非金属制承压设备标准体系研究

辛明亮 郑伟义

(1.广州特种承压设备检测研究院 广州 510663）

（2.国家塑料制品质量监督检验中心(福州) 福州 350002)

相对于金属设备，非金属设备具有不腐蚀、使用寿命长，接口稳定、严密，节能，节水，运输、安装、施工方便，维护简单、运行费用低，综合成本低，对环境友好，抵抗地层表动和地震的能力强等优点在市政及化工领域具有一定程度的应用。2016年2月国家质量监督检验检疫总局颁布TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《大容规》），旨在形成关于固定式压力容器的综合规范[1]。《大容规》将除了无增强的塑料制压力容器以外的非金属制压力容器涵盖其中，也印证了国家对非金属承压设备的重视。

非金属设备相关的标准从制造、使用、检测等方面，行标、国标等类别都有相当多的数量，部分非金属设备如防腐蚀压力管道、非金属压力管道元件等细分领域也有了标准体系的报道。非金属制承压设备的应用时间较短，并且在基础数据和试验数据积累方面也相对缺乏，导致标准制修订工作明显滞后的现状，尤其缺乏对非金属制承压设备整体性的把控，以上原因引起国内非金属承压设备标准重复制定，标准管理覆盖严重，标准层级不明，进而制约了非金属制承压设备的发展空间及应用范围。将整个非金属设备的标准按其内在联系形成科学的有机整体，提出一整套标准体系的报道还相对匮乏。本文探索从非金属承压设备应用角度从法规到制品的思路进行了归纳总结，提出了非金属制承压设备的标准体系，给出了非金属制承压设备标准制修订的建议。

1 非金属承压设备的分类

参考《大容规》，将非金属承压设备分为压力管道、压力容器和安全附件。如图1所示，根据实际非金属设备常用材料划分将压力管道和压力容器又细分为石墨制、玻璃钢制、搪玻璃制、塑料制和衬里制承压设备[2]，此分类体系也参考了国外非金属承压设备标准体系的分类方法。

图1 非金属承压设备分类

确定了非金属承压设备的类型后，石墨制、玻璃钢制、搪玻璃制、塑料制或衬里制后，然后再往下细分，每个不同的类型设备还可主要分为材料与产品标准和方法标准。材料与产品标准涵盖了原材料的相应标准和产品相关标准等。方法标准包括制造、检验、测试等方法标准。压力容器按照金属压力容器分类原则分类，分为内压容器与外压容器，内压容器又可按设计压力大小分为超高压容器、高压容器、中压容器和低压容器。根据压力容器在生产中的作用，分为反应型压力容器、换热型压力容器、分离型压力容器和储存型压力容器[3]。如图2所示，压力容器按照形式及功能分为：釜、塔、罐、槽、器。 压力管道分为管道、管道元件、安全附件及安全保护装置。其中压力管道元件包括管子、管件、阀门、法兰、补偿器及配件。

图2 非金属承压设备四级分类体系

2 非金属承压设备标准体系框架

标准体系是一个有机整体，按照标准的内在联系进行组合形成。标准是组成标准体系的主要组成要素，标准之间具有相互依赖和相互作用关系。标准体系具有系统的、普遍性的特征，即可分解性与整体性、计划性与目标性和相关性等。

我国非金属承压设备相关法律法规之间的关系如图3所示。综合考虑以及对未来非金属产业、技术发展的预测，非金属压力管道元件标准体系应符合国家、行业环保和安全方面相关法规政策要求，应覆盖涉及产品全生命周期的所有环节，包括设计、制造、安装、使用与维护、检验检测等。为规范非金属承压设备型式试验程序及其监管要求，在综合考虑我国非金属承压设备制造实际情况，吸收国外发达国家关于承压设备型式试验的基本要求和承压设备安全技术领域研究成果的基础上，国家质量监督检验检疫总局制定并出台了《锅炉压力容器制造监督管理办法》《压力容器定期检验规则》《压力容器监督检验规则》《非金属压力容器安全技术监察规程》等多个法规明确了非金属承压设备设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造的多个过程的规定。

图3 我国承压设备相关的法律法规关系图

为了直观的表述非金属承压设备标准体系的构成，从层级、产品、范围进行划分，如图4所示。按照层级划分了企业标准、联盟标准、团体标准等自律性标准和国家标准、地方标准政府类标准。产品标准按照非金属承压设备实际使用材料类型不同分门别类。范围控制在产品制造过程中及产品使用及检查过程所涉及的标准。

图4 非金属承压设备标准体系三维结构图

3 非金属承压设备标准明细

非金属承压设备基本标准明细表见表1，非金属承压设备基础标准中管道类型较多，容器涉及的基础标准相对较少，在今后的标准制修订过程中将有重点的倾向于五大类非金属承压设备基础标准均衡发展。

表1 非金属承压设备基础标准

非金属承压设备用材料大致可分为有机非金属材料和无机非金属材料等。有机非金属材料也称有机高分子材料，主要包括塑料、橡胶、涂料、有机复合材料等，无机非金属材料主要包括石墨、水泥、陶瓷、无机复合材料等。

从表1中可以看出非金属承压设备的常用材料常用的还是局限在含氟类、含氯类、聚乙烯和聚丙烯等塑料管道制品，2018年实施的塑料及其衬里制压力容器将塑料的应用范围扩展到容器，拓展了非金属的应用领域。通用要求中关于搪玻璃和陶瓷类非金属承压设备的标准较少，此类标准将成为非金属承压设备标准体系范围层级完善的方向。

塑料制承压设备标准制定情况见表2，可用于承压设备的塑料材料一般可分为以下四种类型。

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)热固性塑料：环氧类塑料、聚酯类塑料等。由于第四类中的玻璃纤维增强产品应用较广因此单独区分开来形成玻璃钢制设备。

表2 塑料制承压设备产品标准

序号标准号 标准名称31 GB/T 20207.1—2006 丙烯腈-丁二烯－苯乙烯（ABS）压力管道系统第1部分：管材32 GB/T 20207.2—2006 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）压力管道系统第2部分：管件33 GB 26255.1—2010 燃气用聚乙烯管道系统的机械管件 第1部分：公称外径不大于63mm的管材用钢塑转换管件34 GB 26255.2—2010 燃气用聚乙烯管道系统的机械管件 第2部分：公称外径大于63mm的管材用钢塑转换管件35 GB/T 28799.2—2012 冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统第2部分：管材36 GB/T 32018.1—2015 给水用抗冲改性聚氯乙烯（PVC-M）管道系统第1部分：管材37 GB/T 32018.2—2015 给水用抗冲改性聚氯乙烯（PVC-M）管道系统第2部分：管件38 HG/T 20539—1992 增强聚丙烯（FRPP）管和管件（附编制说明）39 HG/T 21561—1994 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管和管件（附编制说明）40 HG/T 4750—2014 塑料焊接机具 挤出焊枪41 HG/T 4751—2014 塑料焊接机具 热风焊枪

由表2可见，塑料制承压设备产品标准主要容器标准较为笼统并未按照材料不同进行分类，管道则集中在含氯类、聚烯烃和ABS的给排水管、化工管。塑料制承压设备的混配料、寿命检测、定期检验等系列标准将为该体系今后发展的重点。

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须等。玻璃纤维的主要成分是钙钠硅酸盐和铝硼硅酸盐。含前者多的常称为有碱或中碱玻璃纤维（A-玻璃纤维），含后者多的常称为无碱或低碱玻璃纤维（E-玻璃纤维）[4]。玻璃钢制承压设备标准见表3，根据选用的树脂品种类型，分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢。玻璃钢材料质轻而硬、不导电、性能稳定、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀，可以在机器零件和汽车、船舶外壳等代替钢材。

表3 玻璃钢制承压设备产品标准

(续表)

表3中列出了玻璃钢制承压设备的产品标准，玻璃钢制承压设备发展较早相关产品标准较为完善，今后发展需减少标准的重复制定及范围覆盖问题。

衬里制承压设备最大的特点是过流面采用塑料覆盖，以隔绝钢铁等金属与强腐蚀性介质的直接接触。这样既解决了塑料强度低，不能承受高压的问题，又解决了钢铁材料不耐腐蚀的缺点，而且合理地利用了资源，符合国家节能降耗的产业策略，因而该类产品得到迅速发展。表4列出了常用的衬里制设备的产品类型。

表4列出了衬里制承压设备产品标准，从表中看出衬里制设备主要集中在含氟设备，其他材料的衬里设备较少，今后标准制定方向将从衬里方法和材料两个方向进行发展。

搪玻璃制承压设备是将含硅量高的瓷釉涂于金属表面，具有类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点[5]。该类设备广泛使用于化工、医药、燃料、农药、有机合成、石油、食品制造和国防工业等工业生产和科学研究中的反应、蒸发、浓缩、合成、萃取、聚合、皂化、矿化、氯化、硝化等[6]，常见搪玻璃制承压设备见表5。当前我国搪玻璃工业发展与发达国家主要差距在产品标准执行、瓷釉水平、设备开发能力、搪瓷工艺和工装设备、焊接水平等方面[7]。

表4 衬里制承压设备产品标准

表5 搪玻璃制承压设备产品标准

(续表)

搪玻璃设备的标准结合金属制系列标准也相对较为完善。

石墨分为天然石墨和人造石墨两种[8]。天然石墨主要有鳞片和片状两类，其纯度较低，一般含杂质量高，组织松散发滑，在工业上较少单独使用，多用于冶金工业电极糊、坩埚铸造模型等。应用到承压设备的石墨多为不透性石墨，由不透性石墨制成的设备及石墨制压力容器具有优良的化学耐腐蚀性能和较好的导热性能，适用于腐蚀性介质的传热、吸收、冷却等过程，是理想的设备结构材料[9-10]。大多数使用在氯碱工业、石油化工、医药、冶金、轻工等领域，石墨制承压设备产品标准件见表6。不透性石墨制设备及石墨制压力容器主要由钢制外壳、不透性石墨块体、不透性石墨管束、不透性石墨封头等零部件组成，不透性石墨设备中石墨零部件主要起着耐腐蚀性介质的作用。

表6 石墨制承压设备产品标准

序号 标准号 标准名称5 H G/T 3 1 9 3—2 0 0 9 石墨4 5°弯头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 石墨外接头9 H G/T 3 1 9 7—2 0 0 9 石墨丝堵头1 0 H G/T 3 1 9 8—2 0 0 9 石墨管端盖1 1 H G/T 3 1 9 9—2 0 0 9 石墨丝埋头1 2 H G/T 3 2 0 0—2 0 0 9 石墨管凸缘1 3 H G/T 3 2 0 1—2 0 0 9 石墨内接头1 4 H G/T 3 2 0 2—2 0 0 9 石墨温度计套管1 5 H G/T 3 2 0 3—2 0 0 9 石墨管道用钢制对开法兰1 6 H G/T 3 2 0 5—2 0 0 9 石墨管道补偿器1 7 H G/T 3 2 0 6—2 0 0 9 石墨管道视镜1 8 H G/T 3 2 0 7—2 0 0 9 石墨管凸缘连

表6中对常用的石墨制品标准进行列举多为行业标准，且制定的年份较早，对该类标准的升级及标准更新将成为今后该类标准发展的重点。

4 总结

构建非金属承压设备标准体系有助于非金属制承压设备标准论述保持一致更好地进行标准推广，为制造商、客户和检测人员提供一套交流的统一的交流语言，引导标准制定方面更加系统、完善的统一管理标准制修订工作，进一步完善、补充非金属制承压设备系列标准。

非金属承压设备分类体系的制定有助于提高非金属制承压设备系列标准的系统性；便于使用单位、设计单位及客户更好、更便捷地检索相对应的标准；进一步降低标准的相互交叉覆盖减少监控冲突；有利于标准管理部门及法律制修订部门，有法可依，有标准做支撑，提高特种设备安全性。