劉功祥* 周愛萍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 南京交通職業(yè)技術(shù)學院）

0 前言

TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)范中關(guān)于小型制冷壓力容器專項要求，對其定義為：以氨為主要制冷劑，系統(tǒng)內(nèi)單只最大儲氨器容積不大于5 m3，并且系統(tǒng)內(nèi)儲氨器總?cè)莘e不大于10 m3；采用其他制冷劑（如R22，R314，R312 等），應考慮其特性，參照執(zhí)行；涉及的主要設(shè)備包括冷凝器、儲氨器、循環(huán)桶、氨液分離器、中間冷卻器、集油器等。

目前，食品行業(yè)內(nèi)的冷庫系統(tǒng)，大型商超、大型寫字樓的中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)普遍存在這些設(shè)備，分別如圖1，制冷設(shè)備的圖2 所示，使用環(huán)境多為露天陽臺或者地下設(shè)備庫，使用現(xiàn)狀管理工作普遍存在不足。

圖1 食品行業(yè)中以冷庫中以氨為制冷劑的壓力容器

圖2 中央空調(diào)系統(tǒng)中以氟利昂或新型制冷劑為制冷劑的的壓力容器

1 小型制冷設(shè)備檢驗流程

現(xiàn)場檢驗前，應審查設(shè)備資料根據(jù)企業(yè)提供的設(shè)備的使用情況、可能遇到的損傷模式以及失效模式制定專項檢驗方案。TSG 21—2016 規(guī)程中關(guān)于小型制冷壓力容器的檢驗有專項要求，其檢驗方法主要分為停機檢驗和不停機檢驗。

1.1 檢驗方法、內(nèi)容

1.1.1 檢驗前的準備工作

使用單位和相關(guān)輔助單位應做好停機后的各項安全檢查及符合性條件確認工作。其中針對不停機檢驗的小型制冷壓力容器還應提供上個周期氨液充裝時間與充裝記錄，并提供氨液成分檢測記錄告或進行現(xiàn)場環(huán)境氨濃度檢測，確保現(xiàn)場環(huán)境氨濃度不得超過國家相應標準允許值（20 mg/m3）。

1.1.2 檢驗項目和方法

小型制冷機組壓力容器定期檢驗原則上應按TSG 21—2016 規(guī)程中的要求執(zhí)行。但鑒于該設(shè)備具有特殊性，可以在系統(tǒng)不停機的情況下進行檢查。檢驗項目包括系統(tǒng)資料審查、設(shè)備宏觀檢驗、介質(zhì)成分檢查、主要受壓部件壁厚測量、高壓側(cè)壓力容器外表面無損檢測。必要時，可增加聲發(fā)射試驗、埋藏缺陷檢測、材料分析、強度校核、壓力試驗等檢驗項目。

1.1.3 資料審查

檢驗前，需要審查設(shè)計資料、制造資料、安裝竣工資料、重大維修改造資料以及使用管理資料。 除常規(guī)資料審查之外， 應當審查氨液充裝時間及氨液成分檢驗記錄，確保其符合NB/T 47012—2010《制冷裝置用壓力容器》的要求。

1.1.4 宏觀檢驗

宏觀檢驗主要采用目視檢查方法（必要時可采用相應輔助設(shè)備）檢驗壓力容器設(shè)備本體結(jié)構(gòu)、外形幾何尺寸、設(shè)備表面狀態(tài)情況，確保焊縫外觀質(zhì)量、隔熱層、保冷層完好。

1.1.5 無損檢測

（1） 表面無損檢測

表面無損檢測應根據(jù)NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》標準要求，采用磁粉檢測或者滲透檢測。對于小型制冷設(shè)備主要應對以下情況進行檢測：

a）高壓側(cè)壓力容器；

b）使用達到設(shè)計使用年限（未規(guī)定設(shè)計使用年限，但使用超過20 a 的視為達到設(shè)計使用年限）的低壓側(cè)壓力容器；

c）氨液成分分析不符合NB/T 47012—2010 標準要求的壓力容器。

（2）埋藏缺陷檢測

埋藏缺陷檢測即設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測，應采用射線檢測或者超聲檢測。當符合下列條件之一的，應當采用相應檢測方法進行埋藏缺陷檢測，必要時應進行設(shè)備本體內(nèi)部開罐檢驗：

a）檢驗時發(fā)現(xiàn)存在表面缺陷的壓力容器，認為需要進行焊縫埋藏缺陷檢測的；

b）系統(tǒng)內(nèi)高壓側(cè)設(shè)備中的液氨成分未分析或者分析結(jié)果不符合NB/T 47012—2010 標準要求的；

c）按照《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》，需要對聲發(fā)射源進行復驗的；

d）使用過程中補焊過的部位。

1.1.6 材料分析

主要受壓元件材質(zhì)不明的，應按照TSG 21—2016 規(guī)程要求進行分析。對于低壓側(cè)壓力容器，未能查明材質(zhì)的，也可以參照Q235A 進行強度校核。

1.1.7 檢驗周期

安全狀況等級為1，2，3 級的，檢驗結(jié)論為符合要求，可以繼續(xù)使用，一般每3 年進行1 次定期檢驗；安全狀況等級為4，5 級的，檢驗周期應按TSG 21—2016 規(guī)程要求執(zhí)行。

2 小型制冷設(shè)備損傷模式識別

2.1 介質(zhì)

目前常用的制冷劑多達80 余種，并還在不斷發(fā)展，但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的制冷劑僅有十幾種。小型制冷壓力容器主要涉及的介質(zhì)包括氨、氟利昂等新型制冷劑。

氨作為一種制冷劑廣泛應用于食品儲藏行業(yè)，是一種化學性質(zhì)穩(wěn)定的中壓中溫制冷劑。其冷凍溫度為-77.7 ℃，標準蒸發(fā)溫度為-33.3 ℃，室溫冷凝壓力一般為1.1～1.3 MPa。在正常條件下，氨對碳鋼和低合金鋼沒有腐蝕作用，但當氨溶液中有少量水時，氨水具有一定的腐蝕性。因此，氨制冷裝置中主要設(shè)備選材時應避免使用銅及銅合金材料，氨水的含水量（質(zhì)量分數(shù)）不應超過0.2%。

氟利昂是一種新型的中溫制冷劑，目前已廣泛應用于建筑空調(diào)系統(tǒng)中。氟里昂是鹵代烷烴，常溫下無色、無味、低毒，不易燃也不易爆，只有當空氣中其體積分數(shù)超過80%時，才會使人窒息；其化學性質(zhì)穩(wěn)定，只有當溫度高于400 ℃時，有害氣體才能分解，其能與任何比例的潤滑油互溶，也能溶解各種有機物。因此，小型氟利昂制冷機組沒有配備油分離器，而配備了烘干機。同時規(guī)定氟利昂的含水量不大于NB/T 47012—2010 標準要求的相應指標。由于有機溶劑具有互溶性，故系統(tǒng)中不應使用普通天然橡膠作密封墊，而應使用專門的丁腈橡膠或氯乙醇等人造橡膠，否則，密封墊膨脹會導致制冷劑泄漏。

2.2 損傷模式及檢驗策略

小型制冷壓力容器的使用環(huán)境特點為潮濕、陰冷，其主要放置地點多為地下室、天臺及露天平臺等。

2.2.1 腐蝕減薄

根據(jù)小型制冷壓力容器使用環(huán)境以及特點，總結(jié)其主要涉及的腐蝕減薄模式為二氧化碳腐蝕、大氣腐蝕、冷卻水腐蝕和微生物腐蝕。小型制冷壓力容器的常用材料為Q235B，10#，20#等碳素鋼材料以及Q345R 等低合金鋼材料。小型制冷壓力容器的使用環(huán)境多為潮濕、陰暗的地下室或者常年外風吹日曬的天臺樓頂。同時部分小型制冷設(shè)備（中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)壓力容器）存在周期性使用的問題。

2.2.2 環(huán)境開裂（氨應力腐蝕開裂）

應力腐蝕三要素為敏感金屬材料，特定的腐蝕介質(zhì)環(huán)境以及相應的應力水平。小型制冷壓力容器主要承壓部件材質(zhì)為普通碳素鋼和低合金鋼；主要涉及介質(zhì)為氨和其他制冷劑 （R22，R134 等）；同時存在應力集中部位（結(jié)構(gòu)不連續(xù)處）。

碳鋼和低合金鋼在無水液氨或銅合金氨溶液中易產(chǎn)生應力腐蝕開裂。碳鋼在無水液氨中的腐蝕程度較低，但在充裝和維護過程中會受到污染，同時空氣中的氧氣和二氧化碳會加劇其腐蝕程度。

2.2.3 機械損傷（機械疲勞和振動疲勞）

大多數(shù)小型制冷設(shè)備系統(tǒng)都有機泵設(shè)備。在循環(huán)機械載荷作用下，材料、零部件在一處或多處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，從而產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過一定周期的多次循環(huán)后，裂紋很容易繼續(xù)擴展，從而導致零部件突然斷裂。與泵設(shè)備相連的小直徑管道和相關(guān)設(shè)備上的各種小噴嘴容易發(fā)生裂紋，換熱器接管與管板之間也容易發(fā)生斷裂。

3 針對性檢驗策略

針對這些腐蝕問題，常用的檢測方法有目視檢測，保溫層損壞部位測厚檢測，接管角焊縫部位表面無損檢測，易積液積水的位置宏觀檢查等，必要時應加強重點部位的測厚檢測。

環(huán)境開裂主要發(fā)生在換熱器的銅鋅合金管束或者氨制冷裝置中儲氨器等設(shè)備。其針對性檢驗策略包括加強對換熱管束的檢測，儲氨設(shè)備外壁的超聲檢測和內(nèi)壁的磁粉檢測，連接管道的焊縫表面檢測。

機械振動與機械疲勞的檢驗策略主要為定期檢查管道支架和各類支吊架， 查找設(shè)備振動、管道振動的部位，連接管道的焊縫表面檢測。

4 結(jié)論

在監(jiān)管、監(jiān)察日趨嚴格的形勢下，小型制冷壓力容器的排查與摸排工作在不斷推進。一大批未注冊、未領(lǐng)證及長期未檢驗的設(shè)備陸續(xù)被排查出來。 這類設(shè)備主要存在以下幾個問題：使用單位管理不當，無特種設(shè)備相關(guān)安全意識；設(shè)備本體問題（存在多年未檢驗，相關(guān)安全附件缺失、失靈、失效等情況）；設(shè)備相關(guān)資料、銘牌缺失問題；以及超設(shè)計壽命使用問題。從保障本質(zhì)安全的角度出發(fā)，只有做好檢驗，確保檢驗手段合理有效，才是解決小型制冷壓力容器安全問題的最終出路。