低温绝热压力容器定期检验要点探讨

惠志全，李茂东，杨俊强，苏智泰，刘宇清

(广州特种承压设备检测研究院，广州 510663)

·气瓶检验·

低温绝热压力容器定期检验要点探讨

惠志全，李茂东，杨俊强，苏智泰，刘宇清

(广州特种承压设备检测研究院，广州 510663)

低温绝热压力容器作为一种广泛使用的压力容器，具有结构特殊、介质汽化潜热小、蕴藏能量大、危险性大、影响因素多、使用管理水平要求高的特点。检验机构通过选择合适的定期检验方法并及时发现问题，不仅可以确保低温绝热压力容器的使用安全，也可以提高使用单位的安全管理水平。

低温绝热；压力容器；定期检验

0 引言

低温绝热压力容器是指由储液内容器和维持真空绝热空间的外壳组成，且有一套完整的安全附件、仪表装置及满足操作要求的系统，用于储存低温液体的压力容器[1]。低温绝热压力容器常见的储存介质包括空气化工类产品液氮、液氧、液氩、液态二氧化碳及能源类产品液化天然气(LNG)。随着食品保鲜、医疗、钢铁、汽车、焊接行业的发展，对空气化工类气体产品用量大增，低温绝热压力容器得到日益广泛的应用。同时，兼具环保与经济特性的新能源LNG也得到广泛的使用，LNG低温储罐的使用也日益增多。液态二氧化碳的温度通常达到-50℃，而液氮、液氧、液氩及LNG的温度则低达-196℃，低温液体的液化耗费大量的能源，而汽化时则只需要很少的能量，低温液体汽化时气液比达到数百，一旦汽化必将产生巨大的能量，2007年和2008年国内均发生过低温绝热压力容器泄漏爆炸致人死伤案例[2]。低温绝热压力容器作为一种夹套式压力容器，通常不开设人孔，仅按照传统的检验方法无法全面有效地发现该类容器存在的问题及安全隐患，有必要探讨针对该类压力容器的专项检验方法。本文结合长期检验工作积累的经验，对低温绝热压力容器检验过程中的要点进行分析探讨。

1 低温绝热压力容器结构特征及安全因素分析

低温绝热压力容器内胆因承受较低的温度，通常采用奥氏体不锈钢，内容器在制造时要经100%RT检测，同时要经耐压试验和最严格的氦致密检测，大部分深冷液体对金属腐蚀作用轻微。为了增强绝热效果，内胆通常可以不设置检查孔及人孔。内胆设置上进液喷淋头，下进液分布或搅拌器、溢流管口等内件。夹层为真空结构，为了增强保冷性能，通常在真空中放置珠光砂形成真空粉末绝热层或者是多层缠绕形成真空多层绝热的方式。夹层内有绝热材料的护持材料、穿越夹层的功能管线、吸附材料及其吸附装置、内容器与外壳相互连接支撑的构件等。外壳材质一般采用碳素钢或低合金钢用于密封维持真空绝热层真空，设置抗外压加强环、引管穿壁接头、吊耳及支座等构件。为了实现低温绝热压力容器的功能，还设置有管路系统，包括安全泄放与放空管、上下进液管、满液指示管、增压器进液与出气管、抽真空吸管等管路。为了实现对操作过程的控制，还设置各类阀门附件及仪表，包括控制各管路开闭的控制阀门、紧急切断阀、真空封结阀、真空检测阀、仪表控制阀、安全泄放装置切换或三通阀、压力表、液位计及静电接地端子等。常见立式及卧式低温绝热压力容器分别如图1及图2所示。考虑到内胆低温介质的腐蚀性较弱，外容器外壁空气介质腐蚀性也较弱，低温绝热压力容器失效及其引起的后果主要是真空度变差引起内胆压力过高爆炸或者内胆介质泄漏到夹套中导致外容器承受压力过高引起爆炸，管路泄漏引起的冻伤或者窒息及可燃性气体引起的火灾，雷击与静电或者地质灾害引起的意外事故。为了避免上述事故的发生，在定期检验时，对可能引起上述问题发生的环节进行特征检验才能确保检验的有效性。

图1 立式低温绝热压力容器

图2 卧式低温绝热压力容器

2 低温绝热压力容器的检验要点

2.1 检验前准备工作

检验前应审查容器的资料并根据低温绝热压力容器特点及检验现场的条件制定检验方案。应重点审查质量证明书中封口真空度、真空夹层泄漏率检验结果、静态蒸发率指标等低温绝热压力容器特有的关键指标。了解使用单位的安全管理制度和安全操作制度是否齐全有效、相关技术资料是否齐全、容器的日常维护保养及安全检查记录、作业人员持证情况是否符合要求、上次检验所提出的问题是否解决及使用过程是否存在异常等情况。检验前应确保检验的安全准备满足TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》[3]的要求。

2.2 环境检查

检查低温绝热压力容器的使用环境是否符合标准规范的要求。检查容器安装场所是否通风良好，安全距离是否符合标准要求，排放液体及气体管路排放是否合理，是否设有安全出口及安全标志。液氧及易燃易爆介质现场消防条件是否达标。某低温罐检验现场无安全护栏及安全标志，管线走向混乱，如图3所示。

2.3 安全附件及仪表检查

低温绝热压力容器安全附件及仪表包括安全泄放装置(安全阀、爆破片装置、安全阀与爆破片组合安全泄放装置)、压力表、测温仪表、紧急切断装置、液位计及导静电装置等。应检查内胆的安全泄放装置的设置形式是否符合GB/T 18442—2011《低温绝热压力容器》的要求，某液氧储罐双安全阀双爆破片的组合泄放装置如图4所示。安全阀的规格、型号、性能参数应符合低温绝热压力容器运行的相关技术要求。安全阀的校验及检验结果应按照TSG 21—2016的规定执行。爆破片、压力表、测温仪表及液位计检查内容按照TSG 21—2016规定执行。盛装液氧及易燃、易爆介质的容器应有导静电接地装置，罐体与接地导线末端之间的电阻值应不大于10Ω。储存易爆介质的容器，其罐体、管道、阀门、法兰和支座等连接处的导电性应良好，并设置可靠的导静电连接端子。盛装液氧及易燃、易爆介质的容器必须要有防雷装置，防雷装置应处于有效的检测周期内。检查所有阀门是否开启灵活、密封良好符合技术规范的要求。

图3 某低温罐检验现场

图4 某低温罐安全泄放装置

2.4 容器本体及运行情况检查

检查容器的产品铭牌及有关标志是否符合有关规定；检漏孔、信号孔有无漏液、漏气，检漏孔是否通畅；容器与相邻管道或者构件有无异常振动、响声或者互相摩擦等；支承或者支座有无损坏，基础有无下沉、倾斜、开裂，筋骨螺栓是否齐全、完好，沿海及砂质地区要特别注意地质下沉对罐体的影响；是否有超压、超温、超量等现象；外表面是否有结霜、结露、潮湿及跑冷等不正常现象，通常外表面跑冷部位长有青苔等喜湿植物；管路及阀门运行是否正常，有条件时可采用红外热成像技术检测各部位温度是否异常。用红外热成像技术检测罐体表面跑冷及阀门管路运行情况分别如图5及图6所示。

图5 红外热成像检测罐体跑冷

图6 红外热成像检测阀门管路运行

2.5 壁厚检测

外筒壁厚测定位置应有代表性，有足够的测定点数，测定后标图记录，测定位置应重点选择制造成型壁厚减薄部位、变形磨损部位、接管部位、表面检查发现可疑部位。

2.6 材质检查

材质不明的，一般需要查明主要受压元件的材料种类，TSG 21—2016规定有要求的，必须查明材质。材料分析应根据具体情况，可以采用化学分析、光谱分析、硬度检查、金相分析等方法。

2.7 强度校核

以下情况之一的容器，应当进行强度校核。

1.均匀腐蚀深度超过腐蚀裕量的；

2.首次定期检验时无设备出厂资料；

3.检验人员认为有强度校核必要的。强度校核后再次检验时，如实测壁厚达到上次强度校核所需的最小壁厚时，可不再重复校核。

2.8 无损检测

因外筒体接管连接可能影响夹层真空度，因此有必要时可对外筒接管角焊缝、管件、阀件和支座进行表面检测抽查。

2.9 真空度检测

夹层上装有真空测试装置的低温绝热压力容器，测试夹层的真空度。要根据低温绝热压力容器设计图样要求及实际运行要求的真空度情况选择合适的真空计。测量时，要严格按要求操作，避免破坏真空规管，导致夹层真空度的恶化，甚至导致泄漏等事故的发生。容器真空度检测结果应符合TSG 21—2016相关规定要求。

2.10 日蒸发率测试

夹层上未装真空测试装置的低温绝热压力容器，必要时进行压力容器日蒸发率测量。容器日蒸发率的测量按照GB/T 18443—2010《真空绝热深冷设备性能试验方法》[4]的要求进行。容器实日蒸发率测量结果应符合TSG 21—2016相关规定要求。

2.11 开盖检查

发生以下情况下应对容器进行开盖检查。

1.设备在运行过程中发现有影响设备正常运行的重大问题必须开盖检查的；

2.真空度测试指标不合格，重新抽真空仍达不到要求需要开盖检修的；

3.检验人员认为有必要开盖做进一步检查的。检查内容包括：内筒宏观检查；内筒壁厚测定。

内筒对接焊缝的射线检测和渗透检测抽查，角接焊缝的渗透检测抽查；根据检验结果，检验人员认为有必要的，可进行强度校核；根据情况，可进行内筒耐压试验、泄漏试验。

2.12 泄漏性试验

设计图样有泄漏试验要求的，应进行泄漏试验，试验由使用单位负责实施，检验机构负责检验，泄漏性试验应按照TSG 21—2016规定的要求进行。

2.13 耐压试验

全面检验过程中，使用单位或者检验机构对容器的安全状况有怀疑时，应当进行耐压试验，全面检验的其它项目检验合格后方允许进行耐压试验。耐压试验前应根据容器的实际情况制定试验方案，试验过程严格按照试验方案进行。根据容器结构的特殊性及其在运行条件下不允许残留试验液体的实际情况，内筒可按设计图样或有关规定的要求采用气压试验代替液压试验。气压试验的压力应当符合设计图样及有关规定的要求，压力系数取1.10。试验用气体温度应当符合设计图样的规定。对于贮存液氮、液氧及其它液态惰性介质的容器，可选用与其本身内部介质相对应的氮气、氧气及其它惰性气体作为试验介质。对于贮存其它介质的容器，则需要按照设计图样或有关规定的要求选择合适的试验介质。耐压试验时应做好安全防护工作，并严格按照TSG 21—2016规定的要求进行。容器的液压试验以试验过程中无异常声响、无渗漏、无可见变形为合格。容器的气压试验以试验过程中无异常声响、经渗漏液检查无漏气、无可见变形为合格。耐压试验后需要进行复验时，对于表面缺陷可选择渗透检测进行复验，对于埋藏缺陷可用射线或超声波检测(UT或TOFD)进行复验。

3 小 结

容器安全状况等级评定根据检验结果进行综合评定，以项目等级最低者做为评定级别。需要维修改造的容器，按维修改造后的检验结果进行安全状况等级评定。容器具体评级标准与方法按照TSG 21—2016的要求执行。安全附件检验不合格的容器不得投入使用，含超标缺陷容器的失效安全评定应当按照GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》[5]进行。在检验过程中除了容器本体的检验，还要结合气体性质、低温及环境这些因素综合考虑，制定合理的检验方案才能确保检验的有效性。

[1] GB/T 18442—2011 低温绝热压力容器[S].

[2] 谢高峰.高真空多层绝热低温容器完全丧失实验及传热机理研究[D].上海：上海交通大学，2011.

[3] TSG 21—2016 固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[4] GB/T 18443—2010 真空绝热深冷设备性能试验方法[S].

[5] GB/T 19624—2004 在用含缺陷压力容器安全评定[S].

Discussion on Crucial Point of Periodical Inspection onCryo-insulation Pressure Vessels

HUI Zhiquan，LI Maodong，YANG Junqiang，SU Zhitai，LIU Yuqing

(Guangzhou Special Pressure Equipments Inspection and Research Institute, Guangzhou 510663，China)

Cryogenic insulation pressure vessel as a kind of widely used pressure vessel, which is characterized by special structure, medium small latent heat of vaporization, energy reserves, the risk of large, multi factors, needing higher level management. Inspection agency how to use period inspection, choose the appropriate test methods and find the problem in time, can not only ensure the safe use of cryogenic insulation pressure vessels, but also can improve the level of safety management of the users.

cryogenic insulation；pressure vessel；period inspection

2017-04-23

TH49

A

1007-7804(2017)03-0048-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.03.012

惠志全(1987)，男，汉族，硕士，工程师，主要从事低温制冷设备研发及检验检测工作。