淺析低溫絕熱壓力容器用原材料智能檢驗檢測的必要性

張 霞，薛紅香

(泰安市特種設備檢驗研究院, 山東 泰安 271000)

1 前 言

隨著氣體應用領域、行業的日趨廣泛，社會各個領域(醫院、工業等)對低溫氣體儲運、儲存設備的需求逐漸增加。低溫真空絕熱壓力容器憑借其卓越的絕熱性能和保溫性能，在低溫氣體儲運、儲存領域中得到越來越廣泛的應用。GB 150—2011《壓力容器》中對低溫容器的定義為：設計溫度低于-20℃的碳鋼、低合金鋼、雙相不銹鋼和鐵素體不銹鋼制容器，以及設計溫度低于-196℃的奧氏體不銹鋼制容器。液化乙烯、液化天然氣、液氧、液氮和液氫等低溫氣體的儲存和運輸用壓力容器均屬于低溫絕熱壓力容器。低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器的整體結構與普通的壓力容器有所不同，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器采用獨特的真空絕熱夾套式雙層結構，它們根據不同的設計參數、運行要求在密閉的金屬容器與金屬外殼間采用不同的絕熱材料及方式使內膽與外殼之間的夾層達到所要求的真空度[1]。因此，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器的特殊性就在于它們的整體結構不同于一般壓力容器的結構(一般壓力容器均為單層容器)，其特點主要體現在它們內筒的不可見性及真空夾層的絕熱性能和保溫性能，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器的原理是：利用了粉末的低熱導率或者纖維、泡沫材料來填充內筒與外殼之間的夾層，減少熱量傳入夾層[2-3]，從而達到絕熱、保溫的目的。

因此，為了避免低溫絕熱壓力容器存在失效的天生缺陷，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器在制造過程中，首先應當選用符合標準規范和設計文件規定的原材料，而這些原材料要求在設計參數下必須具有良好的強度、韌性和抗腐蝕性。原材料(包括板材、管材、焊材、閥門、法蘭、螺栓、儀器儀表等)的質量控制對低溫絕熱壓力容器的制造至關重要，目前壓力容器制造企業無法實現按照單臺低溫壓力容器對原材料的消耗數量進行采購，一臺低溫壓力容器用到的原材料能達到十幾種甚至幾十種之多。如何確保低溫壓力容器制造使用到的諸多規格原材料是已經經過檢驗合格的，目前只能依靠人工查閱紙質記錄，效率低，容易出錯，不便于智能化管理。因此將智能檢測應用到低溫絕熱壓力容器制造中的材料監督檢驗之中，以便于質量控制，提高工作效率。

2 智能檢驗檢測的介紹

在經濟快速發展的今天，檢驗檢測工作是各行各業質量基礎的重要工作，檢驗檢測工作不僅保障產品的質量安全，而且可以提高產業競爭力。所以，社會上各行各業都開始重視和發展檢驗檢測工作?，F如今大數據和人工智能信息技術高速發展，在智能快速發展的時代背景下，智能化將引領各行各業的檢驗檢測發展方向，智能化檢驗檢測能夠幫助檢驗檢測工作人員提升自身檢驗檢測能力以及檢驗檢測水平。

2.1 智能檢驗的定義

檢驗是對所檢驗產品的功能和產品的性能進行評定的一種產品質量控制的方法，是在實際運行狀態以及設計規定的工作壓力和工作溫度等參數下，對所檢驗產品的使用功能、產品安全性能和產品使用壽命進行的測定、試驗以及評價質量控制的工作活動。產品的檢驗工作活動是產品進行設計改進和制造過程中改良、改進的重要依據。為了確定產品、部件、原材料和組件或零件是否滿足原設計以及標準規范規定的質量標準和技術要求所進行的測試和測量等質量檢測工作稱為檢測，檢驗和檢測是產品制造過程中最基礎的工作之一。傳統的檢驗和檢測主要依靠工作人員，并且主要依靠工作人員用手工的方式來完成。而且，傳統原始的檢驗和檢測工作是在產品加工和制造完成之后才進行的，如果一旦檢出不合格產品，損失已經發生，錯過了最佳的補救時機。

智能檢驗檢測是指能自動完成測量和數據處理以及顯示或輸出測試結果的檢驗檢測技術。智能檢驗檢測技術主要有兩個信息模塊，一個模塊是所測信息的內容和數據，另一個模塊是控制信息內容和數據，所測的信息內容和數據在智能檢驗檢測技術工作中的傳輸是最真實最原始的數據。智能檢驗檢測技術是一種盡可能少用工作人員的檢驗和檢測技術，是借助儀器儀表等設備，并且是用到多種學科的綜合性的智能化檢驗和檢測技術。智能檢驗檢測技術能夠降低人為對檢驗和檢測結果數據有意或無意的干擾程度，并且降低了相關工作人員的原有勞動量，有利于提高工作效率。

通過智能檢驗檢測技術，提供所檢驗和檢測產品制造過程的全程質量信息及數據，并根據檢驗和檢測的質量信息數據對產品的制造過程進行更正和改善，使制作產品的不合格率下降到最低，保證所檢驗和檢測的產品高質量以及制造的高效性。

2.2 人工智能在壓力容器焊縫棱角度檢測中的應用[4]

人工使用焊接檢測尺、焊縫棱角度檢測尺，按照GB 150—2011《壓力容器》的要求，準備好的三塊線切割標準焊接件的余高、寬度、咬邊、錯邊量、棱角度5個參數進行檢測，并與基于人工智能的焊縫檢測儀的檢測結果進行比較，結果表明，基于人工智能的焊縫檢測儀測量焊縫余高、寬度、咬邊、邊量、棱角度5個參數耗時僅為人工檢測時間的 20%；兩項結果比較的示值誤差小于0.3 mm。基于人工智能的焊縫檢測儀用于焊接件表面形貌的檢測時，相較于人工檢測具有較高的精度，并能縮短檢測時間，提高工作效率。

采用人工智能檢測有如下優點：

1.一般能同時檢測焊縫形貌的多個參數，包括余高、焊縫寬度、錯邊量、咬邊、棱角度、角焊縫的焊腳高度和寬度等，且可以直接輸出檢測結果。

2.檢測精度遠超采用人工樣板的檢測方法。

3.不用針對不同的筒體直徑制作多個樣板，減少檢測工具成本。

4.減少焊縫參數測量時間，提高測量效率，大大降低人工測量工作量。

從國內外研究現狀來看，智能檢驗技術在油田、繼電保護裝置等環節應用比較廣泛，但低溫絕熱壓力容器制造材料檢驗環節沒有涉及到。因此，開展低溫絕熱壓力容器制造用原材料智能檢驗的研究迫在眉睫。

3 低溫容器原材料智能檢驗

3.1 低溫絕熱壓力容器用原材料的要求

一般壓力容器常用的鐵素體鋼在溫度降低到某一溫度時，鋼的韌性將急劇下降，鐵素體鋼顯得很脆,因此，稱這一溫度為“脆性轉變溫度”。壓力容器在低于轉變溫度的條件下使用時，容器中如存在因缺陷、殘余應力、應力集中等因素引起的較高局部應力，容器就可能在沒有出現明顯塑性變形的情況下發生脆性破裂造成災難性事故。對于低溫壓力容器首先要選用合適的材料，這些材料在使用溫度下應具有良好的韌性。

3.1.1低溫絕熱壓力容器用鋼

GB 150.2—2011《壓力容器》對低溫絕熱壓力容器用鋼規定如下：

1.用于使用溫度低于-20℃的低溫鋼板和鍛件，還應當采用爐外精煉工藝；

2.奧氏體型鋼材的使用溫度高于或等于-196℃時，可免做沖擊試驗。低于-196℃～-253℃，由設計文件規定沖擊試驗要求；

3.規定用于設計溫度<-40℃的鋼板，可附加進行落錘試驗，試驗按GB/T 6803進行，采用P-2型試樣，無塑性轉變(NDT)溫度的合格指標在涉及文件中規定；

4.低溫鋼板(>20 mm)的超聲檢測(逐張)質量等級為Ⅱ級；

5.使用溫度低于-20℃的碳素鋼和低合金鋼管其正火交貨的狀態不允許用終軋溫度符合正火溫度的熱軋來代替；

6.設計溫度低于-40℃的鋼管用鋼應當采用爐外精煉工藝；

7.使用溫度低于-20℃的低溫鋼鍛件應當由經爐外精煉的鋼鍛制而成；

8.使用溫度低于-20℃且公稱厚度大于200 mm的低溫鋼鍛件應選用Ⅲ級或Ⅳ級；

9.使用溫度低于-20℃的低合金螺柱的使用限制。

HG/T 20583—2011《鋼制化工容器結構設計規定》對低溫絕熱壓力容器用鋼規定如下：

1.規定低溫容器的接管法蘭宜采用帶頸對焊型管法蘭；

2.對于低溫工況下工作的壓力容器，不推薦使用補強圈補強結構。

3.1.2低溫壓力容器用鋼的焊接材料

低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器的受壓元件之間或者受壓元件與非受壓元件之間焊接用焊材應與母材的性能相當，尤其是材料韌性方面要相當。并符合NB/T 47018.1—47018.7《承壓設備用焊接材料訂貨技術條件》的規定，焊條應按批進行藥皮含水量或熔敷金屬擴散氫含量的復驗。

3.2 低溫容器原材料智能檢驗的必要性

在現如今社會生產的各個領域中，低溫絕熱壓力容器得到廣泛的應用。低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器均屬于危險性較大的特種設備，如果發生安全事故，將會造成不可逆轉的后果。要想保證低溫絕熱壓力容器產品質量符合相關標準、規程的要求，在其制造生產過程中，需要嚴格控制其關鍵工序，避免不合格產品進入到下一步工序當中，就需要對低溫絕熱壓力容器的制造質量給予保證。

把好低溫絕熱壓力容器產品的制造質量關，首先就要把好低溫絕熱壓力容器制造原材料關，原材料的質量控制對低溫絕熱壓力容器制造產品質量至關重要，以設計要求和標準要求為基礎，合理選擇低溫絕熱壓力容器原材料，保證低溫絕熱壓力容器在使用環節能夠安全節能的運行，是低溫絕熱固定式壓力容器和低溫絕熱移動式壓力容器制造檢驗環節中非常重要的內容，但是現實中，原材料檢驗檢測遺留問題較多，當原材料(板材、管材、焊材、法蘭、螺栓等)買回來之后，擺放混亂，不同的材料沒有區別，新進的板材、管材和法蘭以及螺栓有時候還會在不合格品區停放。一些原材料包括板材、管材和法蘭、螺栓及焊材等材料標記移植不及時，甚至沒有做出原材料標識，外協外購件不合格。在低溫真空絕熱固定式壓力容器或低溫真空絕熱移動式壓力容器制造過程中，到達耐壓試驗環節時，監督檢測人員在資料審查時，會發現資料當中材料入場編號與監督檢驗人員的現場記錄材料標識編號不一致，是材料入庫粗心寫錯了，還是用錯了材料，很難追溯事情的真相。但是如果是用錯了原材料，會造成嚴重的產品質量事故。所以，這就需要嚴格按照廠里制定的材料入庫管理程序，實施原材料的入場檢驗檢測，做好原材料標識、做好材料的可追溯性，所以低溫絕熱壓力容器原材料智能化檢驗迫在眉睫，應嚴格做好原材料進廠入庫前檢驗，遵守保存、發放、領用、回收流程，外購外協部件嚴格檢測，以保證質量。

低溫絕熱固定式壓力容器和低溫絕熱移動式壓力容器的制造過程比較繁瑣和復雜，需要嚴格工序，加強管理，做好監督，全面符合相關的法規標準的要求，才能有效避免殘次品問世，防止其危害人類生命和財產安全。

4 結束語

運用智能化檢驗檢測技術，合理高效地控制低溫絕熱壓力容器原材料的入廠、檢驗檢測、入庫、領用及回收等環節，以設計要求和標準要求為基礎，合理選擇低溫絕熱壓力容器原材料，保證受壓元件的金屬材料和焊接材料在原設計使用參數下，具有足夠的塑性、強度和韌性以及良好的抗腐蝕性能及抗疲勞性能。原材料智能化檢驗針對材料實施入場檢驗，如果是不合格的產品就堅決不能入場進行檢驗。當材料入庫之后，需要分區放置，嚴格實施標記移植工作，針對原材料(板材、管材、法蘭、螺栓和焊材等)實施有效的追溯。嚴格管理控制焊材庫，做好溫度和濕度的控制，相關責任人員應當嚴格執行焊材的保存、發放和回收等企業管理制度，逐件檢驗檢測及檢查外購件，不符合標準規程的產品和半成品堅決不用，確保材料不誤用。

低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動式壓力容器原材料智能化檢驗檢測技術對提高低溫絕熱壓力容器的產品性能、成品和半成品的生產合格率、進一步降低生產成本及縮短制造生產周期起到關鍵性的作用。