辛明亮 鄭偉義

(1.廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院 廣州 510663）

（2.國家塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(福州) 福州 350002)

相對于金屬設(shè)備，非金屬設(shè)備具有不腐蝕、使用壽命長，接口穩(wěn)定、嚴(yán)密，節(jié)能，節(jié)水，運(yùn)輸、安裝、施工方便，維護(hù)簡單、運(yùn)行費(fèi)用低，綜合成本低，對環(huán)境友好，抵抗地層表動(dòng)和地震的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在市政及化工領(lǐng)域具有一定程度的應(yīng)用。2016年2月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《大容規(guī)》），旨在形成關(guān)于固定式壓力容器的綜合規(guī)范[1]?！洞笕菀?guī)》將除了無增強(qiáng)的塑料制壓力容器以外的非金屬制壓力容器涵蓋其中，也印證了國家對非金屬承壓設(shè)備的重視。

非金屬設(shè)備相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)從制造、使用、檢測等方面，行標(biāo)、國標(biāo)等類別都有相當(dāng)多的數(shù)量，部分非金屬設(shè)備如防腐蝕壓力管道、非金屬壓力管道元件等細(xì)分領(lǐng)域也有了標(biāo)準(zhǔn)體系的報(bào)道。非金屬制承壓設(shè)備的應(yīng)用時(shí)間較短，并且在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累方面也相對缺乏，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作明顯滯后的現(xiàn)狀，尤其缺乏對非金屬制承壓設(shè)備整體性的把控，以上原因引起國內(nèi)非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)制定，標(biāo)準(zhǔn)管理覆蓋嚴(yán)重，標(biāo)準(zhǔn)層級不明，進(jìn)而制約了非金屬制承壓設(shè)備的發(fā)展空間及應(yīng)用范圍。將整個(gè)非金屬設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)按其內(nèi)在聯(lián)系形成科學(xué)的有機(jī)整體，提出一整套標(biāo)準(zhǔn)體系的報(bào)道還相對匱乏。本文探索從非金屬承壓設(shè)備應(yīng)用角度從法規(guī)到制品的思路進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了非金屬制承壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)體系，給出了非金屬制承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制修訂的建議。

1 非金屬承壓設(shè)備的分類

參考《大容規(guī)》，將非金屬承壓設(shè)備分為壓力管道、壓力容器和安全附件。如圖1所示，根據(jù)實(shí)際非金屬設(shè)備常用材料劃分將壓力管道和壓力容器又細(xì)分為石墨制、玻璃鋼制、搪玻璃制、塑料制和襯里制承壓設(shè)備[2]，此分類體系也參考了國外非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系的分類方法。

圖1 非金屬承壓設(shè)備分類

確定了非金屬承壓設(shè)備的類型后，石墨制、玻璃鋼制、搪玻璃制、塑料制或襯里制后，然后再往下細(xì)分，每個(gè)不同的類型設(shè)備還可主要分為材料與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)。材料與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了原材料的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。方法標(biāo)準(zhǔn)包括制造、檢驗(yàn)、測試等方法標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器按照金屬壓力容器分類原則分類，分為內(nèi)壓容器與外壓容器，內(nèi)壓容器又可按設(shè)計(jì)壓力大小分為超高壓容器、高壓容器、中壓容器和低壓容器。根據(jù)壓力容器在生產(chǎn)中的作用，分為反應(yīng)型壓力容器、換熱型壓力容器、分離型壓力容器和儲(chǔ)存型壓力容器[3]。如圖2所示，壓力容器按照形式及功能分為：釜、塔、罐、槽、器。 壓力管道分為管道、管道元件、安全附件及安全保護(hù)裝置。其中壓力管道元件包括管子、管件、閥門、法蘭、補(bǔ)償器及配件。

圖2 非金屬承壓設(shè)備四級分類體系

2 非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系框架

標(biāo)準(zhǔn)體系是一個(gè)有機(jī)整體，按照標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行組合形成。標(biāo)準(zhǔn)是組成標(biāo)準(zhǔn)體系的主要組成要素，標(biāo)準(zhǔn)之間具有相互依賴和相互作用關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)體系具有系統(tǒng)的、普遍性的特征，即可分解性與整體性、計(jì)劃性與目標(biāo)性和相關(guān)性等。

我國非金屬承壓設(shè)備相關(guān)法律法規(guī)之間的關(guān)系如圖3所示。綜合考慮以及對未來非金屬產(chǎn)業(yè)、技術(shù)發(fā)展的預(yù)測，非金屬壓力管道元件標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)符合國家、行業(yè)環(huán)保和安全方面相關(guān)法規(guī)政策要求，應(yīng)覆蓋涉及產(chǎn)品全生命周期的所有環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用與維護(hù)、檢驗(yàn)檢測等。為規(guī)范非金屬承壓設(shè)備型式試驗(yàn)程序及其監(jiān)管要求，在綜合考慮我國非金屬承壓設(shè)備制造實(shí)際情況，吸收國外發(fā)達(dá)國家關(guān)于承壓設(shè)備型式試驗(yàn)的基本要求和承壓設(shè)備安全技術(shù)領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局制定并出臺(tái)了《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》《壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等多個(gè)法規(guī)明確了非金屬承壓設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造的多個(gè)過程的規(guī)定。

圖3 我國承壓設(shè)備相關(guān)的法律法規(guī)關(guān)系圖

為了直觀的表述非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)成，從層級、產(chǎn)品、范圍進(jìn)行劃分，如圖4所示。按照層級劃分了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)等自律性標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)政府類標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)按照非金屬承壓設(shè)備實(shí)際使用材料類型不同分門別類。范圍控制在產(chǎn)品制造過程中及產(chǎn)品使用及檢查過程所涉及的標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系三維結(jié)構(gòu)圖

3 非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)

非金屬承壓設(shè)備基本標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表見表1，非金屬承壓設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中管道類型較多，容器涉及的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)相對較少，在今后的標(biāo)準(zhǔn)制修訂過程中將有重點(diǎn)的傾向于五大類非金屬承壓設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)均衡發(fā)展。

表1 非金屬承壓設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

非金屬承壓設(shè)備用材料大致可分為有機(jī)非金屬材料和無機(jī)非金屬材料等。有機(jī)非金屬材料也稱有機(jī)高分子材料，主要包括塑料、橡膠、涂料、有機(jī)復(fù)合材料等，無機(jī)非金屬材料主要包括石墨、水泥、陶瓷、無機(jī)復(fù)合材料等。

從表1中可以看出非金屬承壓設(shè)備的常用材料常用的還是局限在含氟類、含氯類、聚乙烯和聚丙烯等塑料管道制品，2018年實(shí)施的塑料及其襯里制壓力容器將塑料的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到容器，拓展了非金屬的應(yīng)用領(lǐng)域。通用要求中關(guān)于搪玻璃和陶瓷類非金屬承壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)較少，此類標(biāo)準(zhǔn)將成為非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系范圍層級完善的方向。

塑料制承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制定情況見表2，可用于承壓設(shè)備的塑料材料一般可分為以下四種類型。

1)通用塑料：聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

2)工程塑料：聚酰胺、ABS等共聚物。

3)含氟塑料：聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯及其他的共聚氟塑料聚合物。

4)熱固性塑料：環(huán)氧類塑料、聚酯類塑料等。由于第四類中的玻璃纖維增強(qiáng)產(chǎn)品應(yīng)用較廣因此單獨(dú)區(qū)分開來形成玻璃鋼制設(shè)備。

表2 塑料制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

序號標(biāo)準(zhǔn)號 標(biāo)準(zhǔn)名稱31 GB/T 20207.1—2006 丙烯腈-丁二烯－苯乙烯（ABS）壓力管道系統(tǒng)第1部分：管材32 GB/T 20207.2—2006 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）壓力管道系統(tǒng)第2部分：管件33 GB 26255.1—2010 燃?xì)庥镁垡蚁┕艿老到y(tǒng)的機(jī)械管件 第1部分：公稱外徑不大于63mm的管材用鋼塑轉(zhuǎn)換管件34 GB 26255.2—2010 燃?xì)庥镁垡蚁┕艿老到y(tǒng)的機(jī)械管件 第2部分：公稱外徑大于63mm的管材用鋼塑轉(zhuǎn)換管件35 GB/T 28799.2—2012 冷熱水用耐熱聚乙烯（PE-RT）管道系統(tǒng)第2部分：管材36 GB/T 32018.1—2015 給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管道系統(tǒng)第1部分：管材37 GB/T 32018.2—2015 給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管道系統(tǒng)第2部分：管件38 HG/T 20539—1992 增強(qiáng)聚丙烯（FRPP）管和管件（附編制說明）39 HG/T 21561—1994 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管和管件（附編制說明）40 HG/T 4750—2014 塑料焊接機(jī)具 擠出焊槍41 HG/T 4751—2014 塑料焊接機(jī)具 熱風(fēng)焊槍

由表2可見，塑料制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要容器標(biāo)準(zhǔn)較為籠統(tǒng)并未按照材料不同進(jìn)行分類，管道則集中在含氯類、聚烯烴和ABS的給排水管、化工管。塑料制承壓設(shè)備的混配料、壽命檢測、定期檢驗(yàn)等系列標(biāo)準(zhǔn)將為該體系今后發(fā)展的重點(diǎn)。

樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、晶須等。玻璃纖維的主要成分是鈣鈉硅酸鹽和鋁硼硅酸鹽。含前者多的常稱為有堿或中堿玻璃纖維（A-玻璃纖維），含后者多的常稱為無堿或低堿玻璃纖維（E-玻璃纖維）[4]。玻璃鋼制承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)見表3，根據(jù)選用的樹脂品種類型，分為聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼。玻璃鋼材料質(zhì)輕而硬、不導(dǎo)電、性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、回收利用少、耐腐蝕，可以在機(jī)器零件和汽車、船舶外殼等代替鋼材。

表3 玻璃鋼制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

(續(xù)表)

表3中列出了玻璃鋼制承壓設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，玻璃鋼制承壓設(shè)備發(fā)展較早相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)較為完善，今后發(fā)展需減少標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)制定及范圍覆蓋問題。

襯里制承壓設(shè)備最大的特點(diǎn)是過流面采用塑料覆蓋，以隔絕鋼鐵等金屬與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的直接接觸。這樣既解決了塑料強(qiáng)度低，不能承受高壓的問題，又解決了鋼鐵材料不耐腐蝕的缺點(diǎn)，而且合理地利用了資源，符合國家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)策略，因而該類產(chǎn)品得到迅速發(fā)展。表4列出了常用的襯里制設(shè)備的產(chǎn)品類型。

表4列出了襯里制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，從表中看出襯里制設(shè)備主要集中在含氟設(shè)備，其他材料的襯里設(shè)備較少，今后標(biāo)準(zhǔn)制定方向?qū)囊r里方法和材料兩個(gè)方向進(jìn)行發(fā)展。

搪玻璃制承壓設(shè)備是將含硅量高的瓷釉涂于金屬表面，具有類似玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)[5]。該類設(shè)備廣泛使用于化工、醫(yī)藥、燃料、農(nóng)藥、有機(jī)合成、石油、食品制造和國防工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的反應(yīng)、蒸發(fā)、濃縮、合成、萃取、聚合、皂化、礦化、氯化、硝化等[6]，常見搪玻璃制承壓設(shè)備見表5。當(dāng)前我國搪玻璃工業(yè)發(fā)展與發(fā)達(dá)國家主要差距在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、瓷釉水平、設(shè)備開發(fā)能力、搪瓷工藝和工裝設(shè)備、焊接水平等方面[7]。

表4 襯里制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

表5 搪玻璃制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

(續(xù)表)

搪玻璃設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合金屬制系列標(biāo)準(zhǔn)也相對較為完善。

石墨分為天然石墨和人造石墨兩種[8]。天然石墨主要有鱗片和片狀兩類，其純度較低，一般含雜質(zhì)量高，組織松散發(fā)滑，在工業(yè)上較少單獨(dú)使用，多用于冶金工業(yè)電極糊、坩堝鑄造模型等。應(yīng)用到承壓設(shè)備的石墨多為不透性石墨，由不透性石墨制成的設(shè)備及石墨制壓力容器具有優(yōu)良的化學(xué)耐腐蝕性能和較好的導(dǎo)熱性能，適用于腐蝕性介質(zhì)的傳熱、吸收、冷卻等過程，是理想的設(shè)備結(jié)構(gòu)材料[9-10]。大多數(shù)使用在氯堿工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、冶金、輕工等領(lǐng)域，石墨制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件見表6。不透性石墨制設(shè)備及石墨制壓力容器主要由鋼制外殼、不透性石墨塊體、不透性石墨管束、不透性石墨封頭等零部件組成，不透性石墨設(shè)備中石墨零部件主要起著耐腐蝕性介質(zhì)的作用。

表6 石墨制承壓設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

序號 標(biāo)準(zhǔn)號 標(biāo)準(zhǔn)名稱5 H G/T 3 1 9 3—2 0 0 9 石墨4 5°彎頭6 H G/T 3 1 9 4—2 0 0 9 石墨三通7 H G/T 3 1 9 5—2 0 0 9 石墨四通8 H G/T 3 1 9 6—2 0 0 9 石墨外接頭9 H G/T 3 1 9 7—2 0 0 9 石墨絲堵頭1 0 H G/T 3 1 9 8—2 0 0 9 石墨管端蓋1 1 H G/T 3 1 9 9—2 0 0 9 石墨絲埋頭1 2 H G/T 3 2 0 0—2 0 0 9 石墨管凸緣1 3 H G/T 3 2 0 1—2 0 0 9 石墨內(nèi)接頭1 4 H G/T 3 2 0 2—2 0 0 9 石墨溫度計(jì)套管1 5 H G/T 3 2 0 3—2 0 0 9 石墨管道用鋼制對開法蘭1 6 H G/T 3 2 0 5—2 0 0 9 石墨管道補(bǔ)償器1 7 H G/T 3 2 0 6—2 0 0 9 石墨管道視鏡1 8 H G/T 3 2 0 7—2 0 0 9 石墨管凸緣連

表6中對常用的石墨制品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行列舉多為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且制定的年份較早，對該類標(biāo)準(zhǔn)的升級及標(biāo)準(zhǔn)更新將成為今后該類標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的重點(diǎn)。

4 總結(jié)

構(gòu)建非金屬承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系有助于非金屬制承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)論述保持一致更好地進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)推廣，為制造商、客戶和檢測人員提供一套交流的統(tǒng)一的交流語言，引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)制定方面更加系統(tǒng)、完善的統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，進(jìn)一步完善、補(bǔ)充非金屬制承壓設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn)。

非金屬承壓設(shè)備分類體系的制定有助于提高非金屬制承壓設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性；便于使用單位、設(shè)計(jì)單位及客戶更好、更便捷地檢索相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)一步降低標(biāo)準(zhǔn)的相互交叉覆蓋減少監(jiān)控沖突；有利于標(biāo)準(zhǔn)管理部門及法律制修訂部門，有法可依，有標(biāo)準(zhǔn)做支撐，提高特種設(shè)備安全性。