舊設(shè)備壓力容器重復(fù)利用設(shè)計

1、舊設(shè)備壓力容器重復(fù)利用設(shè)計一一設(shè)備利舊設(shè)計要點舊設(shè)備（壓力容器）重復(fù)利用設(shè)計一一設(shè)備利舊設(shè)計要點李清春 大慶石化工 程有限公司摘 要:文中從設(shè)計角度，對舊設(shè)備（壓力容器）重復(fù)利用設(shè)計提出了若 干準(zhǔn)則，強(qiáng)調(diào)利舊設(shè)計必須掌握利舊設(shè)備的真實狀況，廣泛收集，綜合分析。必須 保證設(shè)備安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理;另外根據(jù)實際經(jīng)驗提出了設(shè)備利舊設(shè)計基本程序， 提出了利舊設(shè)計與新制設(shè)備設(shè)計的不同之處;最后提出了利舊設(shè)計中的技術(shù)處理要 點和建議。關(guān)鍵詞:利舊設(shè)計 設(shè)計準(zhǔn)則 利舊設(shè)計程序 液壓試驗 技術(shù)處理目 前，國內(nèi)各煉油化工裝置中，服役期滿或已經(jīng)退役的壓力容器逐年增多，由于某原 因停車關(guān)閉的裝置也閑置一些設(shè)備，對原裝

2、置的改擴(kuò)建涉及對舊設(shè)備（壓力容器）的 改造設(shè)計（以下簡稱利舊設(shè)計）也日益增多，而設(shè)備利舊設(shè)計的規(guī)范化并未引起人們 足夠的重視，由于利舊設(shè)計無標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)的規(guī)范可循，只能根據(jù)設(shè)計者的認(rèn)識和經(jīng) 驗進(jìn)行利舊設(shè)計。所以，設(shè)備利舊設(shè)計水平各不相同、因人而異。舊設(shè)備合理利用 必定會節(jié)省投資，如果改造設(shè)計不妥不但不能充分利用舊設(shè)備能力，還可能增加一 些隱患。下面根據(jù)以往設(shè)備利舊設(shè)計經(jīng)驗，特別是通過對國內(nèi)某公司大量舊設(shè)備的 利舊設(shè)計，提出一些對利舊設(shè)備的設(shè)計方法，供同行參考。1設(shè)備利舊設(shè)計準(zhǔn)則 1.1利舊設(shè)計準(zhǔn)則之一:必須全面掌握設(shè)備的檔案資料，不清楚之處必須進(jìn)行測 繪，對設(shè)備的服役過程及檢維修改造情況必須了解

3、，對設(shè)備目前的狀況必須非常清 楚，要進(jìn)行大量深入的調(diào)查研究，這是進(jìn)行利舊設(shè)計的前提。1.2利舊設(shè)計準(zhǔn)則之 二:對于勞動部門已作報廢的壓力容器，一定不能給予利舊。因為既評定為報廢， 就意味著該設(shè)備做為壓力容器以無任何再利用價值，必須做銷毀處理。判廢與報廢 不同，判廢是指設(shè)備不能保證在原參數(shù)下安全使用一個檢驗周期，但這類設(shè)備還可 以經(jīng)過修理、改造或采取降壓使用等措施后，經(jīng)過檢驗和核定，其安全狀況等級有 所提高，仍可再次投入使用。1.3利舊設(shè)計準(zhǔn)則之三:必須保證利舊設(shè)備安全可 靠。對舊設(shè)備使用狀況不清楚的絕不能盲目利舊。要有一個科學(xué)的態(tài)度，不能受其 它因素影響。我們在國內(nèi)某公司大量國外舊設(shè)備的利舊設(shè)

4、計中，曾經(jīng)遇到過這種情 況，某臥式容器（舊設(shè)備），沒有任何技術(shù)資料，連一張圖紙都沒有，而業(yè)主卻要求 給用上，工期還很急。在這種情況下，沒有經(jīng)過任何調(diào)查、測繪、檢驗及評定分析 等，是不能給予利舊設(shè)計的。1.4必須保證利舊設(shè)備設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理。利舊設(shè)備不但 要進(jìn)行安全評定，還要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析對比。利舊的目的是為了省錢，如果舊設(shè)備的 檢測、試驗、評定等費用很高，使用壽命較短，再加上使用中的管理費用和檢維修 費用等，與新制設(shè)備相差無幾，甚至比新制設(shè)備費用還高，在這種情況下也不能進(jìn) 行利舊。1.5除了非常有把握外，設(shè)備利舊應(yīng)優(yōu)先考慮降壓使用。2設(shè)備利舊設(shè)計 基本程序利舊設(shè)計除掌握新制設(shè)備相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，對壓

5、力容器的金屬材料理 論、設(shè)備制造工藝、設(shè)備維修技術(shù)以及設(shè)備在使用管理過程中應(yīng)貫徹的技術(shù)規(guī)范也 應(yīng)有所了解。另外，還應(yīng)借鑒國內(nèi)外對“鍋爐及壓力容器剩余壽命的評估”理論方 法和經(jīng)驗，但是，對重大設(shè)備剩余壽命的評估理論這里不予討論。這里只談一下常 規(guī)利舊設(shè)計基本程序。大批量設(shè)備利舊時建議按下述程序，單臺利舊時可參照進(jìn) 行。2.1深入調(diào)查研究，充分收集資料 根據(jù)業(yè)主提出的舊設(shè)備清單，應(yīng)逐臺收集 各種技術(shù)資料及數(shù)據(jù)，包括:設(shè)備原始設(shè)計資料（圖紙、計算書、設(shè)計條件等），制 造日期、服役年限，操作記錄（實際操作介質(zhì)、操作壓力和溫度、腐蝕物實際含 量、介質(zhì)改變情況等），設(shè)備檔案（應(yīng)包括制造檢驗記錄、檢維修記錄

6、、中間改造記 錄和定期檢查記錄等）文件。同時應(yīng)進(jìn)入現(xiàn)場實地考察，宏觀檢查設(shè)備內(nèi)外壁及內(nèi) 件的情況，做到心中有數(shù)。2.2根據(jù)初步掌握的資料，對利舊設(shè)備進(jìn)行分類 這里分類指的是將舊設(shè)備分為幾 個類型，而非指壓力容器類別。分類的目的是便于利舊設(shè)計，重點突出。那么如何 分類呢，分類的方法很多，可根據(jù)個人的工作習(xí)慣來分類。但無論如何分類皆應(yīng)考 慮如下幾個因素：a.舊設(shè)備的類型。如反應(yīng)器、塔器、立臥式容器、球形容器、冷換設(shè)備、常壓容器（拱頂罐、內(nèi)浮頂罐、浮頂罐等）。b.舊設(shè)備的類別。這里指 的是壓力容器類別，是一類、二類還是三類壓力容器。c.舊設(shè)備的設(shè)計壓力和溫 度。是真空、負(fù)壓、常壓、低壓、中壓還是高壓

7、;是低溫、常溫、中溫還是高溫 等。d.舊設(shè)備的大小。是指設(shè)備金屬的總噸位，重量大利舊價值大，反之則利舊 價值小。e.舊設(shè)備資料是否齊全;服役期限是否已超過設(shè)計壽命;所采用的材料是 否已被淘汰;是否已經(jīng)過消除應(yīng)力熱處理;在原操作工況下介質(zhì)均勻腐蝕、應(yīng)力腐 蝕、氫腐蝕等傾向是否嚴(yán)重;哪些設(shè)備處于濕H2 SH況下;是否有纏繞式或利用自 增強(qiáng)殘余應(yīng)力來承擔(dān)工作載荷的高壓容器等等。根據(jù)以往經(jīng)驗，按設(shè)備利舊價值 和在裝置中的重要程度進(jìn)行分類比較好。即利舊價值比較高的重大設(shè)備或裝置的核 心設(shè)備應(yīng)列為第一類，如高壓容器、塔器、反應(yīng)器、大型儲罐等。另外較特殊的設(shè) 備也應(yīng)列入第一類。如采用有限元應(yīng)力分析進(jìn)行設(shè)計計

8、算的容器，內(nèi)有防腐襯里的 容器，高溫?zé)崞诨蛴腥渥兊娜萜?，裂紋較敏感的容器及低溫容器等;除第一類以 外的其余舊設(shè)備，對于資料不全甚至沒有任何資料的中小型設(shè)備，應(yīng)列為第二類， 該類中也應(yīng)包括服役期已超過設(shè)計壽命，材料已被現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所淘汰1的設(shè)備;其余 舊設(shè)備應(yīng)列為第三類，即資料及檔案等技術(shù)文件較齊全，且使用年限較短的中小型 中低壓容器。2.3初步確定利舊設(shè)計方案，提出具體設(shè)備需要進(jìn)行測繪和分析評定 的詳細(xì)清單，并初步做出設(shè)備利舊費用概算。根據(jù)2.2中利舊設(shè)備的分類，逐類 進(jìn)行分析，對收集到的資料進(jìn)行整理分類，逐臺對號。按類提出初步分析報告，報 告應(yīng)闡明哪些設(shè)備利舊價值較高，哪些設(shè)備利舊價值一般，同

9、時剔除那些在安全上 和經(jīng)濟(jì)上已無利舊價值的設(shè)備。對準(zhǔn)備予以利舊的設(shè)備提出“測繪和檢驗清單”， 必要時可進(jìn)行材料分析和性能檢測。建設(shè)單位應(yīng)據(jù)此清單進(jìn)行設(shè)備檢驗，向設(shè)計單 位提供“舊設(shè)備檢驗報告書”。做“舊設(shè)備檢驗報告書”的單位，必須?薔依投 棵排跡哂蟹匚俗矢瘢嫉募煅櫸段bk恰骯脫沽9萜鰲保疑璞訃煅報告中必 須同時提供設(shè)備可否利用的結(jié)論性報告，并附有檢驗許可證批準(zhǔn)號。所有檢驗工作 必須按在用壓力容器檢驗規(guī)程和設(shè)計單位提出的“測繪和檢驗清單”進(jìn)行。設(shè)計單位提出的“測繪和檢驗清單”應(yīng)逐類提出，因為設(shè)備的重要性和具體情況不 同，所要求的檢驗項目差異很大。對2.2中劃定為第二、三類的舊設(shè)備要求檢驗 的項目

10、較少，而對第一類舊設(shè)備要求的檢驗項目較多，甚至很苛刻，對于大型的高 溫高壓設(shè)備有時還要請有關(guān)權(quán)威部門進(jìn)行多項檢測、試驗，最后作出剩余壽命評估 報告等?？傊畱?yīng)具體問題具體分析，測繪和檢驗內(nèi)容大體如下：a.設(shè)備的詳細(xì)結(jié) 構(gòu)圖（包括內(nèi)件）。如果設(shè)備資料齊全則可免掉此項，否則應(yīng)通過測繪補(bǔ)齊。b.容 器殼體和所有受載荷件的壁厚，包括接管、法蘭、人手孔、支座、加強(qiáng)圈等。并應(yīng) 提供厚度測定點分布圖。c.設(shè)備內(nèi)、外部檢驗，包括腐蝕程度、腐蝕坑深、錯邊 量、橢圓度等，另外還要如實提供設(shè)備在拆卸及運輸中是否引起變形、凹癟、接管 彎曲等。d.設(shè)備焊縫射線或超聲波無損檢測、磁粉和著色無損檢測。e.對材料 不清或已經(jīng)淘

11、汰的材料，要進(jìn)行理化試驗，包括化學(xué)成分分析和機(jī)械性能試驗。f. 對于高溫高壓設(shè)備、理論分析認(rèn)為有疲勞損傷、蠕變脹大或蠕變損傷、材質(zhì)蛻變等 設(shè)備，除按e條進(jìn)行試驗夕卜，還應(yīng)采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、復(fù)膜萃取、電化學(xué)試驗等手段，對設(shè)備 進(jìn)行微觀裂紋檢測、金相分析及微觀組織檢驗等。g.對裂紋較敏感的設(shè)備（如氫 腐蝕、硫化氫應(yīng)力腐蝕等）應(yīng)對裂紋進(jìn)行詳細(xì)的檢測，特別是球罐。指出裂紋數(shù) 量、產(chǎn)生部位、具體形狀、長度和深度等。2.4具體確定利舊設(shè)計方案根據(jù)所收 集的資料和建設(shè)單位所提供的“舊設(shè)備檢驗報告書”，便可開展詳細(xì)設(shè)計了。為了 更有效的利用舊設(shè)備，發(fā)揮設(shè)備的最大能力，提高設(shè)備利舊率，從而達(dá)到既安全可

12、靠又節(jié)省投資的目的，在詳細(xì)設(shè)計階段要做更加細(xì)致的工作，而不能簡單的認(rèn)為只 是做一下強(qiáng)度校核，應(yīng)具體確定利舊設(shè)計方案。其方案的確定可按如下程序進(jìn)行： 1根據(jù)已確定的可利舊設(shè)備表，與現(xiàn)裝置中工藝條件要求的設(shè)備對號入座。工藝專 業(yè)對設(shè)備的直2徑、長度（或高度）、容積有一個最低的要求，舊設(shè)備的相應(yīng)尺寸 必須滿足這一基本要求。然后再根據(jù)操作條件（壓力、溫度、介質(zhì)等）確定利舊哪臺 設(shè)備。這項工作必須同工藝專業(yè)一同研究討論完成。2根據(jù)工藝條件進(jìn)行強(qiáng)度核 算。所采用的計算方法必須按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，所采用的計算公式、各個系數(shù)（如安全 系數(shù)）的選取不能低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的最低值。設(shè)計、制造、檢驗及驗收應(yīng)執(zhí) 行同一標(biāo)

13、準(zhǔn)規(guī)范（國內(nèi)或國外），國外舊設(shè)備可把它僅當(dāng)作國外材料（板、管、鍛、 棒）而按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計時必須保證測定的最小厚度5e要大于強(qiáng)度 核算所要求的最小計算厚度6,二者之差5e,5C, C厚度附加量，因為在這 種情況下C1（鋼板厚度負(fù)偏差）為0,所以CC2 （腐蝕裕量），即此時5e,5C2。 該腐蝕裕量計算是多少就在圖紙的設(shè)計數(shù)據(jù)表中填多少。設(shè)備除必須滿足強(qiáng)度要求 外，其腐蝕裕量C2還必須保證滿足一個檢修周期的要求，否則，也不能利舊。3 舊設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在一般情況下，當(dāng)壁厚能滿足內(nèi)壓的強(qiáng)度要求，但不滿足其它 載荷（風(fēng)載荷、地震載荷、局部集中載荷等等）要求時，可以采用設(shè)置加強(qiáng)圈或局部 加

14、強(qiáng)等辦法來達(dá)到利舊的目的。特別是對中低壓塔器，其風(fēng)載荷和地震載荷引起的 彎矩往往是起主要作用，可以通過在筒體上設(shè)置加強(qiáng)圈的辦法來滿足要求。對于較 高大的塔器，建議最好是整個裙座都換新的，因為裙座受力較苛刻，有防火層時壁 厚又不好測量，使用時間較長時裙座和基礎(chǔ)環(huán)板腐蝕較嚴(yán)重，裙座設(shè)計質(zhì)量對塔頂 撓度的影響又很大，所以，裙座為新制較好。對于臥式容器，當(dāng)壁厚能滿足內(nèi)壓的 強(qiáng)度要求，但校核計算不合格時，也可以采用在鞍座截面處設(shè)置內(nèi)或外加強(qiáng)圈的辦 法來降低應(yīng)力。4設(shè)備利舊在結(jié)構(gòu)處理上有多種形式，特別是涉及大批設(shè)備利舊 時，應(yīng)統(tǒng)一考慮，靈活處理。我們給給國內(nèi)某公司進(jìn)行設(shè)備利舊設(shè)計時，舊設(shè)備共 有幾百臺，其

15、中靜設(shè)備有反應(yīng)器、塔器、冷換設(shè)備、立、臥式容器等等，制造年限 不同，來源不一，有美國的、法國的、比利時等國，有用于常減壓裝置的、烷基化 裝置的、氣體分餾裝置的和加氫裝置等。舊設(shè)備情況比較復(fù)雜，又缺少大量的資 料。通過各種測繪、檢驗、試驗、理化分析、焊接工藝評定等大量工作，最終做到 對舊設(shè)備有了較全面的細(xì)致的掌握之后，統(tǒng)一考慮利舊問題。有的將一個塔改成兩 個立罐、有的將兩個重疊立罐中間打通后改成一個塔、板式塔改成填料塔、臥罐改 成立罐、立罐改成臥罐、對于高大塔設(shè)備裙座全部更新、去掉脫水包、增加脫水 包、更換容器一側(cè)封頭或兩側(cè)封頭、加長一段筒體等等，從而大大提高了設(shè)備的利 舊率，節(jié)省了大量的投資。

16、5對于強(qiáng)度校核不合格或腐蝕裕量不能滿足一個檢修 周期要求的設(shè)備不能利舊，但應(yīng)再與工藝專業(yè)商量，能否作為其它設(shè)備（如較原工 況壓力低、常溫、純凈介質(zhì)等）使用，若可以則再按新工況進(jìn)行強(qiáng)度核算?？傊?， 舊設(shè)備重復(fù)利用詳細(xì)設(shè)計要求設(shè)計者更加細(xì)致、深入，確定方案時除征得本專業(yè)技術(shù)總負(fù)責(zé)人同意外，也須得 到工藝專業(yè)的認(rèn)可，利舊方案的確定，實際上是與工藝專業(yè)反復(fù)協(xié)商、調(diào)整、強(qiáng)度 核算、再協(xié)商、再調(diào)整、再強(qiáng)度核算的循環(huán)往復(fù)過程，這樣才能達(dá)到預(yù)期的目的。 3設(shè)備利舊設(shè)計中技術(shù)處理要點3利舊設(shè)計雖然可參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，但又 不同于新制造的設(shè)備，有的舊設(shè)備直接在現(xiàn)場修復(fù)，而現(xiàn)場條件比制造車間條件要 差。新制設(shè)備

17、設(shè)計時，國內(nèi)設(shè)計一般不考慮殼體本身焊縫的位置，但設(shè)備利舊時， 新增加的零部件（如接管等）則應(yīng)考慮躲開殼體對接焊縫等等，使用過一定時間的材 料與新鋼材也有所不同。所以，利舊設(shè)備的設(shè)計、制造、檢驗及驗收等技術(shù)要求， 有其自己的特點。3.1焊接接頭系數(shù)6的選取，安全系數(shù)的選?。丛S用應(yīng)力的確 定），對進(jìn)行機(jī)械性能試驗的設(shè)備本體母材，可按試驗數(shù)據(jù)來確定。但多數(shù)舊設(shè)備 改造設(shè)計時沒有這個條件，舊設(shè)備母材及焊接接頭的性能要比新鋼板低，另外，往 往在設(shè)備利舊設(shè)計時看不到制造廠的焊縫返修記錄和檢維修記錄，這樣利舊之后就 有可能某焊縫及熱影響區(qū)發(fā)生了三次乃至四次退火，所以，焊接接頭系數(shù)6和安 全系數(shù)的選無損檢測

18、焊接接頭系數(shù)6也可以不取可以不完全按新制設(shè)備的規(guī)定，即使進(jìn) 行100取1.00,這對舊設(shè)備增加一定的安全儲備也是有利的。3.2無損檢測的要求，根據(jù)舊設(shè)備的具體情況可增加檢測手段和提高檢測率。如服役期限很長或有應(yīng) 力腐蝕等工況的設(shè)備，即使是一、二類壓力容器也可以進(jìn)行100無損檢測和增加 表面無損檢測等。3.3液壓試驗壓力的確定。對于服役期限較長或有應(yīng)力腐蝕等工 況的設(shè)備，一定要嚴(yán)格控制試壓參數(shù)。建議液壓試驗壓力最高值為：PT 1.25P操 （。/。七）式中:PT液壓試驗壓力，P操設(shè)備內(nèi)的實際工作壓力，其余與 GB150-1998中同因為舊設(shè)備內(nèi)表面存在著脆化層，這個脆化層隨著設(shè)備使用年 限的增長，其脆化層的深度也越大，特別是原介質(zhì)中有氫原子時更嚴(yán)重。在加上壓 力容器焊接接頭必然存在的微觀裂紋，若仍按原設(shè)備規(guī)定的液壓試驗壓力進(jìn)行試 驗，則易產(chǎn)生“在用脆性裂紋”，從而導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。國內(nèi)某石油化工廠的兩臺 設(shè)備在投用五年后進(jìn)行檢修，共發(fā)現(xiàn)一條總長為89mm的斷續(xù)裂紋，動火檢修完畢 后按原設(shè)計的試驗壓力進(jìn)行水壓試驗，使用95天后第二次停車檢查，則共發(fā)現(xiàn) 252條總長為5186mm的裂紋，其專家診斷意見就是上述原因造成的。3.4利舊設(shè) 計中，盡量不要在設(shè)備本體上動火，能利用的接管、法蘭、人手孔等一定要利舊， 不用的接管最好用盲板