零缺陷流程设备

文/ Dominik Stephan

生产现场 Manufacture Practice

零缺陷流程设备

文/ Dominik Stephan

设备使用者和制造者之间对使用寿命和磨损方式的不同观点——流程设备还能使用多长时间？继流程设备的维护保养、故障诊断和检测分析技术方法之后，Dechema论坛讨论的是微量元素的痕迹追踪，还有材料专家、新的法律法规和来自实践的信息。一直伴随流程设备的终身学习和独立承担责任问题，现在也出现在零缺陷的流程设备中了吗？

化工设备承受着剧烈的温度变化、强烈的机械载荷、腐蚀性介质对设备管道、仪器仪表和流程工艺装备的磨损。这些因素对流程设备使用寿命的影响是很难预测的，尤其在流程设备的实际应用中这些因素都是共同发挥作用的。这些相互交织在一起的作用和影响很难建立起一个数学模型，很难知道它们对流程设备系统有多大和多长时间的影响。

当涉及到流程设备的使用寿命时，材料技术专家和流程设备制造者承担的责任义务是一样的。“但流程工艺设计师、设备机械设计师、工艺工程师、检验员和监控机构也要协调好他们的工作，以保证流程设备可靠的工作运行”，这是Dechema协会的想法。Dechema协会依靠其专业技术团队成立了流程设备材料技术、设计技术和使用寿命的专业技术论坛，为不同专业技术领域的流程工艺专业人员提供了交流经验、分享解决方案和启动未来研发的论坛和平台。

毕竟流程设备的问题是涉及到钱的问题，仅仅是德国化工和制药两大领域每年在流程设备维护保养方面投入的资金就高达350亿欧元。另外还要因生产损失、质量损失和零配件仓库存储支付数百亿欧元的间接费用。在整个流程工艺技术领域内，化工企业首屈一指。究其原因就是高成本流程设备和流程工艺技术以及相对较低的劳动力成本。流程设备的生产效率和降低流程设备的使用运行费用，是流程工业决策者选择流程设备时的关键标准。利用率、产量和产能、产品质量也是必须考虑的因素，而且是超越流程设备使用寿命期之外必须考虑的问题。

这恰恰也是2016年10月Dechema协会“终生考察——踏上零缺陷流程设备之路”资讯日关注的焦点。除了新的标准和技术规范之外，例如EN 13445标准与过去的德国老标准AD 2000相比较（参见说明文），材料科学也成为人们关注的焦点。说到底，想要保证流程设备安全可靠和经济的工作运行，就必须了解典型的破坏过程和失效过程。这才是得出有说服力的设备状态信息和可能发生的失效。

但不是所有的一切始终围绕着流程设备的事故和损失，特别值得关注的是Dechema研究所研究人员已经公布了研究成果的所谓光环效应和以点概面效应。这种现象出现在高温领域（1 050℃以上）中钛-铝基合金材料的轻量化制造材料领域中。这种平常很容易被氧化和剥落的材料，可以利用2004年首次提出的效应而形成光滑的氧化铝钝化层。由于这一效应被限制在只有几微米厚的一层内，因此合金材料的机械性能保持不变，这就明显扩展了这类零部件在实践中的应用范围。

想避免损失，就必须知道流程设备工作运行中的一些典型问题，尤其是交变载荷，即所谓的动应力，会消耗设备零部件的生命。一套流程设备承受着几百种交变负载并不是少见的事情。“这就进入了问题的实质，即真正的疲劳强度或者零缺陷的设备，是根本无法实现的。”Sinco Tec公司的Joachim Hug先生这样说道。

德国化工企业每年支付135亿欧元的设备维护保养费用 - 相当于生产成本的45%～60%。

如何检测流程设备是否有足够的使用强度呢？无损检验对流程设备剩余的使用寿命有多大的说服力呢？这些就和计划外和计划内的流程设备维护保养一样倍受争议。但有一点非常清楚，即使是最精细的测试方法和最复杂的计算也无法准确的预测零部件失效的确切时间。

“一个热点问题就是流程设备启动和停止的过程，尤其是在工厂停产和维护保养后，大约80%的设备事故、损失出现在工程项目的这一阶段。”慕尼黑保险公司的Ulrich Rappold先生说道。因此，“工程师们在技术改造项目的交接管理中给予了特别的关注。”专家说道。如果这样的工作由专业的工业技术服务商来完成，但仍然不应该逃避责任，因为“工作可以外包但责任不能外包！”

EN 13445标准中所有的新动向

● 欧盟内部统一的EN 13445标准也适用于非加热型的金属压力容器。EN 13445标准允许在更大的范围内采用无损检验技术方法以及分析强度评估。通过准确的详细分类，尤其是焊接方法的详细分类，会略微提高无损探伤的成本费用。较低的‘静载荷’下限值（现在：max. 500循环，max. 5%的压力波动）。新规则也允许将压力容器设计成矩形或者椭圆形的形状。

● 作为生产厂家不必再由独立的第三方进行资质评审了。本标准对焊接操作做出了新的规定（焊缝的准确差别，没有焊接监督员的要求了）。避免脆性断裂的方法允许补上低温下的资质评审。

● 一般来讲，压力容器的用户费用会保持不变或者略有下降（检测费用大约是总成本费用的2%）。

本文作者系PROCESS德文版杂志编辑。