做好鍋筒水壓試驗把好產品質量關

文/嚴禎榮

一般來說，水壓試驗是檢驗鍋筒產品制造質量優劣的最后檢驗方法，只有正確做好水壓試驗才能把好鍋筒產品質量這道關。本期講座特邀上海市特種設備監督檢驗技術研究院研究開發部教授級高級工程師嚴禎榮，從相關標準、規程和可操作性的角度，講解如何做好水壓試驗，尤其是提出在鍋筒水壓試驗的試驗壓力、升壓降壓速度和保壓時間等方面的注意事項，為相關從業人員以及有志于從事該領域工作的讀者提供參考。

一、關鍵詞點擊

1. 水管鍋爐

根據國家標準GB/T 16507.1-2013《水管鍋爐第1部分：總則》，水管鍋爐（以下簡稱“鍋爐”）是指煙氣在受熱面管子外部流動，工質[1]實現熱能和機械能相互轉化的媒介物質稱為工質，依靠它在熱機中的狀態變化（如膨脹）才能獲得功，而做功通過工質才能傳遞熱。在管子內部流動的鍋爐。

2. 水壓試驗壓力

根據國家標準GB/T 16507.1-2013，在水壓試驗時，按規定對鍋爐系統或受壓部件（元件）進行水壓試驗時所施加的壓力。

二、不規范的鍋筒水壓試驗案例

眾所周知，鍋筒的制造主要靠焊接完成，成型后的總焊縫長度和總管接頭焊縫都比較長，如圖1所示。環焊縫、縱焊縫以及管接頭焊縫會大大減弱鍋筒強度，焊縫質量就直接影響到整個鍋筒質量的好壞。焊縫質量的好壞，首先要經過無損檢測來檢驗，然后通過水壓試驗來進行綜合檢驗。

圖1 鍋筒及管接頭

某鍋爐制造廠的鍋筒產品水壓試驗的工藝為：試驗壓力為計算壓力的1.5倍，即1.5P （P為鍋筒計算壓力，也稱為設計壓力，單位：MPa）；沒有標明升壓速度要求，同時從試驗壓力降到計算壓力的過程也沒有降壓速度要求；試驗壓力下的保壓時間規定為大于等于20 min，即保壓時間至少20 min，上限沒有明確規定，可以理解為沒有上限限制。

按照該工藝執行鍋筒水壓試驗時，某發電廠監理方提出試驗壓力下保壓1 h，甚至更長時間的要求。另一發電廠客戶提出按TSG G0001-2012《鍋爐安全監察技術規程》(以下簡稱《鍋規》)要求，鍋筒試驗壓力為工作壓力的1.25倍就可以了，如果將1.5倍工作壓力作為試驗壓力且保壓過長時間，不但嚴重影響鍋筒安全，而且浪費時間。制造廠方認為大多鍋爐圖紙是引進國外技術，水壓試驗工藝是按ASME標準執行的，試驗壓力為計算壓力的1.5倍沒有問題。

顯然按照現行鍋筒水壓試驗工藝執行水壓試驗操作時，發電廠監理方和制造廠兩者之間會產生嚴重分歧，不利于有效檢驗出鍋筒制造過程中的安全隱患。由此可見，分析當前執行的鍋筒水壓試驗工藝的合理性是十分必要的。

三、鍋筒水壓試驗基本要求

按照《鍋規》的規定，只有滿足下列基本要求的情況下，才能開展鍋筒產品的水壓試驗。

1. 鍋筒產品應當在無損檢測和熱處理后進行水壓試驗。

2. 水壓試驗場地應當有可靠的安全防護設施，避免水壓試驗時出現交叉作業現象。

3. 水壓試驗應當在環境溫度高于或者等于5℃時進行，低于5℃時應當有防護措施。

4. 水壓試驗所用水應當是潔凈水，水溫應當保持高于周圍露點的溫度，以防止表面結露，也不宜溫度過高，以防止引起汽化或過大的溫差應力。

5. 合金鋼受壓元件的水壓試驗溫度應當高于所用鋼種的脆性轉變溫度。

6. 奧氏體[2]碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。受壓元件水壓試驗時，應當控制水中的氯離子含量不超過25mg/L，如不能滿足時，水壓試驗后應當立即將水漬去除干凈。

四、做好水壓試驗的幾點注意事項

從上述案例中可以看出，無論是鍋爐制造廠，還是發電廠的監理方，在執行的鍋筒水壓試驗過程中存在很大分歧，一是沒有正確理解有關水壓試驗的試驗壓力、過程控制、保壓時間等方面的要求；二是有關部門頒布的水壓試驗標準不嚴謹，導致執行難以統一。

1.關于試驗壓力

水壓試驗壓力的確定是由鍋筒計算壓力或最高工作壓力乘以一個規定系數來得到的。由于標準的不同，有的以計算壓力作為基準，有的以最高工作壓力作為基準，還有的以鍋爐額定壓力或最高主蒸汽壓力作為基準。實際上，根據GB/T 16507.4-2013《水管鍋爐 第4部分：受壓元件強度計算》第7條得知：鍋筒的計算壓力P、工作壓力P0和額定壓力Pr是不同的概念。在系數選擇上，有的選用1.5，有的選用1.25。這樣一來，在水壓試驗的試驗壓力的確定上就存在多種情況。筆者經過仔細比較研究，鍋筒水壓試驗壓力以鍋筒計算壓力的1.25倍來確定是更為合理的。

2. 關于升壓降壓速度

我國《鍋規》第4.5.6.3條規定“鍋爐進行水壓試驗時，水壓應緩慢地升降”，但沒有明確具體的升降壓速度要求范圍。之所以沒有明確具體的升降壓速度要求范圍，主要是因為針對水壓試驗壓力較低的鍋爐，沒有規定升降壓速度要求范圍的必要，只要操作時緩慢就行；而對于水壓試驗壓力高達30MPa的電站鍋爐產品的鍋筒，必須明確升降壓速度要求范圍來保證緩慢升壓降壓。實際上，有關電站鍋爐的水壓試驗都有明確規定升壓速度為0.2 ～0.3 MPa/min，降壓速度為0.4～0.5 MPa/min。

3.關于保壓時間

《鍋規》第4.5.6.2.1條的規定“整體水壓試驗保壓時間為20min”，第4.5.6.2.2條的第（1）條規定：“以部件形式出廠的鍋筒、啟動分離器為其工作壓力的1.25倍，保壓時間至少20 min”，這兩條規定的保壓時間不一致。顯然，不論以哪種形式出廠的鍋筒，其試驗壓力下的保壓時間規定為至少20min是不合理的。同時按照制造廠的規定，在實際水壓試驗時，試驗壓力下的保壓時間難以具體確定，造成發電廠與制造廠、監檢單位之間意見不統一。另外，在《鍋爐壓力容器產品安全性能監督檢驗規則》（國質檢鍋[2003]194號）中明確檢查水壓試驗的內容有保壓時間，這也表明保壓時間是一個具體要求即20min，決不是[20，+∞)這樣一個時間集合范圍。