浅谈锈蚀钢瓶容积残余变形率合格标准的评定

浅谈锈蚀钢瓶容积残余变形率合格标准的评定摘要：在现实生产中，钢瓶锈蚀是钢瓶使用过程中发生的普遍现象。

该文主要对钢质无缝气瓶使用过程中出现锈蚀，从而影响检验结果评定进行论述，通过对锈蚀钢瓶和壁厚均匀钢瓶的水压试验结果和钢瓶实测壁厚作出比较，总结出锈蚀钢瓶容积残余变形率合格标准应更加严格。

关键词：定期检验气瓶锈蚀内测法水压试验气瓶壁厚容积残余变形率
钢质无缝气瓶定期检验是国家强制规定定期对气瓶安全性进行的综合评定，其中包括外观检查、音响检查、内部检查、瓶口螺纹检查、重量与容积测定、水压试验、瓶阀检验和气密性试验等检验项目，本人在从事气瓶定期检验工作期间，在对多个气瓶进行了跟踪观察，为了能将气瓶定期检验工作做好做细，以《气瓶水压试验方法》、《钢质无缝气瓶》、《钢质无缝气瓶定期检验与评定》等国家相关标准为本，结合自身工作经验，对钢质无缝气瓶定期检验中发现气瓶生锈腐蚀及水压试验结果判定遇到的相关问题进行了认真思考，在这里发表以下个人的观点，供各位同行参考。

1 气瓶锈蚀
在实际情况中，钢瓶生锈大多由于使用及保养的不规范，造成外表面油漆剥落，使瓶体表面暴露在空气中，若长时间处于潮湿状态会
容易出现生锈，而气瓶内部由于种种原因造成瓶内出现积水，不能及时发现及时处理，也会造成气瓶内壁大面积生锈。

瓶体生锈后，如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，很容易脱落，造成严重腐蚀。

根据《钢质无缝气瓶定期检验与评定》中有关气瓶腐蚀情况判断的相关规定，气瓶外观及内部检查中，瓶体上弧立点腐蚀，剩余壁厚应大于等于设计壁厚的2/3，而存在线腐蚀或面腐蚀处的，剩余壁厚应大于等设计壁厚的90％。

气瓶瓶体生锈剥落，会直接导致气瓶瓶体壁厚减少，铁锈残留在气瓶内部，会使瓶重增加，而内腐蚀更会使气瓶实测容积变大。

根据相关规定，气瓶现重量与制造标志重量的差值大于5%，应测定瓶壁最小壁厚。

除点腐蚀外，最小壁厚小于设计壁厚90%的气瓶应报废，现容积值大于制造标志容积值10%的气瓶应报废。

由此可见，只有控制减少钢质无缝气瓶的生锈腐蚀，气瓶才能安全地使用下去。

2 气瓶水压试验
气瓶水压试验可以说是气瓶定期检验的最重要环节，影响水压试验结果的因素有多方面，有试压气瓶因素，有试压用水的因素，也有试压装置，方式方法等因素。

气瓶水压试验主要有外测法和内测法两种，这里主要针对内测法水压试验进行论述。

气瓶进行水压试验应符合GB/T 9251-2011《气瓶水压试验方法》
的要求，并以容积残余变形率作为合格或判废的标准，容积残余变形率超过6%时，应测定瓶体的最小壁厚，其最小壁厚不得小于设计壁厚的90%。

容积残余变形率超过10%的气瓶应报废。

气瓶容积残余变形率与气瓶瓶体的环向残余应变之间存在一定的对应关系。

如把气瓶当做壁厚均匀的受内压作用的圆筒，不计二端变形约束的影响，并忽略在小量塑性变形下的轴向残余应变，对于气瓶（直径和壁厚的变化范围不大，水压试验压力相对固定），当容积残余变形率为10％时，所对应的环向残余应变约在0．02％（随气瓶K值及材料强度级别而定）。

在工程上尚属弹性变形（残余变形率小于0．005％～0．05％），这就是气瓶容积残余变形率10％作为合格标准的依据。

容积残余变形计算公式如下：
△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt
η=（△V′/△V）×100%
式中：△V—受试瓶在水压试验压力下的容积全变形值，ml；
A—注满水的受试瓶和承压系统在水压试验压力下所压入得水量（不含原注入水量），ml；
B—承压系统在受试瓶水压试验压力下所注入的水量（不含原注入水量），ml；V—受试瓶试压前的实际容积，ml；
Ph—受试瓶的实际试验压力，MPa；
βt—在试验水温和实际试验压力下水的平均压缩系数，1/ MPa；
（A-B）—注满水的受试瓶在实际试验压力下压入的水容积，ml；
[（A-B）+V]—在实际试验压力下受试瓶瓶内所装水的总容积，ml；
[（A-B）+V]Phβt—在试验水温和实际试验压力下受试瓶内的水被压缩的容积，ml。

η—受试瓶容积的残余变形率，%；
△V′—受试瓶容积的残余变形值，ml；
3 钢瓶锈蚀对容积残余变形率合格标准的影响
气瓶容积残余变形率与气瓶筒体环向残余应变之间的对应关系，是按均匀壁厚推导出来的，但实际气瓶均存在程度不同的壁厚偏差，当气瓶存在锈蚀时情况时尤为突出。

《钢质无缝气瓶》GB 5099-1994中规定，钢瓶筒体内、外表面应光滑圆整，筒体的圆度，在同一截面上测量其最大与最小外径之差，不应超过该截面平均外径的2％，钢质无缝气瓶筒体设计最小壁厚公式如下：
式中：S 钢瓶筒体设计壁厚，mm；
Ph 水压试验压力，MPa；
D0 钢瓶筒体外径，mm；
F设计应力系数；
σe瓶体材料热处理后的屈服应力保证值，N／mm2；
这表明，钢瓶出厂时壁厚有严格控制，应该是比较均匀的。

但钢瓶在使用过程中出现锈蚀，情况就会有所变化，壁厚会随着锈蚀物的剥落变得不均匀。

以一卧式集装笼架为例，集装笼架装有20只钢质无缝气瓶，充装公称压力为15.0?mPa，水压试验压力为22.5 MPa，充装介质为氮气。

由于安装气瓶时没进行相关防锈措施，气瓶长期固定位置并相互挤压，使用时没注意防潮防雨，在拆卸笼架气瓶进行定期检验时，发现筒瓶一侧发生大面积锈蚀。

气瓶筒体设计壁厚为5.7?mm，对其中一只气瓶进行壁厚测定，发现锈蚀一侧筒体实测最小壁厚为5.0?mm，最大为5.8?mm，其余未发生腐蚀的筒体实测壁厚最小为6.0?mm，最大为6.2?mm，就是说筒体最大壁厚与最小壁厚相差了1.2?mm。

随后对该气瓶进行内测法水压试验，实测容积为40.2L，试压水温为22?℃，实测“B值”为18 ml，总压入水量为A为535 ml，容积残余变形值（△
V′）为6.8 ml。

计算如下：
△V =（A-B）－[（A-B）+V] Phβt
=（535－18）－[（535－18）＋40200]×0.01008
=517－40717×0.01008
=517－410.4
=106.6?ml
△V代入下式
η=（△V′∕△V）×100%
=（6.6/106.6）×100% =6.2%
由于气瓶容积的残余变形率为 6.2%，按照规定，容积残余变形率超过6%时，应测定瓶体的最小壁厚，其最小壁厚不得小于设计壁厚的90%，按筒体实测最小壁厚5.0?mm与设计壁厚5.7?mm的90%作比较，气瓶属于不合格范围，判定为报废气瓶。

其余集装笼架气瓶均出现类似情况，其中测得腐蚀最严重的气瓶最小壁厚仅4.6?mm，远低于设计壁厚5.7?mm的90%，但容积残余变形率仍小于10%。

最终按照规定，这个集装笼架的气瓶只能判废，损失相当大。

在对另外一只充装公称压力为15.0?MPa，水压试验压力为22.5?MPa，充装介质为氮气的钢质无缝气瓶进行内测法水压试验中，钢瓶实测容积为40.6?L，试压水温为22?℃，实测“B值”为18 ml，总压入水量为A为540 ml，容积残余变形值（△V′）为6.8 ml。

计算如下：
△V =（A-B）－[（A-B）+V] Phβt
=（540－18）－[（540－18）＋40600]×0.01008
=522－41122×0.01008
=522－414.5
=107.5?ml
△V代入下式
η=（△V′∕△V）×100%
=（6.8/107.5）×100% =6.3%
其设计壁厚为5.8?mm，筒体实测最大壁厚为6.2?mm，最小壁厚为6.0?mm，筒体壁厚比较均匀，由于实测最小壁厚比设计壁厚要大，按照容积的残余变形率不超过10%的标准判为合格气瓶，能继续使用。

两个钢瓶容积残余变形率虽然接近，但这时我们应考虑的是如果锈蚀气瓶薄边侧瓶体环向残余应变，达到和均匀壁厚气瓶同样数值时，两只气瓶的容积残余变形率是不一样的，这是由于腐蚀气瓶受厚边侧的弹性约束所致，瓶体只是局部屈服，其容积残余变形率不一定会大，反之，如果两只气瓶的容积残余变形率相同，则锈蚀气瓶薄边侧瓶体环向残余应变一定要比均匀壁厚的气瓶为大。

也就是说，对于壁厚均匀没有发生锈蚀的钢瓶，其容积残余变形率如果定为10％是适合的话，对于锈蚀气瓶就不适合了。

所以当实测最小壁厚小于设计壁厚90%时，锈蚀一侧的应力很可能已超过允许值，但总体的容积残余变形率可能还不大。

综合上述所说，出现锈蚀的气瓶在容积残余变形率判定上应定得更严格一些。

4 结语
气瓶定期检验只是一个发现气瓶问题的重要环节，要气瓶能够安全使用，充装、使用、运输、储存等各个环节都应严格按照国家相关规定做好，特别是钢瓶防锈工作不容忽视，一些发生锈蚀的气瓶甚至会严重影响到钢瓶使用安全。

未来对于钢瓶的安全使用要求也会越来越严格，我们要对钢瓶问题及时发现及时处理，对钢瓶漆色保护及钢瓶内部干燥都应严格按照要求做好，这样钢瓶的使用安全才能得到更好的保障。

参考文献
[1] GB13004-1999.钢质无缝气瓶定期检验与评定[S].
[2] GB/T9251-2011.气瓶水压试验方法[S].
[3] GB5099-1994.钢质无缝气瓶[S].
[4] 吕秋娟，侯根良.特种高压无缝气瓶容积残余变形率的测试[J].机械设计，2003.
[5] 孟燕华.气瓶水压试验方法的比较[J].中国锅炉压力容器安全，1999（1）.。