在役壓力容器的維修與改造

趙淑珍，劉俊紅

（菏澤市產品檢驗檢測研究院，山東菏澤 274000）

0 引言

壓力容器是生產和生活中廣泛使用的承壓設備（如化工煉油廠生產中使用的承壓設備、生活中常見的液化石油氣鋼瓶等），這種承壓設備具有爆炸危險性，在長期運行中，受溫度、介質、環境及操作的影響，一方面設備制造過程中本身存在的缺陷進一步擴展；另一方面在使用過程中會出現磨損、腐蝕、裂紋、變形等新的缺陷，這些缺陷不及時處理，會給壓力容器的安全運行造成威脅，嚴重時會導致設備發生爆炸，造成人身傷亡事故，給生命財產帶來極大損失和危害。

如果對上述缺陷處理不當又會給壓力容器帶來新的事故隱患。由于壓力容器種類繁多，工作條件差別較大，因此在維修、改造壓力容器時，對維修、改造質量的影響因素應嚴格控制，以保證在役壓力容器的維修、改造質量，確保維修、改造后的壓力容器的安全運行。

為此，國家對在役壓力容器的維修、改造制定了相關法規，從各方面對在役壓力容器的維修、改造工作做了嚴格規定。本文重點介紹對在役壓力容器進行維修、改造所依據的法規，對承擔維修、改造單位的要求，維修改造過程中應重點注意的事項，以及一些典型的在役壓力容器維修、改造案例。

1 維修

在役壓力容器維修分一般性維修和重大維修。對于主要受壓元件的更換、矯形、挖補，以及對焊制壓力容器的筒體縱向接頭、筒節與筒節（封頭）連接的環向接頭、封頭拼接接頭、球殼板間的焊接接頭以及應當采用全截面焊透的對接接頭形式的焊縫的焊補均為重大維修，除此之外的維修均為一般性維修。

在役壓力容器一般性維修可由在役壓力容器使用單位或委托具有一定技術力量的單位承擔，在役壓力容器的重大維修無論使用單位自行維修或受委托承擔維修的單位必須具備相應的資質。在役壓力容器維修后，必須保證其結構和強度滿足安全使用要求。

1.1 遵循的法規

在役壓力容器的維修應遵循2016 年由國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的TSG 21－2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》（以下簡稱《固容規》）。根據《固容規》要求，在役壓力容器重大維修還應參照相關技術規范的要求。

1.2 資質

在役壓力容器的維修單位、維修人員（擔任維修的焊工、無損檢驗人員）應具備相應的資格。

（1）維修單位資質。從事在役壓力容器維修的單位必須是已取得相應的制造許可證的單位，維修單位應當按照相關安全技術規范的要求建立壓力容器質量保證體系并且有效運行，單位法定代表人必須對在役壓力容器維修的質量負責，維修單位應當嚴格執行法規、安全技術規范及相應標準的要求，向使用單位提供維修圖樣并記錄、收集、整理施工過程中的各種施工質量記錄。

（2）焊工資格。擔任在役壓力容器維修的焊工，應具備經省級以上質量技術監督部門按《特種設備焊接操作人員考核細則》考試合格的資格。

（3）無損檢測人員資格。擔任在役壓力容器維修的無損檢測人員應具備經省級以上質量監督部門按《特種設備無損檢測人員考核規則》考試合格的資格。

1.3 方案的制定及備案

在役壓力容器的一般維修應參照相應制造技術規范制定并經維修單位技術負責人批準，在役壓力容器的重大維修方案還應經原設計單位或具備相應資格的設計單位同意，主要原因是要求原設計單位根據原設計條件和失效模式判斷壓力容器改造、重大維修的方案是否可行。

維修方案應包括：維修方案的標準依據；缺陷的位置和尺寸；缺陷產生的原因分析；施工工藝流程；施工工藝質量檢驗方法；維修后容器達到的性能指標及驗收標準等；維修方案還必須要包括安全方面的內容；例如，對維修人員的安全教育，對被維修單位安全施工條件的要求等。

1.4 施工要求

維修質量的好壞主要取決于施工質量，而施工質量涉及因素較多，無論哪一個環節出現問題都會影響施工質量，嚴重時會導致維修失敗，故對在役壓力容器維修的施工一定要考慮仔細、全面，確保維修質量。

1.4.1 維修人員、設備的安全要求

維修時要遵守現場作業的安全管理規定，配戴符合要求的勞保用品，設置明顯的安全作業標志。維修前應仔細了解介質特性、現場工藝用閥門和電源開關的位置，以便在發生意外情況時能及時進行妥善處理，避免事態擴大。同時，還應了解現場動火要求，需要時應辦理動火作業手續。

進入容器內作業前須將內部介質排除干凈，并確認已無壓力，采用足夠強度的盲板隔斷所有介質來源，并設置明顯的隔離標志。進入盛裝易燃、易爆介質的容器應先置換、清洗至容器內的氧含量達到18%～23%體積比后才能進入容器內部進行維修。置換時嚴禁用空氣直接置換。

在容器內進行電焊修理時，焊工應采用絕緣橡膠襯墊，不得采用無絕緣的簡易焊鉗，以防發生意外事故。焊接時應配備通風、安全救護等措施，防止焊工中毒或發生高溫昏倒事故。在容器內作業應盡量避免采用氧—乙炔氣割，如果采用氣焊而工作暫未完成時，禁止將焊炬放在容器內，以防止焊炬或氣閥、膠管漏氣而在容器內積存大量乙炔和氧氣，一旦遇火容易引起燃燒爆炸事故。

1.4.2 維修用的材料

1.4.2.1 受壓元件的更換

對于僅需要更換不需要焊接的受壓元件材料，原則上與原設備更換部件的材料相同。如確因特殊情況，需材料替代時，應經原設計單位或具備相應資格的設計單位同意。

更換的材料應由平爐、電爐或氧氣轉爐冶煉，材料的技術要求應符合相應的國家標準、行業標準或技術條件的規定，并附有鋼材生產單位的材質證明書，維修單位應按質量證明書對鋼材進行驗收，必要時應進行復驗。

1.4.2.2 受壓元件的矯形

對于僅需要矯形的受壓元件，施工前應進行模擬試驗，并進行必要的力學性能評定（如受壓元件有耐蝕要求，還應進行耐腐蝕性評定），評定結果符合設備技術要求后，方可施工。

1.4.2.3 受壓元件焊接用焊材

維修在役壓力容器時，由于情況復雜，施焊條件惡劣，故對焊接材料的正確、合理選擇和現場良好的管理是保證維修質量的重要因素之一。

焊接材料選用原則：

（1）保證焊縫金屬的使用性能。焊縫金屬的使用性能包括力學性能（強度、韌性）、化學成分（主要是不銹鋼和耐熱鋼）、耐蝕性（設備如有耐蝕性要求時），焊縫金屬的強度與韌性應與維修部件的強度、韌性結合來考慮。

從多年實際經驗來看，在役壓力容器的破壞往往不是因強度不夠，而是韌性不足，導致產生裂紋或脆斷，因此選用焊材時宜選用熔敷金屬等級略低于母材金屬，而韌性相等、相近或略高于母材的焊材，這一條在修理高強度鋼時尤為重要。

在維修不銹鋼、耐熱鋼壓力容器設備時，因對設備的耐蝕性、回火脆性等因素必須考慮，故選用的焊材其熔敷金屬化學成分宜接近母材金屬。

（2）保證焊縫的抗裂性能。維修與制造有很大的區別，一般維修的在役壓力容器經過一段時間的運行，設備殼體本身的材質發生了一定的變化，維修時一定要考慮易產生裂紋的特點，在保證焊縫金屬使用性能的前提下優先選用抗裂紋性好的焊接材料。

（3）良好的焊接工藝性能。焊接材料的焊接工藝性能包括：電弧穩定性、脫渣性（采用氬弧焊除外），氣孔敏感性、熔渣流動性、焊縫成形、飛濺等。

（4）維修部件的復雜程度及剛性大小。維修形狀復雜、厚度大的部件在焊接過性中冷卻速度快，焊接應力大，易產生冷裂紋，故應選用抗裂性能好、韌性好、塑性高、含氫量低的焊條（如低氫型、超低氫型、高韌性焊條等），當維修部位需全位置維修時部件又不能翻轉，宜選用適用于全位置焊接的焊條。

（5）焊接條件。某些焊接部位確實難以清理干凈時，應盡量選用氧化性強，對水、銹、油等物不敏感的酸性焊條，以免產生氣孔等缺陷。在密閉容器內進行焊接時，應盡可能選用酸性焊條（如鐵型、鈦鈣型）或低塵、低毒的堿性焊條。在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時，應盡量選用酸性焊條。

（6）經濟性。在考慮上述前提下，應選擇成本低、效率高的焊接材料（例如鐵粉焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等）。當然按上述原則選用的焊條能否采用，還應按NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》[3]標準和被維修設備技術要求進行評定，合格后方可采用。

焊接材料管理：

（1）焊接材料的驗收。承擔維修在役壓力容器的單位，應按國家相關焊接材料標準要求、焊材生產廠家提供的產品說明書、出廠合格證及質量保證書對所采購的焊接材料進行驗收，必要時進行復驗。

（2）焊接材料的烘干。焊接材料的烘干是保證維修質量和維修能否獲得成功的重要因素之一。因為焊材烘干的目的是去除焊接材料中的吸附水，降低焊縫金屬的擴散氫含量，在一定程度上可防止產生冷裂紋和氣孔。現場維修在役壓力容器采用焊條電弧焊方法較多，故應嚴格遵守規定的烘干工藝參數。烘干溫度過低或保溫時間不夠時，藥皮中水去除不徹底，焊縫中可能會產生氣孔和冷裂紋；烘干溫度過高，藥皮中某些成分會發生分解，藥皮產生開裂，焊接時藥皮易脫落，降低對熔池的保護。

（3）焊材領用。焊條按烘干工藝烘干后，放在100±20 ℃的恒溫箱內（這一點特別是南方地區現場維修時一定要嚴格遵守），焊工攜帶保溫筒隨用隨領取，一次領取量不超過5 kg。當天沒用完的焊條，必須單獨存放，再次使用前必須按烘干工藝重新烘干。重新烘干次數不宜超過兩次。

1.4.3 維修人員

進入現場維修壓力容器的所有人員必須按已制定的相關安全操作規程進行安全教育。擔任維修在役壓力容器的維修焊工和維修后無損檢測人員應具備相關規定的資格。

1.4.4 維修用設備

維修在役壓力容器各類設備必須經校驗合格，且在設備醒目位置貼有合格標簽。

1.4.5 預處理

在役壓力容器的維修，大部分與焊接密不可分，由于維修的設備多數已投入生產運行了一段時間，其設備本體材料都不同程度地發生了損傷，設備本體和焊縫存在腐蝕、新開裂紋、焊接缺陷（在設備制造過程中已存在而漏檢的裂紋、未焊透、夾渣氣孔、咬邊等）。

對于這些缺陷的維修，維修前對維修部位及其周邊的預處理至關重要，預處理的好壞直接決定著修理能否獲得成功。根據在役壓力容器的常見缺陷，預處理主要從以下幾方面考慮：脫氫處理；去除腐蝕層；去除油脂；清理氧化皮和吸氣層；鉆止裂孔。

1.4.6 施工

維修單位根據施工方案和現場施工條件制定出科學合理的維修施工工藝。施工工藝是維修在役壓力容器工程的核心內容，是維修質量的技術保障，是在役壓力容器維修后達到何種技術指標的依據。施工工藝包括：維修部位的預處理工藝、焊接工藝、熱處理工藝、質量檢驗工藝（外觀檢驗、無損檢測、壓力試驗）。

1.4.7 焊接環境

當焊接環境出現下列任一情況時，必須采取有效的防護措施，否則禁止施焊：①焊條電弧焊時，風速大于10 m/s；②氣體保護焊時風速大于2 m/s；③相對濕度大于90%；④雨、雪環境；⑤焊接環境溫度低于0 ℃時。

1.5 檢查

在役壓力容器維修是一個復雜的工程，主要是涉及的部門較多，要經過缺陷產生原因分析、方案制定及報審批，材料采購、焊接、熱處理、無損檢測、試壓等許多過程，要保證在役壓力容器維修后的安全使用必須加強全過程的質量檢查管理，確保維修的在役壓力容器達到質量標準。

1.6 安全評定

對于在役壓力容器缺陷進行安全評定的標準有兩類：一類是以質量控制為目的安全評定的標準，另一類是以符合使用要求為目的安全評定的標準。

1.6.1 質量控制標準

質量控制標準是從保證制造或維修的質量角度出發，把所有的焊接缺陷看成是對焊縫強度的削弱和對結構安全的隱患，它不考慮具體使用情況的差別，而要求把缺陷盡可能地降到最低限度，這類標準是以焊接產品制造或維修質量控制為目的而制定的焊接質量驗收標準。包括GB/T 12467.1～4—2009 金屬材料熔焊質量要求、GB/T 19418—2003 鋼的弧焊接頭缺陷質量分級指南、NB/T 47013 承壓設備無損檢測等。

1.6.2 合于使用標準

對于在役壓力容器存在的“超標缺陷”，如果一律以“質量控制標準”來判定，則所有“超標缺陷”均不允許存在，要么返修，要么直接將該容器判廢。而對不影響使用的缺陷進行返修，有的還會在缺陷位置產生更有害的或不易檢查出的新生缺陷，甚至會把本來可用的容器判為廢品，這是很不經濟的。

因此，合于使用標準就是對在役壓力容器的“超標缺陷”加以區別對待，返修時只返修那些對壓力容器安全運行存在潛在威脅的危險性缺陷，而對壓力容器安全運行不構成威脅的“超標缺陷”則予以保留。

以合于使用為目的而制定的標準稱為“合于使用”標準，包括：國際焊接學會提出的DW－X－749《按脆斷破壞觀點建議的缺陷評定方法》、英國標準協會提出的BSI－PD6493《焊接缺陷驗收標準若干方法指南》、日本焊接工程學會提出WES－2805K《按脆斷評定的焊接缺陷驗收標準》、美國的《鍋爐及壓力容器規范》（ASME 第Ⅲ篇附錄G，第Ⅺ篇第I 分篇附錄A）、我國的CVDA—84《壓力容器評定規范》等。以上規范均是指導性文件而非強制性標準，一般需經容器使用方和評定方雙方同意后方可使用。

1.6.3 安全評定標準的選擇原則

（1）在以下情況下，可以使用質量控制標準進行評估：①壓力容器中只有很少的“超標缺陷”；②預計容器維護周期會較長；③不能進行可靠的斷裂力學計算；④缺乏該壓力容器的使用經驗；

（2）在以下情況下，可采用合于使用標準評估：①用質量控制標準維護該在用壓力容器較困難，并且容易報廢；②具有在現場綜合判斷焊接缺陷的經驗和能力；③有合格的斷裂力學分析人員；④具有使用該壓力容器的豐富經驗。

1.6.4 安全評定單位資格、權利和責任

承擔在役壓力容器缺陷安全評定的單位須經特種設備安全監督管理的部門批準，在役壓力容器缺陷安全評定單位應根據缺陷的性質、缺陷產生的原因，以及缺陷的發展預測給出明確的評定結論，說明缺陷對壓力容器安全使用的影響，包括：使用條件、監控使用措施和使用期限，使用期限不應超過一個檢驗周期。

承擔在役壓力容器缺陷安全評定的單位必須對缺陷評定結論的正確性負責。評定的報告和結論，由具有相應經驗的評定人員出具，須經評定機構法定代表人或者技術負責人批準，主送在役壓力容器的使用單位，同時由使用單位報送使用登記機關備案。

1.7 驗收

維修完成合同及維修方案所規定的全部內容，并達到設備使用要求，能使維修的壓力容器設備投入運行，經檢查驗收合格后，即為維修驗收結束。

（1）維修在役壓力容器驗收的主要內容包括：①對維修的方案、過程進行系統的檢驗和總結；②對維修的質量、成本進行分析；③維修報告的移交；④辦理維修竣工結算。

（2）維修在役壓力容器驗收標準：①2.6 節（1）、（2）規定的標準；②GB 150—2011《壓力容器》；③《固定式壓力容器安全技術監察規程》；④GB 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》；⑤NB/T 47015《壓力容器焊接規程》；⑥其他相關的國家及行業標準、規范。此外，還應遵守維修合同和技術要求等。

（3）維修在役壓力容器驗收應提交的技術資料：維修在役壓力容器完工后，交工資料（報告）是最終驗收的依據，資料必須與施工同步，項目齊全、內容充實、記錄完整、格式統一，并有有關部門的公章，責任人員簽章。具體報告內容如下：①維修方案；②焊工資格證書；③無損檢測人員資格證書；④焊接材料質量證明書；⑤當需要更換受壓元件時，還應提供其材料質量證明書；⑥焊接工藝評定報告；⑦焊接記錄；⑧熱處理記錄；⑨外觀檢查記錄；⑩無損檢測報告；?壓力試驗報告。

2 改造

在役壓力容器的改造是指改變主要受壓元件的結構型式或是改變壓力容器的運行參數（壓力、溫度）、盛裝介質或用途等。在役壓力容器的改造應遵循《固容規》基本要求，還應符合相應設計制造標準的要求。

在役壓力容器在改造前應制定改造方案，改造方案應當經原設計單位或是具有相應設計資格的單位同意后方可進行。從事壓力容器改造的單位施工前應向壓力容器使用登記機關書面告知，施工過程應經過特種設備檢驗檢測機構監督檢驗，未經監檢合格的壓力容器不得投入使用。在役壓力容器改造后，應當保證其強度和結構滿足安全使用要求。

3 移動式壓力容器的維修改造

移動式壓力容器是指由罐體（鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱中用于充裝介質的壓力容器）或者大容積鋼質無縫氣瓶（長管拖車、管束式集裝箱中用于充裝介質的壓力容器）與走行裝置式或者框架采用永久性連接組成的運輸裝備。移動式壓力容器維修分為一般性維修和重大維修。

對于罐體主要受壓元件的更換、矯形、挖補，以及對相關對接接頭焊縫的補焊，氣瓶更換等為重大維修，除此以外為一般性維修。筒體縱向接頭、筒節與筒節（封頭）連接的環向接頭、封頭的拼接接頭，應當采用全截面焊透的對接接頭形式；接管（凸緣）與罐體（夾套）之間的接頭、夾套拼接接頭、夾套與筒體或者封頭之間的接頭，采用全焊透結構規定的對接接頭。

改造指改變移動式壓力容器用途、管路結構、罐體主要受壓元件的局部結構等。目前移動式壓力容器的維修與改造應遵循TSGR 0005—2011《移動式壓力容器安全技術監察規程》。這部法規包括了總則、罐體材料、設計、制造、使用管理、充裝與卸載、改造與維修、定期檢驗、安全附件和裝卸附件、附則的內容，其中在第七章節中對移動式壓力容器的維修與改造單位資格及其審批程序、責任、改造與維修的有關內容做了明確規定。其余內容可參照2 和3。

4 維修改造案例

4.1 移動式壓力容器改造案例

某液氯罐式集裝箱在年度檢查時發現使用單位存在以下違規行為：

（1）私自拆除安全閥，安全閥部位由盲板代替。

（2）私自拆除緊急切斷閥內過流彈簧及總成。此情況屬于使用單位擅自非法改造，按照《移動式壓力容器安全技術監察規程》7.4 的規定，改變移動式壓力容器的安全附件型式、參數，使用單位應當向使用登記機關提出書面申請，經原設計單位或者具備相應資格的設計單位同意，必要時進行安全泄放裝置的排放能力計算，并且出具書面證明材料，經檢驗機構檢驗合格后，方可使用。正確做法應該是由具有相應資質的維修單位重新安裝符合要求的安全閥和緊急切斷閥，安裝并經特檢院監督檢驗合格后，方可將此移動式壓力容器投入運行。

4.2 球罐維修案例

某1000 m3丙烯球罐在全面檢驗時在赤道板環縫內外表面共發現裂紋40 余處，大部分位于內表面赤道板上環縫處，且均處于下熔合線部位；其中距離較近的裂紋總長度斷續長約1700 mm；上述裂紋打磨深度最深處超過12 mm，均需補焊處理。根據缺陷部位分析缺陷產生原因：內表面裂紋位置比較有規律，而且沒有腐蝕跡象，應該不是使用的原因；懷疑一是制造時焊接工藝不當，環境溫度過低、未作好有效保溫、預熱溫度低、后熱溫度不夠加上拘束應力的作用所致；二是制造時熱處理工藝不當，冷卻速度過快在拘束應力的作用下導致了有規律的開裂。

正常的缺陷處理概況程序如下：以上裂紋修復時應按要求由有資質的維修單位按《固容規》有關規定進行維修和復驗（復驗時應包含內部和表面無損檢測）；制定詳細維修方案，分析裂紋產生原因，并按要求辦理告知、監督檢驗等手續。

4.3 儲氣罐改造案例

某私營企業廠一臺儲氣罐在定期檢驗過程中，發現接管根部角焊縫處四周有環向分布的裂紋，最長處長度30 mm，打磨后未曾消除。查看該臺設備出廠資料，發現該接管屬于企業主私自開孔焊接，焊接質量差，所發現裂紋正處于私自開孔處，且該設備多處私自開孔，管理人員安全意識極其淡薄，該設備存在嚴重事故隱患，不建議再修理，應立即報廢處理。對該企業的上述違法行為立即上報特種設備安全監督管理的部門，按照《特種設備安全法》第七十八條、第七十九條的規定，處5 萬元以上20 萬元以下罰款；沒收違法所得。