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探析化工压力容器移装风险识别及应对

2021/10/13 阅读:

摘要:作为特种设备的重要组成部分,压力容器在我国经济社会发展中应用非常广泛。化工压力容器属于化工生产和冶金行业中重要生产设备,对行业的发展起到了关键性作用。近年来,为响应国家低碳经济、节能减排等要求,一些大型化工压力容器通过移装,重复利用,确实对资源的合理利用起到了积极作用,但移装后的压力容器相比于其他容器安全隐患更大,本文通过对移装后的压力容器进行风险识别并提供有针对性的措施,来保证后续使用的安全。

关键词:压力容器移装定期检验机械损伤腐蚀

传统的化工、冶金行业存在着产业结构不合理、产品附加值低、产能过剩和严重污染环境等问题。近年来国家一直要求去产能、降能耗、保环境,对环保和能耗的要求日益严格,大型化工厂、钢铁厂搬离大城市以及逐步向低能耗、低污染发展已成为一种趋势[1]。部分化工企业的配套装置面临停产,特别是一些核心设备,如反应器、吸收塔等,为有效利用旧设备,减少企业损失,需对这些关键设备移装后继续使用。针对此类化工压力容器移装后的使用管理,个人提出以下见解。

1化工压力容器移装后在检验中主要存在的问题

笔者作为压力容器检验师,从事多年的压力容器检验工作。移装后的压力容器检验主要有以下问题:①、容器出厂资料不全或者遗失;②、移装后压力容器使用条件(包含运行工艺条件和外界环境条件)与移装前不完全一致。运行工艺条件主要是指容器使用压力、温度和介质,外界环境条件主要是指使用地年平均气温、湿度、地质条件、风载荷等。使用条件的复杂性直接导致容器使用过程中损伤模式的多样性;③、压力容器拆卸、运输过程中容易造成表面机械损伤;④、容器在制造时留下的先天性缺陷在使用条件变化后容易扩散,造成损伤甚至失效。

2化工压力容器移装风险分析

2.1压力容器资料缺失

有些企业档案管理混乱,管理人员转岗离职等原因,使得特种设备出厂资料缺失。按照现行的《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG21-2016)有关压力容器定期检验要求,压力容器在首次检验时必须进行资料审查,资料审查内容包括[2]:①、设计资料,包含设计单位资质证明,设计、安装、使用说明书、设计图样、强度计算书、风险评估报告(Ⅲ类压力容器)等;②、制造(含现场组焊)资料,包含制造单位资质证明、产品合格证、质量证明文件、竣工图等,以及监督检验证书、进口压力容器安全性能监督检验报告;③、压力容器安装竣工资料;④、改造或重大修理资料,包括施工方案和竣工资料,改造、重大修理监检证书;⑤、使用管理资料,包括《使用登记证》和《使用登记表》,以及运行记录、开停车记录、运行条件变化情况以及运行中出现异常情况的记录等;⑥、检验、检查资料,包括定期检验周期内的年度检查报告和上次定期检验报告。出厂资料的缺失直接影响到压力容器现场检验和后续注册登记,尤其是设计、制造资料的缺失,直接导致无法确定容器设计使用年限、主要受压元件材质、先天性制造缺陷情况等。

2.2压力容器使用条件变化

2.2.1工艺条件的变化

压力容器移装后,工艺条件可能会发现一些细小变化。按相关规范,改变容器的使用压力、温度和介质都需经该容器原设计单位书面确认,但化工容器中存在很多使用温度是一个范围,使用介质有时不止一种的情形,比如某台吸收塔,原设计要求使用温度0-100℃,使用介质为氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2),移装使用后,温度可能与之前不同但还是在使用的范围内,使用介质可能只有氧气(O2)、氮气(N2),由于化工工艺的变化,就没有二氧化碳(CO2)。这种工艺条件的变化,都是在原设计范围之内,没有外来控制措施。众所周知,钢制容器在使用过程中或多或少的都存在腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化、机械损伤,尤其是在特定的使用环境下,如高温高压、盛装有腐蚀的介质等,发生概率会大大增加,且速率加快。如果移装前使用没有产生超标缺陷,移装后工艺条件的变化,可能会打破这种平衡,出现新的损伤模式,为压力容器继续使用埋下安全隐患。

2.2.2外界环境的变化

每一台压力容器在设计时,设计单位都是根据用户或设计委托方(用户)提供的设计条件进行设计工作,其中设计条件之一就是压力容器使用地及其自然条件(包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等)。移装后压力容器使用地发生改变,意味着移装后的设备与之前原设计有些不符,增加压力容器损伤模式识别难度。同时,压力容器使用地发生改变后(如空气湿度),企业为了保证产品质量,可能会调整化工生产工艺条件(如在允许范围内提高使用温度、增加干燥剂等),这些都使得承压设备的损伤模式多样化,加大了检验检测难度,从而增加安全风险。

2.3压力容器在拆卸和运输过程中容易造成机械损伤

压力容器的拆卸即便是有安装资质的单位进行,现场也很容易伤及本体,比如采用火焰切割直接能影响到材料的机械性能、打磨引起的机械损伤、现场吊装发生形变或破坏设备本身的应力平衡等。更何况压力容器安装单位管理水平、人员业务素质参差不齐,同时还存在一些业务分包现象,所以拆卸质量不易保证,更容易出现以上情况。另外,压力容器在运输过程中,固定用的钢丝绳容易造成表面损伤,陆路或水路运输的路况也是重要因素之一。以上造成的机械损伤,在设备后续使用过程中容易形成应力集中部位,引发承压部件发生疲劳断裂,造成安全事故。

2.4有些压力容器停用一段时间后,再次启用容易产生新生缺陷

化工企业使用的一些反应容器,开车后在相当长一段时间内都是负荷运行,长期保持高温高压状态,设备在移装时在相当一段时间内需全面停用,主体材料温度、应力状态发生变化,同时介质在容器内部容易累积。设备移装后再次使用,又是一次升(降)温升压的过程,使用介质又会重新分布。移装后再使用的过程,打破了之前容器内外部的应力(应变)平衡,之后重新分布,可能使得压力容器产生新的损伤模式,增大产生新生缺陷的概率。

2.5使用过的化工容器再次安装难度大,质量难以保证

大多数化工园区存在大气污染、水污染,特别是某种特定主体材料的容器在特定的有腐蚀环境下(普通碳钢遇到湿H2S环境、奥氏体不锈钢遇到富含Cl-环境等),都是没有任何抵抗力,腐蚀速率非常快,经常有些化工园区的铁质护栏每1—2年就需更换。若压力容器在该环境下使用,其裙座(立式容器)、支座(卧式容器)等承重部件可能发生严重腐蚀。尤其是立式塔器的裙座,发生腐蚀后,裙座定位孔的精度(GB150.4要求允差不大于±3mm)已经不能满足再次安装的要求,加之国家现有的规范还没有明确要求对压力容器安装过程进行监督检验,更使得其安装质量难以保证。压力容器的安装质量不合格直接可以导致容器运行过程中失稳,造成严重的安全事故。尤其是一些大型容器,如球罐、立式塔器、大型卧式容器等,球罐的失稳会直接导致介质泄漏,引发火灾或人员中毒、立式塔器通常高度20米-50米,安装质量不合格难以承受风、雪载荷,发生倒塌事故,引发次生灾害、大型卧式容器如液化石油储罐、液氨储罐同样能引发泄漏,发生火灾和人员中毒。

3应对措施概述

只有对化工压力容器移装风险进行识别,制定比较完善的应对措施,才能更有效地保证后续使用安全。

3.1严格遵守特种设备相关法律法规、行业规范

3.1.1按照《特种设备使用管理规则》(TSG08-2017)中3.8.6条,有下列情形之一的特种设备,不得申请办理移装变更、单位变更[3]。①、已经报废或者国家明令淘汰的;②、进行过非法改造和修理的;③、无本规则2.5条中(3)、(4)规定的技术资料的;④、达到设计使用年限的;⑤、检验结论不合格或者能效测试结果不满足法规、标准要求的。

3.1.2按照《关于开展旧锅炉压力容器交易市场安全检查治理整顿的通知》(质技监锅字[2002]28号)要求,安全监察机构应组织特种设备检验检测单位对移装的压力容器逐台检查,有下列情况之一的压力容器,应对其强制报废,并就地解体[4]:①、没有或伪造产品铭牌和安全技术资料的;②、非法制造、改造和修理的压力容器;、③、结构不合理或腐蚀严重,已不能保证继续安全运行的;④、安全状况等级为4级或5级的压力容器。

3.2对于移装的化工容器,增加压力容器安装监督检验

化工企业的压力容器本来就比一般企业的风险系数高,再加之移装到外地使用,安全风险更是大大增加。做到移装压力容器每一个环节严格把控,才能有效降低安全风险。虽然目前法规体系中没有明确规定压力容器安装监督检验实施内容,但是移装化工容器后续使用安全风险较高,由检验检测机构对其进行安装监检,能有效降低由于安装质量不符带来的设备损伤。

3.3移装后的化工容器,投入使用一年后进行定期检验

在设备投入使用一年后,无论是否已经达到下次定期检验周期,及时进行定期检验,发现有可能产生的新生缺陷,排除隐患,对保证设备安全运行很有必要。定期检验除了要做常规性检验(宏观检验、壁厚测定、表面缺陷检测、安全附件检验等)外,还要根据设备具体损伤模式,进行有针对性的检验。

3.3.1针对压力容器腐蚀减薄的检验均匀腐蚀减薄只要不超过容器的腐蚀裕量,不影响压力容器安全使用,这里重点检验是否存在局部腐蚀减薄。重点检查部位[5]是容易积液和腐蚀性沉淀物的地方、焊缝及热影响区、焊接敏化区、结构不连续部位、流体(气体或液体介质)流速局部过大部位、被冲刷部位(如接管和封头的R部位、弯管外弯部位等)。此外,腐蚀减薄还跟容器的使用介质息息相关,需要根据不同使用介质的容器,判定存在哪种腐蚀(如酸腐蚀、高温氧化腐蚀、冷却水腐蚀、碱腐蚀等)可能性较大。

3.3.2针对压力容器环境开裂的检验化工压力容器的环境开裂主要是应力腐蚀开裂,最常见的有湿硫化氢应力腐蚀开裂、氨应力腐蚀开裂等。重点检验的是高强度钢制容器、制造时未进行焊后消应的容器、容器本体焊接热影响区(HAZ)、容器内壁气相与液相液面波动区域等。

3.3.3针对机械损伤和其他损伤的检验常见的化工容器的机械损伤主要有机械疲劳、冲刷、汽蚀,其他损伤主要有腐蚀疲劳、过热等。发现这些损伤最有效的方法是容器内壁宏观检验,同时加以锤击、无损检测等辅助手段。重点检查部位有焊缝及其热影响区、焊缝错边、棱角度超标部位、几何结构不连续部位等。

3.3.4定期检验其他要求对一些有外保温层的反应容器,建议移装后重新做外保温,因为保温层的破坏容易造成更严重的腐蚀,尤其是保温层破损部位,会引起严重的局部腐蚀。介质毒性程度为极度、高度危害或者设计上不允许有微量泄漏的容器,移装后必须进行气密性试验。总之,化工压力容器移装后存在一定的安全风险,同时旧设备再次利用也是建设资源节约型社会的具体响应。全面分析,准确把握安全风险和资源节约两个主要矛盾,通过针对性检验,消除潜在风险,在确保安全前提下充分利用原有的装置设备是最终要求。

参考文献

[1]梁志强,谭航行.大型石化装置异地搬迁施工技术[J]石油工程建设,2010,36(5):81-83.

[2]TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[3]TSG08-2017特种设备使用管理规则[S].

[4]《关于开展旧锅炉压力容器交易市场安全检查治理整顿的通知》(质技监锅字[2002]28号)

[5]田斌.移装压力容器在特种设备检验中常见问题分析[J].现代农业.2017.05:101-102.

作者:黄春燕 单位:德阳市特种设备监督检验所

探析化工压力容器移装风险识别及应对

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