吳奇兵

（安徽省特種設(shè)備檢測(cè)院，安徽合肥 230051）

0 引言

高壓氣水罐是一種高壓設(shè)備，主要用于存儲(chǔ)高壓空氣及高壓水，廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)。高壓氣水罐在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，殼體因工藝需要頻繁受到交變應(yīng)力載荷的作用，加上多層包扎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造的難度，罐體層板與封頭連接處易產(chǎn)生裂紋缺陷，影響高壓氣水罐的使用安全。

1 設(shè)備及工藝

本次檢驗(yàn)的高壓氣水罐于2005 年8 月制造，容積2 m3，屬于多層包扎低碳合金鋼結(jié)構(gòu)，作用是利用高壓水（25～30 MPa），對(duì)熱軋鋼表面的四氧化三鐵、氧化亞鐵等磷片雜物進(jìn)行噴射，沖洗，以保證成品鋼表面質(zhì)量。罐體下端裝水量≤0.3 m3，罐體水面上部分是空氣，通過(guò)高壓空氣壓縮高壓水，水用完，壓力下降，再裝水，再加壓，每天循環(huán)多次，本設(shè)備已連續(xù)使用超過(guò)13年。設(shè)備概況見(jiàn)表1。

圖1 裂紋一

表1 設(shè)備概況

2 缺陷情況

通過(guò)磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：殼體外表面層板與封頭連接處焊接接頭存在裂紋缺陷。裂紋一，通過(guò)打磨發(fā)現(xiàn)，裂紋沿著焊縫熔合線處向內(nèi)擴(kuò)展，最后貫穿，出現(xiàn)空洞，裂紋長(zhǎng)約90 mm（圖1）；裂紋二，通過(guò)打磨發(fā)現(xiàn)，裂紋長(zhǎng)約50 mm，深約6 mm（圖2）。

3 原因分析

（1）該設(shè)備采用多層包扎結(jié)構(gòu)，外層層板7 層，層層包扎，設(shè)計(jì)圖紙顯示，每層層板包扎后，焊接接頭處并未有磁粉檢測(cè)要求，因此不排除有原始遺留制造缺陷。

（2）無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)裂紋，打磨裂紋，裂紋貫穿層板，且出現(xiàn)空洞，說(shuō)明設(shè)備制造時(shí)層板貼合不緊密，層板在與封頭連接處有外傾現(xiàn)象或?qū)影迮c封頭連接處設(shè)計(jì)不合理留有空洞。

（3）該設(shè)備承載30 MPa 高壓氣體，且長(zhǎng)期承受循環(huán)交變載荷應(yīng)力，在設(shè)備結(jié)構(gòu)幾何不連續(xù)處，存在應(yīng)力集中，極易產(chǎn)生疲勞裂紋。

綜上所述：高壓氣水罐在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，殼體因工藝需要頻繁受到循環(huán)交變應(yīng)力載荷作用，加上多層包扎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造的難度，罐體層板與封頭連接區(qū)由于結(jié)構(gòu)幾何不連續(xù)，存在應(yīng)力集中，使用過(guò)程中極易產(chǎn)生疲勞裂紋。

4 處理措施

4.1 維修要點(diǎn)

必須具有相應(yīng)維修資質(zhì)的施工單位進(jìn)行施工，施工單位應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

（1）制訂施工方案。應(yīng)參照相應(yīng)的設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)制定施工方案，且需經(jīng)維修單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后方可實(shí)施。

（2）打磨消除層板焊縫裂紋后，先進(jìn)行目視檢查，然后對(duì)打磨表面進(jìn)行100%MT 檢測(cè)，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ級(jí)合格。確認(rèn)裂紋缺陷均已完全消除。

（3）補(bǔ)焊焊材選用J507 焊條（規(guī)格Φ3.2，Φ4）焊條使用前應(yīng)進(jìn)行烘干處理。

（4）預(yù)熱采用火焰加熱方式，預(yù)熱溫度＞100 ℃，加熱時(shí)溫度最高可提至250 ℃。

（5）補(bǔ)焊作業(yè)時(shí)應(yīng)多道多層，保證根部焊透，各焊道接頭應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)。

（6）補(bǔ)焊后檢查焊接接頭質(zhì)量，采用角向磨光機(jī)去除補(bǔ)焊部位余高，使焊縫與母材圓滑過(guò)渡，然后對(duì)打磨表面進(jìn)行100%MT檢測(cè)，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ級(jí)合格。

（7）應(yīng)做水壓試驗(yàn)及無(wú)損檢測(cè)，水壓試驗(yàn)按原設(shè)計(jì)工藝要求（40 MPa）。水壓試驗(yàn)合格后再對(duì)設(shè)備所有A，B，C，D，E 類(lèi)焊縫進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ級(jí)合格。

圖2 裂紋二

4.2 縮短定驗(yàn)周期

依據(jù)特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中有關(guān)縮短檢驗(yàn)周期的規(guī)定，將此壓力容器的定期檢驗(yàn)周期縮短為3 a。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）設(shè)備使用單位需加強(qiáng)對(duì)該設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，定期做年度檢查及平時(shí)的巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止使用并上報(bào)。

（2）高壓氣水罐長(zhǎng)期使用后，罐體層板與封頭連接區(qū)易產(chǎn)生裂紋缺陷。施工單位應(yīng)分析裂紋成因，制訂合理的施工工藝，使設(shè)備能夠滿足安全生產(chǎn)要求。

（3）設(shè)計(jì)及制造單位應(yīng)依據(jù)壓力容器的工藝情況分析其受力，采用應(yīng)力分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)力集中部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造，減少或消除容器應(yīng)力集中問(wèn)題。

（4）檢驗(yàn)單位應(yīng)將裂紋缺陷作為此類(lèi)壓力容器定期檢驗(yàn)的重點(diǎn)。