浅析低温绝热压力容器用原材料智能检验检测的必要性

张 霞，薛红香

(泰安市特种设备检验研究院, 山东 泰安 271000)

1 前 言

随着气体应用领域、行业的日趋广泛，社会各个领域(医院、工业等)对低温气体储运、储存设备的需求逐渐增加。低温真空绝热压力容器凭借其卓越的绝热性能和保温性能，在低温气体储运、储存领域中得到越来越广泛的应用。GB 150—2011《压力容器》中对低温容器的定义为：设计温度低于-20℃的碳钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。液化乙烯、液化天然气、液氧、液氮和液氢等低温气体的储存和运输用压力容器均属于低温绝热压力容器。低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器的整体结构与普通的压力容器有所不同，低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器采用独特的真空绝热夹套式双层结构，它们根据不同的设计参数、运行要求在密闭的金属容器与金属外壳间采用不同的绝热材料及方式使内胆与外壳之间的夹层达到所要求的真空度[1]。因此，低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器的特殊性就在于它们的整体结构不同于一般压力容器的结构(一般压力容器均为单层容器)，其特点主要体现在它们内筒的不可见性及真空夹层的绝热性能和保温性能，低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器的原理是：利用了粉末的低热导率或者纤维、泡沫材料来填充内筒与外壳之间的夹层，减少热量传入夹层[2-3]，从而达到绝热、保温的目的。

因此，为了避免低温绝热压力容器存在失效的天生缺陷，低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器在制造过程中，首先应当选用符合标准规范和设计文件规定的原材料，而这些原材料要求在设计参数下必须具有良好的强度、韧性和抗腐蚀性。原材料(包括板材、管材、焊材、阀门、法兰、螺栓、仪器仪表等)的质量控制对低温绝热压力容器的制造至关重要，目前压力容器制造企业无法实现按照单台低温压力容器对原材料的消耗数量进行采购，一台低温压力容器用到的原材料能达到十几种甚至几十种之多。如何确保低温压力容器制造使用到的诸多规格原材料是已经经过检验合格的，目前只能依靠人工查阅纸质记录，效率低，容易出错，不便于智能化管理。因此将智能检测应用到低温绝热压力容器制造中的材料监督检验之中，以便于质量控制，提高工作效率。

2 智能检验检测的介绍

在经济快速发展的今天，检验检测工作是各行各业质量基础的重要工作，检验检测工作不仅保障产品的质量安全，而且可以提高产业竞争力。所以，社会上各行各业都开始重视和发展检验检测工作。现如今大数据和人工智能信息技术高速发展，在智能快速发展的时代背景下，智能化将引领各行各业的检验检测发展方向，智能化检验检测能够帮助检验检测工作人员提升自身检验检测能力以及检验检测水平。

2.1 智能检验的定义

检验是对所检验产品的功能和产品的性能进行评定的一种产品质量控制的方法，是在实际运行状态以及设计规定的工作压力和工作温度等参数下，对所检验产品的使用功能、产品安全性能和产品使用寿命进行的测定、试验以及评价质量控制的工作活动。产品的检验工作活动是产品进行设计改进和制造过程中改良、改进的重要依据。为了确定产品、部件、原材料和组件或零件是否满足原设计以及标准规范规定的质量标准和技术要求所进行的测试和测量等质量检测工作称为检测，检验和检测是产品制造过程中最基础的工作之一。传统的检验和检测主要依靠工作人员，并且主要依靠工作人员用手工的方式来完成。而且，传统原始的检验和检测工作是在产品加工和制造完成之后才进行的，如果一旦检出不合格产品，损失已经发生，错过了最佳的补救时机。

智能检验检测是指能自动完成测量和数据处理以及显示或输出测试结果的检验检测技术。智能检验检测技术主要有两个信息模块，一个模块是所测信息的内容和数据，另一个模块是控制信息内容和数据，所测的信息内容和数据在智能检验检测技术工作中的传输是最真实最原始的数据。智能检验检测技术是一种尽可能少用工作人员的检验和检测技术，是借助仪器仪表等设备，并且是用到多种学科的综合性的智能化检验和检测技术。智能检验检测技术能够降低人为对检验和检测结果数据有意或无意的干扰程度，并且降低了相关工作人员的原有劳动量，有利于提高工作效率。

通过智能检验检测技术，提供所检验和检测产品制造过程的全程质量信息及数据，并根据检验和检测的质量信息数据对产品的制造过程进行更正和改善，使制作产品的不合格率下降到最低，保证所检验和检测的产品高质量以及制造的高效性。

2.2 人工智能在压力容器焊缝棱角度检测中的应用[4]

人工使用焊接检测尺、焊缝棱角度检测尺，按照GB 150—2011《压力容器》的要求，准备好的三块线切割标准焊接件的余高、宽度、咬边、错边量、棱角度5个参数进行检测，并与基于人工智能的焊缝检测仪的检测结果进行比较，结果表明，基于人工智能的焊缝检测仪测量焊缝余高、宽度、咬边、边量、棱角度5个参数耗时仅为人工检测时间的 20%；两项结果比较的示值误差小于0.3 mm。基于人工智能的焊缝检测仪用于焊接件表面形貌的检测时，相较于人工检测具有较高的精度，并能缩短检测时间，提高工作效率。

采用人工智能检测有如下优点：

1.一般能同时检测焊缝形貌的多个参数，包括余高、焊缝宽度、错边量、咬边、棱角度、角焊缝的焊脚高度和宽度等，且可以直接输出检测结果。

2.检测精度远超采用人工样板的检测方法。

3.不用针对不同的筒体直径制作多个样板，减少检测工具成本。

4.减少焊缝参数测量时间，提高测量效率，大大降低人工测量工作量。

从国内外研究现状来看，智能检验技术在油田、继电保护装置等环节应用比较广泛，但低温绝热压力容器制造材料检验环节没有涉及到。因此，开展低温绝热压力容器制造用原材料智能检验的研究迫在眉睫。

3 低温容器原材料智能检验

3.1 低温绝热压力容器用原材料的要求

一般压力容器常用的铁素体钢在温度降低到某一温度时，钢的韧性将急剧下降，铁素体钢显得很脆,因此，称这一温度为“脆性转变温度”。压力容器在低于转变温度的条件下使用时，容器中如存在因缺陷、残余应力、应力集中等因素引起的较高局部应力，容器就可能在没有出现明显塑性变形的情况下发生脆性破裂造成灾难性事故。对于低温压力容器首先要选用合适的材料，这些材料在使用温度下应具有良好的韧性。

3.1.1低温绝热压力容器用钢

GB 150.2—2011《压力容器》对低温绝热压力容器用钢规定如下：

1.用于使用温度低于-20℃的低温钢板和锻件，还应当采用炉外精炼工艺；

2.奥氏体型钢材的使用温度高于或等于-196℃时，可免做冲击试验。低于-196℃～-253℃，由设计文件规定冲击试验要求；

3.规定用于设计温度<-40℃的钢板，可附加进行落锤试验，试验按GB/T 6803进行，采用P-2型试样，无塑性转变(NDT)温度的合格指标在涉及文件中规定；

4.低温钢板(>20 mm)的超声检测(逐张)质量等级为Ⅱ级；

5.使用温度低于-20℃的碳素钢和低合金钢管其正火交货的状态不允许用终轧温度符合正火温度的热轧来代替；

6.设计温度低于-40℃的钢管用钢应当采用炉外精炼工艺；

7.使用温度低于-20℃的低温钢锻件应当由经炉外精炼的钢锻制而成；

8.使用温度低于-20℃且公称厚度大于200 mm的低温钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级；

9.使用温度低于-20℃的低合金螺柱的使用限制。

HG/T 20583—2011《钢制化工容器结构设计规定》对低温绝热压力容器用钢规定如下：

1.规定低温容器的接管法兰宜采用带颈对焊型管法兰；

2.对于低温工况下工作的压力容器，不推荐使用补强圈补强结构。

3.1.2低温压力容器用钢的焊接材料

低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器的受压元件之间或者受压元件与非受压元件之间焊接用焊材应与母材的性能相当，尤其是材料韧性方面要相当。并符合NB/T 47018.1—47018.7《承压设备用焊接材料订货技术条件》的规定，焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。

3.2 低温容器原材料智能检验的必要性

在现如今社会生产的各个领域中，低温绝热压力容器得到广泛的应用。低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器均属于危险性较大的特种设备，如果发生安全事故，将会造成不可逆转的后果。要想保证低温绝热压力容器产品质量符合相关标准、规程的要求，在其制造生产过程中，需要严格控制其关键工序，避免不合格产品进入到下一步工序当中，就需要对低温绝热压力容器的制造质量给予保证。

把好低温绝热压力容器产品的制造质量关，首先就要把好低温绝热压力容器制造原材料关，原材料的质量控制对低温绝热压力容器制造产品质量至关重要，以设计要求和标准要求为基础，合理选择低温绝热压力容器原材料，保证低温绝热压力容器在使用环节能够安全节能的运行，是低温绝热固定式压力容器和低温绝热移动式压力容器制造检验环节中非常重要的内容，但是现实中，原材料检验检测遗留问题较多，当原材料(板材、管材、焊材、法兰、螺栓等)买回来之后，摆放混乱，不同的材料没有区别，新进的板材、管材和法兰以及螺栓有时候还会在不合格品区停放。一些原材料包括板材、管材和法兰、螺栓及焊材等材料标记移植不及时，甚至没有做出原材料标识，外协外购件不合格。在低温真空绝热固定式压力容器或低温真空绝热移动式压力容器制造过程中，到达耐压试验环节时，监督检测人员在资料审查时，会发现资料当中材料入场编号与监督检验人员的现场记录材料标识编号不一致，是材料入库粗心写错了，还是用错了材料，很难追溯事情的真相。但是如果是用错了原材料，会造成严重的产品质量事故。所以，这就需要严格按照厂里制定的材料入库管理程序，实施原材料的入场检验检测，做好原材料标识、做好材料的可追溯性，所以低温绝热压力容器原材料智能化检验迫在眉睫，应严格做好原材料进厂入库前检验，遵守保存、发放、领用、回收流程，外购外协部件严格检测，以保证质量。

低温绝热固定式压力容器和低温绝热移动式压力容器的制造过程比较繁琐和复杂，需要严格工序，加强管理，做好监督，全面符合相关的法规标准的要求，才能有效避免残次品问世，防止其危害人类生命和财产安全。

4 结束语

运用智能化检验检测技术，合理高效地控制低温绝热压力容器原材料的入厂、检验检测、入库、领用及回收等环节，以设计要求和标准要求为基础，合理选择低温绝热压力容器原材料，保证受压元件的金属材料和焊接材料在原设计使用参数下，具有足够的塑性、强度和韧性以及良好的抗腐蚀性能及抗疲劳性能。原材料智能化检验针对材料实施入场检验，如果是不合格的产品就坚决不能入场进行检验。当材料入库之后，需要分区放置，严格实施标记移植工作，针对原材料(板材、管材、法兰、螺栓和焊材等)实施有效的追溯。严格管理控制焊材库，做好温度和湿度的控制，相关责任人员应当严格执行焊材的保存、发放和回收等企业管理制度，逐件检验检测及检查外购件，不符合标准规程的产品和半成品坚决不用，确保材料不误用。

低温真空绝热固定式压力容器和低温真空绝热移动式压力容器原材料智能化检验检测技术对提高低温绝热压力容器的产品性能、成品和半成品的生产合格率、进一步降低生产成本及缩短制造生产周期起到关键性的作用。