惠志全，李茂東，楊俊強，蘇智泰，劉宇清

(廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院，廣州 510663)

·氣瓶檢驗·

低溫絕熱壓力容器定期檢驗要點探討

惠志全，李茂東，楊俊強，蘇智泰，劉宇清

(廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院，廣州 510663)

低溫絕熱壓力容器作為一種廣泛使用的壓力容器，具有結(jié)構(gòu)特殊、介質(zhì)汽化潛熱小、蘊藏能量大、危險性大、影響因素多、使用管理水平要求高的特點。檢驗機構(gòu)通過選擇合適的定期檢驗方法并及時發(fā)現(xiàn)問題，不僅可以確保低溫絕熱壓力容器的使用安全，也可以提高使用單位的安全管理水平。

低溫絕熱；壓力容器；定期檢驗

0 引言

低溫絕熱壓力容器是指由儲液內(nèi)容器和維持真空絕熱空間的外殼組成，且有一套完整的安全附件、儀表裝置及滿足操作要求的系統(tǒng)，用于儲存低溫液體的壓力容器[1]。低溫絕熱壓力容器常見的儲存介質(zhì)包括空氣化工類產(chǎn)品液氮、液氧、液氬、液態(tài)二氧化碳及能源類產(chǎn)品液化天然氣(LNG)。隨著食品保鮮、醫(yī)療、鋼鐵、汽車、焊接行業(yè)的發(fā)展，對空氣化工類氣體產(chǎn)品用量大增，低溫絕熱壓力容器得到日益廣泛的應(yīng)用。同時，兼具環(huán)保與經(jīng)濟特性的新能源LNG也得到廣泛的使用，LNG低溫儲罐的使用也日益增多。液態(tài)二氧化碳的溫度通常達到-50℃，而液氮、液氧、液氬及LNG的溫度則低達-196℃，低溫液體的液化耗費大量的能源，而汽化時則只需要很少的能量，低溫液體汽化時氣液比達到數(shù)百，一旦汽化必將產(chǎn)生巨大的能量，2007年和2008年國內(nèi)均發(fā)生過低溫絕熱壓力容器泄漏爆炸致人死傷案例[2]。低溫絕熱壓力容器作為一種夾套式壓力容器，通常不開設(shè)人孔，僅按照傳統(tǒng)的檢驗方法無法全面有效地發(fā)現(xiàn)該類容器存在的問題及安全隱患，有必要探討針對該類壓力容器的專項檢驗方法。本文結(jié)合長期檢驗工作積累的經(jīng)驗，對低溫絕熱壓力容器檢驗過程中的要點進行分析探討。

1 低溫絕熱壓力容器結(jié)構(gòu)特征及安全因素分析

低溫絕熱壓力容器內(nèi)膽因承受較低的溫度，通常采用奧氏體不銹鋼，內(nèi)容器在制造時要經(jīng)100%RT檢測，同時要經(jīng)耐壓試驗和最嚴格的氦致密檢測，大部分深冷液體對金屬腐蝕作用輕微。為了增強絕熱效果，內(nèi)膽通常可以不設(shè)置檢查孔及人孔。內(nèi)膽設(shè)置上進液噴淋頭，下進液分布或攪拌器、溢流管口等內(nèi)件。夾層為真空結(jié)構(gòu)，為了增強保冷性能，通常在真空中放置珠光砂形成真空粉末絕熱層或者是多層纏繞形成真空多層絕熱的方式。夾層內(nèi)有絕熱材料的護持材料、穿越夾層的功能管線、吸附材料及其吸附裝置、內(nèi)容器與外殼相互連接支撐的構(gòu)件等。外殼材質(zhì)一般采用碳素鋼或低合金鋼用于密封維持真空絕熱層真空，設(shè)置抗外壓加強環(huán)、引管穿壁接頭、吊耳及支座等構(gòu)件。為了實現(xiàn)低溫絕熱壓力容器的功能，還設(shè)置有管路系統(tǒng)，包括安全泄放與放空管、上下進液管、滿液指示管、增壓器進液與出氣管、抽真空吸管等管路。為了實現(xiàn)對操作過程的控制，還設(shè)置各類閥門附件及儀表，包括控制各管路開閉的控制閥門、緊急切斷閥、真空封結(jié)閥、真空檢測閥、儀表控制閥、安全泄放裝置切換或三通閥、壓力表、液位計及靜電接地端子等。常見立式及臥式低溫絕熱壓力容器分別如圖1及圖2所示?？紤]到內(nèi)膽低溫介質(zhì)的腐蝕性較弱，外容器外壁空氣介質(zhì)腐蝕性也較弱，低溫絕熱壓力容器失效及其引起的后果主要是真空度變差引起內(nèi)膽壓力過高爆炸或者內(nèi)膽介質(zhì)泄漏到夾套中導致外容器承受壓力過高引起爆炸，管路泄漏引起的凍傷或者窒息及可燃性氣體引起的火災(zāi)，雷擊與靜電或者地質(zhì)災(zāi)害引起的意外事故。為了避免上述事故的發(fā)生，在定期檢驗時，對可能引起上述問題發(fā)生的環(huán)節(jié)進行特征檢驗才能確保檢驗的有效性。

圖1 立式低溫絕熱壓力容器

圖2 臥式低溫絕熱壓力容器

2 低溫絕熱壓力容器的檢驗要點

2.1 檢驗前準備工作

檢驗前應(yīng)審查容器的資料并根據(jù)低溫絕熱壓力容器特點及檢驗現(xiàn)場的條件制定檢驗方案。應(yīng)重點審查質(zhì)量證明書中封口真空度、真空夾層泄漏率檢驗結(jié)果、靜態(tài)蒸發(fā)率指標等低溫絕熱壓力容器特有的關(guān)鍵指標。了解使用單位的安全管理制度和安全操作制度是否齊全有效、相關(guān)技術(shù)資料是否齊全、容器的日常維護保養(yǎng)及安全檢查記錄、作業(yè)人員持證情況是否符合要求、上次檢驗所提出的問題是否解決及使用過程是否存在異常等情況。檢驗前應(yīng)確保檢驗的安全準備滿足TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[3]的要求。

2.2 環(huán)境檢查

檢查低溫絕熱壓力容器的使用環(huán)境是否符合標準規(guī)范的要求。檢查容器安裝場所是否通風良好，安全距離是否符合標準要求，排放液體及氣體管路排放是否合理，是否設(shè)有安全出口及安全標志。液氧及易燃易爆介質(zhì)現(xiàn)場消防條件是否達標。某低溫罐檢驗現(xiàn)場無安全護欄及安全標志，管線走向混亂，如圖3所示。

2.3 安全附件及儀表檢查

低溫絕熱壓力容器安全附件及儀表包括安全泄放裝置(安全閥、爆破片裝置、安全閥與爆破片組合安全泄放裝置)、壓力表、測溫儀表、緊急切斷裝置、液位計及導靜電裝置等。應(yīng)檢查內(nèi)膽的安全泄放裝置的設(shè)置形式是否符合GB/T 18442—2011《低溫絕熱壓力容器》的要求，某液氧儲罐雙安全閥雙爆破片的組合泄放裝置如圖4所示。安全閥的規(guī)格、型號、性能參數(shù)應(yīng)符合低溫絕熱壓力容器運行的相關(guān)技術(shù)要求。安全閥的校驗及檢驗結(jié)果應(yīng)按照TSG 21—2016的規(guī)定執(zhí)行。爆破片、壓力表、測溫儀表及液位計檢查內(nèi)容按照TSG 21—2016規(guī)定執(zhí)行。盛裝液氧及易燃、易爆介質(zhì)的容器應(yīng)有導靜電接地裝置，罐體與接地導線末端之間的電阻值應(yīng)不大于10Ω。儲存易爆介質(zhì)的容器，其罐體、管道、閥門、法蘭和支座等連接處的導電性應(yīng)良好，并設(shè)置可靠的導靜電連接端子。盛裝液氧及易燃、易爆介質(zhì)的容器必須要有防雷裝置，防雷裝置應(yīng)處于有效的檢測周期內(nèi)。檢查所有閥門是否開啟靈活、密封良好符合技術(shù)規(guī)范的要求。

圖3 某低溫罐檢驗現(xiàn)場

圖4 某低溫罐安全泄放裝置

2.4 容器本體及運行情況檢查

檢查容器的產(chǎn)品銘牌及有關(guān)標志是否符合有關(guān)規(guī)定；檢漏孔、信號孔有無漏液、漏氣，檢漏孔是否通暢；容器與相鄰管道或者構(gòu)件有無異常振動、響聲或者互相摩擦等；支承或者支座有無損壞，基礎(chǔ)有無下沉、傾斜、開裂，筋骨螺栓是否齊全、完好，沿海及砂質(zhì)地區(qū)要特別注意地質(zhì)下沉對罐體的影響；是否有超壓、超溫、超量等現(xiàn)象；外表面是否有結(jié)霜、結(jié)露、潮濕及跑冷等不正?，F(xiàn)象，通常外表面跑冷部位長有青苔等喜濕植物；管路及閥門運行是否正常，有條件時可采用紅外熱成像技術(shù)檢測各部位溫度是否異常。用紅外熱成像技術(shù)檢測罐體表面跑冷及閥門管路運行情況分別如圖5及圖6所示。

圖5 紅外熱成像檢測罐體跑冷

圖6 紅外熱成像檢測閥門管路運行

2.5 壁厚檢測

外筒壁厚測定位置應(yīng)有代表性，有足夠的測定點數(shù)，測定后標圖記錄，測定位置應(yīng)重點選擇制造成型壁厚減薄部位、變形磨損部位、接管部位、表面檢查發(fā)現(xiàn)可疑部位。

2.6 材質(zhì)檢查

材質(zhì)不明的，一般需要查明主要受壓元件的材料種類，TSG 21—2016規(guī)定有要求的，必須查明材質(zhì)。材料分析應(yīng)根據(jù)具體情況，可以采用化學分析、光譜分析、硬度檢查、金相分析等方法。

2.7 強度校核

以下情況之一的容器，應(yīng)當進行強度校核。

1.均勻腐蝕深度超過腐蝕裕量的；

2.首次定期檢驗時無設(shè)備出廠資料；

3.檢驗人員認為有強度校核必要的。強度校核后再次檢驗時，如實測壁厚達到上次強度校核所需的最小壁厚時，可不再重復校核。

2.8 無損檢測

因外筒體接管連接可能影響夾層真空度，因此有必要時可對外筒接管角焊縫、管件、閥件和支座進行表面檢測抽查。

2.9 真空度檢測

夾層上裝有真空測試裝置的低溫絕熱壓力容器，測試夾層的真空度。要根據(jù)低溫絕熱壓力容器設(shè)計圖樣要求及實際運行要求的真空度情況選擇合適的真空計。測量時，要嚴格按要求操作，避免破壞真空規(guī)管，導致夾層真空度的惡化，甚至導致泄漏等事故的發(fā)生。容器真空度檢測結(jié)果應(yīng)符合TSG 21—2016相關(guān)規(guī)定要求。

2.10 日蒸發(fā)率測試

夾層上未裝真空測試裝置的低溫絕熱壓力容器，必要時進行壓力容器日蒸發(fā)率測量。容器日蒸發(fā)率的測量按照GB/T 18443—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法》[4]的要求進行。容器實日蒸發(fā)率測量結(jié)果應(yīng)符合TSG 21—2016相關(guān)規(guī)定要求。

2.11 開蓋檢查

發(fā)生以下情況下應(yīng)對容器進行開蓋檢查。

1.設(shè)備在運行過程中發(fā)現(xiàn)有影響設(shè)備正常運行的重大問題必須開蓋檢查的；

2.真空度測試指標不合格，重新抽真空仍達不到要求需要開蓋檢修的；

3.檢驗人員認為有必要開蓋做進一步檢查的。檢查內(nèi)容包括：內(nèi)筒宏觀檢查；內(nèi)筒壁厚測定。

內(nèi)筒對接焊縫的射線檢測和滲透檢測抽查，角接焊縫的滲透檢測抽查；根據(jù)檢驗結(jié)果，檢驗人員認為有必要的，可進行強度校核；根據(jù)情況，可進行內(nèi)筒耐壓試驗、泄漏試驗。

2.12 泄漏性試驗

設(shè)計圖樣有泄漏試驗要求的，應(yīng)進行泄漏試驗，試驗由使用單位負責實施，檢驗機構(gòu)負責檢驗，泄漏性試驗應(yīng)按照TSG 21—2016規(guī)定的要求進行。

2.13 耐壓試驗

全面檢驗過程中，使用單位或者檢驗機構(gòu)對容器的安全狀況有懷疑時，應(yīng)當進行耐壓試驗，全面檢驗的其它項目檢驗合格后方允許進行耐壓試驗。耐壓試驗前應(yīng)根據(jù)容器的實際情況制定試驗方案，試驗過程嚴格按照試驗方案進行。根據(jù)容器結(jié)構(gòu)的特殊性及其在運行條件下不允許殘留試驗液體的實際情況，內(nèi)筒可按設(shè)計圖樣或有關(guān)規(guī)定的要求采用氣壓試驗代替液壓試驗。氣壓試驗的壓力應(yīng)當符合設(shè)計圖樣及有關(guān)規(guī)定的要求，壓力系數(shù)取1.10。試驗用氣體溫度應(yīng)當符合設(shè)計圖樣的規(guī)定。對于貯存液氮、液氧及其它液態(tài)惰性介質(zhì)的容器，可選用與其本身內(nèi)部介質(zhì)相對應(yīng)的氮氣、氧氣及其它惰性氣體作為試驗介質(zhì)。對于貯存其它介質(zhì)的容器，則需要按照設(shè)計圖樣或有關(guān)規(guī)定的要求選擇合適的試驗介質(zhì)。耐壓試驗時應(yīng)做好安全防護工作，并嚴格按照TSG 21—2016規(guī)定的要求進行。容器的液壓試驗以試驗過程中無異常聲響、無滲漏、無可見變形為合格。容器的氣壓試驗以試驗過程中無異常聲響、經(jīng)滲漏液檢查無漏氣、無可見變形為合格。耐壓試驗后需要進行復驗時，對于表面缺陷可選擇滲透檢測進行復驗，對于埋藏缺陷可用射線或超聲波檢測(UT或TOFD)進行復驗。

3 小 結(jié)

容器安全狀況等級評定根據(jù)檢驗結(jié)果進行綜合評定，以項目等級最低者做為評定級別。需要維修改造的容器，按維修改造后的檢驗結(jié)果進行安全狀況等級評定。容器具體評級標準與方法按照TSG 21—2016的要求執(zhí)行。安全附件檢驗不合格的容器不得投入使用，含超標缺陷容器的失效安全評定應(yīng)當按照GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》[5]進行。在檢驗過程中除了容器本體的檢驗，還要結(jié)合氣體性質(zhì)、低溫及環(huán)境這些因素綜合考慮，制定合理的檢驗方案才能確保檢驗的有效性。

[1] GB/T 18442—2011 低溫絕熱壓力容器[S].

[2] 謝高峰.高真空多層絕熱低溫容器完全喪失實驗及傳熱機理研究[D].上海：上海交通大學，2011.

[3] TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[4] GB/T 18443—2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法[S].

[5] GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評定[S].

Discussion on Crucial Point of Periodical Inspection onCryo-insulation Pressure Vessels

HUI Zhiquan，LI Maodong，YANG Junqiang，SU Zhitai，LIU Yuqing

(Guangzhou Special Pressure Equipments Inspection and Research Institute, Guangzhou 510663，China)

Cryogenic insulation pressure vessel as a kind of widely used pressure vessel, which is characterized by special structure, medium small latent heat of vaporization, energy reserves, the risk of large, multi factors, needing higher level management. Inspection agency how to use period inspection, choose the appropriate test methods and find the problem in time, can not only ensure the safe use of cryogenic insulation pressure vessels, but also can improve the level of safety management of the users.

cryogenic insulation；pressure vessel；period inspection

2017-04-23

TH49

A

1007-7804(2017)03-0048-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.03.012

惠志全(1987)，男，漢族，碩士，工程師，主要從事低溫制冷設(shè)備研發(fā)及檢驗檢測工作。