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关于超过设计使用年限的压力容器检验问题的探讨

刘新尚

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院驻马店分院，河南驻马店463000）

摘要：达到设计使用年限的压力容器，如果继续使用可能会面临安全隐患，简单粗暴的对设备进行拆除更换，虽能降低安全隐患，但是技术改造需要投入不少资金，给企业带来巨大的经济压力。通过检验检测能够科学、经济有效的解决企业是更换超期设备还是继续使用的两难困境问题。

主题词：超设计使用年限容器检验

中图分类号：TH49 文献标识码：B

Discussion on Inspection of Pressure Vessels Over Designed Service Life

Liu Xinshang

Zhumadian Branch of The Boiler and Pressure Vessel Safety

Inspection Institute of Henan Province

City of Zhumadian,Henan Province,463000

Abstract: Pressure vessels with designed service life may face potential safety hazards if they continue to be used. Simple and crude removal and replacement of equipment can reduce potential safety hazards, but technological transformation requires a lot of investment, which brings enormous economic pressure to enterprises. Through inspection and testing, we can solve the dilemma of replacing overdue equipment or continuing to use scientifically, economically and effectively.

Keywords: over designed service life, pressure vessels, inspection

1、引言

TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》中就规定，压力容器设计时必须标明设计使用年限或循环次数（针对按疲劳分析设计的压力容器）。之前未规定设计使用年限的，一旦实际使用年限超过20年，视为其超过设计使用年限。一般情况下达到设计使用年限的压力容器，应当报废注销。但实际上有些设计人员为了规避风险，往往把设计使用年限定的很短，笔者见过设计使用年限为4年或5年的压力容器。这样在实际使用中对使用单位尤其是化工企业的正常运行带来很大的不便。设备运行超过使用年限，经检验仍能满足运行条件，如果简单地一刀切全部报废，给国家人、材、物会带来很大浪费。实际上许多压力容器在设计上具有超过法规标准规定的安全裕度，有继续使用的可能性。TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》就规定超过设计使用年限或未规定设计使用年限但使用超过20年的压力容器，使用单位可以委托相应的特种设备检验机构进行检验，符合要求的可以经使用单位负责人批准，办理使用登记变更，设备就可以投入使用。现就对超设计使用年限的压力容器怎样检验的问题进行探讨。

2、设计使用年限问题

设计使用年限，一般是压力容器设计单位根据使用单位提供的工作压力、工作温度、工作介质、设备功能和大致结构尺寸，按照一定的设计准则考虑到各种载荷和预期的腐蚀情况，来选材和设定设计使用年限。在设定使用年限时，设计单位有时与使用单位沟通，大多数情况下是由设计单位自行确定。设计使用年限不代表该台设备就能使用那么长时间，应依照设备的使用状况和自身情况，并结合使用单位的维保情况和管理措施，来判定设备能不能继续使用。压力容器最终能用多长时间，不是一成不变的，是受介质、冲刷等因素综合影决定的。有些压力容器可能运行不到设计使用年限，就不能安全使用了。对于达到设计使用年限的，可以采用更有针对性和全面的检验，来判定其是否能继续使用。

3、超过设计使用年限压力容器的检验

对超过设计使用年限的压力容器进行的检验，不属于定期检验，应是委托检验。使用单位应当与检验机构签订委托检验技术协议，通过检验后确定压力容器失效风险、剩余寿命预测。压力容器达到设计使用年限继续使用时，使用单位应当持原《使用登记证》、检验或者安全评估合格报告、继续使用期间的监控措施、特种设备安全关负责人同意和主要负责人批准的申请，办理使用登记变更后，才能继续使用。

超过设计使用年限的压力容器，能够继续使用应当满足的安全条件：材质无劣化、剩余厚度满足使用工况要求、经无损检测其存在缺陷在标准范围内、容器强度满足使用要求。具体检验检测工作应从以下几个方面来着手：

3.1审查资料

审查其生产阶段原始资料，这包括设计图纸、强度计算书、整套产品制造质量证明书、安装竣工资料、重大维修和改造竣工资料（如果有）；运行阶段资料，包括定期检验报告和年度检查报告、安全阀校验报告（如果有）和日常巡检和维保记录。

3.2分析可能产生的损伤模式

压力容器的损伤发生于设备生产阶段和运行阶段。压力容器部件在冶炼、浇注、轧制或锻造阶段，在表面或内部可能产生气孔、夹渣、折叠、未熔合或裂纹等原始缺陷。而在压力容器制造阶段，进行卷制、旋压、机加工、焊接和热处理的过程中，可能会产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等制造缺陷。压力容器运行过程中，会发生腐蚀、局部冲刷，厚度减薄；应力腐蚀；材质裂化；有时是一种形式的损伤，而有时则是兼有以上一种或几种损伤模式，对此应综合立体分析。下面重点讲一下，在压力容器使用过程中可能可能产生的各种损失模式。

3.2.1腐蚀减薄

腐蚀减薄是在对该压力容器材料有腐蚀性的介质作用下，发生大面积的均匀腐蚀或局部腐蚀。如钢板在盐酸、硫酸、有机酸等酸性介质作用下发生的酸性腐蚀，在氢氧化钠或碱性盐作用下产生的碱性腐蚀，大气腐蚀，酸性水腐蚀等。有些情况介质浓度不高，并不足以产生较快腐蚀，但因为流动死角、蒸发结晶、排污或疏水不及时、长期停用容器内部积水而未采取防腐保养措施等原因，容易在局部形成介质浓缩区域，产生局部腐蚀。另外常温压力容器隔热层破损处，由于下雨、贴近潮湿地面、邻近冷凝塔等装置或靠近海洋，容易潮湿发生隔热层下电化学腐蚀，低温容器外表面隔热层破损处会凝结水珠（雾）或结霜，也会产生局部腐蚀，对此检验时应当注意。压力容器有些腐蚀介质成分较为复杂，为各种介质的混合物，在一种或多种介质的共同作用下产生腐蚀；有些介质在有水情况下产生腐蚀，无水参与时对材料不产生腐蚀，而有些介质在无水情况下，腐蚀材料，在有水情况下对材料并不腐蚀，比如 NH4 CI腐蚀；有些介质的腐蚀性则与环境当中氧气浓度有关，比如 NH4 CO2 NH2腐蚀，氧气在一定浓度时腐蚀较慢，而在含氧量过高或过低时则会腐蚀速率加快，对此应具体情况具体分析。

3.2.2应力腐蚀

应力腐蚀是在腐蚀介质（压力容器材料对该介质应力腐蚀敏感）的作用下，在应力集中部位可能会产生应力腐蚀，产生应力腐蚀裂纹。裂纹对于压力容器而言，破坏性很强，而有些应力腐蚀裂纹，很细微，需要严格按照表面无损检测工艺操作时才能发现。有些应力腐蚀，发生的速度很慢，而有些发生的很快，如连多硫酸应力腐蚀，在数小时甚至几分钟内便会发生应力腐蚀，迅速扩展。大部分应力腐蚀开裂发生在设备运行过程中，而连多硫酸应力腐蚀则发生在停工期间，对此应特别注意。发生应力腐蚀的材料与介质是一一对应的，某些材料对一种介质应力腐蚀敏感，而有些材料则不敏感。另外介质浓度对应力腐蚀有较大影响，一般介质浓度越高，在一定应力作用下腐蚀越强。含水量对应力腐蚀也有较大作用，如 NH3应力腐蚀，在含水的质量分数[0.005%或]0.2%时，一般对碳钢材料不发生应力腐蚀，但超过这个范围则会发生应力腐蚀。还有温度的影响，大多数情况下，温度愈高，应力腐蚀愈强，但对于氢脆，当金属壁温]82℃时，一般不会发生应力腐蚀。另外对于压力容器材料和焊接接头，硬度越高，越有可能发生应力腐蚀或应力腐蚀越严重。

3.2.3材质劣化

材质劣化一般是在运行过程中尤其是长时间运行后，材料金相组织和力学性能发生改变。一些长期服役于高温环境的压力容器，金相组织会发生球化等，而一些压力容器工作温度并不高，但有时会在局部区域形成“热点”，产生超温，比如一些反应器，因工艺操作不当，会发生类似情况。材质劣化的形式是多种多样的，不同材料发生材质劣化的倾向或严重程度是不同的，比如碳钢和不锈钢在同样的运行工况下则会呈现不同的劣化倾向。

3.2.4冲刷

压力容器容易在筒体变径部位、进出口接管及介质进口直接冲刷设备本体部位、液位经常改变波动部位，发生冲刷磨损。冲刷区域一般会形成沟槽、波纹状形貌、坑等。冲刷介质相态可以是气体，可以是液体，也可以是气液或气固混合物。

3.3确定检验的项目、内容、方法

根据压力容器常见的损伤模式，结合设备具体工作压力、工作温度、介质、使用环境、结构型式，采取有效的检验项目，运用有针对性的检验方法，发现可能存在的缺陷。压力容器检验项目主要有：宏观检验、壁厚测定、表面无损检测和安全附件检验，必要时进行硬度测定、金相分析、埋藏缺陷检测、耐压试验和泄漏性试验。宏观检验结合壁厚测定一般可以判断压力容器是否腐蚀减薄和冲刷；宏观检验加表面无损检测一般可以发现裂纹和应力腐蚀裂纹，判定设备是否发生应力腐蚀和材质劣化。

超过年限的压力容器一般经过一个或几个周期的定期检验，在宏观检验时主要检验容器内外表面有无锈蚀、腐蚀坑、裂纹、机械接触损伤、工卡具焊迹、焊接时在容器本体随意引弧或接地灼伤、鼓包变形、法兰或螺纹密封面有无泄漏痕迹，一些盛有易燃易爆介质的压力容器法兰连接处跨接导线有无缺失，有无补焊或挖补区域，隔热层有无破损，疏水、排污装置和泄漏孔有无堵塞。宏观检验项目在压力容器检验中是很重要的，而这往往容易被忽略。在压力容器内部进行检验是，可以使灯光紧贴并平行于内壁，以便发现潜在缺陷。

厚度测量时，首先应分析介质流向和可能冲刷部位，查找可能产生腐蚀的部位，进行重点测量。

表面无损检测，应制定工艺规程或工艺卡卡，检测前用试片进行试验，严格按照工艺步骤进行。对压力容器表面所有焊缝均应进行100%磁粉检测(MT）或液体渗透检测(PT)。

埋藏缺陷检测，主要使用超声或者射线检测。根据历次全面检验情况，结合表面检测发现的缺陷，应进行50%的超声或者射线抽查。

硬度测定，对焊缝及焊缝热影响区、容器表面、修理补焊或挖补区域、腐蚀减薄部位、应力集中部位、高温区域等部位进行硬度测定，当硬度有异常或对材质有怀疑时，应进行金相检测，判定材质是否劣化。

耐压试验，对压力容器全面检验合格后经应力校核，进行耐压试验。

3.4检验重点

检验时应结合日常巡检记录和年度或月度检查报告，重点检查曾经泄漏过的部位有无异常或泄漏痕迹，对于振动较大部位（如压缩机组中压力容器的接管角接接头），结构不连续部位、应力集中部位域，应重点进行宏观检验并进行表面无损检测，碳钢材质用磁粉检测，不锈钢材质一般用渗透检测，当在内表面进行表面无损检测时，应优先选用检出能力和效果更好的荧光检测（应制定荧光检测工艺并严格执行）。对补焊区域和电弧损伤区，应打磨光滑过渡，并进行表面无损检测。

对于隔热层破损区域，检验是否有潮湿环境，有无腐蚀并进行测厚。对于容器内部可能有积水的区域（如设备底部），从表面进行宏观检验，如果从内表面无法进行时，可以从外表面相对应部位进行壁厚测定。

当压力容器内部有转动部件时，应仔细检验内件对压力容器内壁有无机械摩擦，并对可能磨损区域进行有针对性的厚度检测。

对于设备内壁有衬里或使用爆炸复合板的压力容器，应从内壁检验是否有腐蚀并进行厚度测量，测量时应调节测厚仪至材料声速。

对有泄漏孔的压力容器，应检验泄漏孔有无泄漏痕迹。

装有安全阀的压力容器，应检验安全阀是否在校验有效期内。装有爆破片的压力容器，应检验爆破片有无超过使用期限。装有安全联锁装置的快开门式压力容器，应检验联锁装置功能是否完好。

3.5确定剩余使用年限和下次检验周期

可按照 TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，根据检验情况，确定安全状况等级，做出是否符合要求的结论。如果符合要求，应依据现行规程，结合使用单位的综合管理能力和应急水平，参考使用单位意见，确定下次委托检验日期。

压力容器的安全仅由检验是不能保证的，检验周期只是依照安全技术性规范的要求，做出的一个期限，是对设备安全运行周期的一个预估。对于超过设计使用年限的压力容器，在此委托检验周期内，应加强巡检，做好年度检查，加强常规的维修保养工作。

4、影响压力容器寿命评价的原因

4.1剩余寿命可计算得出。对于介质稳定，其他运行条件和维保管理都正常的情况下，可以参照腐蚀余量，确定剩余寿命。

4.2剩余寿命不能计算得出。对于一些发生应力腐蚀，材质劣化等压力容器，其损伤扩展速度不易或不能从经验公式中计算得出，对此应选择有资质的单位进行和于使用评价，如达不到评价合格条件，应进行修理，消除缺陷。

4.3剩求寿命为零。应力容器出现严重缺陷，危害安全运行，必须进行修理或更换。

5、小结

超过设计使用年限的压力容器，通过科学检验检测确定其剩余寿命，为使用单位报废还是继续使用该台设备提供了决策依据。对超过设计使用年限的压力容器提前采取必要的管理措施，减少事故发生起着重要作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG 21—2016固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京：新华出版社，2016.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG R7001—2013压力容器定期检验规则[S].北京：新华出版社，2013.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG 08—2017特种设备使用管理规则[S].北京：新华出版社，2017.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T30579-2014承压设备损伤模式识别[S].北京：中国标准出版社，2014.

[5]中华人民共和国能源局.NB/T4017.1-47013.6-2015承压设备无损检测[S].北京：新华出版社，2015.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 150.1-150.4-2011压力容器[S].北京：中国标准出版社，2011.