快開門式壓力容器失效事故預(yù)防對策

李偉忠 何承代 劉延雷 韓樹新 夏福勇

【摘要】介紹了目前快開門式壓力容器相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以及目前發(fā)生事故的主要原因，認(rèn)為通過提出設(shè)計、制造、安裝、使用和管理以及檢驗(yàn)等方面的要求能有效降低快開門事故發(fā)生的幾率，并給出了相關(guān)環(huán)節(jié)的對策。針對設(shè)計與使用環(huán)節(jié)，研究了快開門式壓力容器開啟余壓爆炸危害的測試與結(jié)果，給出了不同容器的開門余壓設(shè)定方法。

【關(guān)鍵詞】快開門式壓力容器 失效事故 預(yù)防對策 余壓控制

1 前言

快開門式壓力容器主要種類有蒸壓釜、硫化罐、滅菌器或殺菌鍋、高溫高壓染色機(jī)或蒸化機(jī)等，由于其間歇循環(huán)操作時開啟關(guān)閉速度快、生產(chǎn)效率高，被廣泛應(yīng)用于化工、建材、橡膠制品、食品和醫(yī)藥衛(wèi)生、印染等行業(yè)^[1]。

近年來，針對快開門（蓋）安全聯(lián)鎖裝置及功能的相關(guān)規(guī)定主要有：

（1）勞鍋?zhàn)帧?992】9號《關(guān)于加強(qiáng)快開門式壓力容器安全監(jiān)察與管理工作的通知》；

（2）質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)【1999】154號《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第49條、第140條、第169條；

（3）國質(zhì)檢鍋【2003】194號《鍋爐壓力容器制造許可條件》第54條設(shè)計要求：壓力容器的快開門（蓋）應(yīng)裝設(shè)安全聯(lián)鎖裝置；

（4）國質(zhì)檢特函【2006】705號文《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察工作的通知》；

（5）TSG R0004-2009 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第3.20條規(guī)定，快開門式壓力容器應(yīng)當(dāng)具有滿足以下要求的安全聯(lián)鎖功能：

（a）當(dāng)快開門達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運(yùn)行。

（b）當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門^[2，3]。

2 設(shè)計對策

明確規(guī)定快開門式壓力容器本體及其安全聯(lián)鎖裝置的最低安全要求。新設(shè)計的快開門式壓力容器必須附有安全聯(lián)鎖裝置。安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)當(dāng)達(dá)到規(guī)定的安全技術(shù)要求。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮檢驗(yàn)的可行性。設(shè)計圖樣中應(yīng)包括安全聯(lián)鎖裝置的部件圖，應(yīng)明確電磁閥、氣動閥、氣缸等的主要零部件的型號與規(guī)格，還應(yīng)注明快開門和鎖緊圈的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，以及制造、安裝精度的要求。有條件時需對安全聯(lián)鎖裝置設(shè)定的安全開門余壓進(jìn)行試驗(yàn)，確保開門時安全性高。

（1）《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》已于2009年12月正式啟用，其中要求設(shè)計時快開門應(yīng)考慮疲勞載荷對結(jié)構(gòu)的影響，因此應(yīng)明確要求設(shè)計單位對容器本身尤其是快開門裝置中承受疲勞載荷部件進(jìn)行疲勞設(shè)計；安全聯(lián)鎖裝置動作件應(yīng)盡量設(shè)計并安裝在可以目視觀察就能確定是否處在良好狀態(tài)的位置；快開門容器的壓力指示裝置應(yīng)安裝在操作工易于觀察的位置；容器的余壓設(shè)計。

由于壓力容器正常工作時的壓力表不能準(zhǔn)確顯示很小的殘余壓力，直接利用這一信號來驅(qū)動或者控制聯(lián)鎖裝置的動作十分困難。若此時不加更加精密的控制裝置，打開較大容器時，殘余壓力越高，容器的爆炸的危險性越大。對大容積容器的殘余壓力加強(qiáng)控制，是減少容器爆炸的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。每臺容器都應(yīng)有最低的安全殘余壓力，使得容器快開門在該壓力被打開不再有破壞性，設(shè)計時提供這一壓力的計算書，或者通過本附錄C所示的方法獲得允許的開門余壓，可為安全聯(lián)鎖裝置的余壓設(shè)置提供參考；有時設(shè)計合理的安全殘余壓力，也可提高生產(chǎn)效率，如平移式硫化罐。

（2）安全余壓設(shè)計方法。

關(guān)于余壓控制杭州市特檢院開展了相關(guān)的研究，設(shè)計的容器共計兩只，1#容器，內(nèi)徑273mm，容積0.075m³；2#容器，內(nèi)徑400mm，容積0.216m³。

為測試兩個不同容積容器在不同余壓下的爆炸危害，搭建了危害測試平臺，實(shí)物如圖1所示。圖中為帶余壓開門后爆炸門蓋飛出時的場景。該平臺能實(shí)現(xiàn)對門蓋上飛高度的測量（門蓋中心部位的上飛高度為測試值）；安裝了保護(hù)裝置，防止門蓋側(cè)飛，產(chǎn)生危險；能實(shí)現(xiàn)加壓、泄壓等功能；容器內(nèi)壓力實(shí)時顯示。

從試驗(yàn)測試結(jié)果看，門蓋在容器開門爆炸時，所承受的沖擊能量約占總爆炸能量的1%～2%。正常壓力容器發(fā)生爆炸時，爆炸飛出物所承受的沖擊能量約占總爆炸能量的5%～15%^[10]。這是由于快開門式壓力容器，開啟過程緩慢，在接近全開爆炸時，已經(jīng)發(fā)生了泄漏，且由于本身的壓力就較低，所以門蓋承受的沖擊能量約占總爆炸能量的比例比正常的壓力容器發(fā)生爆炸時要小得多。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，1#與2#容器在余壓為0.01MPa時開門，通過門蓋體現(xiàn)出的破壞能力基本可以被忽略。在內(nèi)壓為0.02MPa時，如若考慮到容器結(jié)構(gòu)本身，如平推式餾化罐，其采用的平推桿具有一定的承載和抗沖擊能力，其沖擊也較小，也在承受范圍之內(nèi)。

（3）警示語的設(shè)計。

快開門式容器是壓力容器中操作要求較高的設(shè)備，快開門聯(lián)鎖裝置可靠性存在著普遍的不足；其次，目前的快開門容器操作人員存在安全意識以及相關(guān)素質(zhì)較低的狀況，根據(jù)中國的國情，不可能在短期內(nèi)提升操作人員素質(zhì)。因此在快開門上設(shè)置醒目的安全提示標(biāo)志是十分有必要的，提示的內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)包括“存在壓力情況下，強(qiáng)制打開快開門會產(chǎn)生后果嚴(yán)重的爆炸事故；低嚙合度情況下升壓易產(chǎn)生爆炸事故”^[7]。

3 制造安裝對策

新制造的快開門式壓力容器必須達(dá)到設(shè)計要求的制造精度，安全聯(lián)鎖裝置的功能必須符合安全要求，并應(yīng)在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)裝配合格后再出廠。制造過程應(yīng)進(jìn)行監(jiān)檢，在安裝后應(yīng)對安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行功能試驗(yàn)，并確定最高的安全開門余壓。檢驗(yàn)單位的監(jiān)檢人員應(yīng)到場認(rèn)真檢查快開門的嚙合和安全聯(lián)鎖裝置的動作，不符合要求的不應(yīng)簽發(fā)監(jiān)檢證書。

快開門式壓力容器制造技術(shù)要求主要包括材料要求、焊接要求、無損檢測要求及熱處理要求。法蘭是快開門式壓力容的主要受力部件，在材料方面一般要求為整體II級鍛件及以上；焊接質(zhì)量是快開門式壓力容器安全的重要保證，施工過程中必須嚴(yán)格遵守焊接工藝及規(guī)程，焊接工藝及規(guī)程必須依據(jù)焊接工藝評定（PQR）制定，加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，采用機(jī)械自動焊等先進(jìn)的焊接工藝，減少人為因素的影響，提高焊接的一次合格率，同時要防止產(chǎn)生切口狀的焊接裂紋、防止焊接頭的角變形、錯位、緩和焊接殘余應(yīng)力、控制焊接輸入熱量。

無損檢測是保證快開門式壓力容器制造質(zhì)量的重要手段，按照設(shè)計文件要求實(shí)施無損檢測，以保證壓力容器的安全質(zhì)量，設(shè)計文件中應(yīng)提出完整且具體的無損檢測要求，例如無損檢測方法、比例、質(zhì)量要求及其合格級別之間的關(guān)系等。

對材料為Q245R厚度大于30mm的厚壁快開門式壓力容器應(yīng)提出焊后熱處理要求，以消除焊接殘余應(yīng)力，在熱處理前根據(jù)設(shè)計圖樣及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求編制熱處理工藝以及繪制熱處理時間和溫度關(guān)系曲線。

安裝是制造的延續(xù)，安裝質(zhì)量的好壞直接影響到壓力容器工作的可靠性?？扉_門式壓力容器安裝要求主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制元件等電器安裝要求、管道安裝要求及安裝監(jiān)檢要求。

快開門式壓力容器通常采用機(jī)電一體化安全聯(lián)鎖裝置，其電器元件的可靠性是快開門式壓力容器安全作業(yè)的前提，在電器安裝方面要求選用質(zhì)量可靠的電器元件，行程開關(guān)等限位裝置安裝精度要精確，同時應(yīng)在安裝完畢后認(rèn)真進(jìn)行調(diào)試，檢驗(yàn)安全聯(lián)鎖裝置是否靈敏和可靠，功能是否符合《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察容規(guī)》要求，以保證快開門嚙合、開啟狀況完好。管道安裝應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)規(guī)范要求，排放管道直徑應(yīng)當(dāng)滿足排放能力要求。在保證安全的前提下需對安全聯(lián)鎖裝置設(shè)定的安全開門余壓進(jìn)行試驗(yàn)，確保開門時具有較高安全性。安裝調(diào)試結(jié)束后，安裝單位應(yīng)提供書面的有關(guān)責(zé)任人簽字的調(diào)試報告書。同時，還需安裝監(jiān)檢，應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)安全聯(lián)鎖功能。

4 使用與管理對策

在使用快開門式壓力容器的單位制定推廣有效的快開門式壓力容器安全操作規(guī)范，對操作人員在上崗前進(jìn)行安全培訓(xùn)。使用單位需對容器逐臺建立技術(shù)檔案并由管理部門統(tǒng)一保管。技術(shù)檔案應(yīng)包括：特種設(shè)備使用登記證、壓力容器登記卡、壓力容器設(shè)計制造技術(shù)文件和資料、相關(guān)的檢查與檢驗(yàn)報告以及相關(guān)的技術(shù)資料、維修與改造資料、安全附件校驗(yàn)、修理和更換記錄、有關(guān)事故的記錄資料和處理報告。

操作人員應(yīng)按照操作規(guī)程對快開門容器進(jìn)行操作。操作人員應(yīng)具有上崗證，應(yīng)定期檢查安全聯(lián)鎖裝置。安全聯(lián)鎖裝置失效后應(yīng)有相關(guān)的失效報告。失效后應(yīng)及時進(jìn)行維修。對無安全聯(lián)鎖裝置或雖有安全聯(lián)鎖裝置但不符合要求的應(yīng)盡快予以改造滿足要求后再使用。同時應(yīng)制定快開門式壓力容器定期檢查和維修制度。目前年度檢驗(yàn)已經(jīng)作為使用單位日常管理的范疇，建議使用單位在年度檢驗(yàn)中重點(diǎn)進(jìn)行快開門聯(lián)鎖裝置的檢查，并應(yīng)有相應(yīng)的記錄和見證文件。

使用單位應(yīng)貫徹執(zhí)行快開門式壓力容器有關(guān)的安全技術(shù)規(guī)范，建立安全管理制度，制定安全操作規(guī)程；制定安全檢查方案，定期組織開展安全檢查；督促安排落實(shí)快開門容器定期檢驗(yàn)和事故隱患的整治，出現(xiàn)不合格安全聯(lián)鎖裝置要及時進(jìn)行維修改造。

5 檢驗(yàn)對策

將安全聯(lián)鎖裝置和快開門作為終點(diǎn)檢驗(yàn)對象，對未帶有或雖帶有但不符合要求的安全聯(lián)鎖裝置和嚙合機(jī)構(gòu)不合理的快開門，在檢驗(yàn)報告中應(yīng)提出限期改造的要求，如無法改造應(yīng)作報廢處理。目前我們發(fā)現(xiàn)的快開門不合格容器都是直接定為5級，并且新修訂的定檢規(guī)（征求意見稿）已經(jīng)明確不能達(dá)到《固容規(guī)》第3.20條要求的快開容器定級為5級。對于該類容器，相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可以適當(dāng)?shù)目s短檢驗(yàn)周期。

6 結(jié)論

考慮到快開門式壓力容器的特點(diǎn)，以及失效的主要原因，從設(shè)計、制造、安裝、使用和管理以及檢驗(yàn)等方面提出了預(yù)防措施和要求。介紹了快開門式余壓開門爆炸危害測試裝置，并提出了快開門式壓力容器的安全余壓測試與控制方法。

參考文獻(xiàn)

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