壓力容器檢驗中常見問題的理解

蔣紅輝

（北京市豐臺區特種設備檢測所)

0 前言

壓力容器是國民經濟和人民群眾物質生活的重要基礎設施，廣泛應用于石油、化工、電力、機械、交通運輸、國防等領域。作為特種承壓設備，它又具有潛在的危險性，因此比一般機械設備有更高的安全要求。2013年6月29日 《特種設備安全法》出臺，旨在進一步強化特種設備領域的安全保障。作為壓力容器檢驗人員，應認真貫徹執行國家相關法律、法規、部門規章和安全技術規范及標準，系統掌握檢驗知識和檢驗方法，對壓力容器檢驗中出現的問題及時歸納總結，以促進檢驗水平的提升，確保壓力容器安全。

本文結合壓力容器檢驗工作實踐，對監督檢驗和定期檢驗過程中發現的一些常見問題進行了闡述，以期為壓力容器安全保障提供一些借鑒。

1 壓力容器監督檢驗中常見問題的理解

1.1 封頭的無損檢測及監檢問題

封頭是壓力容器重要的受壓元件，其質量直接關系到壓力容器的安全性。在壓力容器制造監督檢驗過程中，常發現封頭方面的問題。例如，容器制造廠外購的成形封頭，多臺封頭用一份封頭監檢證，不能確定所使用的封頭是否是監檢證上對應的產品；封頭拼接焊縫無損探傷是由封頭成形單位還是由壓力容器制造單位進行；封頭厚度不符合規定等問題。

根據國家質檢總局 （2006）質檢特便字第3061號，對于壓力容器封頭拼接焊縫的無損檢測工作，應當在封頭加工的委托協議中予以明確?？梢杂晌袉挝回撠煟部捎杀晃袉挝回撠?。如壓力容器制造單位委托他方加工 （壓制）封頭，則封頭拼接焊縫的無損檢測及其材質由壓力容器制造單位負責，承擔封頭壓制的單位應當在其封頭產品合格證上注明未對封頭拼接焊縫進行無損檢測及材質確認。承擔封頭壓制監檢的檢驗機構只對封頭的壓制成形質量進行監檢，且每一個封頭應有唯一編號。封頭拼接焊縫的無損檢測及材質確認由承擔壓力容器制造監檢的檢驗員進行監檢確認。

按GB 150—2011[1]要求，先拼板后成形凸形封頭上的所有拼接接頭應100%射線或超聲檢測，合格級別按照設計圖樣或訂貨技術協議規定。例如，根據封頭強度計算選取，焊縫系數取1.0時按RTⅡ級合格，焊縫系數取0.85時按RTⅢ級合格。封頭成形后的實際厚度應不小于設計圖樣標注的最小成形厚度。封頭成形減薄率參照GB/T 25198—2010[2]附錄J規定。封頭實際厚度的檢測部位應包括封頭頂部和轉角過渡部位等易發生工藝減薄的部位以及直邊部位。

1.2 奧氏體不銹鋼磁性問題

奧氏體不銹鋼是非磁性的，然而在實際壓力容器產品中，有時奧氏體不銹鋼顯示 “磁性”。例如監督檢驗中發現，采用同一批號的奧氏體不銹鋼板制造壓力容器，封頭呈現磁性而筒體無磁性。為什么奧氏體不銹鋼會呈現磁性？原因大致有以下幾點： （1）殘余鐵素體的影響。奧氏體不銹鋼鋼液在凝固時，析出的α初晶中含Cr高、含Ni低，擴散不充分，α鐵不能全部轉變為γ鐵，使部分α鐵殘留在凝固的鋼錠中。α鐵素體具有鐵磁性。不銹鋼經機加工和熱處理能促使α鐵擴散，使α鐵全部轉變為γ鐵。但當加工變形量沒有達到應有的程度時也會殘留α鐵，顯示出磁性。 （2）加工過程中奧氏體向馬氏體相變。封頭制造時，冷旋加工過程中由于晶格變形造成亞穩定狀態的奧氏體產生相變，轉變成馬氏體。奧氏體的穩定性是由其成分決定的[3]，穩定的奧氏體不銹鋼沒有鐵磁性。8Cr-8Ni型奧氏體不銹鋼的γ相是不穩定的，在Ms以上的溫度時可以因形變而轉變成具有體心立方的馬氏體。馬氏體具有強磁性，若發生奧氏體向馬氏體的相變，則奧氏體就會呈現磁性。

1.3 焊縫與焊接接頭、焊腳尺寸與焊縫厚度的區別

焊縫和焊接接頭是壓力容器制造、檢驗中常見的兩個名詞，檢驗員應準確地掌握，千萬不能犯概念性錯誤。

焊縫[4]是指焊件經焊接后所形成的結合部分，主要形式有對接焊縫、角焊縫、端接焊縫、塞焊縫、槽焊縫等。壓力容器中常見的焊縫是對接焊縫和角焊縫。而焊接接頭[4]則是指由兩個或兩個以上零件焊合的接點，是由焊縫、熔合區、熱影響區及其相鄰的母材組成。所以 “焊縫”是 “焊接接頭”的一部分。采用RT檢測焊接接頭質量，檢測范圍應包括焊縫、熔合區、熱影響區甚至部分母材。焊接接頭主要起連接和傳力的作用。根據接頭的構造形式不同，焊接接頭可分為對接接頭、T型（十字）接頭、搭接接頭、角接接頭和端接接頭等類型[5]。對接接頭是指焊件兩端面相對平行的接頭，這種接頭從力學角度看是較理想的接頭形式，受力狀況較好，應力集中較小，能承受較大的靜載荷或動載荷。T型接頭是焊接端面與另一焊件表面構成直角或近似直角的接頭。角接接頭是兩焊件端面間構成大于30°、小于135°夾角的接頭，這種接頭承載能力較差。搭接接頭是兩部分重疊構成的接頭，常用于被焊結構狹小處及密閉的焊接結構。從檢驗角度來看，焊接接頭任何部位的性能都是同等重要的，其中薄弱環節尤其是關注的重點。

對接焊縫、角焊縫與焊接接頭形式的關系如圖1所示?？梢钥闯觯瑢雍缚p連接的不一定都是對接接頭；角焊縫連接的不一定是角接頭。盡管接頭形式不同，連接它們的焊縫形式是可以相同的。JB/T 4730—2005中所規定的射線照相技術適用的是對接接頭對接焊縫（圖1a），以及帶墊板（或鎖底）對接接頭對接焊縫（圖1d），其余則不適用[6]。

圖1 焊縫和焊接接頭形式的關系

焊接接頭的使用性能由焊縫的焊接工藝來決定，因此焊接工藝評定試件分類對象是焊縫而不是焊接接頭。在標準NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》中，將焊接工藝評定試件形式分為對接焊縫試件和角焊縫試件，并對它們的適用范圍作了規定。不管焊件接頭形式如何，只要是對接焊縫所連接，則只需采用對接焊縫試件評定焊接工藝；也不管焊件接頭形式如何，只要是角焊縫所連接，則只需采用角焊縫試件評定焊接工藝。

壓力容器設計圖樣或相關標準中對C、D類焊接接頭的焊腳尺寸有規定，而焊接技術人員或檢驗員常常容易將焊腳、焊腳尺寸及焊縫厚度概念混淆，在焊縫標注或檢驗測量時出現錯誤。按照2013版的 《壓力容器定期檢驗規則》釋義[7]，雖然在定期檢驗中壓力容器幾何尺寸檢驗除錯邊量、棱角度、咬邊、焊縫余高外，其它項目如角焊縫的焊縫厚度和焊腳尺寸，不再要求測量具體尺寸數據，但檢驗員應掌握這些基本的檢驗手段。

根據GB/T 3375—1994[4]定義，焊腳是角焊縫的橫截面中，從一個直角面上的焊趾到另一個直角面表面的最小距離；焊腳尺寸是在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度；焊縫厚度是在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫背面的距離；如圖2所示。GB 150—2011規定，角焊縫的外形應凹形圓滑過渡。對于凹形角焊縫，焊腳尺寸小于焊腳 （見圖2）。圖2中焊縫計算厚度是設計焊縫時使用的厚度，對接焊縫焊透時它等于焊件的厚度，角焊縫時它等于在角焊縫橫截面內畫出的最大直角等腰三角形中，從直角的頂點到斜邊的垂線長度。

圖2 凹形角焊縫

1.4 材料標記和標記移植問題

材料標記和標記移植是個老生常談的問題，雖然已引起容器制造廠的注意并已逐步規范，但還是存在一些問題。例如移植的標記鋼印打得太深，產品完工后再補鋼印等。材料標記移植的目的是使用于受壓元件的材料有可追溯性。容器制造單位應在質量體系文件中具體規定標記的編制方法和要求，最好對標記在產品上的那些固定位置也做出相應的規定，便于查找。有的制造單位將同一規格但不同制造標準號的焊接材料編為同一個標記號，這是不正確的。有耐腐蝕要求的不銹鋼以及復合鋼板，不得在耐腐蝕面采用硬印標記，低溫容器受壓元件不得采用硬印標記，可以在產品上用顏料標記，并繪制標記位置圖。

1.5 新標準過渡期間壓力容器的監督檢驗

新規程、新標準頒布后，有一個新舊標準轉換過程。對于國家強制性標準，若有過渡期安排的，設計、制造時相應的標準可以按照過渡期規定執行。例如GB 713—2008《鍋爐壓力容器用鋼板》2008年9月1日實施，設計過渡期為2008年9月1日至12月31日，制造過渡期為2008年9月1日至2010年11月30日。2008年12月31日之后設計的圖紙中必須用新標準GB 713—2008，而制造單位由于可能有庫存的舊材料 （GB 713—1997），在制造過渡期內可以采用 “材料代用”，以舊代新。但2010年11月30日之后制造單位必須使用新材料 （GB 713—2008）制造壓力容器。對于推薦性標準，一般是國家鼓勵企業自愿采用，如GB/T 8163《輸送流體用無縫鋼管》，制造單位可以將之前采購的舊材料 （GB/T 8163—1999）用完后，再按照新標準購買新材料 （GB/T 8163—2008），以免制造單位材料積壓。

2 壓力容器定期檢驗中常見問題的理解

2.1 超壓泄放裝置的動作壓力與壓力容器最高允許工作壓力的關系

為了保證壓力容器運行的安全，在壓力容器本體上都要裝設超壓泄放裝置，此超壓泄放裝置的動作壓力 （安全閥對應整定壓力ps，爆破片對應設計爆破壓力pb）原則上要求不得高于壓力容器的設計壓力p。GB 150—2011規定，當壓力容器上僅安裝一個超壓泄放裝置時，泄放裝置的動作壓力應不大于設計壓力；當壓力容器上安裝多個超壓泄放裝置時，其中一個泄放裝置的動作壓力應不大于設計壓力，其他泄放裝置的動作壓力可提高至設計壓力的1.05倍。當壓力容器運行壓力高于超壓泄放裝置的動作壓力時，超壓泄放裝置就會動作泄壓以達到保護壓力容器不被破壞的目的。

（1）對裝有安全閥的壓力容器

壓力容器的設計壓力p、工作壓力pw、試驗壓力pt與安全閥的排放壓力pd、整定壓力ps之間的關系示意圖如圖3所示。

圖3 裝有安全閥的壓力容器的壓力值關系圖

其中，安全閥排放壓力pd為閥瓣達到規定開啟高度時的進口壓力；安全閥整定壓力ps為安全閥在運行條件下開始開啟的預定壓力，是在閥門進口處測量的表壓力。

考慮到安全閥閥瓣啟動動作的滯后，使容器不能馬上泄壓，因此容器設計壓力p等于或稍大于安全閥整定壓力ps， 即p≥ps， 一般取ps=（1.05～1.1）pw。

（2）對裝有爆破片的壓力容器

壓力容器的設計壓力p、工作壓力pw及爆破片的爆破壓力之間的關系如圖4所示。

圖4 裝有爆破片的壓力容器的壓力值關系圖

其中，標定爆破壓力為爆破片銘牌上標志的爆破壓力；設計爆破壓力pb為爆破片在指定溫度下的爆破壓力；最低標定爆破壓力psmin的大小與爆破片型式和工作壓力有關。

《固定式壓力容器安全技術監察規程》規定，對于圖樣中注明最高允許工作壓力的壓力容器，允許超壓泄放裝置的動作壓力不高于該容器的最高允許工作壓力[8]。這一規定是充分利用壓力容器的實際承載能力，在保證安全的基礎上，避免超壓泄放裝置頻繁動作。

最高允許工作壓力，按GB 150—2011中的定義，是指在指定的相應溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。該壓力是根據容器各受壓元件的有效厚度，考慮了該元件承受的所有載荷經計算所得到的，且取最小值[1]。有效厚度與計算厚度相差一個圓整厚度。最高允許工作壓力的作用就是設定容器超壓限度的起始壓力，充分利用容器的厚度圓整，盡量拉大工作壓力與安全閥或爆破片泄放壓力之間的壓力差，使壓力容器的工作更為平穩。由于在設計和制造階段都或多或少存在厚度圓整，壓力容器的最高允許工作壓力一般都大于設計壓力。如果以設計壓力作為確定超壓泄放裝置動作壓力的基準，將不利于充分發揮眾多壓力容器產品的實際承壓能力。而且，許多壓力容器的設計壓力與工作壓力之間的差值較小，以設計壓力作為確定超壓泄放裝置動作壓力的基準，有可能導致在正常工況下超壓泄放裝置頻繁動作，這既不利于穩定生產，從某種程度上也是對壓力容器承壓強度的一種浪費。

2.2 蒸汽滅菌器配套的電熱蒸汽發生器使用注冊

在進行蒸汽滅菌器定期檢驗中發現，使用單位對與蒸汽滅菌器配套的電熱蒸汽發生器注冊成壓力容器還是鍋爐發生了疑問。

根據文件質檢特函 [2005]020號，工作壓力大于或等于0.1 MPa的電熱蒸汽發生器，可以按照蒸汽鍋爐進行設計、制造，也可以按照壓力容器進行設計、制造，使用登記和定期檢驗工作按照鍋爐的有關規定進行。而根據文件 （2004）質檢特便字3056號，蒸汽滅菌器和配套的電熱蒸汽發生器之間以焊接連接且是不可拆卸的一個整體設備時，按照壓力容器辦理使用登記手續。

2.3 定期檢驗中安全狀況等級問題

按照 《鍋爐壓力容器使用登記管理辦法》(2003年)附件6中壓力容器安全狀況等級的劃分及說明的規定，新壓力容器劃分為1、2、3級三個級別，在用壓力容器劃分為2、3、4、5級四個等級。其中5級的劃分是：無制造許可證的企業或無法證明原制造單位具備制造許可證的企業制造的壓力容器；缺陷嚴重、無法修復或難以修復、無返修價值或修復后仍不能保證安全使用的壓力容器，應予以判廢，不得繼續作承壓設備使用。同時規定，安全狀況等級為4、5級的移動式壓力容器或者安全狀況等級為5級的固定式壓力容器，應當予以注銷，解體后報廢?？梢岳斫鉃?，安全狀況等級為5級的固定式壓力容器，已無修理價值，沒有缺陷處理的必要，直接判廢。這樣也就不存在對出過5級報告的壓力容器進行修理一說。2013年7月1日《壓力容器使用管理規則》[9]施行，替代了 《鍋爐壓力容器使用登記管理辦法》，取消了壓力容器安全狀況等級的劃分及說明的規定。對在用壓力容器安全狀況等級，按照 《壓力容器定期檢驗規則》的規定，根據檢驗發現的缺陷對使用安全的影響進行評價。安全狀況等級為4級的壓力容器，監控使用；監控期累計滿3年的，應當對缺陷進行處理，包括采用修理的方法消除缺陷或進行是否適合于使用的評價；使用單位采取相應措施對缺陷進行修復和處理后，能夠提高安全狀況等級。安全狀況等級為5級的壓力容器，應當對缺陷進行處理，否則不得繼續使用。即5級的報告為停用報告，若使用單位采取了相應措施對缺陷進行修復和處理，提高了安全狀況等級，就可繼續使用。

2.4 定期檢驗的周期問題

壓力容器首次定期檢驗的日期由使用單位在辦理使用登記時提出。首次定期檢驗后的檢驗周期，由檢驗機構根據壓力容器的安全狀況等級按照有關規定確定。那么對于下次檢驗日期，是按本次檢驗日期來確定合適，還是按上次全面檢驗日期來確定合適？

《特種設備安全監察條例》規定，使用單位應提前1個月報檢，檢驗機構及時安排定期檢驗，勢必將縮短定期檢驗的周期，隨著定期檢驗的延續，一次一次往前提，定期檢驗的周期將繼續縮短。這將加重使用單位的負擔，同時也使檢驗單位的業務安排不固定，給業務統計和派工帶來一定的困難。因此，對實行定期檢驗的壓力容器，筆者認為確定全面檢驗的日期應當以上次全面檢驗日期為準，使檢驗周期保持相對固定。

2.5 報告中的數據記錄和部位圖繪制

壓力容器全面檢驗報告中常發現檢測數據處理不規范的情況。例如，在同一份報告中，有些數據處理成整數，而另一些數據則保留一位小數或保留兩位甚至三位小數。壓力容器檢驗檢測工作的結果，直接體現在檢驗報告中，所以檢驗報告應該科學、規范，尤其是檢測數據，有時一位小數之差就可能直接影響檢驗報告的結果。在壓力容器全面檢驗報告中，需要以具體計量數據來表述檢測結果，因此在檢驗中具體測量數據 （包括摘抄數據）的計量單位、讀取位數、運算數據位數的確定和修約規則，以及檢驗中以非法定計量單位表述的原始計量數據的轉換等問題，均應遵照各單位程序文件的規定。檢驗報告中所采用的計量單位應為法定計量單位，符號和計算公式必須符合國家有關規定、規范的要求。

報告中壁厚測定及無損檢測部分也存在一些問題，比較普遍的是測厚點布置混亂，缺乏代表性，測厚點部位圖或缺陷部位圖的繪制不能具體 “到位”。報告中壁厚測定點部位圖中測厚點的位置應有代表性，有足夠的測定點數，并注明是內表面還是外表面測厚。厚度測定后標圖記錄，對異常測厚點做詳細標記。對非正常部位進行 “定點”測厚,并對定點部位在測厚部位圖上明確標注測厚點的具體位置。這樣下次全面檢驗時，可以從示意圖中“重現”該點的位置，便于跟蹤檢驗該點厚度變化情況，較準確地計算出該臺設備的腐蝕速率。非正常部位指下列情況之一：容器壁厚最薄處；表面宏觀檢驗查出的缺陷已進行打磨處；發現嚴重腐蝕部位及沖刷凹陷處；錯邊及棱角度較嚴重的部位；容器上容易發生失效，出現壁厚減薄、 “增厚”的部位，對 “增厚”部位要查明原因。無損探傷檢測部位及缺陷位置示意圖應能直觀、正確地反映缺陷實際情況。對超標缺陷應做到定性、定位、定量，即標明缺陷的具體位置及缺陷的長度、深度等，并附文字說明。壓力容器局部腐蝕檢查的重點部位選擇： （1）容易積存水分、濕氣或腐蝕性沉淀物的地方，包括內壁排液管周圍、容器底部及 “死角”、外部支座附近等。 （2）保溫層破損部位、防腐層損壞處，包括涂層脫落、鍍層磨損、襯里開裂或凸起的地方。 （3）焊縫及熱影響區、焊接敏化區、開孔及結構不連續部位。 （4）氣體流速局部過大的部位、被沖刷部位，如彎管的外彎部、氣流近路處等。

2.6 銘牌的重要性

銘牌的檢查往往容易被忽視。定期檢驗中，我們發現常有銘牌丟失、弄混，以及銘牌上的內容用紙質打印條粘貼的情況，因此，必須對銘牌或標記進行檢查。外觀檢查時，首先應對銘牌中的產品編號進行核對，以確認該臺設備的 “身份”。如果“身份”都弄錯了，該臺設備后續的檢驗工作都是徒勞的，而漏查的那臺設備可能就是一個定時炸彈。因此，檢驗員必須對銘牌的檢查引起重視，并能形成檢驗之前首先核對 “身份”的良好檢驗習慣。定期檢驗中資料審查和外觀檢查時，應檢查銘牌與出廠資料、設備的一致性、真實性，有無制造監檢 “CS”鋼印等。容器制造監檢時，銘牌上的內容項也應一一核查，內容須填寫正確、齊全。銘牌應為耐腐蝕的金屬材料，銘牌的內容采用鋼印等永久標記方法進行標記。

3 結語

近年來，鍋爐壓力容器安全事故頻繁發生，給人民生命財產安全和社會穩定帶來極大的挑戰，鍋爐、壓力容器等特種設備的監督檢驗和定期檢驗就顯得非常重要。作為檢驗人員，要努力做好檢驗工作，為企業把好每臺設備質量安全關，為社會的穩定和經濟的發展作出貢獻。

[1]GB 150—2011.壓力容器 [S].

[2]GB/T 25198—2010.壓力容器封頭 [S].

[3]肖紀美.不銹鋼的金屬學問題 [M].北京：冶金工業出版社，1983.

[4]GB/T 3375—1994.焊接術語 [S].

[5]中國冶金百科全書總編輯委員會金屬材料卷編輯委員會.中國冶金百科全書:金屬材料 [M].北京：冶金工業出版社，2001.

[6]強天鵬.承壓設備無損檢測學習指南 [M].北京：新華出版社，2005.

[7]謝鐵軍，壽比南.壓力容器定期檢驗規則釋義 [M].北京：新華出版社，2013.

[8]TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[9]TSG R5002—2013.壓力容器使用管理規則 [S].