壓力容器改造利舊設(shè)計流程

黃志慧

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

壓力容器改造利舊設(shè)計流程

黃志慧

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

本文主要從設(shè)計角度出發(fā)論述了壓力容器改造設(shè)計利舊流程，提出了幾點圖樣須注明的技術(shù)要求。

壓力容器；利舊；設(shè)計；流程；技術(shù)要求

1 壓力容器改造利舊背景簡述

現(xiàn)在很多煉廠在廠區(qū)改擴(kuò)建、升級或搬遷改造過程中，以經(jīng)濟(jì)運行、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境為前提，選擇以利舊內(nèi)部閑置裝置設(shè)備(壓力容器)或異地搬遷閑置設(shè)施為主，盡量做到閑置設(shè)備資源再利用，這樣即降低能耗，又可節(jié)約項目投資，即符合當(dāng)前節(jié)約成本和資源再利用的社會精神，同時也提高了市場競爭力。

但由于壓力容器(以下簡稱設(shè)備)改造利舊設(shè)計中存在的局限性及復(fù)雜性，也有可能同時增加了裝置運行風(fēng)險和安全隱患。本文從設(shè)備改造利舊設(shè)計角度出發(fā)，綜合概述利舊設(shè)計的流程及要點，以供參考。

2 設(shè)備改造利舊設(shè)計流程

2.1 利舊設(shè)備設(shè)計原則

利舊設(shè)備設(shè)計不同于新設(shè)備設(shè)計，作為壓力容器設(shè)計人員，接到任務(wù)書后，首先要遵循的設(shè)計原則如下：

① TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第5章～第8章[1]；

② TSG R7001《壓力容器定期檢驗規(guī)則》[2]；

③ TSG R3001《壓力容器安裝改造維修許可規(guī)則》[3]；

④《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》；

⑤其他壓力容器相關(guān)設(shè)計規(guī)范。

2.2 確認(rèn)利舊設(shè)備資料的完整性

包括舊設(shè)備在原投用在役期間的全部資料及舊設(shè)備情況：

①原設(shè)計資料、竣工圖；

②歷次改造、檢修、及腐蝕情況等資料；

③在役期間操作參數(shù)記錄(比如是否超溫超壓)；

④舊設(shè)備檢驗檢測報告書。

2.3 確認(rèn)設(shè)備利舊設(shè)計方案

根據(jù)以上條款中列出的內(nèi)容，當(dāng)有資質(zhì)的檢驗檢測機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測結(jié)果判定設(shè)備必須報廢時，是不能夠給予利舊設(shè)計的。反之，當(dāng)業(yè)主給出當(dāng)前所需的所有設(shè)計條件后，則可以進(jìn)行下一個步驟—確認(rèn)設(shè)備利舊設(shè)計方案，并從以下幾方面著手：

2.3.1 地域差別

對于不同地域之間的設(shè)備利舊，應(yīng)考慮由于地域不同、自然條件偏差引起的設(shè)備使用條件的變化，如高塔類靜設(shè)備會因為風(fēng)載、震載、場地土類型、地面粗糙度等的改變引起裙座厚度、地腳螺栓規(guī)格及筒體、裙座等設(shè)備元件厚度的變化，對于大型臥式容器也可能由于地震烈度的變化而改變地腳螺栓的規(guī)格。因此，在這種情況下即便工藝操作條件不變也應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行當(dāng)前自然條件下的強(qiáng)度校核。

2.3.2 操作工況的差別

操作工況包括操作溫度及操作壓力，其中操作溫度的變更還受到設(shè)備材料的限制，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)查看是否超出材料許用值。比如堿液儲罐的現(xiàn)行操作溫度升高，則需增加熱處理工藝甚至需變更材料等。而操作壓力的變更與設(shè)備強(qiáng)度校核有關(guān)(見2.3.4條)。

2.3.3 介質(zhì)特性的差別

在改造中，經(jīng)常會碰到盛裝介質(zhì)類別的變更，對于此種變化應(yīng)予以高度重視，比如不銹鋼容器變更用途后，現(xiàn)用介質(zhì)含水分較多；液化石油氣介質(zhì)中的H2S含量增加；酸性氣介質(zhì)中CO2含量增加；或由高硫低酸原油變更為高酸低硫原油等等，所以對于介質(zhì)中的敏感成分的變更，設(shè)計單位應(yīng)給與足夠重視否則將會導(dǎo)致設(shè)備在短期內(nèi)失效而導(dǎo)致重大損失。

2.3.4 強(qiáng)度校核

當(dāng)以上條件都已確認(rèn)后，設(shè)計人員就應(yīng)開始根據(jù)工藝提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度校核了，校核所采用的設(shè)計規(guī)范應(yīng)采用現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但材料性能應(yīng)按當(dāng)時的設(shè)計圖執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

此外，強(qiáng)度校核還應(yīng)考慮設(shè)備現(xiàn)在的腐蝕情況及預(yù)測的腐蝕工況，其中腐蝕裕量的確認(rèn)是非常重要的因素，根據(jù)規(guī)定：

腐蝕裕量C2=腐蝕速率×預(yù)期的容器設(shè)計使用年限(見2.3.5條)

必要時應(yīng)對設(shè)備所必需的最小厚度作出規(guī)定，或?qū)⑹Ｓ啾诤癜凑諏崪y最小值減去至下次檢驗日期的腐蝕裕量，作為強(qiáng)度校核的壁厚。

殼體的直徑應(yīng)按照實測最大值選取。

焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接接頭的實際結(jié)構(gòu)型式和檢驗結(jié)果，參照原設(shè)計進(jìn)行選取。

2.3.5 利舊設(shè)備的設(shè)計壽命

對于利舊設(shè)備而言，如何確定設(shè)計壽命是一個非常棘手的問題，但總體原則是應(yīng)根據(jù)已使用的設(shè)備年限、腐蝕情況、現(xiàn)操作工況及設(shè)備定級等因素進(jìn)行評定。由于目前國內(nèi)并無具體的標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行規(guī)范，建議一般情況下定為不少于3年或一個檢修周期。

2.3.6 利舊設(shè)備結(jié)構(gòu)的變更及材質(zhì)

當(dāng)壁厚能夠滿足內(nèi)壓的強(qiáng)度要求時，對于工藝要求的內(nèi)件變更，增加或拆除均應(yīng)在在設(shè)計圖紙中應(yīng)給出示意，并在技術(shù)要求中加以說明。對于變更用途后的負(fù)壓校核或風(fēng)壓、震載校核未通過時，可采用在筒體上設(shè)置內(nèi)、外加強(qiáng)圈的辦法來降低應(yīng)力。但對于強(qiáng)度校核不合格或腐蝕裕量不能滿足一個檢修周期的要求時，不能進(jìn)行利舊設(shè)計。

對于工藝不再使用的管口，應(yīng)盡量采用不動火的方式處理，比如加法蘭蓋盲死等；對于主受壓元件則盡量采用挖補(bǔ)的方式處理，而材料也應(yīng)與原設(shè)備一致，并盡量保持等壁厚、等曲率。

對于原使用環(huán)境為高溫高壓或存在應(yīng)力腐蝕的設(shè)備，理論上分析有疲勞損傷、裂紋敏感(如氫腐蝕、硫化氫應(yīng)力腐蝕)、高溫蠕變、有脫碳傾向的，應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行微觀裂紋檢測、金相分析、材質(zhì)分析及顯微組織觀察等特殊檢驗。

3 利舊設(shè)計技術(shù)要求

利舊設(shè)備雖然可參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，但又不同于新制作的設(shè)備，在改造資質(zhì)、改造過程、實際測厚、焊接、無損檢測、耐壓試驗、熱處理、酸洗鈍化、安裝維修、使用等方面還會做相關(guān)的技術(shù)規(guī)定，下面列舉一些常見的技術(shù)要求：

1)本次改造中利舊設(shè)備的檢驗、定級、改造、修理及其再次使用須遵循TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]、TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》[2]的有關(guān)規(guī)定；

2)本次改造中利舊設(shè)備的再次使用及其修理前須對設(shè)備進(jìn)行全面檢驗、檢測，經(jīng)具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測部門出具檢測報告書后方可進(jìn)行修理改造。當(dāng)檢測報告判定設(shè)備安全狀況為5級時，設(shè)備不得進(jìn)行利舊改造及維修；

3)根據(jù)TSG R3001《壓力容器安裝改造維修許可規(guī)則》[3]，檢測及改造實施單位須具有相應(yīng)資質(zhì)等級；

4)本次改造中所有利舊設(shè)備再次使用時，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，無明顯變形、腐蝕等影響設(shè)備強(qiáng)度的缺陷，并應(yīng)進(jìn)行測厚檢查，必須保證其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度滿足安全使用要求。本設(shè)備要求的最小名義厚度為xx mm；

5)鑒于本次改造中利舊設(shè)備使用周期長，受溫度、介質(zhì)、環(huán)境及操作的影響，在使用過程中設(shè)備殼體及襯里均會出現(xiàn)磨損、腐蝕、裂紋、變形等缺陷，因此，必須根據(jù)TSG R7001《壓力容器定期檢驗規(guī)則》[2]對壓力容器安全狀況等級進(jìn)行評定；

6)焊接接頭及母材補(bǔ)焊的焊接質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定和圖樣的技術(shù)要求；

7)根據(jù)舊設(shè)備具體情況增加檢測手段，提高檢測率及合格等級，并注明焊接接頭及母材補(bǔ)焊前后的無損檢測要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定和圖樣的規(guī)定；

8)原設(shè)備要求熱處理的，原則上改造后要求重新進(jìn)行熱處理，但新工藝條件低于原設(shè)備的，也可根據(jù)設(shè)備材質(zhì)、盛裝介質(zhì)等參數(shù)確定是否進(jìn)行熱處理；

9)對于不銹鋼設(shè)備還應(yīng)提出酸性鈍化要求及耐壓試驗時水中氯離子含量要求；

10)改造后設(shè)備應(yīng)按圖樣技術(shù)要求進(jìn)行耐壓試驗后，合格后方可使用；

11)本設(shè)備的再次使用應(yīng)按照TSG R7001《壓力容器定期檢驗規(guī)則》[2]的相關(guān)要求進(jìn)行管理，并按規(guī)定的檢驗周期進(jìn)行檢驗。

4 結(jié)論

總之，利舊設(shè)備設(shè)計與新設(shè)備設(shè)計有完全不同的設(shè)計流程，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)型式、操作條件等方面的不同，改造、維修、檢驗的部位、方法也不可能完全相同，對原設(shè)計方案及設(shè)備情況調(diào)查得越透徹，改造維修的設(shè)計方案的質(zhì)量就會越高。因此作為設(shè)計人員，應(yīng)對利舊設(shè)備設(shè)計全面考慮，嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)章制度，不遷就不馬虎，才能真正保障裝置和人員安全，不留隱患。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG 21-2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京:新華出版社,2016.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG R7001-2013 壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].北京:新華出版社,2013.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.TSG R3001-2006 壓力容器安裝改造維修許可規(guī)則[S].北京:新華出版社,2006.

[4] 李清春.舊設(shè)備(壓力容器)重復(fù)利用設(shè)計—設(shè)備利舊設(shè)計要點[C]//中國機(jī)械工程學(xué)會,黑龍江省機(jī)械工程學(xué)會.第三屆十省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會科技論壇暨黑龍江省機(jī)械工程學(xué)會2007年年會論文(摘要)集.哈爾濱:[出版者不詳],2007.

(本文文獻(xiàn)格式：黃志慧.壓力容器改造利舊設(shè)計流程[J].山東化工,2017,46(15):131-132.)

2017-05-18

黃志慧(1988—)，女，四川成都人，大學(xué)本科，助理工程師。

TQ053.2

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1008-021X(2017)15-0131-02