浅谈快开门式压力容器及其定期检验.docx

浅谈快开门式压力容器及其定期检验杨 欢屈松涛（宣城市特种设备监督检验中心，安徽 宣城 242000） 摘 要：介绍了目前国内快开门式压力容器结构特点、安全联锁装置工作原理，以及快开门式压力容器 运行中常见的缺陷，并对缺陷的成因进行探究，进而有针对性地对其进行检验及监管，保障设备安全。 对快 开门式压力容器的监督管理、安装验收、定期检验及日常运行维护具有一定的指导意义。关键词：压力容器；快开门；安全联锁装置；联锁功能中图分类号：TH4文献标识码：A文章编号：1672-8289（2014）01-0026-041 前言随着国内经济的快速发展 ，快开门式压力容器 已渗透到化工、轻工、建材、航空、医药、食品等各个 行业，安全联锁保护装置作为快开门式压力容器的 的一种安全附件 ，对其安全运行起着举足轻重的作 用，它的完善与否将直接影响着人民生命财产安全及 企业的发展，要引起我们足够的重视。根据 TSG R0004-2009 固定式压力容器安 全 监察规程第 3.20 条规定：快开门式压力容器，是指 进 出 容 器 通 道 的 端 盖 或 封 头 和 主 体 间 带 有 相 互 嵌 套的快速密封锁紧装置的容器 。 用螺栓（例如活节 螺栓）连接的不属于快开门式压力容器。快 开 门 式 压 力 容 器 安 全 联 锁 装 置 属 于 机 械 和 电器装置。 结构简单，可靠，操作方便，可使压力容 器的安全性能得到很大提高 ，杜绝人的伤亡和财产 损失。 应当满足以下要求的安全联锁功能：（1）当快 开门达到预定关闭部位 ，方能升压运行 ；（2）当压力 容器的内部压力安全释放，方能打开快开门。2 快开门式压力容器结构特点快开门压力容器的门盖 （封头）具有开启灵活 ， 快速的特点，被广泛用于化工 、建材、食品、纺织、医 疗、造纸等行业和领域 ，例如医院里的消毒柜 （锅）； 建 材 工 业 中 的 蒸 压 釜 ； 化 工 橡 胶 制 品 行 业 的 硫 化 罐；食品制品行业的灭菌器 、纺织行业的染色机 、蒸 煮罐等。2.1 常用快开门式压力容器的种类 根据封头开启形式主要有以下几类：（1） 齿啮 式 结 构，主 要 应 用于 蒸 压 釜 、 硫 化 罐 、 染色机。（2） 压紧式结构，主要应用于灭菌器。（3） 部分环式结构，主要应用于染色机。（4） 卡箍式结构，主要应用于染色机、聚合釜。（5） 移动式结构，主要应用于小型硫化缸。（6） 均布 榫 槽 咬合 结 构 和 均 布 插 销 销 入 结 构 ， 主要应用于医院消毒柜（锅）。（7） 撑杆式和平移式结构， 如部分食品企业所 使用的。它 们 的 共 同 特 点 是 容 器 的 通 道 （ 端 盖 或 者 封 头）及其锁紧装置是通过简单的转动结构或平移结 构 以 有 限 的 一 、 两 次 连 续 的 动 作 ， 便 能 快 速 完 成 开 启和闭合密封的过程 ，而不是采用逐个拆卸法兰连 接结构。2.2 安全联锁装置的种类快 开 门 式 压 力 容 器 的 安 全 联 锁 按 引 起 安 全 联 锁装置动作的动力来源一般分为直接作用式 、间接 作用式和组合式作用安全联锁装置三种。（1）直接作用式安全联锁装置是依靠容 器 内压 力实现联锁动作的 ，且有整洁灵活可靠 ，成本低、寿 命长和可靠性好等优点 ，但较难实现“固容规”所达 到的联锁功能，如小容积齿啮式 、卡箍式、压紧式快开门安全联锁装置等。（2）间接作用式安全联锁装置是利用外 来 能量 实现联锁动作的， 常采用自动控制仪表等来控制 ， 具 有 精 度 高 、 反 应 灵 敏 ， 易 于 实 现 自 动 化 控 制 等 优 点，但受停电和电子元件失效等影响，寿命短，成本 高。 如大容积齿啮式快开门安全联锁装置。（3） 组 合 式 安 全 联 锁 装 置 ， 为 了 克 服 直 接 作 用 和间接作用式安全联锁装置的缺点 ，综合保留他们 的 优 点 ， 以 机 械 控 制 为 主 ， 电 器 控 制 为 辅 的 组 合 式 安全联锁装置。 如建材行业中的蒸压釜。快 开 门 式 压 力 容 器 安 全 联 锁 装 置 意 在 强 调 联 锁功能是否满足 固定式压力容器安全技术监察规 程第 3.20 条 规 定的 要 求 ，而不 强 调 安全 联 锁 装 置 是如何设置的 ，这点每个检验员或监察人员应有深 刻的认识，凡是能够满足其联锁功能要求的我们都 应认可，不能满足其联锁功能要求的都须要求整改。3 快开门式压力容器安全联锁装置工作原理快开门式压力容器安全联锁装置多种多样，现选 择一种常用且最容易出问题的安全联锁装置 蒸 压釜安全联锁装置的基本原理，供大家参考。整个装置分为三个部分：（1）控制柜；安装在离蒸压釜较近的操作室内。（2）压力控制器；安装在蒸压釜的顶部 ，依 次 通 过 二 通 旋 塞 接 头 、 压 力 弯 管 、 四 通 接 头 与 釜 顶 部 压 力表接管相连接。（3）减速器锁紧装置总成。 安装在釜门 手 摇 减 速器第一级减速箱端部。当釜门关闭时 ，操作人员必须摇动手摇减速器 手柄，以转动釜门关闭到位 ，控制柜其指示灯亮 ，这 时方可转动半圆盘手柄至水平方向 ，关闭泄放球阀（对双开门则同上重复关闭另一端釜门动作 ），此时 延时数秒后发出声光报警 ，方能向釜内通入蒸汽升 压并进行制品蒸养。 釜内升压过程中 ，当压力超过 压力控制器设定值（一般设置为 0.006MPa）时，压力 控制器就立即将信号送到控制柜 ，釜内有压指示灯 亮 ， 紧 接 着 控 制 柜 内 时 间 继 电 器 闭 合 （ 手 摇 减 速 器 锁紧装置锁住手柄轴 ）同时锁紧指示灯亮 。 只要釜 内 有 压 力 ， 手 柄 轴 因 锁 紧 而 无 法 转 动 ， 从 而 保 障 设 备进气安全。 满足快开门达到预定关闭部位 ，方能 升压运行。当 釜 内 蒸 养 结 束 ， 开 始 排 气 后 ， 不 管 操 作 工 是 否将半圆盘手柄转至开门的垂直方向 （即解除半圆 盘机械的限位作用 ，打开泄气球阀），只要釜内压力 高于压力控制器设定值，控制柜均不予理会。 只有 当压力低于压力控制器设定值时，釜内无压指示灯 亮，有压指示灯熄灭 ，锁紧指示灯熄灭 ，此时操作工 按动开门按钮，才能解锁，开门指示灯亮 ，操作工才 能向开门方向摇动减速器手柄将釜门打开。 整个釜 门能否开启完全受控于釜内压力。 满足压力容器的 内部压力完全释放，方能打开快开门。4 快开门式压力容器常见缺陷4.1 安全联锁装置失效由 于 设 备 频 繁 开 关 门 ， 工 况 环 境 差 ， 使 用 单 位 对快开门安全联锁装置的重要性认识不足 ，操作人 员素质差等原因导致电气部件损坏 ， 阀门失灵，致 使快开门不能满足联锁功能。 更有部分使用单位为 提高生产效率 ，在购入容器以后自行将安全联锁装 置拆除或者干脆不安装 ，又或者嫌使用麻烦就在电 动 （气 动 ） 进 气 阀 旁 增 加 一 个 旁 通 ， 供 日 常 使 用 ， 这 就导致安全联锁装置起不到联锁保护的作用。4.2 安全联锁装置失灵釜 门 在 没 有 完 全 关 紧 闭 合 及 釜 门 和 釜 体 的 啮 齿不能啮合到位的情况下就能进气升压 ，釜门由于 啮 合 不 到 位 ， 导 致 啮 齿 受 力 不 均 ， 圆 周 方 向 上 的 分 力将沿开启方向随着压力的升高而增大，最终超过 啮 齿 之 间 的 摩 擦 力 ， 导 致 釜 门 连 接 处 脱 开 ， 被 顶 飞 出去。4.3 疲劳断裂压力容器釜门 （或端盖）启闭频繁，随着生产工 艺 要 求 升 温 升 压 、 降 温 降 压 周 期 性 循 环 ， 长 期 承 受 交 变 载 荷 作 用 ， 内 部 环 境 又 大 多 湿 度 较 高 ， 运 行 时 间 一 长 ， 容 易 在 啮 齿 的 根 部 、 局 部 结 构 不 连 续 处 产 生疲劳裂纹，最终发生断裂导致事故发生。4.4 安全附件失效安全阀未定期进行校验，锈蚀不起跳；压力表未 定期进行检定，数值不准等原因导致设备超压运行。4.5 腐蚀由于工艺要求 ，此类压力容器内部一般湿度较 大，凝结水容易在底部积蓄 ，而硫化罐工作时，硫化 工 艺 中 作 为 硫 化 剂 中 的 硫 化 物 溶 解 于 水 中 后 呈 酸性 ， 极 易 对 容 器 内 表 面 产 生 酸 性 腐 蚀 ， 严 重 的 腐 蚀 深 度 超 过 容 器 的 腐 蚀 裕 量 ， 导 致 穿 孔 、 腐 蚀 断 裂 等 危害。 有的企业生产工艺不合理，以增加硫化时间 来保证硫化的效果 ， 且硫化结束后也不打开釜门 ， 饱 和 水 蒸 气 冷 却 后 ， 湿 度 增 加 ， 这 样 加 剧 了 酸 性 腐 蚀的程度。4.6 使用单位管理混乱对压力容器的安全操作不够重视 ，对操作人员 的 管 理 培 训 也 不 够 严 格 ， 未 进 行 年 度 检 查 ， 未 建 立 设备运行记录，盲目运行。5 快开门式压力容器定期检验在对 此 类 压力 容 器 检验 时 ， 根 据 TSG R7001- 2013压力容器定期检验规则 的规定，首先须查看 其 资 料 ， 然 后 有 针 对 性 地 对 一 些 重 点 部 位 进 行 检 验，这些部位包括 ：釜门与端盖处的啮齿 ：端盖法兰 与 封 头 的 连 接 部 位 ： 简 体 与 简 体 的 连 接 焊 缝 、 丁 字 焊缝以及其他焊缝 ：对筒体、封头进行壁厚检查 ：安 全 联 锁 装 置 有 效 性 检 查 ： 安 全 附 件 ： 釜 体 支 撑 件 以 及内外表面的外观情况等。5.1 资料审查要 重 点 检 查 设 备 的 设 计 、 制 造 、 安 装 及 使 用 管 理 资 料 ， 查 看 使 用 单 位 是 否 为 设 备 办 理 了 使 用 登 记证、有无年度检查报告 、是否定期对设备进行维 护 保 养 （ 尤 其 是 快 开 门 安 全 联 锁 装 置 、 安 全 阀 和 压 力表），设备运行记录中有无异常。 使用单位是此类 压力容器的直接操作者和管理者 ，管理是否到位将 直接关系着设备的安全 ， 通过对上述资料的审查 ， 完 全 可 以 看 出 使 用 单 位 管 理 者 对 设 备 危 险 性 的 了 解和重视程度以及管理水平的高低。 一名优秀的管 理者在很大程度上就保障了设备的安全，反之就给 设备留下了极大的安全隐患， 即使设备完好无损。 检 验 人 员 在 检 查 时 不 能 忽 略 了 资 料 审 查 的 意 义 和 重要性。快开 门式压力容器事故频发，查看其原因，结果 不难发现， 大部分事故并非设备本体存在缺陷所导 致，而是由于违章操作，管理者不作为所导致。 个人认 为检验人员在检验时要加强对操作人员与作业制度 的审查，检查其是否建立了健全的操作规程，操作人 员是否按照规程操作并记录； 要提升年度检查的作 用，有必要强制使用单位逐年向特种设备检验单位提出年度检查申请，由检验单位来实施年度检查。5.2 宏观检查主 要 是 用 肉 眼 或 者 放 大 镜 ， 对 容 器 本 体 、 内 外 表面、连接焊缝、支撑支座、紧固螺栓等部位进行检 查 ， 特 别 是 要 加 强 对 釜 门 与 釜 体 的 啮 合 部 位 （ 包 括 啮齿根部）的检查，观察门齿是否能够完全啮合，观 察这些部位是否存在机械性的损伤，是否存在可见 的 焊 缝 裂 纹 ， 是 否 存 在 私 自 动 焊 和 腐 蚀 坑 ， 其 深 度 是否影响到容器的安全使用。 观察容器的支撑支座 是 否 存 在 变 形 ， 是 否 存 在 腐 蚀 现 象 ， 如 存 在 腐 蚀 变 形，其强度是否还能支撑整个容器的重量。 如果是 滑动支座，其滑动滚轮是否锈死，能否正常滚动。 对 于大型容器，还应检查基础是否下沉 、倾斜、开裂等 安全隐患。5.3 测厚检查选 取 容 器 上 具 有 代 表 性 的 部 位 ， 包 括 ： 易 受 腐 蚀 、 冲 蚀 的 部 位 ： 制 造 成 型 时 壁 厚 减 薄 部 位 和 使 用 中易产生变形及磨损的部位 ： 表面缺陷检查时，发 现的可疑部位 ：使用超声波测厚仪对这些部位进行 测厚。 测厚时，如果表面存在腐蚀不平，或者附着一些 内衬材料无法直接进行测厚的，必须将表面进行磨平 光滑处理，再进行测厚。 测厚结束以后，应作图记录， 对异常测厚点应详细标记。 将测厚数据与出厂资料和 以前的检验报告进行对比， 若发现壁厚存在异常，或 者减薄较多，超过腐蚀余量的，应根据容器原设计计 算 公 式 进 行 强 度 校 核 ： 对 原 始 资 料 不 全 、 材 质 不 清 或 者 改 变 具 体 使 用 工 况 的 ， 应 根 据 设 备 的 使 用 条 件，可 按 钢 制压 力 容 器 中 相 应 厚 度 的 Q235 钢 的 最低许用应力进行强度校核。5.4 无损检测对于此类快开门容器来讲 ， 由于其频繁启闭 ， 且釜体与釜门上的啮齿承受反复的交变应力作用， 极易产生疲劳裂纹。 因此，可以对釜体和釜门上的 啮齿根部进行磁粉检测 ，能有效地检测出是否存在 疲劳裂纹等表面及近表面缺陷 。 此外，对一些丁字 焊 缝 、 筒 体 上 的 对 接 焊 缝 、 制 造 过 程 中 有 缺 陷 的 焊 缝或部位，可以通过局部的磁粉检测或渗透检测来 查看设备表面及近表面的缺陷 ，也可以进行局部的 超声检测或射线检测，来确定其在使用过程中是否 存在影响容器安全使用的缺陷。5.5 安全联锁功能及安全联锁装置检查快开门压力容器端盖启闭频繁。 在容器卸压未 尽 前 打 开 端 盖 ， 以 及 端 盖 未 完 全 闭 合 就 升 压 ， 是 快 开门压力容器爆炸事故的主要原因之一。 因此，检 查安全联锁装置的功能能否切实达到 固定式压力 容器安全技术监察规程 和设计者的要求是检查的 重中之重。 固容规规定的安全联锁功能一般是由 控制柜、压力控制器、减速器锁紧装置 、电动阀等组 成，一般安装于容器侧面。 长期使用中，由于操作不 当 或 者 一 些 机 械 损 伤 ， 可 能 会 造 成 控 制 柜 线 路 断 开，或者焊接在釜盖的限位块变形 、掉落，或者压力 控制器失灵，电动阀损坏都会造成安全联锁功能的 失 效 ， 一 旦 安 全 联 锁 功 能 失 效 ， 其 对 快 开 门 压 力 容 器也将失去保护作用。一般，蒸压釜或硫化罐等大型容器在保证安全联 锁功能的基础上，加装了联锁自动控制系统，达到釜 门关闭到位方可打开进汽阀以及釜内压力降为零后 方可打开釜门的自动联锁。 因此，在定期检验中，应检 查进汽阀门与釜门关闭是否实现了有效联锁 ， 重点 关注快开门压力容器安全联锁功能的完整性。此 外 ， 为 了 实 现 釜 内 压 力 为 零 时 ， 方 能 开 门 的 功能，控制系统一般安装了测量釜内压力的压力控 制器，其设定的值一般为 0.006MPa，方可打开。 压力 控 制 器 的 测 量 值 对 釜 门 的 开 启 有 直 接 的 作 用 ， 因 此，压力控制器应定期校验，保证其精度要求。5.6 其他安全附件检查快 开 门 压 力 容 器 上 的 其 他 安 全 附 件 主 要 包 括 压力表和安全阀。 压力表的检查包括：压力表精度、 量 程 是 否 与 该 容 器 的 最 高 工