舊設備壓力容器重復利用設計

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

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

3、，對設備目前的狀況必須非常清 楚，要進行大量深入的調查研究，這是進行利舊設計的前提。1.2利舊設計準則之 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利舊設計準則之三:必須保證利舊設備安全可 靠。對舊設備使用狀況不清楚的絕不能盲目利舊。要有一個科學的態(tài)度，不能受其 它因素影響。我們在國內某公司大量國外舊設備的利舊設

4、計中，曾經(jīng)遇到過這種情 況，某臥式容器（舊設備），沒有任何技術資料，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)過任何調查、測繪、檢驗及評定分析 等，是不能給予利舊設計的。1.4必須保證利舊設備設計經(jīng)濟合理。利舊設備不但 要進行安全評定，還要進行經(jīng)濟分析對比。利舊的目的是為了省錢，如果舊設備的 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，與新制設備相差無幾，甚至比新制設備費用還高，在這種情況下也不能進 行利舊。1.5除了非常有把握外，設備利舊應優(yōu)先考慮降壓使用。2設備利舊設計 基本程序利舊設計除掌握新制設備相應的標準規(guī)范外，對壓

5、力容器的金屬材料理 論、設備制造工藝、設備維修技術以及設備在使用管理過程中應貫徹的技術規(guī)范也 應有所了解。另外，還應借鑒國內外對“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)利舊設計基本程序。大批量設備利舊時建議按下述程序，單臺利舊時可參照進 行。2.1深入調查研究，充分收集資料 根據(jù)業(yè)主提出的舊設備清單，應逐臺收集 各種技術資料及數(shù)據(jù)，包括:設備原始設計資料（圖紙、計算書、設計條件等），制 造日期、服役年限，操作記錄（實際操作介質、操作壓力和溫度、腐蝕物實際含 量、介質改變情況等），設備檔案（應包括制造檢驗記錄、檢維修記錄

6、、中間改造記 錄和定期檢查記錄等）文件。同時應進入現(xiàn)場實地考察，宏觀檢查設備內外壁及內 件的情況，做到心中有數(shù)。2.2根據(jù)初步掌握的資料，對利舊設備進行分類 這里分類指的是將舊設備分為幾 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)個人的工作習慣來分類。但無論如何分類皆應考 慮如下幾個因素：a.舊設備的類型。如反應器、塔器、立臥式容器、球形容器、冷換設備、常壓容器（拱頂罐、內浮頂罐、浮頂罐等）。b.舊設備的類別。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.舊設備的設計壓力和溫 度。是真空、負壓、常壓、低壓、中壓還是高壓

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

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

9、時剔除那些在安全上 和經(jīng)濟上已無利舊價值的設備。對準備予以利舊的設備提出“測繪和檢驗清單”， 必要時可進行材料分析和性能檢測。建設單位應據(jù)此清單進行設備檢驗，向設計單 位提供“舊設備檢驗報告書”。做“舊設備檢驗報告書”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 須同時提供設備可否利用的結論性報告，并附有檢驗許可證批準號。所有檢驗工作 必須按在用壓力容器檢驗規(guī)程和設計單位提出的“測繪和檢驗清單”進行。設計單位提出的“測繪和檢驗清單”應逐類提出，因為設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、三類的舊設備要求檢驗 的項目

10、較少，而對第一類舊設備要求的檢驗項目較多，甚至很苛刻，對于大型的高 溫高壓設備有時還要請有關權威部門進行多項檢測、試驗，最后作出剩余壽命評估 報告等?？傊畱唧w問題具體分析，測繪和檢驗內容大體如下：a.設備的詳細結 構圖（包括內件）。如果設備資料齊全則可免掉此項，否則應通過測繪補齊。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、加強圈等。并應 提供厚度測定點分布圖。c.設備內、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備在拆卸及運輸中是否引起變形、凹癟、接管 彎曲等。d.設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，要進行理化試驗，包括化學成分分析和機械性能試驗。f. 對于高溫高壓設備、理論分析認為有疲勞損傷、蠕變脹大或蠕變損傷、材質蛻變等 設備，除按e條進行試驗夕卜，還應采用光學顯微鏡、掃描電鏡、復膜萃取、電化學試驗等手段，對設備 進行微觀裂紋檢測、金相分析及微觀組織檢驗等。g.對裂紋較敏感的設備（如氫 腐蝕、硫化氫應力腐蝕等）應對裂紋進行詳細的檢測，特別是球罐。指出裂紋數(shù) 量、產生部位、具體形狀、長度和深度等。2.4具體確定利舊設計方案根據(jù)所收 集的資料和建設單位所提供的“舊設備檢驗報告書”，便可開展詳細設計了。為了 更有效的利用舊設備，發(fā)揮設備的最大能力，提高設備利舊率，從而達到既安全可

12、靠又節(jié)省投資的目的，在詳細設計階段要做更加細致的工作，而不能簡單的認為只 是做一下強度校核，應具體確定利舊設計方案。其方案的確定可按如下程序進行： 1根據(jù)已確定的可利舊設備表，與現(xiàn)裝置中工藝條件要求的設備對號入座。工藝專 業(yè)對設備的直2徑、長度（或高度）、容積有一個最低的要求，舊設備的相應尺寸 必須滿足這一基本要求。然后再根據(jù)操作條件（壓力、溫度、介質等）確定利舊哪臺 設備。這項工作必須同工藝專業(yè)一同研究討論完成。2根據(jù)工藝條件進行強度核 算。所采用的計算方法必須按照現(xiàn)行標準，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)行標準規(guī)范規(guī)定的最低值。設計、制造、檢驗及驗收應執(zhí) 行同一標

13、準規(guī)范（國內或國外），國外舊設備可把它僅當作國外材料（板、管、鍛、 棒）而按國內標準規(guī)范進行設計。設計時必須保證測定的最小厚度5e要大于強度 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計數(shù)據(jù)表中填多少。設備除必須滿足強度要求 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 舊設備結構設計中，在一般情況下，當壁厚能滿足內壓的強度要求，但不滿足其它 載荷（風載荷、地震載荷、局部集中載荷等等）要求時，可以采用設置加強圈或局部 加

14、強等辦法來達到利舊的目的。特別是對中低壓塔器，其風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置加強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環(huán)板腐蝕較嚴重，裙座設計質量對塔頂 撓度的影響又很大，所以，裙座為新制較好。對于臥式容器，當壁厚能滿足內壓的 強度要求，但校核計算不合格時，也可以采用在鞍座截面處設置內或外加強圈的辦 法來降低應力。4設備利舊在結構處理上有多種形式，特別是涉及大批設備利舊 時，應統(tǒng)一考慮，靈活處理。我們給給國內某公司進行設備利舊設計時，舊設備共 有幾百臺，其

15、中靜設備有反應器、塔器、冷換設備、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。舊設備情況比較復雜，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 對舊設備有了較全面的細致的掌握之后，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、對于高大塔設備裙座全部更新、去掉脫水包、增加脫水 包、更換容器一側封頭或兩側封頭、加長一段筒體等等，從而大大提高了設備的利 舊率，節(jié)省了大量的投資。

16、5對于強度校核不合格或腐蝕裕量不能滿足一個檢修 周期要求的設備不能利舊，但應再與工藝專業(yè)商量，能否作為其它設備（如較原工 況壓力低、常溫、純凈介質等）使用，若可以則再按新工況進行強度核算?？傊?， 舊設備重復利用詳細設計要求設計者更加細致、深入，確定方案時除征得本專業(yè)技術總負責人同意外，也須得 到工藝專業(yè)的認可，利舊方案的確定，實際上是與工藝專業(yè)反復協(xié)商、調整、強度 核算、再協(xié)商、再調整、再強度核算的循環(huán)往復過程，這樣才能達到預期的目的。 3設備利舊設計中技術處理要點3利舊設計雖然可參照現(xiàn)行標準規(guī)范執(zhí)行，但又 不同于新制造的設備，有的舊設備直接在現(xiàn)場修復，而現(xiàn)場條件比制造車間條件要 差。新制設備

17、設計時，國內設計一般不考慮殼體本身焊縫的位置，但設備利舊時， 新增加的零部件（如接管等）則應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，利舊設備的設計、制造、檢驗及驗收等技術要求， 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用應力的確 定），對進行機械性能試驗的設備本體母材，可按試驗數(shù)據(jù)來確定。但多數(shù)舊設備 改造設計時沒有這個條件，舊設備母材及焊接接頭的性能要比新鋼板低，另外，往 往在設備利舊設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備的規(guī)定，即使進 行100取1.00,這對舊設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 力腐蝕等工況的設備，即使是一、二類壓力容器也可以進行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力腐蝕等工 況的設備，一定要嚴格控制試壓參數(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操設備內的實際工作壓力，其余與 GB150-1998中同因為舊設備內表面存在著脆化層，這個脆化層隨著設備使用年 限的增長，其脆化層的深度也越大，特別是原介質中有氫原子時更嚴重。在加上壓 力容器焊接接頭必然存在的微觀裂紋，若仍按原設備規(guī)定的液壓試驗壓力進行試 驗，則易產生“在用脆性裂紋”，從而導致裂紋的出現(xiàn)。國內某石油化工廠的兩臺 設備在投用五年后進行檢修，共發(fā)現(xiàn)一條總長為89mm的斷續(xù)裂紋，動火檢修完畢 后按原設計的試驗壓力進行水壓試驗，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 計中，盡量不要在設備本體上動火，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