第七章 腐蚀控制

Vol.7.3 压力容器寿命与腐蚀裕量

7.3.1 压力容器寿命

01 压力容器的使用年限

压力容器设计使用年限（寿命）系指容器预期达到的使用年限，但压力容器的设计使用年限问题以往一直是我国的设计单位和设计者尽量避免涉及和回避的问题，其主要表原因是受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，设计者对压力容器的设计使用寿命大都不愿或难以给出准确的预报值，从而导致压力容器超期服役现象的存在，处理不好客观上会造成重大的安全隐患。但由于以下的原因，压力容器的设计使用年限事实上是设计者所不能回避的：

①材料力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性；

②腐蚀裕量中的设计寿命因素；GB/T 150.1-2011[1]第4.3.6.2条明确给出了设计者应考虑容器设计寿命的条款：“对有均匀腐蚀或磨蚀的元件，应根据预期的容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量”，也就是说腐蚀裕量等于年腐蚀速率乘以容器设计使用年限。在腐蚀速率中不仅包括介质对材料的腐蚀，也包括介质流动时对容器材料的冲蚀和磨蚀[2]。

③载荷如周期性载荷等的时间性；

④违规操作或恶劣环境等非正常因素。

对于使用单位，TSG 21[3] 第7.1.7条规定达到设计使用年限的压力容器(未规定设计使用年限，但是使用超过20年的压力容器视为达到设计使用年限)，如果要继续使用，使用单位应当委托有检验资质的特种设备检验机构参照定期检验的有关规定对其进行检验，必要时按照本规程8.9的要求进行安全评估(合于使用评价)，经过使用单位主要负责人批准后，办理使用登记证书变更，方可继续使用。

事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素。因此，正确的设计途径应是：设计者在确定容器设计使用寿命的基础上，充分地考虑以上4个因素的影响，合理地选择材料、确定腐蚀裕度、提出制造、检验和操作要求等。

GB/T 150中，由设计者确定的容器设计使用寿命是设计时确定腐蚀裕量的一个重要前提。TSG 21[3] 第3.1.3条设计条件中规定：压力容器的设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件，设计条件至少包含以下内容: (4)预期使用年限。也明确了设计单位在确定压力容器设计使用寿命上的责任。预期使用年限是设计委托方提出的希望，设计者应当与委托方进行协商，根据压力容器的预期使用工况、选材、安全性和经济合理性确定压力容器的设计使用年限（即设计寿命）。

应该指出，压力容器的设计使用年限不一定等于实际使用年限，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，实际使用条件与预期使用条件的偏离和设计者对材料和生产工艺的了解会造成二者之间的差别。在设计图样上标注设计使用年限，其作用是提醒容器的最终使用者，当超过压力容器的设计使用年限时应采取必要的措施（如：风险评估、经常测量厚度和缩短检验周期等）。

压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了设计者的经验和水平。无论是按国际压力容器设计的惯例，还是为了提高设计的水平和权威性，都应在图纸上标注压力容器的设计使用寿命，这样做才能真正体现对用户和对设备安全高度负责的精神。没有使用寿命是不合理的，如果不写使用寿命，则终身负责。

在预定的腐蚀裕量情况下容器预期达到的使用寿命，是设计者按照当年的设计条件（当年的腐蚀速率和预期寿命来确定的腐蚀裕量）设计、当年制造、当年安装投入运行的情况下确定的设计使用年限。它包含了容器的库存时间和实际使用时间两部分，而不是单一的容器实际使用年限，因为容器在存放期内也存在着当地环境对容器内外壁的腐蚀，运输、人为损坏等因素，直接影响着容器实际使用寿命的缩短。压力容器的使用者还应按TSG 21[3]对容器进行定期检验、定级，特别是当操作条件发生变化时，应根据实测壁厚数据，重新估算腐蚀裕量，确定新的使用寿命。

02 压力容器设计使用年限的确定

设备是被动的，工艺是主动的，一般10年工艺技术会发展一次较大规模的改善。所以一般规定：反应器和塔器使用寿命为15年，其它设备为8年。到了使用寿命后能否再用，应该进行全面的检查、定级，相当于重新设计。

按SH/T 3074[4] 6.5规定：

6.5 设计使用年限

6.5.1 容器的设计使用年限系指在预定的腐蚀裕量下，容器预期达到的使用年限，需在图样中注明。但容器的使用者应按TSG 21《固定式压力容器安全技术监察规程》对容器进行定期检验、定级，特别是当操作条件发生变化时，应根据定期测厚数据，重新估算腐蚀裕量，确定新的使用年限。

6.5.2对有腐 蚀或磨损的元件，应根据预期的容器设计使用年限与介质对金属材料的腐蚀速率的乘积确定腐蚀裕量。

6.5.3 除疲劳容器、操作温度超过材料的高温持久强度或蠕变极限控制材料许用应力的容器外，当腐蚀速率小于或等于0.2mm/a时，容器的设计使用年限可按以下规定确定:

蚀速率小于或等于0.2mm/a时，容器的设计使用年限可按以下规定确定：

 (A)Cr-Mo钢或高合金钢的厚壁(名义厚度≥50毫米)加氢反应器外壳，不少于30年：

 (B)其他材料的反应器，干燥器、重要的塔器及直径大于4M的塔器、高压换热器壳体、球罐及其高压厚壁容器以及上述容器中难以更换的重要内件，不少于20年;

 (C)其他塔器、容器、换热器壳体及管箱，不少于15年。

参考文献

[1] GB150.1-2011. 压力容器 第1部分:通用要求[S]

[2] 王 石.压力容器设计中有关问题的探讨[J].华东科技(学术版),2013,29(3):403

[3] TSG 21-2016.固定式压力容器安全技术监察规程[S]

[4] SH/T 3074-2018.石油化工钢制压力容器[S]