多晶硅工廠壓力容器利用風險評估法進行檢驗的特點

摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發(fā)達國家廣泛應用在石油化工行業(yè)，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內(nèi)一些多晶硅企業(yè)也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業(yè)的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。

關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02

風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統(tǒng)評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數(shù)據(jù)庫，部分調(diào)整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內(nèi)高校與研究機構(gòu)引入國內(nèi)，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數(shù)多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產(chǎn)的正常進行和檢驗成本的下降，配合當?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。

1 風險評估法介紹

1.1 風險評估法的風險定義

在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據(jù)計算結(jié)果和生產(chǎn)可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結(jié)合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環(huán)境破壞、生產(chǎn)中斷和設備維修費等幾個方面。

1.2 風險評估法的常用檢驗方法

采用的檢驗方法通常是根據(jù)設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發(fā)射等檢測方法。

2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況

2.1 工廠概況

某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產(chǎn)工藝的年產(chǎn)3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在太陽能2級以上。目前廠內(nèi)大多數(shù)壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規(guī)則》要求即將開展定期檢驗工作。

2.2 定期檢驗帶來的問題

1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發(fā)性慢的特性，從而對常規(guī)檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。

2）對產(chǎn)品質(zhì)量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產(chǎn)生影響，從而使多晶硅產(chǎn)品的純度造成影響，最終使產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生波動和下降。

3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規(guī)檢驗需要在其內(nèi)部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內(nèi)部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。

4）檢驗周期較長。由于物料的揮發(fā)性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。

5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業(yè)的間接成本極劇增加。

3 風險評估法在多晶硅采用的特點

3.1 采取的方法

某多晶硅工廠采用聲發(fā)射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。

本次評估聲發(fā)射的實驗對象是罐區(qū)的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發(fā)射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。

經(jīng)過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發(fā)射檢測，根據(jù)我公司球罐的工作壓力及聲發(fā)射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。

圖1 球罐聲發(fā)射探頭布置示意圖

圖2 球罐聲發(fā)射加壓程序

加壓介質(zhì)采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環(huán)，依據(jù)照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環(huán)的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環(huán)的最高壓力為0.485 MPa。

3.2 受評壓力容器存在的風險特點

1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內(nèi)部主要介質(zhì)為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內(nèi)對大多數(shù)常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產(chǎn)工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內(nèi)殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。

2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產(chǎn)生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發(fā)生在TCS合成工段含硅粉介質(zhì)的設備、管道、閥門中。

3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現(xiàn)為保溫層下局部減薄，表現(xiàn)形式主要是工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發(fā)生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發(fā)，雨水或是大氣環(huán)境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產(chǎn)生氯化物應力腐蝕開裂。

4）循環(huán)水腐蝕。循環(huán)水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質(zhì)為循環(huán)冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發(fā)現(xiàn)21臺發(fā)生了換熱管腐蝕穿透的情況。

4 結(jié)論

目前國內(nèi)開始興起的風險評估法代替常規(guī)定期檢驗，由于其擁有安全、經(jīng)濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業(yè)面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規(guī)檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業(yè)應用前景廣泛，具有較高推廣價值。

參考文獻

[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].

[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].

作者簡介

李涌（1970-），男，機械高級工程師，現(xiàn)供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint

摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發(fā)達國家廣泛應用在石油化工行業(yè)，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內(nèi)一些多晶硅企業(yè)也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業(yè)的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。

關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02

風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統(tǒng)評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數(shù)據(jù)庫，部分調(diào)整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內(nèi)高校與研究機構(gòu)引入國內(nèi)，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數(shù)多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產(chǎn)的正常進行和檢驗成本的下降，配合當?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。

1 風險評估法介紹

1.1 風險評估法的風險定義

在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據(jù)計算結(jié)果和生產(chǎn)可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結(jié)合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環(huán)境破壞、生產(chǎn)中斷和設備維修費等幾個方面。

1.2 風險評估法的常用檢驗方法

采用的檢驗方法通常是根據(jù)設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發(fā)射等檢測方法。

2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況

2.1 工廠概況

某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產(chǎn)工藝的年產(chǎn)3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在太陽能2級以上。目前廠內(nèi)大多數(shù)壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規(guī)則》要求即將開展定期檢驗工作。

2.2 定期檢驗帶來的問題

1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發(fā)性慢的特性，從而對常規(guī)檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。

2）對產(chǎn)品質(zhì)量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產(chǎn)生影響，從而使多晶硅產(chǎn)品的純度造成影響，最終使產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生波動和下降。

3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規(guī)檢驗需要在其內(nèi)部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內(nèi)部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。

4）檢驗周期較長。由于物料的揮發(fā)性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。

5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業(yè)的間接成本極劇增加。

3 風險評估法在多晶硅采用的特點

3.1 采取的方法

某多晶硅工廠采用聲發(fā)射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。

本次評估聲發(fā)射的實驗對象是罐區(qū)的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發(fā)射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。

經(jīng)過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發(fā)射檢測，根據(jù)我公司球罐的工作壓力及聲發(fā)射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。

圖1 球罐聲發(fā)射探頭布置示意圖

圖2 球罐聲發(fā)射加壓程序

加壓介質(zhì)采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環(huán)，依據(jù)照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環(huán)的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環(huán)的最高壓力為0.485 MPa。

3.2 受評壓力容器存在的風險特點

1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內(nèi)部主要介質(zhì)為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內(nèi)對大多數(shù)常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產(chǎn)工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內(nèi)殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。

2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產(chǎn)生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發(fā)生在TCS合成工段含硅粉介質(zhì)的設備、管道、閥門中。

3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現(xiàn)為保溫層下局部減薄，表現(xiàn)形式主要是工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發(fā)生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發(fā)，雨水或是大氣環(huán)境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產(chǎn)生氯化物應力腐蝕開裂。

4）循環(huán)水腐蝕。循環(huán)水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質(zhì)為循環(huán)冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發(fā)現(xiàn)21臺發(fā)生了換熱管腐蝕穿透的情況。

4 結(jié)論

目前國內(nèi)開始興起的風險評估法代替常規(guī)定期檢驗，由于其擁有安全、經(jīng)濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業(yè)面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規(guī)檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業(yè)應用前景廣泛，具有較高推廣價值。

參考文獻

[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].

[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].

作者簡介

李涌（1970-），男，機械高級工程師，現(xiàn)供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint

摘 要 多晶硅工廠由于工藝的特性，所屬設備多為壓力容器，此類設備按國家檢驗標準要求需要定期進行檢驗。近年來風險評估法被世界發(fā)達國家廣泛應用在石油化工行業(yè)，由于該檢驗方法具有科學、效率高、成本低、準確性高的特點，國內(nèi)一些多晶硅企業(yè)也開始采取應用。文章對該技術在某多晶硅工廠的檢驗特點進行了闡述，為多晶硅行業(yè)的壓力容器定期檢驗提供了新方法的探討和參考。

關鍵詞 多晶硅；壓力容器；檢驗；風險評估法

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0095-02

風險評估法又稱基于風險的檢驗，該方法是通過對設備的失效基理分析和安全性的系統(tǒng)評估，來確定設備的運行可靠性。2008年頒布新版API 581-2008，擴充了物流數(shù)據(jù)庫，部分調(diào)整了失效可能性、失效后果的評估方法，增添了新的設備模型以及損傷機理模型。20世紀90年代末期該項技術被部分國內(nèi)高校與研究機構(gòu)引入國內(nèi)，并與2003年開始逐步推廣至工程應用階段，目前有少數(shù)多晶硅工廠進行了應用。某多晶硅工廠的壓力容器即將面臨壓力容器的定期檢驗，為確保生產(chǎn)的正常進行和檢驗成本的下降，配合當?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門引進了江蘇特檢中心的RBI技術對全廠相關設備進行了檢驗。

1 風險評估法介紹

1.1 風險評估法的風險定義

在風險評估法中，風險定義為失效概率與失效后果的乘積。根據(jù)計算結(jié)果和生產(chǎn)可靠性分析來評估潛在的失效后果，失效概率則是將材料受載與抗載模型技術結(jié)合起來加以確定。這里的風險涵蓋了人身安全、環(huán)境破壞、生產(chǎn)中斷和設備維修費等幾個方面。

1.2 風險評估法的常用檢驗方法

采用的檢驗方法通常是根據(jù)設備風險度較高的失效模式選擇具有針對性的驗證檢驗方法，有TOFD、磁記憶、超聲導波、聲發(fā)射等檢測方法。

2 工廠壓力容器面臨定期檢驗情況

2.1 工廠概況

某多晶硅工廠是一座引進美國先進技術設計，采用西門子法生產(chǎn)工藝的年產(chǎn)3000噸多晶硅工廠，工廠于2010年11月建成投產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在太陽能2級以上。目前廠內(nèi)大多數(shù)壓力容器如：球管，臥罐，換熱器等，按國家《壓力容器定期檢驗規(guī)則》要求即將開展定期檢驗工作。

2.2 定期檢驗帶來的問題

1）安全隱患。容器存儲物料如：三氯氫硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃燒、易爆，揮發(fā)性慢的特性，從而對常規(guī)檢驗要求的開罐檢驗造成不安全隱患。

2）對產(chǎn)品質(zhì)量影響。開罐檢驗會對物料的潔凈度產(chǎn)生影響，從而使多晶硅產(chǎn)品的純度造成影響，最終使產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生波動和下降。

3）檢驗施工難度大。對一些大型容器，常規(guī)檢驗需要在其內(nèi)部進行焊縫破損檢驗，如球罐，臥罐類，這些檢驗需采取內(nèi)部搭架子方式，不僅難度極大，而且檢驗人員易受到傷害。

4）檢驗周期較長。由于物料的揮發(fā)性極慢，采用氮氣置換時間較長，并使檢驗期限周期較長，對工廠的開車時間造成不確定性。

5）檢驗間接成本高。因為常檢驗周期較長，期間工廠只能停車等待；且為保證物料的潔凈度需大量用物料置換清洗，這些都會使企業(yè)的間接成本極劇增加。

3 風險評估法在多晶硅采用的特點

3.1 采取的方法

某多晶硅工廠采用聲發(fā)射檢驗作為風險驗證性檢驗方法，舉例如下。

本次評估聲發(fā)射的實驗對象是罐區(qū)的2臺300 m3球罐位號為90-TK122，90-TK123，本次進行聲發(fā)射檢測時擬采用26個通道進行，定位方式采用球形定位。其探頭位置如圖1所示。

經(jīng)過儀器校準、衰減測量、背景噪聲校準后，啟動罐體加壓程序進行聲發(fā)射檢測，根據(jù)我公司球罐的工作壓力及聲發(fā)射檢測要求，制定加壓程序如圖2所示。

圖1 球罐聲發(fā)射探頭布置示意圖

圖2 球罐聲發(fā)射加壓程序

加壓介質(zhì)采用氮氣，試驗進行兩次加壓循環(huán)，依據(jù)照球罐可達到的最高工作壓力0.45 MPa，第一次加壓循環(huán)的最高壓力為0.5 MPa，第二次加壓循環(huán)的最高壓力為0.485 MPa。

3.2 受評壓力容器存在的風險特點

1）鹽酸腐蝕。由于本次評估的設備內(nèi)部主要介質(zhì)為三氯氫硅、四氯化硅以及銷量的二氯二氫硅，三種氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（鹽酸）會引起全面腐蝕和局部腐蝕，并在較寬濃度范圍內(nèi)對大多數(shù)常見材料具有很強的腐蝕性，鹽酸的來源是氯硅烷的水解，水分在正常的生產(chǎn)工藝中不應存在，而最有可能來自在于停工檢修過程中，罐內(nèi)殘留物料與空氣中水分的反應所生成，或開車前的吹掃干燥不達標造成的水分殘留，抑或是原料帶入。

2）硅粉腐蝕。硅粉磨損是指硅粉與金屬材料接觸面產(chǎn)生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成金屬表面材料損失的過程，主要發(fā)生在TCS合成工段含硅粉介質(zhì)的設備、管道、閥門中。

3）保溫層下腐蝕。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現(xiàn)為保溫層下局部減薄，表現(xiàn)形式主要是工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)（二氧化硫、氯氣、氯化氫、氮氧化物等）隨雨水在保溫層下積聚濃縮造成的酸性腐蝕；奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發(fā)生保溫層下金屬表面應力腐蝕，因保溫層破損部位滲水，隨著水汽蒸發(fā)，雨水或是大氣環(huán)境中的氯化物會凝聚下來，有些保溫層本身含有的氯化物也可能溶解到滲水中，在殘余應力作用下（如焊縫和冷彎部位），容易產(chǎn)生氯化物應力腐蝕開裂。

4）循環(huán)水腐蝕。循環(huán)水腐蝕指的是冷卻水中由溶解鹽、氣體、有機化合物或微生物活動引起的碳鋼和其他金屬的腐蝕。多晶硅裝置共有介質(zhì)為循環(huán)冷卻水的碳鋼換熱器共27臺，先后發(fā)現(xiàn)21臺發(fā)生了換熱管腐蝕穿透的情況。

4 結(jié)論

目前國內(nèi)開始興起的風險評估法代替常規(guī)定期檢驗，由于其擁有安全、經(jīng)濟、快速的特性，可以有效的解決多晶硅行業(yè)面臨定期檢驗帶來的困境。本文通過事例介紹在某多晶硅工廠的實際應用中，采用該方法科學合理的解決了常規(guī)檢驗存在的問題，進一步說明了該技術在多晶硅行業(yè)應用前景廣泛，具有較高推廣價值。

參考文獻

[1]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]TSGR7001-2013壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].

[3]GB 150-2011固定式壓力容器[S].

作者簡介

李涌（1970-），男，機械高級工程師，現(xiàn)供職于昆明冶研新材料股份有限公司，目前為昆明冶研多晶硅工廠廠長。endprint