壓力容器制造過程質量控制

趙婷婷

（東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川 德陽 618000）

壓力容器是一種特殊設備，不僅要承受很大的壓力，還要具有一定的密封性[1]。隨著我國經濟的飛速發展，壓力容器在石油、航天、電力、化工等領域的使用越來越廣泛，各國也將壓力容器作為特種設備予以強制性管理[2]，正是這種特殊性，壓力容器制造質量的要求更加嚴格，因此壓力容器制造過程的控制也變得尤為重要。該文從壓力容器制造特征、壓力容器的分類進行了闡述，重點總結了壓力容器制造過程中需要注意的要點。

1 壓力容器制造特征

1.1 壓力容器結構多樣

隨著壓力容器在在不同領域的使用越來越廣泛，壓力容器的結構也越來越多樣化。在不同領域中壓力容器的結構各不相同，同一領域，因使用環境、功能需要在結構設計和工藝要求等因素，壓力容器的結構也不一樣。一般的壓力容器均有筒體、封頭、支座、法蘭和安全附件等部件，有些容器設計有人孔、夾層、內部冷卻管和攪拌器等，常見的臥式容器主要結構示意圖，如圖1所示。

1.2 壓力容器安全性要求高

壓力容器是在高溫、高壓、腐蝕的環境中工作，盛裝的介質是易燃、易爆、有毒的有害氣體或液體。因此對其安全性的要求極為嚴格，稍不注意，就會產生安全隱患，后果將不堪設想。在壓力容器的設計、制造、安裝、使用過程中，每一個環節都與安全息息相關，壓力容器設計、制造、安裝、使用單位應從管理上采取有效的措施，事前預防，將安全放在第一位，避免災難性事故的發生。

1.3 壓力容器制造專業化

壓力容器的制造單位應取得特種設備制造許可證，并按照批準的范圍進行制造。在制造過程中，應該嚴格按照法規和安全技術規范的要求執行。當壓力容器被應用到具體行業時，還應該符合行業標準的要求，這就要求從事壓力容器設計和制造人員具有豐富的理論知識和較高的專業技術技能水平，同時還要熟悉安全法規，從多方面、多角度考慮，從而設計和制造出安全系數高、質量可靠的產品。

1.4 壓力容器的密封性

壓力容器不僅要承受外壓，還要承受內壓和防止變形，對溫度、濕度及有害氣體非常敏感，一旦發生泄漏，將會導致嚴重的事故發生，因此壓力容器的密封性相當重要。目前檢測氣密性試驗的方法有水壓試驗、氣密性試驗（空氣、氮氣作為介質）、氦檢漏，不同的試驗方法具有不同的精確度和準確度。目前，該公司生產的壓力容器產品大多數采用水壓試驗檢測氣密性。

2 壓力容器的分類

壓力容器根據其危險程度，將壓力容器劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，這種劃分等同于特種設備中的第一、二、三類壓力容器。

2.1 按介質劃分

按介質劃分為第一組介質和第二組介質。介質危害性是指壓力容器在生產過程中由于事故導致介質與人體大量接觸，發生爆炸或者因經常泄漏引起職業性危害的嚴重程度。

第一組介質：毒性危害程度極度危害介質最高容許濃度小于0.1 mg/cm3、高度危害介質最高容許濃度0.1 mg/cm3～1.0 mg/cm3的化學介質，易爆介質，液化氣體，如圖1所示。

第二組介質：毒性危害程度中度危害介質最高容許濃度1.0 mg/cm3～10.0 mg/cm3；輕度危害危害介質最高容許濃度大于或者等于1.0 mg/cm3的化學介質及除易爆介質和液化氣體以外的其他介質，如圖2所示。

圖1 壓力容器示意圖

2.2 按壓力等級劃分

壓力容器按設計壓力（p）劃分為低壓壓力容器、中壓壓力容器、高壓壓力容器和超高壓壓力容器4個等級，不同等級壓力容器對設計壓力（p）的要求如下。1）低壓容器，0.1 MPa≤p＜1.6 MPa。2）中壓容器，1.6 MPa≤p＜10.0 MPa。3）高壓容器，10.0 MPa≤p＜100.0 MPa。4）超高壓容器，p≥100.0 MPa。

2.3 按用途劃分

壓力容器按其在生產工藝過程中的作用原理不同，可劃分為反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器。具體劃分如下。1）反應壓力容器，主要用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器，例如反應釜、合成塔、變換爐以及各種反應器等。2）換熱壓力容器，主要用于完成介質熱量交換的壓力容器，例如各種熱交換器、冷卻器、冷凝器和蒸發器等。3）分離壓力容器，主要用于完成介質的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器，例如過濾器、集油器、洗滌器、吸收塔、干燥塔和除氧器等。4）儲存壓力容器，主要用于儲存或者盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的壓力容器，例如各種類型的儲罐。

圖1第一組介質分類

圖2 第二組介質分類

3 壓力容器制造過程需注意的要點

3.1 設計圖紙的審查

任何行業，在產品制造前必須先經過設計，優秀的設計才能制造出一流的產品。因此設計的正確性直接關系著產品的制造質量。一般情況下，設計在接收到設計任務書時，開始設計，并以設計說明書、設計計算書和設計圖樣等形式輸出，期間還包括設計評審、設計驗證、設計更改、設計確認等內容。

設計圖紙是制造的基礎，更是制造的依據[3]，它的合理性、完整性與壓力容器使用的安全性、壽命息息相關，因此，設計完成后應對設計圖紙進行審核，減少設計不足和設計變更，具體操作如下：1）審查圖紙資料是否齊全。2）審查圖紙信息是否符合工程要求，是否滿足法規、安全技術規范及相關標準。3）審查設計圖紙是否符合設計輸入條件的要求。

3.2 材料與零部件的質量控制

材料與零部件是產品制造的源頭，它們的好壞直接影響了產品的質量。壓力容器作為特種設備，材料與零部件應符合國家標準、行業標準、國家法規規定及設計文件的特殊要求。

3.2.1 材料與零部件的供方控制

材料與零部件的供方必須具有國家法規規定的相關資格，壓力容器制造廠應按相關規定對原材料供方進行評價、選擇和重新評價，設立供方淘汰機制，并建立供方合格名錄。供方在產品交貨時應提供材料合格質量證明書。

3.2.2 材料與零部件驗收控制

材料與零部件到廠后，檢查員應根據對應的標準核對產品質量證書的正確性與準確性，核實與實物標識的一致性，按標準要求，對材料進行理化檢驗、探傷檢驗和外觀檢查，驗收合格的材料才才可以進行入庫，未經檢查、驗收或者不合格的材料和零部件不得投入使用。

材料應進行分區堆放、定置管理，設置待檢區、合格區和不合格區等區域明顯標志，避免不合格品流入生產。驗收合格的材料應有清晰、可追溯性的標識，避免混材誤用。

3.2.3 材料使用、代用控制

材料使用前，應先辦理材料領用手續，庫房保管員應核實領用材料的牌號、規格、材料爐批號及檢驗結果，確認無誤后才可以領用發放。材料在切割下料、成型、加工前，應按要求對材料標識進行移植，保證材料的可追溯性。

材料代用是指使用的材料與原設計選用的材料不符，當發生代用時，由相關部門提出材料代用申請，代用材料的性能（如力學性能、焊接性能、冷熱加工性能及其他特殊要求的性能）應與原設計選用的材料接近。原則上以高代低，以厚代薄。

3.3 工藝質量控制

工藝是搭建設計和制造生產之間的橋梁，將設計思想、設計原理貫徹到生產中的紐帶。因此，工藝控制在壓力容器的制造過程中尤為重要。

壓力容器的使用環境和功能需求要求不同，其類型多種多樣。不同類型的壓力容器，具有不同的工藝要求，因此，每臺壓力容器都要編制一套完整的工藝文件及設計相應的工藝路線，用于指導現場生產操作，保證質量。工藝文件的編制需要滿足以下基本要求。1）編制的工藝文件應具有正確性、完整性、統一性。2）在現有的基礎上，盡可能采用先進的工藝技術和經驗。3）工藝文件必須考慮安全、工業衛生措施，在保證產品質量的前提下，盡可能地提高生產效率，減少成本消耗。4）工藝文件術語、符號、代號、計量單位應符合有關標準，法規的規定。在實際生產過程中，要嚴格按照工藝文件的要求執行，遵守工藝紀律，做到上道工序不檢查不簽字，不得進入下道工序。

3.4 焊接質量控制

焊接是金屬加工的方法之一，是將2個及2個以上分開的金屬工件，按照一定的形式、位置連接成一個整體的工藝過程，是壓力容器制造過程中的關鍵工序之一。因此，焊接質量的好壞直接影響著壓力容器的質量，與壓力容器的安全使用密切相關。

3.4.1 焊接人員管理

焊工或焊接操作工必須按照有關技術規范進行培訓和資格考核，獲得合格證者才能持證上崗，且必須按照合格證上的范圍進行相應的焊接活動，嚴禁無合格資格證上崗施焊。對取得合格證的焊工或焊接操作，應該建立焊接人員檔案及考核記錄，根據特種設備作業人員證要求進行取/換證。

3.4.2 焊接材料

焊接材料包括焊絲、焊劑、焊帶和焊條等，與主材一樣要進行入廠驗收，有代用的情況，不同的是，焊接過程中，焊材會融化，與2個分離工件的邊緣一起熔合形成一道焊縫，因此，焊接材料的控制更為嚴格。

驗收合格的焊接材料，應有明確的標識，進行標記、登記，要有專門的庫房進行儲存，應該確保焊材離地、離墻及庫房溫濕度的控制，應分區存放，設置合格區、不合格區和待檢區等區域；焊接材料的烘干應有記錄，烘干溫度、保溫時間、烘干次數等均要嚴格控制和記錄；焊材的發放、使用和回收應該做好相應的記錄，回收的焊接材料應分類保管。

3.4.3 焊接工藝控制

焊接工藝是工藝技術員或工藝設計員根據圖紙技術要求制定的焊接線路，通過焊接工藝評定驗證和評價焊接工藝的正確性，進而編制焊接工藝規程、焊接工藝說明書、產品焊縫識別卡、焊接返修卡等文件，指導產品實際焊接作業。焊接工藝的正確性直接影響產品的焊接質量。

3.5 無損檢測質量控制

無損檢測是焊件熱處理后檢測焊接質量好壞的一種方方，是利用射線、超聲、電磁、紅外等原理對壓力容器及材料缺陷進行檢測的技術，主要的檢測方法包括射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測和滲透檢測等。

3.5.1 無損檢測人員管理

從事壓力容器無損檢測人員必須按照TSG Z8001—2019《特種設備無損檢測人員考核規則》[4]參加考核，取得相應的資格證書，才能承擔與資格證書方法和等級相應的檢測工作。

3.5.2 無損檢測工藝

無損檢測工藝是依據合同規定、安全技術規范、技術條件、圖紙、相關標準的要求編制的，包括無損檢測規程和作業指導書。用于指導無損檢測操作人員使用。

3.5.3 無損檢測過程控制

無損檢測過程包括無損檢測方法、數量、比例，不合格部位的檢測，擴探比例以及評定標準等。檢測之前，根據焊接情況及所使用的原材料選擇適當的無損檢測方法，確定檢測比例及與檢測飛方法相對應的檢測合格評判標準。

3.6 壓力試驗質量控制

壓力試驗是壓力容器制造過程中的一個重大里程碑，是驗證產品質量是否合格的重要手段，GB 150.4—2011[5]和TSG21—2016[6]都對壓力容器壓力試驗的介質、壓力、保壓時間、過程控制、壓力試驗合格要求進行了規定。目前，壓力容器檢驗運用最為廣泛的是以水為介質的壓力試驗，稱為水壓試驗。水壓試驗要嚴格控制各個環節，做好試壓前的準備工作，注意升壓和保壓的各個步驟、壓力試驗順序等事項，它的準確性直接影響了壓力容器的安全性和可靠性，關系到壓力容器后期使用的安全隱患。

4 結語

安全生產，質量第一是企業發展的重中之重，尤其是在壓力容器制造行業，我們不僅要注重產品結果，更應關注產品制造過程中的各個環節，將產后把關改為以預防為主，確保壓力容器各個環節高效、高質量的生產， 從而保證產品質量和企業的生命力，提高企業的核心競爭力，為企業的可持續發展奠定基礎。