快開門式壓力容器定期檢驗(yàn)和監(jiān)管重點(diǎn)分析

趙景勇 王 飛

（1．重慶市特種設(shè)備檢測研究院 重慶 401121）

（2．國家市場監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西部復(fù)雜環(huán)境機(jī)電設(shè)備安全) 重慶 401121）

快開門式壓力容器由于門蓋開關(guān)時(shí)間短、介質(zhì)物料裝卸方便，在化工、醫(yī)療、建材等間歇式生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但由于疲勞載荷作用和操作不當(dāng)，容易造成事故，據(jù)白玉等人[1]介紹，快開門式壓力容器事故約占我國壓力容器爆炸事故的1／3且后果非常嚴(yán)重。近年山東、浙江、新疆等地連續(xù)發(fā)生快開門式壓力容器相關(guān)事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，2020年，按照《市場監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于開展快開門式壓力容器專項(xiàng)隱患排查治理的通知》（市監(jiān)特設(shè)〔2020〕109 號(hào)）要求進(jìn)行了快開門式壓力容器專項(xiàng)隱患排查。本文梳理了隱患排查的結(jié)果，結(jié)合排查結(jié)果和實(shí)際定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，重點(diǎn)分析快開門式壓力容器在定期檢驗(yàn)與安全檢查過程中的側(cè)重點(diǎn)，為定期檢驗(yàn)和監(jiān)察管理提供一些建議。

1 排查結(jié)果概況

本次共排查快開門式壓力容器646臺(tái)（針對最近一次定期檢驗(yàn)后使用超過1年的快開門式壓力容器）。各類快開門式壓力容器臺(tái)數(shù)見表1，使用分布情況如圖1所示。結(jié)果表明，快開門式壓力容器主要集中于醫(yī)療行業(yè)使用的滅菌器（占73.7%），大都是奧氏體不銹鋼制造而成，制造相對精密，操作人員素質(zhì)較高，使用環(huán)境較好；也有20%左右為釜類壓力容器（比如蒸壓釜、硫化罐），大多采用低合金鋼制造而成，設(shè)備通常屬于大容積、大尺寸結(jié)構(gòu)，使用環(huán)境較差，設(shè)備升壓降壓循環(huán)運(yùn)行頻繁，操作人員素質(zhì)普遍不高、人員流動(dòng)性大（無法保證在崗操作人人持證）。主要從操作人員持證、安全聯(lián)鎖裝置是否有效、是否按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)3個(gè)方面進(jìn)行安全排查，結(jié)果除去由于定檢發(fā)現(xiàn)問題報(bào)廢、使用單位停產(chǎn)等原因共有在用容器495臺(tái)，發(fā)現(xiàn)的問題見表2，存在的問題分布情況如圖2所示。結(jié)果表明，仍然存在部分單位操作人員無證上崗（約4.4%）和安全聯(lián)鎖裝置失效（約4%）等問題，其中釜類快開門式壓力容器存在問題的比例大于醫(yī)用滅菌器類。

圖1 各類快開門式壓力容器使用分布情況

圖2 存在的問題分布情況

表1 快開門式壓力容器統(tǒng)計(jì)匯總

表2 排查發(fā)現(xiàn)的問題

2 定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題

2.1 不銹鋼制快開門式壓力容器

醫(yī)用行業(yè)滅菌器和食品行業(yè)殺菌釜大都由奧氏體不銹鋼制造而成，制造單位專業(yè)化程度高、制造較為精密，使用工況與環(huán)境較為良好，出現(xiàn)問題相對較少。在食品行業(yè)定期檢驗(yàn)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部的點(diǎn)腐蝕。食品廠的殺菌釜（材質(zhì)為S30408，食品介質(zhì)中含有食鹽）定期檢驗(yàn)時(shí)，在壓力容器底部低于排液管等容易積液的地方，出現(xiàn)形態(tài)為無規(guī)律分布的小凹坑狀腐蝕，凹坑深度比較淺。一般不影響定期檢驗(yàn)定級(jí)，在定期檢驗(yàn)時(shí)往往也容易被忽視。而醫(yī)用行業(yè)發(fā)現(xiàn)安全隱患問題較少。

2.2 碳鋼或低合金鋼制快開門式壓力容器

少部分食品行業(yè)殺菌釜采用碳鋼或低合金鋼制造而成，這類壓力容器外表面常有保溫棉隔熱層。2019年對一食品廠殺菌釜（材質(zhì)為Q345R，名義厚度δn為8 mm，使用年限為7年）定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其外表面保溫層大面積破損嚴(yán)重（破損處用膠帶纏繞固定保溫棉），壁厚測定發(fā)現(xiàn)該設(shè)備筒體上半圈存在大范圍壁厚減薄，實(shí)測壁厚大都在3～4 mm，宏觀檢查內(nèi)壁面多為淺表浮銹，檢驗(yàn)人員當(dāng)即局部拆除外保溫層，發(fā)現(xiàn)保溫層下筒體外壁已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，腐蝕形態(tài)呈片狀疏松銹皮層層覆蓋于表面，經(jīng)過表面清除，呈現(xiàn)大小和深淺不一的階梯狀腐蝕。該設(shè)備保溫層下發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕減薄，該設(shè)備當(dāng)場被判廢。

另一使用占比較大的釜類快開門式壓力容器如蒸壓釜（排查中占比為13.3%）和硫化罐（排查中占比為6.8%）大都由低合金鋼制造而成，按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[2]規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目比如壁厚測定、內(nèi)外宏觀檢驗(yàn)（重點(diǎn)檢查焊接接頭、角接接頭、導(dǎo)軌與筒體的連接焊縫）、焊接接頭無損檢測抽查等常規(guī)項(xiàng)目中較少能發(fā)現(xiàn)影響其安全使用的缺陷，近年發(fā)現(xiàn)問題最多的是門蓋與筒體相互嚙合釜齒的根部兩側(cè)受力面出現(xiàn)裂紋。下面列舉定期檢驗(yàn)中的2個(gè)實(shí)例：

案例1：2021年3月在對某玻璃廠蒸壓釜進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，對其釜蓋法蘭（材質(zhì)為16Mn鍛）釜齒和筒體側(cè)法蘭上釜齒進(jìn)行表面磁粉探傷抽查時(shí)發(fā)現(xiàn)，釜蓋側(cè)抽查5個(gè)釜齒，發(fā)現(xiàn)其中3個(gè)有裂紋，進(jìn)一步擴(kuò)探，總共40個(gè)釜齒，發(fā)現(xiàn)18個(gè)釜齒有裂紋，裂紋出現(xiàn)率為45%，裂紋深度1～3 mm不等。筒體側(cè)釜齒未發(fā)現(xiàn)裂紋。對其筒體焊縫對接接頭和角接接頭磁粉探傷抽查均未發(fā)現(xiàn)問題，壁厚測定亦無異常減薄。圖3為蒸壓釜釜齒根部裂紋形貌圖。

圖3 蒸壓釜釜齒裂紋形貌

案例2：2022年2月在對某橡膠廠硫化罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，對其釜蓋釜齒和筒體側(cè)法蘭上釜齒進(jìn)行表面磁粉探傷抽查時(shí)發(fā)現(xiàn)，釜蓋側(cè)抽查5個(gè)釜齒，其中5個(gè)有裂紋，筒體側(cè)抽查5個(gè)釜齒，其中2個(gè)有裂紋；進(jìn)一步擴(kuò)探，釜蓋側(cè)抽查16個(gè)釜齒，其中11個(gè)有裂紋，裂紋出現(xiàn)率為68.8%；筒體側(cè)抽查16個(gè)釜齒，其中5個(gè)有裂紋，裂紋出現(xiàn)率為31.3%。對其筒體焊縫對接接頭和角接接頭磁粉探傷抽查均未發(fā)現(xiàn)問題。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)殼體內(nèi)表面銹蝕明顯，經(jīng)過打磨除銹后測厚，壁厚減薄未超過其腐蝕余量。圖4為硫化罐釜齒根部裂紋形貌圖。

圖4 硫化罐釜齒裂紋形貌

通過案例1和案例2可以看到，其釜齒根部幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位出現(xiàn)了典型的裂紋擴(kuò)展缺陷。

3 問題分析與建議

3.1 操作人員持證問題

根據(jù)《市場監(jiān)管總局關(guān)于特種設(shè)備行政許可有關(guān)事項(xiàng)的公告》（2019年第3號(hào)）規(guī)定，為推進(jìn)《特種設(shè)備安全監(jiān)管改革頂層設(shè)計(jì)方案》實(shí)施，有效降低企業(yè)制度性交易成本，取消了常規(guī)壓力容器操作人員持證要求，但非常規(guī)壓力容器的使用安全仍然需要高度重視。歷年快開門式壓力容器事故發(fā)生的原因中操作不當(dāng)占比較大[3]，故仍保留了快開門式壓力容器人員持證（R1）要求，專項(xiàng)排查中發(fā)現(xiàn)有4.4%的設(shè)備由于使用單位安全管理理念淡薄、人員流動(dòng)大、生產(chǎn)任務(wù)繁重等原因，存在人員無證上崗的情況。在檢驗(yàn)與監(jiān)察過程中，應(yīng)著重核查使用單位人員持證情況，宣傳無證操作的危害，督促使用單位加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)，增強(qiáng)其安全意識(shí)，使其嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)。

3.2 安全聯(lián)鎖裝置問題

按TSG 21—2016相關(guān)規(guī)定，快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定[2]，在定期檢驗(yàn)、年度檢查均有安全聯(lián)鎖裝置的檢查要求，我國安全聯(lián)鎖裝置在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)缺少具體標(biāo)準(zhǔn)支撐，往往在其制造出廠環(huán)節(jié)可能就存在問題[4]。在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中，仍然無具體的可操作標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)人員也缺乏安全聯(lián)鎖性能判定的專業(yè)能力，在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，往往以問詢操作人員和簡單的功能測試為主，對其電器元件或機(jī)械部件的功能缺乏有效診斷。專項(xiàng)排查中，4%左右的設(shè)備安全聯(lián)鎖裝置存在問題。因此，為保證其有效運(yùn)行，一方面應(yīng)對安全聯(lián)鎖廠家加強(qiáng)監(jiān)督，從源頭保證產(chǎn)品合格；另一方面加強(qiáng)對使用人員和檢驗(yàn)人員的專業(yè)辨別力培訓(xùn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的潛在安全隱患。

3.3 保溫層下腐蝕問題

快開門式壓力容器其內(nèi)介質(zhì)多為水蒸氣，外部都有保溫層（常用復(fù)合硅酸鹽材料）覆蓋，其工作模式為頻繁的升溫升壓和降溫降壓，易產(chǎn)生冷凝水，當(dāng)保溫層有破損時(shí)，大量蒸汽冷凝水易聚集于保溫層下，保溫材料對水有較高的吸附性，導(dǎo)致設(shè)備外表面長期保持濕潤的狀態(tài)。尤其當(dāng)設(shè)備為碳鋼或者低合金鋼時(shí)極容易發(fā)生層下腐蝕，形成片狀疏松銹皮[5]。所以在定期檢驗(yàn)中，必須檢查保溫層是否完好，對于局部破損處應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其腐蝕情況，必要時(shí)局部或全部拆除保溫層進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.4 點(diǎn)腐蝕問題

食品行業(yè)常用介質(zhì)中含有的食鹽使溶液中Cl-含量較高，常在不銹鋼制容器底部積液不易排出處發(fā)現(xiàn)局部點(diǎn)腐蝕坑形貌，這是因?yàn)榫植糠e液處Cl-濃縮，使得不銹鋼表面鈍化膜破壞，這種破壞往往發(fā)生在金屬表面，且隨著蒸汽介質(zhì)溫度升高，局部點(diǎn)腐蝕越容易發(fā)生。在定期檢驗(yàn)中，應(yīng)重點(diǎn)檢查Cl-容易聚集處的凹坑腐蝕情況，同時(shí)也應(yīng)注意Cl-造成的應(yīng)力腐蝕開裂的情況[6]。

3.5 釜齒裂紋問題

近年隨著制造單位規(guī)范化正規(guī)化運(yùn)作，以及材料冶煉技術(shù)、制造單位焊接能力、無損檢測靈敏度的提升和有效的制造監(jiān)督檢驗(yàn)，壓力容器本體焊接接頭原始缺陷得到有效控制，而主要以飽和水蒸氣為主要介質(zhì)的快開門式壓力容器一般不存在環(huán)境開裂傾向[5]，所以在常規(guī)焊接接頭部位進(jìn)行表面無損檢測抽查較少發(fā)現(xiàn)表面缺陷。但是由于該類壓力容器需要經(jīng)常啟閉進(jìn)出物料會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，頻繁的升溫升壓、降溫降壓過程中會(huì)產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，設(shè)備在疲勞載荷作用一定循環(huán)次數(shù)后在釜齒根部幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)（應(yīng)力集中）部位就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋[5]，以裂紋源為起點(diǎn)，進(jìn)一步疲勞循環(huán)受壓，極端情況下存在釜齒完全裂開、釜門沖出的嚴(yán)重事故隱患。

在定期檢驗(yàn)中，不銹鋼制滅菌器和殺菌釜通常發(fā)現(xiàn)釜齒裂紋極少，釜齒裂紋更多地出現(xiàn)在碳鋼或低合金鋼制釜類快開門式壓力容器（比如蒸壓釜、硫化罐）中，這類壓力容器常用材料為Q345R，設(shè)備法蘭為16Mn鍛件，具有設(shè)備尺寸較大、機(jī)械振動(dòng)較大、操作頻繁、工作壓力較高、疲勞損傷嚴(yán)重等特點(diǎn)，相較于不銹鋼快開容器制造較為粗糙。另外，受限于制造單位規(guī)模與能力，制造用設(shè)備法蘭（含釜齒加工）大多是外購成品部件，而目前對壓力容器用鍛件制造廠缺乏有效監(jiān)督，法蘭鍛造質(zhì)量亦是參差不齊，這也是造成在已經(jīng)淘汰焊接釜齒[7]的情況下仍然出現(xiàn)釜齒裂紋的原因之一。因此，快開門式壓力容器的定期檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)抽查是否存在釜齒根部裂紋，重點(diǎn)設(shè)備為碳鋼或低合金鋼制釜類壓力容器，而其中蒸壓釜和硫化罐又是重中之重，定期檢驗(yàn)表面無損中應(yīng)盡可能多地抽查釜齒根部裂紋，排除安全隱患。對于較淺的釜齒裂紋應(yīng)打磨消除[2]，并圓滑過渡。對于裂紋較深、數(shù)量較多的情況，建議整體更換設(shè)備法蘭或直接停用報(bào)廢。

4 總結(jié)

快開門式壓力容器由于其結(jié)構(gòu)特殊，釜門經(jīng)常啟閉，承受著循環(huán)疲勞載荷，存在安全隱患，在日常使用、檢驗(yàn)和監(jiān)管過程要注意的事項(xiàng)非常多，本文以實(shí)際發(fā)現(xiàn)的問題為導(dǎo)向，為檢驗(yàn)和監(jiān)察工作提出了如下建議：

1）在檢驗(yàn)與排查中發(fā)現(xiàn)仍然存在部分企業(yè)安全意識(shí)不夠、注重經(jīng)濟(jì)效益、人員流動(dòng)較大、為降低人力成本存在無證上崗的情況。而許多事故都來源于誤操作或不規(guī)范操作。對于快開門式壓力容器，操作人員必須持證和進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)顯得尤為必要，因此在安全監(jiān)察與管理過程中，應(yīng)當(dāng)著重對操作人員持證情況進(jìn)行核查，對其操作流程和運(yùn)行記錄進(jìn)行抽查，保證操作的規(guī)范性。

2）安全聯(lián)鎖失靈容易導(dǎo)致快開門式壓力容器發(fā)生嚴(yán)重事故，一方面應(yīng)加強(qiáng)對安全聯(lián)鎖裝置的制造質(zhì)量檢驗(yàn)，另一方面在定期檢驗(yàn)和日常檢查中都應(yīng)該重視安全聯(lián)鎖裝置功能的檢查。

3）以水蒸氣為介質(zhì)的快開門式壓力容器在保溫層破損的情況下非常容易發(fā)生水凝結(jié)而形成保溫層下腐蝕，因此在定期檢驗(yàn)和日常檢查中，應(yīng)重點(diǎn)檢查保溫層完好情況，必要時(shí)局部或完全拆除保溫層進(jìn)行檢驗(yàn)。

4）不銹鋼制快開門式壓力容器在食品行業(yè)容易與Cl-接觸形成局部點(diǎn)腐蝕甚至應(yīng)力腐蝕開裂。因此在定期檢驗(yàn)中，應(yīng)重點(diǎn)檢查Cl-聚集處的局部點(diǎn)腐蝕和表面滲透檢測應(yīng)力腐蝕開裂情況。

5）快開門式壓力容器尤其是碳鋼或低合金鋼制釜類快開門式壓力容器（比如蒸壓釜、硫化罐）釜齒容易產(chǎn)生裂紋，在定期檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)人員除進(jìn)行宏觀、壁厚測定、焊接接頭表面缺陷檢測、安全附件檢驗(yàn)外，還應(yīng)重點(diǎn)并盡可能多地抽查設(shè)備法蘭相互嚙合釜齒根部受力面，判斷是否存在裂紋。