檢修熱交換器時液壓試驗壓力的確定

李春光，陳 罡，張 光

(中國石油遼陽石油化纖有限公司建修公司，遼寧 遼陽 111003)

表1 浮頭式熱交換器技術特性

注：自GB/T 713—2008標準起，牌號更新為Q345R。

煉化裝置的壓力容器經常因腐蝕引起泄漏失效而需要進行修理作業，尤其是管殼式熱交換器管束泄漏的情況發生更為頻繁，需要及時進行修理。修理完工后，一般需要通過液壓試驗進行檢驗，因此，液壓試驗壓力如何確定成為修理作業面臨的問題。某煉化裝置1臺浮頭式熱交換器(竣工圖中技術特性見表1)在2019年3月的1次管束泄漏搶修時發現，《熱交換器修理委托書》中的水壓試驗壓力是按竣工圖取值(見圖1)，而不是按《定期檢驗報告》中試驗壓力取值的。雖然熱交換器管程與殼程的設計壓力與設計溫度均不高，但是該熱交換器殼體已經使用了近20年(期間管束更換多次)，其試驗壓力按竣工圖取值不符合TSG 21—2016中關于在用壓力容器液壓試驗壓力取值的規定【1】，其結果將直接影響熱交換器液壓試驗的準確性與安全性。所以，對于在用熱交換器修理完工后液壓試驗壓力的取值有必要進一步進行探討。

1 壓力容器液壓試驗壓力的確定

鑒于壓力容器建造或修理完工后不可避免地存在未超標缺陷(或未檢測出的超標缺陷，或焊接接頭的殘余應力，或結構不連續處的應力集中峰值應力等)，在使用過程中，這些缺陷可能引發壓力容器失效。為避免其造成更大的危害，工程上通常采用液壓試驗作為壓力容器建造或修理完工后的最終檢驗方法，以最大限度地降低壓力容器使用過程中的風險【2】。實踐證明，液壓試驗是壓力容器安全而有效的檢驗方法，可作為其制造或修理完工后的最終質量驗證。液壓試驗的目的是全面檢驗壓力容器的可靠性，以高于設計壓力或允許使用壓力的液壓考察容器的整體強度、剛度、穩定性、焊接接頭的致密性以及法蘭接頭等連接結構的密封性是否符合安全技術要求，保證壓力容器使用的安全性能【3】。所以，壓力容器試驗壓力的確定既關系到最終檢驗的準確性，更關系到液壓試驗的安全性，應由持有壓力容器設計資質或檢驗資質的單位完成。

圖1 《熱交換器修理委托書》摘錄

管殼式熱交換器的耐壓試驗的順序、方法及要求在GB/T 151—2014第8.13條中已有明確規定【4】。對于浮頭式熱交換器， 首先用試驗壓環和浮頭專用試壓工具進行管頭試壓， 以檢查管束(重點是管頭)是否泄漏； 然后安裝管箱與浮頭蓋進行管程試壓， 以檢查管箱與浮頭蓋本體(重點是焊縫)的致密性及法蘭接頭的密封性；最后安裝外頭蓋進行殼程試壓， 以檢查殼體(重點是焊縫)的致密性及法蘭接頭的密封性。當管程設計壓力低于殼程設計壓力時， 管殼式熱交換器的管頭試驗通常采用液壓試驗， 而試驗壓力與殼程試驗壓力相同， 均按GB/T 150.1—2011中第4.6.2條的規定確定。

對于試驗壓力公式中P的取值，TSG 21—2016第3.2.12.1條的規定為：壓力容器的設計壓力或者壓力容器銘牌上規定的最高允許工作壓力(對在用壓力容器為定期檢驗確定的允許使用壓力或監控使用壓力)。

液壓試驗程序為： 緩慢升壓至P(竣工圖設計壓力或定期檢驗允許使用壓力)確認無泄漏后， 繼續升壓至PT(試驗壓力)并保壓， 時間一般不少于30 min， 然后降壓至P并保壓足夠時間進行檢查。P與PT的確定是否合理對液壓試驗至關重要， 直接影響到試驗過程是否能夠準確有序進行。

不論是壓力容器的設計壓力(或最高允許工作壓力)，還是允許使用壓力或監控使用壓力，都需要具有壓力容器設計資質或定期檢驗資質的單位經過對容器主要受壓元件進行強度計算與校核后才能確定，沒有壓力容器設計資質的單位(如修理單位)沒有資格確定。

2 在用容器液壓試驗壓力的確定

在用壓力容器經過使用后，需要定期進行檢驗，以對在用壓力容器的安全狀況進行符合性驗證。當在用壓力容器的腐蝕(或磨蝕)深度超過容器竣工圖規定的腐蝕裕量(或名義厚度不明，或結構不合理，或者檢驗人員對強度有懷疑)時，應當進行強度校核，以確定在用壓力容器的允許使用工作壓力與液壓試驗壓力。這需要具有定期檢驗資質的單位來完成。一般壓力容器的首次定期檢驗于投用后3年內進行，而以后的檢驗周期則由檢驗單位根據壓力容器的安全狀況等級確定，并在《定期檢驗報告》中給出。由此可見，壓力容器的液壓試驗壓力可以首次定期檢驗為基準，對于首次定期檢驗前的容器可直接按竣工圖取值，而定期檢驗后在檢驗周期內的容器則按《定期檢驗報告》的規定確定。

對于前例浮頭式熱交換器，通過查閱設備檔案得知，該熱交換器系于2000年建造并投入使用的(截至目前，已使用近20年)，2016年隨裝置停工檢修。《定期檢驗報告》顯示：檢驗結論為符合要求，安全狀況等級評定為3級，允許使用到2019年8月；管程允許使用壓力為0.60 MPa，殼程允許使用壓力為0.66 MPa；水壓試驗壓力管程為0.75 MPa，殼程為0.83 MPa。由此可見，定期檢驗時的液壓試驗壓力不是按竣工圖直接取值，而是根據熱交換器使用狀況、以工作壓力核算確定的。所以，容器修理時應全面審查《壓力容器修理委托書》與檔案資料(包括設計、制造與檢驗文件)，尤其是對接近設計使用年限的容器，對確定其液壓試驗壓力的取值更應謹慎，以使容器的修理符合規范要求，保證其可靠性與安全性。

這一案例提示， 由于液壓試驗是以高于容器設計壓力(或允許使用壓力)的液壓考察容器制造或修理質量的可靠性， 所以為了能夠對容器進行合規修理并使其符合安全要求， 容器修理完工后， 液壓試驗壓力的確定應由具有壓力容器設計資質或檢驗資質的單位確定， 而容器的使用單位或修理單位(沒有設計資質的)則沒有資格確定。

壓力容器使用單位在委托容器修理時， 首先應全面熟悉容器的信息， 準確完整地編制《壓力容器修理委托書》， 并提供容器的檔案資料， 以供容器修理單位編制壓力容器修理施工方案時參考。容器修理單位在確定液壓試驗壓力時， 應按壓力容器規程、 標準規定， 以容器的首次定期檢驗為基準， 對于首次定期檢驗前的容器可直接按竣工圖中液壓試驗壓力取值， 而定期檢驗后在檢驗周期內的容器則按《定期檢驗報告》規定取值。

值得注意的是，由于壓力容器的設計壓力是根據化工工藝專業提供的正常工況下容器頂部最高工作壓力及系統附加條件(如系統壓力變化、安全閥在系統中相對位置對設計壓力的影響等情況)綜合考慮確定的【5-6】，所以，定期檢驗在核定壓力容器允許使用壓力時，不僅要考慮容器的工作壓力，尚應考慮裝置系統附加條件的影響，以滿足壓力容器實際使用工況的安全要求。

3 結語

液壓試驗壓力的合理確定，不僅關系到壓力容器制造或修理質量檢驗的準確性，而且關系到壓力容器液壓試驗的安全性，尤其是在用壓力容器修理時液壓試驗壓力的確定更應慎重，不能直接按壓力容器竣工圖取值，而是需要具有設計資質或檢驗資質的單位根據壓力容器的使用狀況進行核算后確定。所以，編制壓力容器修理施工方案時應注意合規確定液壓試驗壓力，正確指導壓力容器的修理作業，保證壓力容器修理的可靠性與安全性。管殼式熱交換器修理后，液壓試驗壓力的確定需要注意以下幾點：

1) 當管程設計壓力低于殼程設計壓力時，管束的管頭試壓通常采用與殼程液壓試驗相同的試驗壓力，否則按竣工圖或《定期檢驗報告》中的管頭試驗方法和壓力確定；

2) 壓力容器修理時液壓試驗壓力的確定原則為：對于首次定期檢驗前的容器按竣工圖中規定的液壓試驗壓力取值，對于定期檢驗后在檢驗周期內的容器按《定期檢驗報告》中規定的液壓試驗壓力取值；

3) 《壓力容器修理委托書》應完整、準確，并應根據壓力容器的使用狀況按竣工圖或《定期檢驗報告》合理確定修理后進行液壓試驗的壓力，以指導壓力容器修理施工方案的正確編制。