超期服役压力容器智能化安全评估的应用

摘 要：对于超期服役的压力容器进行安全评估既能够保障高风险设备安全运行，又能够避免低风险设备的盲目检验或停用报废，但现阶段的安全评估方法较为传统且效率低下。本文通过实例对超期服役压力容器进行系统的安全评估，并基于Axure RP技术开发了超期服役压力容器量化评价系统，主要用于存在损伤与使用寿命高相关的超期服役压力容器的量化评价，该系统大大提高了安全评估的效率，促进了其智能化发展。

关键词  超期服役；安全评估；量化评价；Axure RP；原型设计

前言：《中华人民共和国特种设备安全法》规定压力容器必须进行定期检验，但是对于超期服役压力容器如何进行检验是困扰检验机构和社会各界的难题。现在国内对于超期服役压力容器的安全评估工作主要是依据T/CMES 16005-2022 T/CPASE PT 020-2022《超设计使用年限压力容器评估与检验导则》开展的。对于存在损伤与使用寿命高相关的超期服役压力容器的量化评价一般计算方法都是手工计算，计算的效率和准确性有待提高。本文根据量化评价标准基于 Axure RP技术开发了超期服役压力容器量化评价系统，并用实例验证了系统的可靠性和高效性。系统主要用于存在损伤与使用寿命高相关的超期服役压力容器的量化评价，解决了量化评价计算量大、效率低下等问题，打破了传统安全评估的局限性，实现了超期服役压力容器的安全评估的智能化发展。

1 安全评估技术路线

安全评估主要对超期服役压力容器进行损伤模式识别及损伤模式与时间相关性的判定，并进行损伤与预期使用寿命相关度分析，从而筛选出与预期使用寿命高相关的设备进行检验和量化评价，最终提出专项检验策略，作为超期服役压力容器定期检验方案制定的技术支撑。主要的技术路线 [3]为：资料审查及运行情况调查、损伤模式识别、损伤模式与时间相关性判定、损伤与预期使用寿命相关度分析、检验和量化评价。

2 资料审查及损伤模式识别

2.1 资料审查

以本市某大型化工企业67台超期服役压力容器为例，根据企业提供的相关资料进行数据采集，具体需要收集的资料如下：

（1）压力容器管理台账、质量证明文件（含竣工图）、使用登记证；

（2）操作工艺规程（含装置介绍、装置工艺描述、工艺控制指标）；

（3）工艺流程图（PFD）和工艺仪表流程图（P&ID），物料平衡表；

（4）最近三次定期检验报告、年度检查报告；

（5）运行、维修、改造、更新记录；

（6）现有采样分析点及分析数据；

（7）相关的跑冒滴漏记录、腐蚀调查报告、失效分析报告、事故分析报告。

2.2 损伤模式识别

    本项目67台超期服役压力容器主要涉及两套装置，相关的工艺流程如下：

（1）主原料丁二烯，通过化学船或槽车运输卸料至球罐存储，球罐丁二烯原料使用前利用碱洗系统将丁二烯中的阻聚剂碱洗后存放在卧罐中。反应釜加料时利用泵浦和输送压力管道将丙烯腈和卧罐内的丁二烯以及常压储罐内的皂化剂等辅料加入至聚合反应釜中通过乳液低温聚合的方式反应，反应热通过内盘管液氨抽除的方式移除。

（2）液氨由液氨循环接收槽中输送至现场反应釜，在反应釜内吸收热量后气化为氨气，气相氨（含少量液相）至雾沫分离器，气液分离后，氨气进入氨压缩机压缩，压缩后至氨冷凝器，冷凝液化为液氨再进入液氨循环接受槽，形成一个循环系统。

依据标准GB/T 30579-2022《承压设备损伤模式识别》[4]和相关运行及检验资料对项目范围内压力容器进行潜在损伤模式识别,结果显示本项目超期服役压力容器与时间相关的主要损伤模式均为腐蚀减薄类，如大气腐蚀、二氧化碳腐蚀、碱腐蚀、冷却水腐蚀等。

3 损伤与预期使用寿命相关度归类

 根据腐蚀减薄的归类方法[3]对67台压力容器进行与预期使用寿命相关度归类。归类结果显示，项目内共有5台压力容器与预期使用寿命高相关，53台压力容器与预期使用寿命低相关，9台压力容器与预期使用寿命无关。5台与预期使用寿命高相关的压力容器详细信息如表1所示。

表1  5台与预期使用寿命高相关的压力容器详细信息

4 损伤与预期使用寿命高相关的压力容器智能化量化评价

根据量化评价标准，基于 Axure RP(Rapid Prototyping)技术[5]开发了超期服役压力容器量化评价系统，主要用于存在损伤与使用寿命高相关的超期服役压力容器的量化评价，解决了量化评价计算量大、计算结果不精确、效率低下等问题，实现了超期服役压力容器的智能化安全评估。

5 量化评价系统的可靠性和高效性验证

量化评价系统的测试内容主要包括系统的可靠性和高效性。整个测试过程需要4组人员同时进行，其中3组手工计算，另一组用评价系统计算，测试数据来源于现场测厚数据结果。

由于本文实例主要涉及腐蚀减薄的量化评价，笔者将重点展示评价系统的腐蚀减薄量化评价模块功能。将5台与预期使用寿命高相关的压力容器现场测厚数据输入系统，DM-329氨缓冲罐筒体结果如图1～图2所示，其他压力容器计算结果不再赘述。图1所示界面主要完成常规测厚数据录入及壁厚变异系数COV的计算，从而判定是否为均匀减薄，腐蚀减薄的判定与分析步骤见图1中右侧流程图。首先应对检测对象（独立计算壁厚的承压部件）进行常规测厚和壁厚分析统计，对DM-329氨缓冲罐筒体进行均匀覆盖且不低于15点的壁厚测定，所得壁厚实测值录入图1相应表格中，点击“开始计算”，获得壁厚变异系数COV的值，相关计算公式见式（1）～（3），DM-329氨缓冲罐筒体的壁厚变异系数计算结果COV=0.01618<0.1，判定为均匀减薄。

图1 常规测厚及变异系数计算功能界面图

DM-329氨缓冲罐筒体判定为均匀减薄后，则按照图2右侧所示流程图进行评价。取实测壁厚的平均值为tt壁厚表征值tam，按式（4）确定评价用计算壁厚tc，DM-329氨缓冲罐筒体评价用计算壁厚tc=4.75，大于其所需最小壁厚tmin=3.264，由此得出结论， DM-329氨缓冲罐筒体判定为均匀减薄，常规测厚结果通过1级评价，满足继续服役条件。

图2 均匀减薄1级评价功能界面图

经验证与手工计算得出的结果一致，从而验证了评价系统的可靠性。经计时比对，评价系统的计算时间比手工计算时间大大缩短，由此可验证该系统的高效性。

6 结束语

（1）根据化工企业提供的压力容器设计、制造、运行记录、维修资料、工艺数据等资料，对67台超期服役压力容器进行资料审查、与时间相关的损伤模式识别、损伤与寿命相关度归类、对损伤与寿命高相关的压力容器进行量化评价，从而形成了对超期服役压力容器系统性的安全评估。该评估综合考虑了安全与经济发展的平衡关系，可作为后期压力容器定期检验检验方案制定的技术支撑，为超期服役压力容器的安全运行提供了保障。

（2）根据量化评价标准基于 Axure RP技术开发了超期服役压力容器量化评价系统，主要用于存在损伤与使用寿命高相关的超期服役压力容器的量化评价，解决了量化评价计算量大、效率低下等问题，打破了传统安全评估的局限性，实现了超期服役压力容器的安全评估的智能化发展。

参  考  文  献

[1] 寿比南,缪春生.超设计使用年限压力容器评估与检验导则[R].北京:中国机械工程学会压力容器分会,2022:1~2.

[2] 戚振,程和新,武军.超期服役压力容器定期检验安全评估探讨[J].中国特种设备安全,2021,37(8):68~70.

[3] T/CMES 16005-2022 T/CPASE PT 020-2022,超设计使用年限压力容器评估与检验导则[S].

[4] GB/T 30579-2022,承压设备损伤模式识别[S].

[5] 朱传明.Axure RP8网站与App原型设计经典实例教程[M].北京:人民邮电出版社,2017.