【摘要】针对空分装置中压力容器由铝和铝合金制造、工作温度是在-153℃以下的低温，铝和铝合金焊接较困难的特点，依据《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》的规定，提出监督检验的具体要求。
【关键词】铝制；压力容器；监督检验；要求
一、引言
氧气作为钢铁工业、化肥工业及煤化工的重要工业原料，其制取的方法主要是低温法空气分离，低温制氧生产量大，产品多样化且纯度高，节能电耗低。此法主要是现将空气压缩冷却，并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点（在大气压下氧沸点为-183℃，氮沸点为-196℃）不同，在精馏塔中使气、液接触，进行质、热交换，从而使氧、氮分离。无论是空气液化或者精馏，都是在-153℃以下的温度条件下进行的。空分装置冷箱中的压力容器通常为铝制压力容器，这是因为铝及铝合金为面心立方晶体结构，当温度降低时，它们不会发生脆性转变，其强度延性韧度不仅不降低，反而同步提升在低温下具有良好的力学和冲击性能。现在铝合金的工作温度可达-253℃，同时，铝的热导率比钢大几倍，对于一定的热负荷来说，可以减少所需的传热面积，特别适用低温及超低温容器。但铝极易氧化产生难熔的三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，形成气孔或裂纹，因此，铝制压力容器的制造和焊接与钢制压力容器相比，具有特殊性和难控制性。针对以上特点对空分装置冷箱中的铝制压力容器监督检验提出相应的具体要求。
空分装置中的铝制压力容器主要有下塔、冷凝蒸发器、液体量筒、主换热器、膨胀机过滤器、氩塔等，均布置于冷箱内，工作温度在-153℃～-196℃、工作压力0.6MPa以下。主要材质为铝镁合金，其牌号5083-H112和5052-H112
二、监督检验
依据《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》及《锅炉压力容器产品安全性能监督检验大纲》对下列项目进行监督检验
1.图样审查
应提供加盖有压力容器设计单位许可印章的总图和强度计算书等，压力容器的设计总图上的内容应符合TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称《固容规》）的3.4.2.2要求。
按照《固容规》有关规定空分装置中冷箱内的压力容器类别均划为第一类压力容器，
空分装置铝制压力容器的设计、制造、检验与验收的现行标准为JB/T4734-2002《铝制焊接容器》及JB/T2549-94《铝制空气分离设备制造技术规范》。
有设计变更制造单位应取得原设计单位同意修改的书面证明文件
2.材料
制造单位应该提供主要受压元件和焊接材料的材质证明书或加盖材料供应单位检验公章和经办人章的复印件。材料代用应取得原设计单位的书面同意。
空分装置铝制压力容器主要受压元件材料，铝合金板材5083-H112或5052-H112应符合GB/T3880.2-2006《一般工业用铝及铝合金板、带材 第2部分：力学性能》和GB/T3190-2008《变形铝及铝合金化学成分》的规定、铝合金型材5083-H112应符合GB/T6892-2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》的规定。焊接材料应符合GB/T10858《铝及铝合金焊丝》的规定，并满足NB/T47018.6-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第6部分：铝及铝合金焊丝和填充丝》的要求。
3.焊接
铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（AL2O3）熔点高、性质稳定且不易铲除。在焊接过程中会阻碍母材的熔化和熔合，不易浮出熔池，导致焊缝中出现夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。焊丝及母材表面的氧化铝薄膜易吸附水分，水分在焊接过程高温和电离中分解出来氢，铝在液体中能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢，在焊接熔池凝固和快速冷去中，氢来不及逸出，极易形成焊接接头中的气孔。因此，应采取机械或化学的方法清除其表面的氧化膜。焊接坡口面应采用机械方法加工，表面应光洁平整。焊前，坡口及其两侧必须严格清洗。铝的热导率和比热容为碳素钢和低合金钢的两倍多，热导率约为奥氏体不锈钢的十几倍。这样在焊接过程中，大量的能量会被迅速的传导至母材的其他部位，使焊接熔化金属的熔池迅速冷却，一些气孔和夹杂物无法及时逸出，同时也可能产生未熔合等缺陷。这些都造成焊接接头性能大大下降。铝的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍，铝凝固时的体积收缩率较大，造成焊接的变形量大、焊接应力较大，易产生缩孔、缩松、热裂纹等缺陷。铝在高温时的强度和塑性低，焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿。综上所述，铝和铝合金的焊接较为困难。在空分装置中铝的焊接方法主要是钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。其中较为特殊的是双人双面焊接方法，在一条焊缝的内外两面同时由两位焊工进行氩弧焊，此种焊接方法能够保证焊接线能量的输入较大、维持熔池的温度，利于气体及焊渣的浮出；另外焊缝两面同时供氩都可以起到气体保护作用。与常规的单面氩弧焊工艺相比，具有减少焊接变形、提高焊接质量、简化坡口加工与组对等优点。
监检人员应当审查铝制压力容器焊接工艺评定及记录，并对评定过程进行监督。焊接工艺评定报告应经监检人员签字确认。铝制压力容器现行的焊接工艺评定标准有JB/T4734-2202《铝制焊接容器》中附录B《铝容器焊接工艺评定》和NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》，两者对铝材的类别划分及评定合格标准略有不同，预计JB/T4734修订或新版颁布会统一规定。
空分装置中铝制压力容器设计压力一般为0.6MPa，主要介质为氧 氮，按照JB/T4734规定可以免做产品焊接试板。
焊工应按照TSG Z6002《特种设备焊接操作人员考核细则》的规定考核合格后，方能在有效期间内担任合格项目范围内的焊接工作。铝合金进行双人双面焊接时，两名焊工均需有相应的合格项目。
对于铝制容器焊缝返修及工艺要特别注意，极易造成因返修而形成缺陷的增多或扩大，焊接接头性能的降低，甚至因多次焊接返修，造成焊接接头性能不能满足设计制造要求，使容器不得不报废。
4.外观和几何尺寸
监检的主要内容检查焊接接头的表面质量。焊缝表面不得有裂纹、气孔、未熔合、弧坑、夹钨等缺陷；焊缝外不得有打弧点；焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物必须清除；对接接头的焊缝余高及焊缝宽度差应符合JB/T4734表10-4的规定，角焊缝的焊脚尺寸应符合设计图样和JB/T4734的规定；焊缝与母材应圆滑过渡。
铝制压力容器的制造必须有专用场地，不得与黑色金属产品混杂生产。工作场所要保持清洁、干燥，必须控制灰尘、飞溅物。一般地面上铺有胶皮，防止铝制容器的表面机械损伤，对于尖锐伤痕应予修磨，修磨范围的斜度至少为1：3.修磨的深度不大于该部位铝材厚度的5%且不大于2mm，否则应予焊补。
由于铝的刚度较碳钢低，以及下塔塔板的装配要求，铝制压力容器在制造时需在筒体外面装有抱箍，控制塔器在卧式放置、装配及水平转动时塔体变形量过大。按照JB/T2549 的规定空分装置铝制压力容器筒体同一断面的最大内径与最小内径之差不得超过其名义内径的4/1000，塔体的直线度公差，最大不得超过塔体高度的 1/1000，且应控制在±10mm范围内
焊缝的布置应符合JB/T4734中10.2.5.5的要求，即筒节长度应不小于300mm，相邻筒节纵缝中心线间距应大于铝材厚度的3倍，且不小于100mm。铝制封头的制造、检验与验收除符合GB/T25198《压力容器封头》的要求外，还应符合JB/T4734中10.2.4的规定。
5.无损检测
由于空分装置中铝制压力容器因结构及运行条件不允许残留试验液体，一般采取气压试验。按照JB/T4734和《固容规》的要求，应对A、B类对接接头进行100%射线检测，检测技术等级不低于AB级，射线检测的合格级别按JB/T4730.2规定中的II级为合格。由于铝制容器的焊缝返修较易产生更多缺陷，对于圆形缺陷的点数控制较钢的宽松。
对设计图样有要求进行表面检测的焊缝，应按JB/T4730.5进行渗透检测，合格级别不低于I级。特别注意的是，检测完后，应对渗透剂、显像剂等进行彻底的清洗去除。
6.热处理
铝制压力容器一般不要求进行热处理。
7.耐压试验及气密性试验
耐压试验为监检的A类项目，监检员必须到现场进行监检。空分装置中铝制容器一般进行气压试验，试验压力为设计压力的1.10倍。气压试验的安全防护设施、试验介质、试验温度、试验时压力升降及检查应符合《固容规》4.7.7.1的要求。气压试验过程中压力容器无异常声响、无漏气、无可见变形即为合格。如设计图样要求进行气密性试验时，须在气压试验合格后进行，试验压力为设计压力，试验温度为室温。
8.安全附件
空分装置中的铝制压力容器一般本体无安全泄放装置，其安全保障由管道工艺系统保证。
9.出厂技术资料的审查
竣工图样上应当有设计单位许可印章，并且加盖制造单位的竣工图章。产品质量证明文件应符合《固容规》4.1.4.1的要求。检查铭牌内容，应符合《固容规》4.1.5的要求。监检合格的产品，在铭牌上的右上角处打监检钢印。经监检合格的产品监检单位出具《特种设备制造监督检验证书》。
三、结论
由于空分装置中的铝制压力容器符合《固容规》中的1.4.1的规定，只需满足《固容规》总则、设计和制造要求，不进行压力容器的定期检验，并且由于冷箱中填满保温材料珠光砂，如维修将需要扒砂工期长、工作量大，十分困难。因此，在制造中认真进行监督检验，严格把关，控制质量，保证压力容器的产品安全性能，对这类压力容器的安全使用具有重大的意义。针对空分装置中的铝制压力容器的监督检验，我们提出了一些具体特殊要求，是十分必要的。
参考文献
[1]周万盛，姚君山.《铝及铝合金的焊接》.机械工业出版社，2006
[2]TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
[3]《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》及《锅炉压力容器产品安全性能监督检验大纲》
[4]JB/T4734-2002《铝制焊接容器》
[5]JB/T2549-94《铝制空气分离设备制造技术规范》
