压力容器的风险管理

关庆贺 中国石油辽阳石化公司机械厂

肖昀斌 辽阳石化公司生产监测部

压力容器(简称容器)属于特种设备[1]，关系生命和财产安全。为此，新《容规》[2]要求容器本质安全，即设计要规避失效风险，制造要符合标准可靠，使用则要保持完好状态。容器的本质安全直接关系石油化工等行业的HSE[3]本质，需要风险管理的支持，即从容器建造到使用管理的全程控制风险，防止“跑冒滴漏”的危害，利于清洁生产与节能减排，保障装置的“安稳长满优”运行，实现“健康、安全与环境”的理念。

1 设计规避失效风险

新《容规》要求容器设计的风险管理，以增强容器设计的可靠性保证容器的本质安全。要求容器设计基于失效模式进行，在设计阶段要全面分析容器在寿命期内可能出现的危害，通过危害识别、风险评价和风险控制来完成风险管理。

某装置一台锅炉水预热器备台制造后投入使用不到一周即发生壳程出口接管处的泄漏，现场看到微弱的气体从接于出口接管补强圈信号孔的导管流入瓶中，瓶底部存有黑色的液体。竣工图显示：预热器为BIU800-1.3/0.6-35-4/19-4型，管板采用e型连接结构[4]，即管板与壳程圆筒采用T形接头的对接与角接组合焊缝连接为一体，而管板的延长部分兼作法兰与管箱法兰通过垫片螺栓连接密封，并卧式与鞍座底平面倾斜2°角安装，使壳程出口接管处于低位；管程介质为锅炉水，工作压力1.1MPa，设计压力1.3MPa，水压试验压力1.65MPa，工作温度118℃，设计温度140℃；壳程介质为NO、NO2(中度危害)，工作压力0.49MPa，设计压力0.6MPa，水压试验压力1.65MPa，工作温度170℃，设计温度190℃，主要元件材料为304L。

由于预热器正在运行，加之管束与壳体为不可拆的整体结构，无法查看泄漏部位内部的腐蚀源貌，只能根据预热器的工艺条件和结构材料等分析成因，结果表明[5]：壳程介质中确实含有水汽，并且当时的进口温度仅为102℃，而出口温度才40℃，难免产生硝酸腐蚀。根据现有检测条件对泄漏凝结的黑色液体测定到的硝酸根离子推断，黑色液体是硝酸腐蚀不锈钢的产物（304L试件硝酸腐蚀试验时也呈现黑色）；从壳体出口接管补强圈信号孔泄漏出的微弱气体，则是补强圈范围内的壳体内表面母材或焊缝缺陷形成的腐蚀源并穿透导致的介质漏出。

这一案例提示，由于预热器备台设计委托条件没有提全壳程介质组分(未注明水蒸气含量)，使得设计忽视硝酸腐蚀危害而没有进行相应的风险评价与控制，导致备台的预热器在使用初期快速损伤而失效。如此可见，设计委托必须明确设备的使用条件。为此改版的GB150-4.2资质与职责[6]里增加了“用户的职责”，并明文规定应以书面形式提供设计条件的内容。所以备台设计也应根据用户所提供的图纸资料等输入信息如壳体材料304L敏感腐蚀危害，核实壳程介质组分和工况条件，确认是否存在硝酸腐蚀危害，即使是操作工况符合技术特性(工作温度170℃)要求，也应考虑停车时产生硝酸的可能性，合理提出防止硝酸腐蚀的控制措施。

1）根据硝酸腐蚀危害，完善施工图中的技术要求，增加对304L及焊接材料纯净度(控制C、Si、S、P等含量符合标准规定)的采购及验收要求，并提出不锈钢材料的硝酸晶间腐蚀敏感性试验要求。

2）不但对不锈钢材料提出硝酸晶间腐蚀敏感性试验要求，而且对不锈钢加工成形后的元件及其焊态也应提出按GB/T21433进行不锈钢容器的硝酸晶间腐蚀敏感性检验[7]要求，并对预热器不锈钢表面进行清除油污做酸洗钝化处理采用蓝点法检验合格，保证预热器耐硝酸腐蚀的可靠性。

3）原引进设备受装置安装位置的限制，管板采用e型连接结构不便于预热器的检修，可以将e型管板连接结构改为a型管板连接结构(管板通过垫片被壳体法兰与管箱法兰夹持用螺栓连接)，使管束与壳体分离实现抽装，方便壳体及管束的检修。

2 制造符合标准可靠性

新《容规》要求容器制造的风险管理，以促进容器制造的可靠性保证容器的本质安全。要求容器制造根据设计风险评估报告提出的主要失效模式、制造检验要求和建议，合理确定制造与检验工艺，使容器制造质量符合设计标准的可靠性。

上述案例由于设计忽视硝酸腐蚀危害，设计图样中没有提出相应的风险控制措施即制造与检验要求，使得容器制造也没有对材料、制造与检验等环节进行相应的风险控制。如材料采购304L钢板系按ASTM A240生产的，而P含量高于GB24511的标准值，当然也未提出不锈钢硝酸晶间腐蚀敏感性检验要求，由此留下了硝酸腐蚀的隐患。

新《容规》的本质安全理念要求容器制造符合设计标准的可靠性。鉴于容器制造是由材料采购、加工成形、焊接、无损检测、热处理、压力试验等工艺过程构成，而整个制造工艺过程即是标准化，要求制造工艺应能保证容器产品的可靠性符合设计标准要求。所以，容器制造应按GB150规定，针对304L容器的硝酸腐蚀危害，根据施工图的设计要求制定、实施并见证质量计划。

1）对壳体材料304L及其焊接材料采购与验收控制，在采购合同中注明C、Si、S、P等含量符合设计标准要求，按GB/T21433提出不锈钢硝酸晶间腐蚀敏感性检验要求，并对材质证书及不锈钢晶间腐蚀敏感性检验合格证进行确认，以保证304L材料耐硝酸腐蚀性能的可靠性。

2）对壳体焊接控制，以焊接工艺评定和耐硝酸腐蚀敏感性评定支持焊接材料选用和焊接工艺编制，并以焊接工艺保证管板与壳体的C类接头及出口接管补强圈与壳体D类接头的焊接质量，并对施焊记录和检验等环节进行见证，保证容器焊接接头性能的可靠性。

3）按GB/T21433对壳程304L容器及管束进行不锈钢硝酸晶间腐蚀敏感性检验合格，并对预热器不锈钢表面进行清除油污做酸洗钝化处理采用蓝点法检验合格，以保证预热器耐硝酸腐蚀性能的可靠性。

3 使用保持完好状态

新《容规》要求容器使用的风险管理，以控制风险的理念进行安全管理，保证容器的本质安全。要求容器使用根据设计风险评估报告中的失效模式及其风险控制措施，有的放矢地日常检查与保养维护，使容器使用处于完好状态。

上述案例由于用户忽略了壳程介质中含有水汽成分，设计委托条件不全面，使得设计漏识硝酸腐蚀的危害，未能提出相应控制硝酸腐蚀的技术要求，致使制造也失去了控制硝酸腐蚀的可靠性。并且，设备操作的工艺参数超出了技术特性，使壳程出口温度过低，形成硝酸腐蚀的条件，加速了壳程出口部位壳体内表面母材或焊缝缺陷的腐蚀失效。这一案例说明，容器的本质安全更需要用户使用的科学管理支持，以风险控制理念进行容器的使用安全管理。

1）用户应加强容器的安全管理，熟悉掌握生产装置的工艺流程，科学制定并严格执行容器的安全操作规程，避免操作参数如工作温度的波动，使其控制在规定的范围内，防止运行中产生硝酸腐蚀，保证容器的正常运行。

2）强化在役容器的管理，根据容器设计风险评估报告和在役容器检验报告中的风险控制，进行容器的日常巡检与维护保养，并如实做好容器的运行巡检与维护保养记录、月定期安全检查记录和年度检查报告，合理安排定期检验与大检修计划，并根据检查检验及工程经验提前计划容器的备台制造，对容器运行及检查中发现的问题如材料不符合、结构不合理等，提出备台设计的改进建议，完善设计委托条件，以消除危害隐患，保障备台后的容器运行状态完好，这些值得用户重视。

3）按新《容规》要求对在役容器检验的风险管理，尤其是应用基于风险的检验技术(RBI)，促进在役容器的使用管理更加科学合理。在役容器检验应根据容器的使用情况和可能出现的失效模式有针对性地制定检验方案，并给出合于安全使用的检验报告，以指导用户合理制定容器的备台计划与大检修计划，支持在役容器的本质安全。

4 结束语

HSE核心的风险管理理念已深入人心，并日益认识应用于石油化工等行业的压力容器本质安全决定着HSE的本质。新《容规》正是顺应时代的潮流，而要求保证容器本质安全的风险管理理念贯穿于设计、制造及使用管理的全过程，从根本上保障HSE文化的普及硕果，实现社会的安和。因此，推进HSE的风险管理要从源头做起，给力压力容器建造，促进压力容器建造体制顺应国际化[8]，这是项任重而道远的工程，“需要全行业的关注，更需要与压力容器相关的社会各界支持和共同推动”。

1 特种设备安全监察条例

2 TSG R0004－2009 固定式压力容器安全技术监察规程及释义

3 李文华.石油化工HSE风险管理.北京:石油工业出版社,2008

4 GB151－1999 管壳式换热器

5 张光,等.锅炉水预热器泄漏分析与改进

6 GB150－2011 压力容器

7 GB/T21433－2008 不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验

8 费伟.关注与推进压力容器设计体制进入国际化压力容器,2011,28(1):44－46