压力容器开箱检验及常见缺陷对策探讨

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  摘要:在石油化工行业内,压力容器开箱检验设备管理流程的执行,不仅是对石化项目推进提供保障,对于项目现场生产效率提升也可起到促进作用。在此基础上,本次研究中首先就压力容器开箱检验工作流程以及管理制度进行编制,随后详细指出检验中所存在的缺陷,并针对缺陷的修复给出了对应的解决措施,旨在通过本次研究工作的深入,进一步为压力容器开箱检验工作品质提升提供帮助。
  关键词:压力容器;开箱检验;设备缺陷
  前言:随着我国多项产业的逐步发展和进步,石油化工产业已经逐步发展成为社会经济建设的支柱性产业,同时也为国民生产及生活水平提升发挥支撑作用。但目前,该产业内所开展的设备检验工作却仍旧存在不足,导致后续的项目进度以及经济效益受到影响,尤其在压力容器开箱检验工作的开展中,也出现了制度及管理体系不足的情况,限制采购检验工作品质提升空间。
  1、意义及适用范围
  1.1意义
  压力容器是石油化工行业的重要的一类设备,在项目各现场的开箱检验工作中,压力容器的检验至关重要[1]。为了保证压力容器的产品质量,进一步规范压力容器开箱检验工作程序及问题处理程序、注意事项,确保到货压力容器的安全、稳定、长周期运行,为中石化EPC项目高标准中交及装置顺利开车打下坚实基础,鉴于此,针对压力容器开箱检验及常见缺陷对策这一内容进行深入分析具有重要现实意义。
  1.2适用范围
  ①适用于固定式压力容器、常压容器的开箱检验;
  ②对有特殊要求的压力容器,检验人员应在本规则基础上,根据具体要求,制定专项检验方案,经批准后实施
  ③本规则适用于EPC项目的的压力容器开箱检验的相关工作。
  1.3编写依据
  ①TSGR004-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》
  ②GB150-2011《钢制压力容器》
  ③GB713-2014《钢制压力容器用钢板》
  ④JB4732-1995《钢制压力容器分析设计》
  ⑤JB/T4710-2005《钢制塔式容器》
  ⑥NBT47003.1-2009《钢制焊接常压容器》
  ⑦TSGR7001-2004《压力容器定期检验规则》
  1.4压力容器开箱检验工作流程图:见图1
  2、压力容器开箱检验控制关键点
  2.1检验准备
  进行压力容器开箱检验之时,采购质检工程师应提前准备并熟悉设备采买合同、技术协议、出厂资料(包含设备制造竣工图、产品合格证、压力容器产品质量证明书、压力容器产品安全质量监督检验证书以及技术协议要求提供的其它资料)。此外,还需同步准备技术协议引用标准规范、设计变更单或材料代用单、压力容器制造过程双方或三方进行的有关技术方面的专题会会议纪要[3]。其次,执行压力容器檢验过程中,还需提前编制对应的检验方案:①检验仪器准备,各种检验仪器应符合检验精度的要求,并经计量检定,合格证在有效期内,对规定的检验项目检测单位如果不具备相适应的检验手段时,应委托有能力的检验机构进行。②设备开盖:按检验要求拆除影响检验结论判定的人孔盖、封头、管箱以及阻挡检验的构件[4]。③清理打磨:清理打磨影响检验准确度的容器表面,使其满足检验检测技术要求。④安全防护:准备安全卫生防护用品,射线检测辐射安全等装备。
  2.2压力容器开箱检验作业流程及内容
  进行压力容器开箱检验工作过程中,采购质检工程师需要充分做好如下工作内容:
  ①检验实施。针对压力容器竣工资料进行审查,包括设计、制造单位的资质。审查竣工图:竣工图样上应有设计单位资格印章,复印章无效和竣工图章。竣工图章上应有制造单位名称、制造许可证编号和“竣工图”字样[5]。若制造中发生了材料代用、无损检验方法改变、加工尺寸变更等,竣工图样上应有标注,标注处应有修改人和审核人的签字及修改日期。产品质量证明书、产品铭牌的拓印件。产品质量证明书的内容应包括《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.1.4条的内容,至少应有产品主要受压元件材质证明书、材料清单、质量计划或者检验计划、结构尺寸检查报告、焊接记录、无损检测报告、热处理检验报告及自动记录曲线、耐压试验报告及泄漏试验报告,产品铭牌的拓印件或者复印件[6]。压力容器的安全监督检验证书,凡受《固定式压力容器安全技术监察规程》管辖范围的压力容器应有压力容器制造单位当地特种设备安全检验机构出具的《压力容器产品安全质量监督检验证书》。对于高压容器、第三类的中压反应容器和储存容器,设计单位应提供强度计算书,按JB4732设计的,设计单位应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力。
  ②外观检查。检查实物规格、结构型式、铭牌应符合设计规定;容器内外表面不得有超过制造标准要求的变形、损伤、锈蚀等缺陷复合钢板及衬里不得有鼓包、龟裂、剥落及其它异常现象;有色金属设备表面不应有腐蚀斑点,金属或非金属压入物及异种材料的污染等缺陷;设备表面不应有尖锐伤痕、刻槽等缺陷,其修磨深度不得超出制造技术规范的允许范围;焊缝内外表面不得有裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、弧坑、未填满等缺陷焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物不允许存在[7]。焊缝咬边、表面凹陷、余高不得超出制造技术规范的允许范围;有色金属容器的焊缝两侧不得有过烧现象;当设计文件和容器制造文件对内表面或某些部位有表面粗糙度要求时,应用标准样块或粗糙度仪进行检验。
  ③结构检查。容器的结构是否符合设计图样,焊缝布置、封头直边高度是否符合技术标准。
  ④尺寸检查。容器筒体和封头的最大最小直径、壁厚、长度或高度;筒体的圆度、直度、棱角度、纵环缝对口错边量;管口的位置、方向、长度、规格和连接方式;法兰连接螺栓的规格、数量;支座的高度、底板尺寸、地脚螺栓孔的位置、型式、尺寸和数量;衬里和复合钢板的覆层厚度;多层包扎压力容器、整体包扎压力容器的松动面积和热套压力容器热套面的间隙;凸形封头的内表面形状公差及蝶形、带折边锥形封头的过渡段转角半径;不等厚对接的过渡尺寸;焊接在容器壳体上的其他连接件的型式、规格、尺寸和数量。的结构是否符合设计图样,焊缝布置、封头直边高度是否符合技术标准[8]。   ⑤材质复验。压力容器主体材质、紧固件材质复验。首先,第三类压力容器、钢材标准规定的抗拉强度σb>540MPa的压力容器应对筒体和封头进行硬度检查。检查时应分别抽查两处以上。检查中发现异常的部位,应补充进行金相或其它检验[9]。其次,高压容器和低温容器的紧固件应进行硬度、磁粉或着色渗透检测,检测数量不少于总数的三分之一。另外,合金钢及不锈钢等材质的主体材料应进行光谱分析鉴定其主要成分,检测时应分别抽查两处以上。
  ⑥主体焊缝无损检测。进行该项检测时,需要从两方面着手,其一是埋藏缺陷检测,当设计文件规定对焊缝要求做射线或超声波检测的应按下列规定进行:要求全部检测的,应抽查5%以上;要求局部检测的,根据其它项目检查情况抽查;容器的焊缝检测部位首选丁字焊缝和外观几何尺寸检查存在问题的部位;抽查时宜先用超声波检测发现有缺陷后再用射线复检[10]。其二是表面缺陷检测,下列容器的焊缝应进行磁粉或渗透检测其抽查数量不少于焊缝总长的25%;设计压力大于等于10Mpa;标准抗拉强度σb>540MPa的不锈钢及Cr-Mo合金钢;堆焊表面;复合钢板容器的复层;耐蚀衬里容器的金属衬里;奥氏体不锈钢容器;有色金属容器;接管。此外,容器焊缝无损检测的结果应符合设计文件和设计规范的要求,发现有缺陷时应扩大抽查比例直至全部复验。
  ⑦硬度抽查。符合下列情况之一或以上情况的容器的焊缝应进行硬度抽查:设计文件对焊缝硬度有要求的;压力容器在使用中有应力腐蚀倾向的;Cr-Mo钢、标准抗拉强度σb>540Mpa的。
  ⑧内衬检查搪瓷、衬胶以及其他非金属材料衬里的容器,应对衬里层进行电火花检查。试验电压值应符合设备制造技术文件的要求,试验过程不得使衬里层遭受机械损伤或其他性质的损坏。
  ⑨厚度測量。承压壳体每块板测量点数应大于2点,接管测量每段大于2点,测量厚度应在设计规范允许范围内;衬里或复合钢板的覆层厚度;测量衬里层与基材的贴合。
  压力试验。当超标缺陷经过返修后或在资料审查时对制造厂的试压有怀疑时,应对压力容器进行压力试验,试验要求与程序遵照《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定。
  2.3入库检验报告
  现场检验工作结束后,应及时完成入库检验报告,报告必须工整清晰,一式三份。报告编号由采购文档工程师统一编号,报告必须由业主、监理、总包、施工单位等参检人员签字,必要时需邀请制造厂技术人员参加并签字,填写完成且审核无误后,加盖检验专用印章再发放二份至仓储和合同采购合同工程师,一份由采购组存档。对判定为不合格产品的压力容器应对不符合原因进行分析,并填写不合格品处置报告。
  3、压力容器开箱检验常见缺陷检验与对策
  3.1凹陷、鼓包、沟槽、机械损伤、工夹具焊迹、电弧灼烧等缺陷检验与对策
  该类型的缺陷可以通过肉眼扫视设备外表面检查出来,对肉眼检查有怀疑的部位,可用5-10倍放大镜进一步观察。器壁表面鼓包、凹陷、腐蚀凹坑等表面凹凸变形缺陷可用手电筒贴着设备表面平行照射的方法清楚的检测出来,对于无法进入或无法直接观察的狭窄部位,可利用反光镜或内窥镜进行检查。容器表面的机械损伤、工卡具焊迹、电弧灼伤依据《压力容器定期检验规则》第四十一条将损伤部位平滑打磨后,测量凹坑的长度、深度然后依据《压力容器定期检验规则》第四十条对凹坑进行无量纲计算和设备安全等级评定。
  3.2结构检验常见缺陷检验与对策
  如不等厚度板(锻件)对接接头,未按规定进行削薄(或者堆焊)处理的、采用“十”字焊缝、焊缝间距小于规定值,未按规定采用全焊透结构的角接焊缝或者接管角焊缝,开孔位置不当等缺陷直接由肉眼进行检查。该类型的缺陷检查的重点是,不合理结构是否引发新的缺陷,然后根据《压力容器定期检验规则》第三十九条对设备进行降低安全状况等级处理。
  3.3腐蚀检验常见缺陷检验与对策
  ①全面腐蚀常见缺陷检验与对策。全面腐蚀分布于材料整个表面,造成材料整体均匀的壁厚减薄。该类型的缺陷可以通过肉眼直接检查出来,对于全面腐蚀的处理方法,可以超声波测厚仪检测剩余壁厚,计算出该设备的腐蚀量,年腐蚀速率,对剩余壁厚(实测壁厚最小值减去至下次检验期的腐蚀量)进行强度校核合格的,不影响设备安全运行;强度校核不合格的,根据腐蚀速率缩短检验周期、降压运行或补焊处理,经过补焊合格的不影响安全运行。
  ②局部腐蚀常见缺陷检验与对策。局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大的多,从而形成坑洼、沟槽、穿孔、破裂等破坏形态。局部腐蚀区域小、腐蚀速率快、难以预防,在腐蚀事故中超过80%是由局部腐蚀导致,在腐蚀程度检验中重点检查该类型的缺陷。利用放大镜和超声波测厚仪对可能产生或已经产生的局部腐蚀区域进行认真检测,并在检验记录中对局部腐蚀区域及腐蚀量进行详细标注;依据《压力容器定期检验规则》第四十条和第四十三条,对腐蚀深度不超过壁厚(扣除腐蚀裕量)的1/3且在任200mm直径范围内,点状腐蚀总面积不超过4500mm2,或者沿任一直径的点腐蚀长度之和不超过50mm的不影响定级。不满足上述条件应进行焊补。
  3.4母材检验常见缺陷检验与对策
  爪裂、夹层、表面气孔。表面气孔可以通过肉眼直接检查,夹层则需超声波测厚仪或超声波探伤仪进行检测,重点是检查夹层与设备表面的夹角是否在允许范围内,与自由表面平行的夹层,不需处理;与自由表面夹角小于10°的夹层,依据《压力容器定期检验规则》第四十六条和第四十七条,对缺陷对设备安全状况的影响进行分析。
  3.5焊接检验常见缺陷检验与对策
  由于焊接是在固态金属结构中进行的局部冶金过程,焊缝及其附近受到快速的不均匀加热和冷却,加上材质、人员、焊接技术等因素的影响,焊接接头更容易产生缺陷,是压力容器结构中的薄弱部位。焊接缺陷主要是制造时留下的,随着设备运行,部分细小缺陷会扩展变大并引发新的缺陷,影响设备的安全运行。一般情况下,焊接缺陷检验及对策主要包括以下几种:   ①表面缺陷检验与对策。如咬边、焊瘤、内凹、未焊透、表面气孔、表面裂纹等。较大的表面开口缺陷和外观缺陷可以肉眼直接检查,细微的开口缺陷则需渗透检测和磁粉检测,发现该类型的缺陷需打磨处理,并彻底清除,对打磨后的凹坑依据《压力容器定期检验规则》第四十条进行处理。对于内表面焊缝咬边深度不超过0.5mm、咬边连续长度不超过100mm、并且焊缝两侧咬边总长度不超过该焊缝长度的10%时;外表面焊缝咬边深度不超过1.0mm、咬边连续长度不超过l00mm、并且焊缝两侧咬边总长度不超过该焊缝长度的15%时,一般类压力容器可不予修复,有特殊要求的压力容器依据《压力容器定期检验规则》第四十二条进行处理;低温压力容器不允许有焊缝咬边。
  ②埋藏缺陷检验与对策。如裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等。该类型的缺陷主要通过射线和超声两种无损检测方法进行检验。压力容器不允许有裂纹存在,一旦发现必须清除干净,其他埋藏缺陷在制造标准范围内的可以不进行处理,超出制造标准允许的埋藏缺陷依据《压力容器定期检验规则》第四十条进行处理。
  ③裂纹缺陷检验与对策。对压力容器常规检验时,首先对容器的内外表面及焊缝用肉眼认真普查一遍。必要时可用10倍以上的放大镜仔细检查,对有怀疑的部位做好标记。接下来对容器的焊缝及热影响区进行100%的磁粉探伤(针对铁磁性材料)。对于人孔、支柱、接管等受空间限制,磁粉探伤难以做到的地方,采用表面着色方法进行检测。用磁粉探伤能有效地检测出焊缝及其附近的微裂纹,所以这项工作要认真细致的进行。对于出现裂纹磁痕的地方要认真做好记录。然后用超声波进一步确定所发现的裂纹磁痕是否属实。认为裂纹确实存在后,可用射线探伤法从不同的角度对裂纹处进行拍片复查。一般情况下,浅表面微裂纹在底片上是发现不了的,只有裂纹的深度达到一定程度后,底片上才显现出来。对于射线检测不到的浅表面微裂纹一般不需要进行补焊处理,只需要用角向磨光机将其磨掉即可。在打磨之前,先用测厚仪测以下裂纹附近的容器壁厚,然后根据以下公式核算一下容器的最小允许壁厚:
  对于球形壳体:Smin=PD1/2σtY-P
  对于筒形壳体:Smin=PD1/4σtY-P
  公式中:Smin--容器最小允许壁厚,cm;P--容器最高工作压力,kg/cm2;D1--容器壳体内径,cm;Y--焊缝系数;σt--工作温度下材料的许用应力Kgf/cm2;
  其中Y和σt可以从《钢制压力容器设计规定》中查到。在打磨过程中,应采取边打磨边进行磁粉探伤、边测厚的方法,直到磁痕消失。最后进行一下表面着色检验,未发现任何裂纹显示即可。这样处理表面微裂纹有两个好处:首先,它可以大大缩短了球形的修复时间。其次,避免了焊后热处理的工序。此外,对于射线检验能够发现的裂纹不宜采用打磨去除的方法。因为它具有一定的深度,应在裂纹两端钻孔,磨削补焊,最后进行热处理,消除残余应力。
  4.总结
  综上所述,作为石油化工设备的管理人员和检验人员,想要进一步提升压力容器开箱检验工作质量,作为技术管理人员,一方面应该就压力容器开箱做好检验细则做好对应的规划和分配。另一方面,技术人员还需重点针对压力容器本身所常见的容器缺陷进行查找和分析,方能就此尽快找出缺陷及故障点,最终为整体压力容器开箱检验工作质量提升奠定坚实的基础。
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