低溫絕熱壓力容器定期檢驗(yàn)要點(diǎn)探討

惠志全，李茂東，楊俊強(qiáng)，蘇智泰，劉宇清

(廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院，廣州 510663)

·氣瓶檢驗(yàn)·

低溫絕熱壓力容器定期檢驗(yàn)要點(diǎn)探討

惠志全，李茂東，楊俊強(qiáng)，蘇智泰，劉宇清

(廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院，廣州 510663)

低溫絕熱壓力容器作為一種廣泛使用的壓力容器，具有結(jié)構(gòu)特殊、介質(zhì)汽化潛熱小、蘊(yùn)藏能量大、危險(xiǎn)性大、影響因素多、使用管理水平要求高的特點(diǎn)。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)通過(guò)選擇合適的定期檢驗(yàn)方法并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不僅可以確保低溫絕熱壓力容器的使用安全，也可以提高使用單位的安全管理水平。

低溫絕熱；壓力容器；定期檢驗(yàn)

0 引言

低溫絕熱壓力容器是指由儲(chǔ)液內(nèi)容器和維持真空絕熱空間的外殼組成，且有一套完整的安全附件、儀表裝置及滿(mǎn)足操作要求的系統(tǒng)，用于儲(chǔ)存低溫液體的壓力容器[1]。低溫絕熱壓力容器常見(jiàn)的儲(chǔ)存介質(zhì)包括空氣化工類(lèi)產(chǎn)品液氮、液氧、液氬、液態(tài)二氧化碳及能源類(lèi)產(chǎn)品液化天然氣(LNG)。隨著食品保鮮、醫(yī)療、鋼鐵、汽車(chē)、焊接行業(yè)的發(fā)展，對(duì)空氣化工類(lèi)氣體產(chǎn)品用量大增，低溫絕熱壓力容器得到日益廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，兼具環(huán)保與經(jīng)濟(jì)特性的新能源LNG也得到廣泛的使用，LNG低溫儲(chǔ)罐的使用也日益增多。液態(tài)二氧化碳的溫度通常達(dá)到-50℃，而液氮、液氧、液氬及LNG的溫度則低達(dá)-196℃，低溫液體的液化耗費(fèi)大量的能源，而汽化時(shí)則只需要很少的能量，低溫液體汽化時(shí)氣液比達(dá)到數(shù)百，一旦汽化必將產(chǎn)生巨大的能量，2007年和2008年國(guó)內(nèi)均發(fā)生過(guò)低溫絕熱壓力容器泄漏爆炸致人死傷案例[2]。低溫絕熱壓力容器作為一種夾套式壓力容器，通常不開(kāi)設(shè)人孔，僅按照傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法無(wú)法全面有效地發(fā)現(xiàn)該類(lèi)容器存在的問(wèn)題及安全隱患，有必要探討針對(duì)該類(lèi)壓力容器的專(zhuān)項(xiàng)檢驗(yàn)方法。本文結(jié)合長(zhǎng)期檢驗(yàn)工作積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)低溫絕熱壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中的要點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

1 低溫絕熱壓力容器結(jié)構(gòu)特征及安全因素分析

低溫絕熱壓力容器內(nèi)膽因承受較低的溫度，通常采用奧氏體不銹鋼，內(nèi)容器在制造時(shí)要經(jīng)100%RT檢測(cè)，同時(shí)要經(jīng)耐壓試驗(yàn)和最嚴(yán)格的氦致密檢測(cè)，大部分深冷液體對(duì)金屬腐蝕作用輕微。為了增強(qiáng)絕熱效果，內(nèi)膽通?？梢圆辉O(shè)置檢查孔及人孔。內(nèi)膽設(shè)置上進(jìn)液噴淋頭，下進(jìn)液分布或攪拌器、溢流管口等內(nèi)件。夾層為真空結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)保冷性能，通常在真空中放置珠光砂形成真空粉末絕熱層或者是多層纏繞形成真空多層絕熱的方式。夾層內(nèi)有絕熱材料的護(hù)持材料、穿越夾層的功能管線(xiàn)、吸附材料及其吸附裝置、內(nèi)容器與外殼相互連接支撐的構(gòu)件等。外殼材質(zhì)一般采用碳素鋼或低合金鋼用于密封維持真空絕熱層真空，設(shè)置抗外壓加強(qiáng)環(huán)、引管穿壁接頭、吊耳及支座等構(gòu)件。為了實(shí)現(xiàn)低溫絕熱壓力容器的功能，還設(shè)置有管路系統(tǒng)，包括安全泄放與放空管、上下進(jìn)液管、滿(mǎn)液指示管、增壓器進(jìn)液與出氣管、抽真空吸管等管路。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)操作過(guò)程的控制，還設(shè)置各類(lèi)閥門(mén)附件及儀表，包括控制各管路開(kāi)閉的控制閥門(mén)、緊急切斷閥、真空封結(jié)閥、真空檢測(cè)閥、儀表控制閥、安全泄放裝置切換或三通閥、壓力表、液位計(jì)及靜電接地端子等。常見(jiàn)立式及臥式低溫絕熱壓力容器分別如圖1及圖2所示?？紤]到內(nèi)膽低溫介質(zhì)的腐蝕性較弱，外容器外壁空氣介質(zhì)腐蝕性也較弱，低溫絕熱壓力容器失效及其引起的后果主要是真空度變差引起內(nèi)膽壓力過(guò)高爆炸或者內(nèi)膽介質(zhì)泄漏到夾套中導(dǎo)致外容器承受壓力過(guò)高引起爆炸，管路泄漏引起的凍傷或者窒息及可燃性氣體引起的火災(zāi)，雷擊與靜電或者地質(zhì)災(zāi)害引起的意外事故。為了避免上述事故的發(fā)生，在定期檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)可能引起上述問(wèn)題發(fā)生的環(huán)節(jié)進(jìn)行特征檢驗(yàn)才能確保檢驗(yàn)的有效性。

圖1 立式低溫絕熱壓力容器

圖2 臥式低溫絕熱壓力容器

2 低溫絕熱壓力容器的檢驗(yàn)要點(diǎn)

2.1 檢驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

檢驗(yàn)前應(yīng)審查容器的資料并根據(jù)低溫絕熱壓力容器特點(diǎn)及檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的條件制定檢驗(yàn)方案。應(yīng)重點(diǎn)審查質(zhì)量證明書(shū)中封口真空度、真空夾層泄漏率檢驗(yàn)結(jié)果、靜態(tài)蒸發(fā)率指標(biāo)等低溫絕熱壓力容器特有的關(guān)鍵指標(biāo)。了解使用單位的安全管理制度和安全操作制度是否齊全有效、相關(guān)技術(shù)資料是否齊全、容器的日常維護(hù)保養(yǎng)及安全檢查記錄、作業(yè)人員持證情況是否符合要求、上次檢驗(yàn)所提出的問(wèn)題是否解決及使用過(guò)程是否存在異常等情況。檢驗(yàn)前應(yīng)確保檢驗(yàn)的安全準(zhǔn)備滿(mǎn)足TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[3]的要求。

2.2 環(huán)境檢查

檢查低溫絕熱壓力容器的使用環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。檢查容器安裝場(chǎng)所是否通風(fēng)良好，安全距離是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，排放液體及氣體管路排放是否合理，是否設(shè)有安全出口及安全標(biāo)志。液氧及易燃易爆介質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)消防條件是否達(dá)標(biāo)。某低溫罐檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)安全護(hù)欄及安全標(biāo)志，管線(xiàn)走向混亂，如圖3所示。

2.3 安全附件及儀表檢查

低溫絕熱壓力容器安全附件及儀表包括安全泄放裝置(安全閥、爆破片裝置、安全閥與爆破片組合安全泄放裝置)、壓力表、測(cè)溫儀表、緊急切斷裝置、液位計(jì)及導(dǎo)靜電裝置等。應(yīng)檢查內(nèi)膽的安全泄放裝置的設(shè)置形式是否符合GB/T 18442—2011《低溫絕熱壓力容器》的要求，某液氧儲(chǔ)罐雙安全閥雙爆破片的組合泄放裝置如圖4所示。安全閥的規(guī)格、型號(hào)、性能參數(shù)應(yīng)符合低溫絕熱壓力容器運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)要求。安全閥的校驗(yàn)及檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)按照TSG 21—2016的規(guī)定執(zhí)行。爆破片、壓力表、測(cè)溫儀表及液位計(jì)檢查內(nèi)容按照TSG 21—2016規(guī)定執(zhí)行。盛裝液氧及易燃、易爆介質(zhì)的容器應(yīng)有導(dǎo)靜電接地裝置，罐體與接地導(dǎo)線(xiàn)末端之間的電阻值應(yīng)不大于10Ω。儲(chǔ)存易爆介質(zhì)的容器，其罐體、管道、閥門(mén)、法蘭和支座等連接處的導(dǎo)電性應(yīng)良好，并設(shè)置可靠的導(dǎo)靜電連接端子。盛裝液氧及易燃、易爆介質(zhì)的容器必須要有防雷裝置，防雷裝置應(yīng)處于有效的檢測(cè)周期內(nèi)。檢查所有閥門(mén)是否開(kāi)啟靈活、密封良好符合技術(shù)規(guī)范的要求。

圖3 某低溫罐檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖4 某低溫罐安全泄放裝置

2.4 容器本體及運(yùn)行情況檢查

檢查容器的產(chǎn)品銘牌及有關(guān)標(biāo)志是否符合有關(guān)規(guī)定；檢漏孔、信號(hào)孔有無(wú)漏液、漏氣，檢漏孔是否通暢；容器與相鄰管道或者構(gòu)件有無(wú)異常振動(dòng)、響聲或者互相摩擦等；支承或者支座有無(wú)損壞，基礎(chǔ)有無(wú)下沉、傾斜、開(kāi)裂，筋骨螺栓是否齊全、完好，沿海及砂質(zhì)地區(qū)要特別注意地質(zhì)下沉對(duì)罐體的影響；是否有超壓、超溫、超量等現(xiàn)象；外表面是否有結(jié)霜、結(jié)露、潮濕及跑冷等不正?，F(xiàn)象，通常外表面跑冷部位長(zhǎng)有青苔等喜濕植物；管路及閥門(mén)運(yùn)行是否正常，有條件時(shí)可采用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)各部位溫度是否異常。用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)罐體表面跑冷及閥門(mén)管路運(yùn)行情況分別如圖5及圖6所示。

圖5 紅外熱成像檢測(cè)罐體跑冷

圖6 紅外熱成像檢測(cè)閥門(mén)管路運(yùn)行

2.5 壁厚檢測(cè)

外筒壁厚測(cè)定位置應(yīng)有代表性，有足夠的測(cè)定點(diǎn)數(shù)，測(cè)定后標(biāo)圖記錄，測(cè)定位置應(yīng)重點(diǎn)選擇制造成型壁厚減薄部位、變形磨損部位、接管部位、表面檢查發(fā)現(xiàn)可疑部位。

2.6 材質(zhì)檢查

材質(zhì)不明的，一般需要查明主要受壓元件的材料種類(lèi)，TSG 21—2016規(guī)定有要求的，必須查明材質(zhì)。材料分析應(yīng)根據(jù)具體情況，可以采用化學(xué)分析、光譜分析、硬度檢查、金相分析等方法。

2.7 強(qiáng)度校核

以下情況之一的容器，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1.均勻腐蝕深度超過(guò)腐蝕裕量的；

2.首次定期檢驗(yàn)時(shí)無(wú)設(shè)備出廠(chǎng)資料；

3.檢驗(yàn)人員認(rèn)為有強(qiáng)度校核必要的。強(qiáng)度校核后再次檢驗(yàn)時(shí)，如實(shí)測(cè)壁厚達(dá)到上次強(qiáng)度校核所需的最小壁厚時(shí)，可不再重復(fù)校核。

2.8 無(wú)損檢測(cè)

因外筒體接管連接可能影響夾層真空度，因此有必要時(shí)可對(duì)外筒接管角焊縫、管件、閥件和支座進(jìn)行表面檢測(cè)抽查。

2.9 真空度檢測(cè)

夾層上裝有真空測(cè)試裝置的低溫絕熱壓力容器，測(cè)試夾層的真空度。要根據(jù)低溫絕熱壓力容器設(shè)計(jì)圖樣要求及實(shí)際運(yùn)行要求的真空度情況選擇合適的真空計(jì)。測(cè)量時(shí)，要嚴(yán)格按要求操作，避免破壞真空規(guī)管，導(dǎo)致夾層真空度的惡化，甚至導(dǎo)致泄漏等事故的發(fā)生。容器真空度檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合TSG 21—2016相關(guān)規(guī)定要求。

2.10 日蒸發(fā)率測(cè)試

夾層上未裝真空測(cè)試裝置的低溫絕熱壓力容器，必要時(shí)進(jìn)行壓力容器日蒸發(fā)率測(cè)量。容器日蒸發(fā)率的測(cè)量按照GB/T 18443—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法》[4]的要求進(jìn)行。容器實(shí)日蒸發(fā)率測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合TSG 21—2016相關(guān)規(guī)定要求。

2.11 開(kāi)蓋檢查

發(fā)生以下情況下應(yīng)對(duì)容器進(jìn)行開(kāi)蓋檢查。

1.設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有影響設(shè)備正常運(yùn)行的重大問(wèn)題必須開(kāi)蓋檢查的；

2.真空度測(cè)試指標(biāo)不合格，重新抽真空仍達(dá)不到要求需要開(kāi)蓋檢修的；

3.檢驗(yàn)人員認(rèn)為有必要開(kāi)蓋做進(jìn)一步檢查的。檢查內(nèi)容包括：內(nèi)筒宏觀(guān)檢查；內(nèi)筒壁厚測(cè)定。

內(nèi)筒對(duì)接焊縫的射線(xiàn)檢測(cè)和滲透檢測(cè)抽查，角接焊縫的滲透檢測(cè)抽查；根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，檢驗(yàn)人員認(rèn)為有必要的，可進(jìn)行強(qiáng)度校核；根據(jù)情況，可進(jìn)行內(nèi)筒耐壓試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)。

2.12 泄漏性試驗(yàn)

設(shè)計(jì)圖樣有泄漏試驗(yàn)要求的，應(yīng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，試驗(yàn)由使用單位負(fù)責(zé)實(shí)施，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)檢驗(yàn)，泄漏性試驗(yàn)應(yīng)按照TSG 21—2016規(guī)定的要求進(jìn)行。

2.13 耐壓試驗(yàn)

全面檢驗(yàn)過(guò)程中，使用單位或者檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)容器的安全狀況有懷疑時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，全面檢驗(yàn)的其它項(xiàng)目檢驗(yàn)合格后方允許進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)容器的實(shí)際情況制定試驗(yàn)方案，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案進(jìn)行。根據(jù)容器結(jié)構(gòu)的特殊性及其在運(yùn)行條件下不允許殘留試驗(yàn)液體的實(shí)際情況，內(nèi)筒可按設(shè)計(jì)圖樣或有關(guān)規(guī)定的要求采用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)的壓力應(yīng)當(dāng)符合設(shè)計(jì)圖樣及有關(guān)規(guī)定的要求，壓力系數(shù)取1.10。試驗(yàn)用氣體溫度應(yīng)當(dāng)符合設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定。對(duì)于貯存液氮、液氧及其它液態(tài)惰性介質(zhì)的容器，可選用與其本身內(nèi)部介質(zhì)相對(duì)應(yīng)的氮?dú)狻⒀鯕饧捌渌栊詺怏w作為試驗(yàn)介質(zhì)。對(duì)于貯存其它介質(zhì)的容器，則需要按照設(shè)計(jì)圖樣或有關(guān)規(guī)定的要求選擇合適的試驗(yàn)介質(zhì)。耐壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)做好安全防護(hù)工作，并嚴(yán)格按照TSG 21—2016規(guī)定的要求進(jìn)行。容器的液壓試驗(yàn)以試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常聲響、無(wú)滲漏、無(wú)可見(jiàn)變形為合格。容器的氣壓試驗(yàn)以試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常聲響、經(jīng)滲漏液檢查無(wú)漏氣、無(wú)可見(jiàn)變形為合格。耐壓試驗(yàn)后需要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于表面缺陷可選擇滲透檢測(cè)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，對(duì)于埋藏缺陷可用射線(xiàn)或超聲波檢測(cè)(UT或TOFD)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

3 小 結(jié)

容器安全狀況等級(jí)評(píng)定根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，以項(xiàng)目等級(jí)最低者做為評(píng)定級(jí)別。需要維修改造的容器，按維修改造后的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行安全狀況等級(jí)評(píng)定。容器具體評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與方法按照TSG 21—2016的要求執(zhí)行。安全附件檢驗(yàn)不合格的容器不得投入使用，含超標(biāo)缺陷容器的失效安全評(píng)定應(yīng)當(dāng)按照GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》[5]進(jìn)行。在檢驗(yàn)過(guò)程中除了容器本體的檢驗(yàn)，還要結(jié)合氣體性質(zhì)、低溫及環(huán)境這些因素綜合考慮，制定合理的檢驗(yàn)方案才能確保檢驗(yàn)的有效性。

[1] GB/T 18442—2011 低溫絕熱壓力容器[S].

[2] 謝高峰.高真空多層絕熱低溫容器完全喪失實(shí)驗(yàn)及傳熱機(jī)理研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2011.

[3] TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[4] GB/T 18443—2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法[S].

[5] GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定[S].

Discussion on Crucial Point of Periodical Inspection onCryo-insulation Pressure Vessels

HUI Zhiquan，LI Maodong，YANG Junqiang，SU Zhitai，LIU Yuqing

(Guangzhou Special Pressure Equipments Inspection and Research Institute, Guangzhou 510663，China)

Cryogenic insulation pressure vessel as a kind of widely used pressure vessel, which is characterized by special structure, medium small latent heat of vaporization, energy reserves, the risk of large, multi factors, needing higher level management. Inspection agency how to use period inspection, choose the appropriate test methods and find the problem in time, can not only ensure the safe use of cryogenic insulation pressure vessels, but also can improve the level of safety management of the users.

cryogenic insulation；pressure vessel；period inspection

2017-04-23

TH49

A

1007-7804(2017)03-0048-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.03.012

惠志全(1987)，男，漢族，碩士，工程師，主要從事低溫制冷設(shè)備研發(fā)及檢驗(yàn)檢測(cè)工作。