探討石化裝置超年限壓力容器檢驗(yàn)管理技術(shù)

李合琛 程亮 曲直

(1.盤錦檢驗(yàn)檢測中心特檢所，遼寧 盤錦 124000；2.遼寧寶來生物能源有限公司，遼寧 盤錦 124000)

0 引言

壓力容器是指盛裝氣體或者液體，并且承載一定壓力的密閉設(shè)備，在分類上，我國根據(jù)工作時(shí)的壓力、介質(zhì)危害性、在生產(chǎn)中的作用，將壓力容器分為三類。具體規(guī)定詳見《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG 21-2016。在生產(chǎn)中，壓力容器的用途范圍較廣，多應(yīng)用于工業(yè)和軍工等部門，在科學(xué)研究領(lǐng)域也有重要作用。在化學(xué)工業(yè)尤其是石油化工中，壓力容器的應(yīng)用最為常見。每類壓力容器在設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)方式上都有不同的規(guī)定。壓力容器作為設(shè)備的基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)有著重要作用。

1 超年限服役壓力容器概述和研究現(xiàn)狀

從當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)狀來看，金屬壓力容器制造行業(yè)受到國家政策的扶持，并且在未來行業(yè)有著可持續(xù)發(fā)展性。但縱觀國內(nèi)，許多企業(yè)的壓力容器仍存在著超年限服役的情況，尤其是石化工業(yè)最為嚴(yán)重，這一情況的出現(xiàn)不僅會(huì)影響石化裝置的壽命，同時(shí)也會(huì)威脅到生產(chǎn)的安全性。我國相關(guān)法律明確指出了超年限服役壓力容器即為使用年限超過了20年或者超過設(shè)計(jì)使用年限的壓力容器。經(jīng)大數(shù)據(jù)顯示，80%的生產(chǎn)事故的緣由都是壓力容器的失效。

在我國眾多企業(yè)中，壓力容器超年限服役的狀況較為普遍，尤其是石化企業(yè)更為嚴(yán)重，在我國的石化企業(yè)中，超年限服役的壓力容器可以占到企業(yè)壓力容器總數(shù)的一半。超年限服役的壓力容器在生產(chǎn)過程中會(huì)存在隱患，首先，超過使用年限，壓力容器的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，材料的性能也會(huì)隨之改變，常常表現(xiàn)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度的提高、石墨化、珠光體球化等。另外，早期的石化裝置的壓力容器缺少疲勞設(shè)計(jì)，在使用的過程中，很多企業(yè)普遍存在壓力容器超年限使用的情況，高溫和壓力波動(dòng)就易導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)失效。其次，壓力容器長期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，石化裝置的壓力容器就容易出現(xiàn)表面變形現(xiàn)象。長此以往，壓力容器就會(huì)失效，拉低企業(yè)的生產(chǎn)效率。其再次，早期石化裝置的壓力容器的生產(chǎn)在質(zhì)量和材料標(biāo)準(zhǔn)上有很多不足，因此在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)過程中，更易發(fā)生開裂和失效。最后，從目前來看，企業(yè)以及國家針對(duì)超年限服役的壓力容器，還沒有一套系統(tǒng)的管理辦法[1]。

2 超年限壓力容器損傷機(jī)理分析

在無數(shù)的壓力容器失效實(shí)驗(yàn)中，壓力容器都遵循盆曲線規(guī)律(見圖1)，石化裝置中的壓力容器也不例外。從整體看，圖像呈盆狀，從分布上來看，壓力容器的使用分為三個(gè)階段：早期失效階段、正常使用階段、損耗老化失效階段，我們需要探討的石化裝置壓力容器的超年限服役階段就處在正常使用階段與損耗老化失效階段，即：2～3 階段。

超年限服役的壓力容器產(chǎn)生損傷甚至失效是受到工作環(huán)境、時(shí)間與介質(zhì)等因素的影響，為了減少壓力容器的損耗，必須通過合理科學(xué)的方法對(duì)石化裝置的壓力容器進(jìn)行損傷模式的分析，然后根據(jù)不同的損傷類型采取不同的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，以達(dá)到延長壓力容器壽命的目的。

圖1 浴盆曲線示意

3 超年限服役壓力容器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

超年限服役壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要分為兩個(gè)階段：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、軟件錄入與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是第一個(gè)階段，第二個(gè)階段是制定檢驗(yàn)方案、現(xiàn)場檢驗(yàn)、評(píng)估服役年限以及適應(yīng)性、指定監(jiān)控措施以及檢驗(yàn)周期[2]。

服役適應(yīng)性主要是評(píng)估壓力容器的剩余壽命和未來服役狀態(tài)，這兩種數(shù)據(jù)的評(píng)估都要根據(jù)壓力容器現(xiàn)在的腐蝕速率來進(jìn)行。未來服役狀態(tài)又分為三類：符合要求、基本符合要求、不符合要求。符合要求即為：所評(píng)估的壓力容器風(fēng)險(xiǎn)低，目前狀況能夠繼續(xù)使用，且不影響使用?；痉弦蠹礊椋猴L(fēng)險(xiǎn)為中-高風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)缺陷，且經(jīng)評(píng)估此缺陷可能會(huì)影響壓力容器接下來的使用，只能進(jìn)行降級(jí)使用。不符合要求：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為高風(fēng)險(xiǎn)，且在評(píng)估中發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，且此缺陷的存在會(huì)影響使用，壓力容器的狀態(tài)不能再繼續(xù)進(jìn)行工作，只能報(bào)廢處理。

4 超年限服役壓力容器管理辦法

依據(jù)超年限壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，找尋其管理辦法，對(duì)超年限服役的壓力容器的使用壽命、使用風(fēng)險(xiǎn)、安全性以及質(zhì)量進(jìn)行一個(gè)全面分析，另外還要注意其發(fā)生事故的可能性，將這些因素結(jié)合起來，建立超年限服役壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)模型，將超年限服役壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)模型分為低、中、高三類風(fēng)險(xiǎn)，通過模型對(duì)需要進(jìn)行管理的超年限服役壓力容器風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，采取合理科學(xué)的方法進(jìn)行維護(hù)與管理。借用超年限服役壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)分類等級(jí)模式，相對(duì)應(yīng)的將管理模式也分為三種[3]。

4.1 A類

A 類模式主要是針對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)的超年限服役壓力容器，在管理辦法上，主要是以安全監(jiān)控為主。

4.2 B類

B 類主要針對(duì)中度風(fēng)險(xiǎn)，在管理手段上，要重點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備，企業(yè)要制定關(guān)于壓力容器的常規(guī)管理辦法，在日常常規(guī)管理和監(jiān)控的基礎(chǔ)上加大對(duì)于其資金上的投入，用于維護(hù)和修理。

4.3 C類

在C 類管理模式中，設(shè)備存在很大的安全隱患，且其風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)達(dá)到很高水平，設(shè)備已超過使用年限，要實(shí)施重點(diǎn)管理，加大管理力度和資源資金的投入，注重管理的動(dòng)態(tài)性與時(shí)效性。

5 結(jié)語

在石化裝置中，壓力容器有著舉足輕重的地位，壓力容器的超年限服役問題是我國大多數(shù)企業(yè)存在的普遍性問題，由于超年限服役，壓力容器多多少少會(huì)存在一些損傷，通過對(duì)損傷模式的判斷，我們就能制定出一系列的科學(xué)合理方案，即通過建立超年限服役壓力容器的分類分級(jí)模型來評(píng)估壓力容器的狀態(tài)，并采取相應(yīng)的管理辦法。應(yīng)對(duì)當(dāng)前壓力容器超年限服役的狀況，需要的不僅是社會(huì)和企業(yè)的努力，更需要國家的支持，在關(guān)于石化裝置壓力容器的使用年限和管理法律法規(guī)上，國家要加大立法、執(zhí)法、監(jiān)督力度，懲治壓力容器使用不合理的現(xiàn)象，以為化工生產(chǎn)創(chuàng)造良好的安全環(huán)境。

在未來，相信會(huì)有更先進(jìn)的技術(shù)來改進(jìn)當(dāng)前壓力容器的制造與使用，并且在壓力容器的管理上會(huì)有更好的創(chuàng)新。