壓力容器制造檢驗時宏觀檢驗技術應用述評

劉亞庭杜輝趙二虎

(咸陽市特種設備檢驗所，陜西咸陽712000)

0 引言

GB 150—2011《壓力容器》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》對壓力容器制造過程中的出廠驗收檢驗、定期檢驗做出了相關規定，制造監督檢驗能夠發現壓力容器的制造缺陷，防止問題產品流入使用環節，是一個重要的產品質量控制環節；而定期檢驗是保障在役設備安全可靠運行的重要方法。無論是產品的出廠監督檢驗還是在役設備的定期檢驗，都不可避免的運用到宏觀檢驗技術。宏觀檢驗作為壓力容器檢驗時的一個重要方法，它執行容易，能夠用肉眼或者簡單的設備發現壓力容器內外表面的明顯缺陷，從而對整臺壓力容器的狀況有大致的了解。宏觀檢查的結果可以為下一步的檢驗內容如無損檢測項目、方法、比例、部位的選擇和實施提供一定的參考。為探究宏觀檢驗技術，掌握其容易忽視的細節，對于提高檢驗質量具有重要意義，本文對壓力容器宏觀檢驗技術的應用進行述評。

1 目視檢查

目視檢查是主要采用肉眼觀察的方法(必要時使用內窺鏡、放大鏡或其他輔助儀器設備)對壓力容器的內外表面進行檢查。目視檢查簡單直接，對于監督檢驗來說，它可以快速對容器的結構、焊縫的布置和有無組裝缺陷進行判斷；對于在役容器，能檢查出有無鼓包、變形、裂紋以及外壁的防腐層是否完好等信息。

為保證最佳的檢查效果，目視檢查應遵循一定的秩序：先從整體要局部，先看結構后看表面，先宏觀再到微觀。當目視檢查過程中對某部位有懷疑時，可以借助放大鏡進一步觀察，如果放大鏡發現有微裂紋等缺陷，則在后期應采用無損檢測、金相檢驗等方法金相確認，直到缺陷被檢出和消除。在容器內部檢查時，因光線不好，此時可以借助手電筒緊貼容器內壁表面進行平行照射，如果容器內部有腐蝕凹坑、鼓泡等異常情況，則很容易被掃視到。檢驗中也常遇到無法進入內部的容器，此時應借助內窺鏡進行檢查。

2 筒體幾何尺寸測量

2.1 錯邊量與棱角度的測量

容器出廠檢驗和首次定期檢驗時，要對錯邊量和棱角度進行測量，通常使用的測量儀器有焊規、焊縫檢驗尺、樣板尺等。焊規由基準面和滑尺組成，使用時應把握操作規則，否則可能造成較大的誤差，如果對環縫進行測量，則焊規的方位應始終保持與容器的軸向平行且垂直于焊縫中心線，如圖1(a)所示；如果對縱縫進行測量，則焊規的方位應始終保持與容器的周向切線相互平行，且垂直于容器的軸向中心線，如圖1(b)所示。因為焊規的一邊為平面，容器外壁為曲面，有時難以靠平，因此其缺點是測量誤差較大，特別是對于直徑較小的容器。

為了消除曲面對測量結果的影響，現在絕大多數檢驗人員都使用焊縫檢驗尺對錯邊量和棱角度進行測量。焊縫檢驗尺集成度比較高，可以測量錯邊量、棱角度、咬邊深度、角焊縫的高度、厚度等參數。當采用焊縫檢驗尺測量錯邊量與棱角度時，先將其兩個基準點調整到容器直徑刻度上，整個尺子平行于環縫的中心線而垂直于軸向中心新，滑動檢測尺，在焊縫的左右兩邊各測一點，則其數據之差就是對于焊縫的錯邊量值，見圖1(c)。

圖1 錯邊量與棱角度的測量

2.2 直線度的測量

控制直線度對于立式塔式容器的穩定性具有重要意義，因此GB 150—2011規定了對其直線度的驗收指標。制造時，需要對直線度進行兩次檢測，第一次是在組對后焊接錢；第二次是整體焊接完畢后。

通常的檢測方法如下：在筒體上確定4個對稱檢測基準點，一般選在是0°、90°、180°、270°需要注意的是測量數據的準確性與基準點的選位有關，設備筒節組對后時，直線度不規則，母線不容易找準，因此對組對之后的筒體通常需要使用校核模板來確定基準點，找出母線。圖2 為壓力容器的直線度測量示意。

圖2壓力容器的直線度測量

對長度超過20米以上的壓力容器，采用鋼絲繩測量直線度時，因撓度太大而導致測量結果誤差較大，此時需要使用經緯儀和水準儀，再進行換算。

GB150 對測量點的位置做出了相關規定：測量點距離A、B類焊縫至少要100mm 以上，這樣規定的目的在于不能將錯邊量和棱角度的值計入直線度的測量數據之中。此外，還規定了直線度的驗收值，即不超過殼體長度的1‰；如果直立容器的長度超過了30m，則其筒體的直線度允差應符合JB4710《鋼制塔式容器》的規定[1]。

2.3 最大最小直徑差測量

出廠驗收檢驗和壓力容器的首次定期檢驗均要求測量容器的最大內徑和最小內徑之差，在壓力容器組對之前，對單節筒體的直徑測量，可用卷尺的端點抵住筒節的一側，另一側在圓弧方向左右滑動，知道讀取到最大值。為了保證測量的可靠性，一般測量三次取其平均值。

采用千分尺對組對后和開孔組焊接管后的筒體進行直徑差測量，內徑千分尺使用時要注意手法，手法不對容易使數據失真。操作手法如下：先在容器內找到一個基準點進行定位(此定位點測量時不可移動)，測量端抵住筒體的另一面，此時將定位器置于開啟狀態，沿著筒體的圓弧方向滑動，讀出最大數值，如圖3(a)所示；再將千分尺沿著軸向左右滑動，讀出其最小值，如圖3(b)所示；此時測得的值就是此處容器的內徑值，用此方法重復測量，算出同一截面的最大和最小值[2]。

圖3 筒體直徑的測量

標準對于組焊后容器的最大內徑和最小內徑之差的規定體現在第6.5.10條，它對于內徑之差的限值的各種情況進行了詳細闡述。

和直線度的測量一樣，最大直徑和最小直徑的測量，也要遠離焊縫中心現至少100mm。壓力容器上的焊縫由于其筒節組對誤差，難免會產生棱角度，而標準要求測量棱角度時要遠離焊縫中心線100mm 的規定，就是為了規避棱角度對測量結果的影響。

2.4 壓力容器的組對裝配檢驗

組對和裝配是壓力容器制造過程中的收尾環節，它是將壓力容器的所有組成件通過焊接、螺栓連接、機加工等方法，組合成一個符合設計圖紙要求的壓力容器的全過程。

2.4.1 塔器的組對裝配

塔式容器一般比較長，因此它的組對最為特殊，技術要求也更高。它的組對順序一般如下：容器筒節成型、組對—接管方位的劃線、開孔—組對、組裝接管、人孔等—裙座的組對、端蓋的裝配—塔盤及內件組裝。

對于塔式容器的筒體，較難一次性組對裝配，所以一般是將筒體均分為2～4段分段組對，具體段數和制造廠的工廠廠房和起吊設備的硬件條件有關。對于每段之間的組對，一般采用立式組對(也可以采用臥式組對，但直線度更難保證)，因為立式組對時，壓力容器的直線度、錯邊量、最對間隙調整較為方便，工人操作條件也較好，安全性更有保障。各段組對完成后，再完成段段之間的最對。

承壓設備中，都不宜出現十字焊縫，塔式容器工作環境、容器結構則更為特殊，因此筒體組對時，相鄰筒節之間的縱縫(按GB150的分類應稱做A 類焊縫)，相互之間距離至少保持在3倍筒體厚度以上，且不小于100mm。組對時，先畫出筒體筒節的四個軸線，再進行組對。受結構因素的影響，筒節之間的組對一般需要采用臥式組對，常用做法是，先控制上下兩個基準線的直線度，將其先固定，再調整左右兩邊的直線度。

塔式容器的最后合攏的焊縫，其間隙往往是大小難以保證均勻，間隙大小不一焊接收縮也不一，這對本身直線度就難以控制的塔式容器而言，增加了其直線度的不確定性。因此，在組對之前將基準線畫好，一般距端面100mm 左右，后續需要用到基準線的，都以此為準。

2.4.2 臥式壓力容器的組對裝配檢驗

臥式容器的組裝檢驗與前述的塔式容器基本一致，但是更要注意的是，臥式容器一般由鞍式支座及支座護板所支撐，對于環縫的設置，應避免被支座及其附件所覆蓋，而對于縱向焊縫，則應避免設計在容器的下部140°范圍內。如果被覆蓋，則會增加無損檢測的比例，不但造成制造成本上升，且質量也更難保證。臥式容器設計成使用鞍座作為支座時，要注意固定支座和滑動支座的關系，制造監督檢驗時，經常發現兩者搞反或者幾何尺寸標的情況。

2.4.3 換熱器的組對裝配檢驗

換熱器組對裝配的順序大致如下：筒體組對—筒體與容器法蘭對或筒體與管板組對—管束組裝—管束與筒體組裝等工序。

在換熱器筒體的組對方面，與前述兩項相同，但是對于換熱器來說，最為關鍵的是管束的裝配。一種行之有效的方法是先采用吊垂線的辦法將一端的管板固定，并設好中垂線，從固定好的那端開始依次組裝隔板，隔板的孔應是將隔板重疊后統一鉆孔，然后組裝的時候按照開孔的方向依次組裝，順序不能搞錯，否則換熱管可能無法插入或者即使插入也會損傷管子的外壁。當所有的換熱管穿插好之后，再組裝另一端的管板，兩側管板的中垂線應保持一致[3]。

2.5 壓力容器焊縫外形尺寸測量

焊縫的外觀質量檢查是焊接接頭質量控制的關鍵環節，外觀檢查不合格的焊接接頭，不得進入下一個檢驗環節如無損檢測，水耐壓試驗等。對于監督檢驗人員而言，需要測量的焊接參數有如下幾種，焊縫的咬邊測量、余高測量表面弧坑和飛濺物檢查。焊縫的咬邊、余高一般采用焊縫檢驗尺來測量，對于焊縫檢驗尺，承壓類的檢驗人員應非常熟悉其使用方法，咬邊和余高測量起來都比較方便；對于表面弧坑和飛濺物，一般采用目視檢查的方法，對于要求較高的壓力容器，則可以采用手觸摸的方法。

檢驗時，要重點關注咬邊，因為咬邊缺陷如果檢查不嚴格，可能會對后續無損檢測的檢測結果造成印象，特別是內壁焊縫的咬邊。再則，咬邊會削弱焊接接頭的承載面積，造成應力集中。因此GB 150—2011和TSG 21—2016都規定，對于高強鋼制造的壓力容器，承受交變載荷的壓力容器、厚度較大的壓力容器和低溫容器，對于咬邊的驗收標準都有所提高，如對于低合金鋼制Rm≥540MPa 的容器、不銹鋼制容器、焊接接頭系數φ為1.0的容器等均不允許有咬邊，其他普通容器咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊連續長度不得大于100mm 等。

3 結語

壓力容器產品產品的監督檢驗，是防止問題產品流入使用環節的一道關卡，制造單位和監督檢驗人員要嚴格執行相關標準，規程及規則的規定進行檢查驗收，才能保證產品質量。