李春光，陳 罡，張 光

(中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖有限公司建修公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

表1 浮頭式熱交換器技術(shù)特性

注：自GB/T 713—2008標(biāo)準(zhǔn)起，牌號(hào)更新為Q345R。

煉化裝置的壓力容器經(jīng)常因腐蝕引起泄漏失效而需要進(jìn)行修理作業(yè)，尤其是管殼式熱交換器管束泄漏的情況發(fā)生更為頻繁，需要及時(shí)進(jìn)行修理。修理完工后，一般需要通過(guò)液壓試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，因此，液壓試驗(yàn)壓力如何確定成為修理作業(yè)面臨的問(wèn)題。某煉化裝置1臺(tái)浮頭式熱交換器(竣工圖中技術(shù)特性見(jiàn)表1)在2019年3月的1次管束泄漏搶修時(shí)發(fā)現(xiàn)，《熱交換器修理委托書(shū)》中的水壓試驗(yàn)壓力是按竣工圖取值(見(jiàn)圖1)，而不是按《定期檢驗(yàn)報(bào)告》中試驗(yàn)壓力取值的。雖然熱交換器管程與殼程的設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度均不高，但是該熱交換器殼體已經(jīng)使用了近20年(期間管束更換多次)，其試驗(yàn)壓力按竣工圖取值不符合TSG 21—2016中關(guān)于在用壓力容器液壓試驗(yàn)壓力取值的規(guī)定【1】，其結(jié)果將直接影響熱交換器液壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與安全性。所以，對(duì)于在用熱交換器修理完工后液壓試驗(yàn)壓力的取值有必要進(jìn)一步進(jìn)行探討。

1 壓力容器液壓試驗(yàn)壓力的確定

鑒于壓力容器建造或修理完工后不可避免地存在未超標(biāo)缺陷(或未檢測(cè)出的超標(biāo)缺陷，或焊接接頭的殘余應(yīng)力，或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的應(yīng)力集中峰值應(yīng)力等)，在使用過(guò)程中，這些缺陷可能引發(fā)壓力容器失效。為避免其造成更大的危害，工程上通常采用液壓試驗(yàn)作為壓力容器建造或修理完工后的最終檢驗(yàn)方法，以最大限度地降低壓力容器使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)【2】。實(shí)踐證明，液壓試驗(yàn)是壓力容器安全而有效的檢驗(yàn)方法，可作為其制造或修理完工后的最終質(zhì)量驗(yàn)證。液壓試驗(yàn)的目的是全面檢驗(yàn)壓力容器的可靠性，以高于設(shè)計(jì)壓力或允許使用壓力的液壓考察容器的整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、焊接接頭的致密性以及法蘭接頭等連接結(jié)構(gòu)的密封性是否符合安全技術(shù)要求，保證壓力容器使用的安全性能【3】。所以，壓力容器試驗(yàn)壓力的確定既關(guān)系到最終檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，更關(guān)系到液壓試驗(yàn)的安全性，應(yīng)由持有壓力容器設(shè)計(jì)資質(zhì)或檢驗(yàn)資質(zhì)的單位完成。

圖1 《熱交換器修理委托書(shū)》摘錄

管殼式熱交換器的耐壓試驗(yàn)的順序、方法及要求在GB/T 151—2014第8.13條中已有明確規(guī)定【4】。對(duì)于浮頭式熱交換器， 首先用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專(zhuān)用試壓工具進(jìn)行管頭試壓， 以檢查管束(重點(diǎn)是管頭)是否泄漏； 然后安裝管箱與浮頭蓋進(jìn)行管程試壓， 以檢查管箱與浮頭蓋本體(重點(diǎn)是焊縫)的致密性及法蘭接頭的密封性；最后安裝外頭蓋進(jìn)行殼程試壓， 以檢查殼體(重點(diǎn)是焊縫)的致密性及法蘭接頭的密封性。當(dāng)管程設(shè)計(jì)壓力低于殼程設(shè)計(jì)壓力時(shí)， 管殼式熱交換器的管頭試驗(yàn)通常采用液壓試驗(yàn)， 而試驗(yàn)壓力與殼程試驗(yàn)壓力相同， 均按GB/T 150.1—2011中第4.6.2條的規(guī)定確定。

對(duì)于試驗(yàn)壓力公式中P的取值，TSG 21—2016第3.2.12.1條的規(guī)定為：壓力容器的設(shè)計(jì)壓力或者壓力容器銘牌上規(guī)定的最高允許工作壓力(對(duì)在用壓力容器為定期檢驗(yàn)確定的允許使用壓力或監(jiān)控使用壓力)。

液壓試驗(yàn)程序?yàn)椋?緩慢升壓至P(竣工圖設(shè)計(jì)壓力或定期檢驗(yàn)允許使用壓力)確認(rèn)無(wú)泄漏后， 繼續(xù)升壓至PT(試驗(yàn)壓力)并保壓， 時(shí)間一般不少于30 min， 然后降壓至P并保壓足夠時(shí)間進(jìn)行檢查。P與PT的確定是否合理對(duì)液壓試驗(yàn)至關(guān)重要， 直接影響到試驗(yàn)過(guò)程是否能夠準(zhǔn)確有序進(jìn)行。

不論是壓力容器的設(shè)計(jì)壓力(或最高允許工作壓力)，還是允許使用壓力或監(jiān)控使用壓力，都需要具有壓力容器設(shè)計(jì)資質(zhì)或定期檢驗(yàn)資質(zhì)的單位經(jīng)過(guò)對(duì)容器主要受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與校核后才能確定，沒(méi)有壓力容器設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位(如修理單位)沒(méi)有資格確定。

2 在用容器液壓試驗(yàn)壓力的確定

在用壓力容器經(jīng)過(guò)使用后，需要定期進(jìn)行檢驗(yàn)，以對(duì)在用壓力容器的安全狀況進(jìn)行符合性驗(yàn)證。當(dāng)在用壓力容器的腐蝕(或磨蝕)深度超過(guò)容器竣工圖規(guī)定的腐蝕裕量(或名義厚度不明，或結(jié)構(gòu)不合理，或者檢驗(yàn)人員對(duì)強(qiáng)度有懷疑)時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，以確定在用壓力容器的允許使用工作壓力與液壓試驗(yàn)壓力。這需要具有定期檢驗(yàn)資質(zhì)的單位來(lái)完成。一般壓力容器的首次定期檢驗(yàn)于投用后3年內(nèi)進(jìn)行，而以后的檢驗(yàn)周期則由檢驗(yàn)單位根據(jù)壓力容器的安全狀況等級(jí)確定，并在《定期檢驗(yàn)報(bào)告》中給出。由此可見(jiàn)，壓力容器的液壓試驗(yàn)壓力可以首次定期檢驗(yàn)為基準(zhǔn)，對(duì)于首次定期檢驗(yàn)前的容器可直接按竣工圖取值，而定期檢驗(yàn)后在檢驗(yàn)周期內(nèi)的容器則按《定期檢驗(yàn)報(bào)告》的規(guī)定確定。

對(duì)于前例浮頭式熱交換器，通過(guò)查閱設(shè)備檔案得知，該熱交換器系于2000年建造并投入使用的(截至目前，已使用近20年)，2016年隨裝置停工檢修?！抖ㄆ跈z驗(yàn)報(bào)告》顯示：檢驗(yàn)結(jié)論為符合要求，安全狀況等級(jí)評(píng)定為3級(jí)，允許使用到2019年8月；管程允許使用壓力為0.60 MPa，殼程允許使用壓力為0.66 MPa；水壓試驗(yàn)壓力管程為0.75 MPa，殼程為0.83 MPa。由此可見(jiàn)，定期檢驗(yàn)時(shí)的液壓試驗(yàn)壓力不是按竣工圖直接取值，而是根據(jù)熱交換器使用狀況、以工作壓力核算確定的。所以，容器修理時(shí)應(yīng)全面審查《壓力容器修理委托書(shū)》與檔案資料(包括設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)文件)，尤其是對(duì)接近設(shè)計(jì)使用年限的容器，對(duì)確定其液壓試驗(yàn)壓力的取值更應(yīng)謹(jǐn)慎，以使容器的修理符合規(guī)范要求，保證其可靠性與安全性。

這一案例提示， 由于液壓試驗(yàn)是以高于容器設(shè)計(jì)壓力(或允許使用壓力)的液壓考察容器制造或修理質(zhì)量的可靠性， 所以為了能夠?qū)θ萜鬟M(jìn)行合規(guī)修理并使其符合安全要求， 容器修理完工后， 液壓試驗(yàn)壓力的確定應(yīng)由具有壓力容器設(shè)計(jì)資質(zhì)或檢驗(yàn)資質(zhì)的單位確定， 而容器的使用單位或修理單位(沒(méi)有設(shè)計(jì)資質(zhì)的)則沒(méi)有資格確定。

壓力容器使用單位在委托容器修理時(shí)， 首先應(yīng)全面熟悉容器的信息， 準(zhǔn)確完整地編制《壓力容器修理委托書(shū)》， 并提供容器的檔案資料， 以供容器修理單位編制壓力容器修理施工方案時(shí)參考。容器修理單位在確定液壓試驗(yàn)壓力時(shí)， 應(yīng)按壓力容器規(guī)程、 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 以容器的首次定期檢驗(yàn)為基準(zhǔn)， 對(duì)于首次定期檢驗(yàn)前的容器可直接按竣工圖中液壓試驗(yàn)壓力取值， 而定期檢驗(yàn)后在檢驗(yàn)周期內(nèi)的容器則按《定期檢驗(yàn)報(bào)告》規(guī)定取值。

值得注意的是，由于壓力容器的設(shè)計(jì)壓力是根據(jù)化工工藝專(zhuān)業(yè)提供的正常工況下容器頂部最高工作壓力及系統(tǒng)附加條件(如系統(tǒng)壓力變化、安全閥在系統(tǒng)中相對(duì)位置對(duì)設(shè)計(jì)壓力的影響等情況)綜合考慮確定的【5-6】，所以，定期檢驗(yàn)在核定壓力容器允許使用壓力時(shí)，不僅要考慮容器的工作壓力，尚應(yīng)考慮裝置系統(tǒng)附加條件的影響，以滿(mǎn)足壓力容器實(shí)際使用工況的安全要求。

3 結(jié)語(yǔ)

液壓試驗(yàn)壓力的合理確定，不僅關(guān)系到壓力容器制造或修理質(zhì)量檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，而且關(guān)系到壓力容器液壓試驗(yàn)的安全性，尤其是在用壓力容器修理時(shí)液壓試驗(yàn)壓力的確定更應(yīng)慎重，不能直接按壓力容器竣工圖取值，而是需要具有設(shè)計(jì)資質(zhì)或檢驗(yàn)資質(zhì)的單位根據(jù)壓力容器的使用狀況進(jìn)行核算后確定。所以，編制壓力容器修理施工方案時(shí)應(yīng)注意合規(guī)確定液壓試驗(yàn)壓力，正確指導(dǎo)壓力容器的修理作業(yè)，保證壓力容器修理的可靠性與安全性。管殼式熱交換器修理后，液壓試驗(yàn)壓力的確定需要注意以下幾點(diǎn)：

1) 當(dāng)管程設(shè)計(jì)壓力低于殼程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，管束的管頭試壓通常采用與殼程液壓試驗(yàn)相同的試驗(yàn)壓力，否則按竣工圖或《定期檢驗(yàn)報(bào)告》中的管頭試驗(yàn)方法和壓力確定；

2) 壓力容器修理時(shí)液壓試驗(yàn)壓力的確定原則為：對(duì)于首次定期檢驗(yàn)前的容器按竣工圖中規(guī)定的液壓試驗(yàn)壓力取值，對(duì)于定期檢驗(yàn)后在檢驗(yàn)周期內(nèi)的容器按《定期檢驗(yàn)報(bào)告》中規(guī)定的液壓試驗(yàn)壓力取值；

3) 《壓力容器修理委托書(shū)》應(yīng)完整、準(zhǔn)確，并應(yīng)根據(jù)壓力容器的使用狀況按竣工圖或《定期檢驗(yàn)報(bào)告》合理確定修理后進(jìn)行液壓試驗(yàn)的壓力，以指導(dǎo)壓力容器修理施工方案的正確編制。