新建煤化工项目设备图纸审查要素与问题分析①

谭立平 徐春华

(中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司)

新建煤化工项目设备图纸审查要素与问题分析①

谭立平 徐春华

(中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司)

以新建煤化工项目设备专业图纸为研究对象，重点从设备选材、可施工性、维修性及安全性等方面阐述了设备图纸审查的重点要素。结合煤化工项目审图中的案例，剖析了设备图纸审查过程中的主要问题。

设备图纸 煤化工项目 审查要素 案例分析

煤化工项目中，设备的设计图纸是监理、设计及施工等单位进行工程质量控制的依据。然而一些设计单位因贪图多、快、省，而忽视了图纸质量，导致设计深度不够、把关不严、图纸质量差的情况时有发生[1]。对于项目业主的设计管理团队，审查设计院出版的设计文件是项目建设中非常重要的一项工作。设计图纸的质量对控制工程质量至关重要，这关系到工程建设的全过程。因此，对设计图纸进行事前控制，将设计缺陷和安全隐患消除在施工之前，能够极大地减少后期不必要的返工和浪费。同时，由于煤化工项目工程错综复杂，随着工程进展，还会出现一些新的具体问题，所以需要对设备图纸进行反复审查，及时发现问题、解决问题。因此，设计图纸的审查贯穿于工程项目的全过程[2]。

建设单位技术人员的审图工作，不同于设计单位内部的校审工作，审查图纸不是对设计单位校审的重复，而是对图纸的可施工性、维修性和安全性进行审查。从项目业主的角度而言，设备审图可以为建设单位节省建设投资和运行费用，保证设备的质量和使用寿命。

笔者以新建煤化工项目设备审图工作为例，阐述了设备图纸审查的重点要素，剖析了设备审图过程中的主要问题。

1 设备图纸的主要内容

1.1 图纸

设备图纸包括装配图、部件图和零件图。其中装配图主要包括技术特性表、管口表、技术要求、节点详图及装配图等。作为建设单位技术人员，主要负责审查装配图[3]。

1.2 技术规定等文字资料

技术规定等文字资料主要包括各种特殊材料(钢板、锻件和焊材)的采购技术规定、各种特殊材料的制造技术规定、大型设备现场组焊技术规定及主要钢材的焊接工艺评定报告等。

1.3 计算书

压力容器分为普通压力容器(立式或卧式)、换热器、塔器及球罐等类型。计算书内容主要包括：在正常工作和液压试验状况下，对压力容器的筒体、封头、管口开孔补强及支撑结构(包括裙座、鞍座及支腿等)等受压元件进行计算，形成计算书、符合应力分析设计要求的设备应力分析报告和第三类压力容器的风险评估报告。

2 设备图纸的审查要素与内容

2.1 图纸的审查要素

设备图纸的审查要素主要有以下几点：

a. 图纸设计是否满足设计规范和业主工程统一规定的要求；

b. 图纸中的选材是否经济合理、基础设计和详细设计的选材有无变化、是否进行优化等；

c. 压力容器的设计理论在详细设计阶段和基础设计阶段是否相同，是否有必要进行应力分析设计;

d. 压力容器设备应考虑吊装(主要包括大于5t的立式容器和塔器);

e. 换热器设备应考虑拆装管束(主要包括U形管束和浮头换热器);

f. 设备计算书中主要受压元件的厚度计算(采用SW6-2011计算软件)是否合格，对于大件吊装设备应考虑进行吊耳和筒体处应力计算;

g. 设计图纸的结构是否合理，图纸中工艺参数是否满足专利商工艺包的要求;

h. 对于大型设备，设计图中应考虑运输、现场组对焊接和大件设备吊装的要求;

i. 对于重要的材料和设备，在设计时有可能存在设备制造性能和材料采购指标比相应规范严格或不同的地方，因此，设计单位应编制材料采购要求、设备制造技术规定等文件。

2.2 图纸的审查内容

在煤化工项目建设的全生命周期中，审图的内容随项目所处的设计阶段不同而有所区别。在设计单位，工艺专业根据已有的工艺包进行设计，并向设备专业提出条件(包括设备简图、工艺数据表等)，设备专业根据条件进行设备设计。在基础设计阶段，由于长周期设备原材料采购和设备制造周期较长，对于特殊钢板或锻件材料，如果是国外进口，订货周期可能达到半年以上，因此应首先设计长周期设备图纸。此时，审查的主要内容是设备筒体所用材料的采购是否满足进度、费用和安全的要求。对于尺寸较大或较重的设备，应首先考虑大件吊装、吊车的租赁费用及与其他大件设备的统筹安装等，这些因素都会影响整个项目的进度和费用。所以在基础设计阶段，应列出包含国产或进口、关键设备和大件吊装设备的分交表。此项工作由设计单位和建设单位技术人员共同完成。建设单位技术人员还应审查图纸是否满足工艺包、设计规范及工程统一规定等的要求。

在详细设计阶段，应审查主要的设备图纸是否满足可施工性、可维修性和安全性的要求。可施工性审查的主要内容是：立式容器和塔器设备设计中吊耳设置的位置、数量、强度计算书及所需吊车的型号等，塔设备的安装基础模板设计等。在大型球罐的设计中，应审查球罐分瓣的规格和尺寸；在大型储罐的设计中，应审查顶板的结构型式(拱顶或网壳)和安装方案。对于可维修性，主要审查换热器管束的可拆装型式、塔设备的人孔布置形式和数量是否满足相关规范要求。对于安全性，主要审查设备壳体强度计算书、检维修安装平台的设置及设置保护圈等内容。

3 案例分析

3.1 对设备选材问题的审查

由于选材涉及到设备的安全性和经济性，设备费用的80%～90%取决于图纸设计阶段对材料的选择，因此设备选材问题在项目技术管理中非常重要，是设备审图过程中关注的重点。

在审图时，应注意材料需同时满足设计压力和设计温度的要求，应考虑开停车等危险工况，而不能仅以满足操作工况为条件进行选材。在对某项目煤制氢单元甲醇冷却器图纸的审查中，甲醇深冷器管程设计温度为-60℃，管程换热管材料为09MnD。笔者查阅GB 150-1998《钢制压力容器》发现，标准中没有09MnNiD材料，而09MnD材料的最低使用温度为-50℃，无法满足设计温度要求，如果选择此材料，设备极有可能在危险工况下发生脆性破坏[4]。查阅专利商工艺包，管程选材为SA334Gr3，可以满足设计工况要求。经过仔细分析，建设单位项目组要求设计单位将图纸中的材料改为适合设计温度工况下的材料，最终设计单位将该换热器管程材料改为0Cr18Ni11Ti，此材料使用温度可达-196℃，非进口，满足设计工况要求。

在审图时，应注意材料替代问题。材料替代的主要原则是以高代低，且应考虑替代材料对设备费用的影响。在煤制氢单元硫化氢浓缩塔的审图中，专利商的工艺数据表中，设计温度为-80℃，设计压力为0.06MPa，直径为4.4m，塔高约70m，壁厚(主要受风载荷和地震载荷的控制)16mm。专利商原来选择的是SA203GrD材料，该材料需进口，但总承包单位考虑到材料的采购周期较长，建议改为0Cr18Ni11Ti。经建设单位研究并咨询专利商后，同意用0Cr18Ni11Ti替代SA203Gr.D，该替代从技术上是可行的，在不增加费用、不影响项目进度、质量的原则上同意总承包单位材料替代的要求。

3.2 对材料采购技术文件的审查

在审查材料采购技术文件时，应注意各设计阶段压力容器壳体厚度是否一致，如果不同其原因是什么，是否会对设备造价产生影响等。某煤化工项目中，在审查设计单位提交的乙烯球罐钢板请购文件时发现，球罐钢板的厚度为34mm，而基础设计图纸的钢板厚度为38mm，两个设计阶段乙烯球罐钢板厚度不同。基础设计中，乙烯球罐工艺参数(设计压力2.16MPa，设计温度-50℃，直径15.7m)是按照JB 4732-2005《钢制压力容器——分析设计标准》中相关的应力分析计算公式得到的，钢板计算厚度为35.3mm，加上腐蚀裕量1.5mm，圆整，得到钢板厚度38mm。后经业主设备专业与设计单位的沟通，维持球罐钢板厚度38mm不变。假如钢板厚度38mm改为34mm，相当于单个球罐减轻重量25t，罐区有6台乙烯球罐，共节约150t，每台球罐07MnNiMoDR材料的制造费为每吨两万元，对于总承包合同的业主，间接损失高达300万元。此案例中，总包(负责设计)单位通过两个设计阶段改变设计压力来达到降低钢板厚度的目的，由此看出，对材料采购技术文件进行审查至关重要。

3.3 对设备可维修性的审查

在审查设备图纸的过程中，还需要考虑后续设备检维修的方便性。在某煤化工项目的煤制氢单元变换炉图纸审查中，设计压力为3.9MPa，设计温度为485℃，工作介质为氢气、二氧化碳和一氧化碳，设备尺寸φ3600mm×9700mm，物料下进上出，设备进出口接口为焊接型式。在进行设备图纸会审时，煤制氢分厂技术人员建议设备接口采用法兰接口型式，便于后续维修，但是建设单位项目组和设计单位与我国多家煤制氢用户单位进行沟通和交流后认为，设备设计压力是中压，进出口法兰直径(DN600mm)较大，变换炉在480℃下一氧化碳和氢气将发生化学反应，而且我国多家煤制氢用户单位的煤制氢装置变换炉在运行中，法兰密封面处发生变换气泄漏现象，因此将变换炉进出口法兰连接改为焊接型式。经过分析，最后决定维持设备图进出口接口为焊接型式，变换炉的后续维修试压可采用系统试压方式，如需隔离可采用切管方式处理。

3.4 对计算书的审查

由于设备选材和壳体厚度是否满足强度、刚度和稳定性的要求，是通过计算书确认的，因此业主单位的技术管理人员对计算书的审查是非常必要的。

在某煤制氢单元热再生塔计算书的审查中，塔体尺寸(φ5400/3900mm×33250mm，设计压力为0.5/-0.1MPa，设计温度为130℃)和计算书基础数据输入无误。在塔体锥形筒体的计算结果中，计算书要求对锥筒的小端(φ3900mm处)进行加强，即锥筒小端处比锥筒要厚，加厚的原因是筒体小端的局部应力较大[5]，但设计人员在提交的图纸中没有增加锥筒小端的壁厚。业主项目组要求设计单位对图纸和计算书进行复核，设计单位经重新审查后对锥筒的名义厚度进行了更改，整个锥筒按小端壁厚进行设计，保证了设计质量。

3.5 审图时的设计理论问题

在审图时，需要特别注意的是设计理论(应力分析设计理论和规则设计理论)问题。两个理论中一个是按第三强度理论推导出来的。另一个是按第一强度理论推导出来的。虽然两个理论公式基本相同，但分析设计允许应力强度高于规则设计许用应力，且应力强度在公式的分母中，故应力分析设计理论较规则设计理论计算的壁厚要薄[6]。因此在项目设计管理的审图过程中，设计单位在基础设计阶段和详细设计阶段应采用一致的设计理论。

在某煤制氢气化装置中，设计单位在基础设计阶段采用的是规则设计理论，在详细设计阶段采用的是应力分析设计理论。然而此项目为EPC项目管理模式，在基础设计和详细设计两个阶段，气化系统中排渣罐V1403、飞灰排放罐V1502、飞灰过滤器V1501的壳体重量分别相差了7t(材料为16MnR+00Cr17Ni14Mo2)、10t(材料为15CrMo+00Cr19Ni10)、70t(材料为SA387Gr11cl2+304L)，间接造成业主单位的巨大损失。笔者在审图时发现，根据项目组领导指示，此部分材料费从设计单位的详细设计费用中扣除。笔者认为，一台设备所采用的设计理论，应在基础设计前期合同中就加以明确，即基础设计和详细设计阶段采用的理论应是一致的，根据合同附件，压力容器应优先采用GB 150-2011设计。只有在容器操作条件苛刻、设计参数较高、价格昂贵时，从节省材料费的角度考虑允许采用JB 4732-2005进行设计，同时需事先取得业主的书面同意。

3.6 其他设备审图问题

在设备审图过程中，设备结构的审查也是非常重要的。在某间接液化装置开车过程中，车间人员发现费托合成单元设备——二次换热器10802-E104发生振动并伴随哨声。建设单位技术人员负责此次事故处理，经过严格的审图，发现设计单位装配图出现了以下问题：

a. 设备装配图标注壳程循环气入口方向与膨胀节安装方向不一致(实际制造时制造厂只按图施工，没有发现图纸的错误)，导致制造厂将膨胀节内衬筒和壳体的焊接点焊错。在开车运行过程中循环气进入膨胀节衬筒与膨胀节之间，循环气流速度快、压力高，进而产生振动和哨声。

b. 设备壳程换热管没有采用折流板支撑型式，而是采用折流圈型式。虽然采用折流圈支撑型式具有传热系数高、壳程阻力降小、不结垢和换热管抗振性能好的优点[7]，但是必须同时考虑设置合理的折流圈间距和折流杆尺寸[8]。但实际制造时发现，设备图纸上采用的折流圈间距偏大、折流杆尺寸偏小，设备开车过程中当气流通过折流杆时，导致折流杆产生振动。

为了避免二次换热器在后续的运行中发生安全事故，针对上述问题，设计单位提出了换热器修改方案。对壳程筒节进行了更换，增加了折流杆数量，对折流杆进行了加固以增加其牢靠性。原制造单位在现场对换热器进行了改造，并出具了制造方案和热处理方案。2012年初换热器改造完成，经过系统试车，没有发生振动和哨声。但换热器因改造花费了30万元。

4 结束语

笔者主要介绍了在建设单位作为工程技术人员时的审图工作经验、遇到的问题及其解决方法。装置设计审图工作需对设计工作、制造、安装和管理模式进行深入的了解和掌握，不但要透彻掌握设计规范，而且要熟悉施工和制造规范，才能圆满完成审图工作。

[1] 邢松盛,贺爽.建设工程质量的事前控制浅论[J].河南水利与南水北调,2014,(4):40～41.

[2] 刘协根.建筑工程图纸会审的技巧[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(6):1～6.

[3] SHSG 053-2011,石油化工装置详细工程设计内容规定[S].北京:中国标准出版社,2011.

[4] GB 150-2011,压力容器[S].北京:中国标准出版社,2011.

[5] JB/T 4710-2005,钢制塔式容器[S].北京:新华出版社,2005.

[6] JB 4732-2005,钢制压力容器——分析设计标准[S].北京:中国标准出版社,2005.

[7] GB 151-1999,管壳式换热器[S].北京:中国标准出版社,1999.

[8] 秦叔经,叶文邦.换热器[M].北京:化学工业出版社,2003.

谭立平(1962-)，高级工程师，从事设备技术管理研究，tanliping1@126.com。

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