淺談小型制冷設(shè)備的檢驗(yàn)

劉功祥* 周愛萍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 前言

TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)范中關(guān)于小型制冷壓力容器專項(xiàng)要求，對(duì)其定義為：以氨為主要制冷劑，系統(tǒng)內(nèi)單只最大儲(chǔ)氨器容積不大于5 m3，并且系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)氨器總?cè)莘e不大于10 m3；采用其他制冷劑（如R22，R314，R312 等），應(yīng)考慮其特性，參照?qǐng)?zhí)行；涉及的主要設(shè)備包括冷凝器、儲(chǔ)氨器、循環(huán)桶、氨液分離器、中間冷卻器、集油器等。

目前，食品行業(yè)內(nèi)的冷庫系統(tǒng)，大型商超、大型寫字樓的中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)普遍存在這些設(shè)備，分別如圖1，制冷設(shè)備的圖2 所示，使用環(huán)境多為露天陽臺(tái)或者地下設(shè)備庫，使用現(xiàn)狀管理工作普遍存在不足。

圖1 食品行業(yè)中以冷庫中以氨為制冷劑的壓力容器

圖2 中央空調(diào)系統(tǒng)中以氟利昂或新型制冷劑為制冷劑的的壓力容器

1 小型制冷設(shè)備檢驗(yàn)流程

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)前，應(yīng)審查設(shè)備資料根據(jù)企業(yè)提供的設(shè)備的使用情況、可能遇到的損傷模式以及失效模式制定專項(xiàng)檢驗(yàn)方案。TSG 21—2016 規(guī)程中關(guān)于小型制冷壓力容器的檢驗(yàn)有專項(xiàng)要求，其檢驗(yàn)方法主要分為停機(jī)檢驗(yàn)和不停機(jī)檢驗(yàn)。

1.1 檢驗(yàn)方法、內(nèi)容

1.1.1 檢驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

使用單位和相關(guān)輔助單位應(yīng)做好停機(jī)后的各項(xiàng)安全檢查及符合性條件確認(rèn)工作。其中針對(duì)不停機(jī)檢驗(yàn)的小型制冷壓力容器還應(yīng)提供上個(gè)周期氨液充裝時(shí)間與充裝記錄，并提供氨液成分檢測(cè)記錄告或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氨濃度檢測(cè)，確?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氨濃度不得超過國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)允許值（20 mg/m3）。

1.1.2 檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法

小型制冷機(jī)組壓力容器定期檢驗(yàn)原則上應(yīng)按TSG 21—2016 規(guī)程中的要求執(zhí)行。但鑒于該設(shè)備具有特殊性，可以在系統(tǒng)不停機(jī)的情況下進(jìn)行檢查。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括系統(tǒng)資料審查、設(shè)備宏觀檢驗(yàn)、介質(zhì)成分檢查、主要受壓部件壁厚測(cè)量、高壓側(cè)壓力容器外表面無損檢測(cè)。必要時(shí)，可增加聲發(fā)射試驗(yàn)、埋藏缺陷檢測(cè)、材料分析、強(qiáng)度校核、壓力試驗(yàn)等檢驗(yàn)項(xiàng)目。

1.1.3 資料審查

檢驗(yàn)前，需要審查設(shè)計(jì)資料、制造資料、安裝竣工資料、重大維修改造資料以及使用管理資料。 除常規(guī)資料審查之外， 應(yīng)當(dāng)審查氨液充裝時(shí)間及氨液成分檢驗(yàn)記錄，確保其符合NB/T 47012—2010《制冷裝置用壓力容器》的要求。

1.1.4 宏觀檢驗(yàn)

宏觀檢驗(yàn)主要采用目視檢查方法（必要時(shí)可采用相應(yīng)輔助設(shè)備）檢驗(yàn)壓力容器設(shè)備本體結(jié)構(gòu)、外形幾何尺寸、設(shè)備表面狀態(tài)情況，確保焊縫外觀質(zhì)量、隔熱層、保冷層完好。

1.1.5 無損檢測(cè)

（1） 表面無損檢測(cè)

表面無損檢測(cè)應(yīng)根據(jù)NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)要求，采用磁粉檢測(cè)或者滲透檢測(cè)。對(duì)于小型制冷設(shè)備主要應(yīng)對(duì)以下情況進(jìn)行檢測(cè)：

a）高壓側(cè)壓力容器；

b）使用達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限（未規(guī)定設(shè)計(jì)使用年限，但使用超過20 a 的視為達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限）的低壓側(cè)壓力容器；

c）氨液成分分析不符合NB/T 47012—2010 標(biāo)準(zhǔn)要求的壓力容器。

（2）埋藏缺陷檢測(cè)

埋藏缺陷檢測(cè)即設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測(cè)，應(yīng)采用射線檢測(cè)或者超聲檢測(cè)。當(dāng)符合下列條件之一的，應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)檢測(cè)方法進(jìn)行埋藏缺陷檢測(cè)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行設(shè)備本體內(nèi)部開罐檢驗(yàn)：

a）檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在表面缺陷的壓力容器，認(rèn)為需要進(jìn)行焊縫埋藏缺陷檢測(cè)的；

b）系統(tǒng)內(nèi)高壓側(cè)設(shè)備中的液氨成分未分析或者分析結(jié)果不符合NB/T 47012—2010 標(biāo)準(zhǔn)要求的；

c）按照《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》，需要對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行復(fù)驗(yàn)的；

d）使用過程中補(bǔ)焊過的部位。

1.1.6 材料分析

主要受壓元件材質(zhì)不明的，應(yīng)按照TSG 21—2016 規(guī)程要求進(jìn)行分析。對(duì)于低壓側(cè)壓力容器，未能查明材質(zhì)的，也可以參照Q235A 進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1.1.7 檢驗(yàn)周期

安全狀況等級(jí)為1，2，3 級(jí)的，檢驗(yàn)結(jié)論為符合要求，可以繼續(xù)使用，一般每3 年進(jìn)行1 次定期檢驗(yàn)；安全狀況等級(jí)為4，5 級(jí)的，檢驗(yàn)周期應(yīng)按TSG 21—2016 規(guī)程要求執(zhí)行。

2 小型制冷設(shè)備損傷模式識(shí)別

2.1 介質(zhì)

目前常用的制冷劑多達(dá)80 余種，并還在不斷發(fā)展，但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的制冷劑僅有十幾種。小型制冷壓力容器主要涉及的介質(zhì)包括氨、氟利昂等新型制冷劑。

氨作為一種制冷劑廣泛應(yīng)用于食品儲(chǔ)藏行業(yè)，是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的中壓中溫制冷劑。其冷凍溫度為-77.7 ℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.3 ℃，室溫冷凝壓力一般為1.1～1.3 MPa。在正常條件下，氨對(duì)碳鋼和低合金鋼沒有腐蝕作用，但當(dāng)氨溶液中有少量水時(shí)，氨水具有一定的腐蝕性。因此，氨制冷裝置中主要設(shè)備選材時(shí)應(yīng)避免使用銅及銅合金材料，氨水的含水量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不應(yīng)超過0.2%。

氟利昂是一種新型的中溫制冷劑，目前已廣泛應(yīng)用于建筑空調(diào)系統(tǒng)中。氟里昂是鹵代烷烴，常溫下無色、無味、低毒，不易燃也不易爆，只有當(dāng)空氣中其體積分?jǐn)?shù)超過80%時(shí)，才會(huì)使人窒息；其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只有當(dāng)溫度高于400 ℃時(shí)，有害氣體才能分解，其能與任何比例的潤(rùn)滑油互溶，也能溶解各種有機(jī)物。因此，小型氟利昂制冷機(jī)組沒有配備油分離器，而配備了烘干機(jī)。同時(shí)規(guī)定氟利昂的含水量不大于NB/T 47012—2010 標(biāo)準(zhǔn)要求的相應(yīng)指標(biāo)。由于有機(jī)溶劑具有互溶性，故系統(tǒng)中不應(yīng)使用普通天然橡膠作密封墊，而應(yīng)使用專門的丁腈橡膠或氯乙醇等人造橡膠，否則，密封墊膨脹會(huì)導(dǎo)致制冷劑泄漏。

2.2 損傷模式及檢驗(yàn)策略

小型制冷壓力容器的使用環(huán)境特點(diǎn)為潮濕、陰冷，其主要放置地點(diǎn)多為地下室、天臺(tái)及露天平臺(tái)等。

2.2.1 腐蝕減薄

根據(jù)小型制冷壓力容器使用環(huán)境以及特點(diǎn)，總結(jié)其主要涉及的腐蝕減薄模式為二氧化碳腐蝕、大氣腐蝕、冷卻水腐蝕和微生物腐蝕。小型制冷壓力容器的常用材料為Q235B，10#，20#等碳素鋼材料以及Q345R 等低合金鋼材料。小型制冷壓力容器的使用環(huán)境多為潮濕、陰暗的地下室或者常年外風(fēng)吹日曬的天臺(tái)樓頂。同時(shí)部分小型制冷設(shè)備（中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)壓力容器）存在周期性使用的問題。

2.2.2 環(huán)境開裂（氨應(yīng)力腐蝕開裂）

應(yīng)力腐蝕三要素為敏感金屬材料，特定的腐蝕介質(zhì)環(huán)境以及相應(yīng)的應(yīng)力水平。小型制冷壓力容器主要承壓部件材質(zhì)為普通碳素鋼和低合金鋼；主要涉及介質(zhì)為氨和其他制冷劑 （R22，R134 等）；同時(shí)存在應(yīng)力集中部位（結(jié)構(gòu)不連續(xù)處）。

碳鋼和低合金鋼在無水液氨或銅合金氨溶液中易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。碳鋼在無水液氨中的腐蝕程度較低，但在充裝和維護(hù)過程中會(huì)受到污染，同時(shí)空氣中的氧氣和二氧化碳會(huì)加劇其腐蝕程度。

2.2.3 機(jī)械損傷（機(jī)械疲勞和振動(dòng)疲勞）

大多數(shù)小型制冷設(shè)備系統(tǒng)都有機(jī)泵設(shè)備。在循環(huán)機(jī)械載荷作用下，材料、零部件在一處或多處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，從而產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過一定周期的多次循環(huán)后，裂紋很容易繼續(xù)擴(kuò)展，從而導(dǎo)致零部件突然斷裂。與泵設(shè)備相連的小直徑管道和相關(guān)設(shè)備上的各種小噴嘴容易發(fā)生裂紋，換熱器接管與管板之間也容易發(fā)生斷裂。

3 針對(duì)性檢驗(yàn)策略

針對(duì)這些腐蝕問題，常用的檢測(cè)方法有目視檢測(cè)，保溫層損壞部位測(cè)厚檢測(cè)，接管角焊縫部位表面無損檢測(cè)，易積液積水的位置宏觀檢查等，必要時(shí)應(yīng)加強(qiáng)重點(diǎn)部位的測(cè)厚檢測(cè)。

環(huán)境開裂主要發(fā)生在換熱器的銅鋅合金管束或者氨制冷裝置中儲(chǔ)氨器等設(shè)備。其針對(duì)性檢驗(yàn)策略包括加強(qiáng)對(duì)換熱管束的檢測(cè)，儲(chǔ)氨設(shè)備外壁的超聲檢測(cè)和內(nèi)壁的磁粉檢測(cè)，連接管道的焊縫表面檢測(cè)。

機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械疲勞的檢驗(yàn)策略主要為定期檢查管道支架和各類支吊架， 查找設(shè)備振動(dòng)、管道振動(dòng)的部位，連接管道的焊縫表面檢測(cè)。

4 結(jié)論

在監(jiān)管、監(jiān)察日趨嚴(yán)格的形勢(shì)下，小型制冷壓力容器的排查與摸排工作在不斷推進(jìn)。一大批未注冊(cè)、未領(lǐng)證及長(zhǎng)期未檢驗(yàn)的設(shè)備陸續(xù)被排查出來。 這類設(shè)備主要存在以下幾個(gè)問題：使用單位管理不當(dāng)，無特種設(shè)備相關(guān)安全意識(shí)；設(shè)備本體問題（存在多年未檢驗(yàn)，相關(guān)安全附件缺失、失靈、失效等情況）；設(shè)備相關(guān)資料、銘牌缺失問題；以及超設(shè)計(jì)壽命使用問題。從保障本質(zhì)安全的角度出發(fā)，只有做好檢驗(yàn)，確保檢驗(yàn)手段合理有效，才是解決小型制冷壓力容器安全問題的最終出路。