壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)管理

關(guān)慶賀 中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司機(jī)械廠

肖昀斌 遼陽(yáng)石化公司生產(chǎn)監(jiān)測(cè)部

壓力容器(簡(jiǎn)稱(chēng)容器)屬于特種設(shè)備[1]，關(guān)系生命和財(cái)產(chǎn)安全。為此，新《容規(guī)》[2]要求容器本質(zhì)安全，即設(shè)計(jì)要規(guī)避失效風(fēng)險(xiǎn)，制造要符合標(biāo)準(zhǔn)可靠，使用則要保持完好狀態(tài)。容器的本質(zhì)安全直接關(guān)系石油化工等行業(yè)的HSE[3]本質(zhì)，需要風(fēng)險(xiǎn)管理的支持，即從容器建造到使用管理的全程控制風(fēng)險(xiǎn)，防止“跑冒滴漏”的危害，利于清潔生產(chǎn)與節(jié)能減排，保障裝置的“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“健康、安全與環(huán)境”的理念。

1 設(shè)計(jì)規(guī)避失效風(fēng)險(xiǎn)

新《容規(guī)》要求容器設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)管理，以增強(qiáng)容器設(shè)計(jì)的可靠性保證容器的本質(zhì)安全。要求容器設(shè)計(jì)基于失效模式進(jìn)行，在設(shè)計(jì)階段要全面分析容器在壽命期內(nèi)可能出現(xiàn)的危害，通過(guò)危害識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制來(lái)完成風(fēng)險(xiǎn)管理。

某裝置一臺(tái)鍋爐水預(yù)熱器備臺(tái)制造后投入使用不到一周即發(fā)生殼程出口接管處的泄漏，現(xiàn)場(chǎng)看到微弱的氣體從接于出口接管補(bǔ)強(qiáng)圈信號(hào)孔的導(dǎo)管流入瓶中，瓶底部存有黑色的液體?？⒐D顯示：預(yù)熱器為BIU800-1.3/0.6-35-4/19-4型，管板采用e型連接結(jié)構(gòu)[4]，即管板與殼程圓筒采用T形接頭的對(duì)接與角接組合焊縫連接為一體，而管板的延長(zhǎng)部分兼作法蘭與管箱法蘭通過(guò)墊片螺栓連接密封，并臥式與鞍座底平面傾斜2°角安裝，使殼程出口接管處于低位；管程介質(zhì)為鍋爐水，工作壓力1.1MPa，設(shè)計(jì)壓力1.3MPa，水壓試驗(yàn)壓力1.65MPa，工作溫度118℃，設(shè)計(jì)溫度140℃；殼程介質(zhì)為NO、NO2(中度危害)，工作壓力0.49MPa，設(shè)計(jì)壓力0.6MPa，水壓試驗(yàn)壓力1.65MPa，工作溫度170℃，設(shè)計(jì)溫度190℃，主要元件材料為304L。

由于預(yù)熱器正在運(yùn)行，加之管束與殼體為不可拆的整體結(jié)構(gòu)，無(wú)法查看泄漏部位內(nèi)部的腐蝕源貌，只能根據(jù)預(yù)熱器的工藝條件和結(jié)構(gòu)材料等分析成因，結(jié)果表明[5]：殼程介質(zhì)中確實(shí)含有水汽，并且當(dāng)時(shí)的進(jìn)口溫度僅為102℃，而出口溫度才40℃，難免產(chǎn)生硝酸腐蝕。根據(jù)現(xiàn)有檢測(cè)條件對(duì)泄漏凝結(jié)的黑色液體測(cè)定到的硝酸根離子推斷，黑色液體是硝酸腐蝕不銹鋼的產(chǎn)物（304L試件硝酸腐蝕試驗(yàn)時(shí)也呈現(xiàn)黑色）；從殼體出口接管補(bǔ)強(qiáng)圈信號(hào)孔泄漏出的微弱氣體，則是補(bǔ)強(qiáng)圈范圍內(nèi)的殼體內(nèi)表面母材或焊縫缺陷形成的腐蝕源并穿透導(dǎo)致的介質(zhì)漏出。

這一案例提示，由于預(yù)熱器備臺(tái)設(shè)計(jì)委托條件沒(méi)有提全殼程介質(zhì)組分(未注明水蒸氣含量)，使得設(shè)計(jì)忽視硝酸腐蝕危害而沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制，導(dǎo)致備臺(tái)的預(yù)熱器在使用初期快速損傷而失效。如此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)委托必須明確設(shè)備的使用條件。為此改版的GB150-4.2資質(zhì)與職責(zé)[6]里增加了“用戶(hù)的職責(zé)”，并明文規(guī)定應(yīng)以書(shū)面形式提供設(shè)計(jì)條件的內(nèi)容。所以備臺(tái)設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)用戶(hù)所提供的圖紙資料等輸入信息如殼體材料304L敏感腐蝕危害，核實(shí)殼程介質(zhì)組分和工況條件，確認(rèn)是否存在硝酸腐蝕危害，即使是操作工況符合技術(shù)特性(工作溫度170℃)要求，也應(yīng)考慮停車(chē)時(shí)產(chǎn)生硝酸的可能性，合理提出防止硝酸腐蝕的控制措施。

1）根據(jù)硝酸腐蝕危害，完善施工圖中的技術(shù)要求，增加對(duì)304L及焊接材料純凈度(控制C、Si、S、P等含量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)的采購(gòu)及驗(yàn)收要求，并提出不銹鋼材料的硝酸晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)要求。

2）不但對(duì)不銹鋼材料提出硝酸晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)要求，而且對(duì)不銹鋼加工成形后的元件及其焊態(tài)也應(yīng)提出按GB/T21433進(jìn)行不銹鋼容器的硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)[7]要求，并對(duì)預(yù)熱器不銹鋼表面進(jìn)行清除油污做酸洗鈍化處理采用藍(lán)點(diǎn)法檢驗(yàn)合格，保證預(yù)熱器耐硝酸腐蝕的可靠性。

3）原引進(jìn)設(shè)備受裝置安裝位置的限制，管板采用e型連接結(jié)構(gòu)不便于預(yù)熱器的檢修，可以將e型管板連接結(jié)構(gòu)改為a型管板連接結(jié)構(gòu)(管板通過(guò)墊片被殼體法蘭與管箱法蘭夾持用螺栓連接)，使管束與殼體分離實(shí)現(xiàn)抽裝，方便殼體及管束的檢修。

2 制造符合標(biāo)準(zhǔn)可靠性

新《容規(guī)》要求容器制造的風(fēng)險(xiǎn)管理，以促進(jìn)容器制造的可靠性保證容器的本質(zhì)安全。要求容器制造根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告提出的主要失效模式、制造檢驗(yàn)要求和建議，合理確定制造與檢驗(yàn)工藝，使容器制造質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性。

上述案例由于設(shè)計(jì)忽視硝酸腐蝕危害，設(shè)計(jì)圖樣中沒(méi)有提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施即制造與檢驗(yàn)要求，使得容器制造也沒(méi)有對(duì)材料、制造與檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制。如材料采購(gòu)304L鋼板系按ASTM A240生產(chǎn)的，而P含量高于GB24511的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)然也未提出不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)要求，由此留下了硝酸腐蝕的隱患。

新《容規(guī)》的本質(zhì)安全理念要求容器制造符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性。鑒于容器制造是由材料采購(gòu)、加工成形、焊接、無(wú)損檢測(cè)、熱處理、壓力試驗(yàn)等工藝過(guò)程構(gòu)成，而整個(gè)制造工藝過(guò)程即是標(biāo)準(zhǔn)化，要求制造工藝應(yīng)能保證容器產(chǎn)品的可靠性符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，容器制造應(yīng)按GB150規(guī)定，針對(duì)304L容器的硝酸腐蝕危害，根據(jù)施工圖的設(shè)計(jì)要求制定、實(shí)施并見(jiàn)證質(zhì)量計(jì)劃。

1）對(duì)殼體材料304L及其焊接材料采購(gòu)與驗(yàn)收控制，在采購(gòu)合同中注明C、Si、S、P等含量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，按GB/T21433提出不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)要求，并對(duì)材質(zhì)證書(shū)及不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)合格證進(jìn)行確認(rèn)，以保證304L材料耐硝酸腐蝕性能的可靠性。

2）對(duì)殼體焊接控制，以焊接工藝評(píng)定和耐硝酸腐蝕敏感性評(píng)定支持焊接材料選用和焊接工藝編制，并以焊接工藝保證管板與殼體的C類(lèi)接頭及出口接管補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體D類(lèi)接頭的焊接質(zhì)量，并對(duì)施焊記錄和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行見(jiàn)證，保證容器焊接接頭性能的可靠性。

3）按GB/T21433對(duì)殼程304L容器及管束進(jìn)行不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)合格，并對(duì)預(yù)熱器不銹鋼表面進(jìn)行清除油污做酸洗鈍化處理采用藍(lán)點(diǎn)法檢驗(yàn)合格，以保證預(yù)熱器耐硝酸腐蝕性能的可靠性。

3 使用保持完好狀態(tài)

新《容規(guī)》要求容器使用的風(fēng)險(xiǎn)管理，以控制風(fēng)險(xiǎn)的理念進(jìn)行安全管理，保證容器的本質(zhì)安全。要求容器使用根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告中的失效模式及其風(fēng)險(xiǎn)控制措施，有的放矢地日常檢查與保養(yǎng)維護(hù)，使容器使用處于完好狀態(tài)。

上述案例由于用戶(hù)忽略了殼程介質(zhì)中含有水汽成分，設(shè)計(jì)委托條件不全面，使得設(shè)計(jì)漏識(shí)硝酸腐蝕的危害，未能提出相應(yīng)控制硝酸腐蝕的技術(shù)要求，致使制造也失去了控制硝酸腐蝕的可靠性。并且，設(shè)備操作的工藝參數(shù)超出了技術(shù)特性，使殼程出口溫度過(guò)低，形成硝酸腐蝕的條件，加速了殼程出口部位殼體內(nèi)表面母材或焊縫缺陷的腐蝕失效。這一案例說(shuō)明，容器的本質(zhì)安全更需要用戶(hù)使用的科學(xué)管理支持，以風(fēng)險(xiǎn)控制理念進(jìn)行容器的使用安全管理。

1）用戶(hù)應(yīng)加強(qiáng)容器的安全管理，熟悉掌握生產(chǎn)裝置的工藝流程，科學(xué)制定并嚴(yán)格執(zhí)行容器的安全操作規(guī)程，避免操作參數(shù)如工作溫度的波動(dòng)，使其控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，防止運(yùn)行中產(chǎn)生硝酸腐蝕，保證容器的正常運(yùn)行。

2）強(qiáng)化在役容器的管理，根據(jù)容器設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告和在役容器檢驗(yàn)報(bào)告中的風(fēng)險(xiǎn)控制，進(jìn)行容器的日常巡檢與維護(hù)保養(yǎng)，并如實(shí)做好容器的運(yùn)行巡檢與維護(hù)保養(yǎng)記錄、月定期安全檢查記錄和年度檢查報(bào)告，合理安排定期檢驗(yàn)與大檢修計(jì)劃，并根據(jù)檢查檢驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)提前計(jì)劃容器的備臺(tái)制造，對(duì)容器運(yùn)行及檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題如材料不符合、結(jié)構(gòu)不合理等，提出備臺(tái)設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議，完善設(shè)計(jì)委托條件，以消除危害隱患，保障備臺(tái)后的容器運(yùn)行狀態(tài)完好，這些值得用戶(hù)重視。

3）按新《容規(guī)》要求對(duì)在役容器檢驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)管理，尤其是應(yīng)用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)(RBI)，促進(jìn)在役容器的使用管理更加科學(xué)合理。在役容器檢驗(yàn)應(yīng)根據(jù)容器的使用情況和可能出現(xiàn)的失效模式有針對(duì)性地制定檢驗(yàn)方案，并給出合于安全使用的檢驗(yàn)報(bào)告，以指導(dǎo)用戶(hù)合理制定容器的備臺(tái)計(jì)劃與大檢修計(jì)劃，支持在役容器的本質(zhì)安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

HSE核心的風(fēng)險(xiǎn)管理理念已深入人心，并日益認(rèn)識(shí)應(yīng)用于石油化工等行業(yè)的壓力容器本質(zhì)安全決定著HSE的本質(zhì)。新《容規(guī)》正是順應(yīng)時(shí)代的潮流，而要求保證容器本質(zhì)安全的風(fēng)險(xiǎn)管理理念貫穿于設(shè)計(jì)、制造及使用管理的全過(guò)程，從根本上保障HSE文化的普及碩果，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的安和。因此，推進(jìn)HSE的風(fēng)險(xiǎn)管理要從源頭做起，給力壓力容器建造，促進(jìn)壓力容器建造體制順應(yīng)國(guó)際化[8]，這是項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的工程，“需要全行業(yè)的關(guān)注，更需要與壓力容器相關(guān)的社會(huì)各界支持和共同推動(dòng)”。

1 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例

2 TSG R0004－2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及釋義

3 李文華.石油化工HSE風(fēng)險(xiǎn)管理.北京:石油工業(yè)出版社,2008

4 GB151－1999 管殼式換熱器

5 張光,等.鍋爐水預(yù)熱器泄漏分析與改進(jìn)

6 GB150－2011 壓力容器

7 GB/T21433－2008 不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)

8 費(fèi)偉.關(guān)注與推進(jìn)壓力容器設(shè)計(jì)體制進(jìn)入國(guó)際化壓力容器,2011,28(1):44－46