壓力容器安全監(jiān)管淺析

＊李佳木 劉崗 左智強(qiáng) 姜波 劉譯蔚 李佳寧*

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)市場監(jiān)督管理審評查驗中心 內(nèi)蒙古 010050 2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古 010050 3.內(nèi)蒙古自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院 內(nèi)蒙古 010050）

前言

《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》中明確規(guī)定了特種設(shè)備是指對人身和財產(chǎn)安全有較大危險性的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施、場（廠）內(nèi)專用機(jī)動車輛，以及法律、行政法規(guī)規(guī)定適用該法的其他特種設(shè)備。特種設(shè)備的應(yīng)用涉及到各行各業(yè)，與民生息息相關(guān)。特種設(shè)備發(fā)生的安全生產(chǎn)事故往往會導(dǎo)致嚴(yán)重人員傷亡，使國家財產(chǎn)蒙受重大損失。內(nèi)蒙古自治區(qū)作為我國一個重要的能源基地，擁有眾多類型的大型化工企業(yè)，承壓類特種設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)裝置中扮演著不可替代的角色。目前自治區(qū)特種設(shè)備總體情況如下：特種設(shè)備327918臺/套；特種設(shè)備安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)114家；綜合檢驗機(jī)構(gòu)7家；生產(chǎn)單位1773家；充裝生產(chǎn)單位1922家；特種作業(yè)人員174252人。如圖1所示，近三年區(qū)內(nèi)的特種設(shè)備呈明顯地增長態(tài)勢（客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施相對數(shù)量較少未在圖中列出），其中承壓設(shè)備鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道分別增長了14.7%、9.6%（14.5%）、18.8%。面對數(shù)目如此龐大的承壓類特種設(shè)備，給安全監(jiān)管工作帶來巨大壓力，所以安全技術(shù)防護(hù)尤顯重要，本文以壓力容器為典型代表，詳細(xì)討論其設(shè)計、制造、使用中的安全技術(shù)及安全監(jiān)管問題。

圖1 近三年內(nèi)蒙古自治區(qū)特種設(shè)備臺套數(shù)

1.壓力容器設(shè)計、制造中潛在問題及防范措施

(1)壓力容器使用年限

壓力容器的使用年限取決于容器的疲勞壽命、腐蝕速率等因素[1]。比如設(shè)備開、停車速度過快；升、降壓速度過快；介質(zhì)溫度和流體振動頻率過大等因素都會導(dǎo)致容器的疲勞壽命降低。同時，材料本身的電極電位、組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)；熱處理工藝；介質(zhì)的組成、濃度、pH值、溫度、壓力、流速等都會影響到腐蝕速率[2]。所以在容器設(shè)計時要通過蒙特卡羅模擬法和改進(jìn)的一次二階鉅法分析容器疲勞壽命的同時，把腐蝕速率的影響因素也要納入到設(shè)計范圍之內(nèi)。另外，為了避免超期服役的壓力容器所導(dǎo)致的安全隱患問題，對其設(shè)計使用年限在TSG R004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中有明確要求，即設(shè)計單位必須在設(shè)計圖紙中標(biāo)注該容器的設(shè)計使用年限。在安全監(jiān)管過程中，要依據(jù)TSG 21-2016中的規(guī)定，必須要求壓力容器設(shè)計委托方以正式書面形式向設(shè)計單位提出容器預(yù)期使用年限的設(shè)計條件。

(2)壓力容器材料選用

TSG 21-2016中對壓力容器材料的基本要求是要全面考慮材料的力學(xué)性能、物理性能、工藝性能和與介質(zhì)的相容性。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等；化學(xué)性能包括耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性能和高溫抗氧化性等；物理性能指密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，磁性等；工藝性能包括鑄造性、鍛造性、焊接性、切削加工性能、熱處理工藝性能等[3]。當(dāng)溫度、壓力、介質(zhì)和使用條件發(fā)生變化時，尤其是對一些非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計的時候，往往要考慮因材料替換而引起的設(shè)計問題。當(dāng)厚板替換薄板時，設(shè)計人員有時通過經(jīng)驗判斷厚度增加會提高板材的承重能力，安全系數(shù)也會相應(yīng)提高，但這是一種錯誤的觀點(diǎn)。實事上在某些情況下厚板替換薄板會導(dǎo)致許用應(yīng)力降低，強(qiáng)度變?nèi)鮗4]。同樣的，使用高強(qiáng)度材料替換低強(qiáng)度材料時，由于不同材料對介質(zhì)相容性的差異，在一些設(shè)備中開裂情況會隨著材料的強(qiáng)度的增大而升高。因此，在容器設(shè)計的時候，設(shè)計人員要充分考慮壓力容器使用的客觀環(huán)境，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(3)壓力容器制造中焊接問題

壓力容器制造單位必須取得特種設(shè)備制造許可證，按照國家批準(zhǔn)的范圍進(jìn)行制造，焊接是壓力容器制造過程中最重要的過程，焊接工藝評定指標(biāo)應(yīng)當(dāng)符合NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的要求[5]。在焊接過程中，由于操作不當(dāng)極易形成以下這些情況，組隊間隙偏差、坡口不滿足、焊縫未咬邊、焊縫處有裂紋、焊縫表面有缺陷、焊縫內(nèi)部有缺陷，這就要求焊工必須具有高超的技藝，良好的職業(yè)素養(yǎng)和較強(qiáng)的責(zé)任心。另外，高溫、高壓和腐蝕環(huán)境下壓力容器都要承受縱向和橫向的壓力，盡管制造過程中可根據(jù)實際設(shè)計情況來選擇不同的焊接工藝，只有在成熟的焊工遵守焊接工藝規(guī)程、焊接工藝卡和正確的工藝指導(dǎo)下才能使各種材料有機(jī)地連接成一個整體，避免縱向和橫向的壓力或其協(xié)同作用給容器帶來潛在的安全隱患。為減少焊接導(dǎo)致的壓力容器質(zhì)量問題，從人、機(jī)、物、法、環(huán)五個方面進(jìn)行綜合監(jiān)管，焊工是否持證上崗、操作能力是否達(dá)到工藝要求、焊機(jī)性能、原材料及焊材質(zhì)量、現(xiàn)場施焊的環(huán)境能否符合要求，同時利用超聲波、滲透、磁粉等無損檢測技術(shù)對焊縫質(zhì)量進(jìn)行評價。

(4)壓力容器法蘭設(shè)計

法蘭連接是一個組合件，由一對法蘭、數(shù)個螺栓、螺母和一個墊片組成，也是壓力容器中普遍使用的承壓附件之一。按照其功能作用可分為容器法蘭和管路法蘭，按其密封面的形式可分為平面型密封面、凹凸型密封面和榫槽型密封面。法蘭的應(yīng)力主要由三部分組成：法蘭力矩產(chǎn)生的應(yīng)力；壓力直接作用于法蘭本體而引起的軸向和環(huán)向應(yīng)力；組成法蘭的三個部分間由于壓力作用產(chǎn)生形變而引起的邊界力產(chǎn)生的應(yīng)力[6]。我國壓力容器法蘭通常采用以強(qiáng)度破壞作為失效準(zhǔn)則的設(shè)計方法Waters法，現(xiàn)行的承壓類法蘭標(biāo)準(zhǔn)已成為一個體系，在標(biāo)準(zhǔn)法蘭設(shè)計過程中可直接從體系中選取[7]。然而，在高溫、高壓、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，必須另行設(shè)計出滿足強(qiáng)度的法蘭。所以在實際操作過程中要根據(jù)壓力容器具體的使用要求并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)合理地設(shè)計，包括法蘭的應(yīng)力分析，法蘭材料及墊片的抗腐蝕性能，法蘭的尺寸、強(qiáng)度、厚度等，以確保法蘭設(shè)計的適用性及合理性。在監(jiān)管的過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計圖紙到現(xiàn)場施工要層層把關(guān)，有針對性的查驗法蘭環(huán)和錐頸尺寸，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或匹配不合理，需及時調(diào)整，從而提高壓力容器運(yùn)行的安全系數(shù)。

2.壓力容器作業(yè)人員要求

壓力容器屬于特種設(shè)備，按照國家市場監(jiān)督管理總局最新許可公告，三類項目包括快開門式壓力容器、移動式壓力容器充裝、氧艙維護(hù)保養(yǎng)需要作業(yè)人員證，而且對特種設(shè)備作業(yè)人員有具體要求，需經(jīng)培訓(xùn)、考試合格后由屬地市場監(jiān)督管理部門頒發(fā)《特種設(shè)備作業(yè)人員證》才能上崗操作。《特種設(shè)備作業(yè)人員證》每4年復(fù)審一次。持證人員應(yīng)當(dāng)在復(fù)審期屆滿3個月前，向發(fā)證部門提出復(fù)審申請。對持證人員在4年內(nèi)符合有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定的不間斷作業(yè)要求和安全、節(jié)能教育培訓(xùn)要求，且無違章操作或者管理等不良記錄、未造成事故的，發(fā)證部門應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范的規(guī)定準(zhǔn)予復(fù)審合格，并在證書正本上加蓋發(fā)證部門復(fù)審合格章。對于壓力容器的使用單位，特種作業(yè)持證人員在工藝操作和崗位操作過程中，要熟知壓力容器安全操作規(guī)程的相應(yīng)要求。操作規(guī)程至少包括以下內(nèi)容：操作工藝參數(shù)，崗位操作方法，運(yùn)行中重點(diǎn)檢查的項目和部位，運(yùn)行中可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象和防止措施，以及緊急情況的處置和報告程序。

我區(qū)特種設(shè)備作業(yè)人員和安全管理人員2021年持證人數(shù)為174252人，同比增長19521人，增幅率約為10%。近十年來，隨著一些大型現(xiàn)代化煤化工企業(yè)如神華包頭煤化工有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司、久泰能源（鄂爾多斯）有限公司等入駐自治區(qū)，企業(yè)對員工的素質(zhì)要求也普遍提高，以初中學(xué)歷占比大的特種設(shè)備作業(yè)人員慢慢地向以大專及以上學(xué)歷為主的作業(yè)人員轉(zhuǎn)變，文化程度低、年齡偏大、智能化操作能力差的局面有所改觀?？傮w來看，現(xiàn)在自治區(qū)內(nèi)壓力容器作業(yè)人員的年齡結(jié)構(gòu)層次偏低、學(xué)歷水平偏高、理論基礎(chǔ)知識較扎實，但是相應(yīng)的弊端也突顯出來，即單獨(dú)作業(yè)能力和實操經(jīng)驗較差，例如未按規(guī)定的壓力容器操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范操作或操作不熟練；未進(jìn)行壓力容器定期維保和實施定期的安全檢查；不能對壓力容器異常情況或故障進(jìn)行及時有效的處置；未提前制定現(xiàn)場和專項應(yīng)急救援預(yù)案，同時繼續(xù)教育及培訓(xùn)、考試考核監(jiān)管等方面也亟待加強(qiáng)。

針對我區(qū)特種設(shè)備作業(yè)人員作業(yè)能力現(xiàn)狀，使用單位選擇特種設(shè)備作業(yè)人員時，尤其是壓力容器作業(yè)人員，可從當(dāng)?shù)馗咝；蛘吒呗毟邔Ｔ盒?yīng)屆畢業(yè)生中擇優(yōu)錄取，通過實習(xí)、考試的方式尋求與該崗位能力素質(zhì)要求匹配的人員，也可和高校進(jìn)行校企合作開設(shè)委托培養(yǎng)班，針對企業(yè)的需求開設(shè)相應(yīng)專業(yè)課程，去企業(yè)現(xiàn)場實習(xí)，畢業(yè)后即可直接上崗。同時，特種設(shè)備安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)一定要對壓力容器作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核、發(fā)證等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)督和監(jiān)管，并對考核、發(fā)證這兩個環(huán)節(jié)進(jìn)行分離管理，委派專門監(jiān)察人員對整個考核以及發(fā)證過程進(jìn)行監(jiān)督，確保培訓(xùn)、考核、發(fā)證整個過程都處于管控狀態(tài)。

3.壓力容器安全監(jiān)管措施

為了創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的市場營商環(huán)境，提升市場監(jiān)管效能，在新的市場監(jiān)督管理體機(jī)構(gòu)建立起新形勢下的壓力容器安全監(jiān)督管理體系，對壓力容器設(shè)計、制造、使用和檢驗檢測實施安全監(jiān)督管理。

(1)完善動態(tài)監(jiān)管體系

完善安全監(jiān)察組織網(wǎng)絡(luò)和信息化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)工商、質(zhì)監(jiān)、藥監(jiān)三個部門的信息平臺共享，著力提升電子監(jiān)管水平，逐步實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)管體系對各個設(shè)備、各個環(huán)節(jié)、各個地區(qū)的全覆蓋，對轄區(qū)內(nèi)壓力容器設(shè)備進(jìn)行全過程、有效、動態(tài)跟蹤監(jiān)督。

(2)構(gòu)建安全責(zé)任體系

明確各壓力容器設(shè)備安全責(zé)任主體的責(zé)任及相互關(guān)系；完善落實責(zé)任的機(jī)制與措施，保證安全責(zé)任履行；加強(qiáng)執(zhí)法與監(jiān)督，嚴(yán)厲打擊壓力容器設(shè)計、制造、使用中的違法違規(guī)行為，強(qiáng)化安全責(zé)任追究。

(3)構(gòu)建風(fēng)險管理體系

應(yīng)用風(fēng)險理論對壓力容器實施分類監(jiān)管，對系統(tǒng)性、廣泛性和重大的事故風(fēng)險實施監(jiān)測預(yù)警，對壓力容器所構(gòu)成的重大危險源實施重點(diǎn)監(jiān)控和治理，對壓力容器安全生產(chǎn)事故及時作出應(yīng)急反應(yīng)和妥善處置，科學(xué)實施壓力容器事故調(diào)查處理，提高風(fēng)險控制和事故預(yù)防的能力與水平。

(4)構(gòu)建績效評價體系

有效開展對一定區(qū)域領(lǐng)域、壓力容器安全監(jiān)察部門、檢驗檢測機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的安全績效評價，使有限的監(jiān)管資源投入獲得最大的安全與節(jié)約效能，促進(jìn)壓力容器安全性與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(5)構(gòu)建科技支撐體系

提升壓力容器檢驗檢測技術(shù)機(jī)構(gòu)的能力，建立行業(yè)大科技的工作平臺和管理運(yùn)行機(jī)制，有效整合壓力容器科技資源，暢通科技需求渠道，組織開展科技攻關(guān)，促進(jìn)科技成果快速轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，充分發(fā)揮科技對壓力容器質(zhì)量安全與節(jié)能的支撐、保障、促進(jìn)作用。

4.結(jié)語

壓力容器安全監(jiān)管要形成市場的統(tǒng)一管理，既減少政府的財政投入，又提高了質(zhì)量和安全監(jiān)管效率。本文以“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”為原則，詳細(xì)論述了壓力容器設(shè)計、制造等方面的缺陷和不足，對壓力容器作業(yè)人員也提出了相應(yīng)的要求，并針對壓力容器設(shè)計、制造中潛在的問題也提出了防范措施和壓力容器安全監(jiān)管措施，對新時期下特種設(shè)備安全監(jiān)管有積極的參考價值和借鑒作用。