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试谈冷库在用承压设备的定期检验
试谈冷库在用承压设备的定期检验
来源:中制冷设备网    2009-9-1
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郝敬熙

 

   摘要:本文简单介绍了压力容器、压力管道的检验标准及其缺陷和劣化地产生,分析了冷库承压设备检验中的问题,并对此提出了一些探讨性的意见。

关键词: 冷库    承压设备     定期检验     标准

19902月原国家劳动部发布了《在用压力容器检验规程》,对压力容器的定期检验开始作出了规定。后来,国家质检总局相继出台了一系列的规范、规程(参见本文文末“参考文献”)。但如何结合冷库的实际情况,贯彻这些标准,多少年来一直困扰着使用单位乃至特种设备安全监督管理部门。最近几个月我有机会接触到有关这方面的一些资料,初步阅读后颇有收获,今结合冷库的实际情况,谈一些自己的看法。

国家相关规范标准的简介              

在用压力容器和压力管道的定期检验,是由合法的检验机构和持证的检验人员,按一定的周期并通过必要的检测手段,对检验对象的物理状况、缺陷类型进行的检验。其目的是根据取得的数据,分析缺陷产生的原因,预测劣化速率和腐蚀裕量,对在用压力容器和压力管道是否能够满足工程设计和使用要求作出评估,以供使用单位制定维护和更换计划,保证压力容器和压力管道连续、安全地运行。 

国家质检总局为了贯加强对压力容器、压力管道的管理,先后发布的主要法规有《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)、《压力容器定期检验规则》(以下简称《容检规》)、《在用工业管道定期检验规程》(以下简称《管检规》)、《压力管道规范工业管道》,正在征求意见待批的还有《压力管道安全技术监察规程(工业管道)》(以下简称《管规》)。与之相关的法规很多,这里只对《容检规》、《管检规》和其它标准中有关部分作简单的综合介绍。

《容检规》和《管检规》是两部专门为压力容器、压力管道的检验而制定的标准,两者在检验种类、检验周期、检验项目、检验方法和安全状况等级评定等方面的规定,概念与内容基本相似。

一、标准、规范的适用范围:

压力容器(以下简称“容器”)是指其外部或内部承受的最大工作压力或设计压力大于0.1Mpa(表压);内直径≥0.15m容积≥0.025 m3;盛装介质为气体或液化气体或最高压力高于等于标准沸点液体的容器(本文所论的对象为固定式容器)。

压力管道(以下简称“管道”)是指最高工作压力≥0.1MPa输送介质为气体、蒸汽、液化气体、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体及可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液体;且公称直径大于25mm的管道。

(以下将“容器”和“管道”合并简称为“承压设备”)。

二、检验的种类和检验周期

1、检验的种类:容器的检验在《容检规》规定分为‘年度检查’和‘定期检验’---‘定期检验’包括‘全面检验’和‘耐压试验’; 在《容规》中规定‘定期检验分为‘外部检查’、‘内、外部检验’和‘耐压试验’。管道的检验在《管检规》和《管规》的规定相同,它分为‘在线检验’和‘全面检验’---经‘全面检验’的管道一般应进行‘压力试验’(以下统一简称为‘耐压试验’)。四个标准的检验种类虽然叫法不同,但含义、口径基本吻合。

容器的‘年度检查’每年进行一次,而管道的‘在线检验’每年至少进行一次(以下统一简称为“年度检验”)。“年度检验”是在系统装置运行条件下进行的‘在线检验’,检验工作一般由使用单位的压力容器专业人员去做,也可委托国家质检总局核准的检验检测机构去做。

容器的‘定期检验’和管道的‘全面检验’,都是指按一定的检验周期,进行的较为全面的检验(以下统一简称为“全面检验”)。这种检验是在系统停机、停产期间进行的,它属于是法定检验,而法定检验工作必须由国家质检总局核准的检验检测机构和具有资格的持证检验人员进行。

2、“全面检验”的周期:承压设备的首次检验,一般应当于投用满3年时进行。下次的“全面检验”周期,由检验机构根据首次“全面检验”结果――评定的安全状况等级而定。

当承压设备安全状况等级为12级的,一般每6年检验一次;

容器的安全状况等级为3级的,一般36年检验一次;而管道的安全状况等级为3级的,其检验周期一般不超过3年。

《容检规》和《管检规》中对“全面检验”周期还作出了适当延长(缩短)的规定。如对安全状况等级为12级并符合有关条件的容器和经使用经验和检验证明可以超出上述规定期限安全运行的管道,可以延长至9年。

对制造材料质量差或者有缺陷的、使用中发现应力腐蚀或严重局部腐蚀的、承受交变载荷可能导致疲劳失效的、使用超过20年不能保证安全使用的承压设备;停用超过2年的容器;在线检验中发现存在严重问题管道,均作出了适当缩短检验周期规定。

承压设备安全状况等级为4级的,其检验周期由检验机构确定。对其中评为4级的容器,实行监控使用,在监控使用期间,要求使用单位对缺陷进行处理,否则不得继续使用,但监控使用的时间累积不得超过3年。

三、安全状况等级的评定

对承压设备进行安全状况等级的评定非常重要,它是决定承压设备检验周期的前提。承压设备安全状况等级的评定,主要根据材质检验、结构检验、缺陷检验三个检验项目的检验结果。

承压设备安全状况等级的划分,容器在《容检规》中分为1-5级;管道《管检规》中分为1-4级。以1级为最好。

在安全状况等级的评定中,如果有下列现象,如有材质如与设计不符或材质不明、材质劣化的,结构不合理的,内、外表面有裂纹、皱褶、夹层、重皮的,有机械损伤、电弧烧灼及变形的,受腐蚀壁厚减薄的,错边量超标的,焊缝有缺陷或埋藏缺陷的,支座、支吊架异常的,附属设施损坏的和压力试验不合格的,将根据情况予以降级。

四、检验项目与方法

1、“年度检验”的检查方法以宏观检查为主。宏观检查主要检查外

观、结构及几何尺寸等是否满足容器安全使用的要求。包括对承压设备安全管理情况检查、容器本体及管道运行状况检查和安全附件检查。如有必要“年度检验”还应进行壁厚检查、壁温和腐蚀介质含量测定、电阻值测量、真空度测试等。

2、“全面检验的项目除宏观检查的内容外,还包括检查保温与隔汽层、壁厚、表面缺陷、埋藏缺陷、材质、紧固件、强度、安全附件、气密性以及其他必要的内容。

“全面检验”的方法以宏观检查、壁厚测定、表面无损检测(磁粉检测或者渗透检测)为主,必要时可以采用超声检测、射线检测、硬度测定、金相检验、化学分析或光谱分析、涡流检测、强度校核或者应力测定、声发射检测等方法。

全面检验合格或重大修理改造的的承压设备一般应进行‘耐压试验’。对停用2年以上重新投用的管道,也应进行‘耐压试验’。

七、安全附件的检验

各种安全附件(压力表、液面计、测温仪表、爆破片及安全阀等)并非承压设备的本体,它们的合格与否虽不是评定承压设备安全状况等级的依据,但对正常生产及设备的安全运行发挥着重要作用,因此,在标准中也提出了检验的要求。

八、检验报告

检验机构在检验后应及时出具报告。“年度检查的报告,可以由检验者---使用单位压力容器专业人员或由检验机构及检验人员签字;“全面检验”的检验报告必须由检验机构和检验人员签字。

 

承压设备的缺陷、劣化

承压设备在设计、制造、安装等环节稍有不当就能出现缺陷,而在使用时因要承受多种复杂的荷载和会受到介质的腐蚀而劣化,因此当超压、超载时在有缺陷的部位会有泄露与爆炸的危险。承压设备的失效总是由最薄弱的部位引起的,而其它部位无法对这个部位进行补偿,虽然它们是一个完整的系统。影响安全状况的有三个要素,即材质、缺陷和应力。如果选材不当、制造与安装上的错误和运行环境恶劣,均会产生缺陷、发生劣化和影响应力变化。

一、选材

材料的质量是保证承压设备制造质量的第一关。如果选材不当,材料内部的夹层未被发现,投入运行后,夹层可能扩张成为裂纹;板材中如存在没有被发现的缺陷,经腐蚀后就能导致泄漏。

二、制造

制造的错误包括焊接质量差、热处理不当、配合尺寸超出规定误差、内部设备安装不当、法兰或螺纹接头组件不匹配等。

不正确的焊接工艺或粗糙的焊接,可能引起未焊透、未熔合、裂纹、咬边、夹渣和气孔,导致裂纹产生;热处理不当会造成焊缝热影响区的残余应力偏高,会影响金属的物理性能,造成材料的损害,导致材料硬化在振动影响下开裂;高残余应力还可能使容器或管道在运行一段时间后出现延迟裂纹,尤其是在应力集中的容器接管周围。

制造工艺不当可以使尺寸偏差超出允许的范围,导致应力集中;而组装、安装的不正确、连接组件的不匹配或紧固不当,使通道在压力波动时移位引起渗漏或堵塞。

三、使用环境和腐蚀、冲蚀

承压设备在使用时表面都要接触的物质,无论是有机或无机组分、污水或淡水、蒸汽或空气,都可能在容器、管道表面引起劣化。劣化还可能由于冲击、高速冲刷或紊流所致。    

腐蚀是引起承压设备材质劣化的主要原因之一。按腐蚀介质划分,有大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、干燥气体腐蚀和各种酸、碱、盐的腐蚀;按腐蚀的机理划分,有化学的、电化学的、物理的或三种的综合;而且与介质中腐蚀性物质的浓度、温度、特性以及材料抗腐蚀性的程度有关。 外部腐蚀随着湿度和污染物的增加而加速,在工业区和海滨地区易最引起腐蚀。

冲蚀是指由流体在材料表面的冲刷引起的表面材料损耗,是两者相对运动而引起的破坏,在某种意义上也可以说它是腐蚀的另一种表现形式,即磨损腐蚀。典型的冲蚀多发生在出入口的接管处、节流处、弯头处、进口正对的容器壁、内部支承板、受冲击的折流板处、紊流引起高流速处。

腐蚀和冲蚀的并存,会更加速劣化的速率。

冲蚀与腐蚀的结果在外观上不同。冲蚀的特征具有光滑、光泽的表面,无冲蚀产物,金属的磨损通常在一定的区域内;而腐蚀区域通常不光滑、无光泽,它有均匀腐蚀也有非均匀腐蚀。

四、温度、压力和应力

承压设备可能因温度和压力的骤变或周期性的变化,导致裂纹、鼓胀、扭曲的产生,以至疲劳失效。在高温下金属材料的自由电子因获得外界能量活动范围扩大,使原子间的“粘结力”减少,如果使用温度超过某一允许的数值,能引起蠕变、应力松弛和热疲劳,特别是那些由具有不同膨胀系数的金属焊在一起的部位,容易产生温度疲劳。蠕变除取决于温度和应力外,主要和时间有关。而当金属位于负温时,材料因原子周围的自由电子能力和“粘结力减弱,使金属呈脆性,若低于材料的临界温度,即容易产生脆性失效。

在承压设备组成的系统内部普遍存在着应力。应力腐蚀通常是在应力与腐蚀介质共同作用下产生的,当材料拉伸应力超过某一数值时并在特定的腐蚀环境下就会会发生应力腐蚀。而由于介质的热胀冷缩、管道的位移受到约束又会产生二次应力,如果二次应力较高而且交变频繁时,金属就会出现疲劳造成应力腐蚀破坏。

其他形式的劣化,如应力腐蚀裂纹、氢腐蚀、渗碳、石墨化及晶间腐蚀,在特定环境下也能发生。
             
对冷库承压设备进行定期检验存在的问题

冷库是在特定温度和相对湿度条件下,用于保藏食品、工业原料、医药及生物制品的建筑物。其中大部分是用作贮藏新鲜食品,以延长食品的保质期,保证人们生活消费的需要。

食品冷库按温度划分,分为低温库和高温库;按使用性质划分,分为生产性冷库、分配性冷库和服务性冷库(单位自用的小库)。生产性冷库配备有较大的冻结设备,而分配性冷库的冻结能力较小。

目前,冷库制冷系统所使用的制冷工质主要有氨和氟利昂两种。由于氨具有较高的热力性能,其ODP值和GWP值均为0,对大环境没有破坏作用,是一种理想的天然制冷剂,因而被广泛地使用。 国内外大中型冷库基本上都是采用氨为制冷剂

根据《容规》和《管规》中分类、定级的标准,冷库的氨容器属于第二类压力容器,它主要有换热容器、分离容器和贮存容器三种;冷库的氨管道属于GC2级管道。因此,它们应当按照《容检规》和《管检规》规定应进行“定期检验”。“年度检验”因为是‘在线检验’,没有多大问题,而“全面检验”要求在停车、停产的前提下进行,对食品冷库来说,确实有些困难。

现在我们仅对“全面检验”的问题进行分析。以一个10000吨的分配性冷库,按0.8的利用率为例,试做以下论述:

一万吨冷库的造价约4000万元,系统内约冲灌液氨30t以上(按用冷却排管估计)。冷库的正常安全使用年限,在《冷库设计规范》中是按承重构件抗冻融循环50次数字确定的,一般为30-50年。

一、停车、停产检验存在的困难

1、《容检规》和《管检规》要求在“全面检验”时,首先必须要将承压设备盛装的介质进行置换、中和、消毒和清洗。若将氨溶于水中,排至经安全、消防、环保部门批准的贮罐、水池或水体,要产生500多吨污水,怎么处理污水是个难题。

2、   停产前需要将8000t的食品转移到其它冷库,但社会上没有那

么大的空闲库容专门等着这个用户使用--对方冷库起码得有3-5万吨的规模,才能有那么多空库位,不然就得向几个冷库分散转移,其难度更大。

3、按照《冷库设计规范》的规定,冷藏间设备是按库容量×5%=每日进货量的热负荷计算与配置的,即每天只能进(出)库400t8000×5%),我们按500t计算,转出和转回各需16天的时间。加上其它的时间(见二.1),共需两个半个月。

4、按照《冷库管理规范》的规定 ,从外库调入的冻结物高于-8

的部分,要进行“复冻”,一般分配性冷库没有那么大的冻结间,解决不了复冻问题。

 二、在经济上要付出的代价

 1、需要时间及减少收入:食品转库进出需32天;检验前、后库温缓慢地升温、降温,约需30天以上的时间;从“全面检验”的准备工作到出具检验报告估计为两周,加起来共76天。约减少收入冷藏费150万元(76*8000 t*3/-省下的电费32万元)。      

2、装卸及运输费用:8000t食品转出转进,约64万元(8000t*2*4

/t.次)。

 3、复冻费:食品在进出库及装卸、运输途中,难免升温,部分需

要复冻,按15%计算,约需14万元(8000t*2*0.15*60/t)。

 4、重新买氨冲灌需12万元(30t*4000/t)。

    5、冻融循环对冷库损害:每冻融循环一次,对冷库结构造成破坏,就是减少一年的使用寿命,等于损失80万元(4000万元÷50年=80万元/年)。

以上相加,共320万元。平均320/ (按库容吨位计算)。这是有形的损失,至于因转库使食品升温,对品质造成的影响而发生的损失,尚难以估量。付出这样大的代价,使用单位是很难以承受的。

三、冷库制冷工质在压缩循环过程中,高温高压的氨蒸汽把油蒸汽夹带着进入系统,虽然对换热器的传热效率产生不良的影响,但附着在承压设备内壁的油膜,却起到了防止金属腐蚀的作用;而且氨对黑色金属不会造成腐蚀。根据业内同行的经验,氨制冷系统的承压设备内表面(或接触氨的外表面)不会发生腐蚀,而低温库内的管道外壁常年被冰霜裹抱,基本不会氧化,也不易锈蚀。同时,在制冷系统中对制冷剂的含水量有严格的要求,故氨制冷系统的承压设备受介质腐蚀的现象并不多见。

四、氨制冷工质具有两重性。一方面,具有一定的毒性,当空气中氨蒸汽的浓度达到15-28%(107-200mg/l)时,如遇明火后则会发生爆炸;另一方面,它有强烈的臭味,稍有泄露就会刺激人的眼睛和呼吸道,引起流泪、咳嗽。正如《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》规范所讲:它“具有对泄漏自动报警的优点”。何况《冷库设计规范》要求压缩机房必须配备“氨气泄漏报警仪”,能够自动及时地发现泄漏。

对冷库如何进行全面检验的设想

如上所述,冷库氨系统的承压设备属于国家有关规范的监察管理范围,但对其进行“全面检验”又有一定的困难和实际情况。那么怎么贯彻国家有关法规呢?石化行业的一些规定、作法能否作为我们的借鉴。

200012月国家石油和化学工业局 根据美国石油学会API RP510《压力容器检验规范——维护检验、定级、修理和改造》规范,编写了我国的《压力容器检验规范---维护检验、定级、修理和改造》(SH/T6507-2000标准,旨在推荐API的某些做法及程序,改善我国检测行业的某些相关做法。20033月国家经贸委又发布了“石油工业在用压力容器检测的推荐作法”SY/T65522003,它也是根据API标准编写的。这两部法规根据石化行业的特点,对检验方法、检验周期做出了一些结合实际的规定

在石化标准中,提出了三种检验方法;即‘外部检验’、‘内部检验’和‘在线检验’或三者综合。
  1 ‘外部检验’:在压力容器的外面用直观的方法对容器进行的评估,该检验可以在正常运行中完成。
  2 ‘内部检验’:从压力容器内部以直观和无损检测法进行检查评估,该检验要在停产时完成。
  3 ‘在线检验’:从压力容器的外部用无损检测法进行的检查评估,该检验可以在系统运行中完成,也可以在停产时完成。

SH/T6507-20006.3条规定,如有下列两款所述的情况,

可以用‘在线检验’替代‘内部检验’:
  a) 由于尺寸、构造或缺少入口使得无法进入容器进行‘内部检验’时。
  b) 当容器的综合腐蚀速率不超过0.125mm/a(在线检验两次之间的金属厚度年平均损耗量)

(下面的有关检验方法,根据石化标准的概念)

具体在冷库上怎么进行检验,提出下列设想:

1、加强对承压设备经常性地外观(部)检验。在操作运行的时,主要检查承压设备有无振动、摩擦、泄漏,并进一步查明原因,确定是否产生缺陷和劣化,以便及时采取维修措施。《管规》要求:操作人员每个工作班至少进行一次巡回检查;车间管理人员每周至少进行一次巡回检查;单位安全管理人员每月至少应当进行一次经常性检查。

2、 选择生产淡季,在承压设备可以间歇运行期间进行‘年度检验’。‘年度检验’主要是‘外部检验’,如本文第一部分所介绍的以宏观检查为主,必要时使用超声波或射线法作测厚检查。

对承压设备表面的外观检验,主要是看有无泄漏、裂纹、变形、膨胀、腐蚀和涂层的损坏。

外部的检查工作还应包括梯子、工作平台、基座、钢支承物等 ,如有沉降应检查接管和相邻的器壁是否有变形。

3、“全面检验”:根据《容规》第46条第4款规定制冷装置用压力容器不开设检查孔,而且氨对黑色金属不会造成腐蚀,因此冷库的容器,存在着像石化标准所述的两种情况,可以用‘在线检验’替代‘内部检验’,并使用适当的无损检测方法对焊缝进行探伤和测量壁厚。

4 对在运行中承压设备进行外观检验的时间间隔,取决于被检设

备的使用条件和前一次的检验情况。“全面检验”的间隔时间,《容检规》和《管检规》基础上,参照石化标准的作法,由业主根据承压设备的危险级别和综合腐蚀速率确定,根据生产情况安排在线检验的时间,并报监管部门的同意。

5、冷库如果由于机械设备或其他的特殊原因需要停产一段时间,应当抓住机会进行一次“全面检验”,并根据停产时间的长短,决定检验的内容与深度。

6、对冷库具体承压设备的‘在线检验’的重点与方法:

a)卧式冷凝器、卧式蒸发器、卧式油冷却器和立式冷凝器都属于壳管式换热器即管板式换热器。在这类换热器中,流体进端的管板与管束被流速为0.8-1.2/s的冷却水或0.75-2m/s的载冷剂所冲蚀,在卧式换热器另一端的管板与管束,又接受着被加热后的流体反方向的侵蚀(在以水为介质的装置中,最大的腐蚀发生在水温最高处)因此壳管式换热器两端都会发生腐蚀立式冷凝器同时还接受大气的腐蚀,对它的上端最容易发现的部位,应当经常进行检查。

b)高压部分的承压设备承受应力较高而且多在室外,应作为检验的重点。首先通过外观检查,看是否有因为超压及腐蚀、冲蚀等原因,出现剥落、凸起、变形、锈蚀等劣化现象,以便为是否需要进行其他形式的深入检验提供有价值的线索。检查的部位着重是容器的封头、焊缝、接管和管道的弯头处,因为裂纹最易发生在容器形状突变处、管道焊缝有残余应力的附近,特别是应力集中的地方。

蒸发式冷凝器使用条件恶劣,经常受到水与大气的侵蚀,也应加强检查,但因其管径小于25mm,不属于标准的监察范围(冷风机 同)。

c)低压承压设备主要是指库外包有绝热层的分离器、排液桶和管道部分。当发现绝热层有冷凝水时,可将其切开一小块,查看有无腐蚀,如果发现缺损,则须在其附近扩大检查的范围,使用超声波或射线法对以上疑点和关键部位做焊缝探伤和测厚检查,以确定母材是否劣化及劣化的程度。如果绝热层合格,特别是隔汽层做好的,最好不要这样做,以免破坏隔汽层,给以后留下隐患。

低压部分检查的部位与高压部分相似。

用热氨融霜时,在排液桶(或低压循环桶)、分配站和拐弯处要承受突变的高压、高速流体的冲击,如果设计、安装不当,还可能产生液(汽)锤,其应力具有较大的破坏性,因此它们应作为检查的重点。

d)盐水是常用的一种载冷剂,它对金属有强烈的腐蚀性,腐蚀的程度与其中的含氧量有关。对于长期浸泡在盐水中的设备如立式螺旋管蒸发器、制冰设备等,应于每年淡季停产检查保养,如发现泄露应查出缺损及时修补。

e)检验手段:从事冷库操作和管理的人员都有经验,如果稍有漏氨不需要任何仪器检测就能嗅到,即使小于1ppm的浓度的泄露,也能用酚酞试纸查出。当然也可以借助湿性或干性的磁粉、超声波或声波发射等方法检查裂纹、分析缺陷的位置。这些检验方法在行业标准《无损检测》(JB/4730-2005)中有详细的介绍,本文不作赘述。

承压设备的检验是涉及生产安全的一项重要的工作,应当引起使用单位的重视。作者仅以一点肤浅的知识,提出以上不成熟的意见,愿与大家共同研讨,不妥之处祈盼诸位予以指正。

 

 

 

参考文献:

《特种设备安全监察条例 国务院373#令

《压力容器安全技术监察规程》 国家技术监督局   质技监局锅字(1999134#文

《压力管道安全技术监察规程--(工业管道)》(征求意见稿)ZSG DZ001--2007

《压力容器定期检验规则 》    TSG R7001-2004-11-4

《压力容器定期检验规则》释义

《在用工业管道定期检验规程》 国家质检总局 国质检锅字(2003104#文

《压力容器检验规范--维护检验、定级、修理和改造》 SY/T65072000

《石油工业在用压力容器检验的推荐作法》  SY/T65522003

《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》    GB 9237--2001

《无损检测》   JB/4730-2005

《压力管道规范工业管道》  GB/T20801-2006

《冷库设计规范》  GB50072-2001

《食品工业制冷安全技术 》 边增林  张维秋 编著       中国轻工业出版社

 

《压力管道技术》(第二版)   岳进才 编著        中国石化出版社

 

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游客
游客 2010-12-24 10:33:27  

冷库设备,比如铝排管的承受压力去哪检测?我这里是江苏无锡,谁知道的话请转告:0510-86317816,万分感谢!

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