快开门式压力容器失效事故预防对策

【摘要】介绍了目前快开门式压力容器相关的主要标准和规范，以及目前发生事故的主要原因，认为通过提出设计、制造、安装、使用和管理以及检验等方面的要求能有效降低快开门事故发生的几率，并给出了相关环节的对策。针对设计与使用环节，研究了快开门式压力容器开启余压爆炸危害的测试与结果，给出了不同容器的开门余压设定方法。

【关键词】快开门式压力容器 失效事故 预防对策 余压控制

1 前言

快开门式压力容器主要种类有蒸压釜、硫化罐、灭菌器或杀菌锅、高温高压染色机或蒸化机等，由于其间歇循环操作时开启关闭速度快、生产效率高，被广泛应用于化工、建材、橡胶制品、食品和医药卫生、印染等行业[1]。

近年来，针对快开门（盖）安全联锁装置及功能的相关规定主要有：

（1）劳锅字【1992】9号《关于加强快开门式压力容器安全监察与管理工作的通知》；

（2）质技监局锅发【1999】154号《压力容器安全技术监察规程》第49条、第140条、第169条；

（3）国质检锅【2003】194号《锅炉压力容器制造许可条件》第54条设计要求：压力容器的快开门（盖）应装设安全联锁装置；

（4）国质检特函【2006】705号文《关于进一步加强锅炉压力容器安全监察工作的通知》；

（5）TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.20条规定，快开门式压力容器应当具有满足以下要求的安全联锁功能：

（a）当快开门达到预定关闭部位，方能升压运行。

（b）当压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门[2，3]。

2 设计对策

明确规定快开门式压力容器本体及其安全联锁装置的最低安全要求。新设计的快开门式压力容器必须附有安全联锁装置。安全联锁装置应当达到规定的安全技术要求。同时，结构设计时应考虑检验的可行性。设计图样中应包括安全联锁装置的部件图，应明确电磁阀、气动阀、气缸等的主要零部件的型号与规格，还应注明快开门和锁紧圈的材质、结构，以及制造、安装精度的要求。有条件时需对安全联锁装置设定的安全开门余压进行试验，确保开门时安全性高。

（1）《固定式压力容器安全技术监察规程》已于2009年12月正式启用，其中要求设计时快开门应考虑疲劳载荷对结构的影响，因此应明确要求设计单位对容器本身尤其是快开门装置中承受疲劳载荷部件进行疲劳设计；安全联锁装置动作件应尽量设计并安装在可以目视观察就能确定是否处在良好状态的位置；快开门容器的压力指示装置应安装在操作工易于观察的位置；容器的余压设计。

由于压力容器正常工作时的压力表不能准确显示很小的残余压力，直接利用这一信号来驱动或者控制联锁装置的动作十分困难。若此时不加更加精密的控制装置，打开较大容器时，残余压力越高，容器的爆炸的危险性越大。对大容积容器的残余压力加强控制，是减少容器爆炸的一项关键措施。每台容器都应有最低的安全残余压力，使得容器快开门在该压力被打开不再有破坏性，设计时提供这一压力的计算书，或者通过本附录C所示的方法获得允许的开门余压，可为安全联锁装置的余压设置提供参考；有时设计合理的安全残余压力，也可提高生产效率，如平移式硫化罐。

（2）安全余压设计方法。

关于余压控制杭州市特检院开展了相关的研究，设计的容器共计两只，1#容器，内径273mm，容积0.075m3；2#容器，内径400mm，容积0.216m3。

为测试两个不同容积容器在不同余压下的爆炸危害，搭建了危害测试平台，实物如图1所示。图中为带余压开门后爆炸门盖飞出时的场景。该平台能实现对门盖上飞高度的测量（门盖中心部位的上飞高度为测试值）；安装了保护装置，防止门盖侧飞，产生危险；能实现加压、泄压等功能；容器内压力实时显示。

从试验测试结果看，门盖在容器开门爆炸时，所承受的冲击能量约占总爆炸能量的1%～2%。正常压力容器发生爆炸时，爆炸飞出物所承受的冲击能量约占总爆炸能量的5%～15%[10]。这是由于快开门式压力容器，开启过程缓慢，在接近全开爆炸时，已经发生了泄漏，且由于本身的压力就较低，所以门盖承受的冲击能量约占总爆炸能量的比例比正常的压力容器发生爆炸时要小得多。

依据试验结果可以看出，1#与2#容器在余压为0.01MPa时开门，通过门盖体现出的破坏能力基本可以被忽略。在内压为0.02MPa时，如若考虑到容器结构本身，如平推式馏化罐，其采用的平推杆具有一定的承载和抗冲击能力，其冲击也较小，也在承受范围之内。

（3）警示语的设计。

快开门式容器是压力容器中操作要求较高的设备，快开门联锁装置可靠性存在着普遍的不足；其次，目前的快开门容器操作人员存在安全意识以及相关素质较低的状况，根据中国的国情，不可能在短期内提升操作人员素质。因此在快开门上设置醒目的安全提示标志是十分有必要的，提示的内容应重点包括“存在压力情况下，强制打开快开门会产生后果严重的爆炸事故；低啮合度情况下升压易产生爆炸事故”[7]。

3 制造安装对策

新制造的快开门式压力容器必须达到设计要求的制造精度，安全联锁装置的功能必须符合安全要求，并应在厂内进行预装配合格后再出厂。制造过程应进行监检，在安装后应对安全联锁装置进行功能试验，并确定最高的安全开门余压。检验单位的监检人员应到场认真检查快开门的啮合和安全联锁装置的动作，不符合要求的不应签发监检证书。

快开门式压力容器制造技术要求主要包括材料要求、焊接要求、无损检测要求及热处理要求。法兰是快开门式压力容的主要受力部件，在材料方面一般要求为整体II级锻件及以上；焊接质量是快开门式压力容器安全的重要保证，施工过程中必须严格遵守焊接工艺及规程，焊接工艺及规程必须依据焊接工艺评定（PQR）制定，加强生产过程中的质量控制，采用机械自动焊等先进的焊接工艺，减少人为因素的影响，提高焊接的一次合格率，同时要防止产生切口状的焊接裂纹、防止焊接头的角变形、错位、缓和焊接残余应力、控制焊接输入热量。

无损检测是保证快开门式压力容器制造质量的重要手段，按照设计文件要求实施无损检测，以保证压力容器的安全质量，设计文件中应提出完整且具体的无损检测要求，例如无损检测方法、比例、质量要求及其合格级别之间的关系等。

对材料为Q245R厚度大于30mm的厚壁快开门式压力容器应提出焊后热处理要求，以消除焊接残余应力，在热处理前根据设计图样及相应标准要求编制热处理工艺以及绘制热处理时间和温度关系曲线。

安装是制造的延续，安装质量的好坏直接影响到压力容器工作的可靠性。快开门式压力容器安装要求主要包括执行机构、控制元件等电器安装要求、管道安装要求及安装监检要求。

快开门式压力容器通常采用机电一体化安全联锁装置，其电器元件的可靠性是快开门式压力容器安全作业的前提，在电器安装方面要求选用质量可靠的电器元件，行程开关等限位装置安装精度要精确，同时应在安装完毕后认真进行调试，检验安全联锁装置是否灵敏和可靠，功能是否符合《固定式压力容器安全技术监察容规》要求，以保证快开门啮合、开启状况完好。管道安装应当符合相关规范要求，排放管道直径应当满足排放能力要求。在保证安全的前提下需对安全联锁装置设定的安全开门余压进行试验，确保开门时具有较高安全性。安装调试结束后，安装单位应提供书面的有关责任人签字的调试报告书。同时，还需安装监检，应重点检验安全联锁功能。

4 使用与管理对策

在使用快开门式压力容器的单位制定推广有效的快开门式压力容器安全操作规范，对操作人员在上岗前进行安全培训。使用单位需对容器逐台建立技术档案并由管理部门统一保管。技术档案应包括：特种设备使用登记证、压力容器登记卡、压力容器设计制造技术文件和资料、相关的检查与检验报告以及相关的技术资料、维修与改造资料、安全附件校验、修理和更换记录、有关事故的记录资料和处理报告。

操作人员应按照操作规程对快开门容器进行操作。操作人员应具有上岗证，应定期检查安全联锁装置。安全联锁装置失效后应有相关的失效报告。失效后应及时进行维修。对无安全联锁装置或虽有安全联锁装置但不符合要求的应尽快予以改造满足要求后再使用。同时应制定快开门式压力容器定期检查和维修制度。目前年度检验已经作为使用单位日常管理的范畴，建议使用单位在年度检验中重点进行快开门联锁装置的检查，并应有相应的记录和见证文件。

使用单位应贯彻执行快开门式压力容器有关的安全技术规范，建立安全管理制度，制定安全操作规程；制定安全检查方案，定期组织开展安全检查；督促安排落实快开门容器定期检验和事故隐患的整治，出现不合格安全联锁装置要及时进行维修改造。

5 检验对策

将安全联锁装置和快开门作为终点检验对象，对未带有或虽带有但不符合要求的安全联锁装置和啮合机构不合理的快开门，在检验报告中应提出限期改造的要求，如无法改造应作报废处理。目前我们发现的快开门不合格容器都是直接定为5级，并且新修订的定检规（征求意见稿）已经明确不能达到《固容规》第3.20条要求的快开容器定级为5级。对于该类容器，相关检验机构可以适当的缩短检验周期。

6 结论

考虑到快开门式压力容器的特点，以及失效的主要原因，从设计、制造、安装、使用和管理以及检验等方面提出了预防措施和要求。介绍了快开门式余压开门爆炸危害测试装置，并提出了快开门式压力容器的安全余压测试与控制方法。

参考文献

[1] 郑津洋.快速开关盖式压力容器[J].化工装备技术，1997，18（1）：30-38

[2] 国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程[M].北京： 中国劳动社会保障出版社，1999

[3] 国家质量监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监察规程[M].北京：新华出版社，2009

[4] 胡兆吉，黄克敏，刘兴林.在用快开门式压力容器的失效事故分析及其预防对策[J].化工装备技术，2000，21（6）：15-18

[5] 何承代.一起快开门式压力容器爆炸失效事故分析[J].机械管理开发，2012，3：9-10

[6] 韩树新，盛水平，刘延雷等.快开门式压力容器余压开门爆炸危害研究.压力容器，2010，27（2）：50-54

[7] 何承代.从安全联锁装置角度探索快开门式压力容器事故原因与预防对策[J].机械管理开发，2012，2：114-115