李偉忠 何承代 劉延雷 韓樹(shù)新 夏福勇

【摘要】介紹了目前快開(kāi)門(mén)式壓力容器相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以及目前發(fā)生事故的主要原因，認(rèn)為通過(guò)提出設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和管理以及檢驗(yàn)等方面的要求能有效降低快開(kāi)門(mén)事故發(fā)生的幾率，并給出了相關(guān)環(huán)節(jié)的對(duì)策。針對(duì)設(shè)計(jì)與使用環(huán)節(jié)，研究了快開(kāi)門(mén)式壓力容器開(kāi)啟余壓爆炸危害的測(cè)試與結(jié)果，給出了不同容器的開(kāi)門(mén)余壓設(shè)定方法。

【關(guān)鍵詞】快開(kāi)門(mén)式壓力容器 失效事故 預(yù)防對(duì)策 余壓控制

1 前言

快開(kāi)門(mén)式壓力容器主要種類(lèi)有蒸壓釜、硫化罐、滅菌器或殺菌鍋、高溫高壓染色機(jī)或蒸化機(jī)等，由于其間歇循環(huán)操作時(shí)開(kāi)啟關(guān)閉速度快、生產(chǎn)效率高，被廣泛應(yīng)用于化工、建材、橡膠制品、食品和醫(yī)藥衛(wèi)生、印染等行業(yè)^[1]。

近年來(lái)，針對(duì)快開(kāi)門(mén)（蓋）安全聯(lián)鎖裝置及功能的相關(guān)規(guī)定主要有：

（1）勞鍋?zhàn)帧?992】9號(hào)《關(guān)于加強(qiáng)快開(kāi)門(mén)式壓力容器安全監(jiān)察與管理工作的通知》；

（2）質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)【1999】154號(hào)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第49條、第140條、第169條；

（3）國(guó)質(zhì)檢鍋【2003】194號(hào)《鍋爐壓力容器制造許可條件》第54條設(shè)計(jì)要求：壓力容器的快開(kāi)門(mén)（蓋）應(yīng)裝設(shè)安全聯(lián)鎖裝置；

（4）國(guó)質(zhì)檢特函【2006】705號(hào)文《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察工作的通知》；

（5）TSG R0004-2009 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第3.20條規(guī)定，快開(kāi)門(mén)式壓力容器應(yīng)當(dāng)具有滿(mǎn)足以下要求的安全聯(lián)鎖功能：

（a）當(dāng)快開(kāi)門(mén)達(dá)到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運(yùn)行。

（b）當(dāng)壓力容器的內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開(kāi)快開(kāi)門(mén)^[2，3]。

2 設(shè)計(jì)對(duì)策

明確規(guī)定快開(kāi)門(mén)式壓力容器本體及其安全聯(lián)鎖裝置的最低安全要求。新設(shè)計(jì)的快開(kāi)門(mén)式壓力容器必須附有安全聯(lián)鎖裝置。安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)當(dāng)達(dá)到規(guī)定的安全技術(shù)要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮檢驗(yàn)的可行性。設(shè)計(jì)圖樣中應(yīng)包括安全聯(lián)鎖裝置的部件圖，應(yīng)明確電磁閥、氣動(dòng)閥、氣缸等的主要零部件的型號(hào)與規(guī)格，還應(yīng)注明快開(kāi)門(mén)和鎖緊圈的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，以及制造、安裝精度的要求。有條件時(shí)需對(duì)安全聯(lián)鎖裝置設(shè)定的安全開(kāi)門(mén)余壓進(jìn)行試驗(yàn)，確保開(kāi)門(mén)時(shí)安全性高。

（1）《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》已于2009年12月正式啟用，其中要求設(shè)計(jì)時(shí)快開(kāi)門(mén)應(yīng)考慮疲勞載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，因此應(yīng)明確要求設(shè)計(jì)單位對(duì)容器本身尤其是快開(kāi)門(mén)裝置中承受疲勞載荷部件進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)；安全聯(lián)鎖裝置動(dòng)作件應(yīng)盡量設(shè)計(jì)并安裝在可以目視觀察就能確定是否處在良好狀態(tài)的位置；快開(kāi)門(mén)容器的壓力指示裝置應(yīng)安裝在操作工易于觀察的位置；容器的余壓設(shè)計(jì)。

由于壓力容器正常工作時(shí)的壓力表不能準(zhǔn)確顯示很小的殘余壓力，直接利用這一信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)或者控制聯(lián)鎖裝置的動(dòng)作十分困難。若此時(shí)不加更加精密的控制裝置，打開(kāi)較大容器時(shí)，殘余壓力越高，容器的爆炸的危險(xiǎn)性越大。對(duì)大容積容器的殘余壓力加強(qiáng)控制，是減少容器爆炸的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。每臺(tái)容器都應(yīng)有最低的安全殘余壓力，使得容器快開(kāi)門(mén)在該壓力被打開(kāi)不再有破壞性，設(shè)計(jì)時(shí)提供這一壓力的計(jì)算書(shū)，或者通過(guò)本附錄C所示的方法獲得允許的開(kāi)門(mén)余壓，可為安全聯(lián)鎖裝置的余壓設(shè)置提供參考；有時(shí)設(shè)計(jì)合理的安全殘余壓力，也可提高生產(chǎn)效率，如平移式硫化罐。

（2）安全余壓設(shè)計(jì)方法。

關(guān)于余壓控制杭州市特檢院開(kāi)展了相關(guān)的研究，設(shè)計(jì)的容器共計(jì)兩只，1#容器，內(nèi)徑273mm，容積0.075m³；2#容器，內(nèi)徑400mm，容積0.216m³。

為測(cè)試兩個(gè)不同容積容器在不同余壓下的爆炸危害，搭建了危害測(cè)試平臺(tái)，實(shí)物如圖1所示。圖中為帶余壓開(kāi)門(mén)后爆炸門(mén)蓋飛出時(shí)的場(chǎng)景。該平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)蓋上飛高度的測(cè)量（門(mén)蓋中心部位的上飛高度為測(cè)試值）；安裝了保護(hù)裝置，防止門(mén)蓋側(cè)飛，產(chǎn)生危險(xiǎn)；能實(shí)現(xiàn)加壓、泄壓等功能；容器內(nèi)壓力實(shí)時(shí)顯示。

從試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果看，門(mén)蓋在容器開(kāi)門(mén)爆炸時(shí)，所承受的沖擊能量約占總爆炸能量的1%～2%。正常壓力容器發(fā)生爆炸時(shí)，爆炸飛出物所承受的沖擊能量約占總爆炸能量的5%～15%^[10]。這是由于快開(kāi)門(mén)式壓力容器，開(kāi)啟過(guò)程緩慢，在接近全開(kāi)爆炸時(shí)，已經(jīng)發(fā)生了泄漏，且由于本身的壓力就較低，所以門(mén)蓋承受的沖擊能量約占總爆炸能量的比例比正常的壓力容器發(fā)生爆炸時(shí)要小得多。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，1#與2#容器在余壓為0.01MPa時(shí)開(kāi)門(mén)，通過(guò)門(mén)蓋體現(xiàn)出的破壞能力基本可以被忽略。在內(nèi)壓為0.02MPa時(shí)，如若考慮到容器結(jié)構(gòu)本身，如平推式餾化罐，其采用的平推桿具有一定的承載和抗沖擊能力，其沖擊也較小，也在承受范圍之內(nèi)。

（3）警示語(yǔ)的設(shè)計(jì)。

快開(kāi)門(mén)式容器是壓力容器中操作要求較高的設(shè)備，快開(kāi)門(mén)聯(lián)鎖裝置可靠性存在著普遍的不足；其次，目前的快開(kāi)門(mén)容器操作人員存在安全意識(shí)以及相關(guān)素質(zhì)較低的狀況，根據(jù)中國(guó)的國(guó)情，不可能在短期內(nèi)提升操作人員素質(zhì)。因此在快開(kāi)門(mén)上設(shè)置醒目的安全提示標(biāo)志是十分有必要的，提示的內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)包括“存在壓力情況下，強(qiáng)制打開(kāi)快開(kāi)門(mén)會(huì)產(chǎn)生后果嚴(yán)重的爆炸事故；低嚙合度情況下升壓易產(chǎn)生爆炸事故”^[7]。

3 制造安裝對(duì)策

新制造的快開(kāi)門(mén)式壓力容器必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的制造精度，安全聯(lián)鎖裝置的功能必須符合安全要求，并應(yīng)在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)裝配合格后再出廠。制造過(guò)程應(yīng)進(jìn)行監(jiān)檢，在安裝后應(yīng)對(duì)安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行功能試驗(yàn)，并確定最高的安全開(kāi)門(mén)余壓。檢驗(yàn)單位的監(jiān)檢人員應(yīng)到場(chǎng)認(rèn)真檢查快開(kāi)門(mén)的嚙合和安全聯(lián)鎖裝置的動(dòng)作，不符合要求的不應(yīng)簽發(fā)監(jiān)檢證書(shū)。

快開(kāi)門(mén)式壓力容器制造技術(shù)要求主要包括材料要求、焊接要求、無(wú)損檢測(cè)要求及熱處理要求。法蘭是快開(kāi)門(mén)式壓力容的主要受力部件，在材料方面一般要求為整體II級(jí)鍛件及以上；焊接質(zhì)量是快開(kāi)門(mén)式壓力容器安全的重要保證，施工過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守焊接工藝及規(guī)程，焊接工藝及規(guī)程必須依據(jù)焊接工藝評(píng)定（PQR）制定，加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制，采用機(jī)械自動(dòng)焊等先進(jìn)的焊接工藝，減少人為因素的影響，提高焊接的一次合格率，同時(shí)要防止產(chǎn)生切口狀的焊接裂紋、防止焊接頭的角變形、錯(cuò)位、緩和焊接殘余應(yīng)力、控制焊接輸入熱量。

無(wú)損檢測(cè)是保證快開(kāi)門(mén)式壓力容器制造質(zhì)量的重要手段，按照設(shè)計(jì)文件要求實(shí)施無(wú)損檢測(cè)，以保證壓力容器的安全質(zhì)量，設(shè)計(jì)文件中應(yīng)提出完整且具體的無(wú)損檢測(cè)要求，例如無(wú)損檢測(cè)方法、比例、質(zhì)量要求及其合格級(jí)別之間的關(guān)系等。

對(duì)材料為Q245R厚度大于30mm的厚壁快開(kāi)門(mén)式壓力容器應(yīng)提出焊后熱處理要求，以消除焊接殘余應(yīng)力，在熱處理前根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求編制熱處理工藝以及繪制熱處理時(shí)間和溫度關(guān)系曲線。

安裝是制造的延續(xù)，安裝質(zhì)量的好壞直接影響到壓力容器工作的可靠性?？扉_(kāi)門(mén)式壓力容器安裝要求主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制元件等電器安裝要求、管道安裝要求及安裝監(jiān)檢要求。

快開(kāi)門(mén)式壓力容器通常采用機(jī)電一體化安全聯(lián)鎖裝置，其電器元件的可靠性是快開(kāi)門(mén)式壓力容器安全作業(yè)的前提，在電器安裝方面要求選用質(zhì)量可靠的電器元件，行程開(kāi)關(guān)等限位裝置安裝精度要精確，同時(shí)應(yīng)在安裝完畢后認(rèn)真進(jìn)行調(diào)試，檢驗(yàn)安全聯(lián)鎖裝置是否靈敏和可靠，功能是否符合《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察容規(guī)》要求，以保證快開(kāi)門(mén)嚙合、開(kāi)啟狀況完好。管道安裝應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)規(guī)范要求，排放管道直徑應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足排放能力要求。在保證安全的前提下需對(duì)安全聯(lián)鎖裝置設(shè)定的安全開(kāi)門(mén)余壓進(jìn)行試驗(yàn)，確保開(kāi)門(mén)時(shí)具有較高安全性。安裝調(diào)試結(jié)束后，安裝單位應(yīng)提供書(shū)面的有關(guān)責(zé)任人簽字的調(diào)試報(bào)告書(shū)。同時(shí)，還需安裝監(jiān)檢，應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)安全聯(lián)鎖功能。

4 使用與管理對(duì)策

在使用快開(kāi)門(mén)式壓力容器的單位制定推廣有效的快開(kāi)門(mén)式壓力容器安全操作規(guī)范，對(duì)操作人員在上崗前進(jìn)行安全培訓(xùn)。使用單位需對(duì)容器逐臺(tái)建立技術(shù)檔案并由管理部門(mén)統(tǒng)一保管。技術(shù)檔案應(yīng)包括：特種設(shè)備使用登記證、壓力容器登記卡、壓力容器設(shè)計(jì)制造技術(shù)文件和資料、相關(guān)的檢查與檢驗(yàn)報(bào)告以及相關(guān)的技術(shù)資料、維修與改造資料、安全附件校驗(yàn)、修理和更換記錄、有關(guān)事故的記錄資料和處理報(bào)告。

操作人員應(yīng)按照操作規(guī)程對(duì)快開(kāi)門(mén)容器進(jìn)行操作。操作人員應(yīng)具有上崗證，應(yīng)定期檢查安全聯(lián)鎖裝置。安全聯(lián)鎖裝置失效后應(yīng)有相關(guān)的失效報(bào)告。失效后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修。對(duì)無(wú)安全聯(lián)鎖裝置或雖有安全聯(lián)鎖裝置但不符合要求的應(yīng)盡快予以改造滿(mǎn)足要求后再使用。同時(shí)應(yīng)制定快開(kāi)門(mén)式壓力容器定期檢查和維修制度。目前年度檢驗(yàn)已經(jīng)作為使用單位日常管理的范疇，建議使用單位在年度檢驗(yàn)中重點(diǎn)進(jìn)行快開(kāi)門(mén)聯(lián)鎖裝置的檢查，并應(yīng)有相應(yīng)的記錄和見(jiàn)證文件。

使用單位應(yīng)貫徹執(zhí)行快開(kāi)門(mén)式壓力容器有關(guān)的安全技術(shù)規(guī)范，建立安全管理制度，制定安全操作規(guī)程；制定安全檢查方案，定期組織開(kāi)展安全檢查；督促安排落實(shí)快開(kāi)門(mén)容器定期檢驗(yàn)和事故隱患的整治，出現(xiàn)不合格安全聯(lián)鎖裝置要及時(shí)進(jìn)行維修改造。

5 檢驗(yàn)對(duì)策

將安全聯(lián)鎖裝置和快開(kāi)門(mén)作為終點(diǎn)檢驗(yàn)對(duì)象，對(duì)未帶有或雖帶有但不符合要求的安全聯(lián)鎖裝置和嚙合機(jī)構(gòu)不合理的快開(kāi)門(mén)，在檢驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)提出限期改造的要求，如無(wú)法改造應(yīng)作報(bào)廢處理。目前我們發(fā)現(xiàn)的快開(kāi)門(mén)不合格容器都是直接定為5級(jí)，并且新修訂的定檢規(guī)（征求意見(jiàn)稿）已經(jīng)明確不能達(dá)到《固容規(guī)》第3.20條要求的快開(kāi)容器定級(jí)為5級(jí)。對(duì)于該類(lèi)容器，相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可以適當(dāng)?shù)目s短檢驗(yàn)周期。

6 結(jié)論

考慮到快開(kāi)門(mén)式壓力容器的特點(diǎn)，以及失效的主要原因，從設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和管理以及檢驗(yàn)等方面提出了預(yù)防措施和要求。介紹了快開(kāi)門(mén)式余壓開(kāi)門(mén)爆炸危害測(cè)試裝置，并提出了快開(kāi)門(mén)式壓力容器的安全余壓測(cè)試與控制方法。

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