壓力容器施工圖的完整性影響壓力容器的本質(zhì)安全

鄧香中張雅新張 光

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壓力容器施工圖的完整性影響壓力容器的本質(zhì)安全

鄧香中1張雅新2張 光1

（1.中國石油遼陽石化公司機械廠 遼陽 111003）
（2.遼陽石化公司機動設(shè)備處 遼陽 111003）

摘 要：《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《固容規(guī)》）［1］要求壓力容器本質(zhì)安全，即容器設(shè)計的正確完整性、保證制造的可靠性、達到使用的完好狀態(tài)。而容器施工圖的完整性不僅影響制造的可靠性，而且更關(guān)系容器維修更換的符合性，決定著容器的本質(zhì)安全。以容器制造中施工圖審查與標(biāo)準(zhǔn)件拆圖為例，分析施工圖的完整性對容器制造可靠性與使用安全性的影響，供容器設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)各方借鑒，共同提高容器的設(shè)計水平，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證容器制造與使用的可靠性，達到容器的本質(zhì)安全要求。

關(guān)鍵詞：壓力容器 施工圖 本質(zhì)安全

施工圖審查是容器制造過程質(zhì)量控制的首要環(huán)節(jié)，而標(biāo)準(zhǔn)件拆圖則是編制元件加工工藝的前提條件，一般由制造廠工藝人員進行。對施工圖審查與標(biāo)準(zhǔn)件拆圖所發(fā)現(xiàn)的設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)問題進行分析，以供容器設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)各方借鑒，共同提高容器的設(shè)計水平，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證容器制造與使用的可靠性，達到容器的本質(zhì)安全要求。現(xiàn)結(jié)合容器制造實例對常用元件管法蘭施工圖的表達方式進行分析，看施工圖與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完整性對容器制造與使用的可靠性影響。

1 施工圖管法蘭標(biāo)注與管法蘭標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

高壓超臨界甲醇清洗罐（簡稱清洗罐），結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，技術(shù)特性及法蘭標(biāo)注見表1。

圖1　清洗罐示意圖

表1　技術(shù)特性及法蘭標(biāo)注

表1中的法蘭標(biāo)注是Ⅲ類高壓容器用的304不銹鋼容器法蘭，原設(shè)計選用HG/T 20615—2009［2］的管法蘭標(biāo)準(zhǔn)，雖然施工圖明細欄中給出了法蘭的標(biāo)記并注明了法蘭內(nèi)徑的B值，但由于管法蘭標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)尺寸不完整（見HG/T 20615中圖8.2.2），使得標(biāo)準(zhǔn)件拆圖仍然不能完整進行，即按施工圖的法蘭標(biāo)記和管法蘭標(biāo)準(zhǔn)拆出的圖樣不能將法蘭完整加工出來。因為，法蘭標(biāo)準(zhǔn)圖中的頸部尺寸不完整，缺少法蘭頸部的高度尺寸如同HG/T 20592中的H1（見HG/T 20592中圖8.2.3），應(yīng)該采用壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注（見NB/T 47023［3］中圖1），以保證法蘭的頸部尺寸滿足法蘭計算的強度和剛度要求。

HG/T 20615中圖8.2.2表示帶頸對焊（WN）法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，等效采用美洲管法蘭標(biāo)準(zhǔn)體系（簡稱Class系列）。Class系列管法蘭較為開放，將法蘭內(nèi)徑及頸部尺寸交給選用者（需要設(shè)計確定），而標(biāo)準(zhǔn)只給出Class150、300下DN≤300的法蘭內(nèi)徑（即法蘭頸部焊端最小厚度，相當(dāng)于鋼管壁厚為Sch40），其余Class下的DN法蘭頸部焊端厚度則需要選用者確定（一般≥鋼管名義厚度，用戶應(yīng)在訂貨時注明），并且法蘭的頸部結(jié)構(gòu)尺寸也不明確（錐頸斜度應(yīng)≤45°，且應(yīng)具有斜度≤7°的直邊段，直邊段長度≥7mm）。另外，管法蘭標(biāo)準(zhǔn)也沒用明確適用的腐蝕裕量，而本案例的腐蝕裕量為3mm。所以，容器設(shè)計當(dāng)選用HG/T 20615的WN法蘭時，尚需設(shè)計計算確定法蘭內(nèi)徑及頸部尺寸，尤其是高壓容器用304不銹鋼法蘭應(yīng)以出圖方式表達清楚為宜，避免容器制造時因標(biāo)準(zhǔn)件拆圖誤解而產(chǎn)生質(zhì)量問題，由此給以后使用中容器維修更換造成麻煩。

HG/T 20592中圖8.2.3表示帶頸對焊（WN）法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，等效采用歐洲管法蘭標(biāo)準(zhǔn)體系（簡稱PN系列）。PN系列管法蘭較為嚴謹，不但給出了各種規(guī)格的法蘭內(nèi)徑，而且也給出了法蘭的頸部尺寸。容器設(shè)計時可直接選用，省去了法蘭計算的麻煩，只要標(biāo)記正確，容器制造即可順利拆圖加工。但是，法蘭頸部尺寸的標(biāo)注沒有NB/T 47023合理。

NB/T 47023中圖1表示長頸對焊法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，采用法蘭內(nèi)徑、頸部小端厚度、頸部大端厚度及頸部高度的尺寸標(biāo)注，與GB 150.3-7法蘭［4］計算所用的尺寸數(shù)據(jù)相一致，使加工出的法蘭頸部尺寸精度符合法蘭計算的要求。容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)堪稱為容器零部件標(biāo)準(zhǔn)的典范，就連頸部的圓角R也考慮得精確，以利于緊固件螺母的安裝到位。

這一案例提示：由于容器設(shè)計對所選用的管法蘭標(biāo)準(zhǔn)不夠熟悉，采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)記的方式代替法蘭出圖雖表面上合理，但卻因管法蘭標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)尺寸尚不完整，致使制造時標(biāo)準(zhǔn)件拆圖與加工困難，而影響制造的可靠性與使用的安全性?？梢姡瑯?biāo)準(zhǔn)中元件的圖樣也應(yīng)符合正確性與完整性的要求，只有這樣才能便于工程應(yīng)用，設(shè)計選用標(biāo)準(zhǔn)件時即可省略出圖，以減少重復(fù)性工作，提高設(shè)計效率與質(zhì)量，降低差錯率。所以，標(biāo)準(zhǔn)的正確與完整性是工程應(yīng)用的可靠性保證。

2 施工圖及管法蘭標(biāo)準(zhǔn)問題的討論

標(biāo)準(zhǔn)化率是衡量設(shè)計水平的指標(biāo)之一，亦是提高設(shè)計效率的手段之一。容器設(shè)計中所用的元件應(yīng)優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)件，即設(shè)計用的零部件凡已有國標(biāo)、行標(biāo)的應(yīng)優(yōu)先選用而不必再行設(shè)計。當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)件則可以不出圖，但前提是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合正確性與完整性要求，而且選用者尚應(yīng)對所選用的標(biāo)準(zhǔn)熟悉掌握。上述案例由于標(biāo)準(zhǔn)本身的不完善加之選用者對標(biāo)準(zhǔn)的不熟悉，致使雖選用了標(biāo)準(zhǔn)件，但制造卻難以拆圖加工。對于這樣的問題，除了建議容器設(shè)計出零件圖外，同時也建議標(biāo)準(zhǔn)需要完善，以利于工程應(yīng)用。對于施工圖中管法蘭問題，尚有以下幾點值得注意：

2.1管法蘭技術(shù)要求

從上面案例中看到，管法蘭以標(biāo)記代替出圖，反映不出法蘭材料的狀態(tài)、密封面的表面粗糙度等技術(shù)要求，而法蘭及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定又不夠明確，所以應(yīng)引起容器設(shè)計的注意。

1）對于Ⅲ類高壓容器用304不銹鋼容器法蘭，施工圖僅以標(biāo)記HG/T 20615—2009 法蘭WN250-1500RJ B=217/S30408Ⅳ是不完整的。尚應(yīng)考慮對法蘭鍛件的晶粒度和非金屬夾雜物提出要求，并提出UT合格指標(biāo)，以及增加法蘭加工后的表面PT要求；

2）同樣，對于16Mn等碳素鋼和合金鋼鍛件法蘭的熱處理狀態(tài)要求，法蘭標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定，而鍛件標(biāo)準(zhǔn)［5］只是列出N、N+T、Q+T等狀態(tài)，究竟如何選擇，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也都沒有明確指出；

3）對于法蘭密封面的表面粗糙度，管法蘭標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過于粗略。如對于RJ面：Ra=0.4～1.6μm，而與之匹配的碳鋼環(huán)墊要求法蘭密封面的表面粗糙度為Ra=0.8～1.6μm，不銹鋼環(huán)墊則要求法蘭密封面的表面粗糙度為Ra=0.4～0.8μm；RF面等也是如此。所以，容器設(shè)計在選用管法蘭標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)根據(jù)密封要求和所選用的墊片給予合理規(guī)定，并在施工圖的技術(shù)要求中注明，以指導(dǎo)容器制造與使用維修。

2.2管法蘭密封面型式

在審查容器施工圖時，逐漸發(fā)現(xiàn)即使是高毒、易燃介質(zhì)的Ⅲ類中低壓容器的管口法蘭密封面也都全部采用RF（突面），一改以往采用MFM（凸凹面）的慣例，這的確是一種轉(zhuǎn)變，值得相關(guān)各方關(guān)注。因為，密封面型式只是影響法蘭接頭密封性能的因素之一，但不是決定因素，法蘭接頭密封性能主要取決于法蘭剛度、墊片材料及緊固件型式等因素，選用時應(yīng)根據(jù)具體工況條件綜合考慮。

1）《固容規(guī)》［1］中3.17條對盛裝液化石油氣、毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)以及強滲透性中毒危害介質(zhì)的壓力容器用管法蘭，只是強制規(guī)定選用HG/ T 20592～20635［2］標(biāo)準(zhǔn)中的帶頸對焊法蘭+帶加強環(huán)金屬纏繞墊片+專用級高強度緊固件組合，而沒有硬性規(guī)定法蘭密封面選用MFM；

2）HG/T 20592中表3.2.2和HG/T 20615中表3.2.2各種類型法蘭的密封面型式及其適用范圍中的WN法蘭的RF（突面）與MFM（凸凹面）適用的公稱壓力與公稱直徑的范圍均相同；

3）MFM只是便于法蘭安裝時的墊片對中，有效墊片的密封寬度。這一點Class系列早已考慮，對適用于RF非金屬墊或帶對中環(huán)墊片的外徑作出了特殊規(guī)定：墊片或?qū)χ协h(huán)外緣頂至緊固件內(nèi)緣，即墊片或?qū)χ协h(huán)外徑 = 螺栓孔中心圓直徑 - 螺栓直徑，而對金屬包墊，則規(guī)定墊片外緣到螺栓孔內(nèi)緣，即墊片外徑 =螺栓孔中心圓直徑 - 螺栓孔直徑。且RF相對MFM即便于加工更利于管口高度尺寸的標(biāo)注與測量。

HG法蘭標(biāo)準(zhǔn)編制說明中關(guān)于Class系列法蘭密封面型式的釋義：“選用了突面、環(huán)連接面、全平面、大凹凸面及大榫槽面。凹凸面、榫槽面因考慮標(biāo)準(zhǔn)的完整性而列入，但用處不大?！卑纪姑鎯H用于閥蓋與閥體連接等構(gòu)件內(nèi)部連接場合，極少用于與配管或閥門的外部連接。另從標(biāo)準(zhǔn)墊片適用的密封面上看，標(biāo)準(zhǔn)中非金屬和半金屬墊片均適用于RF，至少有2種墊片（聚四氟乙烯包覆墊和金屬包覆墊）不適用于MFM，可見RF對墊片選擇的范圍寬，可供設(shè)計靈活選用墊片或作為墊片選用的補救措施。所以，RF密封面越來越受到容器設(shè)計時選擇管法蘭的青睞。

2.3管法蘭用緊固件

有些容器施工圖的介質(zhì)特性為高度危害或易爆，但管法蘭用緊固件卻選用商品級螺柱和I型六角螺母。這是容器施工圖設(shè)計時值得注意的，尤其是主要受壓元件M36以上（含M36）的螺柱，更應(yīng)選用專用級緊固件。

1）HG/T管法蘭標(biāo)準(zhǔn)基于商品級緊固件的材料不明確且供應(yīng)市場較為混亂，難以保證緊固件的材料化學(xué)成分和力學(xué)性能，對于苛刻工況如有毒或易爆介質(zhì)以及劇烈循環(huán)場合，要求管法蘭選用有材料牌號的專用級緊固件。

2）為增強緊固件的脫扣強度［6］，HG/T 20592規(guī)定“應(yīng)選用專用級全螺紋螺柱匹配Ⅱ型六角螺母”，而HG/T 20615則更是將螺母改為按ANSI標(biāo)準(zhǔn)加高加寬的重型螺母。

3）選用有材料牌號的專用級緊固件，利于容器制造必要時進行復(fù)驗與驗收，保證緊固件使用的可靠性。

3 結(jié)束語

盡管按容器設(shè)計慣例選用標(biāo)準(zhǔn)件時可以不出圖，但是，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善時，為使設(shè)計文件達到正確與完整性，以指導(dǎo)容器制造與使用達到可靠性，對于本案例的重要壓力容器中主要受壓元件尚應(yīng)進行出圖為宜。對此，容器設(shè)計與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用的各方應(yīng)予以關(guān)注。

1）容器設(shè)計施工圖應(yīng)符合正確性與完整性，以保證容器制造與使用的可靠性。所以，重要容器的設(shè)計其主要受壓元件如法蘭以出圖為宜，并注重苛刻工況下法蘭專用級緊固件的選用；

2）管法蘭標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)修訂完善，以符合正確性與完整性要求，保證工程應(yīng)用，便于設(shè)計正確選用而省略出圖仍不影響制造的拆圖加工與使用的維修更換；

3）法蘭接頭的密封性能取決于法蘭與墊片及緊固件的合理匹配，對于中低壓容器的WN型管法蘭密封面選用RF是容器設(shè)計的一種轉(zhuǎn)變，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻

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［6］ GB/T 3098.2—2000 緊固件機械性能 螺母 粗牙螺紋［S］.

The Integrity of the Pressure Vessel Construction Plan Affects its Essence Safety

Deng Xiangzhong1Zhang Yaxin2Zhang Guang1
(1. CNPC Liaoyang Petrochemical Company machinery factory Liaoyang 111003)
（2. CNPC Liaoyang Petrochemical Company Machinery and Equipment Division Liaoyang 111003）

Abstract"The Stationary Pressure Vessels Safety and Technical Supervision Regulation" (hereinafter referred to as "The Stationary Regulation")[1]requires that the essence safety of the pressure vessel is correct integrity of the container design, guarantee the reliability of manufacturing, and achieve good condition in use. The integrity of the container construction plan not only affects the reliability of the manufacturing, but also the conformity of the maintenance and replacement of the vessel, which decides the essence safety of the vessel. Taking container manufacturing in the construction plan review and standard parts disassembling drawing as example, this paper analyzes the influence of the integrity of the construction plan on the reliability of container manufacturing and the safety of use, which could help to provide reference for design and standards, improve the design level, complete relevant standards, ensure the reliability of the equipment manufacturing and use, meet the essential safety requirements.

KeywordsPressure vessel Construction plan Essential safety

中圖分類號：X924.2

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-257X（2016）04-0024-03

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.002

作者簡介：鄧香中（1982～），男，本科，工程師，從事壓力容器設(shè)計和建造工作。

收稿日期：（2015-10-26）