脈動真空滅菌器定期檢驗要點探討

惠志全 楊俊強 毛 力 陳通林

(廣州特種承壓設備檢測研究院)

脈動真空滅菌器定期檢驗要點探討

惠志全 楊俊強 毛 力 陳通林

(廣州特種承壓設備檢測研究院)

依據壓力容器定期檢驗規則，結合脈動真空滅菌器的設備特點對滅菌器定期檢驗的要點及注意事項進行了分析探討。

滅菌器 定期檢驗 滲透檢測 宏觀檢查

脈動真空滅菌器具有滅菌時間短、消滅菌種多、滅菌效果好及自動化程度高等優點，得到越來越廣泛的使用。脈動真空滅菌器作為一種不銹鋼壓力容器，承受一定的壓力和溫度，且壓力具有脈動性，蒸汽及待滅菌物品中所含介質都有可能對設備的長期運行帶來風險。一旦滅菌器發生故障或者失效，輕則達不到滅菌效果帶來嚴重的衛生安全隱患，重則發生爆炸給現場人員帶來嚴重的生命安全隱患[1]。根據滅菌器內室橫截面形狀的不同，壓力蒸汽滅菌器可分為圓形截面和非圓形截面兩大類，其中非圓形截面主要采用矩形截面。圓形截面容器受力均勻，應力狀態以薄膜應力為主，加工用料少；矩形截面容器安裝方便、占地面積小、有較大的比表面積和較高的傳熱效率[2]。但矩形滅菌器受力不均勻，在介質和應力的作用下更易產生缺陷。因此對脈動真空滅菌器的定期檢驗就顯得非常重要，可以及時發現設備運行中存在的安全隱患，給出針對性的建議，確保滅菌器安全平穩運行。

1 脈動真空滅菌器的結構及運行特點

工業用脈動真空滅菌器通常為臥式或立式雙層結構，外層夾套為普通鋼制結構，并裝有隔熱層外罩、夾套安全閥和壓力表；內層為不銹鋼制滅菌柜室，并裝有壓力表、壓力真空表和安全閥。滅菌柜配有蒸汽進入管道、蒸汽過濾器、蒸汽控制閥、蒸汽壓力調節器及疏水器等，典型脈動真空滅菌器的外觀如圖1所示。

圖1 滅菌器外觀

脈動真空滅菌器在滅菌前通常將夾套充滿蒸汽并達到一定的壓力，使滅菌柜身及柜內物品預熱，同時有利于提高從夾套送入柜室內的蒸汽質量及在需要連續滅菌的情況下提高滅菌柜的工作效率。一次滅菌的過程通常包括以下幾個階段[3]：抽真空階段(在此過程中內殼的壓力從-80kPa上升到100kPa)、升溫加壓階段(空氣排除之后就向內腔充入飽和的水蒸氣，使內腔壓力達到220kPa，溫度上升到134℃，以達到滅菌所需的環境)、滅菌階段(內腔蒸汽壓力保持在210kPa，并持續6min左右)、排汽階段(滅菌完成之后抽取內腔蒸汽達到常壓)、干燥階段(抽取內腔蒸汽到-100kPa并持續9min左右，使物品能夠達到充分的干燥，最后充入潔凈空氣)。整個過程如圖2所示，可以看出滅菌器內柜在運行過程中承受脈動的循環載荷。

圖2 夾套及柜室內壓力變化示意圖

2 滅菌器定期檢驗要點

2.1 資料審查

重點審查滅菌器的設計、制造和安裝資料，改造或重大維修資料，使用管理資料，檢驗、檢查資料，應急處置等資料。審查設備是否為正規廠家生產，是否經過監督檢驗，并核對設備是否在設計運行參數范圍內運行。因內柜通常為不銹鋼材料，對氯離子比較敏感，應審查在使用過程中是否會產生氯離子超標的運行記錄。

2.2 宏觀檢查

采用目視方法(必要時利用內窺鏡、放大鏡或者其他輔助儀器設備和測量工具)檢驗本體結構、幾何尺寸、表面情況(如裂紋、腐蝕、泄漏、變形)、焊縫以及隔熱層等[4]。重點檢驗：筒體內表面、容器底部及有問題部位的新生缺陷。宏觀檢查通常可以了解設備的基本狀況，是否進行私自維修改造；內表面有銹蝕的通常進行表面無損檢測時易發現裂紋；圖3、4分別為目視宏觀檢查滅菌器內表面及用內窺鏡檢查夾套的情況；在宏觀檢查時曾發現客戶私自焊接導軌架，雖然只是添加功能性的附件，但私自焊接質量難以保證，同時破壞了設備材料的狀態，在應力和介質的作用下往往成為裂紋的潛發區，存在嚴重的安全隱患。

圖3 滅菌器內部宏觀檢查

圖4 滅菌器夾套內窺鏡檢查

2.3 壁厚測定

重點檢驗液面經常波動的部位、物料進口、流動轉向以及截面突變等易受腐蝕、沖蝕的部位、制造成型時壁厚減薄部位和使用中易產生變形及磨損的部位、接管部位等。因滅菌器在設計時留有一定的安全系數，且設備壓力不高，介質的腐蝕以點腐蝕為主，目前尚未發現大面積的腐蝕造成設備壁厚明顯減薄的現象。

2.4 表面缺陷檢測

滅菌器內壁多為不銹鋼材料，通常采用滲透檢測，重點檢查應力集中部位和變形部位。宏觀檢驗發現T形接頭、補焊區、工卡具痕跡、電弧損傷處易產生裂紋。通常內壁對接焊縫處、內壁與擋板連接角焊縫、內筒與夾套加強筋焊接部位、接管與內筒角焊縫連接處為裂紋易產生部位。在不銹鋼裂紋附近刮下一些附著物進行分析，發現附著物中的Cl離子、S離子含量非常高，從而基本可以確定容器外壁上的應力腐蝕裂紋是由于Cl離子和不銹鋼材料構成應力腐蝕體系而造成[5]。文獻[6]認為不銹鋼容器壁始終在一定的拉應力狀態下工作，一旦尖角效應產生，必然會導致尖角處的應力集中，進而加大尖角處的拉應力，這兩種作用同時出現，產生應力腐蝕也將是必然現象。因而在無法改變滅菌器結構特征及應力分布的情況下，在使用過程中要注意控制蒸汽及滅菌物品的Cl離子含量。

2.5 埋藏缺陷檢測

必要時可以采用射線或超聲波檢測，重點檢測使用過程中的補焊部位、檢驗中發現表面裂紋部位、錯變量和棱角度超過相應制造標準的部位、使用中出現焊接接頭泄漏的部位及其兩端延長部位。因滅菌器在制造過程中通常已經進行埋藏缺陷檢測，且在使用過程中往往為介質和應力聯合作用下產生的表面缺陷為主，并且對在用的滅菌器采用射線檢測難度較大，因此在實際檢驗過程中較少進行埋藏缺陷的檢測。

2.6 安全附件檢驗

安全閥、壓力表及測溫儀表是否在校驗有效期內，安全閥整定壓力、泄放量是否滿足設計要求，排放出口是否會對人員造成安全隱患；壓力表及測溫儀表量程是否符合規程要求；液位計安裝位置是否正確，外觀是否合格等。

快開門蓋結構與標準螺栓法蘭連接結構相比較，能很快地進出壓力容器內部，由于它使用廣泛、結構多樣、型式不同、開關頻繁，使用中一旦操作不當，即快開門蓋未完全關閉就升壓或容器中的壓力沒有完全釋放就開啟門蓋，極易造成操作者的傷亡事故[7]。因而要確保快開門安全聯鎖功能符合TSG R0004-2009的要求。

2.7 其他檢測方法

當材料不明時可打光譜來驗證材料是否滿足使用要求；當發現設備裂紋進行返修時，可先對設備進行金相檢查，確定設備產生裂紋的原因及整體的腐蝕情況，確定返修整改方案及是否具有返修價值；當對設備強度有疑問時，可進行耐壓強度校核，也可以進行耐壓試驗來驗證設備的承載能力，也可采用紅外熱成像檢測、聲發射檢測等先進的檢驗檢測技術，在設備缺陷發展的前期進行診斷。

3 結束語

脈動真空滅菌器作為一種使用廣泛的特種設備，在定期檢驗過程中需要檢驗人員懂設備的結構、原理、失效模式和常用的檢驗檢測技術，不斷地積累經驗方能做好檢驗工作，確保脈動真空滅菌器安全平穩運行。

[1] 岳彩銳.脈動真空滅菌器的力學性能及優化設計研究[D].北京：北京工業大學，2009.

[2] 高紅利，洪錫綱.非圓形截面容器的特點及其應力計算[J].暨南大學學報，2003,24(1)：87～89.

[3] 蔡昌全，程軍明，郭靖，等.交變載荷對脈動真空滅菌器內腔開裂影響的研究[J].化工裝備技術，2012,33(1)：34～36.

[4] TSG R7001-2013，壓力容器定期檢驗規則[S] .北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2013.

[5] 韋界波.帶外保溫層不銹鋼容器檢驗的分析與探討[J].化工機械，2011,38(6):777～778.

[6] 陳國棟，張海濤，趙東輝，等.0Cr18Ni10Mo2Ti不銹鋼制乙醛精餾塔表面應力腐蝕裂紋產生原因分析[J].化工機械，2010,37(5)：644～646.

[7] 羅凡，閔瑞和，王恒林，等.快開門式壓力容器安全聯鎖功能檢測設備的研發和應用[J].化工自動化及儀表，2010,37(12)：99～103.

廣州市質量技術監督局科技項目(2014KJ21)。

惠志全(1987-)，工程師，從事特種承壓設備檢驗檢測及失效分析工作，hzqlly@foxmail.com。

TQ053.2

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0254-6094(2017)03-0361-03

2016-07-16，

2016-09-05)