脉动真空灭菌器定期检验要点探讨

惠志全 杨俊强 毛 力 陈通林

(广州特种承压设备检测研究院)

脉动真空灭菌器定期检验要点探讨

惠志全 杨俊强 毛 力 陈通林

(广州特种承压设备检测研究院)

依据压力容器定期检验规则，结合脉动真空灭菌器的设备特点对灭菌器定期检验的要点及注意事项进行了分析探讨。

灭菌器 定期检验 渗透检测 宏观检查

脉动真空灭菌器具有灭菌时间短、消灭菌种多、灭菌效果好及自动化程度高等优点，得到越来越广泛的使用。脉动真空灭菌器作为一种不锈钢压力容器，承受一定的压力和温度，且压力具有脉动性，蒸汽及待灭菌物品中所含介质都有可能对设备的长期运行带来风险。一旦灭菌器发生故障或者失效，轻则达不到灭菌效果带来严重的卫生安全隐患，重则发生爆炸给现场人员带来严重的生命安全隐患[1]。根据灭菌器内室横截面形状的不同，压力蒸汽灭菌器可分为圆形截面和非圆形截面两大类，其中非圆形截面主要采用矩形截面。圆形截面容器受力均匀，应力状态以薄膜应力为主，加工用料少；矩形截面容器安装方便、占地面积小、有较大的比表面积和较高的传热效率[2]。但矩形灭菌器受力不均匀，在介质和应力的作用下更易产生缺陷。因此对脉动真空灭菌器的定期检验就显得非常重要，可以及时发现设备运行中存在的安全隐患，给出针对性的建议，确保灭菌器安全平稳运行。

1 脉动真空灭菌器的结构及运行特点

工业用脉动真空灭菌器通常为卧式或立式双层结构，外层夹套为普通钢制结构，并装有隔热层外罩、夹套安全阀和压力表；内层为不锈钢制灭菌柜室，并装有压力表、压力真空表和安全阀。灭菌柜配有蒸汽进入管道、蒸汽过滤器、蒸汽控制阀、蒸汽压力调节器及疏水器等，典型脉动真空灭菌器的外观如图1所示。

图1 灭菌器外观

脉动真空灭菌器在灭菌前通常将夹套充满蒸汽并达到一定的压力，使灭菌柜身及柜内物品预热，同时有利于提高从夹套送入柜室内的蒸汽质量及在需要连续灭菌的情况下提高灭菌柜的工作效率。一次灭菌的过程通常包括以下几个阶段[3]：抽真空阶段(在此过程中内壳的压力从-80kPa上升到100kPa)、升温加压阶段(空气排除之后就向内腔充入饱和的水蒸气，使内腔压力达到220kPa，温度上升到134℃，以达到灭菌所需的环境)、灭菌阶段(内腔蒸汽压力保持在210kPa，并持续6min左右)、排汽阶段(灭菌完成之后抽取内腔蒸汽达到常压)、干燥阶段(抽取内腔蒸汽到-100kPa并持续9min左右，使物品能够达到充分的干燥，最后充入洁净空气)。整个过程如图2所示，可以看出灭菌器内柜在运行过程中承受脉动的循环载荷。

图2 夹套及柜室内压力变化示意图

2 灭菌器定期检验要点

2.1 资料审查

重点审查灭菌器的设计、制造和安装资料，改造或重大维修资料，使用管理资料，检验、检查资料，应急处置等资料。审查设备是否为正规厂家生产，是否经过监督检验，并核对设备是否在设计运行参数范围内运行。因内柜通常为不锈钢材料，对氯离子比较敏感，应审查在使用过程中是否会产生氯离子超标的运行记录。

2.2 宏观检查

采用目视方法(必要时利用内窥镜、放大镜或者其他辅助仪器设备和测量工具)检验本体结构、几何尺寸、表面情况(如裂纹、腐蚀、泄漏、变形)、焊缝以及隔热层等[4]。重点检验：筒体内表面、容器底部及有问题部位的新生缺陷。宏观检查通常可以了解设备的基本状况，是否进行私自维修改造；内表面有锈蚀的通常进行表面无损检测时易发现裂纹；图3、4分别为目视宏观检查灭菌器内表面及用内窥镜检查夹套的情况；在宏观检查时曾发现客户私自焊接导轨架，虽然只是添加功能性的附件，但私自焊接质量难以保证，同时破坏了设备材料的状态，在应力和介质的作用下往往成为裂纹的潜发区，存在严重的安全隐患。

图3 灭菌器内部宏观检查

图4 灭菌器夹套内窥镜检查

2.3 壁厚测定

重点检验液面经常波动的部位、物料进口、流动转向以及截面突变等易受腐蚀、冲蚀的部位、制造成型时壁厚减薄部位和使用中易产生变形及磨损的部位、接管部位等。因灭菌器在设计时留有一定的安全系数，且设备压力不高，介质的腐蚀以点腐蚀为主，目前尚未发现大面积的腐蚀造成设备壁厚明显减薄的现象。

2.4 表面缺陷检测

灭菌器内壁多为不锈钢材料，通常采用渗透检测，重点检查应力集中部位和变形部位。宏观检验发现T形接头、补焊区、工卡具痕迹、电弧损伤处易产生裂纹。通常内壁对接焊缝处、内壁与挡板连接角焊缝、内筒与夹套加强筋焊接部位、接管与内筒角焊缝连接处为裂纹易产生部位。在不锈钢裂纹附近刮下一些附着物进行分析，发现附着物中的Cl离子、S离子含量非常高，从而基本可以确定容器外壁上的应力腐蚀裂纹是由于Cl离子和不锈钢材料构成应力腐蚀体系而造成[5]。文献[6]认为不锈钢容器壁始终在一定的拉应力状态下工作，一旦尖角效应产生，必然会导致尖角处的应力集中，进而加大尖角处的拉应力，这两种作用同时出现，产生应力腐蚀也将是必然现象。因而在无法改变灭菌器结构特征及应力分布的情况下，在使用过程中要注意控制蒸汽及灭菌物品的Cl离子含量。

2.5 埋藏缺陷检测

必要时可以采用射线或超声波检测，重点检测使用过程中的补焊部位、检验中发现表面裂纹部位、错变量和棱角度超过相应制造标准的部位、使用中出现焊接接头泄漏的部位及其两端延长部位。因灭菌器在制造过程中通常已经进行埋藏缺陷检测，且在使用过程中往往为介质和应力联合作用下产生的表面缺陷为主，并且对在用的灭菌器采用射线检测难度较大，因此在实际检验过程中较少进行埋藏缺陷的检测。

2.6 安全附件检验

安全阀、压力表及测温仪表是否在校验有效期内，安全阀整定压力、泄放量是否满足设计要求，排放出口是否会对人员造成安全隐患；压力表及测温仪表量程是否符合规程要求；液位计安装位置是否正确，外观是否合格等。

快开门盖结构与标准螺栓法兰连接结构相比较，能很快地进出压力容器内部，由于它使用广泛、结构多样、型式不同、开关频繁，使用中一旦操作不当，即快开门盖未完全关闭就升压或容器中的压力没有完全释放就开启门盖，极易造成操作者的伤亡事故[7]。因而要确保快开门安全联锁功能符合TSG R0004-2009的要求。

2.7 其他检测方法

当材料不明时可打光谱来验证材料是否满足使用要求；当发现设备裂纹进行返修时，可先对设备进行金相检查，确定设备产生裂纹的原因及整体的腐蚀情况，确定返修整改方案及是否具有返修价值；当对设备强度有疑问时，可进行耐压强度校核，也可以进行耐压试验来验证设备的承载能力，也可采用红外热成像检测、声发射检测等先进的检验检测技术，在设备缺陷发展的前期进行诊断。

3 结束语

脉动真空灭菌器作为一种使用广泛的特种设备，在定期检验过程中需要检验人员懂设备的结构、原理、失效模式和常用的检验检测技术，不断地积累经验方能做好检验工作，确保脉动真空灭菌器安全平稳运行。

[1] 岳彩锐.脉动真空灭菌器的力学性能及优化设计研究[D].北京：北京工业大学，2009.

[2] 高红利，洪锡纲.非圆形截面容器的特点及其应力计算[J].暨南大学学报，2003,24(1)：87～89.

[3] 蔡昌全，程军明，郭靖，等.交变载荷对脉动真空灭菌器内腔开裂影响的研究[J].化工装备技术，2012,33(1)：34～36.

[4] TSG R7001-2013，压力容器定期检验规则[S] .北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2013.

[5] 韦界波.带外保温层不锈钢容器检验的分析与探讨[J].化工机械，2011,38(6):777～778.

[6] 陈国栋，张海涛，赵东辉，等.0Cr18Ni10Mo2Ti不锈钢制乙醛精馏塔表面应力腐蚀裂纹产生原因分析[J].化工机械，2010,37(5)：644～646.

[7] 罗凡，闵瑞和，王恒林，等.快开门式压力容器安全联锁功能检测设备的研发和应用[J].化工自动化及仪表，2010,37(12)：99～103.

广州市质量技术监督局科技项目(2014KJ21)。

惠志全(1987-)，工程师，从事特种承压设备检验检测及失效分析工作，hzqlly@foxmail.com。

TQ053.2

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0254-6094(2017)03-0361-03

2016-07-16，

2016-09-05)