彭景煜，王青松，黃學(xué)忠，馬建偉，劉建鵬

(中化藍(lán)天氟材料有限公司，浙江 紹興 312369)

0 引 言

化工行業(yè)中，鋼襯設(shè)備在耐酸堿腐蝕性方面有獨(dú)特的優(yōu)勢，應(yīng)用較為廣泛，尤其是在氟化工裝置水堿洗工段，因涉及酸堿物料，基本上均需使用鋼襯設(shè)備。對于鋼襯設(shè)備而言，其設(shè)計或制造標(biāo)準(zhǔn)往往側(cè)重于內(nèi)襯材料的要求，對于外鋼殼部分材料的關(guān)注度較少，引用的標(biāo)準(zhǔn)也較多，而在項目建設(shè)或者日常采購過程中依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范選擇合理的鋼殼材料及檢測要求，將有利于避免過度設(shè)計、降低設(shè)備投資成本。以下筆者基于現(xiàn)有鋼襯設(shè)備鋼殼部分設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)及選材限制，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行鋼襯設(shè)備鋼殼部分標(biāo)準(zhǔn)選用梳理與分析，以供同行參考。

1 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用性及相關(guān)分析

1.1 HG/T 20678—2000適用性及相關(guān)分析

《襯里鋼殼設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(HG/T 20678—2000)[1]適用于設(shè)計壓力(p)范圍-0.02 MPa

鋼襯設(shè)備鋼殼部分的設(shè)計、制造及驗收大都引用HG/T 20678—2000，其適用內(nèi)容為，襯里鋼殼部分規(guī)定了壁厚計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等要求，其中也規(guī)定了受壓襯里鋼殼的制造、試驗、檢驗及驗收還必須按照《壓力容器》(GB 150—2011)的有關(guān)章節(jié)規(guī)定，常壓襯里鋼殼按照《鋼制焊接常壓容器》(NB/T 47003.1—2009)(JB/T 4735.1)的有關(guān)章節(jié)規(guī)定，但未明確具體章節(jié)。

1.2 HG/T 4088—2009適用性及相關(guān)分析

《塑料襯里設(shè)備 通用技術(shù)條件》(HG/T 4088—2009)[2]適用于采用聚乙烯(PE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)等耐化學(xué)腐蝕的塑料襯里設(shè)備。

HG/T 4088—2009規(guī)定鋼制外殼材料應(yīng)符合GB 150—2011或NB/T 47003.1—2009或《鋼制化工容器材料選用規(guī)范》(HG/T 20581—2020)中的相關(guān)要求，但沒有詳細(xì)描述內(nèi)襯設(shè)備鋼殼部分的材料選用要求；同時還規(guī)定了襯里鋼殼的設(shè)計、制造、驗收宜按HG/T 20678—2000。

1.3 GB/T 26501—2011適用性及相關(guān)分析

《氟塑料襯里壓力容器 通用技術(shù)條件》(GB/T 26501—2011)[3]規(guī)定了氟塑料襯里壓力容器的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等內(nèi)容，適用于鋼制外殼內(nèi)襯氟塑料的壓力容器。氟塑料包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)和可熔性聚四氟乙烯(PFA)，設(shè)計壓力(p)范圍為0.1 MPa≤p≤2.5 MPa；未包含內(nèi)襯聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)材料。

GB/T 26501—2011規(guī)定鋼制外殼材料應(yīng)符合GB 150—2011的要求，襯里鋼殼的設(shè)計、制造和驗收宜按HG/T 20678—2000的規(guī)定。對于氟塑料襯里壓力容器鋼殼部分明確了材料選用需要滿足GB 150—2011的要求，但鋼殼的設(shè)計、制造和驗收要求沒有明確。對于氟塑料襯里壓力容器的設(shè)計、制造，要考慮鋼殼及襯里兩方面的技術(shù)要求，缺一不可。大部分情況下，壓力容器鋼殼制造單位不具備襯里制作能力，鋼殼制造單位與襯里制造單位的有效銜接對設(shè)備制造進(jìn)度、質(zhì)量管控等至關(guān)重要。

1.4 NB/T 47003.1—2009適用性及相關(guān)分析

《鋼制焊接常壓容器》(NB/T 47003.1—2009)[4]規(guī)定了鋼制焊接常壓容器的設(shè)計、制造、檢驗與驗收要求，設(shè)計壓力(p)范圍為-0.02 MPa≤p≤0.1 MPa，設(shè)計溫度范圍為在鋼材允許的使用溫度范圍內(nèi)。NB/T 47003.1—2009不適用于直接受火焰加熱的容器、盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器，以及高度大于10 m且長徑比(即高徑比)大于5的塔式容器、氣柜等設(shè)備。

NB/T 47003.1—2009規(guī)定了容器用鋼使用溫度按照鋼材允許的使用溫度要求，并確定了碳素沸騰鋼板Q235A.F的適用范圍及碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板Q235A、Q235B、Q235C的適用范圍。前者碳素沸騰鋼板適用于溫度范圍為0～250 ℃、鋼板厚度≤16 mm的容器，不得用于盛裝極度、高度和中毒危害及易燃介質(zhì)的容器；后者碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板適用于溫度范圍為0～350 ℃、鋼板厚度≤40 mm的容器。

NB/T 47003.1—2009要求，除另有規(guī)定外，容器焊接接頭需進(jìn)行局部射線或超聲檢測，檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的10%，并按圖樣要求進(jìn)行盛水、液壓等試驗。

總之，NB/T 47003.1—2009沒有特別規(guī)定鋼襯設(shè)備外殼部分材料的選擇要求，關(guān)于無損檢測的要求沒有明確最低標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 GB 150—2011適用性及相關(guān)分析

《壓力容器》(GB 150—2011)規(guī)定了金屬制壓力容器的建造要求，包括材料、設(shè)計、制造、檢驗和驗收要求。《壓力容器 第2部分：材料》(GB 150.2—2011)[5]對壓力容器受壓元件用的鋼材允許使用的鋼號及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定，明確了鋼材使用范圍(溫度和壓力)及許用應(yīng)力，并規(guī)定適用于設(shè)計壓力≤35 MPa、設(shè)計溫度-253～800 ℃的壓力容器；GB 150.2—2011不適用于直接火焰加熱的容器、不適用設(shè)計壓力低于0.1 MPa且真空度低于0.02 MPa的容器、不適用搪玻璃容器等?！秹毫θ萜?第4部分：制造、檢驗和驗收》(GB 150.4—2011)[6]規(guī)定了適用范圍內(nèi)鋼制壓力容器制造、檢驗與驗收的要求。

GB 150.2—2011附錄D對Q235系列鋼板的使用作了明確要求：① 鋼板磷含量≤0.035%、硫含量≤0.035%；② 厚度≥6 mm的鋼板應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗、冷彎試驗，試驗結(jié)果須符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 700—2006)規(guī)定；③ 容器設(shè)計壓力<1.6 MPa；④ 鋼板使用溫度，Q235B鋼板為20～300 ℃，Q235C鋼板為0～300 ℃；⑤ 容器殼體鋼板厚度，Q235B和Q235C殼體鋼板厚度≤16 mm；⑥ 不得用于毒性程度為極度或高度危害的介質(zhì)。

GB 150—2011未明確鋼襯設(shè)備鋼殼部分材料選型要求，如果鋼襯壓力容器按照GB 150—2011選擇材料，從強(qiáng)度要求考慮，無可厚非，但鋼襯常壓容器按照壓力容器用材來考慮，投資成本會大大增加，筆者認(rèn)為無必要。

GB 150—2011對于無損檢測的要求也是最高的，非低溫一般容器A/B類焊接接頭檢測長度不得低于各焊接接頭長度的20%且不得小于250 mm，低溫設(shè)備焊接接頭檢測長度不少于焊接接頭長度的50%，其他盛裝極度、高度危害介質(zhì)的設(shè)備要求焊接接頭100%檢測。

1.6 HG/T 20581—2020適用性及相關(guān)分析

《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》(HG/T 20581—2020)[7]結(jié)合化工容器設(shè)計的具體情況，是對GB 150.2—2011的補(bǔ)充和具體化，適用于鋼制化工容器用鋼和焊接材料的選用、技術(shù)要求、使用限制及范圍等，也包含國外標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鋼材使用、鋼材代用等要求，并明確了鋼材的選用應(yīng)符合《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG 21—2016)的要求。

HG/T 20581—2020明確，選擇化工容器用鋼材在考慮設(shè)備的操作條件(如設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、流體速度、介質(zhì)特性)、材料焊接性能、耐腐蝕性能、冷熱加工性能、熱處理及容器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計使用壽命等前提下，應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)合理性，且明確了合理性選材原則:在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，宜選用碳素鋼；在強(qiáng)度設(shè)計為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，依次選用Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等。

HG/T 20581—2020鋼材使用限制及范圍章節(jié)，同樣明確了Q235B及Q235C不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器，并明確規(guī)定常壓容器和非受壓元件用Q235和Q345，應(yīng)根據(jù)使用溫度下限、重要性及應(yīng)力水平來考慮，并滿足設(shè)計溫度下的沖擊試驗的能量許可值。

對于鋼管的選用要求，明確現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《輸送流體用無縫鋼管》(GB/T 8163—2018)生產(chǎn)的碳素鋼和低合金鋼鋼管用于受壓元件時，要求設(shè)計壓力≤4.0 MPa。

HG/T 20581—2020設(shè)計壓力適用范圍包含鋼制常壓受壓設(shè)備，但未提及鋼襯設(shè)備材料選用的要求。

2 案例與解讀

筆者在鋼襯設(shè)備設(shè)計選型初期碰到過兩個比較典型的案例，并與設(shè)計院進(jìn)行了較多的溝通與交流，包括鋼襯設(shè)備殼體材料及無損檢測方面，在標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用上存在不同理解或差異。

2.1 案例一——常壓鋼襯PE設(shè)備

偏氟乙烯裝置尾氣吸收系統(tǒng)T-309鋼襯PE水洗塔，設(shè)計壓力-0.015～0.095 MPa，設(shè)計溫度80 ℃，所用介質(zhì)為R152a、R142b、鹽酸、氯氣，介質(zhì)特性為高度危害、易燃；水洗塔塔徑1 100 mm、高度16 000 mm，容積16 m3，襯里厚度≥10 mm。有關(guān)情況及解讀如下。

最初考慮T-309鋼襯PE水洗塔引用的設(shè)計、制造、檢驗和驗收標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為GB 150—2011、《塔式容器 臥式容器(合訂本)》(NB/T 47041～47042—2014)、《〈塔式容器〉標(biāo)準(zhǔn)釋義與算例》(NB/T 47041—2014)、HG/T 20678—2000、HG/T 4088—2009、《鋼制塑料襯里塔式容器技術(shù)條件》(HG/T 4277—2011)，選用Q245R作為封頭和筒體的主要材料，且無損檢測要求為A/B類焊縫100% RT檢測。

對于常壓設(shè)備，選用高標(biāo)準(zhǔn)固然沒有錯，但規(guī)范也明確了要考慮經(jīng)濟(jì)合理性，一般情況下Q245R比Q235B的價格高10%左右，且材料的許用應(yīng)力不影響設(shè)備剛性，從強(qiáng)度角度來考慮，20 ℃時Q245R的許用應(yīng)力為163 MPa、Q235B的許用應(yīng)力為140 MPa，兩者差別不大，筆者認(rèn)為，鋼襯設(shè)備(T-309鋼襯PE水洗塔)的外殼材料完全可以采用Q235B；從腐蝕性角度考慮，存儲介質(zhì)依靠設(shè)備襯里PE層來防護(hù)，內(nèi)襯襯里層一旦破損，腐蝕性介質(zhì)對Q245R與Q235B的腐蝕程度是一樣的。換言之，在剛度、強(qiáng)度滿足的前提下，更重要的是考慮內(nèi)襯的質(zhì)量控制。

經(jīng)梳理與分析，并與設(shè)計院協(xié)商，將引用的標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計院最初提出的GB 150—2011調(diào)整為NB/T 47003.1—2009(筆者與設(shè)計院溝通協(xié)商后確定)，確定鋼襯里常壓設(shè)備(T-309鋼襯PE水洗塔)鋼殼部分材料采用Q235B，并取消了A/B類焊縫100% RT檢測的要求，對于焊縫質(zhì)量主要以外觀質(zhì)量控制為主，A/B類焊縫10% RT檢測即可。

2.2 案例二——受壓鋼襯PE設(shè)備

偏氟乙烯裝置T-409鋼襯PE堿洗塔，設(shè)計壓力1.6 MPa，設(shè)計溫度60 ℃，所用介質(zhì)為VDF、堿液，介質(zhì)特性為輕度危害、易爆；堿洗塔塔徑400 mm、塔高5 000 mm，容積0.7 m3，襯里厚度≥5 mm。有關(guān)情況及解讀如下。

T-409鋼襯PE堿洗塔可以明確屬于壓力容器，起初鋼殼部分引用的設(shè)計、制造及檢驗標(biāo)準(zhǔn)為GB 150—2011及TSG 21—2016，當(dāng)時設(shè)計院未考慮引用襯里設(shè)備設(shè)計、制造及檢驗標(biāo)準(zhǔn)，襯里的技術(shù)要求未明確。鋼殼部分引用標(biāo)準(zhǔn)GB 150—2011及TSG 21—2016無異議，按壓力容器標(biāo)準(zhǔn)制作殼體，封頭及筒體材料選用Q345R，A/B類焊縫RT檢測≥20%即符合要求；經(jīng)交流，補(bǔ)充了PE堿洗塔襯里的制造、試驗、檢驗、驗收按照《塑料襯里設(shè)備通用技術(shù)條件》(HG/T 4088—2009)執(zhí)行。

T-409鋼襯PE堿洗塔外殼與襯里為不同廠家制造，現(xiàn)今壓力容器的設(shè)計制造須符合市場監(jiān)督管理總局發(fā)布的《市場監(jiān)管總局關(guān)于特種設(shè)備行政許可有關(guān)事項的公告》(2021年第41號)的要求，而設(shè)備襯里的設(shè)計制造無需取得行政許可，襯里廠家必須委托有資質(zhì)的壓力容器制造廠進(jìn)行鋼殼部分的設(shè)計制造，兩者對應(yīng)的設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)不一。對于使用單位而言，設(shè)備鋼殼與襯里必須兩者兼顧，以保證質(zhì)量。目前，《〈固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程〉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第1號修改單》(TSG 21—2016/XG1—2020)修訂說明中明確了無增強(qiáng)的塑料制壓力容器不在監(jiān)管范圍內(nèi)。

3 結(jié)論與建議

鋼襯設(shè)備適用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的選用，不僅涉及采購技術(shù)文件的編制，影響采購設(shè)備材料經(jīng)費(fèi)及采購周期，而且還會影響鋼襯設(shè)備使用的合規(guī)性與安全性。梳理標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，確定中化藍(lán)天氟材料有限公司鋼襯設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，明確材質(zhì)及無損檢測要求，是非常必要的。筆者歸納總結(jié)出如下兩方面的建議供參考。

3.1 鋼襯設(shè)備設(shè)計、制造、驗收標(biāo)準(zhǔn)選用建議

常用的鋼襯PE/PTFE常壓設(shè)備，按照HG/T 4088—2009執(zhí)行；鋼襯PTFE受壓設(shè)備按照GB/T 26501—2011執(zhí)行，筆者認(rèn)為這是可通用的引用標(biāo)準(zhǔn)。

鋼襯設(shè)備鋼殼部分可參考HG/T 20678—2000的要求，原因為：其一，鋼襯PE/PTFE設(shè)備鋼殼部分未納入HG/T 20678—2000管理范圍，而其對設(shè)計壓力和設(shè)計溫度有限定范圍；其二，HG/T 20678—2000規(guī)定受壓襯里鋼殼的制造、試驗、檢驗及驗收還須按照GB 150—2011的有關(guān)章節(jié)規(guī)定，常壓襯里鋼殼按照NB/T 47003.1—2009的有關(guān)章節(jié)規(guī)定，未明確具體章節(jié)，且GB 150—2011對Q235系列板材選用作了限制，包括HG/T 20581—2020也有同類規(guī)定，而NB/T 47003.1—2009明確規(guī)定其不適用于盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器，故不可簡單地理解為受壓襯里鋼殼選用GB 150—2011、常壓襯里鋼殼選用NB/T 47003.1—2009有關(guān)章節(jié)規(guī)定。

因此，鋼襯常壓或受壓容器鋼殼部分的設(shè)計可按HG/T 20678—2000執(zhí)行，但受壓容器符合壓力容器的定義時，須按GB 150—2011設(shè)計、制造、檢驗、驗收；盛裝極度或高度危害介質(zhì)的無襯里的鋼制焊接常壓容器是不允許選用NB/T 47003.1—2009的，建議按GB 150—2011執(zhí)行，但無需監(jiān)管，限制條件外的鋼制焊接常壓容器則可按NB/T 47003.1—2009執(zhí)行。

《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T 20660—2017)[8]規(guī)定，常見極度危害介質(zhì)有硫酸、氯乙烯、三氯乙烯等，常見高度危害介質(zhì)有氟化氫、氯化氫、氯氣等。

3.2 鋼襯設(shè)備殼體材料選用及無損檢測建議

從經(jīng)濟(jì)性與合理性角度考慮，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，筆者認(rèn)為常壓鋼襯設(shè)備的鋼殼部分完全可以選用Q235B板材并取消無損檢測的要求，選用Q235B板材是可以滿足設(shè)備剛度及強(qiáng)度方面的要求的。

承壓鋼襯設(shè)備滿足壓力容器定義的鋼殼部分，則必須根據(jù)GB 150—2011進(jìn)行設(shè)計、制造、檢驗，并考慮限制條件。

目前業(yè)內(nèi)對鋼襯設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)引用不一，沒有統(tǒng)一的行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范供選擇，特別是針對襯里鋼殼設(shè)計、材料選用、制造、檢驗、驗收方面的規(guī)范，而這在設(shè)備設(shè)計選型階段尤為重要，建議業(yè)內(nèi)能更新并統(tǒng)一現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

4 結(jié)束語

化工設(shè)備或壓力容器設(shè)計、選材、制造、檢驗等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范常常更著重于普遍性和安全性方面的要求，而實(shí)際生產(chǎn)中會碰到各種各樣復(fù)雜且特殊的情況，有時既要考慮設(shè)備購置的經(jīng)濟(jì)性，又要兼顧設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的便利性等。面對這些情況，我們要運(yùn)用所學(xué)知識，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗，與設(shè)計院充分溝通，在技術(shù)要求上達(dá)成共識；在設(shè)備選型過程中，要明確設(shè)備設(shè)計、制造及檢驗等標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的選用，以明確設(shè)備在QA(質(zhì)量保證)階段的管理要求，保證設(shè)備質(zhì)量，為化工生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。