壓力容器施工圖的完整性影響壓力容器的本質(zhì)安全
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鄧香中1 張雅新2 張光1
（1．中國石油遼陽石化公司機(jī)械廠 遼陽 1 1 1003）（2．遼陽石化公司機(jī)動(dòng)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)》）要求壓力容器本質(zhì)安全，即容器設(shè)計(jì)的正確完整性、保證制造的可靠性、達(dá)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(jì)與標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)各方借鑒，共同提高容器的設(shè)計(jì)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(dá)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 中圖分類號：X924.2
文章編號：1673-257X(2016)04-0024-03 DOI: 10. 3969/j .issn.1673-257X．2016. 04. 002
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(jìn)行。對施工圖審查與標(biāo)準(zhǔn)件拆圖所發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)問題進(jìn)行分析，以供容器設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)各方借鑒，共同提高容器的設(shè)計(jì)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(dá)到容器的本質(zhì)安全要求�，F(xiàn)結(jié)合容器制造實(shí)例對常用元件管法蘭施工圖的表達(dá)方式進(jìn)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
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(jì)選用HG/T 20615-2009的管法蘭標(biāo)準(zhǔn)，雖然施工圖明細(xì)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(jìn)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?yàn)�，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／T20592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中圖1），以保證法蘭的頸部尺寸滿足法蘭計(jì)算的強(qiáng)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(jì)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(shí)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)≤450，且應(yīng)具有斜度≤70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(jì)當(dāng)選用HG/T 20615的WN法蘭時(shí)，尚需設(shè)計(jì)計(jì)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(dá)清楚為宜，避免容器制造時(shí)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(yán)謹(jǐn)，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(jì)時(shí)可直接選用，省去了法蘭計(jì)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法蘭計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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�，標(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(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)即可省略出圖，以減少重復(fù)性工作，提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，降低差錯(cuò)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(jì)水平的指標(biāo)之一，亦是提高設(shè)計(jì)效率的手段之一。容器設(shè)計(jì)中所用的元件應(yīng)優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)件，即設(shè)計(jì)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(jì)。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(jì)出零件圖外，同時(shí)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(diǎn)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(jì)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/S30408 IV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)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(jì)在選用管法蘭標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(shí)，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?yàn)�，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(shí)應(yīng)根據(jù)具體工況條件綜合考慮。
1)《固容規(guī)》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(qiáng)滲透性中毒危害介質(zhì)的壓力容器用管法蘭，只是強(qiáng)制規(guī)定選用HG／T 20592～20635標(biāo)準(zhǔn)中的帶頸對焊法蘭+帶加強(qiáng)環(huán)金屬纏繞墊片+專用級高強(qiáng)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(shí)的墊片對中，有效墊片的密封寬度。這一點(diǎn)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=螺栓孔中心圓直徑一螺栓直徑，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=螺栓孔中心圓直徑一螺栓孔直徑。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。”凹凸面僅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(jì)靈活選用墊片或作為墊片選用的補(bǔ)救措施。所以，RF密封面越來越受到容器設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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(qiáng)緊固件的脫扣強(qiáng)度，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(shí)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)與驗(yàn)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(jì)慣例選用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)可以不出圖，但是，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善時(shí)，為使設(shè)計(jì)文件達(dá)到正確與完整性，以指導(dǎo)容器制造與使用達(dá)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(jìn)行出圖為宜。對此，容器設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)的一種轉(zhuǎn)變，值得推廣應(yīng)用。
