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淺談氨制冷系統壓力容器及壓力管道檢查措施及檢查重點

來源:上海自動化儀表有限公司作者:邵玉龍,邢譚芳,李越發表時間:2023-09-12 09:53:11

摘要 :當今,隨著我國國民生活水平的不斷提高,冷鏈食品加工、儲存及運輸行業快速發展,對于制冷及儲冷的需求也快速提高 ;在制冷技術中,由于氨作為冷媒的制冷裝置,制冷效率高,運行成本低,制冷技術有近百年歷史,工藝成熟,相較于氟利昂制冷裝置,對大氣層無損害,更為環保。雖然現如今有R507 和 R404A 等更為環保的制冷劑,但是氨作為制冷劑在制冷行業中仍有較大基數。由于氨具有可燃性,易爆且有毒,冷庫專業技術人員稀缺,操作人員職業素質普遍不高,安全培訓工作仍待提高。氨制冷系統壓力容器及壓力管道大部分屬于特種設備,有較高的操作和檢查要求?;诖?,加強制冷操作人員的操作水平、檢驗巡查水平以及事故發生應急處置水平就變得極為重要。

 

1、氨制冷系統壓力容器的化學腐蝕

按照目前市場及工業生產中使用或涉及到的制冷系統運行現狀來看,時下大部分氨制冷系統都是以氨作為制冷劑且以水作為吸收劑的。一般來說,這樣的制冷系統鋼材不易受腐蝕影響,即使有,影響也很小,所以接觸制冷劑一側的容器及管壁表面也不容易受到腐蝕。假如在使用時間較長的情況下,主容器外部的金屬材料很容易出現電化學反應問題,如此便會引起腐蝕問題的出現。對于氨制冷系統而言,其壓力容器在相對濕度低于 70% 大氣條件下時,比較容易引發化學腐蝕問題。常態大氣條件環境下,在金屬氧化熱力學原理的基礎上,會氧化氨制冷系統壓力容器使用的金屬材料,但此類氧化對壓力容器腐蝕問題影響不會很大,其主要影響因素還是周圍環境。氨制冷系統壓力容器之所以會在大氣條件下產生電化腐蝕問題,究其原因在于,設備表面比較容易生成水膜,繼而生成腐蝕電磁場,而在相對濕度接近 100% 時,便會出現露水或者雨水天氣,受到天氣因素影響,不管是露水或是雨水只要滴落至金屬表面均會形成水膜,但如果在相對濕度低于 100% 時,根本達不到結露或結雨的條件,則在發生化學凝聚或毛細凝聚時就會形成水膜 [1]。

 

潮濕的環境或水也是導致氨制冷系統壓力容器出現電化學腐蝕問題的一大原因,鑒于受到設備各個部位溫度及其金屬材料中化學成分差異影響的緣故,在制作壓力容器時往往會很容易導致一定的各部位應力不均的問題出現,另外又因為一定程度上破壞了設備表層的保護膜的緣故,這樣就很容易使設備自身形成一個腐蝕電磁場。假如在氨制冷系統壓力容器和壓力管道表面出現了水膜,則一般會溶解掉定量的 CO2、SO2,繼而生成電解質溶液,且此時也會因為液膜表面積比較大而在達到溶解條件要求的情況下,使氧始終處于飽和狀態,在這種條件下就會與金屬表面相互作用,與此同時,由于金屬表面電化學處于不均狀態,容易生成各種腐蝕電磁場,最后造成電化學腐蝕。

 

2 、氨對鋼制壓力容器的應力腐蝕

日常人們呼吸的空氣當中富含 O2、CO2、N2,而此一系列因素容易加速罐壁被液氨腐蝕的速度。假如在氣相或者液相中,由 O2、N2、氨以及低合金鋼、碳鋼共同建構形成了一個應力腐蝕環境,會導致出現應力腐蝕現象,具體其腐蝕原理過程可以概括為 :液氨當中富含 O2,而鋼表面會將這些氧氣所吸附,從而生成氧化膜。介時材料會因受到拉力作用影響而發生應變,繼而破壞氧化膜,緊接著暴露出來的具備氧化膜的金屬表面或新表面便會生成一個微電磁場,以使加速溶解,介于無其他介質條件參與的情況下,O2 會附著在裸露的金屬表面,并且同時生成氧化膜,這樣就對應力腐蝕作用起到了一定的約束和限制作用。然而假如 N2 始終都存在于液體氨中,此時 N2 與 O2 都會相繼出現表面競爭的問題,此在某種程度上提高了鋼的應力腐蝕斷裂敏感性。在應力腐蝕條件作用下,前述所有條件均屬必備條件,CO2 會使加速反應,并且嚴重腐蝕碳鋼,最終導致壓力容器腐蝕裂紋現象出現。

 

3、氨液成分研究

通常來說,無水液氨不會對鋼產生太大的腐蝕,但液氨在通過壓縮機壓縮冷凝以后會生成一些冷凍油,這些冷凍油會附著于容器及管道內壁,此會對儲存液氨的容器造成一定程度的破壞。在充裝排料或檢驗時,容器及管路很容易被空氣所污染,而在液氨當中則會提升碳鋼以及低合金鋼的應力腐蝕敏感性。

 

影響抗應力腐蝕性能的因素可分為很多種,如溫度、力學性能、液氨純度、鋼的化學成分等。對于鋼制壓力容器來說,它的工作溫度和它所對應的應力腐蝕存在極為密切的關系,同時鋼含碳量及強硬度均和它的破裂敏感性之間存在一種正相關關系。所以必須要合理控制氨液中的水分、油和氧的含量,這樣更有助于降低應力腐蝕問題發生的幾率。

 

4、氨制冷壓力容器及壓力管道的檢查重點及措施

壓力容器及壓力管道作為氨在制冷系統中的主要輸送及儲存載體,直接與操作人員接觸,且有較高的運行壓力,應制定科學詳細的檢查計劃,明確檢查措施,重點應采取以下檢查措施 :

 

4.1 檢查制冷壓縮機、泵的進、出口部位

壓縮機是制冷系統內的主要壓力來源。目前制冷系統內采用的壓縮機主要有活塞式和螺桿式兩種制冷壓縮機型式。兩種型式壓縮機在運行時都存在轉速高、震動大的特點,如安裝設計不合理會導致密封不嚴,從而導致氨泄漏的危險。在壓縮機進、出口位置一般通過法蘭連接或焊接方式與管道相連。在壓力及溫度高的運行環境下,隨著振動,一般會產生管道焊接位置泄漏和法蘭連接間隙泄漏兩種方式。

 

管道焊接位置產生的泄漏的主要原因為制冷壓縮機與管道系統的施工多為現場作業,焊接施工時,人員、天氣等不可控因素較多,現場管理不善,焊縫內可能會產生氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等焊接缺陷,如果缺陷未能及時發現并消除,運行時則會導致力的集中,引起焊縫開裂,導致氨泄漏。法蘭連接間隙泄漏的原因主要有 :

(1)螺栓安裝施工時緊固力不統一,螺栓未完全安裝 ;長時間運行后,密封墊片老化松動,法蘭出現腐蝕變形 ;

(2)設計安裝不合理導致力的傳輸不均勻,震動過大,未設計減震措施,致使螺栓松動 ;

(3)壓縮機進氣口和排氣口在運行時會伴隨較大的溫差變化和壓力變化,螺栓長時間承受疲勞載荷,會造成螺栓體積變化導致嚴密性降低 ;

(4)由于氨對銅、鋅都具有腐蝕性,如果法蘭或密封墊片設計安裝時,材質選擇不當會造成腐蝕異常,導致泄漏。為消除事故隱患,及時發現泄漏位置,操作人員在日常檢查時,要對連接部位進行目視檢查,查看是否存在腐蝕異常 ;可以在壓縮口進、出口連接位置用漏氨測試試紙檢查是否有氨泄漏 ;由于氨易揮發,可通過氨泄漏檢測儀測定空氣中氨濃度,檢查氨是否泄漏;用放大鏡對焊接位置進行宏觀檢查,觀察是否有裂紋產生,也可以采用滲透檢測或磁粉檢測等無損檢測方式對焊縫進行檢測。

 

4.2 閥門及閥門連接位置

閥門是控制制冷劑流速、流量及制冷設備是否運行的關鍵裝置,在氨制冷系統中起關鍵作用 ;閥門出現泄漏主要有閥門內漏和閥門外漏兩種形式。閥門的內漏指的是閥門緊閉不嚴,閥門關閉后仍有部分氨氣或者氨液通過閥門在制冷系統中流動 ;閥門的外漏指的是氨氣或者氨液泄漏到閥門外部環境中。前者對制冷裝置運行有很大傷害,影響制冷效率,產生事故隱患 ;后者則直接影響操作環境和操作人員的安全。

 

閥門的泄漏主要有以下原因 :

(1)閥門制造存在原始缺陷,在閥門生產鑄造過程中閥門成型后存在沙眼、疏松等缺陷引起的;

(2)閥門的選型錯誤,閥門分為截止閥、調節閥、分配閥、止回閥等多種閥門型式,在安裝時應嚴格按照設計要求選擇閥門類型,嚴禁選擇含銅、鋅材料閥門,應選擇氨制冷

專用閥門 ;

(3)閥門前端和后端往往存在較大壓力差和溫度差,閥門閥體長時間運行會出現軸心松動,導致氣密性下降,從而引發泄漏 ;

(4)管道系統中的油污容易腐蝕法蘭間的橡膠墊圈,造成墊圈老化而導致氨氣泄漏。

 

為防止事故發生,施工單位應在閥門安裝前應嚴格按照施工規范對閥門進行強度試驗和氣密性試驗,排除存在缺陷的閥門 ;法蘭安裝時應選擇金屬墊片,避免橡膠墊圈老化造成泄漏 ;操作人員在日常檢查時,可通過對閥體表面及連接位置進行宏觀檢測及氨泄漏試紙檢測或氨氣檢測儀表檢測,檢查閥門是否存在外漏 ;可通過監控制冷系統的壓力、液位、溫度等數據的變化,來判斷閥門是否存在內漏,操作人員應及時記錄運行數據,出現數據異常及時上報管理人員。

 

4.3 支吊架易損部位及附近的管道組成件和焊接接頭

管道支吊架的主要作用是支承管道及附屬管件,并承載管道運行時所承受的應力,保持管道穩定,增加管道支承強度,減緩介質沖擊、壓縮機振動引起的管道振動,控制系統熱氨溶霜和高溫高壓氨氣運轉導致的管道熱位移的大小和方向,維持管道和連接裝置的安全運行。

 

支吊架失效會導致支撐部位承受額外附加應力,在應力集中部位出現斷裂等損傷。支吊架失效主要有以下原因 :

(1)設計計算考慮不足,支吊架位置及數量設計不當,造成局部應力集中 ;

(2)安裝時材質選擇不當,支吊架強度不夠,在極端情況下造成支吊架斷裂 ;

(3)未經安裝調試,應力沒有得到釋放,管道運行后支吊架缺少維護與檢查,長時間運行后造成支吊架損壞。操作人員在日常檢查時,應對管道系統支吊架進行結構檢查,若發現存在失效的支吊架應及時更換修復或調整,支吊架防腐層破損后應及時修復,并對附近的管道組成件連接位置和焊接接頭位置進行氨泄漏試紙檢測或氨氣檢測儀表檢測,檢查是否有氨泄漏。

 

5、氨制冷壓力容器及壓力管道的氨泄漏應急處理措施

氨系統本身較為復雜,管道與管道之間,管道與設備之間連接部位多,運行壓力大,多泄漏點的特點,容器和管道也多露天放置,易受外力損傷,氨泄漏事故時有發生 ;氨制冷企業應建立健全氨泄漏事故應急預案,定期進行事故處置演練 ;同時對氨制冷系統操作人員及安全管理人員提出更高要求,對氨泄漏造成的人員中毒,泄漏處置等措施都應熟悉掌握,定期進行人員培訓。

 

5.1 人員中毒處置

氨接觸人體主要通過呼吸吸入和皮膚接觸兩種途徑。氨本身具有刺激性,但現場人員長時間接觸后,會降低對氨的敏感度,對少量的氨泄漏無法察覺。輕度吸入會造成接觸者咽炎、氣管炎等呼吸疾病,急性吸入會對接觸者呼吸道造成灼傷,嚴重吸入會造成接觸者窒息。當皮膚接觸時,會造成接觸者疼痛感,接觸部位受到腐蝕,對皮膚深層組織造成破壞。當人體接觸氨時,應將接觸者移除氨泄漏區域,清除接觸的衣物,對接觸的皮膚用清水進行沖洗 ;對呼吸吸入患者應供給新鮮濕化空氣或者氧氣,對窒息人員進行心肺復蘇,盡快送醫。

 

5.2 泄漏處置

當發生少量氨泄漏時,應將可能會接觸到的人員進行撤離,劃定隔離區域,應急處置人員應佩戴呼吸器,在確定安全的前提下對泄漏部位進行封堵,加強通風,防止氨氣聚集。當發生大量泄漏時,要立即向企業安全管理人員和企業主要負責人報告,疏散區域內人員,立即向轄區內應急管理部門報告,撥打火警電話。消除附近火源,用霧化水抑制氨氣泄漏,應急處置人員穿戴全身防護服及呼吸設備,在確定安全的前提下對泄漏位置進行封堵。同時應檢查下水道等可能引起氨聚集的空間,對污染物進行隔離稀釋,防止發生二次傷害。

 

6 結語

綜上所述,氨制冷系統壓力容器及壓力管道檢查及事故發生應急處置對冷庫安全運行有著至關重要的作用,涉及到人民群眾的生命安全以及財產安全。因此要以科學、嚴謹的措施開展氨制冷系統壓力容器及壓力管道檢查工作,消除事故隱患 ;建立健全安全應急預案,定期進行安全事故處置演練,在事故發生時,減少不必要的損失。

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