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【聊聊合金检测】压力容器制造安装中材料的检验

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2011/09/28

私聊

厂商论坛

压力容器制造安装中材料的检验
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石油化工生产的产品是通过化工设备将物料用化学或物理方法转换的工艺过程来实现的。这些设备都是含有压力介质的容器，如各类换热设备、反应设备、塔器、球形储罐等，统称压力容器。压力容器设备的材料是多样化的，包含着国内外不同牌号的碳钢、低合金钢、不锈钢等，在容器的制造，安装使用上对材料的选取、检验有着严格的要求，既要保证安全可靠，又要做到经济合理。

压力容器材料的检验主要包括材料的力学性能如强度、塑性、韧性、疲劳、硬度等和材料的化学成分分析如材料中所含C、Mn、Si、S、P、Cr、Ni、Cu、Mo等各项元素的分析。在对容器材料的化学分析中，我们用到了“化学分析法、直读光谱分析法和XRF法”三种方法，三种方法对材料的检验使用广泛，三者相辅相成，为合格产品保驾护航（见图1）。

图1为化学分析法和直读光谱分析法在试验中。。。

我们主要在容器制造和现场设备安装施工上用到这三种分析方法，以此来检验材料的正确性，下面分别简述之。

一、压力容器的制造的材料检验

容器制造用的各类材质的原材料板、成品锻件、焊接材料、一般配件等根据技术标准要求要进行理化检验，以确保材料的正确性。材料的化学成分分析应为全定量分析，（如低合金钢14Cr1Mo中的C、Mn、Si、S、P、Cr、Ni、Cu、Mo）同时技术协议对容器制造的一些材料给予某些元素特定的含量范围（如14Cr1Mo材料的S≤0.010、P≤0.015）也要有准确的分析结论，因此，在容器制造中，材料化学成分的分析主要以“化学分析法”和“直读光谱（全谱）法”为主，以“XRF法”分析为辅，而“XRF法”则以便携式的XRF合金分析仪器的使用居多，多用于容器成品的后期检验工作。

化学分析法和光谱分析法作为金属材料的常规分析应用广泛，材料入厂后，我们根据技术要求和车间的生产节点情况来选用光谱分析法或者化学分析法。选择化学分析法先要对材料钻削取样、然后按照不同元素的分析方法来试验，一般材料的碳硫元素基本用红外碳硫仪进行分析，其他金属和非金属元素用酸类溶解、加试剂反应后用滴定分析和比色分析进行试验，分析方法均采用国家标准GB223和一些快速分析方法，试验数据采用标准钢样同步做曲线计算。分析结果可靠性好，数据偏差小，但分析周期较长，有时保证不了生产节点，因此对生产急需的材料采用光谱分析法进行分析，光谱分析法相对于化学分析法来说方便，分析速度快，操作简单，试样可以采用力学试验后的样品进行磨制分析（见图2）。

图2为光谱试样磨制

分析试样一次激发经计算机的计算，几分钟就可获得元素的分析结果。一些需要做定性的材料通过光谱分析法来进行分析，比化学分析省时省力，保障了生产计划节点。
我们从以下表格（表1）可以看到实验室用光谱分析和化学分析法对同一种材料的分析结果，结果与原材料合格证对比，表明两种分析方法在合金元素的分析上是很吻合的，但有个别非金属元素如P，用光谱分析法测试还是和化学分析法存在着误差，这个误差应该是对于光谱仪器的校正误差。

材料用光谱法分析时可以及时反映出材料所存在的问题，我们在一次材质为35CrMoA螺栓的光谱定性分析时，发现螺栓的含C量值为0.24%（要求0.30~0.38%），为证实材料到底是否为不合格品，对该材料进行了3mm以上的钻削取样，用红外碳硫仪分析其含C量为0.34%，二试验结果相差较大。后经多方检验，发现该材料在锻造加工时表面1mm的脱碳才造成光谱分析出现的不合格结果。所以光谱分析法出现的偶然性不能直接用于判别材料是否合格，应采取化学分析与之相结合，进一步的验证才能得出最后的结论，而且还可以对两者的分析数据做有效的比较。

设备制造成型后（见图3），根据设计图纸规定和协议要求，我们还要对特殊材料如复合材料（Q345R+022Cr19Ni10）容器设备中的各类对接焊缝做主要的合金元素Cr、Ni、Mo、Ti含量的成分分析，以确保焊缝与设备母材的化学成分一致。

图3为制造成型的压力容器

这类焊缝包括设备主体焊缝，各类开孔接管焊缝（见图4），焊缝的元素含量检验均采用光谱仪器和XRF便携合金分析仪来检验，由于光谱分析对焊缝表面的磨制要求高，另一方面接管焊缝面窄小，不利于仪器的操作，所以是大多数采用XRF合金分析仪来进行检验。

图4箭头所指为接管焊缝

XRF合金分析仪体积小不受容器空间的限制，携带方便、而且操作简单、分析速度快，对主体焊缝和接管焊缝中的合金元素检验能够满足所需，但测试数据值与化学分析所检测的值误差还是较大的，表2是我们选择了同一处焊缝进行了现场光谱、焊缝现场取样化学分析和XRF合金分析仪的分析结果比较。

二、现场设备安装中的材料检验

设备抵达各使用方单位后需进行安装组对，除主体设备外，还包括与主体设备相互连接的工艺管线等（见图5），

图5为抚顺石化乙烯装置的现场容器安装

现场需要的材料主要包括各类材质不同尺寸的钢管、螺栓、弯头法兰管接件和阀门（见图6），

图6为安装所用的钢管和法兰

材料按照容器现场安装规程，要进行一定比例的光谱检验，（钢管为100%、螺栓5%抽检）检验主要以定性半定量为主线，材料必须保证主要合金元素合格，所以现场材料化学成分的检验主要以 “直读光谱分析法（便携）”和XRF法（便携）”为主，以“化学分析法”为辅。

由于安装现场为野外施工，环境条件差，现场杂乱，震动、尘土、温湿度的影响也很大，一般尺寸较大的管材、阀门等都是露天存放，此外安装的设备很高，给光谱分析带来诸多不便，所以光谱分析在现场比较适合也仓库里一些小型配件的材料分析，所以一般都采用XRF合金分析仪来进行检验。如果在使用这两种方法检验出的材料发生不合格的现象时，便采用现场取样的办法，将样品送当地的实验室进行化学分析，来求证材料的正确性。

通过压力容器制造和安装过程中的材料检验，可以看到三种方法对材料的检验都起到了很好的作用，制造属于厂内施工，有固定的实验室，分析条件优越；现场分析属野外施工，分析难度大，而随着压力容器安装工程的质量精品化、安全生产化、对材料检验越来越得到重视，现场的光谱分析和XRF分析的使用越来越广泛，技术要求也越来越规范，为二者仪器的使用需求也带来广阔的前景。

后记：由于XRF便携合金分析仪拿到项目现场去，没有拍照片，有些遗憾。
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