快开门式压力容器定期检验和监管重点分析

赵景勇 王 飞

（1．重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

（2．国家市场监管重点实验室（西部复杂环境机电设备安全) 重庆 401121）

快开门式压力容器由于门盖开关时间短、介质物料装卸方便，在化工、医疗、建材等间歇式生产领域应用广泛，但由于疲劳载荷作用和操作不当，容易造成事故，据白玉等人[1]介绍，快开门式压力容器事故约占我国压力容器爆炸事故的1／3且后果非常严重。近年山东、浙江、新疆等地连续发生快开门式压力容器相关事故，造成人员伤亡和经济损失，2020年，按照《市场监管总局办公厅关于开展快开门式压力容器专项隐患排查治理的通知》（市监特设〔2020〕109 号）要求进行了快开门式压力容器专项隐患排查。本文梳理了隐患排查的结果，结合排查结果和实际定期检验中发现的问题，重点分析快开门式压力容器在定期检验与安全检查过程中的侧重点，为定期检验和监察管理提供一些建议。

1 排查结果概况

本次共排查快开门式压力容器646台（针对最近一次定期检验后使用超过1年的快开门式压力容器）。各类快开门式压力容器台数见表1，使用分布情况如图1所示。结果表明，快开门式压力容器主要集中于医疗行业使用的灭菌器（占73.7%），大都是奥氏体不锈钢制造而成，制造相对精密，操作人员素质较高，使用环境较好；也有20%左右为釜类压力容器（比如蒸压釜、硫化罐），大多采用低合金钢制造而成，设备通常属于大容积、大尺寸结构，使用环境较差，设备升压降压循环运行频繁，操作人员素质普遍不高、人员流动性大（无法保证在岗操作人人持证）。主要从操作人员持证、安全联锁装置是否有效、是否按期进行定期检验3个方面进行安全排查，结果除去由于定检发现问题报废、使用单位停产等原因共有在用容器495台，发现的问题见表2，存在的问题分布情况如图2所示。结果表明，仍然存在部分单位操作人员无证上岗（约4.4%）和安全联锁装置失效（约4%）等问题，其中釜类快开门式压力容器存在问题的比例大于医用灭菌器类。

图1 各类快开门式压力容器使用分布情况

图2 存在的问题分布情况

表1 快开门式压力容器统计汇总

表2 排查发现的问题

2 定期检验发现的问题

2.1 不锈钢制快开门式压力容器

医用行业灭菌器和食品行业杀菌釜大都由奥氏体不锈钢制造而成，制造单位专业化程度高、制造较为精密，使用工况与环境较为良好，出现问题相对较少。在食品行业定期检验中有时会出现局部的点腐蚀。食品厂的杀菌釜（材质为S30408，食品介质中含有食盐）定期检验时，在压力容器底部低于排液管等容易积液的地方，出现形态为无规律分布的小凹坑状腐蚀，凹坑深度比较浅。一般不影响定期检验定级，在定期检验时往往也容易被忽视。而医用行业发现安全隐患问题较少。

2.2 碳钢或低合金钢制快开门式压力容器

少部分食品行业杀菌釜采用碳钢或低合金钢制造而成，这类压力容器外表面常有保温棉隔热层。2019年对一食品厂杀菌釜（材质为Q345R，名义厚度δn为8 mm，使用年限为7年）定期检验时发现其外表面保温层大面积破损严重（破损处用胶带缠绕固定保温棉），壁厚测定发现该设备筒体上半圈存在大范围壁厚减薄，实测壁厚大都在3～4 mm，宏观检查内壁面多为浅表浮锈，检验人员当即局部拆除外保温层，发现保温层下筒体外壁已发生严重腐蚀，腐蚀形态呈片状疏松锈皮层层覆盖于表面，经过表面清除，呈现大小和深浅不一的阶梯状腐蚀。该设备保温层下发生了严重的腐蚀减薄，该设备当场被判废。

另一使用占比较大的釜类快开门式压力容器如蒸压釜（排查中占比为13.3%）和硫化罐（排查中占比为6.8%）大都由低合金钢制造而成，按照TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》[2]规定的检验项目比如壁厚测定、内外宏观检验（重点检查焊接接头、角接接头、导轨与筒体的连接焊缝）、焊接接头无损检测抽查等常规项目中较少能发现影响其安全使用的缺陷，近年发现问题最多的是门盖与筒体相互啮合釜齿的根部两侧受力面出现裂纹。下面列举定期检验中的2个实例：

案例1：2021年3月在对某玻璃厂蒸压釜进行定期检验时，对其釜盖法兰（材质为16Mn锻）釜齿和筒体侧法兰上釜齿进行表面磁粉探伤抽查时发现，釜盖侧抽查5个釜齿，发现其中3个有裂纹，进一步扩探，总共40个釜齿，发现18个釜齿有裂纹，裂纹出现率为45%，裂纹深度1～3 mm不等。筒体侧釜齿未发现裂纹。对其筒体焊缝对接接头和角接接头磁粉探伤抽查均未发现问题，壁厚测定亦无异常减薄。图3为蒸压釜釜齿根部裂纹形貌图。

图3 蒸压釜釜齿裂纹形貌

案例2：2022年2月在对某橡胶厂硫化罐进行定期检验时，对其釜盖釜齿和筒体侧法兰上釜齿进行表面磁粉探伤抽查时发现，釜盖侧抽查5个釜齿，其中5个有裂纹，筒体侧抽查5个釜齿，其中2个有裂纹；进一步扩探，釜盖侧抽查16个釜齿，其中11个有裂纹，裂纹出现率为68.8%；筒体侧抽查16个釜齿，其中5个有裂纹，裂纹出现率为31.3%。对其筒体焊缝对接接头和角接接头磁粉探伤抽查均未发现问题。宏观检查发现壳体内表面锈蚀明显，经过打磨除锈后测厚，壁厚减薄未超过其腐蚀余量。图4为硫化罐釜齿根部裂纹形貌图。

图4 硫化罐釜齿裂纹形貌

通过案例1和案例2可以看到，其釜齿根部几何结构不连续部位出现了典型的裂纹扩展缺陷。

3 问题分析与建议

3.1 操作人员持证问题

根据《市场监管总局关于特种设备行政许可有关事项的公告》（2019年第3号）规定，为推进《特种设备安全监管改革顶层设计方案》实施，有效降低企业制度性交易成本，取消了常规压力容器操作人员持证要求，但非常规压力容器的使用安全仍然需要高度重视。历年快开门式压力容器事故发生的原因中操作不当占比较大[3]，故仍保留了快开门式压力容器人员持证（R1）要求，专项排查中发现有4.4%的设备由于使用单位安全管理理念淡薄、人员流动大、生产任务繁重等原因，存在人员无证上岗的情况。在检验与监察过程中，应着重核查使用单位人员持证情况，宣传无证操作的危害，督促使用单位加强操作人员培训，增强其安全意识，使其严格按操作规程作业。

3.2 安全联锁装置问题

按TSG 21—2016相关规定，快开门式压力容器安全联锁装置应满足相关规定[2]，在定期检验、年度检查均有安全联锁装置的检查要求，我国安全联锁装置在设计、制造、检验等环节缺少具体标准支撑，往往在其制造出厂环节可能就存在问题[4]。在检验环节中，仍然无具体的可操作标准。检验人员也缺乏安全联锁性能判定的专业能力，在实际检验过程中，往往以问询操作人员和简单的功能测试为主，对其电器元件或机械部件的功能缺乏有效诊断。专项排查中，4%左右的设备安全联锁装置存在问题。因此，为保证其有效运行，一方面应对安全联锁厂家加强监督，从源头保证产品合格；另一方面加强对使用人员和检验人员的专业辨别力培训，及时发现存在的潜在安全隐患。

3.3 保温层下腐蚀问题

快开门式压力容器其内介质多为水蒸气，外部都有保温层（常用复合硅酸盐材料）覆盖，其工作模式为频繁的升温升压和降温降压，易产生冷凝水，当保温层有破损时，大量蒸汽冷凝水易聚集于保温层下，保温材料对水有较高的吸附性，导致设备外表面长期保持湿润的状态。尤其当设备为碳钢或者低合金钢时极容易发生层下腐蚀，形成片状疏松锈皮[5]。所以在定期检验中，必须检查保温层是否完好，对于局部破损处应重点关注其腐蚀情况，必要时局部或全部拆除保温层进行检验。

3.4 点腐蚀问题

食品行业常用介质中含有的食盐使溶液中Cl-含量较高，常在不锈钢制容器底部积液不易排出处发现局部点腐蚀坑形貌，这是因为局部积液处Cl-浓缩，使得不锈钢表面钝化膜破坏，这种破坏往往发生在金属表面，且随着蒸汽介质温度升高，局部点腐蚀越容易发生。在定期检验中，应重点检查Cl-容易聚集处的凹坑腐蚀情况，同时也应注意Cl-造成的应力腐蚀开裂的情况[6]。

3.5 釜齿裂纹问题

近年随着制造单位规范化正规化运作，以及材料冶炼技术、制造单位焊接能力、无损检测灵敏度的提升和有效的制造监督检验，压力容器本体焊接接头原始缺陷得到有效控制，而主要以饱和水蒸气为主要介质的快开门式压力容器一般不存在环境开裂倾向[5]，所以在常规焊接接头部位进行表面无损检测抽查较少发现表面缺陷。但是由于该类压力容器需要经常启闭进出物料会产生交变应力，频繁的升温升压、降温降压过程中会产生交变热应力，设备在疲劳载荷作用一定循环次数后在釜齿根部几何结构不连续（应力集中）部位就会产生疲劳裂纹[5]，以裂纹源为起点，进一步疲劳循环受压，极端情况下存在釜齿完全裂开、釜门冲出的严重事故隐患。

在定期检验中，不锈钢制灭菌器和杀菌釜通常发现釜齿裂纹极少，釜齿裂纹更多地出现在碳钢或低合金钢制釜类快开门式压力容器（比如蒸压釜、硫化罐）中，这类压力容器常用材料为Q345R，设备法兰为16Mn锻件，具有设备尺寸较大、机械振动较大、操作频繁、工作压力较高、疲劳损伤严重等特点，相较于不锈钢快开容器制造较为粗糙。另外，受限于制造单位规模与能力，制造用设备法兰（含釜齿加工）大多是外购成品部件，而目前对压力容器用锻件制造厂缺乏有效监督，法兰锻造质量亦是参差不齐，这也是造成在已经淘汰焊接釜齿[7]的情况下仍然出现釜齿裂纹的原因之一。因此，快开门式压力容器的定期检验应当重点抽查是否存在釜齿根部裂纹，重点设备为碳钢或低合金钢制釜类压力容器，而其中蒸压釜和硫化罐又是重中之重，定期检验表面无损中应尽可能多地抽查釜齿根部裂纹，排除安全隐患。对于较浅的釜齿裂纹应打磨消除[2]，并圆滑过渡。对于裂纹较深、数量较多的情况，建议整体更换设备法兰或直接停用报废。

4 总结

快开门式压力容器由于其结构特殊，釜门经常启闭，承受着循环疲劳载荷，存在安全隐患，在日常使用、检验和监管过程要注意的事项非常多，本文以实际发现的问题为导向，为检验和监察工作提出了如下建议：

1）在检验与排查中发现仍然存在部分企业安全意识不够、注重经济效益、人员流动较大、为降低人力成本存在无证上岗的情况。而许多事故都来源于误操作或不规范操作。对于快开门式压力容器，操作人员必须持证和进行规范化培训显得尤为必要，因此在安全监察与管理过程中，应当着重对操作人员持证情况进行核查，对其操作流程和运行记录进行抽查，保证操作的规范性。

2）安全联锁失灵容易导致快开门式压力容器发生严重事故，一方面应加强对安全联锁装置的制造质量检验，另一方面在定期检验和日常检查中都应该重视安全联锁装置功能的检查。

3）以水蒸气为介质的快开门式压力容器在保温层破损的情况下非常容易发生水凝结而形成保温层下腐蚀，因此在定期检验和日常检查中，应重点检查保温层完好情况，必要时局部或完全拆除保温层进行检验。

4）不锈钢制快开门式压力容器在食品行业容易与Cl-接触形成局部点腐蚀甚至应力腐蚀开裂。因此在定期检验中，应重点检查Cl-聚集处的局部点腐蚀和表面渗透检测应力腐蚀开裂情况。

5）快开门式压力容器尤其是碳钢或低合金钢制釜类快开门式压力容器（比如蒸压釜、硫化罐）釜齿容易产生裂纹，在定期检验过程中，检验人员除进行宏观、壁厚测定、焊接接头表面缺陷检测、安全附件检验外，还应重点并尽可能多地抽查设备法兰相互啮合釜齿根部受力面，判断是否存在裂纹。