新建煤化工項目設(shè)備圖紙審查要素與問題分析①

譚立平 徐春華

(中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司)

新建煤化工項目設(shè)備圖紙審查要素與問題分析①

譚立平 徐春華

(中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司)

以新建煤化工項目設(shè)備專業(yè)圖紙為研究對象，重點從設(shè)備選材、可施工性、維修性及安全性等方面闡述了設(shè)備圖紙審查的重點要素。結(jié)合煤化工項目審圖中的案例，剖析了設(shè)備圖紙審查過程中的主要問題。

設(shè)備圖紙 煤化工項目 審查要素 案例分析

煤化工項目中，設(shè)備的設(shè)計圖紙是監(jiān)理、設(shè)計及施工等單位進(jìn)行工程質(zhì)量控制的依據(jù)。然而一些設(shè)計單位因貪圖多、快、省，而忽視了圖紙質(zhì)量，導(dǎo)致設(shè)計深度不夠、把關(guān)不嚴(yán)、圖紙質(zhì)量差的情況時有發(fā)生[1]。對于項目業(yè)主的設(shè)計管理團(tuán)隊，審查設(shè)計院出版的設(shè)計文件是項目建設(shè)中非常重要的一項工作。設(shè)計圖紙的質(zhì)量對控制工程質(zhì)量至關(guān)重要，這關(guān)系到工程建設(shè)的全過程。因此，對設(shè)計圖紙進(jìn)行事前控制，將設(shè)計缺陷和安全隱患消除在施工之前，能夠極大地減少后期不必要的返工和浪費。同時，由于煤化工項目工程錯綜復(fù)雜，隨著工程進(jìn)展，還會出現(xiàn)一些新的具體問題，所以需要對設(shè)備圖紙進(jìn)行反復(fù)審查，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。因此，設(shè)計圖紙的審查貫穿于工程項目的全過程[2]。

建設(shè)單位技術(shù)人員的審圖工作，不同于設(shè)計單位內(nèi)部的校審工作，審查圖紙不是對設(shè)計單位校審的重復(fù)，而是對圖紙的可施工性、維修性和安全性進(jìn)行審查。從項目業(yè)主的角度而言，設(shè)備審圖可以為建設(shè)單位節(jié)省建設(shè)投資和運(yùn)行費用，保證設(shè)備的質(zhì)量和使用壽命。

筆者以新建煤化工項目設(shè)備審圖工作為例，闡述了設(shè)備圖紙審查的重點要素，剖析了設(shè)備審圖過程中的主要問題。

1 設(shè)備圖紙的主要內(nèi)容

1.1 圖紙

設(shè)備圖紙包括裝配圖、部件圖和零件圖。其中裝配圖主要包括技術(shù)特性表、管口表、技術(shù)要求、節(jié)點詳圖及裝配圖等。作為建設(shè)單位技術(shù)人員，主要負(fù)責(zé)審查裝配圖[3]。

1.2 技術(shù)規(guī)定等文字資料

技術(shù)規(guī)定等文字資料主要包括各種特殊材料(鋼板、鍛件和焊材)的采購技術(shù)規(guī)定、各種特殊材料的制造技術(shù)規(guī)定、大型設(shè)備現(xiàn)場組焊技術(shù)規(guī)定及主要鋼材的焊接工藝評定報告等。

1.3 計算書

壓力容器分為普通壓力容器(立式或臥式)、換熱器、塔器及球罐等類型。計算書內(nèi)容主要包括：在正常工作和液壓試驗狀況下，對壓力容器的筒體、封頭、管口開孔補(bǔ)強(qiáng)及支撐結(jié)構(gòu)(包括裙座、鞍座及支腿等)等受壓元件進(jìn)行計算，形成計算書、符合應(yīng)力分析設(shè)計要求的設(shè)備應(yīng)力分析報告和第三類壓力容器的風(fēng)險評估報告。

2 設(shè)備圖紙的審查要素與內(nèi)容

2.1 圖紙的審查要素

設(shè)備圖紙的審查要素主要有以下幾點：

a. 圖紙設(shè)計是否滿足設(shè)計規(guī)范和業(yè)主工程統(tǒng)一規(guī)定的要求；

b. 圖紙中的選材是否經(jīng)濟(jì)合理、基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計的選材有無變化、是否進(jìn)行優(yōu)化等；

c. 壓力容器的設(shè)計理論在詳細(xì)設(shè)計階段和基礎(chǔ)設(shè)計階段是否相同，是否有必要進(jìn)行應(yīng)力分析設(shè)計;

d. 壓力容器設(shè)備應(yīng)考慮吊裝(主要包括大于5t的立式容器和塔器);

e. 換熱器設(shè)備應(yīng)考慮拆裝管束(主要包括U形管束和浮頭換熱器);

f. 設(shè)備計算書中主要受壓元件的厚度計算(采用SW6-2011計算軟件)是否合格，對于大件吊裝設(shè)備應(yīng)考慮進(jìn)行吊耳和筒體處應(yīng)力計算;

g. 設(shè)計圖紙的結(jié)構(gòu)是否合理，圖紙中工藝參數(shù)是否滿足專利商工藝包的要求;

h. 對于大型設(shè)備，設(shè)計圖中應(yīng)考慮運(yùn)輸、現(xiàn)場組對焊接和大件設(shè)備吊裝的要求;

i. 對于重要的材料和設(shè)備，在設(shè)計時有可能存在設(shè)備制造性能和材料采購指標(biāo)比相應(yīng)規(guī)范嚴(yán)格或不同的地方，因此，設(shè)計單位應(yīng)編制材料采購要求、設(shè)備制造技術(shù)規(guī)定等文件。

2.2 圖紙的審查內(nèi)容

在煤化工項目建設(shè)的全生命周期中，審圖的內(nèi)容隨項目所處的設(shè)計階段不同而有所區(qū)別。在設(shè)計單位，工藝專業(yè)根據(jù)已有的工藝包進(jìn)行設(shè)計，并向設(shè)備專業(yè)提出條件(包括設(shè)備簡圖、工藝數(shù)據(jù)表等)，設(shè)備專業(yè)根據(jù)條件進(jìn)行設(shè)備設(shè)計。在基礎(chǔ)設(shè)計階段，由于長周期設(shè)備原材料采購和設(shè)備制造周期較長，對于特殊鋼板或鍛件材料，如果是國外進(jìn)口，訂貨周期可能達(dá)到半年以上，因此應(yīng)首先設(shè)計長周期設(shè)備圖紙。此時，審查的主要內(nèi)容是設(shè)備筒體所用材料的采購是否滿足進(jìn)度、費用和安全的要求。對于尺寸較大或較重的設(shè)備，應(yīng)首先考慮大件吊裝、吊車的租賃費用及與其他大件設(shè)備的統(tǒng)籌安裝等，這些因素都會影響整個項目的進(jìn)度和費用。所以在基礎(chǔ)設(shè)計階段，應(yīng)列出包含國產(chǎn)或進(jìn)口、關(guān)鍵設(shè)備和大件吊裝設(shè)備的分交表。此項工作由設(shè)計單位和建設(shè)單位技術(shù)人員共同完成。建設(shè)單位技術(shù)人員還應(yīng)審查圖紙是否滿足工藝包、設(shè)計規(guī)范及工程統(tǒng)一規(guī)定等的要求。

在詳細(xì)設(shè)計階段，應(yīng)審查主要的設(shè)備圖紙是否滿足可施工性、可維修性和安全性的要求?？墒┕ば詫彶榈闹饕獌?nèi)容是：立式容器和塔器設(shè)備設(shè)計中吊耳設(shè)置的位置、數(shù)量、強(qiáng)度計算書及所需吊車的型號等，塔設(shè)備的安裝基礎(chǔ)模板設(shè)計等。在大型球罐的設(shè)計中，應(yīng)審查球罐分瓣的規(guī)格和尺寸；在大型儲罐的設(shè)計中，應(yīng)審查頂板的結(jié)構(gòu)型式(拱頂或網(wǎng)殼)和安裝方案。對于可維修性，主要審查換熱器管束的可拆裝型式、塔設(shè)備的人孔布置形式和數(shù)量是否滿足相關(guān)規(guī)范要求。對于安全性，主要審查設(shè)備殼體強(qiáng)度計算書、檢維修安裝平臺的設(shè)置及設(shè)置保護(hù)圈等內(nèi)容。

3 案例分析

3.1 對設(shè)備選材問題的審查

由于選材涉及到設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備費用的80%～90%取決于圖紙設(shè)計階段對材料的選擇，因此設(shè)備選材問題在項目技術(shù)管理中非常重要，是設(shè)備審圖過程中關(guān)注的重點。

在審圖時，應(yīng)注意材料需同時滿足設(shè)計壓力和設(shè)計溫度的要求，應(yīng)考慮開停車等危險工況，而不能僅以滿足操作工況為條件進(jìn)行選材。在對某項目煤制氫單元甲醇冷卻器圖紙的審查中，甲醇深冷器管程設(shè)計溫度為-60℃，管程換熱管材料為09MnD。筆者查閱GB 150-1998《鋼制壓力容器》發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)中沒有09MnNiD材料，而09MnD材料的最低使用溫度為-50℃，無法滿足設(shè)計溫度要求，如果選擇此材料，設(shè)備極有可能在危險工況下發(fā)生脆性破壞[4]。查閱專利商工藝包，管程選材為SA334Gr3，可以滿足設(shè)計工況要求。經(jīng)過仔細(xì)分析，建設(shè)單位項目組要求設(shè)計單位將圖紙中的材料改為適合設(shè)計溫度工況下的材料，最終設(shè)計單位將該換熱器管程材料改為0Cr18Ni11Ti，此材料使用溫度可達(dá)-196℃，非進(jìn)口，滿足設(shè)計工況要求。

在審圖時，應(yīng)注意材料替代問題。材料替代的主要原則是以高代低，且應(yīng)考慮替代材料對設(shè)備費用的影響。在煤制氫單元硫化氫濃縮塔的審圖中，專利商的工藝數(shù)據(jù)表中，設(shè)計溫度為-80℃，設(shè)計壓力為0.06MPa，直徑為4.4m，塔高約70m，壁厚(主要受風(fēng)載荷和地震載荷的控制)16mm。專利商原來選擇的是SA203GrD材料，該材料需進(jìn)口，但總承包單位考慮到材料的采購周期較長，建議改為0Cr18Ni11Ti。經(jīng)建設(shè)單位研究并咨詢專利商后，同意用0Cr18Ni11Ti替代SA203Gr.D，該替代從技術(shù)上是可行的，在不增加費用、不影響項目進(jìn)度、質(zhì)量的原則上同意總承包單位材料替代的要求。

3.2 對材料采購技術(shù)文件的審查

在審查材料采購技術(shù)文件時，應(yīng)注意各設(shè)計階段壓力容器殼體厚度是否一致，如果不同其原因是什么，是否會對設(shè)備造價產(chǎn)生影響等。某煤化工項目中，在審查設(shè)計單位提交的乙烯球罐鋼板請購文件時發(fā)現(xiàn)，球罐鋼板的厚度為34mm，而基礎(chǔ)設(shè)計圖紙的鋼板厚度為38mm，兩個設(shè)計階段乙烯球罐鋼板厚度不同?；A(chǔ)設(shè)計中，乙烯球罐工藝參數(shù)(設(shè)計壓力2.16MPa，設(shè)計溫度-50℃，直徑15.7m)是按照J(rèn)B 4732-2005《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)的應(yīng)力分析計算公式得到的，鋼板計算厚度為35.3mm，加上腐蝕裕量1.5mm，圓整，得到鋼板厚度38mm。后經(jīng)業(yè)主設(shè)備專業(yè)與設(shè)計單位的溝通，維持球罐鋼板厚度38mm不變。假如鋼板厚度38mm改為34mm，相當(dāng)于單個球罐減輕重量25t，罐區(qū)有6臺乙烯球罐，共節(jié)約150t，每臺球罐07MnNiMoDR材料的制造費為每噸兩萬元，對于總承包合同的業(yè)主，間接損失高達(dá)300萬元。此案例中，總包(負(fù)責(zé)設(shè)計)單位通過兩個設(shè)計階段改變設(shè)計壓力來達(dá)到降低鋼板厚度的目的，由此看出，對材料采購技術(shù)文件進(jìn)行審查至關(guān)重要。

3.3 對設(shè)備可維修性的審查

在審查設(shè)備圖紙的過程中，還需要考慮后續(xù)設(shè)備檢維修的方便性。在某煤化工項目的煤制氫單元變換爐圖紙審查中，設(shè)計壓力為3.9MPa，設(shè)計溫度為485℃，工作介質(zhì)為氫氣、二氧化碳和一氧化碳，設(shè)備尺寸φ3600mm×9700mm，物料下進(jìn)上出，設(shè)備進(jìn)出口接口為焊接型式。在進(jìn)行設(shè)備圖紙會審時，煤制氫分廠技術(shù)人員建議設(shè)備接口采用法蘭接口型式，便于后續(xù)維修，但是建設(shè)單位項目組和設(shè)計單位與我國多家煤制氫用戶單位進(jìn)行溝通和交流后認(rèn)為，設(shè)備設(shè)計壓力是中壓，進(jìn)出口法蘭直徑(DN600mm)較大，變換爐在480℃下一氧化碳和氫氣將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且我國多家煤制氫用戶單位的煤制氫裝置變換爐在運(yùn)行中，法蘭密封面處發(fā)生變換氣泄漏現(xiàn)象，因此將變換爐進(jìn)出口法蘭連接改為焊接型式。經(jīng)過分析，最后決定維持設(shè)備圖進(jìn)出口接口為焊接型式，變換爐的后續(xù)維修試壓可采用系統(tǒng)試壓方式，如需隔離可采用切管方式處理。

3.4 對計算書的審查

由于設(shè)備選材和殼體厚度是否滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，是通過計算書確認(rèn)的，因此業(yè)主單位的技術(shù)管理人員對計算書的審查是非常必要的。

在某煤制氫單元熱再生塔計算書的審查中，塔體尺寸(φ5400/3900mm×33250mm，設(shè)計壓力為0.5/-0.1MPa，設(shè)計溫度為130℃)和計算書基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入無誤。在塔體錐形筒體的計算結(jié)果中，計算書要求對錐筒的小端(φ3900mm處)進(jìn)行加強(qiáng)，即錐筒小端處比錐筒要厚，加厚的原因是筒體小端的局部應(yīng)力較大[5]，但設(shè)計人員在提交的圖紙中沒有增加錐筒小端的壁厚。業(yè)主項目組要求設(shè)計單位對圖紙和計算書進(jìn)行復(fù)核，設(shè)計單位經(jīng)重新審查后對錐筒的名義厚度進(jìn)行了更改，整個錐筒按小端壁厚進(jìn)行設(shè)計，保證了設(shè)計質(zhì)量。

3.5 審圖時的設(shè)計理論問題

在審圖時，需要特別注意的是設(shè)計理論(應(yīng)力分析設(shè)計理論和規(guī)則設(shè)計理論)問題。兩個理論中一個是按第三強(qiáng)度理論推導(dǎo)出來的。另一個是按第一強(qiáng)度理論推導(dǎo)出來的。雖然兩個理論公式基本相同，但分析設(shè)計允許應(yīng)力強(qiáng)度高于規(guī)則設(shè)計許用應(yīng)力，且應(yīng)力強(qiáng)度在公式的分母中，故應(yīng)力分析設(shè)計理論較規(guī)則設(shè)計理論計算的壁厚要薄[6]。因此在項目設(shè)計管理的審圖過程中，設(shè)計單位在基礎(chǔ)設(shè)計階段和詳細(xì)設(shè)計階段應(yīng)采用一致的設(shè)計理論。

在某煤制氫氣化裝置中，設(shè)計單位在基礎(chǔ)設(shè)計階段采用的是規(guī)則設(shè)計理論，在詳細(xì)設(shè)計階段采用的是應(yīng)力分析設(shè)計理論。然而此項目為EPC項目管理模式，在基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個階段，氣化系統(tǒng)中排渣罐V1403、飛灰排放罐V1502、飛灰過濾器V1501的殼體重量分別相差了7t(材料為16MnR+00Cr17Ni14Mo2)、10t(材料為15CrMo+00Cr19Ni10)、70t(材料為SA387Gr11cl2+304L)，間接造成業(yè)主單位的巨大損失。筆者在審圖時發(fā)現(xiàn)，根據(jù)項目組領(lǐng)導(dǎo)指示，此部分材料費從設(shè)計單位的詳細(xì)設(shè)計費用中扣除。筆者認(rèn)為，一臺設(shè)備所采用的設(shè)計理論，應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)計前期合同中就加以明確，即基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計階段采用的理論應(yīng)是一致的，根據(jù)合同附件，壓力容器應(yīng)優(yōu)先采用GB 150-2011設(shè)計。只有在容器操作條件苛刻、設(shè)計參數(shù)較高、價格昂貴時，從節(jié)省材料費的角度考慮允許采用JB 4732-2005進(jìn)行設(shè)計，同時需事先取得業(yè)主的書面同意。

3.6 其他設(shè)備審圖問題

在設(shè)備審圖過程中，設(shè)備結(jié)構(gòu)的審查也是非常重要的。在某間接液化裝置開車過程中，車間人員發(fā)現(xiàn)費托合成單元設(shè)備——二次換熱器10802-E104發(fā)生振動并伴隨哨聲。建設(shè)單位技術(shù)人員負(fù)責(zé)此次事故處理，經(jīng)過嚴(yán)格的審圖，發(fā)現(xiàn)設(shè)計單位裝配圖出現(xiàn)了以下問題：

a. 設(shè)備裝配圖標(biāo)注殼程循環(huán)氣入口方向與膨脹節(jié)安裝方向不一致(實際制造時制造廠只按圖施工，沒有發(fā)現(xiàn)圖紙的錯誤)，導(dǎo)致制造廠將膨脹節(jié)內(nèi)襯筒和殼體的焊接點焊錯。在開車運(yùn)行過程中循環(huán)氣進(jìn)入膨脹節(jié)襯筒與膨脹節(jié)之間，循環(huán)氣流速度快、壓力高，進(jìn)而產(chǎn)生振動和哨聲。

b. 設(shè)備殼程換熱管沒有采用折流板支撐型式，而是采用折流圈型式。雖然采用折流圈支撐型式具有傳熱系數(shù)高、殼程阻力降小、不結(jié)垢和換熱管抗振性能好的優(yōu)點[7]，但是必須同時考慮設(shè)置合理的折流圈間距和折流桿尺寸[8]。但實際制造時發(fā)現(xiàn)，設(shè)備圖紙上采用的折流圈間距偏大、折流桿尺寸偏小，設(shè)備開車過程中當(dāng)氣流通過折流桿時，導(dǎo)致折流桿產(chǎn)生振動。

為了避免二次換熱器在后續(xù)的運(yùn)行中發(fā)生安全事故，針對上述問題，設(shè)計單位提出了換熱器修改方案。對殼程筒節(jié)進(jìn)行了更換，增加了折流桿數(shù)量，對折流桿進(jìn)行了加固以增加其牢靠性。原制造單位在現(xiàn)場對換熱器進(jìn)行了改造，并出具了制造方案和熱處理方案。2012年初換熱器改造完成，經(jīng)過系統(tǒng)試車，沒有發(fā)生振動和哨聲。但換熱器因改造花費了30萬元。

4 結(jié)束語

筆者主要介紹了在建設(shè)單位作為工程技術(shù)人員時的審圖工作經(jīng)驗、遇到的問題及其解決方法。裝置設(shè)計審圖工作需對設(shè)計工作、制造、安裝和管理模式進(jìn)行深入的了解和掌握，不但要透徹掌握設(shè)計規(guī)范，而且要熟悉施工和制造規(guī)范，才能圓滿完成審圖工作。

[1] 邢松盛,賀爽.建設(shè)工程質(zhì)量的事前控制淺論[J].河南水利與南水北調(diào),2014,(4):40～41.

[2] 劉協(xié)根.建筑工程圖紙會審的技巧[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012,(6):1～6.

[3] SHSG 053-2011,石油化工裝置詳細(xì)工程設(shè)計內(nèi)容規(guī)定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4] GB 150-2011,壓力容器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[5] JB/T 4710-2005,鋼制塔式容器[S].北京:新華出版社,2005.

[6] JB 4732-2005,鋼制壓力容器——分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[7] GB 151-1999,管殼式換熱器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.

[8] 秦叔經(jīng),葉文邦.換熱器[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

譚立平(1962-)，高級工程師，從事設(shè)備技術(shù)管理研究，tanliping1@126.com。

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