第五节 压力容器的维护和检修
压力容器在化工生产中数量多，工作条件复杂，危险性大。因此，加强压力容器的技术管理、精心操作和维护，定期进行检查是非常重要的。
一、压力容器的维护与检查
为了用好、管好和修好压力容器，容器操作人员须经过安全技术培训，熟悉生产工艺流程，懂得压力容器的结构原理，严格遵守安全操作规程，明确操作要点，能及时分析和处理异常现象，这是保证压力容器安全使用的基本环节。这里简要介绍压力容器的维护与检查的一般知识。
1.压力容器的正确使用
正确和合理使用压力容器主要包括以下几方面：
① 启用压力容器，一定要检查各阀门的开关状态，压力表的数值，安全阀和报警装置的灵敏性；
② 在开关进、出口阀门时，要核实无误后才能操作，操作要平稳，阀门的开启与关闭应缓慢进行，使容器有一个预热过程和平稳升降压过程，严防容器骤冷骤热而产生较大的温差应力；
③ 压力容器不得超压、超温、超负荷运行，定时查看压力表、流量表、温度表的读数，注意设备内的工艺参数变化，发现异常应及时调整至工艺控制指标范围以内；
④ 当容器的主要受压元件发生裂纹、鼓包、变形，容器近处发生火灾或相邻设备管道发生故障，安全附件失效，接管管件断裂，紧固件损坏等情况之一时，应立即采取安全保护措施并及时向有关领导报告。
2.压力容器的科学管理
化工生产是连续性生产，为使设备长周期运转，关键要对压力容器做好科学管理，管理内容主要有两大方面：
① 建立、健全压力容器技术档案，如原始技术资料，使用检修记录，技术改造、拆迁和事故记录及操作条件变化时应记录下变更日期及变更后的实际操作条件下的运行情况；
② 技术管理制度，如厂、车间、班组人员的岗位责任制，安全操作规程，事故报告制度，定期检验制度等。
3.维护检查主要内容
维护检查主要是运行中及停车后的维护与检查。
(1)运行中的经常性检查运行中的经常性检查对全厂设备的定期检修、更新，起着至关重要的作用，检查重点内容见表1-8。
表1-8 运行中经常性检查
(2)压力容器的定期检查
压力容器定期检查就是在容器的使用过程中每隔一定的期限，采用各种适当而有效的方法，对容器的各个承压部件和安全附件进行检查和必要的试验，以便及早发现问题，并予以妥善处理，防止在运行中发生事故。压力容器的定期检查根据其检验项目、范围和期限分为外部检查、内部检查和全面检查。
① 外部检查。容器的外部检查通常在运行中进行，当发现有危及安全的现象及缺陷时(如受压元件开裂、变形、严重泄漏等)，应予停车。外部检查既是检验人员的工作，也是操作人员日常巡回检查的重要内容。压力容器的检验人员对容器外部检查每年至少一次。外部检查的主要内容有：
a.容器的防腐蚀层、保温层及设备铭牌是否完好；
b.容器外表面有无裂纹、变形、局部过热等不正常现象；
c.容器接管焊缝、受压元件及密封结构等有无泄漏；
d.安全附件是否齐全、灵敏、可靠；
e.紧固螺栓是否完好，基础有无下沉、倾斜等现象。
② 内部检查。容器的内部检验需要停车进行。通过检验，对存在的缺陷要分析原因和提出处理意见，需要检修的由修理人员修复后再进行复验。压力容器的内部检验每三年进行一次，但有强烈腐蚀介质、剧毒介质的容器检验周期应予缩短；运行中发现有严重缺陷的容器、制造质量差及上次检验发现缺陷提出监控要求的容器应缩短检验周期。容器内部检验的主要内容有：
a.外部检查的全部内容；
b.容器内外表面、开孔接管处有无介质腐蚀或冲刷磨损等现象；
c.容器的所有焊接接头、封头过渡区和其他应力集中的部位有无裂纹，必要时采用超声波或射线检测焊接接头的内部质量；
d.对有衬里的容器，发现衬里损坏、有可能影响容器本体时，应去掉衬里对容器作进一步检查；
e.对腐蚀、磨损等有怀疑的部位测量其壁厚，并进行强度校核，对可能引起金属金相组织变化的容器，必要时进行金相和表面硬度测定;
f.高压、超高压容器的主要紧固螺栓，应进行外形宏观检查，并用磁粉和着色法检查有无裂纹。
③ 全面检查。容器全面检验的主要内容除了内外部检验的项目外，还要进行压力试验，并根据容器的特性确定对主要焊接接头进行无损检测抽查或全部焊接接头进行无损检测。对压力很低、体积较小且介质为非易燃或无毒的压力容器，经宏观检查和表面检测未发现缺陷，可以不作射线或超声波检测抽查。压力容器的全面检验规定每六年进行一次，通过全面检验对设备的技术状况作出全面评价，并确定能否使用。
容器检验结束后，检验人员及检验单位应及时整理检验资料，写出检验报告，并纳入压力容器技术档案。第三类压力容器及当地压力容器安全监察机构规定的其他容器，其检验报告还应抄报当地压力容器安全监察机构。
二、压力容器的检修
压力容器的检修通常为计划检修，根据检修内容、周期和要求的不同，分为小修、中修和大修。还有一种为计划外检修，是在生产过程中设备突然发生故障或事故，必须进行不停车或停车的计划外检修。这里重点介绍一些常见故障及修理方法。
1.积垢原因及修理方法
(1)化工生产过程中设备工作表面形成积垢原因
① 水垢。水垢通常是指附着在设备传热表面上的一层不溶性盐类，因温度升高时从水中结晶析出。
② 晶体积附。当设备的工作条件适合溶液析出晶体，传热表面即可积附由物料结晶形成的垢层。
③ 机械物杂质或有机物沉积。流体中的尘埃、泥沙、植物碎屑、脱落的金属腐蚀产物等称为机械杂质；藻类、菌类、各种原生动物等称为有机物。当机械杂质和有机物较多时，就会在设备内沉积，形成疏松、多孔或胶凝状污垢。
④ 产品分解。有机物料在加热、水解、胶化等生产过程中，可分解出焦化物而附着于设备工作表面，形成较硬的垢层。
⑤ 结构材料的腐蚀。常见的是以氧化铁为主体的铁锈，基本不溶于水，随着腐蚀的不断进行，设备工作表面附着的锈层就会越来越厚。
(2)清理设备工作表面的积垢
可根据污垢的性质和工作量的大小选用适宜的方法，目前常用的除垢方法有机械清理法、化学清洗法和高压水冲洗法。
① 机械清理方法(见图1-9)：利用器械或使用简单工具的手工清理除垢的方法。该法用于管子内部清洗，在一根圆棒或管子的前端装上与管子内径相同的刷子、钻头、刀具等插入到管内，一边旋转一边向前(或向下)推进以除去污垢。这种方法对设备的材料没有腐蚀性，但其效率低于化学清洗法。若清理换热器管内的积垢，可用管式冲水钻，当管径较大时，可用铰锥式刀头。对于设备或瓷环内部的积垢，也可用喷砂法进行清除。
图1-9 机械清理方法
② 化学清洗方法(见图1-10):利用化学溶液与污垢作用而除去积垢的方法。这种方法效率高，适用于复杂装置及大型设备的清洗，可在不拆卸设备的情况下进行，且不损伤金属衬里，应用极为广泛。化学清洗方法常见的有循环法和浸渍法，化学溶液可为酸性或碱性，视积垢的性质而定。目前又有一种泡沫清洗技术可以解决大容积设备的清洗。
图1-10 化学清洗方法（循环法）
1—储槽；2—沉淀槽；3—泵；4—被洗设备
③ 高压水冲洗方法(见图1-11):利用高压水流冲击力除垢的方法，可用于设备壳体内壁、管束的管外空间及其他零部件外表面积垢的清理。清洗用的水流经高压泵加压后由喷枪以高速喷出，迫使污垢脱离金属表面。当积垢较坚硬时，可在喷水中混入细石英砂提高水流的冲刷力。这种方法冲洗效率较高，应用十分广泛。
图1-11 高压水冲洗方法
1—喷枪；2—链条；3—旋转扳手；4—手动卷扬机；5—人孔；6—储槽；7—软管；8—吊环；9—稳定器；10—菌形导流帽
2.泄漏原因及修理方法
化工生产一般是在气相和液相下进行，介质需用管道输送。在生产和输送过程中，由于设备和管道密封不良，腐蚀严重或操作不当等原因，往往造成物料泄漏。容器泄漏通常有四种类型：静密封点泄漏、焊接点泄漏、腐蚀和磨损引起的泄漏及铸件缺陷泄漏。典型泄漏原因及修理方法如下。
(1)对高温、高压下密封连接结构选择不当对于受高温高压的法兰、垫片、螺栓等即使正确操作，紧固很好，也仍然泄漏不止或由于热应力等经常发生泄漏。这就需要重新研究法兰、垫片、螺栓等的结构和材质等是否合理。另外，高压密封连接件有着极高的配合要求，不能调配，金属垫片不允许重复使用，以保持配合严密性从而减少泄漏。
(2)由于管系的热应力等异常应力而引起的法兰或螺栓的损伤这种损伤使垫片受压面发生变化而产生泄漏，修理方法是增加管系的可挠性（如温度补偿器）。
(3)连接件的热膨胀不均匀由于法兰、垫片、螺栓的热膨胀不均，法兰部位易产生温度梯度，也易发生泄漏。因此要缓和法兰部位的温度梯度，均化热膨胀。
(4)法兰刚性不足，垫片配合面产生缺陷原因是法兰变形后，不能均匀压紧垫片压面而产生泄漏。修理方法是提高法兰的刚性，降低垫片系数(参阅第二章法兰连接中的相关内容)。
(5)法兰平行性不好，中心偏差由安装不当或机械损伤使垫片与密封面不贴合处泄漏。修理方法是重点加工垫片配合面或更换法兰，校正法兰的平行性和中心线。
(6)螺栓强度不够、松动或腐蚀由于高温螺栓易发生蠕变或因振动、热变化、应力缓和而松动，另外螺栓外部易产生腐蚀从而发生泄漏。修理方法是更换螺栓材质，增大螺栓尺寸，使热变化均匀，经常紧固螺栓，若发生腐蚀，则更换新螺栓。
(7)垫片承受压力不足、腐蚀、变质或材质产生缺陷由于各种综合情况而引起垫片承压力不足；因介质的作用，垫片产生腐蚀或随使用时间的增加，垫片发生变质等使连接部位发生泄漏。修理方法是紧固螺栓，改变尺寸或材质，更换垫片。
(8)带压堵漏法(不停车带压密封技术)当中、高压管道、法兰、阀门和设备等发生泄漏时也可采用特制夹具填充密封剂堵漏，此法操作简单，应急措施好，堵漏设备和器具的安装见图1-12。
图1-12 夹具安装
1—泄漏部件；2—夹具；3—注胶接头；4—注射枪；5—液压接头；6—液压胶管；7—压力表；8—液压泵
以法兰为例，整个堵漏过程见图1-13。在图1-13中，Ⅰ为有介质泄漏的法兰；Ⅱ为安装好夹具并开始注入密封剂；Ⅲ为密封剂注射完毕，泄漏被堵住。
图1-13 法兰带压堵漏过程
3.壁厚减薄的原因及修理方法
化工生产中造成设备壁厚减薄的主要原因是腐蚀、冲蚀和磨损，其中最常见的是腐蚀减薄。其减薄形式有全面性和局部性两种，全面性壁厚减薄是由均匀腐蚀或磨损造成的。如果设备的壁厚已小于最小允许厚度，设备应降压使用或报废停用。
局部性壁厚减薄是由局部腐蚀、冲蚀或磨损造成的。一般减薄速度较快，易形成局部穿孔泄漏。当局部减薄比较严重时，可对减薄部位进行挖补修理。
4.局部变形的原因及修理方法
局部变形是指设备壳体上出现局部凹入或凸出等现象，使设备的可靠性降低。
造成局部变形的主要原因是结构或操作上的不合理。例如设备在开孔时，未按规定补强，焊缝交叉过于密集等。在操作不当时设备局部过热，使材料强度降低，使相应部位也产生塑性变形。
修理方法主要采用压模矫正器矫正局部凸出变形，如图1-14所示。
图1-14 压模矫正器
1—压模；2—变形的设备壁面；3—冷却夹套；4—螺栓
对碳钢设备，工作压力不大，局部变形不严重又未产生裂纹时，可施加静压力或用冲击的方法对局部变形进行热矫形。矫正可一次完成，也可数次完成，在矫正过的壁面上可敷焊一层低碳钢板，防止此处再度变形。
5.裂纹
裂纹是指设备壳体发生开裂现象，导致设备出现泄漏。有诸多原因可使设备产生裂纹，如：局部变形、应力集中、应力腐蚀、氢损害、载荷以及材料缺陷等。裂纹种类可分三大类。
(1)未穿透的裂纹若裂纹深度小于壁厚的10％且不大于1mm，可以用砂轮把裂纹磨掉，并与金属表面圆滑过渡。裂纹深度不超过壁厚的40％，可在裂纹深度范围内铲出50°～60°的坡口后补焊。裂纹深度已超过壁厚的40％(又称窄裂缝)，可在整个壁厚内开出坡口并进行补焊。
(2)穿透的窄裂缝裂纹宽度在15mm以下的称为窄裂缝，补焊时根据设备壁厚而定。当壁厚小于12～15mm时可采用单面坡口，壁厚大于12～15mm时应采用双面坡口。设备上的各部位(除应力集中的部位外)都可以采用补焊方法修理。
(3)穿透的宽裂缝裂纹宽度在15mm以上的称为宽裂缝，采用挖补修理的方法，即将缺陷部位挖除并补焊上新板的修理方法。
上述三类裂纹的补焊均参照原设备图纸和技术条件，并执行NB/T 47015—2011《钢制压力容器焊接规程》。
6.静电电击和火花
静电是指在生产和运输过程中，在物料、设备装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的电荷。静电的产生与很多因素有关，如：固体的带电、粉体的带电、液体的带电、气体的带电、感应带电(如人体带电)等。
静电会给生产造成严重的损失和危害，因为静电火花常成为引起燃烧、爆炸的能源。因此，易燃、易爆危险场所可能产生静电的物体，应采取静电接地。对非易燃、易爆危险场所内的物体，如因其静电会妨碍生产操作、影响产品质量或使人体受静电电击时，也应采取静电接地。
有关静电接地的其他规定，可按《化工企业静电接地设计技术规定》执行。
压力容器修理后还应进行检验，即对修理质量进行检查。拆开后的设备要按照原图纸和化工工艺要求进行组装。然后进行水压试验和气密性试验。最后撤除检修时的临时设施，清理杂物和垃圾，保证安全文明生产。