第七章 腐蝕控制

Vol.7.3 壓力容器壽命與腐蝕裕量

7.3.1 壓力容器壽命

01 壓力容器的使用年限

壓力容器設(shè)計(jì)使用年限（壽命）系指容器預(yù)期達(dá)到的使用年限，但壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限問題以往一直是我國(guó)的設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)者盡量避免涉及和回避的問題，其主要表原因是受技術(shù)條件、管理體制和人員觀念等因素的制約，設(shè)計(jì)者對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命大都不愿或難以給出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)值，從而導(dǎo)致壓力容器超期服役現(xiàn)象的存在，處理不好客觀上會(huì)造成重大的安全隱患。但由于以下的原因，壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限事實(shí)上是設(shè)計(jì)者所不能回避的：

①材料力學(xué)性能如高溫蠕變和高溫?cái)嗔褜?duì)時(shí)間的依賴性；

②腐蝕裕量中的設(shè)計(jì)壽命因素；GB/T 150.1-2011[1]第4.3.6.2條明確給出了設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮容器設(shè)計(jì)壽命的條款：“對(duì)有均勻腐蝕或磨蝕的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器設(shè)計(jì)使用年限和介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量”，也就是說腐蝕裕量等于年腐蝕速率乘以容器設(shè)計(jì)使用年限。在腐蝕速率中不僅包括介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕，也包括介質(zhì)流動(dòng)時(shí)對(duì)容器材料的沖蝕和磨蝕[2]。

③載荷如周期性載荷等的時(shí)間性；

④違規(guī)操作或惡劣環(huán)境等非正常因素。

對(duì)于使用單位，TSG 21[3] 第7.1.7條規(guī)定達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的壓力容器(未規(guī)定設(shè)計(jì)使用年限，但是使用超過20年的壓力容器視為達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限)，如果要繼續(xù)使用，使用單位應(yīng)當(dāng)委托有檢驗(yàn)資質(zhì)的特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)參照定期檢驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，必要時(shí)按照本規(guī)程8.9的要求進(jìn)行安全評(píng)估(合于使用評(píng)價(jià))，經(jīng)過使用單位主要負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后，辦理使用登記證書變更，方可繼續(xù)使用。

事實(shí)上，壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)該由設(shè)計(jì)者在圖樣上標(biāo)注，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到影響容器使用壽命的因素。因此，正確的設(shè)計(jì)途徑應(yīng)是：設(shè)計(jì)者在確定容器設(shè)計(jì)使用壽命的基礎(chǔ)上，充分地考慮以上4個(gè)因素的影響，合理地選擇材料、確定腐蝕裕度、提出制造、檢驗(yàn)和操作要求等。

GB/T 150中，由設(shè)計(jì)者確定的容器設(shè)計(jì)使用壽命是設(shè)計(jì)時(shí)確定腐蝕裕量的一個(gè)重要前提。TSG 21[3] 第3.1.3條設(shè)計(jì)條件中規(guī)定：壓力容器的設(shè)計(jì)委托方應(yīng)當(dāng)以正式書面形式向設(shè)計(jì)單位提出壓力容器設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)條件至少包含以下內(nèi)容: (4)預(yù)期使用年限。也明確了設(shè)計(jì)單位在確定壓力容器設(shè)計(jì)使用壽命上的責(zé)任。預(yù)期使用年限是設(shè)計(jì)委托方提出的希望，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)與委托方進(jìn)行協(xié)商，根據(jù)壓力容器的預(yù)期使用工況、選材、安全性和經(jīng)濟(jì)合理性確定壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限（即設(shè)計(jì)壽命）。

應(yīng)該指出，壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限不一定等于實(shí)際使用年限，它僅僅是設(shè)計(jì)者根據(jù)容器預(yù)期的使用條件而給出的估計(jì)，實(shí)際使用條件與預(yù)期使用條件的偏離和設(shè)計(jì)者對(duì)材料和生產(chǎn)工藝的了解會(huì)造成二者之間的差別。在設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注設(shè)計(jì)使用年限，其作用是提醒容器的最終使用者，當(dāng)超過壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限時(shí)應(yīng)采取必要的措施（如：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、經(jīng)常測(cè)量厚度和縮短檢驗(yàn)周期等）。

壓力容器的設(shè)計(jì)壽命是一個(gè)復(fù)雜的問題，涉及到材料選用、腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列設(shè)計(jì)因素，能否準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)，反映了設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和水平。無論是按國(guó)際壓力容器設(shè)計(jì)的慣例，還是為了提高設(shè)計(jì)的水平和權(quán)威性，都應(yīng)在圖紙上標(biāo)注壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命，這樣做才能真正體現(xiàn)對(duì)用戶和對(duì)設(shè)備安全高度負(fù)責(zé)的精神。沒有使用壽命是不合理的，如果不寫使用壽命，則終身負(fù)責(zé)。

在預(yù)定的腐蝕裕量情況下容器預(yù)期達(dá)到的使用壽命，是設(shè)計(jì)者按照當(dāng)年的設(shè)計(jì)條件（當(dāng)年的腐蝕速率和預(yù)期壽命來確定的腐蝕裕量）設(shè)計(jì)、當(dāng)年制造、當(dāng)年安裝投入運(yùn)行的情況下確定的設(shè)計(jì)使用年限。它包含了容器的庫存時(shí)間和實(shí)際使用時(shí)間兩部分，而不是單一的容器實(shí)際使用年限，因?yàn)槿萜髟诖娣牌趦?nèi)也存在著當(dāng)?shù)丨h(huán)境對(duì)容器內(nèi)外壁的腐蝕，運(yùn)輸、人為損壞等因素，直接影響著容器實(shí)際使用壽命的縮短。壓力容器的使用者還應(yīng)按TSG 21[3]對(duì)容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)、定級(jí)，特別是當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)壁厚數(shù)據(jù)，重新估算腐蝕裕量，確定新的使用壽命。

02 壓力容器設(shè)計(jì)使用年限的確定

設(shè)備是被動(dòng)的，工藝是主動(dòng)的，一般10年工藝技術(shù)會(huì)發(fā)展一次較大規(guī)模的改善。所以一般規(guī)定：反應(yīng)器和塔器使用壽命為15年，其它設(shè)備為8年。到了使用壽命后能否再用，應(yīng)該進(jìn)行全面的檢查、定級(jí)，相當(dāng)于重新設(shè)計(jì)。

按SH/T 3074[4] 6.5規(guī)定：

6.5 設(shè)計(jì)使用年限

6.5.1 容器的設(shè)計(jì)使用年限系指在預(yù)定的腐蝕裕量下，容器預(yù)期達(dá)到的使用年限，需在圖樣中注明。但容器的使用者應(yīng)按TSG 21《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)、定級(jí)，特別是當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)定期測(cè)厚數(shù)據(jù)，重新估算腐蝕裕量，確定新的使用年限。

6.5.2對(duì)有腐 蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器設(shè)計(jì)使用年限與介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率的乘積確定腐蝕裕量。

6.5.3 除疲勞容器、操作溫度超過材料的高溫持久強(qiáng)度或蠕變極限控制材料許用應(yīng)力的容器外，當(dāng)腐蝕速率小于或等于0.2mm/a時(shí)，容器的設(shè)計(jì)使用年限可按以下規(guī)定確定:

蝕速率小于或等于0.2mm/a時(shí)，容器的設(shè)計(jì)使用年限可按以下規(guī)定確定：

 (A)Cr-Mo鋼或高合金鋼的厚壁(名義厚度≥50毫米)加氫反應(yīng)器外殼，不少于30年：

 (B)其他材料的反應(yīng)器，干燥器、重要的塔器及直徑大于4M的塔器、高壓換熱器殼體、球罐及其高壓厚壁容器以及上述容器中難以更換的重要內(nèi)件，不少于20年;

 (C)其他塔器、容器、換熱器殼體及管箱，不少于15年。

參考文獻(xiàn)

[1] GB150.1-2011. 壓力容器 第1部分:通用要求[S]

[2] 王 石.壓力容器設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的探討[J].華東科技(學(xué)術(shù)版),2013,29(3):403

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

[4] SH/T 3074-2018.石油化工鋼制壓力容器[S]