球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)的安全控制

林明強(qiáng)

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

球罐作為液化石油氣﹑液化天然氣﹑液氨﹑液氮﹑液氫﹑液氧等介質(zhì)的重要存儲(chǔ)設(shè)備，其產(chǎn)品品質(zhì)既關(guān)系企業(yè)生產(chǎn)，又關(guān)系人身安全，一旦發(fā)生事故，將會(huì)給企業(yè)和國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開(kāi)展球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制研究，具有重要意義。

球罐與其他同容量的存儲(chǔ)容器相比，具有自身凈質(zhì)量小、表面積小、占地面積少和制造周期短等優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工、冶金﹑輕工等生產(chǎn)中，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1]。球罐一般用儲(chǔ)存易燃易爆危險(xiǎn)介質(zhì)，且常常暴露在高溫、高壓、腐蝕和循環(huán)疲勞載荷等惡劣環(huán)境中，故球罐開(kāi)裂、腐蝕泄漏及結(jié)構(gòu)損壞等事故屢見(jiàn)不鮮[2～3]。球罐一旦發(fā)生事故，不但嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)建設(shè)，且可能釀成災(zāi)難性事故。因此球罐的建造與使用不僅引起工業(yè)界的高度重視，還受到各國(guó)政府的廣泛關(guān)注，很多國(guó)家將其列為政府行為，并建立相應(yīng)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)管理。

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制包括技術(shù)資料審查、結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量及幾何尺寸檢查、球罐板厚測(cè)量、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、安全附件檢查、耐壓氣密性試驗(yàn)和球罐安全評(píng)定等[4]。本文全面論述球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制流程的5個(gè)環(huán)節(jié)和體系文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、人員控制、系統(tǒng)平臺(tái)與支撐技術(shù)5個(gè)層次的內(nèi)容，并對(duì)開(kāi)展球罐安全運(yùn)行保護(hù)措施提出建議。

1 球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制流程

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)安全控制，包括技術(shù)資料審查、內(nèi)外宏觀檢查、對(duì)接焊縫無(wú)損檢測(cè)、安全附件檢查及耐壓氣密性試驗(yàn)和球罐安全評(píng)定5個(gè)環(huán)節(jié)，需要體系文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、人員控制、系統(tǒng)平臺(tái)與支撐技術(shù)這5個(gè)層次的支持與應(yīng)用[5～6]。球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)安全控制流程，如圖1所示。

圖1 球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制流程

1.1 技術(shù)資料審查

對(duì)球罐的設(shè)計(jì)文件、施工方案、焊接工藝評(píng)定等施工文件進(jìn)行審查；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所用板材、焊材的材質(zhì)證明書(shū)及復(fù)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行審查；對(duì)安裝單位和檢測(cè)單位的資質(zhì)證書(shū)及焊工、無(wú)損檢測(cè)人員資質(zhì)證書(shū)進(jìn)行核實(shí)。

1.2 宏觀抽查

（1）對(duì)球罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查、焊接過(guò)程控制。搭接寬度、對(duì)接焊縫、對(duì)接對(duì)口間隙、坡口角度以及現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝實(shí)施情況，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求；

（2）焊接接頭表面質(zhì)量檢查。角焊縫的焊腳尺寸、對(duì)接焊縫的寬度及余高、焊縫錯(cuò)邊量、咬邊等，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；

（3）檢查球罐本體及焊縫的裂紋、過(guò)熱、變形和泄漏情況；

（4）檢查螺栓、支座、排放裝置是否脫落、破損、失效，檢查其他相關(guān)施工記錄；

（5）底板及層板用鋼板測(cè)厚抽查，對(duì)球罐重點(diǎn)部位進(jìn)行壁厚測(cè)量。

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1.3 無(wú)損檢測(cè)檢查

將球罐內(nèi)表面焊縫及兩側(cè)、內(nèi)表面工卡具焊跡打磨干凈，并清理銹污等雜物，采用熒光磁粉懸浮液進(jìn)行磁粉檢測(cè)，根據(jù)球罐的設(shè)計(jì)、制造、使用參數(shù)、球殼板的材質(zhì)和內(nèi)表面檢驗(yàn)的結(jié)果，確定對(duì)接焊縫外表面的檢測(cè)比例，若發(fā)現(xiàn)缺陷，則適當(dāng)擴(kuò)大比例進(jìn)行檢測(cè)；檢查柱腿與球殼板角焊縫及人孔、接管角焊縫的內(nèi)外表面，難以磁粉探傷的對(duì)接焊縫、工卡具焊跡處采用滲透檢測(cè)；并采用數(shù)字式超聲儀，對(duì)對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

根據(jù)球罐設(shè)計(jì)、制造、安裝的品質(zhì)、缺陷情況、腐蝕情況和使用狀況，確定是否開(kāi)展球罐射線檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、TOFD 檢測(cè)、渦流檢測(cè)等。

1.4 安全附件檢查及耐壓氣密性試驗(yàn)

檢查球罐的壓力表、緊急切斷閥、安全閥、液面計(jì)和測(cè)溫儀表等附件的出廠品質(zhì)證明、合格證、規(guī)格、型號(hào)、精度、數(shù)量、計(jì)量標(biāo)識(shí)等，是否符合有關(guān)規(guī)定的要求，審查其校驗(yàn)報(bào)告是否在有效期內(nèi)。

利用清潔水或其他安全性的介質(zhì)，以水壓1.25（氣壓1.15）倍的最高工作壓力，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；利用壓縮空氣或氮?dú)忾_(kāi)展氣密性試驗(yàn)。

1.5 球罐安全評(píng)定

球罐安全評(píng)定，是建立在球罐檢測(cè)的基礎(chǔ)上，研究球罐材料性能退化規(guī)律和各種缺陷的動(dòng)力學(xué)發(fā)展規(guī)律，通過(guò)模型試驗(yàn)和理論力學(xué)計(jì)算，確定球罐的斷裂韌度、最大許用壓力、剩余壽命、剩余強(qiáng)度等，為球罐的安全運(yùn)行與維護(hù)，提供科學(xué)依據(jù)[7]。

2 品質(zhì)安全控制5個(gè)層次的內(nèi)容

2.1 體系文件

體系文件是開(kāi)展球罐檢驗(yàn)的指導(dǎo)性文件，主要用于約束和指導(dǎo)球罐檢驗(yàn)管理的有效實(shí)施。體系文件通常包含管理手冊(cè)、程序文件和作業(yè)規(guī)程這3 部分。管理手冊(cè)，總體概述球罐檢驗(yàn)管理流程，闡述總體工作目標(biāo)和活動(dòng)安排；程序文件，具體描述球罐檢驗(yàn)管理的工作內(nèi)容和職責(zé)；作業(yè)規(guī)程，是指導(dǎo)完成某項(xiàng)具體工作的方法和操作規(guī)程。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)施球罐監(jiān)督檢驗(yàn)管理5個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)指南，包括《TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《TSG R7001-2004 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》、《GB 12337-1998 鋼制球形儲(chǔ)罐》、《GB 150-98 鋼制壓力容器》、《JB/T 4730-2005 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》、《GB 50094-98 球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》 和《GB/T 19624-2004 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》等。

2.3 人員控制

2.4 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在球罐檢驗(yàn)品質(zhì)管理中的應(yīng)用。運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立球罐檢驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)球罐數(shù)據(jù)的有效管理，保證球罐信息的及時(shí)更新，并基于球罐檢驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)各種球罐評(píng)價(jià)軟件與分析決策系統(tǒng)，構(gòu)建以檢驗(yàn)管理為核心的球罐安全保障體系應(yīng)用平臺(tái)。球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量管理系統(tǒng)平臺(tái)如圖2所示。

圖2 球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量管理系統(tǒng)平臺(tái)

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)管理系統(tǒng)平臺(tái)，利用檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等手段，獲得球罐相關(guān)信息，將其整理加工后，存儲(chǔ)到球罐檢驗(yàn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)可能導(dǎo)致球罐失效的主要危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，開(kāi)展球罐安全評(píng)定，從而達(dá)到不斷改進(jìn)、減少和預(yù)防球罐事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保障球罐安全運(yùn)行。

2.5 支撐技術(shù)

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)管理的5個(gè)環(huán)節(jié)，涉及到許多配套的支持技術(shù)，如檢測(cè)技術(shù)、失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、適用性評(píng)價(jià)技術(shù)等，這些技術(shù)的發(fā)展水平，直接影響到球罐監(jiān)督檢驗(yàn)品質(zhì)管理的順利實(shí)施。

2.5.1 球罐檢測(cè)技術(shù)

球罐檢測(cè)，是開(kāi)展安全評(píng)價(jià)的前提和基礎(chǔ)。檢測(cè)技術(shù)水平的高低，決定球罐安全評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)程度。球罐檢測(cè)技術(shù)主要包括：表面檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)AE、衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)TOFD、射線檢測(cè)和磁記憶檢測(cè)技術(shù)等。

（1）表面檢測(cè)。表面檢測(cè)主要包括角焊縫、對(duì)接焊縫、焊疤部位等檢測(cè)。球罐外部一般采用濕式黑磁粉進(jìn)行檢測(cè)，球罐體內(nèi)部由于光線不好，通常采用熒光磁粉法進(jìn)行檢測(cè)。

（2）聲發(fā)射檢測(cè)AE。聲發(fā)射檢測(cè)是利用儀器探測(cè)、收集記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)發(fā)射信號(hào)推出聲發(fā)射源的檢測(cè)技術(shù)。利用聲發(fā)射檢測(cè)球罐，能夠整體探測(cè)和評(píng)價(jià)整個(gè)球罐缺陷的活動(dòng)狀態(tài)，預(yù)防由未知缺陷引起的災(zāi)難性失效。

（3）衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)TOFD。TOFD 檢測(cè)技術(shù)是研究超聲波與缺陷端部的相互作用，根據(jù)兩者相互作用結(jié)果，會(huì)在較大角度范圍發(fā)射衍射波原理，利用檢出的衍射波確定缺陷的存在。TOFD 檢測(cè)通過(guò)測(cè)量缺陷端點(diǎn)的衍射波傳播時(shí)間差值，精確測(cè)定缺陷的高度，是一種非基于波幅的超聲檢測(cè)技術(shù)。

（4）射線檢測(cè)。射線檢測(cè)方法，在現(xiàn)場(chǎng)主要用于板厚較小的球罐對(duì)接焊縫內(nèi)部埋藏缺陷和人不能進(jìn)入的球罐的檢測(cè)，同時(shí)也用于球罐超聲波檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)缺陷的復(fù)驗(yàn)，進(jìn)而進(jìn)一步確定缺陷的性質(zhì)，為缺陷返修提供依據(jù)。

（5）磁記憶檢測(cè)技術(shù)。磁記憶檢測(cè)是利用鐵磁性材料的磁彈性和磁機(jī)械效應(yīng)，通過(guò)對(duì)地磁場(chǎng)和載荷共同作用下產(chǎn)生的磁記憶現(xiàn)象，來(lái)確定構(gòu)件表面或近表面的應(yīng)力集中部位。對(duì)球罐進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般采用磁記憶檢測(cè)儀器，對(duì)球罐焊縫進(jìn)行快速掃查，以發(fā)現(xiàn)球罐焊縫上存應(yīng)力峰值部位，然后對(duì)這些應(yīng)力峰值部位，進(jìn)行局部表面磁粉檢測(cè)和內(nèi)部超聲檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)可能存表面裂紋或內(nèi)部缺陷。

2.5.2 球罐安全評(píng)定技術(shù)

球罐安全評(píng)定，是運(yùn)用數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、統(tǒng)計(jì)等方法，利用采集到的信息，對(duì)球罐運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展評(píng)估，從而決定球罐能否繼續(xù)使用、使用期限時(shí)間、是否需要維修、如何維修等。球罐安全評(píng)定主要是失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、適用性評(píng)價(jià)和可靠性評(píng)價(jià)等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，一整套球罐安全評(píng)價(jià)技術(shù)與方法如圖3所示。

圖3 球罐安全評(píng)價(jià)技術(shù)

3 結(jié)束語(yǔ)

球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制，包括技術(shù)資料審查、內(nèi)外宏觀檢查、對(duì)接焊縫無(wú)損檢測(cè)、安全附件檢查及耐壓氣密性試驗(yàn)和球罐安全評(píng)定5個(gè)重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)球罐監(jiān)督檢驗(yàn)質(zhì)量安全控制的5個(gè)環(huán)節(jié)，從體系文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、人員控制、系統(tǒng)平臺(tái)與支撐技術(shù)這5個(gè)層次，具體論述了球罐檢驗(yàn)實(shí)施與應(yīng)用。

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