壓力容器的風險管理

關慶賀 中國石油遼陽石化公司機械廠

肖昀斌 遼陽石化公司生產監測部

壓力容器(簡稱容器)屬于特種設備[1]，關系生命和財產安全。為此，新《容規》[2]要求容器本質安全，即設計要規避失效風險，制造要符合標準可靠，使用則要保持完好狀態。容器的本質安全直接關系石油化工等行業的HSE[3]本質，需要風險管理的支持，即從容器建造到使用管理的全程控制風險，防止“跑冒滴漏”的危害，利于清潔生產與節能減排，保障裝置的“安穩長滿優”運行，實現“健康、安全與環境”的理念。

1 設計規避失效風險

新《容規》要求容器設計的風險管理，以增強容器設計的可靠性保證容器的本質安全。要求容器設計基于失效模式進行，在設計階段要全面分析容器在壽命期內可能出現的危害，通過危害識別、風險評價和風險控制來完成風險管理。

某裝置一臺鍋爐水預熱器備臺制造后投入使用不到一周即發生殼程出口接管處的泄漏，現場看到微弱的氣體從接于出口接管補強圈信號孔的導管流入瓶中，瓶底部存有黑色的液體。竣工圖顯示：預熱器為BIU800-1.3/0.6-35-4/19-4型，管板采用e型連接結構[4]，即管板與殼程圓筒采用T形接頭的對接與角接組合焊縫連接為一體，而管板的延長部分兼作法蘭與管箱法蘭通過墊片螺栓連接密封，并臥式與鞍座底平面傾斜2°角安裝，使殼程出口接管處于低位；管程介質為鍋爐水，工作壓力1.1MPa，設計壓力1.3MPa，水壓試驗壓力1.65MPa，工作溫度118℃，設計溫度140℃；殼程介質為NO、NO2(中度危害)，工作壓力0.49MPa，設計壓力0.6MPa，水壓試驗壓力1.65MPa，工作溫度170℃，設計溫度190℃，主要元件材料為304L。

由于預熱器正在運行，加之管束與殼體為不可拆的整體結構，無法查看泄漏部位內部的腐蝕源貌，只能根據預熱器的工藝條件和結構材料等分析成因，結果表明[5]：殼程介質中確實含有水汽，并且當時的進口溫度僅為102℃，而出口溫度才40℃，難免產生硝酸腐蝕。根據現有檢測條件對泄漏凝結的黑色液體測定到的硝酸根離子推斷，黑色液體是硝酸腐蝕不銹鋼的產物（304L試件硝酸腐蝕試驗時也呈現黑色）；從殼體出口接管補強圈信號孔泄漏出的微弱氣體，則是補強圈范圍內的殼體內表面母材或焊縫缺陷形成的腐蝕源并穿透導致的介質漏出。

這一案例提示，由于預熱器備臺設計委托條件沒有提全殼程介質組分(未注明水蒸氣含量)，使得設計忽視硝酸腐蝕危害而沒有進行相應的風險評價與控制，導致備臺的預熱器在使用初期快速損傷而失效。如此可見，設計委托必須明確設備的使用條件。為此改版的GB150-4.2資質與職責[6]里增加了“用戶的職責”，并明文規定應以書面形式提供設計條件的內容。所以備臺設計也應根據用戶所提供的圖紙資料等輸入信息如殼體材料304L敏感腐蝕危害，核實殼程介質組分和工況條件，確認是否存在硝酸腐蝕危害，即使是操作工況符合技術特性(工作溫度170℃)要求，也應考慮停車時產生硝酸的可能性，合理提出防止硝酸腐蝕的控制措施。

1）根據硝酸腐蝕危害，完善施工圖中的技術要求，增加對304L及焊接材料純凈度(控制C、Si、S、P等含量符合標準規定)的采購及驗收要求，并提出不銹鋼材料的硝酸晶間腐蝕敏感性試驗要求。

2）不但對不銹鋼材料提出硝酸晶間腐蝕敏感性試驗要求，而且對不銹鋼加工成形后的元件及其焊態也應提出按GB/T21433進行不銹鋼容器的硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗[7]要求，并對預熱器不銹鋼表面進行清除油污做酸洗鈍化處理采用藍點法檢驗合格，保證預熱器耐硝酸腐蝕的可靠性。

3）原引進設備受裝置安裝位置的限制，管板采用e型連接結構不便于預熱器的檢修，可以將e型管板連接結構改為a型管板連接結構(管板通過墊片被殼體法蘭與管箱法蘭夾持用螺栓連接)，使管束與殼體分離實現抽裝，方便殼體及管束的檢修。

2 制造符合標準可靠性

新《容規》要求容器制造的風險管理，以促進容器制造的可靠性保證容器的本質安全。要求容器制造根據設計風險評估報告提出的主要失效模式、制造檢驗要求和建議，合理確定制造與檢驗工藝，使容器制造質量符合設計標準的可靠性。

上述案例由于設計忽視硝酸腐蝕危害，設計圖樣中沒有提出相應的風險控制措施即制造與檢驗要求，使得容器制造也沒有對材料、制造與檢驗等環節進行相應的風險控制。如材料采購304L鋼板系按ASTM A240生產的，而P含量高于GB24511的標準值，當然也未提出不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗要求，由此留下了硝酸腐蝕的隱患。

新《容規》的本質安全理念要求容器制造符合設計標準的可靠性。鑒于容器制造是由材料采購、加工成形、焊接、無損檢測、熱處理、壓力試驗等工藝過程構成，而整個制造工藝過程即是標準化，要求制造工藝應能保證容器產品的可靠性符合設計標準要求。所以，容器制造應按GB150規定，針對304L容器的硝酸腐蝕危害，根據施工圖的設計要求制定、實施并見證質量計劃。

1）對殼體材料304L及其焊接材料采購與驗收控制，在采購合同中注明C、Si、S、P等含量符合設計標準要求，按GB/T21433提出不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗要求，并對材質證書及不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢驗合格證進行確認，以保證304L材料耐硝酸腐蝕性能的可靠性。

2）對殼體焊接控制，以焊接工藝評定和耐硝酸腐蝕敏感性評定支持焊接材料選用和焊接工藝編制，并以焊接工藝保證管板與殼體的C類接頭及出口接管補強圈與殼體D類接頭的焊接質量，并對施焊記錄和檢驗等環節進行見證，保證容器焊接接頭性能的可靠性。

3）按GB/T21433對殼程304L容器及管束進行不銹鋼硝酸晶間腐蝕敏感性檢驗合格，并對預熱器不銹鋼表面進行清除油污做酸洗鈍化處理采用藍點法檢驗合格，以保證預熱器耐硝酸腐蝕性能的可靠性。

3 使用保持完好狀態

新《容規》要求容器使用的風險管理，以控制風險的理念進行安全管理，保證容器的本質安全。要求容器使用根據設計風險評估報告中的失效模式及其風險控制措施，有的放矢地日常檢查與保養維護，使容器使用處于完好狀態。

上述案例由于用戶忽略了殼程介質中含有水汽成分，設計委托條件不全面，使得設計漏識硝酸腐蝕的危害，未能提出相應控制硝酸腐蝕的技術要求，致使制造也失去了控制硝酸腐蝕的可靠性。并且，設備操作的工藝參數超出了技術特性，使殼程出口溫度過低，形成硝酸腐蝕的條件，加速了殼程出口部位殼體內表面母材或焊縫缺陷的腐蝕失效。這一案例說明，容器的本質安全更需要用戶使用的科學管理支持，以風險控制理念進行容器的使用安全管理。

1）用戶應加強容器的安全管理，熟悉掌握生產裝置的工藝流程，科學制定并嚴格執行容器的安全操作規程，避免操作參數如工作溫度的波動，使其控制在規定的范圍內，防止運行中產生硝酸腐蝕，保證容器的正常運行。

2）強化在役容器的管理，根據容器設計風險評估報告和在役容器檢驗報告中的風險控制，進行容器的日常巡檢與維護保養，并如實做好容器的運行巡檢與維護保養記錄、月定期安全檢查記錄和年度檢查報告，合理安排定期檢驗與大檢修計劃，并根據檢查檢驗及工程經驗提前計劃容器的備臺制造，對容器運行及檢查中發現的問題如材料不符合、結構不合理等，提出備臺設計的改進建議，完善設計委托條件，以消除危害隱患，保障備臺后的容器運行狀態完好，這些值得用戶重視。

3）按新《容規》要求對在役容器檢驗的風險管理，尤其是應用基于風險的檢驗技術(RBI)，促進在役容器的使用管理更加科學合理。在役容器檢驗應根據容器的使用情況和可能出現的失效模式有針對性地制定檢驗方案，并給出合于安全使用的檢驗報告，以指導用戶合理制定容器的備臺計劃與大檢修計劃，支持在役容器的本質安全。

4 結束語

HSE核心的風險管理理念已深入人心，并日益認識應用于石油化工等行業的壓力容器本質安全決定著HSE的本質。新《容規》正是順應時代的潮流，而要求保證容器本質安全的風險管理理念貫穿于設計、制造及使用管理的全過程，從根本上保障HSE文化的普及碩果，實現社會的安和。因此，推進HSE的風險管理要從源頭做起，給力壓力容器建造，促進壓力容器建造體制順應國際化[8]，這是項任重而道遠的工程，“需要全行業的關注，更需要與壓力容器相關的社會各界支持和共同推動”。

1 特種設備安全監察條例

2 TSG R0004－2009 固定式壓力容器安全技術監察規程及釋義

3 李文華.石油化工HSE風險管理.北京:石油工業出版社,2008

4 GB151－1999 管殼式換熱器

5 張光,等.鍋爐水預熱器泄漏分析與改進

6 GB150－2011 壓力容器

7 GB/T21433－2008 不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗

8 費偉.關注與推進壓力容器設計體制進入國際化壓力容器,2011,28(1):44－46