多晶硅工厂压力容器利用风险评估法进行检验的特点

摘 要 多晶硅工厂由于工艺的特性，所属设备多为压力容器，此类设备按国家检验标准要求需要定期进行检验。近年来风险评估法被世界发达国家广泛应用在石油化工行业，由于该检验方法具有科学、效率高、成本低、准确性高的特点，国内一些多晶硅企业也开始采取应用。文章对该技术在某多晶硅工厂的检验特点进行了阐述，为多晶硅行业的压力容器定期检验提供了新方法的探讨和参考。

关键词 多晶硅；压力容器；检验；风险评估法

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0095-02

风险评估法又称基于风险的检验，该方法是通过对设备的失效基理分析和安全性的系统评估，来确定设备的运行可靠性。2008年颁布新版API 581-2008，扩充了物流数据库，部分调整了失效可能性、失效后果的评估方法，增添了新的设备模型以及损伤机理模型。20世纪90年代末期该项技术被部分国内高校与研究机构引入国内，并与2003年开始逐步推广至工程应用阶段，目前有少数多晶硅工厂进行了应用。某多晶硅工厂的压力容器即将面临压力容器的定期检验，为确保生产的正常进行和检验成本的下降，配合当地质量监督部门引进了江苏特检中心的RBI技术对全厂相关设备进行了检验。

1 风险评估法介绍

1.1 风险评估法的风险定义

在风险评估法中，风险定义为失效概率与失效后果的乘积。根据计算结果和生产可靠性分析来评估潜在的失效后果，失效概率则是将材料受载与抗载模型技术结合起来加以确定。这里的风险涵盖了人身安全、环境破坏、生产中断和设备维修费等几个方面。

1.2 风险评估法的常用检验方法

采用的检验方法通常是根据设备风险度较高的失效模式选择具有针对性的验证检验方法，有TOFD、磁记忆、超声导波、声发射等检测方法。

2 工厂压力容器面临定期检验情况

2.1 工厂概况

某多晶硅工厂是一座引进美国先进技术设计，采用西门子法生产工艺的年产3000吨多晶硅工厂，工厂于2010年11月建成投产，产品质量稳定在太阳能2级以上。目前厂内大多数压力容器如：球管，卧罐，换热器等，按国家《压力容器定期检验规则》要求即将开展定期检验工作。

2.2 定期检验带来的问题

1）安全隐患。容器存储物料如：三氯氢硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃烧、易爆，挥发性慢的特性，从而对常规检验要求的开罐检验造成不安全隐患。

2）对产品质量影响。开罐检验会对物料的洁净度产生影响，从而使多晶硅产品的纯度造成影响，最终使产品质量发生波动和下降。

3）检验施工难度大。对一些大型容器，常规检验需要在其内部进行焊缝破损检验，如球罐，卧罐类，这些检验需采取内部搭架子方式，不仅难度极大，而且检验人员易受到伤害。

4）检验周期较长。由于物料的挥发性极慢，采用氮气置换时间较长，并使检验期限周期较长，对工厂的开车时间造成不确定性。

5）检验间接成本高。因为常检验周期较长，期间工厂只能停车等待；且为保证物料的洁净度需大量用物料置换清洗，这些都会使企业的间接成本极剧增加。

3 风险评估法在多晶硅采用的特点

3.1 采取的方法

某多晶硅工厂采用声发射检验作为风险验证性检验方法，举例如下。

本次评估声发射的实验对象是罐区的2台300 m3球罐位号为90-TK122，90-TK123，本次进行声发射检测时拟采用26个通道进行，定位方式采用球形定位。其探头位置如图1所示。

经过仪器校准、衰减测量、背景噪声校准后，启动罐体加压程序进行声发射检测，根据我公司球罐的工作压力及声发射检测要求，制定加压程序如图2所示。

图1 球罐声发射探头布置示意图

图2 球罐声发射加压程序

加压介质采用氮气，试验进行两次加压循环，依据照球罐可达到的最高工作压力0.45 MPa，第一次加压循环的最高压力为0.5 MPa，第二次加压循环的最高压力为0.485 MPa。

3.2 受评压力容器存在的风险特点

1）盐酸腐蚀。由于本次评估的设备内部主要介质为三氯氢硅、四氯化硅以及销量的二氯二氢硅，三种氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（盐酸）会引起全面腐蚀和局部腐蚀，并在较宽浓度范围内对大多数常见材料具有很强的腐蚀性，盐酸的来源是氯硅烷的水解，水分在正常的生产工艺中不应存在，而最有可能来自在于停工检修过程中，罐内残留物料与空气中水分的反应所生成，或开车前的吹扫干燥不达标造成的水分残留，抑或是原料带入。

2）硅粉腐蚀。硅粉磨损是指硅粉与金属材料接触面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成金属表面材料损失的过程，主要发生在TCS合成工段含硅粉介质的设备、管道、阀门中。

3）保温层下腐蚀。碳钢和低合金钢遭受腐蚀时主要表现为保温层下局部减薄，表现形式主要是工业大气环境中的腐蚀性介质（二氧化硫、氯气、氯化氢、氮氧化物等）随雨水在保温层下积聚浓缩造成的酸性腐蚀；奥氏体不锈钢遭受腐蚀时可能发生保温层下金属表面应力腐蚀，因保温层破损部位渗水，随着水汽蒸发，雨水或是大气环境中的氯化物会凝聚下来，有些保温层本身含有的氯化物也可能溶解到渗水中，在残余应力作用下（如焊缝和冷弯部位），容易产生氯化物应力腐蚀开裂。

4）循环水腐蚀。循环水腐蚀指的是冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀。多晶硅装置共有介质为循环冷却水的碳钢换热器共27台，先后发现21台发生了换热管腐蚀穿透的情况。

4 结论

目前国内开始兴起的风险评估法代替常规定期检验，由于其拥有安全、经济、快速的特性，可以有效的解决多晶硅行业面临定期检验带来的困境。本文通过事例介绍在某多晶硅工厂的实际应用中，采用该方法科学合理的解决了常规检验存在的问题，进一步说明了该技术在多晶硅行业应用前景广泛，具有较高推广价值。

参考文献

[1]TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]TSGR7001-2013压力容器定期检验规则[S].

[3]GB 150-2011固定式压力容器[S].

作者简介

李涌（1970-），男，机械高级工程师，现供职于昆明冶研新材料股份有限公司，目前为昆明冶研多晶硅工厂厂长。endprint

摘 要 多晶硅工厂由于工艺的特性，所属设备多为压力容器，此类设备按国家检验标准要求需要定期进行检验。近年来风险评估法被世界发达国家广泛应用在石油化工行业，由于该检验方法具有科学、效率高、成本低、准确性高的特点，国内一些多晶硅企业也开始采取应用。文章对该技术在某多晶硅工厂的检验特点进行了阐述，为多晶硅行业的压力容器定期检验提供了新方法的探讨和参考。

关键词 多晶硅；压力容器；检验；风险评估法

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0095-02

风险评估法又称基于风险的检验，该方法是通过对设备的失效基理分析和安全性的系统评估，来确定设备的运行可靠性。2008年颁布新版API 581-2008，扩充了物流数据库，部分调整了失效可能性、失效后果的评估方法，增添了新的设备模型以及损伤机理模型。20世纪90年代末期该项技术被部分国内高校与研究机构引入国内，并与2003年开始逐步推广至工程应用阶段，目前有少数多晶硅工厂进行了应用。某多晶硅工厂的压力容器即将面临压力容器的定期检验，为确保生产的正常进行和检验成本的下降，配合当地质量监督部门引进了江苏特检中心的RBI技术对全厂相关设备进行了检验。

1 风险评估法介绍

1.1 风险评估法的风险定义

在风险评估法中，风险定义为失效概率与失效后果的乘积。根据计算结果和生产可靠性分析来评估潜在的失效后果，失效概率则是将材料受载与抗载模型技术结合起来加以确定。这里的风险涵盖了人身安全、环境破坏、生产中断和设备维修费等几个方面。

1.2 风险评估法的常用检验方法

采用的检验方法通常是根据设备风险度较高的失效模式选择具有针对性的验证检验方法，有TOFD、磁记忆、超声导波、声发射等检测方法。

2 工厂压力容器面临定期检验情况

2.1 工厂概况

某多晶硅工厂是一座引进美国先进技术设计，采用西门子法生产工艺的年产3000吨多晶硅工厂，工厂于2010年11月建成投产，产品质量稳定在太阳能2级以上。目前厂内大多数压力容器如：球管，卧罐，换热器等，按国家《压力容器定期检验规则》要求即将开展定期检验工作。

2.2 定期检验带来的问题

1）安全隐患。容器存储物料如：三氯氢硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃烧、易爆，挥发性慢的特性，从而对常规检验要求的开罐检验造成不安全隐患。

2）对产品质量影响。开罐检验会对物料的洁净度产生影响，从而使多晶硅产品的纯度造成影响，最终使产品质量发生波动和下降。

3）检验施工难度大。对一些大型容器，常规检验需要在其内部进行焊缝破损检验，如球罐，卧罐类，这些检验需采取内部搭架子方式，不仅难度极大，而且检验人员易受到伤害。

4）检验周期较长。由于物料的挥发性极慢，采用氮气置换时间较长，并使检验期限周期较长，对工厂的开车时间造成不确定性。

5）检验间接成本高。因为常检验周期较长，期间工厂只能停车等待；且为保证物料的洁净度需大量用物料置换清洗，这些都会使企业的间接成本极剧增加。

3 风险评估法在多晶硅采用的特点

3.1 采取的方法

某多晶硅工厂采用声发射检验作为风险验证性检验方法，举例如下。

本次评估声发射的实验对象是罐区的2台300 m3球罐位号为90-TK122，90-TK123，本次进行声发射检测时拟采用26个通道进行，定位方式采用球形定位。其探头位置如图1所示。

经过仪器校准、衰减测量、背景噪声校准后，启动罐体加压程序进行声发射检测，根据我公司球罐的工作压力及声发射检测要求，制定加压程序如图2所示。

图1 球罐声发射探头布置示意图

图2 球罐声发射加压程序

加压介质采用氮气，试验进行两次加压循环，依据照球罐可达到的最高工作压力0.45 MPa，第一次加压循环的最高压力为0.5 MPa，第二次加压循环的最高压力为0.485 MPa。

3.2 受评压力容器存在的风险特点

1）盐酸腐蚀。由于本次评估的设备内部主要介质为三氯氢硅、四氯化硅以及销量的二氯二氢硅，三种氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（盐酸）会引起全面腐蚀和局部腐蚀，并在较宽浓度范围内对大多数常见材料具有很强的腐蚀性，盐酸的来源是氯硅烷的水解，水分在正常的生产工艺中不应存在，而最有可能来自在于停工检修过程中，罐内残留物料与空气中水分的反应所生成，或开车前的吹扫干燥不达标造成的水分残留，抑或是原料带入。

2）硅粉腐蚀。硅粉磨损是指硅粉与金属材料接触面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成金属表面材料损失的过程，主要发生在TCS合成工段含硅粉介质的设备、管道、阀门中。

3）保温层下腐蚀。碳钢和低合金钢遭受腐蚀时主要表现为保温层下局部减薄，表现形式主要是工业大气环境中的腐蚀性介质（二氧化硫、氯气、氯化氢、氮氧化物等）随雨水在保温层下积聚浓缩造成的酸性腐蚀；奥氏体不锈钢遭受腐蚀时可能发生保温层下金属表面应力腐蚀，因保温层破损部位渗水，随着水汽蒸发，雨水或是大气环境中的氯化物会凝聚下来，有些保温层本身含有的氯化物也可能溶解到渗水中，在残余应力作用下（如焊缝和冷弯部位），容易产生氯化物应力腐蚀开裂。

4）循环水腐蚀。循环水腐蚀指的是冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀。多晶硅装置共有介质为循环冷却水的碳钢换热器共27台，先后发现21台发生了换热管腐蚀穿透的情况。

4 结论

目前国内开始兴起的风险评估法代替常规定期检验，由于其拥有安全、经济、快速的特性，可以有效的解决多晶硅行业面临定期检验带来的困境。本文通过事例介绍在某多晶硅工厂的实际应用中，采用该方法科学合理的解决了常规检验存在的问题，进一步说明了该技术在多晶硅行业应用前景广泛，具有较高推广价值。

参考文献

[1]TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]TSGR7001-2013压力容器定期检验规则[S].

[3]GB 150-2011固定式压力容器[S].

作者简介

李涌（1970-），男，机械高级工程师，现供职于昆明冶研新材料股份有限公司，目前为昆明冶研多晶硅工厂厂长。endprint

摘 要 多晶硅工厂由于工艺的特性，所属设备多为压力容器，此类设备按国家检验标准要求需要定期进行检验。近年来风险评估法被世界发达国家广泛应用在石油化工行业，由于该检验方法具有科学、效率高、成本低、准确性高的特点，国内一些多晶硅企业也开始采取应用。文章对该技术在某多晶硅工厂的检验特点进行了阐述，为多晶硅行业的压力容器定期检验提供了新方法的探讨和参考。

关键词 多晶硅；压力容器；检验；风险评估法

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0095-02

风险评估法又称基于风险的检验，该方法是通过对设备的失效基理分析和安全性的系统评估，来确定设备的运行可靠性。2008年颁布新版API 581-2008，扩充了物流数据库，部分调整了失效可能性、失效后果的评估方法，增添了新的设备模型以及损伤机理模型。20世纪90年代末期该项技术被部分国内高校与研究机构引入国内，并与2003年开始逐步推广至工程应用阶段，目前有少数多晶硅工厂进行了应用。某多晶硅工厂的压力容器即将面临压力容器的定期检验，为确保生产的正常进行和检验成本的下降，配合当地质量监督部门引进了江苏特检中心的RBI技术对全厂相关设备进行了检验。

1 风险评估法介绍

1.1 风险评估法的风险定义

在风险评估法中，风险定义为失效概率与失效后果的乘积。根据计算结果和生产可靠性分析来评估潜在的失效后果，失效概率则是将材料受载与抗载模型技术结合起来加以确定。这里的风险涵盖了人身安全、环境破坏、生产中断和设备维修费等几个方面。

1.2 风险评估法的常用检验方法

采用的检验方法通常是根据设备风险度较高的失效模式选择具有针对性的验证检验方法，有TOFD、磁记忆、超声导波、声发射等检测方法。

2 工厂压力容器面临定期检验情况

2.1 工厂概况

某多晶硅工厂是一座引进美国先进技术设计，采用西门子法生产工艺的年产3000吨多晶硅工厂，工厂于2010年11月建成投产，产品质量稳定在太阳能2级以上。目前厂内大多数压力容器如：球管，卧罐，换热器等，按国家《压力容器定期检验规则》要求即将开展定期检验工作。

2.2 定期检验带来的问题

1）安全隐患。容器存储物料如：三氯氢硅、四氯化硅等氯硅烷具有有毒、易燃烧、易爆，挥发性慢的特性，从而对常规检验要求的开罐检验造成不安全隐患。

2）对产品质量影响。开罐检验会对物料的洁净度产生影响，从而使多晶硅产品的纯度造成影响，最终使产品质量发生波动和下降。

3）检验施工难度大。对一些大型容器，常规检验需要在其内部进行焊缝破损检验，如球罐，卧罐类，这些检验需采取内部搭架子方式，不仅难度极大，而且检验人员易受到伤害。

4）检验周期较长。由于物料的挥发性极慢，采用氮气置换时间较长，并使检验期限周期较长，对工厂的开车时间造成不确定性。

5）检验间接成本高。因为常检验周期较长，期间工厂只能停车等待；且为保证物料的洁净度需大量用物料置换清洗，这些都会使企业的间接成本极剧增加。

3 风险评估法在多晶硅采用的特点

3.1 采取的方法

某多晶硅工厂采用声发射检验作为风险验证性检验方法，举例如下。

本次评估声发射的实验对象是罐区的2台300 m3球罐位号为90-TK122，90-TK123，本次进行声发射检测时拟采用26个通道进行，定位方式采用球形定位。其探头位置如图1所示。

经过仪器校准、衰减测量、背景噪声校准后，启动罐体加压程序进行声发射检测，根据我公司球罐的工作压力及声发射检测要求，制定加压程序如图2所示。

图1 球罐声发射探头布置示意图

图2 球罐声发射加压程序

加压介质采用氮气，试验进行两次加压循环，依据照球罐可达到的最高工作压力0.45 MPa，第一次加压循环的最高压力为0.5 MPa，第二次加压循环的最高压力为0.485 MPa。

3.2 受评压力容器存在的风险特点

1）盐酸腐蚀。由于本次评估的设备内部主要介质为三氯氢硅、四氯化硅以及销量的二氯二氢硅，三种氯硅烷均容易遇水水解成HCl，HCl水溶液（盐酸）会引起全面腐蚀和局部腐蚀，并在较宽浓度范围内对大多数常见材料具有很强的腐蚀性，盐酸的来源是氯硅烷的水解，水分在正常的生产工艺中不应存在，而最有可能来自在于停工检修过程中，罐内残留物料与空气中水分的反应所生成，或开车前的吹扫干燥不达标造成的水分残留，抑或是原料带入。

2）硅粉腐蚀。硅粉磨损是指硅粉与金属材料接触面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成金属表面材料损失的过程，主要发生在TCS合成工段含硅粉介质的设备、管道、阀门中。

3）保温层下腐蚀。碳钢和低合金钢遭受腐蚀时主要表现为保温层下局部减薄，表现形式主要是工业大气环境中的腐蚀性介质（二氧化硫、氯气、氯化氢、氮氧化物等）随雨水在保温层下积聚浓缩造成的酸性腐蚀；奥氏体不锈钢遭受腐蚀时可能发生保温层下金属表面应力腐蚀，因保温层破损部位渗水，随着水汽蒸发，雨水或是大气环境中的氯化物会凝聚下来，有些保温层本身含有的氯化物也可能溶解到渗水中，在残余应力作用下（如焊缝和冷弯部位），容易产生氯化物应力腐蚀开裂。

4）循环水腐蚀。循环水腐蚀指的是冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀。多晶硅装置共有介质为循环冷却水的碳钢换热器共27台，先后发现21台发生了换热管腐蚀穿透的情况。

4 结论

目前国内开始兴起的风险评估法代替常规定期检验，由于其拥有安全、经济、快速的特性，可以有效的解决多晶硅行业面临定期检验带来的困境。本文通过事例介绍在某多晶硅工厂的实际应用中，采用该方法科学合理的解决了常规检验存在的问题，进一步说明了该技术在多晶硅行业应用前景广泛，具有较高推广价值。

参考文献

[1]TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]TSGR7001-2013压力容器定期检验规则[S].

[3]GB 150-2011固定式压力容器[S].

作者简介

李涌（1970-），男，机械高级工程师，现供职于昆明冶研新材料股份有限公司，目前为昆明冶研多晶硅工厂厂长。endprint