热等静压机超高压容器检验措施

任志禄

钢研昊普科技有限公司 北京市海淀区 100081

摘要：热等静压机为预应力钢丝缠绕的框架式结构容器，容器的盖端、筒体部分使用无螺纹方式连接，与框架使用钢丝预应力缠绕，具备极大强度，而缠绕钢丝承受大量应力。在运行中应消除应力保证承载区域安全性能各方面。钢丝缠绕还具备防爆、屏障等作用，在安装使用阶段对设备表面的要求比较苛刻，不允许出现表面打磨、灼伤等现象。

关键词：超高压；热等静压机；检验；首次；方法

确定压力容器首次检验时间期间，由于设备本身的特殊性，让很多单位误以为首次检验时间应在设备投入使用的六年之后进行，这是因为压力容器办理使用证为1~2级，因此认为设备首次检验应是六年。但是在大量设备事故分析中，超高压热等静压机容器事故发现压力容器在使用的前几年和最终寿命几年均为事故高发期，因此处于这个时间段应缩短检测周期重视检验，新投入容器应在使用2~3年之内进行首次检测。压力容器是非标准设备，因此不同的设备使用材料、参数、条件等都存在差异，这就需要检测来发现生产制造等环节存在的缺陷，实现设备故障的预防管理。

1. 设备参数结构特征

该设备为进口设备，于两年前安装完毕且投入使用，是国内规格最大的超高压热等静压机容器（ QIH1600），设备能够满足高温与高压加工操作，内件钼炉加热温度可达到2000℃左右，容器内部的高压氩气作为传输介质，工作的时候压力可达207MPA。在高温和高压等作用下，加工部件处于完全受压均衡状态，加工出来的零部件密度高、强度大，因此主要运用在航天、海洋、核工业等领域内。该设备参数为：

表1 设备技术参数

容积V（m3）	11.47
设计压力P（MPa）	220
工作压力Pw（MPa）	207
设计温度（℃）	155
介质	氩气
内径Do（mm）	1883
壁厚	85mm

设备筒体厚度为85mm，材质为 SA-723M，为进口设备。设备构成比较复杂，有重点高压容器、钼加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统等组成，在整个系统中高压容器部分是整个设备运行的关键^[1]。

2. 设备检测方式

   1. 超强压力下变形量尺寸检测

由于设备本身结构的检测特殊，无先例可循，按照《固定式压力容器安全技术检查规程》8.2.2条款来检查的、审查资料，重点了解设备设计图样的技术要求与使用说明，根据说明书列出的规定、保养程序来进行维修、保养。掌握设备制造质量证明文件，验证设备化学性能、力学性能、超声检测等各方面符合国家规范、行业标准，为设备检测顺利开展提供合理依据。超高压热等压机容器设备的筒体、框架是运用钢丝缠绕来制造的框架结构，设备要完成升降压这个过程比较麻烦，本身负荷量大，同时设备长时间处于超高压疲劳载荷下运行，对设备有不利影响，其中应力对筒体的直径和框架距离变化有影响，这也是变形量尺寸检测中的主要内容。在检测中需要注意几个方面：①关注测量现场预应力钢丝绳的应力应变与筒体直径所产生的变化；②在测量中关注预应力钢丝绳的应力应变和压紧框架高度的距离。在应力的影响下如果筒体直径与框架高度距离变化在可承受范围之内，就说明该设备在此工作压力状态下的运行良好，仍旧可以使用。钢丝绳应力与筒体直径、框架高度距离变化平衡图是程序测量而绘制出来的关系图，是判断设备在高压状态下安全运行的重要方式。

1. 2. 磁记忆检测

根据设备的组成结构、实际运行工作状态来看，筒体有可能承受极大应力、疲劳破坏的可能，尤其是如退刀槽等应力高度集中部位，会因为应力集中而出现较多问题。本次设备筒体材料为 SA-723M，本身材料强度极高，在外加预应力钢丝绳的缠绕下，无法从外部检测，因此要从内表面进行检测。在检测之前应将被检测部位清理干净，在检测的时候要注意不能将工件表面划伤，或者是避免灼伤现象的存在。根据《规程》的相关规定，检测的重点在应力集中部分、变形部分、有裂缝出现部分、极为容易产生裂缝部分。因此可以使用磁记忆检测来检查设备，磁记忆检测法使用之前，将工件表面进行清理，清理之后保证检测不会划伤工件，以及不会灼伤工件，既可以实现检测，同时也起到了设备的保护作用。磁记忆检测的原理是如果金属表面受到荷载、地磁场环境的共同作用下，应力与应力集中部分就会发生磁致伸缩性质的磁畴组织，受到磁场而出现不可逆的改变，在应力集中区域会出现最大磁场，荷载消除之后磁畴也会保留在工件表面。这种工件表面的磁状态就是记忆检测开展的原理，通过测定漏磁场就可以判断工件表面应力集中区域范围，从而确定设备可能存在隐患

^[2]。

在检测中应力集中部分也是极为容易产生裂缝的区域，在本次检测中，使用 TSC-1M-4 金属磁记忆检测仪，根据所采集数据分析，发现检测起点的90mm范围内应力比较集中，验证该部位可能是因为结构原因导致的应力集中部分，证明了磁记忆检测具备可靠性。根据实际情况可知在这种范围内极为容易产生裂缝，此时可以通过常规的磁粉检测、渗透检测来验证，在本次检测中并没有出现明显的裂缝，但是证明仍旧存在缺陷。最终的检测结果和方式需符合 NB/T47013.4-2015标准。

1. 3. 超声波检测

由于热等静压机超高压容器的内部构成复杂，是高强钢锻件制造而成的设备，筒体内部存在大量缺陷。因此可以使用超声波仪器来检测，本次使用 Hs611e 型数字式超声波检测设备，以纵波直探头来进行轴向、横波探头方式来检测内部缺陷。具体情况为：首先选择适合容器的探头，纵波直探头探测使用2.5Pφ14 型探头，选择横波写探头轴向与周向检测则使用5P13X13K1型探头。其次试块选用，选择试块应选择与被检锻件声学性能相同或者是相似材料，而事件的外形尺寸应与被检锻件特征、厚度等相对应。在纵波探测的时候，可以选择被检测锻件的本身试块；横波斜探头检测可以选择CSK-IA、CSK-IIA等型号。灵敏度探测也很关键，纵波检测灵敏度与横波检测灵敏度检测要通过合理验证以确定。另外扫查的时候，确认所有回波信号均验证为是缺陷信号，每次扫查的覆盖率应大于探头宽度的15%，探头移动速度应不大于 150mm/S，在扫查的过程中，移动范围应保证声束扫查到整个范围内，在纵向、横向缺陷的检测应在两个设备反方向上进行。

3.控制要点

根据实际检验情况，结合检测方式进行分析，综合各项检验、检测来检验与分析，从而确定设备使用工况，确定安全状况等级从而确定下次检验报告的出具情况，针对检验、检测中出现的问题详细记录，及时与单位联系，沟通地方设备的监察结构，与制造商等联系，协商消除设备隐患来保证设备的安全运行^[3]。

压力容器首次检验，是要对设计、制造、安装、使用等多个环节的全面考察与分析，压力容器种类增多和结构差异增大，加上环境因素等影响，导致压力容器的首次检验备受关注。因此在检验控制中，需做好几个方面管理：①重视对容器检测管理，明确压力容器首次检验时间，使用单位应了解这些情况来完成首次检验；②使用单位要根据设计、制造、安装等情况确定首次检验时间。

结语：

综上，使用单位要根据压力容器的使用时间、特征、操作条件和管理水平等拟定压力容器的首检时间。容器因为使用环境的影响，发生的损伤与使用寿命有冲突，因此要根据具体情况拟定检测时间，因此使用单位需重视管理，确定合理的检测时间。

参考文献：

[1]杨振峰. 压力容器首次定期检验问题分析[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2019, 39(13):2.

[2]陈刘辉. 压力容器定期检验中超声检测方法的组合应用[J]. 化工设计通讯, 2020.46;221(11):73-74.

[3]章喜. 压力容器检验中的无损检测方法与实践研究[J]. 价值工程, 2020, 39;553(05):248-249.