壓力容器改造利舊設計流程

黃志慧

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

壓力容器改造利舊設計流程

黃志慧

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

本文主要從設計角度出發論述了壓力容器改造設計利舊流程，提出了幾點圖樣須注明的技術要求。

壓力容器；利舊；設計；流程；技術要求

1 壓力容器改造利舊背景簡述

現在很多煉廠在廠區改擴建、升級或搬遷改造過程中，以經濟運行、節約能源和保護環境為前提，選擇以利舊內部閑置裝置設備(壓力容器)或異地搬遷閑置設施為主，盡量做到閑置設備資源再利用，這樣即降低能耗，又可節約項目投資，即符合當前節約成本和資源再利用的社會精神，同時也提高了市場競爭力。

但由于壓力容器(以下簡稱設備)改造利舊設計中存在的局限性及復雜性，也有可能同時增加了裝置運行風險和安全隱患。本文從設備改造利舊設計角度出發，綜合概述利舊設計的流程及要點，以供參考。

2 設備改造利舊設計流程

2.1 利舊設備設計原則

利舊設備設計不同于新設備設計，作為壓力容器設計人員，接到任務書后，首先要遵循的設計原則如下：

① TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》第5章～第8章[1]；

② TSG R7001《壓力容器定期檢驗規則》[2]；

③ TSG R3001《壓力容器安裝改造維修許可規則》[3]；

④《特種設備安全監察條例》；

⑤其他壓力容器相關設計規范。

2.2 確認利舊設備資料的完整性

包括舊設備在原投用在役期間的全部資料及舊設備情況：

①原設計資料、竣工圖；

②歷次改造、檢修、及腐蝕情況等資料；

③在役期間操作參數記錄(比如是否超溫超壓)；

④舊設備檢驗檢測報告書。

2.3 確認設備利舊設計方案

根據以上條款中列出的內容，當有資質的檢驗檢測機構根據檢測結果判定設備必須報廢時，是不能夠給予利舊設計的。反之，當業主給出當前所需的所有設計條件后，則可以進行下一個步驟—確認設備利舊設計方案，并從以下幾方面著手：

2.3.1 地域差別

對于不同地域之間的設備利舊，應考慮由于地域不同、自然條件偏差引起的設備使用條件的變化，如高塔類靜設備會因為風載、震載、場地土類型、地面粗糙度等的改變引起裙座厚度、地腳螺栓規格及筒體、裙座等設備元件厚度的變化，對于大型臥式容器也可能由于地震烈度的變化而改變地腳螺栓的規格。因此，在這種情況下即便工藝操作條件不變也應對設備進行當前自然條件下的強度校核。

2.3.2 操作工況的差別

操作工況包括操作溫度及操作壓力，其中操作溫度的變更還受到設備材料的限制，應按照標準查看是否超出材料許用值。比如堿液儲罐的現行操作溫度升高，則需增加熱處理工藝甚至需變更材料等。而操作壓力的變更與設備強度校核有關(見2.3.4條)。

2.3.3 介質特性的差別

在改造中，經常會碰到盛裝介質類別的變更，對于此種變化應予以高度重視，比如不銹鋼容器變更用途后，現用介質含水分較多；液化石油氣介質中的H2S含量增加；酸性氣介質中CO2含量增加；或由高硫低酸原油變更為高酸低硫原油等等，所以對于介質中的敏感成分的變更，設計單位應給與足夠重視否則將會導致設備在短期內失效而導致重大損失。

2.3.4 強度校核

當以上條件都已確認后，設計人員就應開始根據工藝提供的數據進行設備強度校核了，校核所采用的設計規范應采用現行的標準規范，但材料性能應按當時的設計圖執行標準。

此外，強度校核還應考慮設備現在的腐蝕情況及預測的腐蝕工況，其中腐蝕裕量的確認是非常重要的因素，根據規定：

腐蝕裕量C2=腐蝕速率×預期的容器設計使用年限(見2.3.5條)

必要時應對設備所必需的最小厚度作出規定，或將剩余壁厚按照實測最小值減去至下次檢驗日期的腐蝕裕量，作為強度校核的壁厚。

殼體的直徑應按照實測最大值選取。

焊接接頭系數應根據焊接接頭的實際結構型式和檢驗結果，參照原設計進行選取。

2.3.5 利舊設備的設計壽命

對于利舊設備而言，如何確定設計壽命是一個非常棘手的問題，但總體原則是應根據已使用的設備年限、腐蝕情況、現操作工況及設備定級等因素進行評定。由于目前國內并無具體的標準對其進行規范，建議一般情況下定為不少于3年或一個檢修周期。

2.3.6 利舊設備結構的變更及材質

當壁厚能夠滿足內壓的強度要求時，對于工藝要求的內件變更，增加或拆除均應在在設計圖紙中應給出示意，并在技術要求中加以說明。對于變更用途后的負壓校核或風壓、震載校核未通過時，可采用在筒體上設置內、外加強圈的辦法來降低應力。但對于強度校核不合格或腐蝕裕量不能滿足一個檢修周期的要求時，不能進行利舊設計。

對于工藝不再使用的管口，應盡量采用不動火的方式處理，比如加法蘭蓋盲死等；對于主受壓元件則盡量采用挖補的方式處理，而材料也應與原設備一致，并盡量保持等壁厚、等曲率。

對于原使用環境為高溫高壓或存在應力腐蝕的設備，理論上分析有疲勞損傷、裂紋敏感(如氫腐蝕、硫化氫應力腐蝕)、高溫蠕變、有脫碳傾向的，應對設備進行微觀裂紋檢測、金相分析、材質分析及顯微組織觀察等特殊檢驗。

3 利舊設計技術要求

利舊設備雖然可參照現行標準規范執行，但又不同于新制作的設備，在改造資質、改造過程、實際測厚、焊接、無損檢測、耐壓試驗、熱處理、酸洗鈍化、安裝維修、使用等方面還會做相關的技術規定，下面列舉一些常見的技術要求：

1)本次改造中利舊設備的檢驗、定級、改造、修理及其再次使用須遵循TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》[1]、TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》[2]的有關規定；

2)本次改造中利舊設備的再次使用及其修理前須對設備進行全面檢驗、檢測，經具有相應資質的檢測部門出具檢測報告書后方可進行修理改造。當檢測報告判定設備安全狀況為5級時，設備不得進行利舊改造及維修；

3)根據TSG R3001《壓力容器安裝改造維修許可規則》[3]，檢測及改造實施單位須具有相應資質等級；

4)本次改造中所有利舊設備再次使用時，應進行外觀檢查，無明顯變形、腐蝕等影響設備強度的缺陷，并應進行測厚檢查，必須保證其結構和強度滿足安全使用要求。本設備要求的最小名義厚度為xx mm；

5)鑒于本次改造中利舊設備使用周期長，受溫度、介質、環境及操作的影響，在使用過程中設備殼體及襯里均會出現磨損、腐蝕、裂紋、變形等缺陷，因此，必須根據TSG R7001《壓力容器定期檢驗規則》[2]對壓力容器安全狀況等級進行評定；

6)焊接接頭及母材補焊的焊接質量應符合相關規定和圖樣的技術要求；

7)根據舊設備具體情況增加檢測手段，提高檢測率及合格等級，并注明焊接接頭及母材補焊前后的無損檢測要求應符合相關規定和圖樣的規定；

8)原設備要求熱處理的，原則上改造后要求重新進行熱處理，但新工藝條件低于原設備的，也可根據設備材質、盛裝介質等參數確定是否進行熱處理；

9)對于不銹鋼設備還應提出酸性鈍化要求及耐壓試驗時水中氯離子含量要求；

10)改造后設備應按圖樣技術要求進行耐壓試驗后，合格后方可使用；

11)本設備的再次使用應按照TSG R7001《壓力容器定期檢驗規則》[2]的相關要求進行管理，并按規定的檢驗周期進行檢驗。

4 結論

總之，利舊設備設計與新設備設計有完全不同的設計流程，由于設備結構型式、操作條件等方面的不同，改造、維修、檢驗的部位、方法也不可能完全相同，對原設計方案及設備情況調查得越透徹，改造維修的設計方案的質量就會越高。因此作為設計人員，應對利舊設備設計全面考慮，嚴格遵守相關規章制度，不遷就不馬虎，才能真正保障裝置和人員安全，不留隱患。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG 21-2016 固定式壓力容器安全技術監察規程[S].北京:新華出版社,2016.

[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG R7001-2013 壓力容器定期檢驗規則[S].北京:新華出版社,2013.

[3] 國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG R3001-2006 壓力容器安裝改造維修許可規則[S].北京:新華出版社,2006.

[4] 李清春.舊設備(壓力容器)重復利用設計—設備利舊設計要點[C]//中國機械工程學會,黑龍江省機械工程學會.第三屆十省區市機械工程學會科技論壇暨黑龍江省機械工程學會2007年年會論文(摘要)集.哈爾濱:[出版者不詳],2007.

(本文文獻格式：黃志慧.壓力容器改造利舊設計流程[J].山東化工,2017,46(15):131-132.)

2017-05-18

黃志慧(1988—)，女，四川成都人，大學本科，助理工程師。

TQ053.2

B

1008-021X(2017)15-0131-02