黄志慧

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101)

压力容器改造利旧设计流程

黄志慧

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101)

本文主要从设计角度出发论述了压力容器改造设计利旧流程，提出了几点图样须注明的技术要求。

压力容器；利旧；设计；流程；技术要求

1 压力容器改造利旧背景简述

现在很多炼厂在厂区改扩建、升级或搬迁改造过程中，以经济运行、节约能源和保护环境为前提，选择以利旧内部闲置装置设备(压力容器)或异地搬迁闲置设施为主，尽量做到闲置设备资源再利用，这样即降低能耗，又可节约项目投资，即符合当前节约成本和资源再利用的社会精神，同时也提高了市场竞争力。

但由于压力容器(以下简称设备)改造利旧设计中存在的局限性及复杂性，也有可能同时增加了装置运行风险和安全隐患。本文从设备改造利旧设计角度出发，综合概述利旧设计的流程及要点，以供参考。

2 设备改造利旧设计流程

2.1 利旧设备设计原则

利旧设备设计不同于新设备设计，作为压力容器设计人员，接到任务书后，首先要遵循的设计原则如下：

① TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》第5章～第8章[1]；

② TSG R7001《压力容器定期检验规则》[2]；

③ TSG R3001《压力容器安装改造维修许可规则》[3]；

④《特种设备安全监察条例》；

⑤其他压力容器相关设计规范。

2.2 确认利旧设备资料的完整性

包括旧设备在原投用在役期间的全部资料及旧设备情况：

①原设计资料、竣工图；

②历次改造、检修、及腐蚀情况等资料；

③在役期间操作参数记录(比如是否超温超压)；

④旧设备检验检测报告书。

2.3 确认设备利旧设计方案

根据以上条款中列出的内容，当有资质的检验检测机构根据检测结果判定设备必须报废时，是不能够给予利旧设计的。反之，当业主给出当前所需的所有设计条件后，则可以进行下一个步骤—确认设备利旧设计方案，并从以下几方面着手：

2.3.1 地域差别

对于不同地域之间的设备利旧，应考虑由于地域不同、自然条件偏差引起的设备使用条件的变化，如高塔类静设备会因为风载、震载、场地土类型、地面粗糙度等的改变引起裙座厚度、地脚螺栓规格及筒体、裙座等设备元件厚度的变化，对于大型卧式容器也可能由于地震烈度的变化而改变地脚螺栓的规格。因此，在这种情况下即便工艺操作条件不变也应对设备进行当前自然条件下的强度校核。

2.3.2 操作工况的差别

操作工况包括操作温度及操作压力，其中操作温度的变更还受到设备材料的限制，应按照标准查看是否超出材料许用值。比如碱液储罐的现行操作温度升高，则需增加热处理工艺甚至需变更材料等。而操作压力的变更与设备强度校核有关(见2.3.4条)。

2.3.3 介质特性的差别

在改造中，经常会碰到盛装介质类别的变更，对于此种变化应予以高度重视，比如不锈钢容器变更用途后，现用介质含水分较多；液化石油气介质中的H2S含量增加；酸性气介质中CO2含量增加；或由高硫低酸原油变更为高酸低硫原油等等，所以对于介质中的敏感成分的变更，设计单位应给与足够重视否则将会导致设备在短期内失效而导致重大损失。

2.3.4 强度校核

当以上条件都已确认后，设计人员就应开始根据工艺提供的数据进行设备强度校核了，校核所采用的设计规范应采用现行的标准规范，但材料性能应按当时的设计图执行标准。

此外，强度校核还应考虑设备现在的腐蚀情况及预测的腐蚀工况，其中腐蚀裕量的确认是非常重要的因素，根据规定：

腐蚀裕量C2=腐蚀速率×预期的容器设计使用年限(见2.3.5条)

必要时应对设备所必需的最小厚度作出规定，或将剩余壁厚按照实测最小值减去至下次检验日期的腐蚀裕量，作为强度校核的壁厚。

壳体的直径应按照实测最大值选取。

焊接接头系数应根据焊接接头的实际结构型式和检验结果，参照原设计进行选取。

2.3.5 利旧设备的设计寿命

对于利旧设备而言，如何确定设计寿命是一个非常棘手的问题，但总体原则是应根据已使用的设备年限、腐蚀情况、现操作工况及设备定级等因素进行评定。由于目前国内并无具体的标准对其进行规范，建议一般情况下定为不少于3年或一个检修周期。

2.3.6 利旧设备结构的变更及材质

当壁厚能够满足内压的强度要求时，对于工艺要求的内件变更，增加或拆除均应在在设计图纸中应给出示意，并在技术要求中加以说明。对于变更用途后的负压校核或风压、震载校核未通过时，可采用在筒体上设置内、外加强圈的办法来降低应力。但对于强度校核不合格或腐蚀裕量不能满足一个检修周期的要求时，不能进行利旧设计。

对于工艺不再使用的管口，应尽量采用不动火的方式处理，比如加法兰盖盲死等；对于主受压元件则尽量采用挖补的方式处理，而材料也应与原设备一致，并尽量保持等壁厚、等曲率。

对于原使用环境为高温高压或存在应力腐蚀的设备，理论上分析有疲劳损伤、裂纹敏感(如氢腐蚀、硫化氢应力腐蚀)、高温蠕变、有脱碳倾向的，应对设备进行微观裂纹检测、金相分析、材质分析及显微组织观察等特殊检验。

3 利旧设计技术要求

利旧设备虽然可参照现行标准规范执行，但又不同于新制作的设备，在改造资质、改造过程、实际测厚、焊接、无损检测、耐压试验、热处理、酸洗钝化、安装维修、使用等方面还会做相关的技术规定，下面列举一些常见的技术要求：

1)本次改造中利旧设备的检验、定级、改造、修理及其再次使用须遵循TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》[1]、TSG R7001-2013《压力容器定期检验规则》[2]的有关规定；

2)本次改造中利旧设备的再次使用及其修理前须对设备进行全面检验、检测，经具有相应资质的检测部门出具检测报告书后方可进行修理改造。当检测报告判定设备安全状况为5级时，设备不得进行利旧改造及维修；

3)根据TSG R3001《压力容器安装改造维修许可规则》[3]，检测及改造实施单位须具有相应资质等级；

4)本次改造中所有利旧设备再次使用时，应进行外观检查，无明显变形、腐蚀等影响设备强度的缺陷，并应进行测厚检查，必须保证其结构和强度满足安全使用要求。本设备要求的最小名义厚度为xx mm；

5)鉴于本次改造中利旧设备使用周期长，受温度、介质、环境及操作的影响，在使用过程中设备壳体及衬里均会出现磨损、腐蚀、裂纹、变形等缺陷，因此，必须根据TSG R7001《压力容器定期检验规则》[2]对压力容器安全状况等级进行评定；

6)焊接接头及母材补焊的焊接质量应符合相关规定和图样的技术要求；

7)根据旧设备具体情况增加检测手段，提高检测率及合格等级，并注明焊接接头及母材补焊前后的无损检测要求应符合相关规定和图样的规定；

8)原设备要求热处理的，原则上改造后要求重新进行热处理，但新工艺条件低于原设备的，也可根据设备材质、盛装介质等参数确定是否进行热处理；

9)对于不锈钢设备还应提出酸性钝化要求及耐压试验时水中氯离子含量要求；

10)改造后设备应按图样技术要求进行耐压试验后，合格后方可使用；

11)本设备的再次使用应按照TSG R7001《压力容器定期检验规则》[2]的相关要求进行管理，并按规定的检验周期进行检验。

4 结论

总之，利旧设备设计与新设备设计有完全不同的设计流程，由于设备结构型式、操作条件等方面的不同，改造、维修、检验的部位、方法也不可能完全相同，对原设计方案及设备情况调查得越透彻，改造维修的设计方案的质量就会越高。因此作为设计人员，应对利旧设备设计全面考虑，严格遵守相关规章制度，不迁就不马虎，才能真正保障装置和人员安全，不留隐患。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.TSG 21-2016 固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京:新华出版社,2016.

[2] 国家质量监督检验检疫总局.TSG R7001-2013 压力容器定期检验规则[S].北京:新华出版社,2013.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.TSG R3001-2006 压力容器安装改造维修许可规则[S].北京:新华出版社,2006.

[4] 李清春.旧设备(压力容器)重复利用设计—设备利旧设计要点[C]//中国机械工程学会,黑龙江省机械工程学会.第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文(摘要)集.哈尔滨:[出版者不详],2007.

(本文文献格式：黄志慧.压力容器改造利旧设计流程[J].山东化工,2017,46(15):131-132.)

2017-05-18

黄志慧(1988—)，女，四川成都人，大学本科，助理工程师。

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1008-021X(2017)15-0131-02