多晶硅工廠壓力容器利用風險評估法進行檢驗的特點
2014-04-21 21:51:32李涌
新媒體研究 2014年5期
摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發達國家廣泛應用在石油化工行業，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內一些多晶硅企業也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。
關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法
中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02
風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數據庫，部分調整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內高校與研究機構引入國內，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產的正常進行和檢驗成本的下降，配合當地質量監督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。
1 風險評估法介紹
1.1 風險評估法的風險定義
在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據計算結果和生產可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環境破壞、生產中斷和設備維修費等幾個方面。
1.2 風險評估法的常用檢驗方法
采用的檢驗方法通常是根據設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發射等檢測方法。
2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況
2.1 工廠概況
某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產工藝的年產3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產，產品質量穩定在太陽能2級以上。目前廠內大多數壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規則》要求即將開展定期檢驗工作。
2.2 定期檢驗帶來的問題
1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發性慢的特性，從而對常規檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。
2）對產品質量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產生影響，從而使多晶硅產品的純度造成影響，最終使產品質量發生波動和下降。
3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規檢驗需要在其內部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。
4）檢驗周期較長。由于物料的揮發性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。
5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業的間接成本極劇增加。
3 風險評估法在多晶硅采用的特點
3.1 采取的方法
某多晶硅工廠采用聲發射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。
本次評估聲發射的實驗對象是罐區的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。
經過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發射檢測，根據我公司球罐的工作壓力及聲發射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。
圖1 球罐聲發射探頭布置示意圖
圖2 球罐聲發射加壓程序
加壓介質采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環，依據照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環的最高壓力為0.485 MPa。
3.2 受評壓力容器存在的風險特點
1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內部主要介質為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內對大多數常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。
2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發生在TCS合成工段含硅粉介質的設備、管道、閥門中。
3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現為保溫層下局部減薄，表現形式主要是工業大氣環境中的腐蝕性介質（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發，雨水或是大氣環境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產生氯化物應力腐蝕開裂。
4）循環水腐蝕。循環水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質為循環冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發現21臺發生了換熱管腐蝕穿透的情況。
4 結論
目前國內開始興起的風險評估法代替常規定期檢驗，由于其擁有安全、經濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業應用前景廣泛，具有較高推廣價值。
參考文獻
[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監察規程[S].
[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規則[S].
[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].
作者簡介
李涌（1970-），男，機械高級工程師，現供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint
摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發達國家廣泛應用在石油化工行業，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內一些多晶硅企業也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。
關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法
中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02
風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數據庫，部分調整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內高校與研究機構引入國內，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產的正常進行和檢驗成本的下降，配合當地質量監督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。
1 風險評估法介紹
1.1 風險評估法的風險定義
在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據計算結果和生產可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環境破壞、生產中斷和設備維修費等幾個方面。
1.2 風險評估法的常用檢驗方法
采用的檢驗方法通常是根據設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發射等檢測方法。
2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況
2.1 工廠概況
某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產工藝的年產3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產，產品質量穩定在太陽能2級以上。目前廠內大多數壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規則》要求即將開展定期檢驗工作。
2.2 定期檢驗帶來的問題
1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發性慢的特性，從而對常規檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。
2）對產品質量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產生影響，從而使多晶硅產品的純度造成影響，最終使產品質量發生波動和下降。
3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規檢驗需要在其內部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。
4）檢驗周期較長。由于物料的揮發性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。
5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業的間接成本極劇增加。
3 風險評估法在多晶硅采用的特點
3.1 采取的方法
某多晶硅工廠采用聲發射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。
本次評估聲發射的實驗對象是罐區的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。
經過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發射檢測，根據我公司球罐的工作壓力及聲發射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。
圖1 球罐聲發射探頭布置示意圖
圖2 球罐聲發射加壓程序
加壓介質采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環，依據照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環的最高壓力為0.485 MPa。
3.2 受評壓力容器存在的風險特點
1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內部主要介質為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內對大多數常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。
2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發生在TCS合成工段含硅粉介質的設備、管道、閥門中。
3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現為保溫層下局部減薄，表現形式主要是工業大氣環境中的腐蝕性介質（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發，雨水或是大氣環境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產生氯化物應力腐蝕開裂。
4）循環水腐蝕。循環水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質為循環冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發現21臺發生了換熱管腐蝕穿透的情況。
4 結論
目前國內開始興起的風險評估法代替常規定期檢驗，由于其擁有安全、經濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業應用前景廣泛，具有較高推廣價值。
參考文獻
[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監察規程[S].
[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規則[S].
[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].
作者簡介
李涌（1970-），男，機械高級工程師，現供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint
摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發達國家廣泛應用在石油化工行業，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內一些多晶硅企業也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。
關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法
中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02
風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數據庫，部分調整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內高校與研究機構引入國內，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產的正常進行和檢驗成本的下降，配合當地質量監督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。
1 風險評估法介紹
1.1 風險評估法的風險定義
在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據計算結果和生產可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環境破壞、生產中斷和設備維修費等幾個方面。
1.2 風險評估法的常用檢驗方法
采用的檢驗方法通常是根據設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發射等檢測方法。
2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況
2.1 工廠概況
某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產工藝的年產3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產，產品質量穩定在太陽能2級以上。目前廠內大多數壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規則》要求即將開展定期檢驗工作。
2.2 定期檢驗帶來的問題
1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發性慢的特性，從而對常規檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。
2）對產品質量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產生影響，從而使多晶硅產品的純度造成影響，最終使產品質量發生波動和下降。
3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規檢驗需要在其內部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。
4）檢驗周期較長。由于物料的揮發性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。
5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業的間接成本極劇增加。
3 風險評估法在多晶硅采用的特點
3.1 采取的方法
某多晶硅工廠采用聲發射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。
本次評估聲發射的實驗對象是罐區的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。
經過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發射檢測，根據我公司球罐的工作壓力及聲發射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。
圖1 球罐聲發射探頭布置示意圖
圖2 球罐聲發射加壓程序
加壓介質采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環，依據照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環的最高壓力為0.485 MPa。
3.2 受評壓力容器存在的風險特點
1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內部主要介質為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內對大多數常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。
2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發生在TCS合成工段含硅粉介質的設備、管道、閥門中。
3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現為保溫層下局部減薄，表現形式主要是工業大氣環境中的腐蝕性介質（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發，雨水或是大氣環境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產生氯化物應力腐蝕開裂。
4）循環水腐蝕。循環水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質為循環冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發現21臺發生了換熱管腐蝕穿透的情況。
4 結論
目前國內開始興起的風險評估法代替常規定期檢驗，由于其擁有安全、經濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業應用前景廣泛，具有較高推廣價值。
參考文獻
[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監察規程[S].
[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規則[S].
[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].
作者簡介
李涌（1970-），男，機械高級工程師，現供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint
