邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司 林 健 肖坤后/文

承壓設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在紡機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限責(zé)任公司 林 健 肖坤后/文

本文闡述了特種設(shè)備、承壓設(shè)備、壓力容器與紡機(jī)產(chǎn)品的關(guān)系，特種設(shè)備的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系，紡機(jī)產(chǎn)品中承壓設(shè)備類型、使用介質(zhì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、容器特性、適用標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)應(yīng)用中引起重視的問(wèn)題。

承壓設(shè)備 紡機(jī) 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)

一 前言

承壓設(shè)備的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系涉及的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)較多，系統(tǒng)性、專業(yè)性很強(qiáng)，紡機(jī)產(chǎn)品中涉及的承壓設(shè)備相對(duì)來(lái)講只是很少的一部分，從事紡機(jī)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員大多不是壓力容器專業(yè)人員，缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對(duì)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)不熟悉、不全面，理解不透徹，導(dǎo)致在實(shí)際工作中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，造成材料采購(gòu)、制造、檢驗(yàn)、監(jiān)檢、安裝、交付、使用過(guò)程中不必要的麻煩，甚至造成爆炸、傷人、財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果。

本文概述了特種設(shè)備的定義和紡織機(jī)械中的特種設(shè)備范圍，重點(diǎn)闡述了特種設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在紡機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高紡機(jī)產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。

二 特種設(shè)備與紡機(jī)產(chǎn)品的關(guān)系

特種設(shè)備特指人們生產(chǎn)和生活中廣泛使用的，一旦發(fā)生故障有可能危及公共安全的，受到政府強(qiáng)制監(jiān)督管理的設(shè)備，按照特種設(shè)備的特點(diǎn)，可將其劃分為承壓類特種設(shè)備和機(jī)電類特種設(shè)備。承壓類特種設(shè)備包括鍋爐、壓力容器和壓力管道[1]。紡織機(jī)械產(chǎn)品中涉及到的特種設(shè)備主要是承壓容器，在化纖設(shè)備中有紡絲機(jī)、使用蒸汽加熱的輥筒、原液設(shè)備、真空設(shè)備；染整設(shè)備中的染色機(jī)、烘缸、換熱器及蒸箱等；輔助設(shè)備中的聯(lián)苯爐、蒸汽發(fā)生器、貯槽、載熱油加熱爐等。

這些產(chǎn)品的介質(zhì)主料為紡織原料如棉、毛、麻、絲、化纖、織物、熔體（塑料切片、粒子）等，毒性程度為無(wú)毒或低毒、非易爆固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)，在加工處理過(guò)程中也不會(huì)達(dá)到TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《容規(guī)》）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的汽化狀態(tài)，本身不會(huì)產(chǎn)生危害；涉及的輔料主要有油、聯(lián)苯、蒸汽、染液等，其工作狀態(tài)時(shí)具有較高的溫度和壓力，有可能產(chǎn)生傷人、爆炸等危險(xiǎn)，相關(guān)承壓設(shè)備屬性見(jiàn)表1。

由于承壓設(shè)備的危險(xiǎn)性，其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、維護(hù)、使用有一套嚴(yán)格、完整的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，包含法律、行政法規(guī)、行政規(guī)章（部門規(guī)章）、安全技術(shù)規(guī)范、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)五個(gè)層級(jí)：

1、法律由全國(guó)人大通過(guò)，以中華人民共和國(guó)主席令的形式發(fā)布，如《質(zhì)量法》、《標(biāo)準(zhǔn)化法》、《特種設(shè)備安全法》；

2、行政法規(guī)包括國(guó)家行政法規(guī)和地方性法規(guī)等，國(guó)家行政法規(guī)由國(guó)務(wù)院制定，以國(guó)務(wù)院令的形式發(fā)布，如《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》；

3、行政規(guī)章包括國(guó)務(wù)院各部門行政規(guī)章和省、自治區(qū)、直轄市和較大城市的人民政府規(guī)章。行政規(guī)章是以國(guó)務(wù)院行政部門或地方政府首長(zhǎng)令的形式發(fā)布、行政管理內(nèi)容較突出的文件，如《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》；

4、安全技術(shù)規(guī)范是國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局依據(jù)《特種設(shè)備安全法》，對(duì)特種設(shè)備的安全性能和相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、使用和檢驗(yàn)檢測(cè)的活動(dòng)制定頒布的強(qiáng)制性規(guī)定，其作用是把與特種設(shè)備有關(guān)的法律、法規(guī)和規(guī)章的原則規(guī)定具體化[2]?！鞍踩夹g(shù)規(guī)范”通常為規(guī)程、規(guī)則、細(xì)則等，均標(biāo)有“TSG”。如TSG 21《容規(guī)》、TSG R 1001—2012《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可規(guī)則》。

5、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB150.1～150.4《壓力容器》，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》。

三 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在紡機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1容器類別的劃分[3]

容器類別的劃分包括與安全相關(guān)的主要參數(shù)：介質(zhì)危害

性、設(shè)計(jì)壓力、容積三要素。

介質(zhì)危害性指容器在生產(chǎn)過(guò)程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示：

1.1 毒性程度：綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，極度危害最高容許濃度小于0.1mg/m3；高度危害最高容許濃度0.1mg/m3～1.0mg/m3；中度危害最高容許濃度1.0mg/m3～10.0mg/m3；輕度危害最高容許濃度大于或者等于10.0mg/m3；

1.2 易爆介質(zhì)：指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質(zhì)；

1.3 介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險(xiǎn)程度的確定：按照HG 20660—2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類》確定，HG20660沒(méi)有規(guī)定的，由壓力容器設(shè)計(jì)單位參照GB5044—1985《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》的原則，決定介質(zhì)組別。

容器的類別與后續(xù)的制造、檢驗(yàn)、監(jiān)檢、交付密切相關(guān)，劃分正確與否至關(guān)重要。不是所有的壓力容器都是一樣的，按GB150《壓力容器》規(guī)定：設(shè)計(jì)壓力≥0.1MPa且真空度≥0.02MPa的容器屬于壓力容器，但不一定屬于《容規(guī)》的管轄范圍，有些壓力容器盡管壓力、溫度較高，但不具備《容規(guī)》界定的條件，如紡絲機(jī)的熔體溫度超過(guò)300℃壓力高達(dá)40～50MPa但處于液態(tài)，基本不具有危險(xiǎn)性，屬于非監(jiān)管的壓力容器產(chǎn)品，不應(yīng)劃分類別。

只有屬于《容規(guī)》監(jiān)管的壓力容器產(chǎn)品才需要?jiǎng)澐诸悇e，前提是同時(shí)滿足三個(gè)條件：

條件一：工作壓力大于等于0.1MPa；

條件二：容積大于或等于0.03m3，且內(nèi)直徑（非圓形截面指截面內(nèi)邊界最大幾何尺寸）大于或等于150mm；

條件三：盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。

注意，這里指定的是工作壓力而非設(shè)計(jì)壓力，但在劃分類別時(shí)要取設(shè)計(jì)壓力，很多新手容易混淆；容積或幾何尺寸過(guò)小，或者介質(zhì)為液態(tài)時(shí)，即使容器破裂，釋放的能量不會(huì)太大，產(chǎn)生破壞力有限。

壓力容器類別劃分方法：

1)基本劃分：壓力容器類別的劃分應(yīng)當(dāng)根據(jù)介質(zhì)特性選擇類別劃分圖，見(jiàn)《容規(guī)》 圖A—1 “壓力容器分類圖—第一組介質(zhì)”或圖A—2 “壓力容器分類圖—第二組介質(zhì)”，再根據(jù)設(shè)計(jì)壓力p（單位MPa）和容積V（單位m3），標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn)，確定壓力容器類別，容積計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除永久連接的內(nèi)件體積；

2)多腔壓力容器類別劃分：多腔壓力容器（如換熱器的管程和殼程、夾套容器等）按照類別高的壓力腔作為該容器的類別并且按照該類別進(jìn)行使用管理。但是應(yīng)當(dāng)按照每個(gè)壓力腔各自的類別分別提出設(shè)計(jì)、制造技術(shù)要求。對(duì)各壓力腔進(jìn)行類別劃定時(shí)，設(shè)計(jì)壓力取本壓力腔的設(shè)計(jì)壓力，容積取本壓力腔的幾何容積；

表 1 相關(guān)承壓設(shè)備屬性

3)同腔多種介質(zhì)壓力容器類別劃分：一個(gè)壓力腔內(nèi)有多種介質(zhì)時(shí)，按照組別高的介質(zhì)劃分類別；

4)介質(zhì)含量極小的壓力容器類別劃分：當(dāng)某一危害性物質(zhì)在介質(zhì)中含量極小時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其危害程度及其含量綜合考慮，按照壓力容器設(shè)計(jì)單位決定的介質(zhì)組別劃分類別。

2 正確應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

由于承壓設(shè)備類型較多，涉及材料、設(shè)計(jì)、制造、焊接、無(wú)損檢測(cè)、監(jiān)檢、交付等多個(gè)環(huán)節(jié)和領(lǐng)域；相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)多，它們之間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，既有包含關(guān)系，引用關(guān)系，也有交叉關(guān)系，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地用好這些法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)并非易事。下面針對(duì)紡機(jī)產(chǎn)品中典型容器的適用標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

常用紡機(jī)承壓產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)和四個(gè)專用標(biāo)準(zhǔn)：

1）GB 150《壓力容器》，通用壓力容器標(biāo)準(zhǔn)；

2）GB/T 151《熱交換器》；

3）GB/T 17410《有機(jī)熱載體爐》；

4）NB/T 47042《臥式容器》；

5）NB/T 47003.1《鋼制焊接常壓容器》。

當(dāng)有專用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用專用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)沒(méi)有專用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即采用通用標(biāo)準(zhǔn)，具體參見(jiàn)表1。

2.2 安全技術(shù)規(guī)范與引用標(biāo)準(zhǔn)尺度的把握

安全技術(shù)規(guī)范是強(qiáng)制性的、最低安全要求，標(biāo)準(zhǔn)被安全技術(shù)規(guī)范引用后其引用部分即具有強(qiáng)制性；在《容規(guī)》中引用的壓力容器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如GB150和GB/T151等，并不是說(shuō)這些標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)楸弧度菀?guī)》引用，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容都變?yōu)閺?qiáng)制性，對(duì)于這些被引用標(biāo)準(zhǔn)，只有那些條款中具體引用的內(nèi)容才具有強(qiáng)制性。例如：《容規(guī)》3.2.10.2.2.2 全部射線或超聲檢測(cè)（7）設(shè)計(jì)者認(rèn)為有必要進(jìn)行全部無(wú)損檢測(cè)的焊接接頭；《容規(guī)》3.2.10.2.2.4表面無(wú)損檢測(cè)（9）設(shè)計(jì)者認(rèn)為有必要進(jìn)行全部無(wú)損檢測(cè)的焊接接頭。設(shè)計(jì)要求要松、嚴(yán)把握適度，不能因?yàn)槭翘胤N設(shè)備就過(guò)嚴(yán)應(yīng)用這些規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，但必須要保證最低安全要求。

2.3 材料選用

在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)選用材料應(yīng)考慮的因素：

1）符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，能夠選用專用材料的盡可能選用專用材料，如GB 713標(biāo)準(zhǔn)中的材料；

2）力學(xué)性能(強(qiáng)度等)、化學(xué)性能(腐蝕等)、物理性能(膨脹、導(dǎo)熱等)、工藝性能(焊接等)；

3）經(jīng)濟(jì)合理，盡量避免選用境外牌號(hào)，確有必要時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中說(shuō)明其必要性和經(jīng)濟(jì)性，常規(guī)牌號(hào)不要迷信境外牌號(hào)比國(guó)內(nèi)好；

4）適合本企業(yè)的工藝制造能力。

常用典型材料見(jiàn)表2。

表2 常用典型材料

按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，GB/T 3280、GB/T 4237標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼板、GB/T 3274中的Q235A鋼板、GB/T 8162鋼管、GB 3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》不得用于壓力容器。

3 受壓元件的界定

首先要弄清楚受壓元件、主要受壓元件、一般受壓元件、非受壓元件的概念：

3.1 受壓元件：即承受介質(zhì)壓力的元件，需要注意的是設(shè)備中的壓力管道雖然承受壓力，但不一定是受壓元件，具體界定范圍見(jiàn)《容規(guī)》的1.6.1條；

3.2 主要受壓元件：即《容規(guī)》界定的壓力容器本體中的筒節(jié)、球殼板、非圓形容器的殼板、封頭、平蓋、膨脹節(jié)、設(shè)備法蘭，換熱器的管板和換熱管，M36以上(含M36)的設(shè)備主螺柱以及公稱直徑大于或者等于250mm的接管和管法蘭。

3.3 一般受壓元件：即除主要受壓元件外的受壓元件；

3.4 非受壓元件：即與主要受壓元件相聯(lián)接的非直接承受介質(zhì)壓力的元件。

石油、化工行業(yè)對(duì)承壓設(shè)備相對(duì)比較專業(yè)，有專業(yè)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，制造可能是另外的專業(yè)制造廠，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，只要滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求即可，較少考慮制造企業(yè)材料采購(gòu)、工藝方面的條件，圖樣中沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分主要受壓元件、一般受壓元件，鑒于紡機(jī)行業(yè)的特殊性，承壓設(shè)備只是其中的個(gè)別機(jī)型或一部分，所占比重較小，制造企業(yè)一般都是自行設(shè)計(jì)，基本上還是繼承了老行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ 90058-1994《壓力容器類產(chǎn)品圖樣標(biāo)注的規(guī)定》，對(duì)主要受壓元件、一般受壓元件予以區(qū)分，便于材料的采購(gòu)和制造控制。只有正確理解了這些概念的內(nèi)涵與外延，才能準(zhǔn)確劃分主要受壓元件、一般受壓元件、非受壓元件，從而合理選材，并提出適當(dāng)?shù)闹圃旒夹g(shù)要求。

4 圖樣技術(shù)要求

對(duì)于非專業(yè)的壓力容器設(shè)計(jì)人員在圖樣的技術(shù)要求中，材料要求、無(wú)損檢測(cè)、耐壓試驗(yàn)與泄漏試驗(yàn)、需要注明成形厚度、計(jì)算厚度的情形等方面往往容易忽視或出錯(cuò)：

4.1 圖樣中的受壓元件應(yīng)有標(biāo)注材料的牌號(hào)、規(guī)格和所采用標(biāo)準(zhǔn)；

4.2 設(shè)計(jì)圖樣上應(yīng)規(guī)定無(wú)損檢測(cè)的方法、比例、質(zhì)量要求、合格級(jí)別，質(zhì)量要求為新增加的要求，從低到高依次為A、AB、B級(jí)，一般選AB級(jí)；

4.3 耐壓試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)設(shè)備強(qiáng)度和制造質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是必須要進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)先采用液壓試驗(yàn)，其次是氣液混合試驗(yàn)，避免氣壓試驗(yàn)；泄漏試驗(yàn)的目的是校驗(yàn)容器的致密性，是可選項(xiàng)目，根據(jù)介質(zhì)的危害程度和設(shè)計(jì)的需要確定，泄漏試驗(yàn)采用氣密性試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)在圖樣上給出最高允許工作壓力；只有耐壓試驗(yàn)合格后才能進(jìn)行泄漏試驗(yàn)；

4.4 當(dāng)存在加工減薄量時(shí)，除在視圖上標(biāo)注名義厚度外，還應(yīng)注明最小成形厚度；由于結(jié)構(gòu)原因不能進(jìn)行內(nèi)部檢查的壓力容器應(yīng)注明計(jì)算厚度和定期檢驗(yàn)的要求[3]；不能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的壓力容器應(yīng)注明計(jì)算厚度及制造和使用中的特殊要求；

4.5 帶墊板的單面焊焊縫系數(shù)應(yīng)取0.8而不是0.85；

4.6 安全閥的整定壓力不得大于設(shè)計(jì)壓力或最高允許工作壓力。

承壓設(shè)備涉及的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)較多，系統(tǒng)性、專業(yè)性強(qiáng)，在紡機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，需要不斷地學(xué)習(xí)，熟悉并理解承壓設(shè)備的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵，合理、正確地應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)，提高紡機(jī)產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。

[1]張俊青,彭軍,彭朝華,武金宇,王鵬威.ANSYS在承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)中的應(yīng)用[M] .2014遠(yuǎn)東無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)論壇論文集. 2014-06-20.

[2]王為,侯榮貴.表象及用途決定案件的性質(zhì)[J].中國(guó)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督.2013-12-18.

[3]TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 [S].