旧设备压力容器重复利用设计——设备利旧设计要点

1、旧设备压力容器重复利用设计一一设备利旧设计要点旧设备（压力容器）重复利用设计 一一设备利旧设计要点 李清春 大庆石化工 程有限公司 摘 要:文中从设计角度，对旧设备（压力容器）重复利用设计提出了若 干准则，强调利旧设计必须掌握利旧设备的真实状况，广泛收集，综合分析。必须 保证设备安全可靠，经济合理；另外根据实际经验提出了设备利旧设计基本程序， 提出了利旧设计与新制设备设计的不同之处；最后提出了利旧设计中的技术处理要 点和建议。 关键词：利旧设计 设计准则 利旧设计程序 液压试验 技术处理 目 前，国内各炼油化工装置中，服役期满或已经退役的压力容器逐年增多，由于某原 因停车关闭的装置也闲置一些设

2、备，对原装置的改扩建涉及对旧设备（压力容器）的改造设计（以下简称利旧设计）也日益增多，而设备利旧设计的规范化并未引起人们 足够的重视，由于利旧设计无标准或相应的规范可循，只能根据设计者的认识和经 验进行利旧设计。所以，设备利旧设计水平各不相同、因人而异。旧设备合理利用 必定会节省投资，如果改造设计不妥不但不能充分利用旧设备能力，还可能增加一 些隐患。下面根据以往设备利旧设计经验，特别是通过对国内某公司大量旧设备的 利旧设计，提出一些对利旧设备的设计方法，供同行参考。1设备利旧设计准则1.1利旧设计准则之一：必须全面掌握设备的档案资料，不清楚之处必须进行测 绘，对设备的服役过程及检维修改造情况必

3、须了解，对设备目前的状况必须非常清 楚，要进行大量深入的调查研究，这是进行利旧设计的前提。1.2利旧设计准则之二：对于劳动部门已作报废的压力容器，一定不能给予利旧。因为既评定为报废， 就意味着该设备做为压力容器以无任何再利用价值，必须做销毁处理。判废与报废 不同，判废是指设备不能保证在原参数下安全使用一个检验周期，但这类设备还可 以经过修理、改造或采取降压使用等措施后，经过检验和核定，具安全状况等级有 所提高，仍可再次投入使用。1.3利旧设计准则之三：必须保证利旧设备安全可靠。对旧设备使用状况不清楚的绝不能盲目利旧。要有一个科学的态度，不能受其 它因素影响。我们在国内某公司大量国外旧设备的利旧

4、设计中，曾经遇到过这种情 况，某卧式容器（旧设备），没有任何技术资料，连一张图纸都没有，而业主却要求 给用上，工期还很急。在这种情况下，没有经过任何调查、测绘、检验及评定分析 等，是不能给予利旧设计的。1.4必须保证利旧设备设计经济合理。利旧设备不但 要进行安全评定，还要进行经济分析对比。利旧的目的是为了省钱，如果旧设备的 检测、试验、评定等费用很高，使用寿命较短，再加上使用中的管理费用和检维修 费用等，与新制设备相差无几，甚至比新制设备费用还高，在这种情况下也不能进 行利旧。1.5除了非常有把握外，设备利旧应优先考虑降压使用。2设备利旧设计基本程序 利旧设计除掌握新制设备相应的标准规范外，对

5、压力容器的金属材料理 论、设备制造工艺、设备维修技术以及设备在使用管理过程中应贯彻的技术规范也 应有所了解。另外，还应借鉴国内外对“锅炉及压力容器剩余寿命的评估”理论方 法和经验，但是，对重大设备剩余寿命的评估理论这里不予讨论。这里只谈一下常 规利旧设计基本程序。大批量设备利旧时建议按下述程序，单台利旧时可参照进行。2.1深入调查研究，充分收集资料 根据业主提出的旧设备清单，应逐台收集 各种技术资料及数据，包括：设备原始设计资料（图纸、计算书、设计条件等），制 造日期、服役年限，操作记录（实际操作介质、操作压力和温度、腐蚀物实际含 量、介质改变情况等）,设备档案（应包括制造检验记录、检维修记录

6、、中间改造记 录和定期检查记录等）文件。同时应进入现场实地考察，宏观检查设备内外壁及内 件的情况，做到心中有数。2.2根据初步掌握的资料，对利旧设备进行分类这里分类指的是将旧设备分为几个类型，而非指压力容器类别。分类的目的是便于利旧设计，重点突出。那么如何 分类呢，分类的方法很多，可根据个人的工作习惯来分类。但无论如何分类皆应考 虑如下几个因素：a.旧设备的类型。如反应器、塔器、立卧式容器、球形容器、冷换设备、常压容器（拱顶罐、内浮顶罐、浮顶罐等）。b.旧设备的类别。这里指 的是压力容器类别，是一类、二类还是三类压力容器。c.旧设备的设计压力和温度。是真空、负压、常压、低压、中压还是高压 ；是

7、低温、常温、中温还是高温 等。d.旧设备的大小。是指设备金属的总吨位，重量大利旧价值大，反之则利旧 价值小。e.旧设备资料是否齐全；服役期限是否已超过设计寿命；所采用的材料是 否已被淘汰；是否已经过消除应力热处理；在原操作工况下介质均匀腐蚀、应力腐 蚀、氢腐蚀等倾向是否严重；哪些设备处于湿H2 S工况下；是否有缠绕式或利用自 增强残余应力来承担工作载荷的高压容器等等。根据以往经验，按设备利旧价值和在装置中的重要程度进行分类比较好。即利旧价值比较高的重大设备或装置的核 心设备应列为第一类，如高压容器、塔器、反应器、大型储罐等。另外较特殊的设 备也应列入第一类。如采用有限元应力分析进行设计计算的容

8、器，内有防腐衬里的 容器，高温热疲劳或有蠕变的容器，裂纹较敏感的容器及低温容器等；除第一类以外的其余旧设备，对于资料不全甚至没有任何资料的中小型设备，应列为第二类， 该类中也应包括服役期已超过设计寿命，材料已被现行标准所淘汰1的设备；其余旧设备应列为第三类，即资料及档案等技术文件较齐全，且使用年限较短的中小型 中低压容器。2.3初步确定利旧设计方案，提出具体设备需要进行测绘和分析评定 的详细清单，并初步做出设备利旧费用概算。根据2.2中利旧设备的分类，逐类进行分析，对收集到的资料进行整理分类，逐台对号。按类提出初步分析报告，报 告应阐明哪些设备利旧价值较高，哪些设备利旧价值一般，同时剔除那些在

9、安全上 和经济上已无利旧价值的设备。对准备予以利旧的设备提出“测绘和检验清单”， 必要时可进行材料分析和性能检测。建设单位应据此清单进行设备检验，向设计单 位提供“旧设备检验报告书”。做“旧设备检验报告书”的单位，必须？蔷 依投棵排迹哂蟹匚俗矢瘢嫉募煨棒段b K恰肮脱沾9帮鳌保疑璞讣煨报告中必 须同时提供设备可否利用的结论性报告，并附有检验许可证批准号。所有检验工作必须按在用压力容器检验规程和设计单位提出的“测绘和检验清单”进行。设计单位提出的“测绘和检验清单”应逐类提出，因为设备的重要性和具体情况不 同，所要求的检验项目差异很大。对 2.2中划定为第二、三类的旧设备要求检验 的项目较少，而对

10、第一类旧设备要求的检验项目较多，甚至很苛刻，对于大型的高 温高压设备有时还要请有关权威部门进行多项检测、试验，最后作出剩余寿命评估 报告等。总之应具体问题具体分析，测绘和检验内容大体如下：a.设备的详细结构图（包括内件）。如果设备资料齐全则可免掉此项，否则应通过测绘补齐。b.容器壳体和所有受载荷件的壁厚，包括接管、法兰、人手孔、支座、加强圈等。并应 提供厚度测定点分布图。c.设备内、外部检验，包括腐蚀程度、腐蚀坑深、错边 量、椭圆度等，另外还要如实提供设备在拆卸及运输中是否引起变形、凹瘪、接管 弯曲等。d.设备焊缝射线或超声波无损检测、磁粉和着色无损检测。e.对材料不清或已经淘汰的材料，要进行

11、理化试验，包括化学成分分析和机械性能试验。f.对于高温高压设备、理论分析认为有疲劳损伤、蠕变胀大或蠕变损伤、材质蜕变等 设备，除按e条进行试验外，还应采用光学显微镜、扫描电镜、复膜萃取、电化学试验等手段，对设备 进行微观裂纹检测、金相分析及微观组织检验等。g.对裂纹较敏感的设备（如氢腐蚀、硫化氢应力腐蚀等）应对裂纹进行详细的检测，特别是球罐。指出裂纹数 量、产生部位、具体形状、长度和深度等。2.4具体确定利旧设计方案 根据所收集的资料和建设单位所提供的“旧设备检验报告书”，便可开展详细设计了。为了 更有效的利用旧设备，发挥设备的最大能力，提高设备利旧率，从而达到既安全可 靠又节省投资的目的，在

12、详细设计阶段要做更加细致的工作，而不能简单的认为只 是做一下强度校核，应具体确定利旧设计方案。其方案的确定可按如下程序进行：1根据已确定的可利旧设备表，与现装置中工艺条件要求的设备对号入座。工艺专 业对设备的直2径、长度（或高度）、容积有一个最低的要求，旧设备的相应尺寸必须满足这一基本要求。然后再根据操作条件 （压力、温度、介质等）确定利旧哪台设备。这项工作必须同工艺专业一同研究讨论完成。2根据工艺条件进行强度核算。所采用的计算方法必须按照现行标准，所采用的计算公式、各个系数（如安全系数）的选取不能低于现行标准规范规定的最低值。设计、制造、检验及验收应执 行同一标准规范（国内或国外），国外旧设

13、备可把它仅当作国外材料（板、管、锻、 棒）而按国内标准规范进行设计。设计时必须保证测定的最小厚度6e要大于强度核算所要求的最小计算厚度 6,二者之差6e, 6C, C-厚度附加量，因为在这 种情况下C1（钢板厚度负偏差）为0 ,所以CC2 （腐蚀裕量），即此时6 e, 6 c2。 该腐蚀裕量计算是多少就在图纸的设计数据表中填多少。设备除必须满足强度要求外，其腐蚀裕量C2还必须保证满足一个检修周期的要求，否则，也不能利旧。 3 旧设备结构设计中，在一般情况下，当壁厚能满足内压的强度要求，但不满足其它 载荷（风载荷、地震载荷、局部集中载荷等等）要求时，可以采用设置加强圈或局部 加强等办法来达到利旧

14、的目的。特别是对中低压塔器，其风载荷和地震载荷引起的 弯矩往往是起主要作用，可以通过在筒体上设置加强圈的办法来满足要求。对于较 高大的塔器，建议最好是整个裙座都换新的，因为裙座受力较苛刻，有防火层时壁 厚又不好测量，使用时间较长时裙座和基础环板腐蚀较严重，裙座设计质量对塔顶 挠度的影响又很大，所以，裙座为新制较好。对于卧式容器，当壁厚能满足内压的 强度要求，但校核计算不合格时，也可以采用在鞍座截面处设置内或外加强圈的办 法来降低应力。4设备利旧在结构处理上有多种形式，特别是涉及大批设备利旧 时，应统一考虑，灵活处理。我们给给国内某公司进行设备利旧设计时，旧设备共 有几百台，其中静设备有反应器、

15、塔器、冷换设备、立、卧式容器等等，制造年限 不同，来源不一，有美国的、法国的、比利时等国，有用于常减压装置的、烷基化 装置的、气体分储装置的和加氢装置等。旧设备情况比较复杂，又缺少大量的资 料。通过各种测绘、检验、试验、理化分析、焊接工艺评定等大量工作，最终做到对旧设备有了较全面的细致的掌握之后，统一考虑利旧问题。有的将一个塔改成两 个立罐、有的将两个重叠立罐中间打通后改成一个塔、板式塔改成填料塔、卧罐改 成立罐、立罐改成卧罐、对于高大塔设备裙座全部更新、去掉脱水包、增加脱水 包、更换容器一侧封头或两侧封头、加长一段筒体等等，从而大大提高了设备的利 旧率，节省了大量的投资。5对于强度校核不合格

16、或腐蚀裕量不能满足一个检修 周期要求的设备不能利旧，但应再与工艺专业商量，能否作为其它设备（如较原工况压力低、常温、纯净介质等）使用，若可以则再按新工况进行强度核算。总之，旧设备重复利用详细设计要求设计者更加细致、深入，确定方案时除征得本专业技术总负责人同意外，也须得 到工艺专业的认可，利旧方案的确定，实际上是与工艺专业反复协商、调整、强度 核算、再协商、再调整、再强度核算的循环往复过程，这样才能达到预期的目的。3设备利旧设计中技术处理要点 3利旧设计虽然可参照现行标准规范执行，但又 不同于新制造的设备，有的旧设备直接在现场修复，而现场条件比制造车间条件要 差。新制设备设计时，国内设计一般不考

17、虑壳体本身焊缝的位置，但设备利旧时， 新增加的零部件（如接管等）则应考虑躲开壳体对接焊缝等等，使用过一定时间的材 料与新钢材也有所不同。所以，利旧设备的设计、制造、检验及验收等技术要求， 有其自己的特点。3.1焊接接头系数小的选取，安全系数的选取（即许用应力的确 定），对进行机械性能试验的设备本体母材，可按试验数据来确定。但多数旧设备 改造设计时没有这个条件，旧设备母材及焊接接头的性能要比新钢板低，另外，往 往在设备利旧设计时看不到制造厂的焊缝返修记录和检维修记录，这样利旧之后就 有可能某焊缝及热影响区发生了三次乃至四次退火，所以，焊接接头系数小和安全系数的选无损检测焊接接头系数小也可以不取可

18、以不完全按新制设备的规定，即使进 行100取1.00 ,这对旧设备增加一定的安全储备也是有利的。3.2无损检测的要求，根据旧设备的具体情况可增加检测手段和提高检测率。如服役期限很长或有应 力腐蚀等工况的设备，即使是一、二类压力容器也可以进行100无损检测和增加表面无损检测等。3.3液压试验压力的确定。对于服役期限较长或有应力腐蚀等工 况的设备，一定要严格控制试压参数。建议液压试验压力最高值为：PT 1.25P 操(6/ crt)式中:PT液压试验压力，P-一一设备内的实际工作压力，其余与 GB150-1998中同 因为旧设备内表面存在着脆化层，这个脆化层随着设备使用年 限的增长，其脆化层的深度也越大，特别是原介质中有氢原子时更严重。在加上压 力容器焊接接头必然存在的微观裂纹，若仍按原设备规定的液压试验压力进行试 验，则易产生“在用脆性裂纹”，从而导致裂纹的出现。国内某石油化工厂的两台 设备在投用五年后进行检修，共发现一条总长为89mm的断续裂纹，动火检修完毕后按原设计的试验压力进行水压试验，使用 95天后第二次停车检查，则共发现 252条总长为5186mm的裂纹，其专家诊断意见就是上述原因造成的。3.4利旧设计中，尽量不要在设备本体上动火，能利用的接管、法兰、人手孔等一定要利旧， 不用的接管最好用盲板