浅谈低温压力容器制造监督检验问题

王 健，田洪根，展西国

(山东省特种设备检验研究院 泰安分院，山东 泰安 271000)

0 引 言

低温技术是19世纪末液态空气工业上发展起来的，近年来，得到了迅速发展和广泛应用。低温压力容器是制冷等低温行业过程中关键性设备，因此，低温压力容器应该从其设计、制造、检验等各个环节中加强管理监控，才能使其在服役环境中更好的工作。近年来，随着国家标准对低温容器概念的明确，低温容器各个环节中的质量控制措施显得愈来愈重要，本文主要是针对低温压力容器制造监督检验过程中的一些问题进行分析和探讨。

1 设计环节

GB/T150附录E中，关于低温压力容器的基本设计要求中对于低温低应力工况有明确要求：指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计应力(在该设计条件下，容器元件实际承受的最大一次总体薄膜应力和弯曲应力)小于或等于钢材标准常温屈服强度的1/6，且不大于50 MPa时的工况[1]。标准规定的低温低应力工况判定，除了对壳体元件进行一次总体薄膜应力的核定外，还应对承受一次弯曲应力的容器元件进行核定，如平封头、管板、法兰等，低温使用下的材料易发生脆性断裂，因此低温压力容器设计要考虑选材、结构、组装加工、制造、焊接、焊后热处理、无损检测等各个环节，以保证消除制造过程中潜在隐患，使其以后在服役过程中事故概率降到最低。

1.1 选材环节

低温容器要选择合适的材料，该类材料整个服役的环境下要具有良好的韧性，可以有效避免没有出现明显塑性变形的情况下发生低温脆性断裂而造成灾难性事故。国家标准中对于低温容器用钢板、钢管和锻件的要求见表1～3。

表1 低温用钢板性能指标

表2 低温用碳素钢和低合金钢钢管的性能要求[1]

表3 低温用低合金钢锻件性能指标[3]

1.2 结构设计

低温压力容器对于结构上的设计一般要求避免各种局部应力集中情况，要有足够的柔性，尽可能的限制峰值应力，因此一般要求如下：

1．结构上尽量避免不连续的情况，减少焊接件的约束，减少应力集中；

2．避免产生过高的温度梯度，减小温度应力；

3．容器的支座宜设置垫板或连接板，尽量避免直接与容器壳体相焊。垫板或连接板按低温用材考虑；

4．容器焊有接管及载荷复杂的附件，需焊后消除应力而不能进行整体热处理时，应考虑部件单独热处理的可能性；

5．接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补强，若采用补强板，应为全焊透结构，且焊缝圆滑过渡；

6．焊接结构的设计按照GB/T 150和HG/T 20583的规定。

2 制造环节

按照TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》上所要求的制造环节，制造厂要取得特种设备制造许可证。依据有关的法规、安全技术规范建立压力容器质量保证体系并且有效运行，严格按照设计文件的技术要求制造低温压力容器，特别注意的一点是，对于首次制造真空绝热深冷容器前，制造单位应当试制样品容器并且经过国家质检总局核准的型式试验机构进行的试验，试验的项目、要求及结果应当满足相应产品标准的要求。

焊接质量是影响压力容器制造质量中一个重要因素，低温钢的焊接除了防止焊接裂纹外，关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性，这是低温钢焊接工艺质量控制的一个主要环节。低温钢焊接过程易产生冷裂纹，主要是由于应力、淬硬组织和焊缝金属扩散氢共同作用的结果，另外，一些工艺缺陷如咬边、未焊透等也促成冷裂纹的产生。而热裂纹则与应力、杂质和化学成分有关，焊缝中的有害元素S、P及其他易形成低熔点共晶物的元素共同作用，产生严重偏析而导致的结果。因此，低温压力容器制造过程中要控制好焊接过程的质量，就要避免焊接冷裂纹和热裂纹的产生。

3 监督检验

低温压力容器的制造要按照TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》第六章来实施监督检验，但因为其所用材料、焊接、无损检测、焊后热处理等制造过程存在特殊性，实施监督检验的过程中要尤其注意。

1．低温压力容器用钢材在加工制造前须对低温冲击值进行复验，对于低温第三类压力容器和球罐用钢材还要进行全项目复验，即复验材料的化学成分、常温机械性能、低温冲击值以及钢材超声波检测复验；低温压力容器所用焊条应选用化学成分和力学性能与母材相近的低氢碱性焊条，埋弧焊剂应选用碱性或中性焊剂，并且低温冲击值不小于标准和母材的规定，所有用于低温钢的焊条应按批复验药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量。

2．低温钢材在下料、切割前，要及时进行材料的标记移植，低温容器受压元件不允许采用硬印标记。

3．低温压力容器在施焊之前，受压元件焊缝、与受压元件相焊的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压元件母材表面堆焊与补焊，以及上述焊缝的返修焊缝都应按照NB/T 47014进行焊接工艺评定或者具有经过评定合格的焊接工艺支持。

4．低温容器的焊接应严格控制线能量。在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道焊为宜。

5．低温容器的焊缝表面不允许存在咬边。

6．低温压力容器在焊后热处理后如进行任何焊接返修，应对返修部位重新进行热处理。

7．有A类纵向焊接接头的低温压力容器，应逐台制备产品焊接试件，其试样的冲击试验应包括焊缝金属和热影响区，并按照NB/T 47016和设计文件规定的试验温度和合格指标进行检验和评定。

8．设计温度低于-40℃的或者焊接接头厚度大于25 mm的低温容器，按照采用设计文件规定的方法，对其A、B类焊接接头，进行全部射线或超声检测，且符合该条件的低温压力容器上的A、B、C、D、E类焊接接头，缺陷或补焊处的表面，卡具和拉筋等拆除的割痕表面，需按照图样规定的方法，对其表面进行磁粉或渗透检测。

4 总 结

低温压力容器的设计、制造要根据实际的服役环境和用户需求来选择材料，既能满足使用的要求，又能节能降耗。本文从设计环节、制造环节和作为第三方的监督检验环节提出了一些低温压力容器制造过程中应该注意的一些问题，也提出了一些措施和建议。低温压力容器的制造要求要比普通的压力容器更高，不论是材料、组装、焊接、热处理和无损检测，避免产生过高的应力集中是防止低温脆断、保证容器质量的关键因素，同时制造过程中的检查和第三方的检验也是保证过程质量的重要手段。