承压设备相关标准在纺机产品设计中的应用

邵阳纺织机械有限责任公司 林 健 肖坤后/文

承压设备相关标准在纺机产品设计中的应用

邵阳纺织机械有限责任公司 林 健 肖坤后/文

本文阐述了特种设备、承压设备、压力容器与纺机产品的关系，特种设备的法规、标准体系，纺机产品中承压设备类型、使用介质、风险评价、容器特性、适用标准及设计应用中引起重视的问题。

承压设备 纺机 产品 设计

一 前言

承压设备的法规、标准体系涉及的法规、标准较多，系统性、专业性很强，纺机产品中涉及的承压设备相对来讲只是很少的一部分，从事纺机设计的工程技术人员大多不是压力容器专业人员，缺乏系统的学习，对法规、标准不熟悉、不全面，理解不透彻，导致在实际工作中应用标准出现偏差，造成材料采购、制造、检验、监检、安装、交付、使用过程中不必要的麻烦，甚至造成爆炸、伤人、财产损失等严重后果。

本文概述了特种设备的定义和纺织机械中的特种设备范围，重点阐述了特种设备相关标准在纺机产品设计中的应用，提高纺机产品的安全性和稳定性。

二 特种设备与纺机产品的关系

特种设备特指人们生产和生活中广泛使用的，一旦发生故障有可能危及公共安全的，受到政府强制监督管理的设备，按照特种设备的特点，可将其划分为承压类特种设备和机电类特种设备。承压类特种设备包括锅炉、压力容器和压力管道[1]。纺织机械产品中涉及到的特种设备主要是承压容器，在化纤设备中有纺丝机、使用蒸汽加热的辊筒、原液设备、真空设备；染整设备中的染色机、烘缸、换热器及蒸箱等；辅助设备中的联苯炉、蒸汽发生器、贮槽、载热油加热炉等。

这些产品的介质主料为纺织原料如棉、毛、麻、丝、化纤、织物、熔体（塑料切片、粒子）等，毒性程度为无毒或低毒、非易爆固态或液态物质，在加工处理过程中也不会达到TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《容规》）规定的标准沸点的汽化状态，本身不会产生危害；涉及的辅料主要有油、联苯、蒸汽、染液等，其工作状态时具有较高的温度和压力，有可能产生伤人、爆炸等危险，相关承压设备属性见表1。

由于承压设备的危险性，其设计、制造、检验、安装、维护、使用有一套严格、完整的法规标准体系，包含法律、行政法规、行政规章（部门规章）、安全技术规范、相关标准五个层级：

1、法律由全国人大通过，以中华人民共和国主席令的形式发布，如《质量法》、《标准化法》、《特种设备安全法》；

2、行政法规包括国家行政法规和地方性法规等，国家行政法规由国务院制定，以国务院令的形式发布，如《特种设备安全监察条例》；

3、行政规章包括国务院各部门行政规章和省、自治区、直辖市和较大城市的人民政府规章。行政规章是以国务院行政部门或地方政府首长令的形式发布、行政管理内容较突出的文件，如《锅炉压力容器制造监督管理办法》；

4、安全技术规范是国家质量监督检验检疫总局依据《特种设备安全法》，对特种设备的安全性能和相应的设计、制造、安装、改造、维修、使用和检验检测的活动制定颁布的强制性规定，其作用是把与特种设备有关的法律、法规和规章的原则规定具体化[2]。“安全技术规范”通常为规程、规则、细则等，均标有“TSG”。如TSG 21《容规》、TSG R 1001—2012《压力容器压力管道设计许可规则》。

5、相关标准包括国家标准、行业标准、地方标准和企业标准，如国家标准GB150.1～150.4《压力容器》，行业标准NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》。

三 相关标准在纺机产品设计中的应用

1容器类别的划分[3]

容器类别的划分包括与安全相关的主要参数：介质危害

性、设计压力、容积三要素。

介质危害性指容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示：

1.1 毒性程度：综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素，极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3；高度危害最高容许浓度0.1mg/m3～1.0mg/m3；中度危害最高容许浓度1.0mg/m3～10.0mg/m3；轻度危害最高容许浓度大于或者等于10.0mg/m3；

1.2 易爆介质：指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气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%的介质；

1.3 介质毒性危害程度和爆炸危险程度的确定：按照HG 20660—2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》确定，HG20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB5044—1985《职业性接触毒物危害程度分级》的原则，决定介质组别。

容器的类别与后续的制造、检验、监检、交付密切相关，划分正确与否至关重要。不是所有的压力容器都是一样的，按GB150《压力容器》规定：设计压力≥0.1MPa且真空度≥0.02MPa的容器属于压力容器，但不一定属于《容规》的管辖范围，有些压力容器尽管压力、温度较高，但不具备《容规》界定的条件，如纺丝机的熔体温度超过300℃压力高达40～50MPa但处于液态，基本不具有危险性，属于非监管的压力容器产品，不应划分类别。

只有属于《容规》监管的压力容器产品才需要划分类别，前提是同时满足三个条件：

条件一：工作压力大于等于0.1MPa；

条件二：容积大于或等于0.03m3，且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或等于150mm；

条件三：盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或等于其标准沸点的液体。

注意，这里指定的是工作压力而非设计压力，但在划分类别时要取设计压力，很多新手容易混淆；容积或几何尺寸过小，或者介质为液态时，即使容器破裂，释放的能量不会太大，产生破坏力有限。

压力容器类别划分方法：

1)基本划分：压力容器类别的划分应当根据介质特性选择类别划分图，见《容规》 图A—1 “压力容器分类图—第一组介质”或图A—2 “压力容器分类图—第二组介质”，再根据设计压力p（单位MPa）和容积V（单位m3），标出坐标点，确定压力容器类别，容积计算时应扣除永久连接的内件体积；

2)多腔压力容器类别划分：多腔压力容器（如换热器的管程和壳程、夹套容器等）按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按照该类别进行使用管理。但是应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划定时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积；

表 1 相关承压设备属性

3)同腔多种介质压力容器类别划分：一个压力腔内有多种介质时，按照组别高的介质划分类别；

4)介质含量极小的压力容器类别划分：当某一危害性物质在介质中含量极小时，应当根据其危害程度及其含量综合考虑，按照压力容器设计单位决定的介质组别划分类别。

2 正确应用标准

由于承压设备类型较多，涉及材料、设计、制造、焊接、无损检测、监检、交付等多个环节和领域；相关法规、标准多，它们之间关系错综复杂，既有包含关系，引用关系，也有交叉关系，设计人员在设计产品时准确无误地用好这些法规、标准并非易事。下面针对纺机产品中典型容器的适用标准问题进行说明。

2.1 产品标准

常用纺机承压产品标准有一个通用标准和四个专用标准：

1）GB 150《压力容器》，通用压力容器标准；

2）GB/T 151《热交换器》；

3）GB/T 17410《有机热载体炉》；

4）NB/T 47042《卧式容器》；

5）NB/T 47003.1《钢制焊接常压容器》。

当有专用标准时应优先采用专用标准，当没有专用标准时即采用通用标准，具体参见表1。

2.2 安全技术规范与引用标准尺度的把握

安全技术规范是强制性的、最低安全要求，标准被安全技术规范引用后其引用部分即具有强制性；在《容规》中引用的压力容器产品标准，如GB150和GB/T151等，并不是说这些标准因为被《容规》引用，标准内容都变为强制性，对于这些被引用标准，只有那些条款中具体引用的内容才具有强制性。例如：《容规》3.2.10.2.2.2 全部射线或超声检测（7）设计者认为有必要进行全部无损检测的焊接接头；《容规》3.2.10.2.2.4表面无损检测（9）设计者认为有必要进行全部无损检测的焊接接头。设计要求要松、严把握适度，不能因为是特种设备就过严应用这些规范、标准，但必须要保证最低安全要求。

2.3 材料选用

在进行压力容器设计时选用材料应考虑的因素：

1）符合标准规范的要求，能够选用专用材料的尽可能选用专用材料，如GB 713标准中的材料；

2）力学性能(强度等)、化学性能(腐蚀等)、物理性能(膨胀、导热等)、工艺性能(焊接等)；

3）经济合理，尽量避免选用境外牌号，确有必要时，应在设计文件中说明其必要性和经济性，常规牌号不要迷信境外牌号比国内好；

4）适合本企业的工艺制造能力。

常用典型材料见表2。

表2 常用典型材料

按照标准的规定，GB/T 3280、GB/T 4237标准的不锈钢板、GB/T 3274中的Q235A钢板、GB/T 8162钢管、GB 3087《低中压锅炉用无缝钢管》不得用于压力容器。

3 受压元件的界定

首先要弄清楚受压元件、主要受压元件、一般受压元件、非受压元件的概念：

3.1 受压元件：即承受介质压力的元件，需要注意的是设备中的压力管道虽然承受压力，但不一定是受压元件，具体界定范围见《容规》的1.6.1条；

3.2 主要受压元件：即《容规》界定的压力容器本体中的筒节、球壳板、非圆形容器的壳板、封头、平盖、膨胀节、设备法兰，换热器的管板和换热管，M36以上(含M36)的设备主螺柱以及公称直径大于或者等于250mm的接管和管法兰。

3.3 一般受压元件：即除主要受压元件外的受压元件；

3.4 非受压元件：即与主要受压元件相联接的非直接承受介质压力的元件。

石油、化工行业对承压设备相对比较专业，有专业的设计机构，只负责设计，制造可能是另外的专业制造厂，设计时考虑的因数相对简单，只要满足规范、标准的要求即可，较少考虑制造企业材料采购、工艺方面的条件，图样中没有严格区分主要受压元件、一般受压元件，鉴于纺机行业的特殊性，承压设备只是其中的个别机型或一部分，所占比重较小，制造企业一般都是自行设计，基本上还是继承了老行业标准FZ 90058-1994《压力容器类产品图样标注的规定》，对主要受压元件、一般受压元件予以区分，便于材料的采购和制造控制。只有正确理解了这些概念的内涵与外延，才能准确划分主要受压元件、一般受压元件、非受压元件，从而合理选材，并提出适当的制造技术要求。

4 图样技术要求

对于非专业的压力容器设计人员在图样的技术要求中，材料要求、无损检测、耐压试验与泄漏试验、需要注明成形厚度、计算厚度的情形等方面往往容易忽视或出错：

4.1 图样中的受压元件应有标注材料的牌号、规格和所采用标准；

4.2 设计图样上应规定无损检测的方法、比例、质量要求、合格级别，质量要求为新增加的要求，从低到高依次为A、AB、B级，一般选AB级；

4.3 耐压试验的目的是检验设备强度和制造质量是否达到设计要求，是必须要进行的检验项目，优先采用液压试验，其次是气液混合试验，避免气压试验；泄漏试验的目的是校验容器的致密性，是可选项目，根据介质的危害程度和设计的需要确定，泄漏试验采用气密性试验时，设计者应在图样上给出最高允许工作压力；只有耐压试验合格后才能进行泄漏试验；

4.4 当存在加工减薄量时，除在视图上标注名义厚度外，还应注明最小成形厚度；由于结构原因不能进行内部检查的压力容器应注明计算厚度和定期检验的要求[3]；不能进行耐压试验的压力容器应注明计算厚度及制造和使用中的特殊要求；

4.5 带垫板的单面焊焊缝系数应取0.8而不是0.85；

4.6 安全阀的整定压力不得大于设计压力或最高允许工作压力。

承压设备涉及的法规、标准较多，系统性、专业性强，在纺机产品的设计中，需要不断地学习，熟悉并理解承压设备的法规、标准内涵，合理、正确地应用这些标准，提高纺机产品的安全性和稳定性。

[1]张俊青,彭军,彭朝华,武金宇,王鹏威.ANSYS在承压特种设备检验中的应用[M] .2014远东无损检测新技术论坛论文集. 2014-06-20.

[2]王为,侯荣贵.表象及用途决定案件的性质[J].中国质量技术监督.2013-12-18.

[3]TSG 21—2016 固定式压力容器安全技术监察规程 [S].