在役人造水晶釜检验规程编制说明

1、 在役人造水晶釜检验规程编制说明一、制订本标准的目的、意义在役超高压人造水晶釜（以下简称水晶釜）为整体锻造的单层圆筒形超高压容器，设计压力大于150MPa，设计温度大于350，介质为碱溶液，工作条件恶劣，安全事故时有发生。通过检验，可及时发现缺陷，避免事故发生，但是，目前还没有出台相应的国家或行业标准来规范水晶釜的检验工作。虽然TSG R0002-2005超高压容器安全技术监察规程中对在役水晶釜检验作了原则性的规定，但缺乏具体的检验内容和要求，有些缺陷的判废标准规定的不明确，因此，在具体实施检验时，无法准确判定缺陷对釜体安全使用的影响，难免漏检误判，影响水晶釜的安全运行。我省现有水晶釜300余

2、台，大部分使用年限已超过15年，已接近设计寿命，做好其在役检验，及时发现缺陷，准确把握缺陷对安全使用的影响，对保证设备安全运行尤为重要。该项目旨在通过研究水晶釜检验与评定相关问题，提出符合实际、操作性强的水晶釜检验与评定规范，使检验项目、内容、要求和判废标准更加详细、具体，更加符合实际，是TSG R0002-2005运用在水晶釜在役检验方面的补充，避免因个人理解不同而造成偏差，对规范水晶釜检验工作、保证检验工作质量和设备安全运行具有重要意义。二、制订过程2009年1月，我所就在役人造水晶釜检验规程标准的制订向陕西省质量技术监督局标准处提出申请，省质量技术监督局于2009年3月份将该项标准的制订

3、列入2009年陕西省地方标准制订计划，下发了陕西省质量技术监督局关于下达2009年制修订地方标准计划项目的通知（陕质监标20097号），确定由我所负责该标准的制定。5月份，我所正式成立了起草小组，制订了标准框架、工作计划，开始收集资料、调研论证和起草工作。起草小组先后对标准草稿内容进行了三次讨论和修改，于2009年10月底完成了标准的征求意见稿。该标准的起草，得到了陕西省质量技术监督局特设处的关注和支持。三、制订原则由于在役人造水晶釜属超高压容器，属于TSG R0002-2005的管辖范围，其检验首先应满足TSG R0002-2005的要求。水晶釜本身由于结构特殊检验难度大，特别是对使用多年的

4、水晶釜检验，需要更加仔细和谨慎。本标准的制定，不但要体现国家规范的基本原则，确保检验质量和设备运行安全，还要对国家规范的不足部分予以明确，以便于检验结果的判定，使标准具有可操作性。在此前提下，参照该类设备的相关标准、最新研究成果和我所多年来的检测经验，结合该类设备特定使用要求和特点来制定标准。本标准的编写格式按GB/T 1.12000标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则和GB/T 1.22002标准化工作导则第2部分：标准中规范性技术要素内容的确定方法的规定，主要内容参照有关容器的制造、检验等国家标准和行业标准编写。四、章节说明1、标准名称参照国家及行业标准中对检验规范的编制以及标准本

5、身所涵盖的内容，将标准名称定为在役人造水晶釜检验规程。2、适用范围本规程的适用范围确定为：适用于设计压力大于或等于100MPa的水晶釜（包括与水晶釜端口部分连接的承压部件及其紧固件，水晶釜所用的压力表、爆破片、测温仪表等安全附件）的检验。人造水晶釜多为单层圆筒形锻造容器，釜体结构分为通孔式和盲孔式两种。目前我省在役水晶釜绝大多数为通孔式结构。水晶釜由主要受压元件和安全附件组成。对盲孔式水晶釜，水晶釜的主要受压元件有釜体以及釜体端口部位的卡箍、上法兰、压环、密封环、密封塞、提塞法兰、卡箍螺栓等；对通孔式水晶釜，主要受压元件除上述元件外，还包括其底部的堵底螺、堵底塞、堵底压环和堵底密封环等。水晶釜

6、的安全附件主要包括压力表、爆破片和测温装置。由于通孔式釜体底部结构及其使用的特殊性，在实际检验中，使用单位无法拆卸堵底螺、堵底塞、堵底压环和堵底密封环等密封件。因此，对通孔式釜底部位，在不拆除密封件的情况下，对可检项目、内容和要求作出了规定。3、术语定义在役水晶釜的检验分为年度检查、全面检验和耐压试验。为便于理解、方便检验，这里将TSG R0002-2005中关于年度检查、全面检验和耐压试验的定义作为本标准中年度检查、全面检验和耐压试验的定义。4、一般规定1）检验方案：为了做好检验工作，保证检验质量，规定“全面检验前，应制订检验方案，明确检验检测项目、内容及要求。检验方案应由压力容器检验师制定

7、并经单位技术负责人批准后方可施行。”2）无损检测人员：TSG R0002-2005第五十二条和第三十四条对人员资格作出了原则性的规定，而DB61/450-2008在役人造水晶釜超声波检测规程第4.1条对超声检测人员又提出了具体的要求，因此，提出“无损检测人员应符合TSG R0002-2005、DB61/450-2008的规定。”关于年度检查、定期检验人员的要求，在术语定义中已描述，这里不再提及。3）检验检测设备：对水晶釜检验，检验仪器和磁粉检测仪器只要符合检验压力容器的通用规定即可，而超声检测因其结构的特殊性，为厚壁圆筒结构，在检测时必须选用专用的探头和试块，DB61/450-2008 对此有

8、专门规定，所以规定“超声检测仪器应符合DB61/450-2008的规定，磁粉检测仪器应符合JB4730.4-2005的规定，其他仪器设备应经检定合格或处于完好状态”，以保证检验检测的可靠性和准确性。4）检验条件：为保证检验工作安全、顺利地进行，规定了使用单位在检验前应做好的准备工作，包括：隔断、清洗、拆除零部件、打磨除锈、提供检验用电源、照明以及翻转设备等，并对耐压试验场地提出了要求。5、年度检查水晶釜使用单位是水晶釜安全责任的主体，对水晶釜实施年度检查是及时发现隐患、确保设备安全运行的重要措施。TSG R0002-2005对于年度检查的实施单位、检查人员、检查项目等提出了的原则性要求，但对检

9、查的具体内容和要求、检查结果的判定等未作规定。为便于操作，本标准规定了各项目的检查方法，充实了各项目特别是测厚项目的具体要求，并对水晶釜的安全管理、运行情况检查提出了要求，同时提出了年度检查的三种结论（继续使用、暂停使用、停止使用）形式。6、全面检验根据水晶釜的结构、使用特点和TSG R0002-2005中关于超高压容器全面检验的规定，确定水晶釜的全面检验项目为资料审查、宏观检查、几何尺寸检查、壁厚测定、材质劣化检查、超声检测、表面（磁粉或渗透）检测、安全附件检查，其中壁厚测定、安全附件检查和宏观检查中的外部宏观检查项目按照年度检查中的有关要求执行。1）资料审查：全面检验前应审查的资料内容主要

10、是根据TSG R0002-2005和TSG R7001-2004压力容器定期检验规则的有关要求整理而成。对于原始出厂资料的要求，由于TSG R0002-2005于2006年1月1日起实施，因此，对于2006年以后的设备，应按此规定执行。出厂资料中提供的几何尺寸要与检验中的数据逐一对比，检查有无变形；运行资料审查中的超温超压情况应和检验有机结合起来，应重点检查。2）宏观检查：宏观检查分为外部检查和内部检查两种。要求逐台记录釜体、卡箍、上法兰的钢印号，卡箍与釜体一一对应，以防止混用导致连接不良和密封不严；由于釜体自身结构，在釜体两端存在螺纹、台阶等几何不连续区域，产生应力集中，尤其是底部应力集中更

11、严重，加上介质（碱溶液）的影响，在底部易产生应力腐蚀，由于内径较小，检验人员无法进入内部进行检验，因此，必须用内窥镜或管道爬行检查仪等仪器检查釜体内表面、开孔处等部位有无腐蚀、划伤、擦伤、裂纹等缺陷，尤其应注意检查内径尺寸突变（如内径台阶）等应力集中部位有无裂纹（包括应力腐蚀）。对于内部检查发现釜体内表面存在腐蚀时，在确定腐蚀部位后，在其对应的外壁应增加测厚检查，以确定剩余厚度。卡箍与釜体、上法兰以及釜体与堵底螺之间以特种大螺纹进行连接，螺纹连接中每扣螺牙的受力不均匀，工作条件下可能造成螺牙的变形。因此，应检查主要受压元件螺纹部位（如釜体上端部外螺纹、组合卡箍、上法兰等螺纹）是否变形，必要时用

12、专用牙型模版检查，对于螺纹变形的予以更换。检查密封塞压力表孔是否畅通，否则很容易导致压力表的指示不灵或损坏。3）几何尺寸检查：几何尺寸检查包括外径、长度及堵底塞位置的测量。外径测量是检测釜体局部变形最有效的方法，通常采用外径千分尺测量，精确度较高，可将釜体分为若干个有代表性的截面（必须包括：釜体下部台阶处上下部位：一般是距釜体底部20mm、200mm、330mm、500mm；外表面检查有怀疑的部位及上次检验发现有外径增大倾向的部位），每个截面转角90分别测量，可以准确的测出釜体的外径，从而判断釜体的圆度。截面位置的固定也利于下次检验时检测数据的可比较性，便于变形的长期检测。另外，除底部外径测点

13、外，其余截面上的测点位置与通常测厚点位置位置相同，减少了测点表面处理的工作量。采用卷尺测量釜体外长，可以发现釜体是否返修过。采用深度千分尺测量堵底螺距釜体底部端面的距离，可以精确的反应堵底塞是否向外位移，监测釜体是否变形。规定测量部位为釜体底部螺纹孔对应部位，便于下次测量结果的可比性。4）材质劣化检查：人造水晶生长一般采用水晶温差结晶法实现。釜内工作介质一般为浓度11.25N的NaOH水溶液，加热方式为釜外用电阻发热材料加热，内部温度达到380，压力为140MPa时结晶。根据水晶生长的工艺特点，在釜体的底部，温度最高，从下往上温度渐低。因此，一般情况下，由于超温、超压的作用，极易在釜体底部附近

14、材料产生劣化，需要进行相应检查。通过硬度检测可直接反映出材料力学性能的变化情况，而水晶釜超温运行，对材料的硬度值影响很大，往往反映为硬度值降低。为保证检测数据的稳定和准确，且便于数据的对照分析，通常在外径检查部位及检验人员有怀疑部位进行测量。根据资料审查，或者检验中发现有局部变形、局部过热、硬度异常等现象时，应在相应部位进行金相检验，以检查其显微组织、晶粒度是否发生变化。5）釜体的超声检测：从釜体外表面采用超声检测的方法能够检测釜体内部缺陷和内表面缺陷。由于水晶釜为厚壁圆筒结构，其内外径之比小于0.8，超声检测难度很大，JB4730.3-2005承压设备无损检测 第3部分：超声检测已不适用。D

15、B61/450-2008标准是在TSGR0002-2005关于超高压容器超声检测基本要求的基础上，专门针对水晶釜釜体规定了超声检测（纵波和横波检测）的技术要求、测试方法和缺陷评定方法，具有很强的实用性，因此关于水晶釜釜体的超声检测，要求对釜体应进行100%的超声波检测，具体按照TSG R0002-2005、DB61/450-2008规定执行。6）表面（磁粉或渗透）检测：对于超高压水晶釜外表面缺陷的检测，采用磁粉检测或渗透检测的方法比较容易解决，操作也比较简单，而内表面由于接触腐蚀介质，且在载荷作用下所受的应力大，比外表面更容易出现裂纹和其它缺陷，也是最危险的缺陷。但是，由于釜体直径小，不能进入

16、内部对内表面进行磁粉或渗透检测。对超高压容器，采用非接触的涡流检测从内表面检测表面及近表面裂纹，有关技术尚处于试验研究阶段，不够成熟。同时，由于内表面有一层不易去除的水晶膜附着物，对信号采集影响大，打磨工艺要求高和设备价格昂贵等诸多因素而使推广使用遇到困难。因此，只能对外表面进行磁粉或渗透检测，釜体外表面检测比例按照TSG R0002-2005规定。釜体、卡箍、上法兰、卡箍螺栓的螺纹表面，由于受力情况复杂，应力集中程度高，易产生裂纹，因此，对主要受压元件的螺纹部位，进行磁粉或者渗透检测，以检查有无裂纹。磁粉检测具体按照JB/T4730.4-2005承压设备无损检测 第4部分：磁粉检测规定执行，

17、渗透检测具体按照JB/T4730.5-2005承压设备无损检测 第5部分：渗透检测的规定执行。7、耐压试验关于耐压试验，按照TSG R0002-2005整理而成。根据TSG R0002-2005规定，每十年必须对水晶釜进行一次耐压试验。但据了解，国内检验机构在役水晶釜正常检验周期内几乎不进行耐压试验。这是由于耐压试验必须要有专用的试验场地，并有可靠的安全防护措施，而目前我省的水晶釜使用单位很难具备相应条件，另外，耐压试验还要考虑水晶釜使用后材料脆性转变温度的提高，有资料表明，为保证安全，通常试验应大于70，一般情况下这一条件不易达到。参照新颁布的TSG R0004-2009固定式压力容器安全技

18、术监察规程关于在用压力容器耐压试验的规定，按照TSG R0002-2005第五十五要求确定是否进行耐压试验，比较符合实际情况。为了与TSG R0002-2005衔接，把耐压试验单独列为一章，并考虑到实际情况，把本章7.1条“一般情况下，水晶釜全面检验合格后，每10年进行一次耐压试验”作为推荐性条款，由使用单位和检验机构酌情使用，其余条款均为强制性条款。8、缺陷处理本章主要是针对釜体外表面发现的缺陷而制定，首先应认真分析缺陷产生的原因。除变形、过热及内表面确实无法修复的缺陷外，其他缺陷可用打磨的方法消除，打磨时应注意避免局部过热，同时要使修磨部位与周围圆滑过渡，外表面打磨粗糙度应小于3.2m，应

19、对打磨处采用原检测方法进行磁粉或渗透检测，以保证打磨处无任何表面缺陷。打磨消除缺陷后，还应对打磨部位进行测厚检查，必要时按TSG R0002-2005附件1进行对釜体进行强度校核，以确定打磨处强度是否满足要求。对于除釜体外的其它主要受压元件，如卡箍、上法兰、提塞法兰、卡箍螺栓及配套螺母等，若发现裂纹、螺纹变形等缺陷，应予更换。9、检验结论TSG R0002-2005第六十条规定了水晶釜的定期检验结论分为继续使用和判废两种，并且规定了符合判废的八种情况。但是，在TSG R0002-2005中，并未对在役水晶釜底部变形严重程度、材质劣化程度、超声波检测评级这3个关键项目给出量化指标，执行起来较为困

20、难。本标准在这方面有所突破，给出了相应的量的判据。目前常见的水晶釜材料通常为PCrNi3MoVA，是高强度且具有一定断裂韧性和脆性转变温度的合金钢，屈强比约为0.9，常温下材料抗拉强度约为1200MPa，根据GB/T1172-1999黑色金属硬度和强度换算值中硬度和强度的换算关系可得出，材料硬度值在360HB左右，而新出厂水晶釜硬度值通常在360380HB之间，二者是比较吻合的。如测定的硬度值在300HB以下，换算出大致的抗拉强度在985HB左右，材料力学性能下降18%，考虑到底部台阶部位应力集中的影响，就很容易达到材料屈服极限造成鼓胀的塑性变形，此时晶粒度一般增大1级以上，金相组织也有可能变

21、化。有资料对一PCrNi3MoVA制造的水晶釜严重变形部位金相检查发现，虽然纤维组织为回火索氏体，但变形部位比远离变形部位的晶粒增大1级以上，珠光体中度球化，可见其组织已发生变化。因此，本标准规定，釜体材质晶粒度增大1.02级以上，或者釜体金相组织发生变化（珠光体发生球化）的水晶釜应予判废。水晶釜釜体底部时超温最严重的部位也是应力集中最大的部位，所以变形通常都发生在距底部端面600mm的范围内。有关资料表明，变形在0.25mm以下（直径增大0.5mm），材料力学性能没有明显变化，硬度值变化不明显，金相组织没有变化；变形在0.251.0mm之间，硬度会有比较明显的下降，一般在2040HB，但底部最低硬度值一般