零缺陷流程設備

文/ Dominik Stephan

生產現場 Manufacture Practice

零缺陷流程設備

文/ Dominik Stephan

設備使用者和制造者之間對使用壽命和磨損方式的不同觀點——流程設備還能使用多長時間？繼流程設備的維護保養、故障診斷和檢測分析技術方法之后，Dechema論壇討論的是微量元素的痕跡追蹤，還有材料專家、新的法律法規和來自實踐的信息。一直伴隨流程設備的終身學習和獨立承擔責任問題，現在也出現在零缺陷的流程設備中了嗎？

化工設備承受著劇烈的溫度變化、強烈的機械載荷、腐蝕性介質對設備管道、儀器儀表和流程工藝裝備的磨損。這些因素對流程設備使用壽命的影響是很難預測的，尤其在流程設備的實際應用中這些因素都是共同發揮作用的。這些相互交織在一起的作用和影響很難建立起一個數學模型，很難知道它們對流程設備系統有多大和多長時間的影響。

當涉及到流程設備的使用壽命時，材料技術專家和流程設備制造者承擔的責任義務是一樣的。“但流程工藝設計師、設備機械設計師、工藝工程師、檢驗員和監控機構也要協調好他們的工作，以保證流程設備可靠的工作運行”，這是Dechema協會的想法。Dechema協會依靠其專業技術團隊成立了流程設備材料技術、設計技術和使用壽命的專業技術論壇，為不同專業技術領域的流程工藝專業人員提供了交流經驗、分享解決方案和啟動未來研發的論壇和平臺。

畢竟流程設備的問題是涉及到錢的問題，僅僅是德國化工和制藥兩大領域每年在流程設備維護保養方面投入的資金就高達350億歐元。另外還要因生產損失、質量損失和零配件倉庫存儲支付數百億歐元的間接費用。在整個流程工藝技術領域內，化工企業首屈一指。究其原因就是高成本流程設備和流程工藝技術以及相對較低的勞動力成本。流程設備的生產效率和降低流程設備的使用運行費用，是流程工業決策者選擇流程設備時的關鍵標準。利用率、產量和產能、產品質量也是必須考慮的因素，而且是超越流程設備使用壽命期之外必須考慮的問題。

這恰恰也是2016年10月Dechema協會“終生考察——踏上零缺陷流程設備之路”資訊日關注的焦點。除了新的標準和技術規范之外，例如EN 13445標準與過去的德國老標準AD 2000相比較（參見說明文），材料科學也成為人們關注的焦點。說到底，想要保證流程設備安全可靠和經濟的工作運行，就必須了解典型的破壞過程和失效過程。這才是得出有說服力的設備狀態信息和可能發生的失效。

但不是所有的一切始終圍繞著流程設備的事故和損失，特別值得關注的是Dechema研究所研究人員已經公布了研究成果的所謂光環效應和以點概面效應。這種現象出現在高溫領域（1 050℃以上）中鈦-鋁基合金材料的輕量化制造材料領域中。這種平常很容易被氧化和剝落的材料，可以利用2004年首次提出的效應而形成光滑的氧化鋁鈍化層。由于這一效應被限制在只有幾微米厚的一層內，因此合金材料的機械性能保持不變，這就明顯擴展了這類零部件在實踐中的應用范圍。

想避免損失，就必須知道流程設備工作運行中的一些典型問題，尤其是交變載荷，即所謂的動應力，會消耗設備零部件的生命。一套流程設備承受著幾百種交變負載并不是少見的事情。“這就進入了問題的實質，即真正的疲勞強度或者零缺陷的設備，是根本無法實現的。”Sinco Tec公司的Joachim Hug先生這樣說道。

德國化工企業每年支付135億歐元的設備維護保養費用 - 相當于生產成本的45%～60%。

如何檢測流程設備是否有足夠的使用強度呢？無損檢驗對流程設備剩余的使用壽命有多大的說服力呢？這些就和計劃外和計劃內的流程設備維護保養一樣倍受爭議。但有一點非常清楚，即使是最精細的測試方法和最復雜的計算也無法準確的預測零部件失效的確切時間。

“一個熱點問題就是流程設備啟動和停止的過程，尤其是在工廠停產和維護保養后，大約80%的設備事故、損失出現在工程項目的這一階段。”慕尼黑保險公司的Ulrich Rappold先生說道。因此，“工程師們在技術改造項目的交接管理中給予了特別的關注。”專家說道。如果這樣的工作由專業的工業技術服務商來完成，但仍然不應該逃避責任，因為“工作可以外包但責任不能外包！”

EN 13445標準中所有的新動向

● 歐盟內部統一的EN 13445標準也適用于非加熱型的金屬壓力容器。EN 13445標準允許在更大的范圍內采用無損檢驗技術方法以及分析強度評估。通過準確的詳細分類，尤其是焊接方法的詳細分類，會略微提高無損探傷的成本費用。較低的‘靜載荷’下限值（現在：max. 500循環，max. 5%的壓力波動）。新規則也允許將壓力容器設計成矩形或者橢圓形的形狀。

● 作為生產廠家不必再由獨立的第三方進行資質評審了。本標準對焊接操作做出了新的規定（焊縫的準確差別，沒有焊接監督員的要求了）。避免脆性斷裂的方法允許補上低溫下的資質評審。

● 一般來講，壓力容器的用戶費用會保持不變或者略有下降（檢測費用大約是總成本費用的2%）。

本文作者系PROCESS德文版雜志編輯。