关于在用快开门式压力容器的探讨

2024-01-03杨慎通

设备管理与维修 2023年22期

杨慎通

（烟台市特种设备检验研究院，山东烟台 265500）

0 引言

快开门式压力容器因其开罐简单，被广泛应用于需经常进料出料的压力容器。近年来，随着国家重视民生、发展经济，像医药行业的灭菌器、电子行业的除泡机、建筑行业的蒸压釜、石化行业的硫化罐、纺织行业的染色机等快开门式压力容器逐年增加。尽管快开门式压力容器在设计、使用、管理、检验等方面都有了长足的进步，但是在压力容器事故中占比仍然高居不下。据统计，涉及快开门式压力容器的安全事故约占全国压力容器安全事故的33%，如蒸压釜、硫化罐等大设备的事故更堪比“小型炸弹”。例如，2020 年山东济南某建筑材料有限公司一台蒸压釜爆炸导致蒸压釜盖向北飞行约102 m，穿出北面厂房落地，蒸压釜体向南移动击穿生产车间、办公用房，造成4 人死亡、3 人受伤，直接经济损失575 万元。

在企业生产中，相比于螺栓法兰结构压力容器，快开门式压力容器能更快捷地开启和闭合门盖，无需逐个拧开紧固螺栓，其机电一体化的自动化操作能大福提高劳动效率，降低劳动强度，便于物料装卸，特别适用于频繁间歇操作的场合，只要在设计、制造、检验、生产中按照法律法规、产品的使用说明依规操作，就能在设备的使用寿命期间安全使用。

1 快开门式压力容器的设计

合乎使用要求的设计方案、标准的计算书是保障快开门式压力容器功能满足要求、结构合理的基础。新设计的快开门式压力容器必须附带安全联锁装置，且应能实现TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》规定的功能，其必须保证：①当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行；②当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门。在设计总图上要重点注明设计温度、设计压力、介质、腐蚀裕量等设计条件，压力容器的设计使用年限（循环使用次数）、无损检测要求、热处理要求、安全附件配备等其他要求。

2 快开门式压力容器的制造

在准确的用材、可靠的焊接工艺评定、严格的质保流程下，重点对快开门压力容器的盖紧部分进行把控。对于齿啮式快开门，其采用釜齿粘合部分承受的剪切力来承受压力载荷的封闭形式，主要应用于蒸压釜、硫化罐，要对齿合部分的焊接情况进行重点把控；对于压紧式快开门，其采用锁紧装置施加的预紧力来抵抗内部压力作用在在门盖内表面的力来实现封闭的装置，主要应用于灭菌器、染色机，要在盖子密封环的选材上重点把控。主要方法包括：适当增加无损检测比例，采用多种无损检测方法进行焊缝检测，不锈钢设备在水压试验时，严格控制水中氯离子含量，避免因残余氯离子导致腐蚀开裂情况，运输过程中要做好防雨措施。

3 快开门式压力容器的监督检验

在监督检验中，应根据TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》，逐台审查设计文件、质量计划、工艺文件、过程资料，在对压力容器安全性能有重大影响的重点项目，要现场监督该项目的实施。在日常的监检中，很多监检员因监检数量大，应该现场监检的耐压试验变成抽查，这就造成了一定程度的事故隐患。2022 年，威海市市场监督管理局在依法检查某医疗公司的蒸汽灭菌器时，发现该设备未办理使用登记，无定期检验记录，现场操作人员无R1 操作证。在对其设备资料进行检查时，发现此设备制造监检证书上标明为简单式压力容器。在TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》附件A2.3中早已明确规定，快开门式压力容器不在简单压力容器范围内。这表明监检机构出具的监督检验证书中出现明显错误，误导了设备使用方，导致蒸汽灭菌器从办理使用登记，到日常的使用操作一些列连锁错误，造成了一定的事故隐患。

在定期检验中，可针对辖区内各快开门压力容器的型号，制备一些常用试验工装，在确保安全、规范的前提下，依据如下步骤对快开门进行验证：

（1）在设备关门前，借助多用表测量压缩空气分配总成中各电磁阀接线端子是否得电，一般情况下只有排放气动阀的电磁阀是带电的，然后将门关至预定位置，再对各电磁阀进行测量，此时只能是蒸汽入夹套的气动阀的电磁阀带电。因此可以得出结论，快开门只有在关闭到达预定位置后，蒸汽才能进入设备。

（2）在设备运行时，蒸汽进入设备的气动阀的电磁阀是持续得电的，当压力升至工作压力时，该电磁阀失电，测量开（闭）门电机得电情况，此时门电机不是得电的。因此可以得出结论，当设备内部有压力时，无法进行开门操作。

（3）将压力表示数缓慢降至0，在降压的过程中，持续对各电磁阀得电情况进行测量，这个过程中各电磁阀及开（闭）门电机均不得电，只有排放电磁阀得电，当压力降至0 位，此时开（闭）门电机才得电，正常开门。由此可以得出结论，当设备内部压力没有完全排放之前，开（闭）门电机无电无法进行开门操作，只有当压力完全降为0 后才能正常开门。

在依法依规进行检验的前提下，也要根据不同的设备“区别对待”。在灭菌器、除泡机、染色机等不锈钢设备中，要在设备停机时，开盖检查内壁的腐蚀情况，对有锈蚀处要求用户进行打磨处理，之后进行超声波侧厚。对设备内置物架与筒体的结合部等易造成机械磨损处，进行目视检查与渗透检测，不允许存在裂纹。对供水设施，检查水中氯离子监测记录与含量报告，氯离子含量不得超过2.5×10-5。在灭菌器的检验中，尤其要注意蒸汽来源，对非管道集中供蒸汽的情况还要检查是否有灭菌器下部分的器身。该设备一般为蒸汽发生设备，也为压力容器，要注意办理注册登记，建立特种设备台账，依法依规检验。

在蒸压釜、硫化罐等相对大型设备的定期检验中，要检查设备操作记录，关注有无超压泄放情况；对有保温的设备选取可能有层下腐蚀的地方，拆除部分保温检查；开罐检查内壁的腐蚀情况、进料轨道与筒体的机械磨损情况；用测厚仪在设备底部、打磨处测厚；用磁粉探伤机结合荧光磁粉重点检查盖子与筒体的齿合部分、内壁的T 形接头、封头的拼缝处；如有裂纹和不允许存在的凹坑，还需进行打磨和补焊，并结合TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》进行凹坑当量的计算，或者结合GB 150.3—2001《压力容器第3 部分：设计》进行壁厚校核；检查现场用安全阀与设计要求是否相匹配，不得选用微启式安全阀；在安全联锁的检查中，由于工业生产的连续性与逐利性，一些企业追求产量，为快速升压泄压而“改装”快开门压力容器，这些都是明令禁止的。

4 快开门式压力容器非法改装案例

图1 所示快开门结构在蒸压釜中较为常见，一般操作步骤为：当手摇减速器摇至釜齿完全啮合后，通过转动半月手柄至一定角度，使得与其相连的出气球阀（机械式）关闭，并使半月板与门盖挡块刚好卡住，此时手摇减速器无法转动，便可通气。当需打开门盖时，通过转动半月手柄，球阀开启，内部蒸汽同时从管道排放，至完全释放，摇动手摇减速器即可打开快开门盖。门盖的关闭与进气状态无任何联锁，即使半月手柄不与门盖挡块机械卡住，仍可进气，虽进气同时也在排气，但当进气管直径大于排气管直径时压力仍可增大，当釜齿只啮合1/2 时可能发生压溃，导致事故。若想打开门盖，只要将半月手柄与门盖挡板脱离，通过转动手摇减速器即可开启，但这样操作不符合开门的联锁要求。

图1 手摇减速器的非法改装

图2 所示联锁装置与上述类似，但在半月板连杆上还安装了一副行程控制机构，该机构通过电线与进气阀（进气管上安装的电磁阀）进行联锁控制，达到了釜门的开、关与后方进气执行机构的安全联锁，但无法判断在开门时，是否符合内部气体排放完全后才能开门，若仅采用排气阀的开启状态来控制门是否可以打开（即只要开始排气，就可以开门）是不够的。

图2 行程控制机构的非法改装

图3 所示结构通过手摇齿轮来控制釜盖与釜体的连接。当门盖经旋转到位，釜齿完全啮合后，通过摇动手柄使插销插进釜盖插孔，从而使得球阀关闭，即可通气。门盖与进气阀无任何联锁。同理，在理论上可以人为转动手摇齿轮使釜体插销脱离釜盖插孔，再通过转动手摇减速器即可打开釜门，与内部蒸汽是否排净无关，因而也不符合要求。

图3 插孔的非法改装

如图4 所示，为了达到釜门与进气阀的联锁，使用单位进行了改造，在釜体上设置一限位感应器，釜盖上设置一挡板，当门盖完全关闭时，通过限位感应器触发进气电磁阀，似乎已能满足安全联锁的规定，但仔细分析，存在以下两个问题：①当限位感应器面积过大时，存在一定的位差，因此无法保证门盖的彻底关闭；②若在操作过程中，釜盖被人为折弯（图4c）），同样会造成釜盖的无法完全关闭。因此仍不符合要求。

图4 限位器的非法改装

快开门式压力容器一般为承受疲劳载荷的压力容器，每次定期检验时都应检验结构和几何尺寸。在对安全附件进行检验中，灭菌器的安全阀一般在设备的顶部或侧部，阀体直径较小，容易忽略；染色机的安全阀多数处于连接管道上，整定压力宜结合压力管道与设备情况综合确定；蒸压釜的安全阀体积一般较大，且因蒸发釜的工作环境，安全阀锈蚀情况较重，在定期检验中要检查安全阀的起跳情况，对锈蚀严重的安全阀要提醒用户提高检验频次。

5 快开门式压力容器的规范使用

近年来，随着国家标准的更新，压力容器从材料、设计、制造等方面都已日趋稳定，一些压力容器事故的主要原因来自于生产中的错误操作。根据TSG 07—2019《特种设备生产和充装单位许可规范》的规定，快开门式压力容器的操作人员必须持R1证上岗，作业期间要按期复审与培训。在对快开门式压力容器的日常使用中，要严格按照特种设备使用管理规则与企业自检流程，履行日巡检、月度检查。

不锈钢灭菌器、除泡机、染色机等相对小型的设备受温度影响大，可能仪表盘上显示压力为0 MPa，实际上还是打不开盖子，这种情况企业可以配备配套的降温设备，或者根据各自的生产情况，与自动联锁装置的厂家沟通，出一个基于内外温度差而确定的安全开门压力区间。在蒸压釜、硫化罐的使用中，要注意在设备盖子前方设置警示区，设备运行时警示区内严禁进入。在蒸压釜的使用中，一些企业为了方便运输材料，直接在罐底增设轨道，加之底部长时间凝水，易对轨道与筒体的角焊缝产生应力腐蚀开裂，使用过程中可模仿铁轨铺设一定量木枕，缓冲硬性的撞击。

现阶段快开门压力容器的安全联锁一般为机电一体式，主要是依靠各电气开关、PLC 控制来达到安全联锁的目的，优点是安全可靠，既可以远距离控制盖子的启闭，又可以对整个工艺过程进行精确控制，简单直观，对于操作人员要求不高，管理成本低；缺点是因电气电仪件繁多，易坏件增加，加之设备的智能化程度较高，设备多为企业外购，如配备专职维修人员会增加企业成本，如无人进行专门管理，一旦出现故障则维修周期较长，易对生产造成影响。以上情况可在设备采购后，请设备厂家对设备管理人员、安全员、一线操作工人，结合使用说明书与图纸做详细的培训，结合其他企业经常出现的问题汇总出解决方法，对设备的易坏电器元件进行识图教学与更换教学，必要时拍成教学小视频。对快开门压力容器可能出现的紧急问题及解决方法用企业小程序传达至企业员工并组织定期考核。要求厂家提供周边城市维修驻外办事处联系方式，以便及时解决疑难问题。