關(guān)于在用快開門式壓力容器的探討

楊慎通

（煙臺市特種設備檢驗研究院，山東煙臺 265500）

0 引言

快開門式壓力容器因其開罐簡單，被廣泛應用于需經(jīng)常進料出料的壓力容器。近年來，隨著國家重視民生、發(fā)展經(jīng)濟，像醫(yī)藥行業(yè)的滅菌器、電子行業(yè)的除泡機、建筑行業(yè)的蒸壓釜、石化行業(yè)的硫化罐、紡織行業(yè)的染色機等快開門式壓力容器逐年增加。盡管快開門式壓力容器在設計、使用、管理、檢驗等方面都有了長足的進步，但是在壓力容器事故中占比仍然高居不下。據(jù)統(tǒng)計，涉及快開門式壓力容器的安全事故約占全國壓力容器安全事故的33%，如蒸壓釜、硫化罐等大設備的事故更堪比“小型炸彈”。例如，2020 年山東濟南某建筑材料有限公司一臺蒸壓釜爆炸導致蒸壓釜蓋向北飛行約102 m，穿出北面廠房落地，蒸壓釜體向南移動擊穿生產(chǎn)車間、辦公用房，造成4 人死亡、3 人受傷，直接經(jīng)濟損失575 萬元。

在企業(yè)生產(chǎn)中，相比于螺栓法蘭結(jié)構(gòu)壓力容器，快開門式壓力容器能更快捷地開啟和閉合門蓋，無需逐個擰開緊固螺栓，其機電一體化的自動化操作能大福提高勞動效率，降低勞動強度，便于物料裝卸，特別適用于頻繁間歇操作的場合，只要在設計、制造、檢驗、生產(chǎn)中按照法律法規(guī)、產(chǎn)品的使用說明依規(guī)操作，就能在設備的使用壽命期間安全使用。

1 快開門式壓力容器的設計

合乎使用要求的設計方案、標準的計算書是保障快開門式壓力容器功能滿足要求、結(jié)構(gòu)合理的基礎。新設計的快開門式壓力容器必須附帶安全聯(lián)鎖裝置，且應能實現(xiàn)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的功能，其必須保證：①當快開門達到預定關(guān)閉部位，方能升壓運行；②當壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門。在設計總圖上要重點注明設計溫度、設計壓力、介質(zhì)、腐蝕裕量等設計條件，壓力容器的設計使用年限（循環(huán)使用次數(shù)）、無損檢測要求、熱處理要求、安全附件配備等其他要求。

2 快開門式壓力容器的制造

在準確的用材、可靠的焊接工藝評定、嚴格的質(zhì)保流程下，重點對快開門壓力容器的蓋緊部分進行把控。對于齒嚙式快開門，其采用釜齒粘合部分承受的剪切力來承受壓力載荷的封閉形式，主要應用于蒸壓釜、硫化罐，要對齒合部分的焊接情況進行重點把控；對于壓緊式快開門，其采用鎖緊裝置施加的預緊力來抵抗內(nèi)部壓力作用在在門蓋內(nèi)表面的力來實現(xiàn)封閉的裝置，主要應用于滅菌器、染色機，要在蓋子密封環(huán)的選材上重點把控。主要方法包括：適當增加無損檢測比例，采用多種無損檢測方法進行焊縫檢測，不銹鋼設備在水壓試驗時，嚴格控制水中氯離子含量，避免因殘余氯離子導致腐蝕開裂情況，運輸過程中要做好防雨措施。

3 快開門式壓力容器的監(jiān)督檢驗

在監(jiān)督檢驗中，應根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，逐臺審查設計文件、質(zhì)量計劃、工藝文件、過程資料，在對壓力容器安全性能有重大影響的重點項目，要現(xiàn)場監(jiān)督該項目的實施。在日常的監(jiān)檢中，很多監(jiān)檢員因監(jiān)檢數(shù)量大，應該現(xiàn)場監(jiān)檢的耐壓試驗變成抽查，這就造成了一定程度的事故隱患。2022 年，威海市市場監(jiān)督管理局在依法檢查某醫(yī)療公司的蒸汽滅菌器時，發(fā)現(xiàn)該設備未辦理使用登記，無定期檢驗記錄，現(xiàn)場操作人員無R1 操作證。在對其設備資料進行檢查時，發(fā)現(xiàn)此設備制造監(jiān)檢證書上標明為簡單式壓力容器。在TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》附件A2.3中早已明確規(guī)定，快開門式壓力容器不在簡單壓力容器范圍內(nèi)。這表明監(jiān)檢機構(gòu)出具的監(jiān)督檢驗證書中出現(xiàn)明顯錯誤，誤導了設備使用方，導致蒸汽滅菌器從辦理使用登記，到日常的使用操作一些列連鎖錯誤，造成了一定的事故隱患。

在定期檢驗中，可針對轄區(qū)內(nèi)各快開門壓力容器的型號，制備一些常用試驗工裝，在確保安全、規(guī)范的前提下，依據(jù)如下步驟對快開門進行驗證：

（1）在設備關(guān)門前，借助多用表測量壓縮空氣分配總成中各電磁閥接線端子是否得電，一般情況下只有排放氣動閥的電磁閥是帶電的，然后將門關(guān)至預定位置，再對各電磁閥進行測量，此時只能是蒸汽入夾套的氣動閥的電磁閥帶電。因此可以得出結(jié)論，快開門只有在關(guān)閉到達預定位置后，蒸汽才能進入設備。

（2）在設備運行時，蒸汽進入設備的氣動閥的電磁閥是持續(xù)得電的，當壓力升至工作壓力時，該電磁閥失電，測量開（閉）門電機得電情況，此時門電機不是得電的。因此可以得出結(jié)論，當設備內(nèi)部有壓力時，無法進行開門操作。

（3）將壓力表示數(shù)緩慢降至0，在降壓的過程中，持續(xù)對各電磁閥得電情況進行測量，這個過程中各電磁閥及開（閉）門電機均不得電，只有排放電磁閥得電，當壓力降至0 位，此時開（閉）門電機才得電，正常開門。由此可以得出結(jié)論，當設備內(nèi)部壓力沒有完全排放之前，開（閉）門電機無電無法進行開門操作，只有當壓力完全降為0 后才能正常開門。

在依法依規(guī)進行檢驗的前提下，也要根據(jù)不同的設備“區(qū)別對待”。在滅菌器、除泡機、染色機等不銹鋼設備中，要在設備停機時，開蓋檢查內(nèi)壁的腐蝕情況，對有銹蝕處要求用戶進行打磨處理，之后進行超聲波側(cè)厚。對設備內(nèi)置物架與筒體的結(jié)合部等易造成機械磨損處，進行目視檢查與滲透檢測，不允許存在裂紋。對供水設施，檢查水中氯離子監(jiān)測記錄與含量報告，氯離子含量不得超過2.5×10-5。在滅菌器的檢驗中，尤其要注意蒸汽來源，對非管道集中供蒸汽的情況還要檢查是否有滅菌器下部分的器身。該設備一般為蒸汽發(fā)生設備，也為壓力容器，要注意辦理注冊登記，建立特種設備臺賬，依法依規(guī)檢驗。

在蒸壓釜、硫化罐等相對大型設備的定期檢驗中，要檢查設備操作記錄，關(guān)注有無超壓泄放情況；對有保溫的設備選取可能有層下腐蝕的地方，拆除部分保溫檢查；開罐檢查內(nèi)壁的腐蝕情況、進料軌道與筒體的機械磨損情況；用測厚儀在設備底部、打磨處測厚；用磁粉探傷機結(jié)合熒光磁粉重點檢查蓋子與筒體的齒合部分、內(nèi)壁的T 形接頭、封頭的拼縫處；如有裂紋和不允許存在的凹坑，還需進行打磨和補焊，并結(jié)合TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進行凹坑當量的計算，或者結(jié)合GB 150.3—2001《壓力容器 第3 部分：設計》進行壁厚校核；檢查現(xiàn)場用安全閥與設計要求是否相匹配，不得選用微啟式安全閥；在安全聯(lián)鎖的檢查中，由于工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性與逐利性，一些企業(yè)追求產(chǎn)量，為快速升壓泄壓而“改裝”快開門壓力容器，這些都是明令禁止的。

4 快開門式壓力容器非法改裝案例

圖1 所示快開門結(jié)構(gòu)在蒸壓釜中較為常見，一般操作步驟為：當手搖減速器搖至釜齒完全嚙合后，通過轉(zhuǎn)動半月手柄至一定角度，使得與其相連的出氣球閥（機械式）關(guān)閉，并使半月板與門蓋擋塊剛好卡住，此時手搖減速器無法轉(zhuǎn)動，便可通氣。當需打開門蓋時，通過轉(zhuǎn)動半月手柄，球閥開啟，內(nèi)部蒸汽同時從管道排放，至完全釋放，搖動手搖減速器即可打開快開門蓋。門蓋的關(guān)閉與進氣狀態(tài)無任何聯(lián)鎖，即使半月手柄不與門蓋擋塊機械卡住，仍可進氣，雖進氣同時也在排氣，但當進氣管直徑大于排氣管直徑時壓力仍可增大，當釜齒只嚙合1/2 時可能發(fā)生壓潰，導致事故。若想打開門蓋，只要將半月手柄與門蓋擋板脫離，通過轉(zhuǎn)動手搖減速器即可開啟，但這樣操作不符合開門的聯(lián)鎖要求。

圖1 手搖減速器的非法改裝

圖2 所示聯(lián)鎖裝置與上述類似，但在半月板連桿上還安裝了一副行程控制機構(gòu)，該機構(gòu)通過電線與進氣閥（進氣管上安裝的電磁閥）進行聯(lián)鎖控制，達到了釜門的開、關(guān)與后方進氣執(zhí)行機構(gòu)的安全聯(lián)鎖，但無法判斷在開門時，是否符合內(nèi)部氣體排放完全后才能開門，若僅采用排氣閥的開啟狀態(tài)來控制門是否可以打開（即只要開始排氣，就可以開門）是不夠的。

圖2 行程控制機構(gòu)的非法改裝

圖3 所示結(jié)構(gòu)通過手搖齒輪來控制釜蓋與釜體的連接。當門蓋經(jīng)旋轉(zhuǎn)到位，釜齒完全嚙合后，通過搖動手柄使插銷插進釜蓋插孔，從而使得球閥關(guān)閉，即可通氣。門蓋與進氣閥無任何聯(lián)鎖。同理，在理論上可以人為轉(zhuǎn)動手搖齒輪使釜體插銷脫離釜蓋插孔，再通過轉(zhuǎn)動手搖減速器即可打開釜門，與內(nèi)部蒸汽是否排凈無關(guān)，因而也不符合要求。

圖3 插孔的非法改裝

如圖4 所示，為了達到釜門與進氣閥的聯(lián)鎖，使用單位進行了改造，在釜體上設置一限位感應器，釜蓋上設置一擋板，當門蓋完全關(guān)閉時，通過限位感應器觸發(fā)進氣電磁閥，似乎已能滿足安全聯(lián)鎖的規(guī)定，但仔細分析，存在以下兩個問題：①當限位感應器面積過大時，存在一定的位差，因此無法保證門蓋的徹底關(guān)閉；②若在操作過程中，釜蓋被人為折彎（圖4c）），同樣會造成釜蓋的無法完全關(guān)閉。因此仍不符合要求。

圖4 限位器的非法改裝

快開門式壓力容器一般為承受疲勞載荷的壓力容器，每次定期檢驗時都應檢驗結(jié)構(gòu)和幾何尺寸。在對安全附件進行檢驗中，滅菌器的安全閥一般在設備的頂部或側(cè)部，閥體直徑較小，容易忽略；染色機的安全閥多數(shù)處于連接管道上，整定壓力宜結(jié)合壓力管道與設備情況綜合確定；蒸壓釜的安全閥體積一般較大，且因蒸發(fā)釜的工作環(huán)境，安全閥銹蝕情況較重，在定期檢驗中要檢查安全閥的起跳情況，對銹蝕嚴重的安全閥要提醒用戶提高檢驗頻次。

5 快開門式壓力容器的規(guī)范使用

近年來，隨著國家標準的更新，壓力容器從材料、設計、制造等方面都已日趨穩(wěn)定，一些壓力容器事故的主要原因來自于生產(chǎn)中的錯誤操作。根據(jù)TSG 07—2019《特種設備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)范》的規(guī)定，快開門式壓力容器的操作人員必須持R1證上崗，作業(yè)期間要按期復審與培訓。在對快開門式壓力容器的日常使用中，要嚴格按照特種設備使用管理規(guī)則與企業(yè)自檢流程，履行日巡檢、月度檢查。

不銹鋼滅菌器、除泡機、染色機等相對小型的設備受溫度影響大，可能儀表盤上顯示壓力為0 MPa，實際上還是打不開蓋子，這種情況企業(yè)可以配備配套的降溫設備，或者根據(jù)各自的生產(chǎn)情況，與自動聯(lián)鎖裝置的廠家溝通，出一個基于內(nèi)外溫度差而確定的安全開門壓力區(qū)間。在蒸壓釜、硫化罐的使用中，要注意在設備蓋子前方設置警示區(qū)，設備運行時警示區(qū)內(nèi)嚴禁進入。在蒸壓釜的使用中，一些企業(yè)為了方便運輸材料，直接在罐底增設軌道，加之底部長時間凝水，易對軌道與筒體的角焊縫產(chǎn)生應力腐蝕開裂，使用過程中可模仿鐵軌鋪設一定量木枕，緩沖硬性的撞擊。

現(xiàn)階段快開門壓力容器的安全聯(lián)鎖一般為機電一體式，主要是依靠各電氣開關(guān)、PLC 控制來達到安全聯(lián)鎖的目的，優(yōu)點是安全可靠，既可以遠距離控制蓋子的啟閉，又可以對整個工藝過程進行精確控制，簡單直觀，對于操作人員要求不高，管理成本低；缺點是因電氣電儀件繁多，易壞件增加，加之設備的智能化程度較高，設備多為企業(yè)外購，如配備專職維修人員會增加企業(yè)成本，如無人進行專門管理，一旦出現(xiàn)故障則維修周期較長，易對生產(chǎn)造成影響。以上情況可在設備采購后，請設備廠家對設備管理人員、安全員、一線操作工人，結(jié)合使用說明書與圖紙做詳細的培訓，結(jié)合其他企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題匯總出解決方法，對設備的易壞電器元件進行識圖教學與更換教學，必要時拍成教學小視頻。對快開門壓力容器可能出現(xiàn)的緊急問題及解決方法用企業(yè)小程序傳達至企業(yè)員工并組織定期考核。要求廠家提供周邊城市維修駐外辦事處聯(lián)系方式，以便及時解決疑難問題。

6 結(jié)束語

快開門式壓力容器用途廣泛、操作方便，在各行各業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。但因其或體積小，或壓力低，很容易在設計、制造、檢驗、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)得不到重視而釀成事故。因此，對于快開門式壓力容器，要嚴格按規(guī)范規(guī)程辦事，落實主體責任，預防并及時消除安全隱患。