王偉

甘肅省特種設(shè)備檢驗檢測研究院 甘肅蘭州 730050

氨具有比較好的制冷性能，但是在實際應(yīng)用中，也存在一定的安全風(fēng)險。做好定期檢驗工作是保證制冷系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵。

1 小型氨制冷系統(tǒng)概述

1.1 氨制冷劑

氨是一種天然制冷劑，在制冷技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用，因為氨的制取比較容易，而且價格低廉，具有非常好的熱力學(xué)性能，很早就作為制冷劑使用。氨是一種自然工質(zhì)，消耗臭氧潛能值為零，全球變暖潛能值也接近于零，而且相比其他自然工質(zhì)具有非常好的熱物性，所以在很多冷庫中都得到了應(yīng)用[1]。使用氨制冷劑具有較高的密度，但是汽化潛比較高；由于氨的臨界溫度比較高，因此氨制冷劑可以在冷庫等制冷系統(tǒng)中使用；系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，氨制冷劑的聲速較高，氣體的內(nèi)部阻力比較小，不容易出現(xiàn)冰堵，適合在小型制冷系統(tǒng)中使用。

氨的性能優(yōu)良，但是也具有易燃易爆炸的特點，而且還具有一定的毒性，有很多人對氨過敏，甚至在短時間內(nèi)就會導(dǎo)致易過敏人群的死亡。如果空氣中氨的濃度達(dá)到15%～28%，明火就會導(dǎo)致爆炸，所以氨氣體也被視為重大危險源。

1.2 小型氨制冷裝置

小型氨制冷裝置是冷庫的主要制冷設(shè)備，其中貯氨器的容積在5立方米以內(nèi)，制冷容器的總?cè)莘e一般不大于10立方米，裝置中包括冷凝器、液氨分離器、中間冷卻器、油分離器、集油器、低溫循環(huán)筒等等。小型氨制冷設(shè)備的危害遠(yuǎn)低于大型氨制冷設(shè)備，所以小型氨制冷裝置可以在不停機(jī)的情況下檢驗。近年來，小型氨制冷裝置經(jīng)常出現(xiàn)氨泄露事件，導(dǎo)致人員傷亡[2]。很多個體經(jīng)營的小型冷庫的制冷裝置可能并沒有經(jīng)過正規(guī)安裝，設(shè)備管道焊接方面也存在先天缺陷，所以必須對裝置進(jìn)行全面的評估，分析裝置的安全性，以便發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患。

2 小型氨制冷系統(tǒng)常見損傷

2.1 壓力管道的損傷

2.1.1 管道壁厚減薄

在室外布置的壓力管道，在運行過程中，長期處在空氣、氨介質(zhì)、鹽水等的環(huán)境中，導(dǎo)致管道長期受到腐蝕，長周期使用后可能會出現(xiàn)壁厚的減薄，以及出現(xiàn)蝕坑問題。如果氨冷凝器立管內(nèi)壁水側(cè)腐蝕比較嚴(yán)重，會有非?？斓母g速度，有些管道甚至在投入使用短短幾年時間內(nèi)，厚度就從原來的4毫米減少到1毫米，管道的強度急劇下降。厚度降低會導(dǎo)致管道焊縫位置最下方出現(xiàn)泄露，所以工作人員需要嚴(yán)格檢查焊縫位置的情況[3]。

2.1.2 壓力管道出現(xiàn)局部變形

壓力管道經(jīng)過長期使用，設(shè)備受到嚴(yán)重的腐蝕，管材的強度會逐漸改變；高強度的負(fù)荷作用使管道經(jīng)過長期使用后容易疲勞，管道接口等部位可能會因為疲勞出現(xiàn)變形，導(dǎo)致管道受到嚴(yán)重的破壞，影響管道的正常使用。

2.1.3 壓力管道存在裂紋

壓力管道的裂紋一般在壓力管道焊縫位置出現(xiàn)，或者出現(xiàn)在管道焊縫的周邊。裂紋的產(chǎn)生可能是由于管道自身的質(zhì)量問題，比如材質(zhì)問題；也有可能是由于管道的局部出現(xiàn)腐蝕和變形，導(dǎo)致管道焊縫應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋；大多時候，管道焊縫的裂紋是由于焊接過程中產(chǎn)生的各種焊接缺陷引起的。裂紋會嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的安全運行[4]，所以裂紋必須消除。

2.2 氨制冷系統(tǒng)壓力容器的損傷

2.2.1 鋼制壓力容器被氨腐蝕

氧氣、二氧化碳、氮氣都會促使液氨腐蝕罐壁，無論是氣相還是液相，氧氣、氮氣、氨和碳鋼都組成了應(yīng)力腐蝕環(huán)境。在反應(yīng)中，含有液氨中的氧氣將會被鋼吸附到表面，形成一層氧化膜，并保持正電值點位，在材料受到拉應(yīng)力的作用后，氧化膜會受到破壞，且有新鮮的表面暴露出來，與有氧化膜的金屬表面構(gòu)成微電池，并快速溶解[5]。如果沒有其他雜質(zhì)存在，氧氣能在裸露金屬表現(xiàn)面上再次形成氧化膜，可以抑制腐蝕的出現(xiàn)；如果液氨的溶液中含有氮氣，氮氣和氧氣在滑移階上會產(chǎn)生競爭吸附，可以防止裸露的滑移階再鈍化，但是會導(dǎo)致鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性增加，鋼材表面鈍化膜會在滑移階上產(chǎn)生破裂，最后會發(fā)展為陽極性腐蝕裂紋。

2.2.2 帶保溫層容器

中間冷卻器、低壓循環(huán)貯液桶等容器也都會專門增加保溫層，但是保溫層的作用和其容器的保溫層有所不同，這類保溫層不僅會發(fā)揮保溫作用，也有一定的防潮作用[6]。所以，如果外部保溫層完好無損，不僅能減少熱量散失，保溫層也能避免水分對容器的腐蝕作用；在保溫層破損后，破損位置就會導(dǎo)致容器失去防護(hù)，受到腐蝕并生銹。

3 小型液氨系統(tǒng)定期檢驗內(nèi)容

3.1 外觀檢驗

壓力管道、壓力容器受到腐蝕作用后，表面會產(chǎn)生明顯的缺陷，能夠直接通過肉眼識別，比如可以通過外觀檢驗確定腐蝕凹坑深度、軸向長度、咬邊情況等內(nèi)容，著重觀察焊縫位置，避免在焊縫位置出現(xiàn)腐蝕泄漏情況。管道的閥門、法蘭也是管道系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，很多管道的閥門和法蘭經(jīng)過長期使用之后可能會受到嚴(yán)重腐蝕，會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的泄漏情況，對系統(tǒng)的性能和安全性會造成不良影響。

3.2 管道壁厚測定

測量管道壁厚可以確定管道的安全風(fēng)險，確定管道的性能。對壓力管道中的彎頭和三通等管件進(jìn)行壁厚測定，確定管道的厚度，可以分析管道是否存在安全風(fēng)險。如果發(fā)現(xiàn)某處管道壁厚明顯減薄，證明該位置受到了比較嚴(yán)重的腐蝕。需要進(jìn)一步觀察制冷系統(tǒng)運行過程中的工況，分析是否存在使用錯誤或者安裝問題，分析管道受到腐蝕的原因。

3.3 分析壓力管道的具體強度

氨制冷系統(tǒng)壓力管道運行過程中，需要對元件進(jìn)行應(yīng)力分析，從而完成強度校核以及對管道的安全評價工作。系統(tǒng)運行期間，由于管道的壓力、自重力可能會導(dǎo)致管道的應(yīng)力集中，所以可以針對壓力管道進(jìn)行有限元應(yīng)力計算[7]。分析過程中可以研究管道操作溫度，以及管道薄膜受到管道彎曲的影響，分析彎曲位置的應(yīng)力變化，全面分析管道所受到的應(yīng)力。所有的檢測工作都需要根據(jù)管道壁厚的測量結(jié)果進(jìn)行，根據(jù)計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，合理使用各類軟件，保證結(jié)果的合理性。

3.4 冷凝器檢驗

冷凝器在管板的外部，管道立管內(nèi)壁介質(zhì)是冷卻水，除了要進(jìn)行必要的常規(guī)結(jié)構(gòu)檢測，檢查冷管板、管端焊縫，以及冷凝器殼體外壁的冷凝情況。

3.5 外表面無損檢測抽查

針對壓力容器的焊接接頭位置、補焊區(qū)、變形部位、應(yīng)力集中部位、電弧損傷位置等容易出現(xiàn)裂紋的位置要進(jìn)行無損檢測抽查，可以使用磁粉檢測對焊縫位置進(jìn)行局部無損檢測。焊縫表面如果出現(xiàn)成型差，以及有氣孔、咬邊，或者存在錯邊等問題，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的處理，尤其要注意的是，對于低溫容器而言，不允許存在咬邊。貯氨器的液氨并不能全部排盡，導(dǎo)致使用X射線照片比較困難。但是在對單個罐體進(jìn)行檢測時，可以將液體排放到最低液位，并使用雙臂透照方法滿足檢測要求。

3.6 酚酞試紙檢測

使用酚酞試紙可以檢測在工作狀態(tài)下壓力容器的焊縫、接管是否存在泄露情況，檢測工作中，應(yīng)該著重檢測人孔、接管、幾何形狀復(fù)雜的位置，包括應(yīng)力集中位置和容易導(dǎo)致腐蝕的位置。

3.7 檢測氨液的成分

無水液氨對鋼產(chǎn)生的腐蝕相對比較輕微，并且腐蝕也比較均勻，所以冷凝系統(tǒng)最初的腐蝕風(fēng)險比較低。但是經(jīng)過壓縮機(jī)冷凝之后，液氨中就會帶有一定的動油進(jìn)入到容器中，并吸附于內(nèi)壁，最終形成的油膜能對材料產(chǎn)生保護(hù)作用。在液氨容器中，充裝、排料等工作都會受到空氣污染，碳鋼對液氨的應(yīng)力腐蝕也比較敏感，使得液氨的純度、鋼的化學(xué)成分、容器的強度都會影響腐蝕效果。液氨對鋼制容器的應(yīng)力腐蝕情況和液氨的工作溫度也有密切的關(guān)系，一般在-5℃到-30℃都會有比較敏感的應(yīng)力腐蝕。如果液氨中含有微量的氧氣，也會促進(jìn)容器腐蝕破裂，但是如果其中含有少量的機(jī)油和水分，則可以防止出現(xiàn)腐蝕破裂問題。一般而言，含碳量越高的容器，其破裂敏感性就越強，所以必須嚴(yán)格檢查氨液的成分記錄，以及控制氨液中的水分和油量，減少應(yīng)力腐蝕[8]。

4 定期檢驗要求

4.1 檢驗重點的選擇

氨制冷裝置的定期檢驗工作，最好在停車狀態(tài)下進(jìn)行。如果壓力容器有保溫層，則應(yīng)先拆除保溫，并重點檢查閥門、法蘭、接管等部位是否有泄漏，并對焊縫進(jìn)行一定比例的抽檢，同時應(yīng)檢查系統(tǒng)的安全附件是否在有效期內(nèi)。壓力管道的檢驗，應(yīng)先進(jìn)行宏觀檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在保溫層破裂的情況，或者發(fā)現(xiàn)管道存在異常結(jié)霜，則需要拆除保溫層進(jìn)行重點檢查。若存在嚴(yán)重腐蝕，需擴(kuò)大檢測比例。

4.2 合理使用抽樣檢查

為了保證檢驗質(zhì)量和設(shè)備的安全運行，在定期檢驗中，應(yīng)該針對一些常見損傷模式，采取有針對性的檢驗方法，更加全面細(xì)致的對設(shè)備進(jìn)行檢測，以確保檢驗質(zhì)量和設(shè)備安全。比如重點檢查保溫層破損位置是否出現(xiàn)腐蝕情況，低壓側(cè)剩余壁厚的測定，埋藏缺陷檢測等等，都應(yīng)該使用抽樣檢查的方式，尤其要重點檢查風(fēng)險大、作業(yè)負(fù)荷大的管道。

4.3 配備專業(yè)人員

為確保檢驗工作的精度和效率，在對氨制冷系統(tǒng)檢驗時應(yīng)該配備專業(yè)人員，由專業(yè)人員進(jìn)行壓力管道的日常巡查工作，以及采取合理的措施進(jìn)行管道保養(yǎng)，確保閥門、法蘭等部件的可靠性。人員需要在發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象后，可以對管道進(jìn)行及時修理，如果不能通過修理解決問題，應(yīng)該及時更換部件。對于氨制冷系統(tǒng)的壓力管道，在缺陷比較嚴(yán)重時應(yīng)該停用或者報廢處理，使用單位應(yīng)該確保管道的安全，及時轉(zhuǎn)移介質(zhì)，保證管道內(nèi)部壓力的及時釋放。

4.4 失效風(fēng)險評價工作

風(fēng)險評價使用數(shù)據(jù)資料，使用風(fēng)險量化方法分析管道出現(xiàn)泄漏等問題的安全風(fēng)險，可以確定小型氨制冷系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)險較高的位置，從而合理地使用管理資源、人力資源，采用最恰當(dāng)?shù)拇胧?，達(dá)到控制風(fēng)險的目的。風(fēng)險評估工作中，應(yīng)該根據(jù)小型氨制冷裝置的特點使用半定量法進(jìn)行裝置失效可能性和風(fēng)險的評估，以及做好區(qū)域劃分工作，確定風(fēng)險評估模型。之后根據(jù)關(guān)閉厚度、材料裂化情況、設(shè)備機(jī)械損傷狀況、工作環(huán)境等等進(jìn)行失效可能性評價，通過分析小型氨制冷裝置的設(shè)計、制造、使用、管理情況，分析設(shè)備失效的可能性。然后還需要對失效后果展開評價工作，比如事故出現(xiàn)之后導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡，再根據(jù)失效后果評價制定管理方法。

5 結(jié)語

氨制冷劑具有較好的性能，而且污染較少，所以具有比較好的應(yīng)用前景，但是由于易燃易爆炸的性質(zhì)，以及容易引起中毒，所以必須做好對制冷裝置的檢測工作。針對小型氨制冷裝的檢測，應(yīng)該結(jié)合制冷裝置的工況、特點，確定檢驗工作的重點，根據(jù)相關(guān)要求確定檢驗周期，開展全面的檢驗，以及做好風(fēng)險評估。保證能了解小型氨制冷系統(tǒng)的工作狀況，分析安全水平，及時進(jìn)行修復(fù)工作和做好防護(hù)。