氨制冷系統中的壓力容器在線檢驗的風險分析及控制

摘 要：文章針對氨制冷系統中壓力容器定期檢驗中的磁粉檢測、聲發射檢測、材質分析、高空作業等檢驗檢測項目實施過程的風險進行分析，并針對存在的安全風險提出一些控制措施。

關鍵詞：氨制冷；在線檢驗；風險控制

1 氨制冷系統的概況

由于液氨具有良好的熱力學性能和對大氣層無任何不良效應、價格低廉，被全球制冷行業作為制冷劑廣泛應用于生產制冷系統。如：農、畜、肉、水產品、果蔬等食品加工、儲藏；化工；核電；水利水電建設等，特別是在為保證易腐食品品質而建設的大中型冷庫中應用最為普遍（全球約80%的大型冷庫應用氨制冷系統）。

以廣州市為例，廣州市截止2015年在用注冊登記涉氨的在用壓力容器共有64家企業842臺壓力容器，主要涉及食品倉儲冷庫、食品加工企業、化工企業。其中投用超過10年的壓力容器有332臺，占總數的39.42%；投用超過20年的有89臺，占總數的10.57%。廣州市涉氨的制冷壓力容器的總體情況是總數較多，老舊設備占比較大，總體的風險系數較高。

2 氨制冷系統中壓力容器的檢驗風險及控制

檢驗是壓力容器安全管理的重要環節。壓力容器檢驗的目的就是防止壓力容器發生失效事故，特別是預防危害最嚴重的破裂事故發生。因此，壓力容器檢驗的實質就是失效的預測和預防[1]。

氨制冷裝置中壓力容器主要包括冷凝器、貯氨器、低壓循環貯氨器、氨液分離器、中間冷卻器、集油器、油分離器等。

2.1 在線檢驗與停機檢驗

由于氨制冷系統的特點是一年四季都處于運行狀態，而且停機狀態下要對壓力容器進行內部檢驗必須排空容器中的氨液也是比較難以實現的，因此停機檢驗將給用戶帶來非常大的經濟損失。所以停機檢驗一般是在有備用系統或者企業停產狀態下才可以實現。根據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》對小型制冷裝置中壓力容器定期檢驗專項要求小型制冷裝置中壓力容器的定期檢驗可以在系統不停機的狀態下進行。

在線檢驗實現了在不停產狀態下對壓力容器進行檢驗檢測，但是相比停機檢驗的安全風險將大大提高，主要表現在在線檢驗是在壓力容器帶壓運行的狀態下進行的，如果檢驗檢測過程中不加強管理，疏忽大意，不采取有效的防護措施或者操作不當，不僅可能對在運行中的設備帶來不利影響，甚至可能導致氨泄漏及設備破裂等的嚴重后果。危及到檢驗檢測人員的人身安全，而且檢驗檢測機構和檢驗檢測人員將要承擔由此帶來的法律責任和風險責任。

2.2 磁粉檢測

磁粉檢測一般用于檢測鐵磁性材料的表面或近表面的缺陷，由于不連續的磁痕堆集于被檢測表面上，所以能直觀地顯示出不連續的形狀、位置和尺寸，并可大致確定其性質。

根據JB4730-2005《承壓設備無損檢測》，被檢工件表面涂層厚度超過0.05mm時（氨制冷壓力容器需按相關要求噴涂相應顏色的防腐油漆，因此一般涂層厚度都超過0.05mm），必須采取表面打磨去除涂層且要求表面粗糙度Ra≤25μm[2]。

因此磁粉檢測過程中的安全風險主要有：首先在線外表面焊縫打磨屬于受限空間作業，涉電、動火的施工（氨在常溫下不易燃燒，加熱至350℃時，分解為氮和氫氣，氫氣與空氣中的氧氣混合后會發生爆炸。與空氣混合的體積分數在11%-14%時即可燃燒。在16%-25%時遇明火可能爆炸。），同時又涉及登高作業（液冷螺桿式壓縮機系統中的熱虹吸罐一般設置在較高位置），安全風險極大，極易發生漏電、打磨砂輪的機械傷害等；其次打磨時容易有過度打磨現象，人為的產生設備壁厚減薄，不僅影響設備使用壽命，并也可能導致壁厚強度不能滿足要求，設備破裂的嚴重后果。

風險控制措施：落實好人員分工配置，明確現場每個人的職責；與使用單位負責人溝通，了解現場情況，并按照使用單位的相關要求辦理受限空間作業、動火作業及登高作業手續。并且作業現場應配備相關安全防護用品及制定應急措施。

2.3 聲發射檢測

采用聲發射檢測技術檢驗制冷壓力容器，制冷機無需停車，只需在檢驗過程中對操作壓力做20%的調整，時間不超過1 小時；保溫層無需拆除，只需在保溫層上挖φ100～200mm 的孔；整個檢驗過程不超過一個工作日，基本不影響冷庫的正常運行[3]。

從聲發射源發射的彈性波最終傳播到達材料的表面，引起可以用聲發射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機械振動轉換為電信號，然后再被放大、處理和記錄。聲發射檢測的原理如圖1所示。

因此聲發射檢測的安全風險主要有： 首先聲發射檢測需要在壓力容器表面布置探頭，同磁粉檢測一樣涉及到了在線表面打磨的安全風險；其次根據聲發射檢測過程中，需要在工作壓力下緩慢升壓，在工作壓力的1.1倍時保壓20min到30min然后再緩慢恢復其工作壓力，見圖2。由于升壓是在設備正常工作狀態下人為將工作壓力提升，在此過程將帶來一些影響安全的因素，一是升壓過程中如操作失誤可能導致設備運行時壓力失去控制；二是升壓過程可能導致壓力容器上的安全閥起跳泄壓、法蘭密封面、儀器儀表可能失效的風險進而導致設備失控氨液泄漏；另外一些設備如果壁厚腐蝕減薄嚴重或者打磨過程中人為減薄壁厚嚴重，在升壓過程中壓力增加導致壁厚強度不能滿足要求，同樣有可能導致強度失效破裂。

風險控制措施：升壓應是緩慢線性的過程，所以操作升壓的人員應該由平常設備操作人員或者對設備熟悉的人員進行，同時該人員應該具備特種設備作業人員證；安全閥應該經過有資質的單位進行校驗合格，并且整定壓力應大于聲發射檢測中要求保持的最高壓力。確保安全閥排放口有收集裝置避免直接排空（一般利用氨極易溶于水的特性，設置水槽收集氨氣）；升壓前應首先進行壁厚測定（每個探頭布置點處打磨后應壁厚測定），并根據最小壁厚進行壁厚的強度校核，氨制冷系統中壓力容器常見的型式為橢圓封頭及圓筒強度校核計算方法及公式具體如下：

公式中的參數根據GB150-2011《壓力容器》選取[4]。

2.4 材質分析

根據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》第二十八條及附件C[5]，對材質不明的設備應查明。材質的化學成分分析的方法主要包括化學分析以及光譜分析，因化學分析需采樣破壞設備本體，因此壓力容器的定期檢驗中對材質的分析一般采用便攜式X射線光譜分析儀檢測。

雖然X射線相比放射源的安全性高很多，但是X射線如操作不當同樣會對人體產生巨大傷害，因此采用便攜式X射線光譜分析儀進行材質分析時的安全風險極高。具體在現場檢測過程中的風險控制措施為：首先儀器操作人員應具備射線檢測的相關知識，最好具有專業射線檢測資格證；其次是檢測過程避免儀器探頭不能對著身體任何部位，同時應疏散人員至安全地帶；再有就是儀器應進行嚴格保管，防止被人誤操作。

2.5 高空作業

凡在墜落高度基準面2米以上有可能墜落的高處進行作業均稱為高空作業。在前文的磁粉檢測提到的虹吸罐的檢驗中一般都屬于高空作業。在氨制冷系統的設備車間空間狹小，要搭設專用的檢驗專用棚架比較困難。更多的企業只能提供梯子等其他簡易登高設備，所以給我們檢驗人員的高空作業帶來了更大的風險。

在有限的條件下，為了更好的控制風險，檢驗實施前應針對現場設備布置情況和周圍環境制定細致的方案并要求檢驗人員嚴格執行。做到高空作業必須戴好安全帽和佩戴安全帶，安全帶必須系掛在施工作業處上方的牢固構件上，不得系掛在有尖銳棱角的部位。禁止穿硬底和帶釘易滑鞋。

3 結束語

隨著我國經濟不斷發展，在工業方面也取得很大的進展，特種設備的數量也是逐年的增加。但是在快速發展的過程中特種設備事故也是不斷發生。組織檢驗檢測人員對專題事故案例進行學習和原因分析，運用案例，以案釋法，以法論事，從事故中吸取經驗教訓，提高檢驗檢測人員對檢驗安全防范的理解和認識，切實保障檢驗檢測人員在檢驗檢測工作中的安全。壓力容器檢驗檢測安全是實施其檢驗檢測工作的基礎，我們一定要執行安全制度，杜絕不講科學，違章蠻干行為，特別在對煤化工、氯堿氨、煉化等介質危險性較大的壓力容器檢驗檢測時，更要注重安全勞保防護、檢驗檢測儀器設備可靠、周圍環境安全，做到安全檢驗，文明作業，確保檢驗檢測工作順利實施。

參考文獻

[1]柳文奎，喬媛媛.壓力容器檢驗安全風險與防范[J].商品與質量：學術觀察，2013，11：341.

[2]NB T47013-2015.承壓設備無損檢測[S].

[3]GB150-2011.壓力容器[S].

[4]TSG R7001-2013.壓力容器定期檢驗[S].

[5]馬連.氨制冷壓力容器制造中無損檢測的問題探析[J].2013，6：67-68.