压力容器施工图的完整性影响压力容器的本质安全

邓香中张雅新张 光



压力容器施工图的完整性影响压力容器的本质安全

邓香中1张雅新2张 光1

（1.中国石油辽阳石化公司机械厂 辽阳 111003）
（2.辽阳石化公司机动设备处 辽阳 111003）

摘 要：《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《固容规》）［1］要求压力容器本质安全，即容器设计的正确完整性、保证制造的可靠性、达到使用的完好状态。而容器施工图的完整性不仅影响制造的可靠性，而且更关系容器维修更换的符合性，决定着容器的本质安全。以容器制造中施工图审查与标准件拆图为例，分析施工图的完整性对容器制造可靠性与使用安全性的影响，供容器设计与标准等相关各方借鉴，共同提高容器的设计水平，完善相关标准，保证容器制造与使用的可靠性，达到容器的本质安全要求。

关键词：压力容器 施工图 本质安全

施工图审查是容器制造过程质量控制的首要环节，而标准件拆图则是编制元件加工工艺的前提条件，一般由制造厂工艺人员进行。对施工图审查与标准件拆图所发现的设计及标准相关问题进行分析，以供容器设计与标准等相关各方借鉴，共同提高容器的设计水平，完善相关标准，保证容器制造与使用的可靠性，达到容器的本质安全要求。现结合容器制造实例对常用元件管法兰施工图的表达方式进行分析，看施工图与相关标准的完整性对容器制造与使用的可靠性影响。

1 施工图管法兰标注与管法兰标准应用

高压超临界甲醇清洗罐（简称清洗罐），结构形式如图1所示，技术特性及法兰标注见表1。

图1　清洗罐示意图

表1　技术特性及法兰标注

表1中的法兰标注是Ⅲ类高压容器用的304不锈钢容器法兰，原设计选用HG/T 20615—2009［2］的管法兰标准，虽然施工图明细栏中给出了法兰的标记并注明了法兰内径的B值，但由于管法兰标准的结构尺寸不完整（见HG/T 20615中图8.2.2），使得标准件拆图仍然不能完整进行，即按施工图的法兰标记和管法兰标准拆出的图样不能将法兰完整加工出来。因为，法兰标准图中的颈部尺寸不完整，缺少法兰颈部的高度尺寸如同HG/T 20592中的H1（见HG/T 20592中图8.2.3），应该采用压力容器法兰标准的结构尺寸标注（见NB/T 47023［3］中图1），以保证法兰的颈部尺寸满足法兰计算的强度和刚度要求。

HG/T 20615中图8.2.2表示带颈对焊（WN）法兰的结构尺寸，等效采用美洲管法兰标准体系（简称Class系列）。Class系列管法兰较为开放，将法兰内径及颈部尺寸交给选用者（需要设计确定），而标准只给出Class150、300下DN≤300的法兰内径（即法兰颈部焊端最小厚度，相当于钢管壁厚为Sch40），其余Class下的DN法兰颈部焊端厚度则需要选用者确定（一般≥钢管名义厚度，用户应在订货时注明），并且法兰的颈部结构尺寸也不明确（锥颈斜度应≤45°，且应具有斜度≤7°的直边段，直边段长度≥7mm）。另外，管法兰标准也没用明确适用的腐蚀裕量，而本案例的腐蚀裕量为3mm。所以，容器设计当选用HG/T 20615的WN法兰时，尚需设计计算确定法兰内径及颈部尺寸，尤其是高压容器用304不锈钢法兰应以出图方式表达清楚为宜，避免容器制造时因标准件拆图误解而产生质量问题，由此给以后使用中容器维修更换造成麻烦。

HG/T 20592中图8.2.3表示带颈对焊（WN）法兰的结构尺寸，等效采用欧洲管法兰标准体系（简称PN系列）。PN系列管法兰较为严谨，不但给出了各种规格的法兰内径，而且也给出了法兰的颈部尺寸。容器设计时可直接选用，省去了法兰计算的麻烦，只要标记正确，容器制造即可顺利拆图加工。但是，法兰颈部尺寸的标注没有NB/T 47023合理。

NB/T 47023中图1表示长颈对焊法兰的结构尺寸，采用法兰内径、颈部小端厚度、颈部大端厚度及颈部高度的尺寸标注，与GB 150.3-7法兰［4］计算所用的尺寸数据相一致，使加工出的法兰颈部尺寸精度符合法兰计算的要求。容器法兰标准堪称为容器零部件标准的典范，就连颈部的圆角R也考虑得精确，以利于紧固件螺母的安装到位。

这一案例提示：由于容器设计对所选用的管法兰标准不够熟悉，采用标准法兰标记的方式代替法兰出图虽表面上合理，但却因管法兰标准的结构尺寸尚不完整，致使制造时标准件拆图与加工困难，而影响制造的可靠性与使用的安全性。可见，标准中元件的图样也应符合正确性与完整性的要求，只有这样才能便于工程应用，设计选用标准件时即可省略出图，以减少重复性工作，提高设计效率与质量，降低差错率。所以，标准的正确与完整性是工程应用的可靠性保证。

2 施工图及管法兰标准问题的讨论

标准化率是衡量设计水平的指标之一，亦是提高设计效率的手段之一。容器设计中所用的元件应优先选择标准件，即设计用的零部件凡已有国标、行标的应优先选用而不必再行设计。当选用标准件则可以不出图，但前提是相关标准应符合正确性与完整性要求，而且选用者尚应对所选用的标准熟悉掌握。上述案例由于标准本身的不完善加之选用者对标准的不熟悉，致使虽选用了标准件，但制造却难以拆图加工。对于这样的问题，除了建议容器设计出零件图外，同时也建议标准需要完善，以利于工程应用。对于施工图中管法兰问题，尚有以下几点值得注意：

2.1管法兰技术要求

从上面案例中看到，管法兰以标记代替出图，反映不出法兰材料的状态、密封面的表面粗糙度等技术要求，而法兰及相关标准中的规定又不够明确，所以应引起容器设计的注意。

1）对于Ⅲ类高压容器用304不锈钢容器法兰，施工图仅以标记HG/T 20615—2009 法兰WN250-1500RJ B=217/S30408Ⅳ是不完整的。尚应考虑对法兰锻件的晶粒度和非金属夹杂物提出要求，并提出UT合格指标，以及增加法兰加工后的表面PT要求；

2）同样，对于16Mn等碳素钢和合金钢锻件法兰的热处理状态要求，法兰标准没有明确规定，而锻件标准［5］只是列出N、N+T、Q+T等状态，究竟如何选择，相关标准也都没有明确指出；

3）对于法兰密封面的表面粗糙度，管法兰标准规定的过于粗略。如对于RJ面：Ra=0.4～1.6μm，而与之匹配的碳钢环垫要求法兰密封面的表面粗糙度为Ra=0.8～1.6μm，不锈钢环垫则要求法兰密封面的表面粗糙度为Ra=0.4～0.8μm；RF面等也是如此。所以，容器设计在选用管法兰标准时，应根据密封要求和所选用的垫片给予合理规定，并在施工图的技术要求中注明，以指导容器制造与使用维修。

2.2管法兰密封面型式

在审查容器施工图时，逐渐发现即使是高毒、易燃介质的Ⅲ类中低压容器的管口法兰密封面也都全部采用RF（突面），一改以往采用MFM（凸凹面）的惯例，这的确是一种转变，值得相关各方关注。因为，密封面型式只是影响法兰接头密封性能的因素之一，但不是决定因素，法兰接头密封性能主要取决于法兰刚度、垫片材料及紧固件型式等因素，选用时应根据具体工况条件综合考虑。

1）《固容规》［1］中3.17条对盛装液化石油气、毒性程度为极度和高度危害介质以及强渗透性中毒危害介质的压力容器用管法兰，只是强制规定选用HG/ T 20592～20635［2］标准中的带颈对焊法兰+带加强环金属缠绕垫片+专用级高强度紧固件组合，而没有硬性规定法兰密封面选用MFM；

2）HG/T 20592中表3.2.2和HG/T 20615中表3.2.2各种类型法兰的密封面型式及其适用范围中的WN法兰的RF（突面）与MFM（凸凹面）适用的公称压力与公称直径的范围均相同；

3）MFM只是便于法兰安装时的垫片对中，有效垫片的密封宽度。这一点Class系列早已考虑，对适用于RF非金属垫或带对中环垫片的外径作出了特殊规定：垫片或对中环外缘顶至紧固件内缘，即垫片或对中环外径 = 螺栓孔中心圆直径 - 螺栓直径，而对金属包垫，则规定垫片外缘到螺栓孔内缘，即垫片外径 =螺栓孔中心圆直径 - 螺栓孔直径。且RF相对MFM即便于加工更利于管口高度尺寸的标注与测量。

HG法兰标准编制说明中关于Class系列法兰密封面型式的释义：“选用了突面、环连接面、全平面、大凹凸面及大榫槽面。凹凸面、榫槽面因考虑标准的完整性而列入，但用处不大。”凹凸面仅用于阀盖与阀体连接等构件内部连接场合，极少用于与配管或阀门的外部连接。另从标准垫片适用的密封面上看，标准中非金属和半金属垫片均适用于RF，至少有2种垫片（聚四氟乙烯包覆垫和金属包覆垫）不适用于MFM，可见RF对垫片选择的范围宽，可供设计灵活选用垫片或作为垫片选用的补救措施。所以，RF密封面越来越受到容器设计时选择管法兰的青睐。

2.3管法兰用紧固件

有些容器施工图的介质特性为高度危害或易爆，但管法兰用紧固件却选用商品级螺柱和I型六角螺母。这是容器施工图设计时值得注意的，尤其是主要受压元件M36以上（含M36）的螺柱，更应选用专用级紧固件。

1）HG/T管法兰标准基于商品级紧固件的材料不明确且供应市场较为混乱，难以保证紧固件的材料化学成分和力学性能，对于苛刻工况如有毒或易爆介质以及剧烈循环场合，要求管法兰选用有材料牌号的专用级紧固件。

2）为增强紧固件的脱扣强度［6］，HG/T 20592规定“应选用专用级全螺纹螺柱匹配Ⅱ型六角螺母”，而HG/T 20615则更是将螺母改为按ANSI标准加高加宽的重型螺母。

3）选用有材料牌号的专用级紧固件，利于容器制造必要时进行复验与验收，保证紧固件使用的可靠性。

3 结束语

尽管按容器设计惯例选用标准件时可以不出图，但是，在相关标准尚未完善时，为使设计文件达到正确与完整性，以指导容器制造与使用达到可靠性，对于本案例的重要压力容器中主要受压元件尚应进行出图为宜。对此，容器设计与相关标准以及应用的各方应予以关注。

1）容器设计施工图应符合正确性与完整性，以保证容器制造与使用的可靠性。所以，重要容器的设计其主要受压元件如法兰以出图为宜，并注重苛刻工况下法兰专用级紧固件的选用；

2）管法兰标准应修订完善，以符合正确性与完整性要求，保证工程应用，便于设计正确选用而省略出图仍不影响制造的拆图加工与使用的维修更换；

3）法兰接头的密封性能取决于法兰与垫片及紧固件的合理匹配，对于中低压容器的WN型管法兰密封面选用RF是容器设计的一种转变，值得推广应用。

参考文献

［1］ TSG R0004—2009 固定式压力容器安全技术监察规程［S］.

［2］ HG 20592～20635—2009 钢制管法兰、垫片、紧固件［S］.

［3］ NB/T 47023—2012 长颈对焊法兰［S］.

［4］ GB 150—2011 压力容器及释义［S］.

［5］ NB/T 47008—2010 承压设备用碳素钢和合金钢锻件［S］.

［6］ GB/T 3098.2—2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹［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

中图分类号：X924.2

文献标识码：B

文章编号：1673-257X（2016）04-0024-03

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

作者简介：邓香中（1982～），男，本科，工程师，从事压力容器设计和建造工作。

收稿日期：（2015-10-26）