做好鍋筒水壓試驗(yàn)把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)

文/嚴(yán)禎榮

一般來(lái)說(shuō)，水壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)鍋筒產(chǎn)品制造質(zhì)量?jī)?yōu)劣的最后檢驗(yàn)方法，只有正確做好水壓試驗(yàn)才能把好鍋筒產(chǎn)品質(zhì)量這道關(guān)。本期講座特邀上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院研究開(kāi)發(fā)部教授級(jí)高級(jí)工程師嚴(yán)禎榮，從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和可操作性的角度，講解如何做好水壓試驗(yàn)，尤其是提出在鍋筒水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力、升壓降壓速度和保壓時(shí)間等方面的注意事項(xiàng)，為相關(guān)從業(yè)人員以及有志于從事該領(lǐng)域工作的讀者提供參考。

一、關(guān)鍵詞點(diǎn)擊

1. 水管鍋爐

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16507.1-2013《水管鍋爐第1部分：總則》，水管鍋爐（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鍋爐”）是指煙氣在受熱面管子外部流動(dòng)，工質(zhì)[1]實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)稱(chēng)為工質(zhì)，依靠它在熱機(jī)中的狀態(tài)變化（如膨脹）才能獲得功，而做功通過(guò)工質(zhì)才能傳遞熱。在管子內(nèi)部流動(dòng)的鍋爐。

2. 水壓試驗(yàn)壓力

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16507.1-2013，在水壓試驗(yàn)時(shí)，按規(guī)定對(duì)鍋爐系統(tǒng)或受壓部件（元件）進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)所施加的壓力。

二、不規(guī)范的鍋筒水壓試驗(yàn)案例

眾所周知，鍋筒的制造主要靠焊接完成，成型后的總焊縫長(zhǎng)度和總管接頭焊縫都比較長(zhǎng)，如圖1所示。環(huán)焊縫、縱焊縫以及管接頭焊縫會(huì)大大減弱鍋筒強(qiáng)度，焊縫質(zhì)量就直接影響到整個(gè)鍋筒質(zhì)量的好壞。焊縫質(zhì)量的好壞，首先要經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)來(lái)檢驗(yàn)，然后通過(guò)水壓試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。

圖1 鍋筒及管接頭

某鍋爐制造廠的鍋筒產(chǎn)品水壓試驗(yàn)的工藝為：試驗(yàn)壓力為計(jì)算壓力的1.5倍，即1.5P （P為鍋筒計(jì)算壓力，也稱(chēng)為設(shè)計(jì)壓力，單位：MPa）；沒(méi)有標(biāo)明升壓速度要求，同時(shí)從試驗(yàn)壓力降到計(jì)算壓力的過(guò)程也沒(méi)有降壓速度要求；試驗(yàn)壓力下的保壓時(shí)間規(guī)定為大于等于20 min，即保壓時(shí)間至少20 min，上限沒(méi)有明確規(guī)定，可以理解為沒(méi)有上限限制。

按照該工藝執(zhí)行鍋筒水壓試驗(yàn)時(shí)，某發(fā)電廠監(jiān)理方提出試驗(yàn)壓力下保壓1 h，甚至更長(zhǎng)時(shí)間的要求。另一發(fā)電廠客戶(hù)提出按TSG G0001-2012《鍋爐安全監(jiān)察技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《鍋規(guī)》)要求，鍋筒試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.25倍就可以了，如果將1.5倍工作壓力作為試驗(yàn)壓力且保壓過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，不但嚴(yán)重影響鍋筒安全，而且浪費(fèi)時(shí)間。制造廠方認(rèn)為大多鍋爐圖紙是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，水壓試驗(yàn)工藝是按ASME標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，試驗(yàn)壓力為計(jì)算壓力的1.5倍沒(méi)有問(wèn)題。

顯然按照現(xiàn)行鍋筒水壓試驗(yàn)工藝執(zhí)行水壓試驗(yàn)操作時(shí)，發(fā)電廠監(jiān)理方和制造廠兩者之間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重分歧，不利于有效檢驗(yàn)出鍋筒制造過(guò)程中的安全隱患。由此可見(jiàn)，分析當(dāng)前執(zhí)行的鍋筒水壓試驗(yàn)工藝的合理性是十分必要的。

三、鍋筒水壓試驗(yàn)基本要求

按照《鍋規(guī)》的規(guī)定，只有滿足下列基本要求的情況下，才能開(kāi)展鍋筒產(chǎn)品的水壓試驗(yàn)。

1. 鍋筒產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)在無(wú)損檢測(cè)和熱處理后進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

2. 水壓試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)當(dāng)有可靠的安全防護(hù)設(shè)施，避免水壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)交叉作業(yè)現(xiàn)象。

3. 水壓試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在環(huán)境溫度高于或者等于5℃時(shí)進(jìn)行，低于5℃時(shí)應(yīng)當(dāng)有防護(hù)措施。

4. 水壓試驗(yàn)所用水應(yīng)當(dāng)是潔凈水，水溫應(yīng)當(dāng)保持高于周?chē)饵c(diǎn)的溫度，以防止表面結(jié)露，也不宜溫度過(guò)高，以防止引起汽化或過(guò)大的溫差應(yīng)力。

5. 合金鋼受壓元件的水壓試驗(yàn)溫度應(yīng)當(dāng)高于所用鋼種的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

6. 奧氏體[2]碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號(hào)A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。受壓元件水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制水中的氯離子含量不超過(guò)25mg/L，如不能滿足時(shí)，水壓試驗(yàn)后應(yīng)當(dāng)立即將水漬去除干凈。

四、做好水壓試驗(yàn)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

從上述案例中可以看出，無(wú)論是鍋爐制造廠，還是發(fā)電廠的監(jiān)理方，在執(zhí)行的鍋筒水壓試驗(yàn)過(guò)程中存在很大分歧，一是沒(méi)有正確理解有關(guān)水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力、過(guò)程控制、保壓時(shí)間等方面的要求；二是有關(guān)部門(mén)頒布的水壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致執(zhí)行難以統(tǒng)一。

1.關(guān)于試驗(yàn)壓力

水壓試驗(yàn)壓力的確定是由鍋筒計(jì)算壓力或最高工作壓力乘以一個(gè)規(guī)定系數(shù)來(lái)得到的。由于標(biāo)準(zhǔn)的不同，有的以計(jì)算壓力作為基準(zhǔn)，有的以最高工作壓力作為基準(zhǔn)，還有的以鍋爐額定壓力或最高主蒸汽壓力作為基準(zhǔn)。實(shí)際上，根據(jù)GB/T 16507.4-2013《水管鍋爐 第4部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》第7條得知：鍋筒的計(jì)算壓力P、工作壓力P0和額定壓力Pr是不同的概念。在系數(shù)選擇上，有的選用1.5，有的選用1.25。這樣一來(lái)，在水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力的確定上就存在多種情況。筆者經(jīng)過(guò)仔細(xì)比較研究，鍋筒水壓試驗(yàn)壓力以鍋筒計(jì)算壓力的1.25倍來(lái)確定是更為合理的。

2. 關(guān)于升壓降壓速度

我國(guó)《鍋規(guī)》第4.5.6.3條規(guī)定“鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，水壓應(yīng)緩慢地升降”，但沒(méi)有明確具體的升降壓速度要求范圍。之所以沒(méi)有明確具體的升降壓速度要求范圍，主要是因?yàn)獒槍?duì)水壓試驗(yàn)壓力較低的鍋爐，沒(méi)有規(guī)定升降壓速度要求范圍的必要，只要操作時(shí)緩慢就行；而對(duì)于水壓試驗(yàn)壓力高達(dá)30MPa的電站鍋爐產(chǎn)品的鍋筒，必須明確升降壓速度要求范圍來(lái)保證緩慢升壓降壓。實(shí)際上，有關(guān)電站鍋爐的水壓試驗(yàn)都有明確規(guī)定升壓速度為0.2 ～0.3 MPa/min，降壓速度為0.4～0.5 MPa/min。

3.關(guān)于保壓時(shí)間

《鍋規(guī)》第4.5.6.2.1條的規(guī)定“整體水壓試驗(yàn)保壓時(shí)間為20min”，第4.5.6.2.2條的第（1）條規(guī)定：“以部件形式出廠的鍋筒、啟動(dòng)分離器為其工作壓力的1.25倍，保壓時(shí)間至少20 min”，這兩條規(guī)定的保壓時(shí)間不一致。顯然，不論以哪種形式出廠的鍋筒，其試驗(yàn)壓力下的保壓時(shí)間規(guī)定為至少20min是不合理的。同時(shí)按照制造廠的規(guī)定，在實(shí)際水壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力下的保壓時(shí)間難以具體確定，造成發(fā)電廠與制造廠、監(jiān)檢單位之間意見(jiàn)不統(tǒng)一。另外，在《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》（國(guó)質(zhì)檢鍋[2003]194號(hào)）中明確檢查水壓試驗(yàn)的內(nèi)容有保壓時(shí)間，這也表明保壓時(shí)間是一個(gè)具體要求即20min，決不是[20，+∞)這樣一個(gè)時(shí)間集合范圍。