压力容器安全监管浅析

＊李佳木 刘岗 左智强 姜波 刘译蔚 李佳宁*

（1.内蒙古自治区市场监督管理审评查验中心 内蒙古 010050 2.内蒙古工业大学 内蒙古 010050 3.内蒙古自治区特种设备检验研究院 内蒙古 010050）

前言

《中华人民共和国特种设备安全法》中明确规定了特种设备是指对人身和财产安全有较大危险性的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内专用机动车辆，以及法律、行政法规规定适用该法的其他特种设备。特种设备的应用涉及到各行各业，与民生息息相关。特种设备发生的安全生产事故往往会导致严重人员伤亡，使国家财产蒙受重大损失。内蒙古自治区作为我国一个重要的能源基地，拥有众多类型的大型化工企业，承压类特种设备在企业生产装置中扮演着不可替代的角色。目前自治区特种设备总体情况如下：特种设备327918台/套；特种设备安全监察机构114家；综合检验机构7家；生产单位1773家；充装生产单位1922家；特种作业人员174252人。如图1所示，近三年区内的特种设备呈明显地增长态势（客运索道、大型游乐设施相对数量较少未在图中列出），其中承压设备锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道分别增长了14.7%、9.6%（14.5%）、18.8%。面对数目如此庞大的承压类特种设备，给安全监管工作带来巨大压力，所以安全技术防护尤显重要，本文以压力容器为典型代表，详细讨论其设计、制造、使用中的安全技术及安全监管问题。

图1 近三年内蒙古自治区特种设备台套数

1.压力容器设计、制造中潜在问题及防范措施

(1)压力容器使用年限

压力容器的使用年限取决于容器的疲劳寿命、腐蚀速率等因素[1]。比如设备开、停车速度过快；升、降压速度过快；介质温度和流体振动频率过大等因素都会导致容器的疲劳寿命降低。同时，材料本身的电极电位、组织结构、表面状态；热处理工艺；介质的组成、浓度、pH值、温度、压力、流速等都会影响到腐蚀速率[2]。所以在容器设计时要通过蒙特卡罗模拟法和改进的一次二阶钜法分析容器疲劳寿命的同时，把腐蚀速率的影响因素也要纳入到设计范围之内。另外，为了避免超期服役的压力容器所导致的安全隐患问题，对其设计使用年限在TSG R004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中有明确要求，即设计单位必须在设计图纸中标注该容器的设计使用年限。在安全监管过程中，要依据TSG 21-2016中的规定，必须要求压力容器设计委托方以正式书面形式向设计单位提出容器预期使用年限的设计条件。

(2)压力容器材料选用

TSG 21-2016中对压力容器材料的基本要求是要全面考虑材料的力学性能、物理性能、工艺性能和与介质的相容性。力学性能包括强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等；化学性能包括耐腐蚀性、热稳定性能和高温抗氧化性等；物理性能指密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性，磁性等；工艺性能包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性能、热处理工艺性能等[3]。当温度、压力、介质和使用条件发生变化时，尤其是对一些非标设备进行设计的时候，往往要考虑因材料替换而引起的设计问题。当厚板替换薄板时，设计人员有时通过经验判断厚度增加会提高板材的承重能力，安全系数也会相应提高，但这是一种错误的观点。实事上在某些情况下厚板替换薄板会导致许用应力降低，强度变弱[4]。同样的，使用高强度材料替换低强度材料时，由于不同材料对介质相容性的差异，在一些设备中开裂情况会随着材料的强度的增大而升高。因此，在容器设计的时候，设计人员要充分考虑压力容器使用的客观环境，并严格按照相应的设计标准执行。

(3)压力容器制造中焊接问题

压力容器制造单位必须取得特种设备制造许可证，按照国家批准的范围进行制造，焊接是压力容器制造过程中最重要的过程，焊接工艺评定指标应当符合NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》的要求[5]。在焊接过程中，由于操作不当极易形成以下这些情况，组队间隙偏差、坡口不满足、焊缝未咬边、焊缝处有裂纹、焊缝表面有缺陷、焊缝内部有缺陷，这就要求焊工必须具有高超的技艺，良好的职业素养和较强的责任心。另外，高温、高压和腐蚀环境下压力容器都要承受纵向和横向的压力，尽管制造过程中可根据实际设计情况来选择不同的焊接工艺，只有在成熟的焊工遵守焊接工艺规程、焊接工艺卡和正确的工艺指导下才能使各种材料有机地连接成一个整体，避免纵向和横向的压力或其协同作用给容器带来潜在的安全隐患。为减少焊接导致的压力容器质量问题，从人、机、物、法、环五个方面进行综合监管，焊工是否持证上岗、操作能力是否达到工艺要求、焊机性能、原材料及焊材质量、现场施焊的环境能否符合要求，同时利用超声波、渗透、磁粉等无损检测技术对焊缝质量进行评价。

(4)压力容器法兰设计

法兰连接是一个组合件，由一对法兰、数个螺栓、螺母和一个垫片组成，也是压力容器中普遍使用的承压附件之一。按照其功能作用可分为容器法兰和管路法兰，按其密封面的形式可分为平面型密封面、凹凸型密封面和榫槽型密封面。法兰的应力主要由三部分组成：法兰力矩产生的应力；压力直接作用于法兰本体而引起的轴向和环向应力；组成法兰的三个部分间由于压力作用产生形变而引起的边界力产生的应力[6]。我国压力容器法兰通常采用以强度破坏作为失效准则的设计方法Waters法，现行的承压类法兰标准已成为一个体系，在标准法兰设计过程中可直接从体系中选取[7]。然而，在高温、高压、介质腐蚀性强的环境中，必须另行设计出满足强度的法兰。所以在实际操作过程中要根据压力容器具体的使用要求并结合标准科学合理地设计，包括法兰的应力分析，法兰材料及垫片的抗腐蚀性能，法兰的尺寸、强度、厚度等，以确保法兰设计的适用性及合理性。在监管的过程中，要严格执行相应国家标准，从设计图纸到现场施工要层层把关，有针对性的查验法兰环和锥颈尺寸，如果发现结构或匹配不合理，需及时调整，从而提高压力容器运行的安全系数。

2.压力容器作业人员要求

压力容器属于特种设备，按照国家市场监督管理总局最新许可公告，三类项目包括快开门式压力容器、移动式压力容器充装、氧舱维护保养需要作业人员证，而且对特种设备作业人员有具体要求，需经培训、考试合格后由属地市场监督管理部门颁发《特种设备作业人员证》才能上岗操作。《特种设备作业人员证》每4年复审一次。持证人员应当在复审期届满3个月前，向发证部门提出复审申请。对持证人员在4年内符合有关安全技术规范规定的不间断作业要求和安全、节能教育培训要求，且无违章操作或者管理等不良记录、未造成事故的，发证部门应当按照有关安全技术规范的规定准予复审合格，并在证书正本上加盖发证部门复审合格章。对于压力容器的使用单位，特种作业持证人员在工艺操作和岗位操作过程中，要熟知压力容器安全操作规程的相应要求。操作规程至少包括以下内容：操作工艺参数，岗位操作方法，运行中重点检查的项目和部位，运行中可能出现的异常现象和防止措施，以及紧急情况的处置和报告程序。

我区特种设备作业人员和安全管理人员2021年持证人数为174252人，同比增长19521人，增幅率约为10%。近十年来，随着一些大型现代化煤化工企业如神华包头煤化工有限责任公司、内蒙古伊泰煤制油有限责任公司、久泰能源（鄂尔多斯）有限公司等入驻自治区，企业对员工的素质要求也普遍提高，以初中学历占比大的特种设备作业人员慢慢地向以大专及以上学历为主的作业人员转变，文化程度低、年龄偏大、智能化操作能力差的局面有所改观。总体来看，现在自治区内压力容器作业人员的年龄结构层次偏低、学历水平偏高、理论基础知识较扎实，但是相应的弊端也突显出来，即单独作业能力和实操经验较差，例如未按规定的压力容器操作规程进行规范操作或操作不熟练；未进行压力容器定期维保和实施定期的安全检查；不能对压力容器异常情况或故障进行及时有效的处置；未提前制定现场和专项应急救援预案，同时继续教育及培训、考试考核监管等方面也亟待加强。

针对我区特种设备作业人员作业能力现状，使用单位选择特种设备作业人员时，尤其是压力容器作业人员，可从当地高校或者高职高专院校应届毕业生中择优录取，通过实习、考试的方式寻求与该岗位能力素质要求匹配的人员，也可和高校进行校企合作开设委托培养班，针对企业的需求开设相应专业课程，去企业现场实习，毕业后即可直接上岗。同时，特种设备安全监察机构一定要对压力容器作业人员的培训、考核、发证等环节进行有效的监督和监管，并对考核、发证这两个环节进行分离管理，委派专门监察人员对整个考核以及发证过程进行监督，确保培训、考核、发证整个过程都处于管控状态。

3.压力容器安全监管措施

为了创造优质的市场营商环境，提升市场监管效能，在新的市场监督管理体机构建立起新形势下的压力容器安全监督管理体系，对压力容器设计、制造、使用和检验检测实施安全监督管理。

(1)完善动态监管体系

完善安全监察组织网络和信息化网络，实现工商、质监、药监三个部门的信息平台共享，着力提升电子监管水平，逐步实现动态监管体系对各个设备、各个环节、各个地区的全覆盖，对辖区内压力容器设备进行全过程、有效、动态跟踪监督。

(2)构建安全责任体系

明确各压力容器设备安全责任主体的责任及相互关系；完善落实责任的机制与措施，保证安全责任履行；加强执法与监督，严厉打击压力容器设计、制造、使用中的违法违规行为，强化安全责任追究。

(3)构建风险管理体系

应用风险理论对压力容器实施分类监管，对系统性、广泛性和重大的事故风险实施监测预警，对压力容器所构成的重大危险源实施重点监控和治理，对压力容器安全生产事故及时作出应急反应和妥善处置，科学实施压力容器事故调查处理，提高风险控制和事故预防的能力与水平。

(4)构建绩效评价体系

有效开展对一定区域领域、压力容器安全监察部门、检验检测机构和相关企业的安全绩效评价，使有限的监管资源投入获得最大的安全与节约效能，促进压力容器安全性与经济性的协调统一。

(5)构建科技支撑体系

提升压力容器检验检测技术机构的能力，建立行业大科技的工作平台和管理运行机制，有效整合压力容器科技资源，畅通科技需求渠道，组织开展科技攻关，促进科技成果快速转化和推广应用，充分发挥科技对压力容器质量安全与节能的支撑、保障、促进作用。

4.结语

压力容器安全监管要形成市场的统一管理，既减少政府的财政投入，又提高了质量和安全监管效率。本文以“安全第一、预防为主、综合治理”为原则，详细论述了压力容器设计、制造等方面的缺陷和不足，对压力容器作业人员也提出了相应的要求，并针对压力容器设计、制造中潜在的问题也提出了防范措施和压力容器安全监管措施，对新时期下特种设备安全监管有积极的参考价值和借鉴作用。