压力容器的尺寸测量

随着锅炉的发明而发展起来的压力容器，在技术革新的进程中，在越来越多的工厂中得到应用，作为化学工厂、石油工厂、发电站等的构成要素，是不可缺少的密封容器。
这些设备均使用大型压力容器，因此除了难以准确测量尺寸之外，还必须由多人进行测量，花费大量工时。提升效率成为当务之急，另一方面，为了维持安全性，对于提升测量精度的要求也更急迫。
下面将说明压力容器的结构、尺寸测量的必要性、测量方法等基础知识。另外，还介绍测量方法面临的难题及其解决方法。

什么是压力容器
压力容器的结构
压力容器尺寸测量的必要性
压力容器的尺寸测量
压力容器尺寸测量的难题和解决方法
压力容器尺寸测量的高效化

什么是压力容器

压力容器是指承受来自内部或外部的压力的密封容器。安装在石油、化学工厂和发电站等设施内，用于将作为原料的液体进行蒸馏、分离、反应来制造产品，或储存水蒸气等目的。
容器内压力与大气压力相比会变为高压或低压，因此制造时要求具有严格的尺寸精度。

压力容器的结构

压力容器种类繁多，但每种压力容器都是由大量部件构成。下面介绍在此之中多数压力容器通用的部件。
压力容器的壳体由筒体（壳）和封头构成，筒体上装有包括用于安装阀门的法兰在内的喷嘴、固定压力容器的支腿等。这些部件大致分为耐压部件和非耐压部件，耐压部件用于承受来自外部或内部的压力的位置。筒体、封头、喷嘴等是耐压部件，一旦破损会造成内部气体或液体泄漏，或者空气浸入，因此要求具备高强度和高加工精度。

筒体

构成压力容器的部件中极为重要的部件。筒体制作成圆柱形，目的是使其在承受压力时能具有极为稳定的耐压性，并且降低制造成本。除圆柱形外，还有圆锥形的筒体，圆锥形的筒体在筒体直径需要变化时使用。

封头

用于压力容器端面等处的半球形部件。封头截面形状有碟形、半椭圆形、球形、锥形等，压力高时使用半椭圆形和球形，压力低时则使用碟形和锥形。此外，没有筒体的球形压力容器称为球形筒体。

压力容器尺寸测量的必要性

压力容器用于多管式热交换器（管壳式热交换器）、反应器、常压蒸馏塔、核反应堆压力容器等。这些设备中，曾多次因为压力容器爆炸而造成重大事故，必须进行严格检查，以免再次发生此类事故。特别在大型压力容器中，筒体和封头作为承受强大内压和外压的耐压部件，其尺寸、平面度、真圆度、螺丝孔位置度、喷嘴（含法兰）的安装角度都要求进行严格的检查。

平面度、真圆度、位置度的测量

测量有尺寸、形状等各种测量要素，下面将说明平面度、真圆度、位置度的测量方法和计算方法。平面度是相对于基准面的平面凹凸程度，真圆度是圆的程度，位置度是表示相对于基准平面和基准直线的位置准确程度的指标，它们都属于被称为“几何公差”的测量项目。
真圆度用于管理压力容器壳体部分，即筒体（壳）和封头作为部件的精度，以及组装后的成品精度。平面度和位置度则常用于确认喷嘴和法兰在部件状态下的完成精度，以及组装至壳体上的精度。把使用手动工具等测量的测量值输入表格计算软件、运算网站等，即可计算得出这三个值。此外，还可使用针对各项目的专属测量设备和新款三坐标测量仪，直接测量上述几何公差项目。

平面度

平面度包括最大接触式平面度和最大倾斜式平面度。
最大浮动式平面度是指，以目标平面的3个点（尽可能远离）为基准分别设定平面，各点与设计图纸之差的最大值作为平面度的方法。
而最大倾斜式平面度是指，用平行平面夹住目标平面，并对形成的间隙进行测量的方法。

真圆度

对外形进行4或8等分后，测量2点间距，确认最大值与最小值，并将两值之差除以2，就能计算出真圆度。圆柱状的真圆度尽量测量多个位置，可提升测量精度。

位置度

指定“相对于基准（作为基准的平面、直线）的位置正确程度”的精度。位置度是测量X轴方向和Y轴方向偏移的值，可用以下方法计算：从图纸尺寸减去测量值得到偏移量，将各偏移量的平方和开根号，然后再乘以2即可得出。

压力容器的尺寸测量

筒体和封头的尺寸精度对密封性和气密性有较大影响，精度低时会造成焊接接头嵌合不良。特别是通过焊接组装的容器主体和法兰，焊接位置会因为热而发生变形，无法按照设计图纸完成。因此，必须测量制作完成的压力容器的尺寸，确认在容许范围内。

尺寸测量要点

应确认的主要测量点与容许公差如下。

容器主体（筒体和封头）

筒体的真直度: 长度每6 m的偏移在6 mm或以下，最大不超过20 mm。
筒体的真圆度: 截面内径的最大值和最小值之差不超过1%
（图纸中的内径的±0.5%或以下）。
封头的形状: 下图所示的（1）和（2）的间隙均不超过内径的±1.25%。
全长：长度每1 m的偏移在±1.5 mm或以下。

喷嘴（含法兰）

A：喷嘴高度: ±5 mm或以下。
B：喷嘴的安装位置: 距离基准线±10 mm或以下。

压力容器尺寸测量的难题和解决方法

对于压力容器，除成品外，确认制造期间的加工精度以及更换部件时的组装精度也十分重要。进行这些测量时多采用量尺、卷尺、大尺寸游标卡尺等。个别构成零件也常常是大型尺寸，一般至少需要2至3人进行测量。而且此类方式存在一些难题：测量人员不同造成的测量值偏差、应变趋势等不易掌握、测量耗时久等。此外，以储罐或法兰的中心为基准规定图纸尺寸时，也存在无法用手动工具等模拟工具直接测量的问题。

为了解决这些问题，越来越多的人开始采用新款三坐标测量仪。采用bat365官网大范围三坐标测量仪“WM系列”，能通过无线探头，以高精度测量压力容器的尺寸。在测量范围内，可自由接近工件深处部位，只需探头接触的操作，即使单人也能轻松测量。而且与千分表、卷尺、大尺寸游标卡尺等测量器具相比，测量结果无偏差，可进行定量测量。而且，还能以虚拟线为基准，直接测量三坐标尺寸，所以能以高度可靠性确保图纸规定的尺寸。

封头的直径和真圆度以及各部位的测量

110万kW（千瓦）级的沸水型（BWR）核反应堆压力容器的高度约为22 m，宽度约为6 m（内径）。如此大的封头的直径、真圆度、半球部分的R测量、从R顶点至端面的距离等均需要测量。如果要用游标卡尺和卷尺测量，至少需要2名作业人员，每次实施测量得到的值不尽相同，难以进行准确测量。例如，真圆度需用卷尺测量2点间的距离。但是，测量值会随着卷尺接触角度和强度变化，所以作业人员不同会令测量值发生偏差。另外，为了获得足够的测量精度，必须在指定的轴线上反复测量，因此测量作业可能会花费数天之久。
采用“WM系列”，只需将探头接触测量点即可测量。真圆度和半球部分的R测量以及各部位的距离，也只需用探头接触封头的基准要素和目标要素，即可完成测量。单人也能快速测量，不会因为作业人员不同而导致测量值偏差。此外，还可以快速确认公差值相对于设计值的判定。

螺栓孔的位置测量

压力容器上安装各种支撑材料和喷嘴的螺栓孔位置，是关系到安装后强度和稳定性的重要测量项目。因此，在制造时和交货时都需要测量距离压力容器底部的高度、孔间隔等位置。螺栓孔必须以位置坐标进行测量，同时还要测量接合面的平面度和角度。用手动工具实施这些测量时，需要多人共同作业，同时，深处的螺栓孔中心直径等会由于其它部件妨碍而无法测量，而且测量值不稳定，因此难以与设计值比对。
采用“WM系列”，只需将探头接触测量点，单人也能实施定量测量。通过无线探头自由接近，可测量工件深处部分，支撑材料和喷嘴安装面的角度也只需探头接触即可完成测量。可测量三维位置坐标。不仅如此，由于该产品是便携式，可随身携带，可以对加工机上的加工精度进行三坐标测量。

法兰的安装角度测量

焊接在大型压力容器上的法兰的位置，可按照至压力容器筒体中心的距离进行测量。测量距离长达数米，所以需用卷尺、大尺寸游标卡尺测量位置。安装角度和平面度则用水平仪、游标卡尺等测量。但是，使用手动工具时，测量值会随着接触角度、强度、位置变化，所以作业人员不同会令测量值发生偏差。
采用“WM系列”，只需将探头接触测量点，单人也能无偏差地实施定量测量。法兰安装角度也只需探头接触即可完成测量。可测量三维位置坐标。位置度和平面度等几何公差也能准确测量，因此即使是用替代方法进行测量的管理尺寸，也可以在显示器上直观地查看测量位置，同时进行测量。
可以用彩色图通俗易懂地表示平面度，便于操作人员准确、简单地修正尺寸。