關(guān)于在用快開門式壓力容器的探討

楊慎通

（煙臺市特種設(shè)備檢驗研究院，山東煙臺 265500）

0 引言

快開門式壓力容器因其開罐簡單，被廣泛應(yīng)用于需經(jīng)常進料出料的壓力容器。近年來，隨著國家重視民生、發(fā)展經(jīng)濟，像醫(yī)藥行業(yè)的滅菌器、電子行業(yè)的除泡機、建筑行業(yè)的蒸壓釜、石化行業(yè)的硫化罐、紡織行業(yè)的染色機等快開門式壓力容器逐年增加。盡管快開門式壓力容器在設(shè)計、使用、管理、檢驗等方面都有了長足的進步，但是在壓力容器事故中占比仍然高居不下。據(jù)統(tǒng)計，涉及快開門式壓力容器的安全事故約占全國壓力容器安全事故的33%，如蒸壓釜、硫化罐等大設(shè)備的事故更堪比“小型炸彈”。例如，2020 年山東濟南某建筑材料有限公司一臺蒸壓釜爆炸導(dǎo)致蒸壓釜蓋向北飛行約102 m，穿出北面廠房落地，蒸壓釜體向南移動擊穿生產(chǎn)車間、辦公用房，造成4 人死亡、3 人受傷，直接經(jīng)濟損失575 萬元。

在企業(yè)生產(chǎn)中，相比于螺栓法蘭結(jié)構(gòu)壓力容器，快開門式壓力容器能更快捷地開啟和閉合門蓋，無需逐個擰開緊固螺栓，其機電一體化的自動化操作能大福提高勞動效率，降低勞動強度，便于物料裝卸，特別適用于頻繁間歇操作的場合，只要在設(shè)計、制造、檢驗、生產(chǎn)中按照法律法規(guī)、產(chǎn)品的使用說明依規(guī)操作，就能在設(shè)備的使用壽命期間安全使用。

1 快開門式壓力容器的設(shè)計

合乎使用要求的設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)的計算書是保障快開門式壓力容器功能滿足要求、結(jié)構(gòu)合理的基礎(chǔ)。新設(shè)計的快開門式壓力容器必須附帶安全聯(lián)鎖裝置，且應(yīng)能實現(xiàn)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的功能，其必須保證：①當(dāng)快開門達到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運行；②當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門。在設(shè)計總圖上要重點注明設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)、腐蝕裕量等設(shè)計條件，壓力容器的設(shè)計使用年限（循環(huán)使用次數(shù)）、無損檢測要求、熱處理要求、安全附件配備等其他要求。

2 快開門式壓力容器的制造

在準(zhǔn)確的用材、可靠的焊接工藝評定、嚴(yán)格的質(zhì)保流程下，重點對快開門壓力容器的蓋緊部分進行把控。對于齒嚙式快開門，其采用釜齒粘合部分承受的剪切力來承受壓力載荷的封閉形式，主要應(yīng)用于蒸壓釜、硫化罐，要對齒合部分的焊接情況進行重點把控；對于壓緊式快開門，其采用鎖緊裝置施加的預(yù)緊力來抵抗內(nèi)部壓力作用在在門蓋內(nèi)表面的力來實現(xiàn)封閉的裝置，主要應(yīng)用于滅菌器、染色機，要在蓋子密封環(huán)的選材上重點把控。主要方法包括：適當(dāng)增加無損檢測比例，采用多種無損檢測方法進行焊縫檢測，不銹鋼設(shè)備在水壓試驗時，嚴(yán)格控制水中氯離子含量，避免因殘余氯離子導(dǎo)致腐蝕開裂情況，運輸過程中要做好防雨措施。

3 快開門式壓力容器的監(jiān)督檢驗

在監(jiān)督檢驗中，應(yīng)根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，逐臺審查設(shè)計文件、質(zhì)量計劃、工藝文件、過程資料，在對壓力容器安全性能有重大影響的重點項目，要現(xiàn)場監(jiān)督該項目的實施。在日常的監(jiān)檢中，很多監(jiān)檢員因監(jiān)檢數(shù)量大，應(yīng)該現(xiàn)場監(jiān)檢的耐壓試驗變成抽查，這就造成了一定程度的事故隱患。2022 年，威海市市場監(jiān)督管理局在依法檢查某醫(yī)療公司的蒸汽滅菌器時，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備未辦理使用登記，無定期檢驗記錄，現(xiàn)場操作人員無R1 操作證。在對其設(shè)備資料進行檢查時，發(fā)現(xiàn)此設(shè)備制造監(jiān)檢證書上標(biāo)明為簡單式壓力容器。在TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》附件A2.3中早已明確規(guī)定，快開門式壓力容器不在簡單壓力容器范圍內(nèi)。這表明監(jiān)檢機構(gòu)出具的監(jiān)督檢驗證書中出現(xiàn)明顯錯誤，誤導(dǎo)了設(shè)備使用方，導(dǎo)致蒸汽滅菌器從辦理使用登記，到日常的使用操作一些列連鎖錯誤，造成了一定的事故隱患。

在定期檢驗中，可針對轄區(qū)內(nèi)各快開門壓力容器的型號，制備一些常用試驗工裝，在確保安全、規(guī)范的前提下，依據(jù)如下步驟對快開門進行驗證：

（1）在設(shè)備關(guān)門前，借助多用表測量壓縮空氣分配總成中各電磁閥接線端子是否得電，一般情況下只有排放氣動閥的電磁閥是帶電的，然后將門關(guān)至預(yù)定位置，再對各電磁閥進行測量，此時只能是蒸汽入夾套的氣動閥的電磁閥帶電。因此可以得出結(jié)論，快開門只有在關(guān)閉到達預(yù)定位置后，蒸汽才能進入設(shè)備。

（2）在設(shè)備運行時，蒸汽進入設(shè)備的氣動閥的電磁閥是持續(xù)得電的，當(dāng)壓力升至工作壓力時，該電磁閥失電，測量開（閉）門電機得電情況，此時門電機不是得電的。因此可以得出結(jié)論，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部有壓力時，無法進行開門操作。

（3）將壓力表示數(shù)緩慢降至0，在降壓的過程中，持續(xù)對各電磁閥得電情況進行測量，這個過程中各電磁閥及開（閉）門電機均不得電，只有排放電磁閥得電，當(dāng)壓力降至0 位，此時開（閉）門電機才得電，正常開門。由此可以得出結(jié)論，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部壓力沒有完全排放之前，開（閉）門電機無電無法進行開門操作，只有當(dāng)壓力完全降為0 后才能正常開門。

在依法依規(guī)進行檢驗的前提下，也要根據(jù)不同的設(shè)備“區(qū)別對待”。在滅菌器、除泡機、染色機等不銹鋼設(shè)備中，要在設(shè)備停機時，開蓋檢查內(nèi)壁的腐蝕情況，對有銹蝕處要求用戶進行打磨處理，之后進行超聲波側(cè)厚。對設(shè)備內(nèi)置物架與筒體的結(jié)合部等易造成機械磨損處，進行目視檢查與滲透檢測，不允許存在裂紋。對供水設(shè)施，檢查水中氯離子監(jiān)測記錄與含量報告，氯離子含量不得超過2.5×10-5。在滅菌器的檢驗中，尤其要注意蒸汽來源，對非管道集中供蒸汽的情況還要檢查是否有滅菌器下部分的器身。該設(shè)備一般為蒸汽發(fā)生設(shè)備，也為壓力容器，要注意辦理注冊登記，建立特種設(shè)備臺賬，依法依規(guī)檢驗。

在蒸壓釜、硫化罐等相對大型設(shè)備的定期檢驗中，要檢查設(shè)備操作記錄，關(guān)注有無超壓泄放情況；對有保溫的設(shè)備選取可能有層下腐蝕的地方，拆除部分保溫檢查；開罐檢查內(nèi)壁的腐蝕情況、進料軌道與筒體的機械磨損情況；用測厚儀在設(shè)備底部、打磨處測厚；用磁粉探傷機結(jié)合熒光磁粉重點檢查蓋子與筒體的齒合部分、內(nèi)壁的T 形接頭、封頭的拼縫處；如有裂紋和不允許存在的凹坑，還需進行打磨和補焊，并結(jié)合TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進行凹坑當(dāng)量的計算，或者結(jié)合GB 150.3—2001《壓力容器 第3 部分：設(shè)計》進行壁厚校核；檢查現(xiàn)場用安全閥與設(shè)計要求是否相匹配，不得選用微啟式安全閥；在安全聯(lián)鎖的檢查中，由于工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性與逐利性，一些企業(yè)追求產(chǎn)量，為快速升壓泄壓而“改裝”快開門壓力容器，這些都是明令禁止的。

4 快開門式壓力容器非法改裝案例

圖1 所示快開門結(jié)構(gòu)在蒸壓釜中較為常見，一般操作步驟為：當(dāng)手搖減速器搖至釜齒完全嚙合后，通過轉(zhuǎn)動半月手柄至一定角度，使得與其相連的出氣球閥（機械式）關(guān)閉，并使半月板與門蓋擋塊剛好卡住，此時手搖減速器無法轉(zhuǎn)動，便可通氣。當(dāng)需打開門蓋時，通過轉(zhuǎn)動半月手柄，球閥開啟，內(nèi)部蒸汽同時從管道排放，至完全釋放，搖動手搖減速器即可打開快開門蓋。門蓋的關(guān)閉與進氣狀態(tài)無任何聯(lián)鎖，即使半月手柄不與門蓋擋塊機械卡住，仍可進氣，雖進氣同時也在排氣，但當(dāng)進氣管直徑大于排氣管直徑時壓力仍可增大，當(dāng)釜齒只嚙合1/2 時可能發(fā)生壓潰，導(dǎo)致事故。若想打開門蓋，只要將半月手柄與門蓋擋板脫離，通過轉(zhuǎn)動手搖減速器即可開啟，但這樣操作不符合開門的聯(lián)鎖要求。

圖1 手搖減速器的非法改裝

圖2 所示聯(lián)鎖裝置與上述類似，但在半月板連桿上還安裝了一副行程控制機構(gòu)，該機構(gòu)通過電線與進氣閥（進氣管上安裝的電磁閥）進行聯(lián)鎖控制，達到了釜門的開、關(guān)與后方進氣執(zhí)行機構(gòu)的安全聯(lián)鎖，但無法判斷在開門時，是否符合內(nèi)部氣體排放完全后才能開門，若僅采用排氣閥的開啟狀態(tài)來控制門是否可以打開（即只要開始排氣，就可以開門）是不夠的。

圖2 行程控制機構(gòu)的非法改裝

圖3 所示結(jié)構(gòu)通過手搖齒輪來控制釜蓋與釜體的連接。當(dāng)門蓋經(jīng)旋轉(zhuǎn)到位，釜齒完全嚙合后，通過搖動手柄使插銷插進釜蓋插孔，從而使得球閥關(guān)閉，即可通氣。門蓋與進氣閥無任何聯(lián)鎖。同理，在理論上可以人為轉(zhuǎn)動手搖齒輪使釜體插銷脫離釜蓋插孔，再通過轉(zhuǎn)動手搖減速器即可打開釜門，與內(nèi)部蒸汽是否排凈無關(guān)，因而也不符合要求。

圖3 插孔的非法改裝

如圖4 所示，為了達到釜門與進氣閥的聯(lián)鎖，使用單位進行了改造，在釜體上設(shè)置一限位感應(yīng)器，釜蓋上設(shè)置一擋板，當(dāng)門蓋完全關(guān)閉時，通過限位感應(yīng)器觸發(fā)進氣電磁閥，似乎已能滿足安全聯(lián)鎖的規(guī)定，但仔細(xì)分析，存在以下兩個問題：①當(dāng)限位感應(yīng)器面積過大時，存在一定的位差，因此無法保證門蓋的徹底關(guān)閉；②若在操作過程中，釜蓋被人為折彎（圖4c）），同樣會造成釜蓋的無法完全關(guān)閉。因此仍不符合要求。

圖4 限位器的非法改裝

快開門式壓力容器一般為承受疲勞載荷的壓力容器，每次定期檢驗時都應(yīng)檢驗結(jié)構(gòu)和幾何尺寸。在對安全附件進行檢驗中，滅菌器的安全閥一般在設(shè)備的頂部或側(cè)部，閥體直徑較小，容易忽略；染色機的安全閥多數(shù)處于連接管道上，整定壓力宜結(jié)合壓力管道與設(shè)備情況綜合確定；蒸壓釜的安全閥體積一般較大，且因蒸發(fā)釜的工作環(huán)境，安全閥銹蝕情況較重，在定期檢驗中要檢查安全閥的起跳情況，對銹蝕嚴(yán)重的安全閥要提醒用戶提高檢驗頻次。

5 快開門式壓力容器的規(guī)范使用

近年來，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的更新，壓力容器從材料、設(shè)計、制造等方面都已日趨穩(wěn)定，一些壓力容器事故的主要原因來自于生產(chǎn)中的錯誤操作。根據(jù)TSG 07—2019《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)范》的規(guī)定，快開門式壓力容器的操作人員必須持R1證上崗，作業(yè)期間要按期復(fù)審與培訓(xùn)。在對快開門式壓力容器的日常使用中，要嚴(yán)格按照特種設(shè)備使用管理規(guī)則與企業(yè)自檢流程，履行日巡檢、月度檢查。

不銹鋼滅菌器、除泡機、染色機等相對小型的設(shè)備受溫度影響大，可能儀表盤上顯示壓力為0 MPa，實際上還是打不開蓋子，這種情況企業(yè)可以配備配套的降溫設(shè)備，或者根據(jù)各自的生產(chǎn)情況，與自動聯(lián)鎖裝置的廠家溝通，出一個基于內(nèi)外溫度差而確定的安全開門壓力區(qū)間。在蒸壓釜、硫化罐的使用中，要注意在設(shè)備蓋子前方設(shè)置警示區(qū)，設(shè)備運行時警示區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁進入。在蒸壓釜的使用中，一些企業(yè)為了方便運輸材料，直接在罐底增設(shè)軌道，加之底部長時間凝水，易對軌道與筒體的角焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，使用過程中可模仿鐵軌鋪設(shè)一定量木枕，緩沖硬性的撞擊。

現(xiàn)階段快開門壓力容器的安全聯(lián)鎖一般為機電一體式，主要是依靠各電氣開關(guān)、PLC 控制來達到安全聯(lián)鎖的目的，優(yōu)點是安全可靠，既可以遠距離控制蓋子的啟閉，又可以對整個工藝過程進行精確控制，簡單直觀，對于操作人員要求不高，管理成本低；缺點是因電氣電儀件繁多，易壞件增加，加之設(shè)備的智能化程度較高，設(shè)備多為企業(yè)外購，如配備專職維修人員會增加企業(yè)成本，如無人進行專門管理，一旦出現(xiàn)故障則維修周期較長，易對生產(chǎn)造成影響。以上情況可在設(shè)備采購后，請設(shè)備廠家對設(shè)備管理人員、安全員、一線操作工人，結(jié)合使用說明書與圖紙做詳細(xì)的培訓(xùn)，結(jié)合其他企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題匯總出解決方法，對設(shè)備的易壞電器元件進行識圖教學(xué)與更換教學(xué)，必要時拍成教學(xué)小視頻。對快開門壓力容器可能出現(xiàn)的緊急問題及解決方法用企業(yè)小程序傳達至企業(yè)員工并組織定期考核。要求廠家提供周邊城市維修駐外辦事處聯(lián)系方式，以便及時解決疑難問題。

6 結(jié)束語

快開門式壓力容器用途廣泛、操作方便，在各行各業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。但因其或體積小，或壓力低，很容易在設(shè)計、制造、檢驗、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)得不到重視而釀成事故。因此，對于快開門式壓力容器，要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)程辦事，落實主體責(zé)任，預(yù)防并及時消除安全隱患。