检修热交换器时液压试验压力的确定

李春光，陈 罡，张 光

(中国石油辽阳石油化纤有限公司建修公司，辽宁 辽阳 111003)

表1 浮头式热交换器技术特性

注：自GB/T 713—2008标准起，牌号更新为Q345R。

炼化装置的压力容器经常因腐蚀引起泄漏失效而需要进行修理作业，尤其是管壳式热交换器管束泄漏的情况发生更为频繁，需要及时进行修理。修理完工后，一般需要通过液压试验进行检验，因此，液压试验压力如何确定成为修理作业面临的问题。某炼化装置1台浮头式热交换器(竣工图中技术特性见表1)在2019年3月的1次管束泄漏抢修时发现，《热交换器修理委托书》中的水压试验压力是按竣工图取值(见图1)，而不是按《定期检验报告》中试验压力取值的。虽然热交换器管程与壳程的设计压力与设计温度均不高，但是该热交换器壳体已经使用了近20年(期间管束更换多次)，其试验压力按竣工图取值不符合TSG 21—2016中关于在用压力容器液压试验压力取值的规定【1】，其结果将直接影响热交换器液压试验的准确性与安全性。所以，对于在用热交换器修理完工后液压试验压力的取值有必要进一步进行探讨。

1 压力容器液压试验压力的确定

鉴于压力容器建造或修理完工后不可避免地存在未超标缺陷(或未检测出的超标缺陷，或焊接接头的残余应力，或结构不连续处的应力集中峰值应力等)，在使用过程中，这些缺陷可能引发压力容器失效。为避免其造成更大的危害，工程上通常采用液压试验作为压力容器建造或修理完工后的最终检验方法，以最大限度地降低压力容器使用过程中的风险【2】。实践证明，液压试验是压力容器安全而有效的检验方法，可作为其制造或修理完工后的最终质量验证。液压试验的目的是全面检验压力容器的可靠性，以高于设计压力或允许使用压力的液压考察容器的整体强度、刚度、稳定性、焊接接头的致密性以及法兰接头等连接结构的密封性是否符合安全技术要求，保证压力容器使用的安全性能【3】。所以，压力容器试验压力的确定既关系到最终检验的准确性，更关系到液压试验的安全性，应由持有压力容器设计资质或检验资质的单位完成。

图1 《热交换器修理委托书》摘录

管壳式热交换器的耐压试验的顺序、方法及要求在GB/T 151—2014第8.13条中已有明确规定【4】。对于浮头式热交换器， 首先用试验压环和浮头专用试压工具进行管头试压， 以检查管束(重点是管头)是否泄漏； 然后安装管箱与浮头盖进行管程试压， 以检查管箱与浮头盖本体(重点是焊缝)的致密性及法兰接头的密封性；最后安装外头盖进行壳程试压， 以检查壳体(重点是焊缝)的致密性及法兰接头的密封性。当管程设计压力低于壳程设计压力时， 管壳式热交换器的管头试验通常采用液压试验， 而试验压力与壳程试验压力相同， 均按GB/T 150.1—2011中第4.6.2条的规定确定。

对于试验压力公式中P的取值，TSG 21—2016第3.2.12.1条的规定为：压力容器的设计压力或者压力容器铭牌上规定的最高允许工作压力(对在用压力容器为定期检验确定的允许使用压力或监控使用压力)。

液压试验程序为： 缓慢升压至P(竣工图设计压力或定期检验允许使用压力)确认无泄漏后， 继续升压至PT(试验压力)并保压， 时间一般不少于30 min， 然后降压至P并保压足够时间进行检查。P与PT的确定是否合理对液压试验至关重要， 直接影响到试验过程是否能够准确有序进行。

不论是压力容器的设计压力(或最高允许工作压力)，还是允许使用压力或监控使用压力，都需要具有压力容器设计资质或定期检验资质的单位经过对容器主要受压元件进行强度计算与校核后才能确定，没有压力容器设计资质的单位(如修理单位)没有资格确定。

2 在用容器液压试验压力的确定

在用压力容器经过使用后，需要定期进行检验，以对在用压力容器的安全状况进行符合性验证。当在用压力容器的腐蚀(或磨蚀)深度超过容器竣工图规定的腐蚀裕量(或名义厚度不明，或结构不合理，或者检验人员对强度有怀疑)时，应当进行强度校核，以确定在用压力容器的允许使用工作压力与液压试验压力。这需要具有定期检验资质的单位来完成。一般压力容器的首次定期检验于投用后3年内进行，而以后的检验周期则由检验单位根据压力容器的安全状况等级确定，并在《定期检验报告》中给出。由此可见，压力容器的液压试验压力可以首次定期检验为基准，对于首次定期检验前的容器可直接按竣工图取值，而定期检验后在检验周期内的容器则按《定期检验报告》的规定确定。

对于前例浮头式热交换器，通过查阅设备档案得知，该热交换器系于2000年建造并投入使用的(截至目前，已使用近20年)，2016年随装置停工检修。《定期检验报告》显示：检验结论为符合要求，安全状况等级评定为3级，允许使用到2019年8月；管程允许使用压力为0.60 MPa，壳程允许使用压力为0.66 MPa；水压试验压力管程为0.75 MPa，壳程为0.83 MPa。由此可见，定期检验时的液压试验压力不是按竣工图直接取值，而是根据热交换器使用状况、以工作压力核算确定的。所以，容器修理时应全面审查《压力容器修理委托书》与档案资料(包括设计、制造与检验文件)，尤其是对接近设计使用年限的容器，对确定其液压试验压力的取值更应谨慎，以使容器的修理符合规范要求，保证其可靠性与安全性。

这一案例提示， 由于液压试验是以高于容器设计压力(或允许使用压力)的液压考察容器制造或修理质量的可靠性， 所以为了能够对容器进行合规修理并使其符合安全要求， 容器修理完工后， 液压试验压力的确定应由具有压力容器设计资质或检验资质的单位确定， 而容器的使用单位或修理单位(没有设计资质的)则没有资格确定。

压力容器使用单位在委托容器修理时， 首先应全面熟悉容器的信息， 准确完整地编制《压力容器修理委托书》， 并提供容器的档案资料， 以供容器修理单位编制压力容器修理施工方案时参考。容器修理单位在确定液压试验压力时， 应按压力容器规程、 标准规定， 以容器的首次定期检验为基准， 对于首次定期检验前的容器可直接按竣工图中液压试验压力取值， 而定期检验后在检验周期内的容器则按《定期检验报告》规定取值。

值得注意的是，由于压力容器的设计压力是根据化工工艺专业提供的正常工况下容器顶部最高工作压力及系统附加条件(如系统压力变化、安全阀在系统中相对位置对设计压力的影响等情况)综合考虑确定的【5-6】，所以，定期检验在核定压力容器允许使用压力时，不仅要考虑容器的工作压力，尚应考虑装置系统附加条件的影响，以满足压力容器实际使用工况的安全要求。

3 结语

液压试验压力的合理确定，不仅关系到压力容器制造或修理质量检验的准确性，而且关系到压力容器液压试验的安全性，尤其是在用压力容器修理时液压试验压力的确定更应慎重，不能直接按压力容器竣工图取值，而是需要具有设计资质或检验资质的单位根据压力容器的使用状况进行核算后确定。所以，编制压力容器修理施工方案时应注意合规确定液压试验压力，正确指导压力容器的修理作业，保证压力容器修理的可靠性与安全性。管壳式热交换器修理后，液压试验压力的确定需要注意以下几点：

1) 当管程设计压力低于壳程设计压力时，管束的管头试压通常采用与壳程液压试验相同的试验压力，否则按竣工图或《定期检验报告》中的管头试验方法和压力确定；

2) 压力容器修理时液压试验压力的确定原则为：对于首次定期检验前的容器按竣工图中规定的液压试验压力取值，对于定期检验后在检验周期内的容器按《定期检验报告》中规定的液压试验压力取值；

3) 《压力容器修理委托书》应完整、准确，并应根据压力容器的使用状况按竣工图或《定期检验报告》合理确定修理后进行液压试验的压力，以指导压力容器修理施工方案的正确编制。