吴奇兵

（安徽省特种设备检测院，安徽合肥 230051）

0 引言

高压气水罐是一种高压设备，主要用于存储高压空气及高压水，广泛应用于钢铁行业。高压气水罐在长期使用过程中，壳体因工艺需要频繁受到交变应力载荷的作用，加上多层包扎结构设计及制造的难度，罐体层板与封头连接处易产生裂纹缺陷，影响高压气水罐的使用安全。

1 设备及工艺

本次检验的高压气水罐于2005 年8 月制造，容积2 m3，属于多层包扎低碳合金钢结构，作用是利用高压水（25～30 MPa），对热轧钢表面的四氧化三铁、氧化亚铁等磷片杂物进行喷射，冲洗，以保证成品钢表面质量。罐体下端装水量≤0.3 m3，罐体水面上部分是空气，通过高压空气压缩高压水，水用完，压力下降，再装水，再加压，每天循环多次，本设备已连续使用超过13年。设备概况见表1。

图1 裂纹一

表1 设备概况

2 缺陷情况

通过磁粉检测发现：壳体外表面层板与封头连接处焊接接头存在裂纹缺陷。裂纹一，通过打磨发现，裂纹沿着焊缝熔合线处向内扩展，最后贯穿，出现空洞，裂纹长约90 mm（图1）；裂纹二，通过打磨发现，裂纹长约50 mm，深约6 mm（图2）。

3 原因分析

（1）该设备采用多层包扎结构，外层层板7 层，层层包扎，设计图纸显示，每层层板包扎后，焊接接头处并未有磁粉检测要求，因此不排除有原始遗留制造缺陷。

（2）无损检测发现裂纹，打磨裂纹，裂纹贯穿层板，且出现空洞，说明设备制造时层板贴合不紧密，层板在与封头连接处有外倾现象或层板与封头连接处设计不合理留有空洞。

（3）该设备承载30 MPa 高压气体，且长期承受循环交变载荷应力，在设备结构几何不连续处，存在应力集中，极易产生疲劳裂纹。

综上所述：高压气水罐在长期使用过程中，壳体因工艺需要频繁受到循环交变应力载荷作用，加上多层包扎结构设计及制造的难度，罐体层板与封头连接区由于结构几何不连续，存在应力集中，使用过程中极易产生疲劳裂纹。

4 处理措施

4.1 维修要点

必须具有相应维修资质的施工单位进行施工，施工单位应注意以下施工要点：

（1）制订施工方案。应参照相应的设计与制造标准制定施工方案，且需经维修单位技术负责人批准后方可实施。

（2）打磨消除层板焊缝裂纹后，先进行目视检查，然后对打磨表面进行100%MT 检测，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ级合格。确认裂纹缺陷均已完全消除。

（3）补焊焊材选用J507 焊条（规格Φ3.2，Φ4）焊条使用前应进行烘干处理。

（4）预热采用火焰加热方式，预热温度＞100 ℃，加热时温度最高可提至250 ℃。

（5）补焊作业时应多道多层，保证根部焊透，各焊道接头应尽量错开。

（6）补焊后检查焊接接头质量，采用角向磨光机去除补焊部位余高，使焊缝与母材圆滑过渡，然后对打磨表面进行100%MT检测，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ级合格。

（7）应做水压试验及无损检测，水压试验按原设计工艺要求（40 MPa）。水压试验合格后再对设备所有A，B，C，D，E 类焊缝进行100%磁粉检测，符合NB/T 47013.4—2015 中的Ⅰ级合格。

图2 裂纹二

4.2 缩短定验周期

依据特种设备安全技术规范《固定式压力容器安全技术监察规程》中有关缩短检验周期的规定，将此压力容器的定期检验周期缩短为3 a。

5 结语

（1）设备使用单位需加强对该设备的维护保养，定期做年度检查及平时的巡检，发现异常情况，应立即停止使用并上报。

（2）高压气水罐长期使用后，罐体层板与封头连接区易产生裂纹缺陷。施工单位应分析裂纹成因，制订合理的施工工艺，使设备能够满足安全生产要求。

（3）设计及制造单位应依据压力容器的工艺情况分析其受力，采用应力分析设计标准对应力集中部位进行结构设计及制造，减少或消除容器应力集中问题。

（4）检验单位应将裂纹缺陷作为此类压力容器定期检验的重点。