超设计使用年限压力容器安全评估方法

1超设计使用年限压力容器安全评估方法本文件规定了超设计使用年限固定式金属制压力容器安全评估的通用要求、具体评估流程、评估结论及报告等内容。本文件适用于固定式金属制压力容器的安全评估工作，固定式非金属制压力容器的安全评估可以参照该规则，不适用于移动式压力容器的安全评估。2规范性引用文件下列方法中的内容通过文中的规范性引用而构成方法必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T150.1～150.4GB/T26610GB/T30579TSG08TSG21压力容器承压设备系统基于风险的检验实施导则承压设备损伤模式识别特种设备使用管理规则固定式压力容器安全技术监察规程3术语和定义TSG21、GB/T150.1～150.4以及GB/T30579界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1超设计使用年限压力容器pressurevesselsexceedingthedesignservicelife使用时间达到设计使用年限或设计文件未规定设计使用年限但实际使用超过20年的压力容器。注1：使用时间按自首次登记投用（含投料试运行）日期起至评估日期的时间段连续计算，不含依法办理停用手续注2：当部分主要受压元件达到其设计使用年限时，整台压力容器的设计使用年限应以其中设计使用年限最短的主[来源：TSG21-2016,7.1.7,有修改]3.2损伤damage压力容器在介质环境、热载荷、机械载荷等单独或共同作用下，产生材料性能下降、结构不连续或承载能力下降的潜在表现形式。[来源：GB/T30579-2022,4.1,有修改]3.32损伤模式类别damagemodescategory本文件中将损伤模式分为以下类别：腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化、机械损伤以及其他损伤（未归入其他损伤类别的损伤）。[来源：GB/T30579-2022,4.2,有修改]4通用要求4.1一般原则超设计使用年限压力容器的安全评估除符合本文件规定以外，还应遵守国家相关法律法规及安全技术规范的要求。超设计使用年限压力容器的安全评估应以承压设备损伤模式为基础，重点识别与时间相关的损伤模式，识别其可能的失效模式，有针对地进行安全评估。对使用单位进行安全管理状况评估，符合TSG21第8.10.1款规定的压力容器，按照GB/T26610的规定开展基于风险的检验。4.2评估程序超设计使用年限压力容器的安全评估工作可以由使用单位委托相关评估机构签订委托协议后进行。超设计使用年限压力容器安全评估的一般程序包括：评估准备、现场评估、基于损伤模式的风险识别、安全评估、安全风险等级划分、评估结论、措施建议、出具评估报告等，详见本文件第5部分规定，具体流程应按附录A执行。4.3评估机构及人员4.3.1评估机构评估机构应具有压力容器检验或安全评价能力；评估机构应在其内部质量体系中制定符合本方法的作业指导文件，并对其开展的评估工作负责。4.3.2评估组人员评估组人员应具有相关设备检验与损伤模式识别的专业能力，经过与本文件相关的评估技术培训，充分理解本文件的技术内容和应用准则。4.4职责使用单位应配合评估工作，提供的各项资料应按附录B规定执行，并对所提供资料的完整性、真实性和有效性负责。评估机构接到委托后，应成立评估组，并确定评估组组长、组员。4.5适于评估的情况除超过设计使用年限，有下列情况之一的压力容器，也宜进行安全评估：a)监控使用期满的压力容器；b)存在以下特殊情况：1)介质或环境对压力容器材料的腐蚀情况不明或腐蚀情况异常的；2)具有环境开裂倾向或产生机械损伤现象，并且已经发现开裂的：33)改变使用介质并且可能造成腐蚀情况恶化的；4)材质劣化现象比较明显的；5)对设备安全有怀疑的。5具体评估流程5.1评估准备评估机构接受委托，成立评估组后，评估组组长收集资料并确定超设计使用年限压力容器的实际状态，识别压力容器损伤模式并分析其发展趋势，根据损伤模式及演化规律给出压力容器损伤归类结果，提出评估技术要求。同时，根据使用单位要求及与使用单位沟通情况确定评估项目（按照附录B）。应采用评估机构制定的评估作业指导文件的要求进行安全评估，如有特殊情况应制定（或部分项目制定）专项评估方案。评估组应提前准备评估仪器设备、评估记录表格和相关资料。5.2现场评估评估组到达使用单位后，首先应与使用单位进行会议沟通，通报评估的依据、程序、评估方法和配合事宜等有关事项的安排。评估组应根据评估机构作业指导文件或专项评估方案实施安全评估，完成评估记录。评估完成后，评估组应与使用单位沟通评估结果，依据相应评估结果给出措施建议等。5.3基于损伤模式的风险识别5.3.1基本要求超设计使用年限压力容器安全评估应充分了解被评估压力容器的工艺及工况，参照GB/T30579分析有可能发生的损伤模式及失效模式。5.3.2基本流程流程一般包括：a)资料审查及工艺运行情况调查；b)损伤模式识别及与时间相关典型损伤模式的分析；c)评估组人员调查设备的建造情况和实际使用条件，识别设备潜在的损伤模式；d)当设备存在需要重点关注的损伤模式时，评估组人员应给出对策建议。5.3.3资料审查及工艺运行情况调查评估组人员应对设备的建造、运行和检验维修等资料进行收集和调查，包括但不限于以下内容。设备设计、制造（安装）和修理改造资料，包括但不限于以下内容：——设计图样、强度计算书和使用说明书等；——质量证明书，竣工图等；——安装（含现场组装）资料；——改造（包括工艺）和维修资料。工艺流程及操作运行资料，包括但不限于以下内容：——工艺流程图（PFD）和操作规程等；——工厂及设备通用数据，包括气候、大气环境和地质条件等；4——介质成分及物性参数，如腐蚀性、可燃性和毒性程度，并应考虑设备使用过程中介质成分的变化情况；——对于存在改造、移装、利旧等情况的设备，应对其历史使用条件进行调查；——运行记录，开、停车记录，变更管理记录，特别关注异常工况等。使用、检验检测和维护资料，包括但不限于以下内容：——“使用登记证”、“特种设备使用登记表〞等注册登记资料；——近期3次定期检验报告及年度检查报告；——风险评估报告、安全评估报告或安全状况等级报告（如有）；——在线检测、监测报告；——检修记录和检修总结。损伤、失效相关资料，包括但不限于以下内容：——该台设备的历史损伤、失效记录以及相关维修记录，腐蚀调查报告；——同类设备的失效案例及其失效原因分析报告。评估组人员应重点关注设备设计使用条件和实际使用条件的差异，如介质成分及其变化、设计腐蚀裕量与实际腐蚀情况、设计循环载荷条件和频次与实际值的差异、设计温度和压力与实际操作温度和压力的差异以及严重损伤历史及其原因分析等。5.3.4损伤模式识别及与时间相关典型损伤模式的分析评估人员应按照本部分的要求进行损伤模式识别，并对与时间相关的几种典型损伤模式进行分析。表1给出了几种典型损伤模式及形态（有关损伤模式的定义、分类、影响因素和损伤形态按照GB/T30579的规定）。典型的损伤模式及形态通常包括但不限于表1中所列内容。表1典型损伤模式及其损伤形态5表1典型损伤模式及其损伤形态（续）评估组人员应根据设备的设计条件和使用情况，按照GB/T30579或GB/T26610的规定进行损伤模式识别。在进行损伤模式和损伤形态预估时，应考虑设备建造质量状况，以及设计使用条件和实际服役条件的差异。对于未列入GB/T30579的损伤模式，也可以采用以下方法进行补充判定：a)依据其他的文献或标准；b)进行相关的试验研究；c)参考专家经验，即当现有资料无法准确识别损伤模式时，可依据经验进行判断，或遵循专家意见。对于存在应力腐蚀开裂、局部腐蚀的设备，应予以重点关注。5.4安全评估评估组综合已确定的评估项目，根据对超设计使用年限压力容器实施的基于损伤模式的风险识别结果，按照评估技术要求，开展专项安全评估工作。安全评估过程按照评估项目，对超设计使用年限压力容器进行分项评估，分为常规评估与简易评估两种评估项目模式（按照附录B）。对于高价值、停车成本较高的超设计使用年限压力容器建议采用常规评估项目进行评估，对于低价值、停车成本较低的超设计使用年限压力容器建议采用简易评估项目进行评估。5.5安全风险等级划分及评估结论依据安全评估得分，在对各评估项目逐一进行评价后，综合单项评价项目的严重程度等级和失效概率等级的结果，进行分析评定，按照附录C划分安全风险等级，并根据评估方法的要求，判定得出超设计使用年限压力容器的安全评估结论。6措施建议及报告6.1降低风险措施在进行现场安全评估的基础上，根据安全状况的等级判定、各评估项目存在的风险和降低风险保护措施的成本，综合考虑使用环境、管理水平、能耗状况、淘汰类型等其他因素，提出为降低风险而采取的措施。对于Ⅰ级风险的，建议停用，应立即采取整改或防护措施，消除安全风险后使用。对于Ⅱ级风险的，应监控使用，需要对产生风险的部件或者部位尽快更换或修复，采取防护措施消除或降低风险。必要时，需要采取加强维护或缩短检验周期的措施防止风险的发生。对于Ⅲ级风险的，可以使用，不需要采取消除或减低风险的措施。Ⅰ级风险、Ⅱ级风险、Ⅲ级风险等级划分按照附录C。6.2评估结果的建议6根据压力容器风险水平缩短检验周期，对于Ⅰ级风险、Ⅱ级风险的设备，建议在评估后的1个月内进行检验，通过检验验证风险评价的结果，使用单位根据检验结果对设备采取相应措施降低风险，进行管控。Ⅰ级风险、Ⅱ级风险压力容器的检验周期根据检验结果和使用单位采取的管控措施确定，最长不得超过3年，Ⅲ级风险压力容器检验周期的确定按照第6.5条款执行。对于Ⅰ级风险的设备，建议在可能的情况下，变更工艺操作条件，改变设备的介质环境，从而改变设备的腐蚀速率或降低应力腐蚀开裂的可能性，从而降低风险等级。当设备出现缺陷时，对缺陷进行修理或对设备结构进行改造，从而防止或降低设备的失效可能性。当设备无法进行修复或无修复价值时，建议对设备进行更换来降低风险。当设备存在事故风险可能性时，建议调整隔离阀的合适位置，以减小事故发生的泄漏速率和泄漏量，减少危害性进料或中间产品的存储量，修改过程控制参数，减少设备的物料存量，使用抗爆结构以减轻爆炸引起的损害，阻止事故升级，降低事故后果。6.3超设计使用年限压力容器评估报告格式超设计使用年限压力容器评估报告参见附录D的格式编写。6.4出具报告评估报告应有评估组组长、成员签字，经评估机构技术负责人或授权签字人签字，加盖评估机构评估专用章或公章后，方可出具。6.5评估后检验要求不存在与时间相关损伤模式的压力容器，按照TSG21进行检验，确定安全状况等级和下次检验日对于存在与时间相关损伤模式，根据损伤模式与使用寿命相关度，参见附录E制定检验方案并实施检验，按照TSG21的要求评定安全状况等级，确定下次检验日期。7使用管理规定超设计使用年限压力容器在检验及评估完成后，使用单位应按照TSG21及TSG08的相关规定，到注册登记机关办理变更登记。（规范性）超设计使用年限压力容器安全评估程序图A.1规定了超设计使用年限压力容器安全评估程序。图A.1超设计使用年限压力容器安全评估程序8（规范性）评估项目和要求B.1常规评估B.1.1使用单位安全管理状况评估B.1.1.1安全生产责任制管理情况：a)使用单位应依据国家法律法规制定安全生产责任制，并适时修订；b)安全生产管理机构的设置应同样符合相关规定的要求，并且能适应使用单位的具体情况；c)配备与设备相对应的安全生产管理人员、操作人员，并且定期对安全生产管理人员、操作人员进行培训和考核；d)针对企业管理情况，设置完善的安全生产责任制的监督和检查制度，并切实执行，确保安全生产责任制落实到岗到人。B.1.1.2设备操作规程管理情况：a)根据生产工艺和设备的使用说明规定制定相应的操作规程，并且明确作业人员的岗位职责，确保操作人员及设备维护人员均能获得书面的操作程序和步骤；b)设备操作规程不仅能简明扼要的明确设备操作，同样还应具备健全的程序来确保记录各班次间交接的相关信息；c)安全管理机构应对操作规程适时定期审核，确保其有效性和准确性。B.1.1.3设备的自检和维护：a)依据压力容器相关的法律法规要求，对超设计使用年限设备加强自检和维护的频率，确保月度检查和年度检查有序地进行；b)使用单位对超设计使用年限设备的检验、试验和维修应形成相应的记录或报告，并存档管理；c)具备完善的缺陷修理、改造、更换程序，并切实执行；d)设备的自检和维护档案应完善，并妥善保存。B.1.1.4应急措施的安全评估：a)使用单位应针对超设计使用年限设备制定安全有效的应急措施；b)结合设计文件中的风险评估报告和历年来检验数据，建立预计各种可能紧急情况的应急预案，并确保应急措施的完整和可靠性；c)企业管理机构适时地对应急预案进行检查修订，并能定期组织人员进行应急预案演习，避免各类损失的发生。B.1.2超设计使用年限压力容器的档案管理评估B.1.2.1B.1.2.2等。B.1.2.3B.1.2.4B.1.2.5设计资料:设计单位资质证明，设计、安装、使用说明书、设计图样,强度计算书或应力分析制造资料(含现场组焊):制造单位资质证明产品合格证、质量证明书、竣工图、监督检验证书安装竣工资料，包括使用过程中的重大维修和改造资料。使用管理资料，主要包括使用登记证、登记表及相关管理人员、作业人员证。历年来的运行、开停车、运行过程重的异常情况记录等。9B.1.2.6检验检查资料:定检周期内的年度检查报告和上次的定期检验报告。针对档案现状，应着重验证连续3个检验周期内的定期检验报告、年度检查报告的准确性、有效性及上周期检验存在问题的整改情况。B.1.3预期损伤模式的评估充分了解超设计使用年限压力容器所处的工艺及工况，按照GB/T30579分析有可能发生的损伤情况，重点识别出与时间相关的损伤模式,结合已知的和潜在的损伤机理，列出该设备的预期损伤模式，进行评估。a)腐蚀减薄预期评估:根据上周期检验的最小实测壁厚值、腐蚀裕量、服役年限确定腐蚀速率，参照损伤模式识别标准分析腐蚀机理，明确腐蚀减薄的类型，针对腐蚀减薄确定有效的检验检测方法，必要情况下应对超设计使用年限压力容器进行强度校核，验证服役周期内能否继续满足设计要求，安全运行。b)环境开裂预期评估:了解设备所处的环境情况及介质特性，针对超设计使用年限设备的材料敏感性，确定预期的损伤机理和开裂类型，进一步进行评估。c)材质劣化的预期评估:应重点关注设备的运行工作温度，超设计使用年限设备的材料敏感性，列出可能发生的材质劣化的类型，使评估更具针对性。d)机械损伤预期评估:主要针对存在振动、损伤、热载荷等的超设计使用年限设备，同样依据标准要求，结合实际工况，确定预期的机械损伤类型进行评估。e)其他损伤模式预期评估:存在于压力容器中的损伤多数为高温氢腐蚀、腐蚀疲劳、低温脆断，应根据设备工作温度、工作环境、介质及设备本体应力分布情况，对预期损伤模式进行判定，进行评估。B.2简易评估B.2.1使用管理B.2.1.1安全管理及人员安全管理及人员需核查以下内容：——安全管理制度和安全操作规程是否齐全；——设计、制造、安装、改造及维修等资料是否齐全；——定期维护保养、定期自行检查，重点检查年度检查报告和记录；——安全附件及仪表是否按规校验、检定及建立台账，并能与设备对应；——安全管理人员是否了解有关压力容器安全的基本知识；——安全管理人员是否有能力完成压力容器的定期自行检查。B.2.1.2使用条件压力容器使用条件需核查以下内容：——实际工作的介质是否与铭牌、竣工图或历次检验报告中的介质一致；——实际使用的压力和温度是否超出设计要求；——带隔热层的室外容器是否有防雨设施；——安装于酸碱腐蚀性气氛环境中的容器是否经过专业的防蚀处理。B.2.1.3承受交变载荷容器专项承受交变载荷容器专项要求：——是否清晰准确地记录了循环次数；——是否制定了该类容器的专用操作规程；——当设计上对快开门容器的校验方法、校验周期有规定时,是否执行；——设计使用年限内是否按期进行定期检验。B.2.2本质安全质量B.2.2.1设计设计环节需核查以下内容：——设计准则选择；——本体结构设计；——受压元件所承受的裁荷考虑是否齐全；——受压元件的选材；——检验检测的方法选择；——受压元件的计算；——制造、成型方法(一般为焊接或热处理种类)选择。B.2.2.2制造制造环节需核查以下内容：——受压元件的焊接工艺评定；——受压元件焊接人员资质；——无损检测比例；——出厂时已检出的、在制造标准允许范围之内的焊接缺陷；——焊接接头组对过程产生的超标缺陷(一般为错边量、棱角度等几何尺寸)；——受压元件的焊缝布置；——受压元件的外观遗留缺陷。B.2.2.3评估发现的损伤对评估过程中发现的各类损伤及缺陷，需核查以下具体类型及相关情况：——腐蚀减薄：局部腐蚀、均匀腐蚀、点腐蚀等；——环境开裂：应力腐蚀裂纹、氢脆裂纹、湿硫化氢破坏等；——材质劣化：珠光体球化、晶间腐蚀、回火脆化等；——机械损伤：疲劳裂纹、冲刷、过载(超设计参数运行)、蠕变等；——其他损伤或缺陷：高温临氢腐蚀、过热、冲蚀、低温脆断等；——焊接缺陷：裂纹、未焊透、未熔合、咬边、固体夹杂、气孔等；——几何尺寸超标：超出制造标准要求的错边量、棱角度等；——不合理结构：焊缝布置结构间距不符合产品标准、接管角焊缝型式不当、开孔位置不当参数不符合产品标准要求、支承支座的布置、排放装置的设置等。（规范性）安全风险等级划分判定C.1概念超设计使用年限压力容器安全评估是采用风险的理论，对n项评估项目逐一进行评价后，综合单项评价项目的严重程度等级和失效概率等级的结果，根据评估方法的要求，判定得出超设计使用年限压力容器的安全评估结论。C.2严重程度(C)的等级通过考虑超设计使用年限压力容器失效或损伤造成人身、财产及环境的后果，对可能发生风险(R)的严重程度规定了1、2、3、4共四个等级：——严重程度为“1”：高；——严重程度为“2”：中；——严重程度为“3”：低；——严重程度为“4”：可忽略。C.3失效概率(F)的等级通过考虑风险(R)发生的概率及造成伤害暴露和持续的时间，对风险发生的概率规定了A、B、C、D、E、F共六个等级，每个等级赋予了相应的概率赋值区间：——概率等级为“A”：频繁，评价赋予概率值0.45～1；——概率等级为“B”：很可能，评价赋予概率值0.25～0.45；——概率等级为“C”：偶尔，评价赋予概率值0.10～0.25；——概率等级为“D”：极少，评价赋予概率值0.05～0.10；——概率等级为“E”：不太可能；评价赋予概率值0～0.05；——概率等级为“F”：几乎不可能。评价赋予概率值0。C.4失效概率评价的方法根据失效模式的特性及对超设计使用年限压力容器评估项目检查、测试或计算结果的不同，可采用一类、二类、三类三种不同评价方法，对评估项目的失效概率进行评价，确定其等级。a)一类方法适用项目：评价项目无法测量计算或测试结果无法进行区分等级，评价结果仅为定性的符合或不符合两种结论的项目。评价结果为符合，推荐概率等级为E级或F级；评价结果为不符合，推荐概率等级为B级或Cb)二类方法适用项目：评价结果可通过检验测试的手段得到具体检测值或检测结论，根据检测值或检测结论与相关技术要求的规定值进行比较判断，能够确定出等级的项目。评价等级根据检测值或检测结论与规定值的符合性程度从A级至F级中确定。c)三类方法适用项目：评估结果可利用检测仪器测试的测试数据，通过软件计算出的失效概率值或试验数据按统计方法获得可靠寿命数学计算模型，根据实际情况可对计算模型进行修正，能够得出评价容器实际失效概率值的项目。概率等级由计算得出的概率值从A级至F级中确定。C.5评估子项目风险等级的判定准则根据风险的定义：风险(R)=严重程度(C)×概率等级(F)，每个评价项目的风险等级分值等于该项目经现场评估得出的失效后果严重程度等级分值×失效概率等级分值的结果值。按照图C.1确定风险等级图C.1安全风险等级判定图C.6超设计使用年限压力容器安全状况等级的判定准则在确定了超设计使用年限压力容器安全评估项目中的单项风险等级后，按如下原则判定超设计使用年限压力容器的安全状况等级。a)每五个单项Ⅱ级风险项目可折算为一个单项Ⅰ级风险项目。b)单项Ⅰ级风险项目数（含折算）大于或者等于三个时，判定超设计使用年限压力容器安全状c)单项Ⅱ级风险项目数小于或者等于五个且没有单项Ⅰ级风险项目时，判定超设计使用年限压力容器安全状况为Ⅲ级。d)其余情况判定超设计使用年限压力容器安全状况为Ⅱ级。（资料性）《超设计使用年限压力容器安全评估报告》格式超设计使用年限压力容器安全评估报告的格式参见图D.1。超设计使用年限压力容器安全评估报告超设计使用年限压力容器安全评估结论报告报告编号：委托单位名称使用单位名称使用地点委托单位联系人委托单位联系电话制造单位名称改造(重大修理)单位名称/类别型号规格代码产品编号单位内编号出厂日期投入使用日期性能参数mm设计压力MPa设计温度℃使用压力MPa使用温度℃工作介质评估依据超设计使用年限压力容器安全评估方法主要描述本次评估发现的主要问题：结论1、综合安全状况等级：2、建议：3、评估结论：备注/(评估机构检验专用章或者公章)图D.1超设计使用年限压力容器安全评估报告格式（资料性）存在与时间相关损伤模式的检验要求E.1与时间相关损伤模式的判定E.1.1对于存在腐蚀减薄、机械疲劳、振动疲劳、接触疲劳、热疲劳（含棘轮效应）损伤模式的压力容器，应判定为与时间相关损伤模式。E.1.2对于存在高温氢腐蚀损伤模式的压力容器，当材料为碳钢、钼钢、铬钼钢时，高温氢腐蚀造成压力容器内表层出现脱碳，应判定为与时间相关损伤模式。E.1.3对于存在球化、石墨化损伤模式的超设计使用年限压力容器，应判定为与时间相关损伤模式。E.1.4对于存在回火脆化损伤模式的压力容器，且材料为铬钼钢、实际操作温度为345℃~595℃时，应判定为与时间相关损伤模式。E.1.5对于存在蠕变损伤模式并持续在低于屈服应力的载荷作用下和蠕变温度阈值以上运行的