淺談銹蝕鋼瓶容積殘余變形率合格標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定

梁卓嘉

摘 要：在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，鋼瓶銹蝕是鋼瓶使用過(guò)程中發(fā)生的普遍現(xiàn)象。該文主要對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶使用過(guò)程中出現(xiàn)銹蝕，從而影響檢驗(yàn)結(jié)果評(píng)定進(jìn)行論述，通過(guò)對(duì)銹蝕鋼瓶和壁厚均勻鋼瓶的水壓試驗(yàn)結(jié)果和鋼瓶實(shí)測(cè)壁厚作出比較，總結(jié)出銹蝕鋼瓶容積殘余變形率合格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更加嚴(yán)格。

關(guān)鍵詞：定期檢驗(yàn) 氣瓶銹蝕 內(nèi)測(cè)法水壓試驗(yàn) 氣瓶壁厚 容積殘余變形率

中圖分類號(hào)：TE972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-02

鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)是國(guó)家強(qiáng)制規(guī)定定期對(duì)氣瓶安全性進(jìn)行的綜合評(píng)定，其中包括外觀檢查、音響檢查、內(nèi)部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測(cè)定、水壓試驗(yàn)、瓶閥檢驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)等檢驗(yàn)項(xiàng)目，本人在從事氣瓶定期檢驗(yàn)工作期間，在對(duì)多個(gè)氣瓶進(jìn)行了跟蹤觀察，為了能將氣瓶定期檢驗(yàn)工作做好做細(xì)，以《氣瓶水壓試驗(yàn)方法》、《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶》、《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》等國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為本，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氣瓶生銹腐蝕及水壓試驗(yàn)結(jié)果判定遇到的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真思考，在這里發(fā)表以下個(gè)人的觀點(diǎn)，供各位同行參考。

1 氣瓶銹蝕

在實(shí)際情況中，鋼瓶生銹大多由于使用及保養(yǎng)的不規(guī)范，造成外表面油漆剝落，使瓶體表面暴露在空氣中，若長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)會(huì)容易出現(xiàn)生銹，而氣瓶?jī)?nèi)部由于種種原因造成瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)積水，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，也會(huì)造成氣瓶?jī)?nèi)壁大面積生銹。瓶體生銹后，如果鐵銹不除去，這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分，很容易脫落，造成嚴(yán)重腐蝕。

根據(jù)《鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》中有關(guān)氣瓶腐蝕情況判斷的相關(guān)規(guī)定，氣瓶外觀及內(nèi)部檢查中，瓶體上弧立點(diǎn)腐蝕，剩余壁厚應(yīng)大于等于設(shè)計(jì)壁厚的2/3，而存在線腐蝕或面腐蝕處的，剩余壁厚應(yīng)大于等設(shè)計(jì)壁厚的90%。氣瓶瓶體生銹剝落，會(huì)直接導(dǎo)致氣瓶瓶體壁厚減少，鐵銹殘留在氣瓶?jī)?nèi)部，會(huì)使瓶重增加，而內(nèi)腐蝕更會(huì)使氣瓶實(shí)測(cè)容積變大。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，氣瓶現(xiàn)重量與制造標(biāo)志重量的差值大于5%，應(yīng)測(cè)定瓶壁最小壁厚。除點(diǎn)腐蝕外，最小壁厚小于設(shè)計(jì)壁厚90%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢，現(xiàn)容積值大于制造標(biāo)志容積值10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。由此可見(jiàn)，只有控制減少鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶的生銹腐蝕，氣瓶才能安全地使用下去。

2 氣瓶水壓試驗(yàn)

氣瓶水壓試驗(yàn)可以說(shuō)是氣瓶定期檢驗(yàn)的最重要環(huán)節(jié)，影響水壓試驗(yàn)結(jié)果的因素有多方面，有試壓氣瓶因素，有試壓用水的因素，也有試壓裝置，方式方法等因素。氣瓶水壓試驗(yàn)主要有外測(cè)法和內(nèi)測(cè)法兩種，這里主要針對(duì)內(nèi)測(cè)法水壓試驗(yàn)進(jìn)行論述。

氣瓶進(jìn)行水壓試驗(yàn)應(yīng)符合GB/T 9251-2011《氣瓶水壓試驗(yàn)方法》的要求，并以容積殘余變形率作為合格或判廢的標(biāo)準(zhǔn)，容積殘余變形率超過(guò)6%時(shí)，應(yīng)測(cè)定瓶體的最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的90%。容積殘余變形率超過(guò)10%的氣瓶應(yīng)報(bào)廢。氣瓶容積殘余變形率與氣瓶瓶體的環(huán)向殘余應(yīng)變之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如把氣瓶當(dāng)做壁厚均勻的受內(nèi)壓作用的圓筒，不計(jì)二端變形約束的影響，并忽略在小量塑性變形下的軸向殘余應(yīng)變，對(duì)于氣瓶（直徑和壁厚的變化范圍不大，水壓試驗(yàn)壓力相對(duì)固定），當(dāng)容積殘余變形率為10%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的環(huán)向殘余應(yīng)變約在0.02%（隨氣瓶K值及材料強(qiáng)度級(jí)別而定）。在工程上尚屬?gòu)椥宰冃危堄嘧冃温市∮?.005%～0.05%），這就是氣瓶容積殘余變形率10%作為合格標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

容積殘余變形計(jì)算公式如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

η=（△V′/△V）×100%

式中：△V—受試瓶在水壓試驗(yàn)壓力下的容積全變形值，ml；

A—注滿水的受試瓶和承壓系統(tǒng)在水壓試驗(yàn)壓力下所壓入得水量（不含原注入水量），ml；

B—承壓系統(tǒng)在受試瓶水壓試驗(yàn)壓力下所注入的水量（不含原注入水量），ml；V—受試瓶試壓前的實(shí)際容積，ml；

Ph—受試瓶的實(shí)際試驗(yàn)壓力，MPa；

βt—在試驗(yàn)水溫和實(shí)際試驗(yàn)壓力下水的平均壓縮系數(shù)，1/ MPa；

（A-B）—注滿水的受試瓶在實(shí)際試驗(yàn)壓力下壓入的水容積，ml；

[（A-B）+V]—在實(shí)際試驗(yàn)壓力下受試瓶瓶?jī)?nèi)所裝水的總?cè)莘e，ml；

[（A-B）+V]Phβt—在試驗(yàn)水溫和實(shí)際試驗(yàn)壓力下受試瓶?jī)?nèi)的水被壓縮的容積，ml。

η—受試瓶容積的殘余變形率，%；

△V′—受試瓶容積的殘余變形值，ml；

3 鋼瓶銹蝕對(duì)容積殘余變形率合格標(biāo)準(zhǔn)的影響

氣瓶容積殘余變形率與氣瓶筒體環(huán)向殘余應(yīng)變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是按均勻壁厚推導(dǎo)出來(lái)的，但實(shí)際氣瓶均存在程度不同的壁厚偏差，當(dāng)氣瓶存在銹蝕時(shí)情況時(shí)尤為突出?！朵撡|(zhì)無(wú)縫氣瓶》GB 5099-1994中規(guī)定，鋼瓶筒體內(nèi)、外表面應(yīng)光滑圓整，筒體的圓度，在同一截面上測(cè)量其最大與最小外徑之差，不應(yīng)超過(guò)該截面平均外徑的2%，鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶筒體設(shè)計(jì)最小壁厚公式如下：

（1）

同時(shí)應(yīng)滿足式（2）的要求，且不得小于1.5 mm。

（2）

式中：S 鋼瓶筒體設(shè)計(jì)壁厚，mm；

Ph 水壓試驗(yàn)壓力，MPa；

D0 鋼瓶筒體外徑，mm；

F設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù)；

σe瓶體材料熱處理后的屈服應(yīng)力保證值，N/mm2；

這表明，鋼瓶出廠時(shí)壁厚有嚴(yán)格控制，應(yīng)該是比較均勻的。但鋼瓶在使用過(guò)程中出現(xiàn)銹蝕，情況就會(huì)有所變化，壁厚會(huì)隨著銹蝕物的剝落變得不均勻。

以一臥式集裝籠架為例，集裝籠架裝有20只鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶，充裝公稱壓力為15.0 mPa，水壓試驗(yàn)壓力為22.5 MPa，充裝介質(zhì)為氮?dú)狻?/p>

由于安裝氣瓶時(shí)沒(méi)進(jìn)行相關(guān)防銹措施，氣瓶長(zhǎng)期固定位置并相互擠壓，使用時(shí)沒(méi)注意防潮防雨，在拆卸籠架氣瓶進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)筒瓶一側(cè)發(fā)生大面積銹蝕。氣瓶筒體設(shè)計(jì)壁厚為5.7 mm，對(duì)其中一只氣瓶進(jìn)行壁厚測(cè)定，發(fā)現(xiàn)銹蝕一側(cè)筒體實(shí)測(cè)最小壁厚為5.0 mm，最大為5.8 mm，其余未發(fā)生腐蝕的筒體實(shí)測(cè)壁厚最小為6.0 mm，最大為6.2 mm，就是說(shuō)筒體最大壁厚與最小壁厚相差了1.2 mm。隨后對(duì)該氣瓶進(jìn)行內(nèi)測(cè)法水壓試驗(yàn)，實(shí)測(cè)容積為40.2L，試壓水溫為22 ℃，實(shí)測(cè)“B值”為18 ml，總壓入水量為A為535 ml，容積殘余變形值（△V′）為6.8 ml。

計(jì)算如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

=（535-18）-[（535-18）+40200]×0.01008

=517-40717×0.01008

=517-410.4

=106.6 ml

△V代入下式

η=（△V′∕△V）×100%

=（6.6/106.6）×100% =6.2%

由于氣瓶容積的殘余變形率為6.2%，按照規(guī)定，容積殘余變形率超過(guò)6%時(shí)，應(yīng)測(cè)定瓶體的最小壁厚，其最小壁厚不得小于設(shè)計(jì)壁厚的90%，按筒體實(shí)測(cè)最小壁厚5.0 mm與設(shè)計(jì)壁厚5.7 mm的90%作比較，氣瓶屬于不合格范圍，判定為報(bào)廢氣瓶。其余集裝籠架氣瓶均出現(xiàn)類似情況，其中測(cè)得腐蝕最嚴(yán)重的氣瓶最小壁厚僅4.6 mm，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壁厚5.7 mm的90%，但容積殘余變形率仍小于10%。最終按照規(guī)定，這個(gè)集裝籠架的氣瓶只能判廢，損失相當(dāng)大。

在對(duì)另外一只充裝公稱壓力為15.0 MPa，水壓試驗(yàn)壓力為22.5 MPa，充裝介質(zhì)為氮?dú)獾匿撡|(zhì)無(wú)縫氣瓶進(jìn)行內(nèi)測(cè)法水壓試驗(yàn)中，鋼瓶實(shí)測(cè)容積為40.6 L，試壓水溫為22 ℃，實(shí)測(cè)“B值”為18 ml，總壓入水量為A為540 ml，容積殘余變形值（△V′）為6.8 ml。

計(jì)算如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

=（540-18）-[（540-18）+40600]×0.01008

=522-41122×0.01008

=522-414.5

=107.5 ml

△V代入下式

η=（△V′∕△V）×100%

=（6.8/107.5）×100% =6.3%

其設(shè)計(jì)壁厚為5.8 mm，筒體實(shí)測(cè)最大壁厚為6.2 mm，最小壁厚為6.0 mm，筒體壁厚比較均勻，由于實(shí)測(cè)最小壁厚比設(shè)計(jì)壁厚要大，按照容積的殘余變形率不超過(guò)10%的標(biāo)準(zhǔn)判為合格氣瓶，能繼續(xù)使用。

兩個(gè)鋼瓶容積殘余變形率雖然接近，但這時(shí)我們應(yīng)考慮的是如果銹蝕氣瓶薄邊側(cè)瓶體環(huán)向殘余應(yīng)變，達(dá)到和均勻壁厚氣瓶同樣數(shù)值時(shí)，兩只氣瓶的容積殘余變形率是不一樣的，這是由于腐蝕氣瓶受厚邊側(cè)的彈性約束所致，瓶體只是局部屈服，其容積殘余變形率不一定會(huì)大，反之，如果兩只氣瓶的容積殘余變形率相同，則銹蝕氣瓶薄邊側(cè)瓶體環(huán)向殘余應(yīng)變一定要比均勻壁厚的氣瓶為大。也就是說(shuō)，對(duì)于壁厚均勻沒(méi)有發(fā)生銹蝕的鋼瓶，其容積殘余變形率如果定為10%是適合的話，對(duì)于銹蝕氣瓶就不適合了。所以當(dāng)實(shí)測(cè)最小壁厚小于設(shè)計(jì)壁厚90%時(shí)，銹蝕一側(cè)的應(yīng)力很可能已超過(guò)允許值，但總體的容積殘余變形率可能還不大。綜合上述所說(shuō)，出現(xiàn)銹蝕的氣瓶在容積殘余變形率判定上應(yīng)定得更嚴(yán)格一些。

4 結(jié)語(yǔ)

氣瓶定期檢驗(yàn)只是一個(gè)發(fā)現(xiàn)氣瓶問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)，要?dú)馄磕軌虬踩褂?，充裝、使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定做好，特別是鋼瓶防銹工作不容忽視，一些發(fā)生銹蝕的氣瓶甚至?xí)?yán)重影響到鋼瓶使用安全。未來(lái)對(duì)于鋼瓶的安全使用要求也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，我們要對(duì)鋼瓶問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，對(duì)鋼瓶漆色保護(hù)及鋼瓶?jī)?nèi)部干燥都應(yīng)嚴(yán)格按照要求做好，這樣鋼瓶的使用安全才能得到更好的

保障。

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