赵淑珍，刘俊红

（菏泽市产品检验检测研究院，山东菏泽 274000）

0 引言

压力容器是生产和生活中广泛使用的承压设备（如化工炼油厂生产中使用的承压设备、生活中常见的液化石油气钢瓶等），这种承压设备具有爆炸危险性，在长期运行中，受温度、介质、环境及操作的影响，一方面设备制造过程中本身存在的缺陷进一步扩展；另一方面在使用过程中会出现磨损、腐蚀、裂纹、变形等新的缺陷，这些缺陷不及时处理，会给压力容器的安全运行造成威胁，严重时会导致设备发生爆炸，造成人身伤亡事故，给生命财产带来极大损失和危害。

如果对上述缺陷处理不当又会给压力容器带来新的事故隐患。由于压力容器种类繁多，工作条件差别较大，因此在维修、改造压力容器时，对维修、改造质量的影响因素应严格控制，以保证在役压力容器的维修、改造质量，确保维修、改造后的压力容器的安全运行。

为此，国家对在役压力容器的维修、改造制定了相关法规，从各方面对在役压力容器的维修、改造工作做了严格规定。本文重点介绍对在役压力容器进行维修、改造所依据的法规，对承担维修、改造单位的要求，维修改造过程中应重点注意的事项，以及一些典型的在役压力容器维修、改造案例。

1 维修

在役压力容器维修分一般性维修和重大维修。对于主要受压元件的更换、矫形、挖补，以及对焊制压力容器的筒体纵向接头、筒节与筒节（封头）连接的环向接头、封头拼接接头、球壳板间的焊接接头以及应当采用全截面焊透的对接接头形式的焊缝的焊补均为重大维修，除此之外的维修均为一般性维修。

在役压力容器一般性维修可由在役压力容器使用单位或委托具有一定技术力量的单位承担，在役压力容器的重大维修无论使用单位自行维修或受委托承担维修的单位必须具备相应的资质。在役压力容器维修后，必须保证其结构和强度满足安全使用要求。

1.1 遵循的法规

在役压力容器的维修应遵循2016 年由国家质量监督检验检疫总局颁布的TSG 21－2016《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《固容规》）。根据《固容规》要求，在役压力容器重大维修还应参照相关技术规范的要求。

1.2 资质

在役压力容器的维修单位、维修人员（担任维修的焊工、无损检验人员）应具备相应的资格。

（1）维修单位资质。从事在役压力容器维修的单位必须是已取得相应的制造许可证的单位，维修单位应当按照相关安全技术规范的要求建立压力容器质量保证体系并且有效运行，单位法定代表人必须对在役压力容器维修的质量负责，维修单位应当严格执行法规、安全技术规范及相应标准的要求，向使用单位提供维修图样并记录、收集、整理施工过程中的各种施工质量记录。

（2）焊工资格。担任在役压力容器维修的焊工，应具备经省级以上质量技术监督部门按《特种设备焊接操作人员考核细则》考试合格的资格。

（3）无损检测人员资格。担任在役压力容器维修的无损检测人员应具备经省级以上质量监督部门按《特种设备无损检测人员考核规则》考试合格的资格。

1.3 方案的制定及备案

在役压力容器的一般维修应参照相应制造技术规范制定并经维修单位技术负责人批准，在役压力容器的重大维修方案还应经原设计单位或具备相应资格的设计单位同意，主要原因是要求原设计单位根据原设计条件和失效模式判断压力容器改造、重大维修的方案是否可行。

维修方案应包括：维修方案的标准依据；缺陷的位置和尺寸；缺陷产生的原因分析；施工工艺流程；施工工艺质量检验方法；维修后容器达到的性能指标及验收标准等；维修方案还必须要包括安全方面的内容；例如，对维修人员的安全教育，对被维修单位安全施工条件的要求等。

1.4 施工要求

维修质量的好坏主要取决于施工质量，而施工质量涉及因素较多，无论哪一个环节出现问题都会影响施工质量，严重时会导致维修失败，故对在役压力容器维修的施工一定要考虑仔细、全面，确保维修质量。

1.4.1 维修人员、设备的安全要求

维修时要遵守现场作业的安全管理规定，配戴符合要求的劳保用品，设置明显的安全作业标志。维修前应仔细了解介质特性、现场工艺用阀门和电源开关的位置，以便在发生意外情况时能及时进行妥善处理，避免事态扩大。同时，还应了解现场动火要求，需要时应办理动火作业手续。

进入容器内作业前须将内部介质排除干净，并确认已无压力，采用足够强度的盲板隔断所有介质来源，并设置明显的隔离标志。进入盛装易燃、易爆介质的容器应先置换、清洗至容器内的氧含量达到18%～23%体积比后才能进入容器内部进行维修。置换时严禁用空气直接置换。

在容器内进行电焊修理时，焊工应采用绝缘橡胶衬垫，不得采用无绝缘的简易焊钳，以防发生意外事故。焊接时应配备通风、安全救护等措施，防止焊工中毒或发生高温昏倒事故。在容器内作业应尽量避免采用氧—乙炔气割，如果采用气焊而工作暂未完成时，禁止将焊炬放在容器内，以防止焊炬或气阀、胶管漏气而在容器内积存大量乙炔和氧气，一旦遇火容易引起燃烧爆炸事故。

1.4.2 维修用的材料

1.4.2.1 受压元件的更换

对于仅需要更换不需要焊接的受压元件材料，原则上与原设备更换部件的材料相同。如确因特殊情况，需材料替代时，应经原设计单位或具备相应资格的设计单位同意。

更换的材料应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼，材料的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或技术条件的规定，并附有钢材生产单位的材质证明书，维修单位应按质量证明书对钢材进行验收，必要时应进行复验。

1.4.2.2 受压元件的矫形

对于仅需要矫形的受压元件，施工前应进行模拟试验，并进行必要的力学性能评定（如受压元件有耐蚀要求，还应进行耐腐蚀性评定），评定结果符合设备技术要求后，方可施工。

1.4.2.3 受压元件焊接用焊材

维修在役压力容器时，由于情况复杂，施焊条件恶劣，故对焊接材料的正确、合理选择和现场良好的管理是保证维修质量的重要因素之一。

焊接材料选用原则：

（1）保证焊缝金属的使用性能。焊缝金属的使用性能包括力学性能（强度、韧性）、化学成分（主要是不锈钢和耐热钢）、耐蚀性（设备如有耐蚀性要求时），焊缝金属的强度与韧性应与维修部件的强度、韧性结合来考虑。

从多年实际经验来看，在役压力容器的破坏往往不是因强度不够，而是韧性不足，导致产生裂纹或脆断，因此选用焊材时宜选用熔敷金属等级略低于母材金属，而韧性相等、相近或略高于母材的焊材，这一条在修理高强度钢时尤为重要。

在维修不锈钢、耐热钢压力容器设备时，因对设备的耐蚀性、回火脆性等因素必须考虑，故选用的焊材其熔敷金属化学成分宜接近母材金属。

（2）保证焊缝的抗裂性能。维修与制造有很大的区别，一般维修的在役压力容器经过一段时间的运行，设备壳体本身的材质发生了一定的变化，维修时一定要考虑易产生裂纹的特点，在保证焊缝金属使用性能的前提下优先选用抗裂纹性好的焊接材料。

（3）良好的焊接工艺性能。焊接材料的焊接工艺性能包括：电弧稳定性、脱渣性（采用氩弧焊除外），气孔敏感性、熔渣流动性、焊缝成形、飞溅等。

（4）维修部件的复杂程度及刚性大小。维修形状复杂、厚度大的部件在焊接过性中冷却速度快，焊接应力大，易产生冷裂纹，故应选用抗裂性能好、韧性好、塑性高、含氢量低的焊条（如低氢型、超低氢型、高韧性焊条等），当维修部位需全位置维修时部件又不能翻转，宜选用适用于全位置焊接的焊条。

（5）焊接条件。某些焊接部位确实难以清理干净时，应尽量选用氧化性强，对水、锈、油等物不敏感的酸性焊条，以免产生气孔等缺陷。在密闭容器内进行焊接时，应尽可能选用酸性焊条（如铁型、钛钙型）或低尘、低毒的碱性焊条。在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时，应尽量选用酸性焊条。

（6）经济性。在考虑上述前提下，应选择成本低、效率高的焊接材料（例如铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等）。当然按上述原则选用的焊条能否采用，还应按NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》[3]标准和被维修设备技术要求进行评定，合格后方可采用。

焊接材料管理：

（1）焊接材料的验收。承担维修在役压力容器的单位，应按国家相关焊接材料标准要求、焊材生产厂家提供的产品说明书、出厂合格证及质量保证书对所采购的焊接材料进行验收，必要时进行复验。

（2）焊接材料的烘干。焊接材料的烘干是保证维修质量和维修能否获得成功的重要因素之一。因为焊材烘干的目的是去除焊接材料中的吸附水，降低焊缝金属的扩散氢含量，在一定程度上可防止产生冷裂纹和气孔。现场维修在役压力容器采用焊条电弧焊方法较多，故应严格遵守规定的烘干工艺参数。烘干温度过低或保温时间不够时，药皮中水去除不彻底，焊缝中可能会产生气孔和冷裂纹；烘干温度过高，药皮中某些成分会发生分解，药皮产生开裂，焊接时药皮易脱落，降低对熔池的保护。

（3）焊材领用。焊条按烘干工艺烘干后，放在100±20 ℃的恒温箱内（这一点特别是南方地区现场维修时一定要严格遵守），焊工携带保温筒随用随领取，一次领取量不超过5 kg。当天没用完的焊条，必须单独存放，再次使用前必须按烘干工艺重新烘干。重新烘干次数不宜超过两次。

1.4.3 维修人员

进入现场维修压力容器的所有人员必须按已制定的相关安全操作规程进行安全教育。担任维修在役压力容器的维修焊工和维修后无损检测人员应具备相关规定的资格。

1.4.4 维修用设备

维修在役压力容器各类设备必须经校验合格，且在设备醒目位置贴有合格标签。

1.4.5 预处理

在役压力容器的维修，大部分与焊接密不可分，由于维修的设备多数已投入生产运行了一段时间，其设备本体材料都不同程度地发生了损伤，设备本体和焊缝存在腐蚀、新开裂纹、焊接缺陷（在设备制造过程中已存在而漏检的裂纹、未焊透、夹渣气孔、咬边等）。

对于这些缺陷的维修，维修前对维修部位及其周边的预处理至关重要，预处理的好坏直接决定着修理能否获得成功。根据在役压力容器的常见缺陷，预处理主要从以下几方面考虑：脱氢处理；去除腐蚀层；去除油脂；清理氧化皮和吸气层；钻止裂孔。

1.4.6 施工

维修单位根据施工方案和现场施工条件制定出科学合理的维修施工工艺。施工工艺是维修在役压力容器工程的核心内容，是维修质量的技术保障，是在役压力容器维修后达到何种技术指标的依据。施工工艺包括：维修部位的预处理工艺、焊接工艺、热处理工艺、质量检验工艺（外观检验、无损检测、压力试验）。

1.4.7 焊接环境

当焊接环境出现下列任一情况时，必须采取有效的防护措施，否则禁止施焊：①焊条电弧焊时，风速大于10 m/s；②气体保护焊时风速大于2 m/s；③相对湿度大于90%；④雨、雪环境；⑤焊接环境温度低于0 ℃时。

1.5 检查

在役压力容器维修是一个复杂的工程，主要是涉及的部门较多，要经过缺陷产生原因分析、方案制定及报审批，材料采购、焊接、热处理、无损检测、试压等许多过程，要保证在役压力容器维修后的安全使用必须加强全过程的质量检查管理，确保维修的在役压力容器达到质量标准。

1.6 安全评定

对于在役压力容器缺陷进行安全评定的标准有两类：一类是以质量控制为目的安全评定的标准，另一类是以符合使用要求为目的安全评定的标准。

1.6.1 质量控制标准

质量控制标准是从保证制造或维修的质量角度出发，把所有的焊接缺陷看成是对焊缝强度的削弱和对结构安全的隐患，它不考虑具体使用情况的差别，而要求把缺陷尽可能地降到最低限度，这类标准是以焊接产品制造或维修质量控制为目的而制定的焊接质量验收标准。包括GB/T 12467.1～4—2009 金属材料熔焊质量要求、GB/T 19418—2003 钢的弧焊接头缺陷质量分级指南、NB/T 47013 承压设备无损检测等。

1.6.2 合于使用标准

对于在役压力容器存在的“超标缺陷”，如果一律以“质量控制标准”来判定，则所有“超标缺陷”均不允许存在，要么返修，要么直接将该容器判废。而对不影响使用的缺陷进行返修，有的还会在缺陷位置产生更有害的或不易检查出的新生缺陷，甚至会把本来可用的容器判为废品，这是很不经济的。

因此，合于使用标准就是对在役压力容器的“超标缺陷”加以区别对待，返修时只返修那些对压力容器安全运行存在潜在威胁的危险性缺陷，而对压力容器安全运行不构成威胁的“超标缺陷”则予以保留。

以合于使用为目的而制定的标准称为“合于使用”标准，包括：国际焊接学会提出的DW－X－749《按脆断破坏观点建议的缺陷评定方法》、英国标准协会提出的BSI－PD6493《焊接缺陷验收标准若干方法指南》、日本焊接工程学会提出WES－2805K《按脆断评定的焊接缺陷验收标准》、美国的《锅炉及压力容器规范》（ASME 第Ⅲ篇附录G，第Ⅺ篇第I 分篇附录A）、我国的CVDA—84《压力容器评定规范》等。以上规范均是指导性文件而非强制性标准，一般需经容器使用方和评定方双方同意后方可使用。

1.6.3 安全评定标准的选择原则

（1）在以下情况下，可以使用质量控制标准进行评估：①压力容器中只有很少的“超标缺陷”；②预计容器维护周期会较长；③不能进行可靠的断裂力学计算；④缺乏该压力容器的使用经验；

（2）在以下情况下，可采用合于使用标准评估：①用质量控制标准维护该在用压力容器较困难，并且容易报废；②具有在现场综合判断焊接缺陷的经验和能力；③有合格的断裂力学分析人员；④具有使用该压力容器的丰富经验。

1.6.4 安全评定单位资格、权利和责任

承担在役压力容器缺陷安全评定的单位须经特种设备安全监督管理的部门批准，在役压力容器缺陷安全评定单位应根据缺陷的性质、缺陷产生的原因，以及缺陷的发展预测给出明确的评定结论，说明缺陷对压力容器安全使用的影响，包括：使用条件、监控使用措施和使用期限，使用期限不应超过一个检验周期。

承担在役压力容器缺陷安全评定的单位必须对缺陷评定结论的正确性负责。评定的报告和结论，由具有相应经验的评定人员出具，须经评定机构法定代表人或者技术负责人批准，主送在役压力容器的使用单位，同时由使用单位报送使用登记机关备案。

1.7 验收

维修完成合同及维修方案所规定的全部内容，并达到设备使用要求，能使维修的压力容器设备投入运行，经检查验收合格后，即为维修验收结束。

（1）维修在役压力容器验收的主要内容包括：①对维修的方案、过程进行系统的检验和总结；②对维修的质量、成本进行分析；③维修报告的移交；④办理维修竣工结算。

（2）维修在役压力容器验收标准：①2.6 节（1）、（2）规定的标准；②GB 150—2011《压力容器》；③《固定式压力容器安全技术监察规程》；④GB 713—2014《锅炉和压力容器用钢板》；⑤NB/T 47015《压力容器焊接规程》；⑥其他相关的国家及行业标准、规范。此外，还应遵守维修合同和技术要求等。

（3）维修在役压力容器验收应提交的技术资料：维修在役压力容器完工后，交工资料（报告）是最终验收的依据，资料必须与施工同步，项目齐全、内容充实、记录完整、格式统一，并有有关部门的公章，责任人员签章。具体报告内容如下：①维修方案；②焊工资格证书；③无损检测人员资格证书；④焊接材料质量证明书；⑤当需要更换受压元件时，还应提供其材料质量证明书；⑥焊接工艺评定报告；⑦焊接记录；⑧热处理记录；⑨外观检查记录；⑩无损检测报告；⑪压力试验报告。

2 改造

在役压力容器的改造是指改变主要受压元件的结构型式或是改变压力容器的运行参数（压力、温度）、盛装介质或用途等。在役压力容器的改造应遵循《固容规》基本要求，还应符合相应设计制造标准的要求。

在役压力容器在改造前应制定改造方案，改造方案应当经原设计单位或是具有相应设计资格的单位同意后方可进行。从事压力容器改造的单位施工前应向压力容器使用登记机关书面告知，施工过程应经过特种设备检验检测机构监督检验，未经监检合格的压力容器不得投入使用。在役压力容器改造后，应当保证其强度和结构满足安全使用要求。

3 移动式压力容器的维修改造

移动式压力容器是指由罐体（铁路罐车、汽车罐车、罐式集装箱中用于充装介质的压力容器）或者大容积钢质无缝气瓶（长管拖车、管束式集装箱中用于充装介质的压力容器）与走行装置式或者框架采用永久性连接组成的运输装备。移动式压力容器维修分为一般性维修和重大维修。

对于罐体主要受压元件的更换、矫形、挖补，以及对相关对接接头焊缝的补焊，气瓶更换等为重大维修，除此以外为一般性维修。筒体纵向接头、筒节与筒节（封头）连接的环向接头、封头的拼接接头，应当采用全截面焊透的对接接头形式；接管（凸缘）与罐体（夹套）之间的接头、夹套拼接接头、夹套与筒体或者封头之间的接头，采用全焊透结构规定的对接接头。

改造指改变移动式压力容器用途、管路结构、罐体主要受压元件的局部结构等。目前移动式压力容器的维修与改造应遵循TSGR 0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》。这部法规包括了总则、罐体材料、设计、制造、使用管理、充装与卸载、改造与维修、定期检验、安全附件和装卸附件、附则的内容，其中在第七章节中对移动式压力容器的维修与改造单位资格及其审批程序、责任、改造与维修的有关内容做了明确规定。其余内容可参照2 和3。

4 维修改造案例

4.1 移动式压力容器改造案例

某液氯罐式集装箱在年度检查时发现使用单位存在以下违规行为：

（1）私自拆除安全阀，安全阀部位由盲板代替。

（2）私自拆除紧急切断阀内过流弹簧及总成。此情况属于使用单位擅自非法改造，按照《移动式压力容器安全技术监察规程》7.4 的规定，改变移动式压力容器的安全附件型式、参数，使用单位应当向使用登记机关提出书面申请，经原设计单位或者具备相应资格的设计单位同意，必要时进行安全泄放装置的排放能力计算，并且出具书面证明材料，经检验机构检验合格后，方可使用。正确做法应该是由具有相应资质的维修单位重新安装符合要求的安全阀和紧急切断阀，安装并经特检院监督检验合格后，方可将此移动式压力容器投入运行。

4.2 球罐维修案例

某1000 m3丙烯球罐在全面检验时在赤道板环缝内外表面共发现裂纹40 余处，大部分位于内表面赤道板上环缝处，且均处于下熔合线部位；其中距离较近的裂纹总长度断续长约1700 mm；上述裂纹打磨深度最深处超过12 mm，均需补焊处理。根据缺陷部位分析缺陷产生原因：内表面裂纹位置比较有规律，而且没有腐蚀迹象，应该不是使用的原因；怀疑一是制造时焊接工艺不当，环境温度过低、未作好有效保温、预热温度低、后热温度不够加上拘束应力的作用所致；二是制造时热处理工艺不当，冷却速度过快在拘束应力的作用下导致了有规律的开裂。

正常的缺陷处理概况程序如下：以上裂纹修复时应按要求由有资质的维修单位按《固容规》有关规定进行维修和复验（复验时应包含内部和表面无损检测）；制定详细维修方案，分析裂纹产生原因，并按要求办理告知、监督检验等手续。

4.3 储气罐改造案例

某私营企业厂一台储气罐在定期检验过程中，发现接管根部角焊缝处四周有环向分布的裂纹，最长处长度30 mm，打磨后未曾消除。查看该台设备出厂资料，发现该接管属于企业主私自开孔焊接，焊接质量差，所发现裂纹正处于私自开孔处，且该设备多处私自开孔，管理人员安全意识极其淡薄，该设备存在严重事故隐患，不建议再修理，应立即报废处理。对该企业的上述违法行为立即上报特种设备安全监督管理的部门，按照《特种设备安全法》第七十八条、第七十九条的规定，处5 万元以上20 万元以下罚款；没收违法所得。