第七章 腐蝕控制

Vol.7.3 壓力容器壽命與腐蝕裕量

7.3.1 壓力容器壽命

01 壓力容器的使用年限

壓力容器設計使用年限（壽命）系指容器預期達到的使用年限，但壓力容器的設計使用年限問題以往一直是我國的設計單位和設計者盡量避免涉及和回避的問題，其主要表原因是受技術條件、管理體制和人員觀念等因素的制約，設計者對壓力容器的設計使用壽命大都不愿或難以給出準確的預報值，從而導致壓力容器超期服役現象的存在，處理不好客觀上會造成重大的安全隱患。但由于以下的原因，壓力容器的設計使用年限事實上是設計者所不能回避的：

①材料力學性能如高溫蠕變和高溫斷裂對時間的依賴性；

②腐蝕裕量中的設計壽命因素；GB/T 150.1-2011[1]第4.3.6.2條明確給出了設計者應考慮容器設計壽命的條款：“對有均勻腐蝕或磨蝕的元件，應根據預期的容器設計使用年限和介質對金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量”，也就是說腐蝕裕量等于年腐蝕速率乘以容器設計使用年限。在腐蝕速率中不僅包括介質對材料的腐蝕，也包括介質流動時對容器材料的沖蝕和磨蝕[2]。

③載荷如周期性載荷等的時間性；

④違規操作或惡劣環境等非正常因素。

對于使用單位，TSG 21[3] 第7.1.7條規定達到設計使用年限的壓力容器(未規定設計使用年限，但是使用超過20年的壓力容器視為達到設計使用年限)，如果要繼續使用，使用單位應當委托有檢驗資質的特種設備檢驗機構參照定期檢驗的有關規定對其進行檢驗，必要時按照本規程8.9的要求進行安全評估(合于使用評價)，經過使用單位主要負責人批準后，辦理使用登記證書變更，方可繼續使用。

事實上，壓力容器的設計使用壽命應該由設計者在圖樣上標注，設計者在設計時應考慮到影響容器使用壽命的因素。因此，正確的設計途徑應是：設計者在確定容器設計使用壽命的基礎上，充分地考慮以上4個因素的影響，合理地選擇材料、確定腐蝕裕度、提出制造、檢驗和操作要求等。

GB/T 150中，由設計者確定的容器設計使用壽命是設計時確定腐蝕裕量的一個重要前提。TSG 21[3] 第3.1.3條設計條件中規定：壓力容器的設計委托方應當以正式書面形式向設計單位提出壓力容器設計條件，設計條件至少包含以下內容: (4)預期使用年限。也明確了設計單位在確定壓力容器設計使用壽命上的責任。預期使用年限是設計委托方提出的希望，設計者應當與委托方進行協商，根據壓力容器的預期使用工況、選材、安全性和經濟合理性確定壓力容器的設計使用年限（即設計壽命）。

應該指出，壓力容器的設計使用年限不一定等于實際使用年限，它僅僅是設計者根據容器預期的使用條件而給出的估計，實際使用條件與預期使用條件的偏離和設計者對材料和生產工藝的了解會造成二者之間的差別。在設計圖樣上標注設計使用年限，其作用是提醒容器的最終使用者，當超過壓力容器的設計使用年限時應采取必要的措施（如：風險評估、經常測量厚度和縮短檢驗周期等）。

壓力容器的設計壽命是一個復雜的問題，涉及到材料選用、腐蝕基礎數據、結構設計等一系列設計因素，能否準確地預計，反映了設計者的經驗和水平。無論是按國際壓力容器設計的慣例，還是為了提高設計的水平和權威性，都應在圖紙上標注壓力容器的設計使用壽命，這樣做才能真正體現對用戶和對設備安全高度負責的精神。沒有使用壽命是不合理的，如果不寫使用壽命，則終身負責。

在預定的腐蝕裕量情況下容器預期達到的使用壽命，是設計者按照當年的設計條件（當年的腐蝕速率和預期壽命來確定的腐蝕裕量）設計、當年制造、當年安裝投入運行的情況下確定的設計使用年限。它包含了容器的庫存時間和實際使用時間兩部分，而不是單一的容器實際使用年限，因為容器在存放期內也存在著當地環境對容器內外壁的腐蝕，運輸、人為損壞等因素，直接影響著容器實際使用壽命的縮短。壓力容器的使用者還應按TSG 21[3]對容器進行定期檢驗、定級，特別是當操作條件發生變化時，應根據實測壁厚數據，重新估算腐蝕裕量，確定新的使用壽命。

02 壓力容器設計使用年限的確定

設備是被動的，工藝是主動的，一般10年工藝技術會發展一次較大規模的改善。所以一般規定：反應器和塔器使用壽命為15年，其它設備為8年。到了使用壽命后能否再用，應該進行全面的檢查、定級，相當于重新設計。

按SH/T 3074[4] 6.5規定：

6.5 設計使用年限

6.5.1 容器的設計使用年限系指在預定的腐蝕裕量下，容器預期達到的使用年限，需在圖樣中注明。但容器的使用者應按TSG 21《固定式壓力容器安全技術監察規程》對容器進行定期檢驗、定級，特別是當操作條件發生變化時，應根據定期測厚數據，重新估算腐蝕裕量，確定新的使用年限。

6.5.2對有腐 蝕或磨損的元件，應根據預期的容器設計使用年限與介質對金屬材料的腐蝕速率的乘積確定腐蝕裕量。

6.5.3 除疲勞容器、操作溫度超過材料的高溫持久強度或蠕變極限控制材料許用應力的容器外，當腐蝕速率小于或等于0.2mm/a時，容器的設計使用年限可按以下規定確定:

蝕速率小于或等于0.2mm/a時，容器的設計使用年限可按以下規定確定：

 (A)Cr-Mo鋼或高合金鋼的厚壁(名義厚度≥50毫米)加氫反應器外殼，不少于30年：

 (B)其他材料的反應器，干燥器、重要的塔器及直徑大于4M的塔器、高壓換熱器殼體、球罐及其高壓厚壁容器以及上述容器中難以更換的重要內件，不少于20年;

 (C)其他塔器、容器、換熱器殼體及管箱，不少于15年。

參考文獻

[1] GB150.1-2011. 壓力容器 第1部分:通用要求[S]

[2] 王 石.壓力容器設計中有關問題的探討[J].華東科技(學術版),2013,29(3):403

[3] TSG 21-2016.固定式壓力容器安全技術監察規程[S]

[4] SH/T 3074-2018.石油化工鋼制壓力容器[S]