引言

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐通常分為高壓、常壓、低壓等儲(chǔ)氣罐類(lèi)別，被安裝于空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣管網(wǎng)的設(shè)備之間，廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)、煤礦開(kāi)采、醫(yī)藥包裝等領(lǐng)域，去除壓縮空氣中的雜質(zhì)、起到凈化作用，以及維持壓縮空氣供氣量、需氣量之間的平衡?；诖耍槍?duì)空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的疲勞開(kāi)裂、爆炸事故情況，提出進(jìn)行罐體檢測(cè)、安全隱患預(yù)防的措施，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣罐安全使用的設(shè)備維護(hù)與管理。

　　1、空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐本體的選材與設(shè)計(jì)

　　1.1空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的選材

　　空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐為重要的壓力容器之一，其外部殼體常用的鋼材料，包括16MnR低合金鋼、16MnDR低溫容器鋼板、Q235-B碳素結(jié)構(gòu)鋼等材料類(lèi)別。這些鋼材料在空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐制造中的使用，主要依照GB 150-2011《鋼制壓力容器》的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行多種鋼材料使用狀態(tài)、溫度范圍的設(shè)置，如：16MnR低合金鋼的使用狀態(tài)為熱軋、正火，鋼板使用的溫度范圍設(shè)定在-20～+470℃；16MnDR低溫容器鋼板的使用狀態(tài)為正火，鋼板使用的溫度范圍設(shè)定在-40～+350℃；Q235-B碳素結(jié)構(gòu)鋼的使用狀態(tài)為熱軋，鋼板使用的溫度范圍設(shè)定在0～350℃。

　　1.2空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)

　　空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐作為特種壓力容器設(shè)備，而這一空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)與管理工作，也會(huì)參照儲(chǔ)氣罐本身使用的操作壓力，對(duì)儲(chǔ)氣罐殼體的材料強(qiáng)度、材料厚度、使用溫度范圍等進(jìn)行設(shè)置。如中小企業(yè)化工生產(chǎn)廠家的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)，儲(chǔ)氣罐本體的材質(zhì)為Q235-B碳素結(jié)構(gòu)鋼，內(nèi)部直徑為1300mm、罐壁厚為6mm以上，內(nèi)部承受設(shè)計(jì)壓力為1.15MPa。依照GB 150-2011《鋼制壓力容器》的要求，對(duì)以上儲(chǔ)氣罐本體的材質(zhì)、直徑、壁厚等的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)該儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)的壁厚、強(qiáng)度校核不符合3級(jí)安全級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)要求，存在重大的安全使用隱患，應(yīng)作出罐體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形制、使用溫度等的改進(jìn)設(shè)計(jì)，以符合1.15MPa壓力的安全運(yùn)行要求，延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的使用壽命。

　　2、金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)、金相檢測(cè)技術(shù)

　　2.1金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)

　　金屬磁記憶檢測(cè)是以地磁場(chǎng)作為發(fā)射源的檢測(cè)技術(shù)，主要根據(jù)鐵性工件、磁性工件的外應(yīng)力受力情況，進(jìn)行空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐的應(yīng)力受力、裂縫集中區(qū)域檢測(cè)，得出儲(chǔ)氣罐的罐體裂縫、應(yīng)力和變形隱患發(fā)展?fàn)顩r。因而使用金屬應(yīng)力集中檢測(cè)儀，包括ZSG、TSC等的智能金屬磁記憶檢測(cè)儀，可檢測(cè)不同鐵磁性工件所受的地球磁場(chǎng)作用力、外部應(yīng)力作用力，以及儲(chǔ)氣罐材料表面形成的漏磁場(chǎng)應(yīng)力。相較于傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透性檢測(cè)、渦流檢測(cè)等方案而言，金屬磁記憶檢測(cè)可對(duì)空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐制作完成初期存在的應(yīng)力集中情況、裂縫狀況進(jìn)行測(cè)試，得到的測(cè)量精度也更加準(zhǔn)確。如某鍋爐廠家使用TSC-2M-8金屬磁記憶檢測(cè)儀，對(duì)其內(nèi)部購(gòu)置的多臺(tái)空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)空氣儲(chǔ)罐的裂紋、裂縫、外壁焊縫區(qū)域進(jìn)行局部裂縫長(zhǎng)寬、磁場(chǎng)強(qiáng)度HP的磁記憶檢測(cè)，將監(jiān)測(cè)儀器的探頭移動(dòng)至空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐的支撐腿邊緣處，經(jīng)過(guò)多次的數(shù)據(jù)復(fù)驗(yàn)后，可確定空氣儲(chǔ)罐裂紋、裂縫、焊縫區(qū)域的應(yīng)力狀況。

　　2.2金相檢測(cè)技術(shù)

　　金相檢測(cè)技術(shù)也被稱(chēng)為金相檢驗(yàn)，主要使用金相顯微鏡對(duì)低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、熱軋普碳鋼等鋼材制作的儲(chǔ)氣罐，展開(kāi)相關(guān)合金成分、組織和性能放大觀察檢驗(yàn)。首先對(duì)空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的裂紋位置區(qū)域，使用機(jī)械設(shè)備打磨拋光、使用4%硝酸酒精溶液侵蝕，使合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)得以顯現(xiàn)。之后利用金相顯微鏡設(shè)備放大2倍、多倍觀察裂紋的缺陷，發(fā)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的裂紋為珠光體、鐵素體相結(jié)合的組織結(jié)構(gòu)，裂紋的缺陷形貌為穿晶型。

　　3、空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的裂紋開(kāi)裂、安全使用問(wèn)題分析

　　3.1空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的裂紋開(kāi)裂問(wèn)題

　　根據(jù)GB 150-2011《鋼制壓力容器》的標(biāo)準(zhǔn)要求，某一化工廠家于2015年投入資金，購(gòu)置了一批空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐共計(jì)4臺(tái)。該批空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐本體的材質(zhì)為Q345R容器鋼板，內(nèi)部直徑為900mm、罐壁厚為16mm以上，內(nèi)部承受設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa、使用壓力為1.8MPa，腐蝕裕度為3.0mm，設(shè)計(jì)使用壽命為15年，存儲(chǔ)的氣體類(lèi)型為空氣、N2和CO2。在2018年1月，對(duì)該批空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行初次定檢，從外部進(jìn)行罐體裂紋、裂縫、應(yīng)力集中情況的檢驗(yàn)，得到的最終定檢報(bào)告符合3級(jí)安全級(jí)別的要求。2021年1月，對(duì)該批次的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行二次定檢，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)氣罐支撐腿邊緣的下封頭開(kāi)裂，裂紋面長(zhǎng)度約為100mm、寬度為1～10mm不等，裂紋沿儲(chǔ)氣罐呈橫向走向，對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行先打磨、再補(bǔ)焊處理后，復(fù)檢結(jié)果合格。2021年6月，地方政府安全督查巡視小組對(duì)化工廠內(nèi)的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行再次檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在二次定檢的同一位置又出現(xiàn)了裂紋開(kāi)裂的問(wèn)題，裂紋面長(zhǎng)度約為90mm，中間裂紋寬度較寬、兩頭寬度較窄，大多為1～10mm不等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后責(zé)令廠家暫停使用該設(shè)備，同時(shí)要求其及時(shí)查明原因、修補(bǔ)裂縫。

　　3.2空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的安全使用問(wèn)題

　　對(duì)于空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的安全使用，通常指派持有特種設(shè)備作業(yè)證的人員，包括操作人員、安全管理人員，進(jìn)行儲(chǔ)氣罐壓力容器的使用、維護(hù)管理。但現(xiàn)階段空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的使用通常會(huì)遇到以下幾方面的安全問(wèn)題：

　　(1)空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐所處區(qū)域的環(huán)境溫度，高于其本身的工作溫度，如儲(chǔ)氣罐安裝于室外，且未作出恒溫處理，則不能保證儲(chǔ)氣罐在安全的溫度之內(nèi)進(jìn)行正常工作。

　　(2)操作人員未對(duì)儲(chǔ)氣罐的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，使其內(nèi)部的使用溫度、壓力超出既定的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力。

　　(3)空氣壓縮機(jī)的最大體積流量超出與之相連接的儲(chǔ)氣罐的安全閥泄放流量，且操作人員、安全管理人員未在中間加裝壓力釋放裝置。

　　(4)空氣壓縮機(jī)未根據(jù)GB/T 13277-91《一般用壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)》的要求，進(jìn)行油潤(rùn)滑、除油及除水等的處理，使得進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣質(zhì)量較差。

　　(5)空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐之間的安裝距離過(guò)近(小于2m)，且采用硬管連接時(shí)沒(méi)有設(shè)置彎管作為緩沖，使得儲(chǔ)氣罐在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下，出現(xiàn)進(jìn)氣管、下部支座等部位的裂紋裂縫問(wèn)題。

　　(6)空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣溫度一旦超過(guò)罐體設(shè)定的設(shè)計(jì)溫度，則將導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)的積碳問(wèn)題。特別針對(duì)使用往復(fù)活塞壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等的配套裝置情況，若沒(méi)有在二者之間安裝油分離器、水冷冷卻器，那么在儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣溫度很難得到控制，產(chǎn)生的積碳問(wèn)題也不能及時(shí)得到控制與去除。

　　4、空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的安全使用管理規(guī)范、安全隱患預(yù)防措施研究

　　4.1空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐裂紋裂縫的原因探討

　　在不同廠區(qū)中使用的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐，通常用于存儲(chǔ)空氣、N2和CO2等氣體類(lèi)型，因而對(duì)于儲(chǔ)氣罐采購(gòu)的材質(zhì)、設(shè)計(jì)要求的控制一般較低，這也是儲(chǔ)氣罐裂紋、裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。其中，中小企業(yè)采購(gòu)的特種儲(chǔ)氣罐設(shè)備，一般設(shè)計(jì)壓力范圍為1.0～3.0MPa，可能在使用過(guò)程中由于壓力過(guò)大，而發(fā)生儲(chǔ)氣罐破裂、爆炸等安全隱患問(wèn)題。如以上化工廠家購(gòu)置的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，儲(chǔ)氣罐罐體的支撐腿、邊緣下封頭母材等部位出現(xiàn)裂紋，經(jīng)過(guò)金屬磁記憶檢測(cè)、金相檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，裂紋部位為珠光體、鐵素體相結(jié)合的組織結(jié)構(gòu)，且存在應(yīng)力高度集中的情況。在現(xiàn)場(chǎng)巡視小組完成巡視后，安全管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步檢查，了解到該儲(chǔ)氣罐上連接有2臺(tái)空氣壓縮機(jī)，其中1臺(tái)空氣壓縮機(jī)通過(guò)使用排氣管與儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣管路法蘭形成連接，另1臺(tái)空氣壓縮機(jī)則直接與儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣管路法蘭形成連接，進(jìn)氣管路的連接長(zhǎng)度為500mm，連接部位呈90°直角。由于在第二周期內(nèi)，進(jìn)行空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的二次定檢后，對(duì)裂紋缺陷作出先打磨、再補(bǔ)焊的修復(fù)操作，復(fù)檢結(jié)果合格，但繼續(xù)投入半年使用后，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)氣罐又出現(xiàn)裂紋、裂縫的問(wèn)題，這表明補(bǔ)焊的焊接工藝、焊接程序符合要求，造成裂紋失效可能存在其他的原因。

　　經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐之間的連接檢查后得出：2臺(tái)空氣壓縮機(jī)的水平排氣管，在氣體流動(dòng)過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)氣罐形成側(cè)向推動(dòng)力，引起儲(chǔ)氣罐左右方向的振動(dòng)，導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐罐體的支撐腿、邊緣下封頭母材由于巨大的應(yīng)力作用產(chǎn)生振動(dòng)疲勞，長(zhǎng)此以往出現(xiàn)開(kāi)裂裂紋、腐蝕的問(wèn)題，因此合理調(diào)整管路結(jié)構(gòu)、消除管線振動(dòng)，才能避免開(kāi)裂。

　　4.2空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐安全使用的管理規(guī)范

　　為保證空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的安全使用，不同企業(yè)單位需構(gòu)建起嚴(yán)格的、完善的安全使用管理制度，并聘請(qǐng)持有特種設(shè)備作業(yè)證的人員，包括操作人員、安全管理人員，進(jìn)行儲(chǔ)氣罐壓力容器的使用、維護(hù)管理。通常需要建立以下幾方面的儲(chǔ)氣罐安全使用工作規(guī)范：

　　(1)持證上崗的安全操作人員，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)章制度的規(guī)定，進(jìn)行儲(chǔ)氣罐運(yùn)行前的設(shè)備檢查、啟動(dòng)管理、日常維護(hù)保養(yǎng)，準(zhǔn)確填寫(xiě)巡檢時(shí)儲(chǔ)氣罐設(shè)備的運(yùn)行記錄。

　　(2)明確制定空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的操作規(guī)范，包括使用準(zhǔn)備、設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行看管、工作暫停等階段的操作執(zhí)行要領(lǐng)，對(duì)儲(chǔ)氣罐的溫控器、壓力表和安全閥等安全附件作出定期的檢驗(yàn)和校驗(yàn)操作。

　　(3)嚴(yán)禁對(duì)購(gòu)置的空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐作改裝操作，在空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐之間的連接過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備的設(shè)計(jì)與安裝要求，設(shè)置合適的排氣管、壓氣管、球閥或逆止閥，應(yīng)盡量減少使用異徑管，避免管道彎曲連接，以降低管線由于巨大應(yīng)力而產(chǎn)生的儲(chǔ)氣罐振動(dòng)疲勞、裂紋裂縫現(xiàn)象。對(duì)于已產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的管道，需要判斷引起振動(dòng)的原因，并在空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐連接處，增加緩沖器、適當(dāng)加大緩沖器容積，改變空壓機(jī)排氣管、儲(chǔ)氣罐的拐彎管線連接，減少由于氣流脈動(dòng)壓力帶來(lái)的管道強(qiáng)烈振動(dòng)問(wèn)題。

　　4.3空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐超壓、積碳等安全隱患的預(yù)防措施

　　空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐在開(kāi)始工作前，需要在通向儲(chǔ)氣罐的進(jìn)口管道處安裝設(shè)置壓力表、減壓閥、安全閥等調(diào)節(jié)器。首先，依據(jù)TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》、TSG R0003-2016《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求，在儲(chǔ)氣罐的進(jìn)口管道上，裝設(shè)壓力表、減壓閥、安全閥或爆破片等安全組件，壓力表、安全閥應(yīng)安裝于減壓閥的低壓側(cè)，對(duì)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體額定壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。一旦安全閥、壓力調(diào)節(jié)器等裝置出現(xiàn)故障，則不能及時(shí)有效限制儲(chǔ)氣罐是進(jìn)口管道氣壓力，因此，安全操作人員必須對(duì)壓力表、壓力調(diào)節(jié)器、安全閥等裝置，作出準(zhǔn)確的調(diào)試、定期的校驗(yàn)，以保證其操作的靈活可靠性。其次，在儲(chǔ)氣罐積碳的安全隱患預(yù)防方面，要合理選用氣缸潤(rùn)滑油、油分離器、水冷冷卻器等裝置，進(jìn)行儲(chǔ)氣罐的排氣溫度控制、積碳結(jié)垢處理，及時(shí)對(duì)空氣壓縮機(jī)曲軸箱的漏入機(jī)油、冷卻器管壁的積垢作出清除，加強(qiáng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣閥、管路的檢修，并在運(yùn)行溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)切斷電源，才能有效防止與避免儲(chǔ)氣罐的積碳問(wèn)題。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　由于儲(chǔ)氣罐本身材質(zhì)、特殊結(jié)構(gòu)等的特殊性，在具體使用過(guò)程中，其本身很容易發(fā)生疲勞開(kāi)裂、爆炸事故的問(wèn)題。因此，在空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全使用過(guò)程中，通常依據(jù)GB 150-1998《鋼制壓力容器》、TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和TSG R0003-2016《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行壓力儲(chǔ)氣罐的本體設(shè)計(jì)、制造與安裝、安全使用、檢驗(yàn)與維護(hù)，對(duì)存在的應(yīng)力集中、裂縫、爆炸等的狀況做測(cè)試管理，以保證空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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　　作者簡(jiǎn)介

　　劉志朋（1983-），男，漢族，山東煙臺(tái)人，本科，研究方向：設(shè)備安全管理。