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压力容器检测试验技术杭州市特种设备检测院夏福勇高级工程师高级检验师压力容器检验最重要的内容是对容器的整体和局部进行一系列检测和试验，这些检测和试验中，有些属于应会项目，即由压力容器检验人员亲手操作或亲自主持完成的项目，例如宏观检查、几何尺寸测量、测厚、现场硬度测定、耐压试验、气密试验等；有些属于应知项目，即委托有关专业技术人员来完成的项目，例如金相试验、硬度试验、化学元素分析、力学性能试验、无损检测等。对于前者，压力容器检验人员应熟练掌握应用。而对于后者，则要求了解其基本原理、实施方法、工艺要点、适用范围与不适用场合、优点和局限性。这样才能在压力容器检验中，针对压力容器状况、现场条件、可能产生缺陷的性质来正确地选择检测项目和方法，综合各种的检测和试验结果，最终对压力容器安全性能作出全面、准确的评价。6.1压力容器宏观检查与测量技术宏观检查的方法简单易行，可以直接发现容器内、外表面比较明显的缺陷，快速获得容器的总体质量印象，从而为下一步其他检验内容，包括检测项目、方法、比例、部位的选择和实施提供依据。宏观检查包括目视检查和几何尺寸测量。容器的几何尺寸测量包括容器本体和受压元件的结构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、以及厚度尺寸等。其中厚度测定需要使用超声波仪器，其余项目则是根据需要使用各种不同的手工量具进行检查，所以又称量具检查。几何尺寸测量又可分为整体几何尺寸测量和局部几何尺寸测量两类。前者对容器的主要几何尺寸进行检测，通常是在容器组装过程中或制造接近完工阶段的规定验收项目；而后者则是在目视检查的基础上进行的定量测量，目视检查是一种定性检测，对目视检查发现的弯曲、变形、凹陷、鼓包、腐蚀、沟槽、焊缝表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷需要进行定量，以确定缺陷的严重程度。简单的量具检查方法包括用平直尺检查直线度、用弧形样板检查弧度、用游标卡尺或塞尺测量沟槽或腐蚀坑的深度、鼓包的高度、用卷尺测量圆周长计算筒体直径等等。6.1.1目视检查目视检查是指检验人员用肉眼对容器的结构和内、外表面状态进行检查，通常在其他检验方法之前进行。目视检查包括判断容器结构与焊缝布置是否合理；有无成形组装缺陷；容器有无整体变形或凹陷、鼓包等局部变形；容器表面有无腐蚀、裂纹及损伤；焊缝是否有表面气孔、弧坑、咬边、裂纹等缺陷；容器内、外壁的防腐层、保温层、衬里等是否完好，等等。肉眼能迅速扫视大面积范围，获得直观印象，并且能够察觉细微的颜色和状态的变化，是其它检查方法无法替代的。目视检查时，一般采用先看结构后看表面，从整体到局部，从宏观到微观的检查次序。对肉眼检查有怀疑的部位，可用5~10倍放大镜进一步观察。为了能有效地观察到器壁表面变形、腐蚀凹坑等缺陷，可用手电筒贴着容器表面平行照射，此时容器表面的微浅坑槽能清楚地显示出来，鼓包和变形的凹凸不平现象也能够看得更加清楚。对无法进入的容器，无法接近或无法直接观察的狭窄部位，可以利用反光镜或内窥镜进行检查。锤击检查也是一种常用的辅助方法，根据锤击时所发出的声响和小锤弹跳程度的手感来判断该查部位是否存在缺陷。6.1.2筒体几何尺寸测量1.错边量与棱角度的测量通常可采用焊规、焊缝检测尺、样板尺、取形规等工具测量错边量与棱角度。焊规测量时，将焊规的基准面靠平在被测焊缝的一侧，滑动尺靠上检测焊缝的另一侧，读出滑动尺的数据。如果检测环向焊缝，焊规必须与容器的轴向平行，垂直于容器的环向中心切线，如图6.1-1。如果检测的是纵向焊缝，焊规必须与容器的环向切线平行，垂直于容器的轴向中心切线，如图6.1-2。需要注意，检测纵向焊缝时，由于焊规基准面为一平面，在曲面上很难或不太好靠平，特别是容器直径较小的焊缝对接缝，有经验的检验员一般采用左右两边测量，测得的两个数据进行对比，来判定其错边量数值。不难看出，焊规测量纵向焊缝错边量的测量误差较大。图6.1-1焊规检测环向焊缝图6.1-2焊规检测纵向焊缝图6.1-3焊缝检查尺检测纵向焊缝图6.1-4样板尺检测纵向焊缝采用焊缝检测尺来测量错边量与棱角度的精确度要高一些。如图6.1-3。焊缝检测尺测量时先将焊缝尺的两基准点（支脚）调整到所需的容器直径刻度上，将检测尺平行于容器的环向切线，垂直于容器轴向中心线，检测尺滑动时，在对接焊缝的两边各测一点，测得的两次数据之差，为该纵向对接焊缝的错边量数值。图6.1-5样板R检测完工的纵焊缝样板尺测量错边量与棱角度见图6.1-4。图6.1-5为样板尺测量完工的纵向对接焊缝。图6.1-5样板R检测完工的纵焊缝2.直线度的测量直线度控制对立式塔器特别重要。容器制造时直线度的控制分两部分进行：一是容器筒体组对后焊接前，对筒体的直线度进行第一次检测。二是在容器筒体组焊之后，进行校核检测以保证容器直线度在标准允许的范围之内，通常的检测方法如下：在筒体上确定４个对称检测基准点，一般选在是0°、90°、180°270°需要注意的是测量数据的准确性与基准点的选位有关，设备筒节组对后时，直线度不规则，母线不容易找准，因此对组对之后的筒体通常需要使用校核模板来确定基准点，找出母线，。母线端点图6.1-6模板确定筒体轴线对筒体的长度超过20M的超长型容器，用纲丝测量直线度有一定困难，钢丝拉紧之后存在一定挠度，挠度越大，测量精度越差。检测超长型设备应采用较为先进的水准仪和经纬仪。检测基准点与纲丝绳测量法相同，只是增加了数据换算过程。另提请注意的是，GB150—89规定测量点位置应离A类焊缝中心线＞100mm，但同样，离B类焊缝也应＞100mm，以免将错边量和棱角度数据叠加在不直度数据之中。有经验的检验员通常把检测点定在每一节筒体的1/2长度处，这样较为合理和准确。GB150标准规定压力容器壳体的直线度允差为壳体长度的1‰，当直立容器长度超过30M时，其筒体的直线度允差应符合JB4710的规定。JB4710是钢制塔式容器专用标准，该标准对直线度允差为：任意3000mm长圆筒段偏差不得大于3mm，圆筒长度L小于等于1500mm时，偏差不大于L/1000，长度L大于1500mm时，偏差不大于0.5L/1000+8。根据JB4710要求，检测时，每3000mm必须测量一点，否则满足不了标准要求。3.最大最小直径差测量测量筒体平均直径最简便的方法是使用卷尺量出筒体周长，然后除以Л。需要测定筒体最大或最小直径,对单节筒体的直径测量可使用卷尺，通常情况下是测量筒节两端面。检测时将卷尺的端点靠紧筒体一侧，另一侧的测量者将卷尺在圆弧方向左右滑动，读出卷尺与筒体切线的最大值，检测点越多，越能真实反映筒体的圆度。组对之后及开孔组焊接管的筒体，检测时则采用内径千分尺和内径套筒尺来测量。内径千分尺检测手法很重要，如果掌握不好，会产生数据失真，具体方法如图6.1-8：首先将内径千分尺的基点定位，不可位移，测量端靠上筒体的另一面，不要锁住定位器，沿着筒体的圆弧方向，左右滑动如图6.1-8（a），读出最大数值时，内径千分尺延着筒体的轴向方向左右滑动，如图6.1-8（b），读出这时的最小值，这就是该检测点的实际尺寸，以此方法测量若干点，算出同一截面最大、最小差值。GB150标准对最大内径与最小内径差e的规定是：Dmax—Dmin（同一截面）不大于内径（Di）的1%，且不大于25mm（对锻焊容器1‰）。当被检断面位于孔中心一倍开孔内径范围内时，则该断面应Dmax-Dmin应不大于内径（Di）的1%（对锻焊容器为1‰）与开孔内径的2%之和，且不大于25mm。GB15151规定，同一断面上最大直径与最小直径之e≤0.5%DN，且DN≤1200mm时其值不大于5mm,且DN＞1200mm时其值不大于7mm图6-1.8筒体直径的测量需要注意的是，最大直径与最小直径的检测，必须避开焊缝边缘至少100mm。因为纵、环焊缝焊接产生的棱角度会影响最大直径与最小直径的数据精度。有经验的检验人员通常把重点检测部位选在人孔和大接管截面，因为大接管与筒体组焊之后产生较大的焊接变形。6.1.3封头形状的检测实际压力容器封头存在与设计形状之间的偏差，由于这些偏差的存在，在整个封头直径范围内将会使封头生产附加弯曲应力，它将导致封头的局部区域产生屈服。封头的形状偏差控制，也是压力容器检验中的重要环节。1.封头最大直径与最小直径测量测量封头的直径差Dmax—Dmin可使用卷尺和盘尺，有条件的工厂可以使用内径千分尺和内径套筒尺。正确的方法，将卷尺或内径千分基点、靠紧封头内壁或外壁的一端，测量端延着园弧方向左右滑动，读出最大切点数值，标准中没有确定测量点数、一般情况应测量4-8个点。一般封头直径差不超过为封头内径1%，最大不大于封头内径的1.25%。2.封头几何形状（曲率）的检测一般使用内样板检查椭圆形、碟形、球形封头内表面的形状偏差。按GB150-98规定，样板弦长应等于封头内径的3/4Di。检测前标好各测量点沿直径方向位置，样板放入封头内时，可用粉线校正，位置如图6.1-9，样板必须垂直于被检测表面，而后用直尺或塞尺读出最大间隙数值，以此方法反复测量几点，读出最大间隙数值。碟形及折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于图样的规定值（样板检查），封头直边部分的纵向皱折深度应不大于1.5mm（用圆弧样板靠后，塞尺检查）。图6.1-9用样板测量封头几何形状偏差6.1.4压力容器的组对装配检验压力容器的组对、装配指将该容器的全部组成零部件通过下料、成型、组对、组装、焊接、机加工、螺栓连接等方法形成一个符合图纸要求的整体压力容器全过程。1.塔式压力容器的组对装配检验由于塔式压力容器的特殊性，一般组装顺序如下：容器筒节成型、组对—接管方位的划线、开孔—组对、组装接管、人孔等—裙座的组对、端盖的装配—塔盘及内件组装。容器筒体组对的一般作法是：根据塔式容器的长度尺寸及工厂厂房和起吊设备的条件，将筒体分为2~4段分段组对。每一段组对时，采用立式组对最为合理和方便（也可采用卧式组对方法）。将最上一节筒节（或封头、端盖）吊起与第二节筒节组对，以此类推，直至该段筒体组对完毕。立式组对整体设备的直线度、错边量、组对间隙的调整较为容易和方便，工人的操作条件也比卧式组对好。组对时，相邻筒体的纵缝（A类焊缝）应错开筒体厚度的3倍，且不小于100mm。注意筒体筒节0。、90。、180。、270。四个轴线应在组对之前画出。筒体分组焊后进行整体合拢。整体合拢通常采用卧式组对法,一般情况下，先控制上下两个基准线的直线度，固定好两点，再调整两侧基准线的直线度。合拢缝的组对间隙很难保证处处相等。由于间隙大小不一焊接收缩不一样，有可能影响直线度。在组对焊接之后的整体设备上划线开孔，只能在最下一节筒体上设定基准线用于标高，有经验的检验员在筒体组对之前就已经将基准线划好，通常距端面100mm为宜，不管是裙座组对还是设备接管孔开孔都只能以此为基准。对于接管开孔，可以四条基准线为起点按夹角度数和筒体的实际周长计算出弧长为避免孔开在焊缝上而造成无损探伤量增加，每一节筒体的焊缝布置在远离焊缝的位置上。2.卧式压力容器的组对装配检验卧式压力容器的组装检验与前面的立式压力容器大致相同，所要注意的是筒体的环缝尽量避开被支座及支座护板所覆盖的范围，也就是说避免筒体纵缝置于设备下部140°范围以内，以免被覆盖，引起额外的无损探伤的要求。同样，焊缝避开支座及接管位置也应在组对之前考虑，通过焊缝排版妥善安排。卧式压力容器鞍座组对时，一定要注意固定支座与滑动支座关系，测量基准只能以固定支座为准。固定支座与滑动支座的几何尺寸超差（或搞反方向）是卧式容器制造中时常发生的问题。3.换热器的组对装配检验换热器组对装配的顺序大致如下：筒体组对—筒体与容器法兰对或筒体与管板组对—管束组装—管束与筒体组装等工序。筒体的组对次序与前述同，关键是管束的装配。通常的组装方法是首先将一端的管板加以固定，可以采用吊垂线的办法将管板放正，调整好中垂线，而后按图样要求，组装隔板，通常隔板钻孔时是采用一台设备的所有隔板重叠固定后一次性划线钻孔，所以组装隔板时，必须依