壓力容器及隔熱管托是生產(chǎn)和生活中廣泛使用的承壓設(shè)備(如化工煉油廠生產(chǎn)中使用的承壓設(shè)備、生活中常見的液化石油氣鋼瓶等),這種承壓設(shè)備具有爆炸危險性,在長期運行中,受溫度、介質(zhì)、環(huán)境及操作的影響,一方面設(shè)備制造過程中本身存在的缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展。
另一方面在使用過程中會出現(xiàn)磨損、腐蝕、裂紋、變形等新的缺陷,這些缺陷不及時處理,會給壓力容器及隔熱管托的安全運行造成威脅,嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生爆炸,造成人身傷亡事故,給人民的生命、國家和人民的財產(chǎn)帶來極大損失和危害。
壓力容器及隔熱管托維修
在役壓力容器及隔熱管托維修分一般性維修和重大維修。對于主要受壓元件的更換、矯形、挖補(bǔ),以及對焊制壓力容器及隔熱管托的筒體縱向接頭、筒節(jié)與筒節(jié)(封頭)連接的環(huán)向接頭、封頭拼接接頭、球殼板間的焊接接頭以及應(yīng)當(dāng)采用全截面焊透的對接接頭形式的焊縫的焊補(bǔ)均為重大維修,除此之外的維修均為一般性維修。
在役壓力容器及隔熱管托一般性維修可由在役壓力容器及隔熱管托使用單位或委托具有一定技術(shù)力量的單位承擔(dān),在役壓力容器及隔熱管托的重大維修無論使用單位自行維修或受委托承擔(dān)維修的單位必須具備相應(yīng)的資質(zhì)。在役壓力容器及隔熱管托維修后,必須保證其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度滿足安全使用要求。
2.1 遵循的法規(guī)
在役壓力容器及隔熱管托的維修應(yīng)遵循2009年由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《固定式壓力容器及隔熱管托安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《固容規(guī)》)。根據(jù)《固容規(guī)》要求,在役壓力容器及隔熱管托重大維修還應(yīng)參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。
2.2 資質(zhì)
在役壓力容器及隔熱管托的維修單位、維修人員(擔(dān)任維修的焊工、無損檢驗人員)應(yīng)具備相應(yīng)的資格。
(1)維修單位資質(zhì)
從事在役壓力容器及隔熱管托維修的單位必須是已取得相應(yīng)的制造許可證的單位,維修單位應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范的要求建立壓力容器及隔熱管托質(zhì)量保證體系并且有效運行,單位法定代表人必須對在役壓力容器及隔熱管托維修的質(zhì)量負(fù)責(zé);維修單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn);維修單位應(yīng)當(dāng)向使用單位提供維修圖樣和施工質(zhì)量證明文件等技術(shù)資料。
(2)焊工資格
擔(dān)任在役壓力容器及隔熱管托維修的焊工,應(yīng)具備經(jīng)省級以上質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門按《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》考試合格的資格。
(3)無損檢測人員資格
擔(dān)任在役壓力容器及隔熱管托維修的無損檢測人員應(yīng)具備經(jīng)省級以上質(zhì)量監(jiān)督部門按《特種設(shè)備無損檢測人員考核規(guī)則》考試合格的資格。
2.3 方案的制定及備案
在役壓力容器及隔熱管托的一般維修應(yīng)參照相應(yīng)制造技術(shù)規(guī)范制定并經(jīng)維修單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn),而對于在役壓力容器及隔熱管托的重大維修方案還應(yīng)經(jīng)原設(shè)計單位或具備相應(yīng)資格的設(shè)計單位同意。維修方案應(yīng)包括:維修方案的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù);缺陷產(chǎn)生的原因分析;缺陷的尺寸和位置;施工工藝流程;施工工藝質(zhì)量檢驗方法;維修后容器達(dá)到的性能指標(biāo)及驗收標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。
2.4 施工要求
維修質(zhì)量的好壞主要取決于施工質(zhì)量,而施工質(zhì)量涉及因素較多,無論哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響施工質(zhì)量,嚴(yán)重時會導(dǎo)致維修失敗,故對在役壓力容器及隔熱管托維修的施工一定要考慮仔細(xì)、全面,確保維修質(zhì)量。
2.4.1 維修人員、設(shè)備的安全要求
在役壓力容器及隔熱管托的維修大部分在露天作業(yè),周圍環(huán)境復(fù)雜危險(例如煉油廠的油罐區(qū)、球形儲罐區(qū)、成套系列裝置等),并經(jīng)常還需交叉作業(yè),因此現(xiàn)場維修時維修人員一定要穿戴好勞保用品,牢記安全要求,隨時注意周圍情況的變化。
對于進(jìn)入壓力容器及隔熱管托內(nèi)部的維修,事先檢查其內(nèi)部介質(zhì)是否置換達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)入容器的安全措施是否健全、是否有安全監(jiān)護(hù)員。
這些安全要求對于小型企業(yè)、私營企業(yè)的在役壓力容器及隔熱管托設(shè)備維修時更應(yīng)引起高度重視,以防新的人身、設(shè)備事故的發(fā)生。例如最近發(fā)生一起某私營小型加油站在維修一臺油罐時,由于油罐內(nèi)氣體、油未置換徹底,焊接時導(dǎo)致油罐內(nèi)發(fā)生爆炸,當(dāng)場炸死正在罐內(nèi)焊接的焊工,并嚴(yán)重?zé)齻?名罐外輔助人員。
至于從各種資料、相關(guān)報道中,在維修在役壓力容器及隔熱管托時,由于未遵守維護(hù)檢修規(guī)程,無視安全要求而導(dǎo)致新的人身、設(shè)備事故案例時有發(fā)生。因此,維修在役壓力容器及隔熱管托設(shè)備時,維修方案必須要包括安全方面的內(nèi)容。
例如,維修前對維修人員的安全教育,對被維修單位應(yīng)具備安全施工條件的要求、維修單位或被維修單位在維修現(xiàn)場應(yīng)至少配備一名安全人員等,以杜絕在維修作業(yè)中發(fā)生人身、設(shè)備事故。
2.4.2 維修用的材料
(1)受壓元件的更換
對于僅需要更換不需要焊接的受壓元件材料,原則上與原設(shè)備更換部件的材料相同。如確因特殊情況,需材料替代時,應(yīng)經(jīng)原設(shè)計單位或具備相應(yīng)資格的設(shè)計單位同意。
更換的材料應(yīng)由平爐、電爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉,材料的技術(shù)要求應(yīng)符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的規(guī)定,并附有鋼材生產(chǎn)單位的鋼材質(zhì)量證明書,維修單位應(yīng)按質(zhì)量證明書對鋼材進(jìn)行驗收,必要時應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗。
(2)受壓元件的矯形
對于僅需要矯形的受壓元件,施工前應(yīng)進(jìn)行模擬試驗,并進(jìn)行必要的力學(xué)性能評定(如受壓元件有耐蝕要求,還應(yīng)進(jìn)行耐腐蝕性評定),評定結(jié)果符合設(shè)備技術(shù)要求后,方可施工。
(3)受壓元件焊接用焊材
維修在役壓力容器及隔熱管托時,由于情況復(fù)雜,施焊條件惡劣,故對焊接材料的正確、合理選擇和現(xiàn)場良好的管理是保證維修質(zhì)量的重要因素之一。在役壓力容器及隔熱管托采用焊接維修時,對焊接材料應(yīng)遵循以下幾個原則。
① 焊接材料選用
a. 保證焊縫金屬的使用性能。焊縫金屬的使用性能包括力學(xué)性能(強(qiáng)度、韌性)、化學(xué)成分(主要是不銹鋼和耐熱鋼)、耐蝕性(設(shè)備如有耐蝕性要求時),焊縫金屬的強(qiáng)度與韌性應(yīng)與維修部件的強(qiáng)度、韌性結(jié)合來考慮。
從多年實際經(jīng)驗來看,在役壓力容器及隔熱管托的破壞往往不是因強(qiáng)度不夠,而是韌性不足,導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋或脆斷,因此選用焊材時宜選用熔敷金屬等級略低于母材金屬,而韌性相等、相近或略高于母材的焊材,這一條在修理高強(qiáng)度鋼時尤為重要。
在維修不銹鋼、耐熱鋼壓力容器及隔熱管托設(shè)備時,因?qū)υO(shè)備的耐蝕性、回火脆性等因素必須考慮,故選用的焊材其熔敷金屬化學(xué)成分宜接近母材金屬。
b. 保證焊縫的抗裂性能。維修與制造有很大的區(qū)別,一般維修的在役壓力容器及隔熱管托經(jīng)過一段時間的運行,設(shè)備殼體本身的材質(zhì)發(fā)生了一定的變化,維修時一定要考慮易產(chǎn)生裂紋的特點,在保證焊縫金屬使用性能的前提下優(yōu)先選用抗裂紋性好的焊接材料。
c. 良好的焊接工藝性能。焊接材料的焊接工藝性能包括:電弧穩(wěn)定性、脫渣性(采用氬弧焊除外),氣孔敏感性、熔渣流動性、焊縫成形、飛濺等。
d. 維修部件的復(fù)雜程度及剛性大小。維修形狀復(fù)雜、厚度大的部件在焊接過性中冷卻速度快,焊接應(yīng)力大,易產(chǎn)生冷裂紋,故應(yīng)選用抗裂性能好、韌性好、塑性高、含氫量低的焊條(如低氫型、超低氫型、高韌性焊條等),當(dāng)維修部位需全位置維修時部件又不能翻轉(zhuǎn),宜選用適用于全位置焊接的焊條。
e. 焊接條件。對于某些焊接部位確實難以清理干凈時,應(yīng)盡量選用氧化性強(qiáng),對水、銹、油等物不敏感的酸性焊條,以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。在密閉容器內(nèi)進(jìn)行焊接時,應(yīng)盡可能選用酸性焊條(如鐵型、鈦鈣型)或低塵、低毒的堿性焊條。在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時,應(yīng)盡量選用酸性焊條。
f. 經(jīng)濟(jì)性。在考慮上述a~e前提下,應(yīng)選擇成本低、效率高的焊接材料(例如鐵粉焊
條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等)。當(dāng)然按上述原則選用的焊條能否采用,還應(yīng)按NB/T47014—2011 《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)和被維修設(shè)備技術(shù)要求進(jìn)行評定,合格后方可采用。
② 焊接材料管理
a. 焊接材料的驗收。承擔(dān)維修在役壓力容器及隔熱管托的單位,應(yīng)按國家相關(guān)焊接材料標(biāo)準(zhǔn)要求、焊材生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品說明書、出廠合格證及質(zhì)量保證書對所采購的焊接材料進(jìn)行驗收,必要時進(jìn)行復(fù)驗。
b. 焊接材料的烘干。焊接材料的烘干是保證維修質(zhì)量和維修能否獲得成功的重要因素之一。
因為焊接材料烘干的目的是去除焊接材料中的吸附水,降低焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量,減少焊縫金屬中產(chǎn)生氣孔的可能性。現(xiàn)場維修在役壓力容器及隔熱管托采用焊條電弧焊方法較多,故這里特別對焊條的烘干使用做一詳細(xì)說明。
焊條烘干的目的是除去受潮涂層的水分和藥皮中的結(jié)晶水,可減少焊縫金屬中的氫含量,在一定程度上可防止產(chǎn)生冷裂紋和氣孔。焊條烘干應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)定的烘干工藝參數(shù)。
烘干溫度過低或保溫時間不夠時,藥皮中水去除不徹底,焊縫中可能會產(chǎn)生氣孔和冷裂紋;烘干溫度過高,藥皮中某些成分會發(fā)生分解,藥皮產(chǎn)生開裂,焊接時藥皮易脫落,降低對熔池的保護(hù)。
c. 焊材領(lǐng)用。焊條按烘干工藝烘干后,放在100℃±20℃的恒溫箱內(nèi)(這一點特別是南方地區(qū)現(xiàn)場為維修時一定要嚴(yán)格遵守),焊工攜帶保溫筒隨用隨領(lǐng)取,一次領(lǐng)取量不超過5kg。當(dāng)天沒用完的焊條,必須單獨存放,再次使用前必須按烘干工藝重新烘干。重新烘干次數(shù)不宜超過兩次。
2.4.3 維修人員
進(jìn)入現(xiàn)場維修壓力容器及隔熱管托的所有人員必須按已制定的相關(guān)安全操作規(guī)程進(jìn)行安全教育。擔(dān)任在役壓力容器及隔熱管托的維修焊工和維修后無損檢測人員應(yīng)具備8.2.2.2、8.2.2.3所規(guī)定的資格。
2.4.4 維修用設(shè)備
維修在役壓力容器及隔熱管托各類設(shè)備必須經(jīng)校驗合格,且在設(shè)備醒目位置貼有合格標(biāo)簽。
2.4.5 預(yù)處理
在役壓力容器及隔熱管托的維修,大部分與焊接密不可分,由于維修的設(shè)備多數(shù)已投入生產(chǎn)運行了一段時間,其設(shè)備本體材料都不同程度地發(fā)生了損傷,設(shè)備本體和焊縫存在腐蝕、新開裂紋、焊接缺陷(在設(shè)備制造過程中已存在而漏檢的裂紋、未焊透、夾渣氣孔、咬邊等)。
對于這些缺陷的維修,維修前對維修部位及其周邊的預(yù)處理至關(guān)重要,預(yù)處理的好壞直接決定著修理能否獲得成功。根據(jù)在役壓力容器及隔熱管托的常見缺陷,預(yù)處理主要從以下幾方面考慮:脫氫處理;去除腐蝕層;去除油脂;清理氧化皮和吸氣層;鉆止裂孔。
2.4.6 施工
維修單位根據(jù)施工方案和現(xiàn)場施工條件制定出科學(xué)合理的維修施工工藝。施工工藝是維修在役壓力容器及隔熱管托工程的核心內(nèi)容,是維修質(zhì)量的技術(shù)保障,是在役壓力容器及隔熱管托維修后達(dá)到何種技術(shù)指標(biāo)的依據(jù)。施工工藝包括:維修部位的預(yù)處理工藝、焊接工藝、熱處理工藝、質(zhì)量檢驗工藝(外觀檢驗、無損檢測、壓力試驗)。
2.4.7 焊接環(huán)境
當(dāng)焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時,必須采取有效的防護(hù)措施,否則禁止施焊:
① 焊條電弧焊時,風(fēng)速大于10m/s;
② 氣體保護(hù)焊時風(fēng)速大于2m/s;
③ 相對濕度大于90%;
④ 雨、雪環(huán)境;
⑤ 焊接環(huán)境溫度低于0℃時。
2.5 檢查
在役壓力容器及隔熱管托維修是一個復(fù)雜的工程,主要是涉及的部門較多,要經(jīng)過缺陷產(chǎn)生原因分析、方案制定及報審批,材料采購、焊接、熱處理、無損檢測、試壓等許多過程,要保證在役壓力容器及隔熱管托維修后的安全使用必須加強(qiáng)全過程的質(zhì)量檢查管理,確保維修的在役壓力容器及隔熱管托達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2.6 安全評定
對于在役壓力容器及隔熱管托缺陷進(jìn)行安全評定的標(biāo)準(zhǔn)有兩類:一類是以質(zhì)量控制為目的安全評定的標(biāo)準(zhǔn),另一類是以符合使用要求為目的安全評定的標(biāo)準(zhǔn)。
(1)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)
質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是從保證制造或維修的質(zhì)量角度出發(fā),把所有的焊接缺陷看成是對焊縫強(qiáng)度的削弱和對結(jié)構(gòu)安全的隱患,它不考慮具體使用情況的差別,而要求把缺陷盡可能地降到最低限度,這類標(biāo)準(zhǔn)是以焊接產(chǎn)品制造或維修質(zhì)量控制為目的而制定的焊接質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。包括GB/T12467、GB/T12468、GB/T12469、NB/T47013等。
(2)合于使用標(biāo)準(zhǔn)
對于在役壓力容器及隔熱管托存在的一些以“質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)”來判定不允許存在的“超標(biāo)缺陷”,
如果將所有的“超標(biāo)缺陷”一律返修或?qū)⑷萜髋袨閺U品,其結(jié)果是除了要進(jìn)行過多地、沒有必要地返修工作外,還會把本來可用的容器判為廢品,這是很不經(jīng)濟(jì)的。
實際上,對不影響使用的缺陷的修復(fù),往往會產(chǎn)生更有害的或不易檢查的缺陷。當(dāng)然按質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)檢驗合格的壓力容器及隔熱管托,無疑可以投入使用。但是按質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)檢驗不合格的壓力容器及隔熱管托仍有不少照樣還在使用。
也就是說,質(zhì)量不合格并不等于使用不合格。因此,從合于使用的角度出發(fā),應(yīng)對“超標(biāo)缺陷”加以區(qū)別對待,只返修那些對壓力容器及隔熱管托安全運行造成威脅的危險性缺陷,而對壓力容器及隔熱管托安全運行不構(gòu)成威脅的缺陷則予以保留。
以合于使用為目的而制定的標(biāo)準(zhǔn)稱為“合于使用”標(biāo)準(zhǔn),包括:DW-X-749 《按脆斷破壞觀點建議的缺陷評定方法》(國際焊接學(xué)會提出)、BSI-PD6493 《焊接缺陷驗收標(biāo)準(zhǔn)若干方法指南》(英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會提出)、WES-2805K 《按脆斷評定的焊接缺陷驗收標(biāo)準(zhǔn)》(日本焊接工程學(xué)會提出)、美國的《鍋爐及壓力容器及隔熱管托規(guī)范》(ASME第Ⅲ篇附錄G,第Ⅺ篇第I分篇附錄A)、我國的CVDA-84 《壓力容器及隔熱管托評定規(guī)范》等。
當(dāng)然,以上規(guī)范均是指導(dǎo)性文件,并不是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),一般需經(jīng)容器使用和評定方雙方同意后方可使用。
(3)安全評定標(biāo)準(zhǔn)的選擇原則
① 屬于以下幾方面的情況,可采用質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定:
a. 壓力容器及隔熱管托僅存在少量“超標(biāo)缺陷”;
b. 期望檢修的周期長一些;
c. 不具備進(jìn)行可靠斷裂力學(xué)計算的數(shù)據(jù)和能力;
d. 缺乏壓力容器及隔熱管托使用經(jīng)驗。
② 屬于以下幾方面的情況,可采用合于使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定:
a. 按質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)維修在役壓力容器及隔熱管托難度大,并有報廢傾向;
b. 具備在現(xiàn)場對焊接缺陷進(jìn)行綜合判斷的經(jīng)驗和能力;
c. 有經(jīng)資格認(rèn)可的斷裂安全分析人員;
d. 具有豐富的在役壓力容器及隔熱管托使用經(jīng)驗。
(4)安全評定單位資格、權(quán)利和責(zé)任
① 在役壓力容器及隔熱管托缺陷安全評定采用國家安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)逐項批準(zhǔn)方式。壓力容器及隔熱管托使用單位應(yīng)與經(jīng)國家安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的具有相應(yīng)檢驗資格的評定單位簽訂在役壓力容器及隔熱管托缺陷安全評定合同。
② 承擔(dān)在役壓力容器及隔熱管托缺陷安全評定的單位,必須根據(jù)缺陷的性質(zhì)、缺陷產(chǎn)生的原因,以及缺陷的發(fā)展預(yù)測給出明確的評定結(jié)論,說明對安全使用的影響。包括:使用條件、監(jiān)控使用措施和使用期限,使用期限不應(yīng)超過一個檢驗周期。
③ 承擔(dān)在役壓力容器及隔熱管托缺陷安全評定的單位必須對缺陷的檢驗結(jié)果、缺陷評定結(jié)論和壓力容器及隔熱管托繼續(xù)使用的安全性能負(fù)責(zé)并承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。評定的報告和結(jié)論,必須經(jīng)評定單位技術(shù)負(fù)責(zé)人審查和法人代表批準(zhǔn),主送在役壓力容器及隔熱管托的使用單位,同時報送使用單位的主管部門和國家及省、市安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)。
2.7 驗收
維修完成合同及維修方案所規(guī)定的全部內(nèi)容,并達(dá)到設(shè)備使用要求,能使維修的壓力容器及隔熱管托設(shè)備投入運行,經(jīng)檢查驗收合格后,即為維修驗收結(jié)束。
(1)維修在役壓力容器及隔熱管托驗收的主要內(nèi)容
① 對維修的方案、過程進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗和總結(jié)。
② 對維修的質(zhì)量、成本進(jìn)行分析。
③ 維修報告的移交。
④ 辦理維修竣工結(jié)算。
(2)維修在役壓力容器及隔熱管托驗收的標(biāo)準(zhǔn)
① 2.6節(jié)(1)、(2)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
② GB150 《鋼制壓力容器及隔熱管托》。
③ 《固定式壓力容器及隔熱管托安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。
④ GB713—2008 《鍋爐和壓力容器及隔熱管托用鋼板》。
⑤ NB/T47015 《壓力容器及隔熱管托焊接規(guī)程》。
⑥ 其他相關(guān)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。
此外,還應(yīng)遵守維修合同和技術(shù)要求等。
(3)維修在役壓力容器及隔熱管托驗收應(yīng)提交的技術(shù)資料(報告)
維修在役壓力容器及隔熱管托完工后,交工資料(報告)是最終驗收的依據(jù),資料必須與施工同步,項目齊全、內(nèi)容充實、記錄完整、格式統(tǒng)一,并有有關(guān)部門的公章,責(zé)任人員簽章。具體報告內(nèi)容如下:
① 維修方案;
② 焊工資格證書;
③ 無損檢測人員資格證書;
④ 焊接材料質(zhì)量證明書;
⑤ 當(dāng)需要更換受壓元件時,還應(yīng)提供其材料質(zhì)量證明書;
⑥ 焊接工藝評定報告;
⑦ 焊接記錄;
⑧ 熱處理記錄;
⑨ 外觀檢查記錄;
⑩ 無損檢測報告;
? 壓力試驗報告。
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