压力容器设计阶段风险评估探讨

压力容器设计阶段风险评估探讨

张晓均

南京麦驰钛业有限公司

摘要：在压力容器设计阶段，根据GB/T 30579-2022《承压设备损伤模式识别》全面考虑压力容器可能的损伤模式，分析可能存在的风险，围绕这些危险及如何有效降低风险发生率等内容展开详细评估，并采取对应策略，提前有效的预防化解风险，确保压力容器在满足工艺要求及经济性的同时保证设计安全。

关键词：压力容器设计；损伤模式；风险评估；风险控制

前言：压力容器设计阶段进行风险评估是压力容器业内提出的基于损伤模式设计理念的产物。该较为先进的理念由欧盟承压指令（简称PED）最早提出并开始实施，把危险性分析作为压力容器设计的基础，要求设计者考虑容器设计及安全附件设计安全风险，考虑压力容器在全寿命周期中的危险识别，风险评估和风险控制来完成风险管理工作，并提出了一些基础安全要求，进一步确保压力容器的安全性。

经过不断的发展，我国压力容器相关法规标准已经接近欧盟的法规标准，因此为提高压力容器设计的可靠性，TSG 21-2016《固定式压力容器安全监察规程》3.1.6条中规定：第Ⅲ类压力容器或者用户要求的其他压力容器，设计单位应当出具包括主要损伤模式和风险控制等内容的风险评估报告。GB/T 150.1-2011中第4.3.1条规定：容器设计单位(设计人员)应严格依据用户或设计委托方所提供的容器设计条件进行容器设计,应考虑容器在使用中可能出现的所有损伤模式,提出防止失效的措施[5]。

近年来，压力容器不断往前发展，产品向大型化、高参数方向发展，压力容器所使用的环境愈发复杂，日常维护和检验难度加大，发生事故的风险性也在提高。因此，压力容器设计阶段进行风险评估至关重要，对于压力容器行业的可持续发展有着积极的社会意义。

1压力容器的危险和风险分析

风险是存在一定发生几率的危险的体现，危险源是引发危险的始作俑者，危险源表现出的危险性具有非显性的特点，其所处的理化状态及约束条件状态同样是其特征，同时其也要在一定触发因素下才具有发生的可能。有危险发生的可能性才会发生风险，危险源无处不在，会时刻引发危险，并且来自事件出现的概率以及严重程度。危险无处不在，进而导致风险的发生。压力容器运行的特征是可表述的，其危险性来源于具有一定丧失规定功能的可能，这种可能主要发生在本体受压元件、安全附件等部位。结构的强度、刚度稳定性、耐蚀稳定性等引发和组成风险因素的失效都存在激发风险事件产生的概率。风险是由危险源暴露及其引发的后果等主要因素构成，在对压力容器风险值展开解析与调控的过程中，危险源的分类、引发风险的概率都需要从总体上进行把控，并采取与之对应的应对策略。这是有效掌控压力容器风险的根本内容，压力容器出现腐蚀减薄会造成压力容器局部破坏甚至变形，造成破坏或损失，施加给人员设备设施等等。

2压力容器存在的风险特征解读

压力容器运行过程中，任何可能引发危险的自身或环境因素都是其危险特性的来源。危险的程度又取决于容器蕴含的能量。换言之也就是作为危险源的潜在危险因素。化学物质很容易腐蚀金属以及非金属材料，压力容器发生爆炸也会引发人员伤亡，环境污染等事件，这种危险源有着广泛的种类分布，具有高度的危险性和人体致害性，往往会引发惨烈的生产事故，这类事故由危险转化而来，必须在一定的条件下才能够形成，压力容器失效会直接导致风险的发生。失效的原因在于压力超过极限，因而无法正常工作。压力容器失效会产生危害：释放毒物，燃烧和爆炸，泄漏窒息。

2.1释放毒物

压力容器失效后会释放毒物，其产生风险程度与较多的因素有关。比如，作业人员是否存在于毒性介质接触的几率，接触发生时所经历过程的时长，以及毒性介质是否具有较强的毒性等。压力容器本体断裂，很容易造成意外泄漏安全事件，甚至还会造成通风设施失效，进而会造成工作人员受到毒物影响引发中毒。压力容器内如果存在氯气，那么工作人员待超过一定浓度之后，会引起急性中毒，甚至会伤及工作人员的生命。对于氯乙烯介质，如果工作人员长期接触，其健康也会受到威胁。设计压力容器要对介质的毒性、工作人员接触的时间密切关注，要充分考虑急性中毒指标、慢性中毒指标，进而有针对性的做出判断。

2.2燃烧和爆炸

压力容器出现失效可能会引发燃烧或爆炸。比如常见的温度计失灵会使容器内温度过高，进而介质超过其燃点而引发燃烧。另外，故障出现在压力表上也会使压力骤增，导致安全附件动作泄漏介质。压力容器本身强度不足受到腐蚀磨损，也会造成其强度降低，都容易引发压力容器发生燃烧或爆炸。

2.3泄漏窒息

存贮与压力容器中的物质泄漏后在常压下转化为气体，压缩了空气中的氧气含量，作业人员吸入后存在较高几率出现窒息。如果压力容器中的易爆介质出现泄露，第一会引起火灾接着会发生爆炸，更为重要的是会造成现场工作人员因环境缺氧窒息死亡。风险特征并不是孤立产生的，与压力容器本身情况及现场环境有关，容器内部的介质特征是其产生的根源。所以，要在对压力容器开展图样设计的初始阶段考虑好不同种类风险出现的几率，在设计阶段对压力容器进行风险评估非常有必要。

3压力容器损伤模式和风险评估

3.1压力容器损伤模式

GB/T 30579-2022《承压设备损伤模式识别》标准列出了需要考虑的承压设备损伤模式和失效机理分为五大类：共92种：见表1压力容器损伤模式和失效机理分类。

3.2风险评估报告内容及存在的问题

按照GB/T150.1-2011附录F.3,风险评估报告内容共有8条要求，按其步骤即可逐步进行风险评估报告。一般设计人员分为制造厂和设计院两个部分，因各自所处环境略有不同：制造厂设计人员针对压力容器进行设计阶段的风险识别，主要依据客户提供的设计数据表结合承压设备损伤模式和失效机理来进行识别的。然后因对设备所处的工艺不是很清楚，并不能很准确或全面的分析出存在的风险，导致所做的风险评估存在一定局限性。而设计院的设计人员则刚好相反，对整体工艺比较清楚，但对制造环节的相关事宜没有深入的了解，也会相应的存在另一方面的片面性，这也是导致风险评估各不相同。还有就是风险评估对于目前设计人员来说还没有那么的得心应手，存在一定的难度，这是目前的一个现状。

4风险评估后的处置措施

风险评估后针对性措施有：选择合适的耐腐蚀材料，合适的设计结构及安全附件，提出相应的全焊透焊接结构及无损检测要求，制造人员持证上岗，制定合适的作业及检验计划，严格控制压力容器各项制作要求，客户使用阶段制定严格的现场管理制度和事故预防预案，指定应急预案并进行演练，操作人员需经过培训并持证上岗，检维修及改造必须选择有资质的单位进行等。

结束语：压力容器在设计阶段有效开展风险评估工作，能有效的提高压力容器设计质量，减少一些不必要的失误，同时也能避免因过高设计要求造成不必要的浪费。另外，在设计阶段开展风险评估可以更全面地解析压力容器可能存在的不同种类的风险，并破除使损伤模式产生的诱因，进而对其展开有效分析，针对性采取措施控制预防风险，将安全隐患消除在萌芽状态。

参考文献:

[1] 龙天宇. 压力容器设计阶段风险评估探讨[J]. 石化技术, 2022, 29(7):3.

[2] 徐科，张锦. 基于失效模式设计与风险评估现状探讨[J].化工设备与管道.2015.

[3] GB/T 30579-2022《承压设备损伤模式识别》[S].

[4] TSG 21-2016《固定式压力容器安全监察规程》[S].

[5] GB 150.1~150.4-2011《压力容器》[S].