齊 會(huì)，宋前進(jìn)

(河南省化工壓力容器檢測(cè)中心站，河南鄭州 450016)

0 前言

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的良性軌道，但能源問題卻日益突出，如何使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境的承載力相匹配，是擺在我們面前的一個(gè)新課題，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本國策是節(jié)約能源，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀的必要條件。承壓類特種設(shè)備制造行業(yè)，有成套的設(shè)備工裝、成熟的工藝、質(zhì)量穩(wěn)定的原材料，節(jié)能降耗無從談起。傳統(tǒng)行業(yè)的節(jié)能降耗，不能指望經(jīng)一兩項(xiàng)技術(shù)革新，就可以看到非常明顯的效果，得到較大改善，而應(yīng)從制定相應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)等最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)出發(fā)，從源頭做起，把好第一道關(guān)口，從點(diǎn)滴做起，做好每一道工序，從每一個(gè)細(xì)節(jié)做起，最終落實(shí)到節(jié)能、減少成本。本人結(jié)合從事鍋爐壓力容器產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)的經(jīng)歷，舉例闡述自己的一些觀點(diǎn)。

1 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)

1.1 制定法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要結(jié)合國情

新頒布的GB/T9222－2008，《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》標(biāo)準(zhǔn)中允許“無氬弧焊打底的單面焊有坡口的對(duì)接焊縫”用于鍋爐制造。而1999年的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《容規(guī)》)表3－5中將手工焊條電弧焊面單面焊雙面行成方法列入不屬于“相當(dāng)于全熔透的雙面焊”的范圍，即這種方法不能用于壓力容器的對(duì)接焊縫的焊接。

相對(duì)于雙面焊，因最初打底焊道，在背面清根時(shí)幾乎被全部清除，焊縫質(zhì)量容易保證。手工電弧焊面成形的打底焊要求焊工既要考慮規(guī)范大可能造成打底余高超標(biāo)甚至產(chǎn)生焊瘤，又要注意規(guī)范小可能產(chǎn)生未熔合、未焊透，操作不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生根部凹陷，對(duì)焊工操作技能要求高。相對(duì)于氬弧焊，手工電焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、焊接效率高、成蹦低廉的特點(diǎn)。現(xiàn)行的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)定》中，都規(guī)定采用單面焊雙面成形方法對(duì)手工電弧焊焊工進(jìn)行考試。要求高，必然增加培訓(xùn)和考試成本，然而這種工藝方法卻不能用于壓力容器制造，顯然是不合理的。筆者認(rèn)為，法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的制定既要鼓勵(lì)采用先進(jìn)的、節(jié)能的新技術(shù)，逐步淘汰落后的、耗能大的舊工藝，也應(yīng)充分考慮國情。鍋爐領(lǐng)域可以使用，壓力容器領(lǐng)域一般也可以使用。就算是鍋爐與壓力容器有比較大的不同，也可以考慮有限制地允許在壓力容器對(duì)接焊縫上使用手工焊條電弧焊，以節(jié)約制造成本。

1.2 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡可能協(xié)調(diào)一致

蒸汽鍋爐主蒸汽管道上使用的分汽缸，既可以按《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《蒸規(guī)》)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，也可以按《容規(guī)》的要求設(shè)計(jì)、制造。國家質(zhì)監(jiān)局便字【1999】2155號(hào)文件規(guī)定:“凡在鍋爐房?jī)?nèi)的分汽(水)缸屬鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的部件，按《蒸規(guī)》的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)，對(duì)于工業(yè)裝置系統(tǒng)內(nèi)的分氣缸，按《容規(guī)》的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)”。鍋爐房?jī)?nèi)的分汽缸可按鍋爐部件制造，是為解決部分鍋爐制造企業(yè)沒有壓力容器制造資格，用戶在采購時(shí)設(shè)備配套不方便而提出的。但在設(shè)計(jì)制造過程中發(fā)現(xiàn)，不同的規(guī)范制造成本差異很大:比如，用直徑273/20鋼管作筒身，設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa的分氣缸，按《容規(guī)》和《蒸規(guī)》要求設(shè)計(jì)制造，主要區(qū)別見表1。

表1 《容規(guī)》和《蒸規(guī)》設(shè)計(jì)制造要求

總體來講，按《蒸規(guī)》設(shè)計(jì)制造較《容規(guī)》要求高。這還只限于用碳素鋼，如使用16Mn之類的鋼管，《蒸規(guī)》還要求做環(huán)焊縫的焊接試板，成本就更大了。設(shè)計(jì)和制造要求不一樣，導(dǎo)致生產(chǎn)成本不一樣，僅僅取決于設(shè)備是否安裝在鍋爐房?jī)?nèi)，理由不充分。本人認(rèn)為，像分汽缸這種既可按容器設(shè)計(jì)制造，又可按鍋爐設(shè)計(jì)制造的設(shè)備，選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不應(yīng)該差異太大，甚至可以規(guī)定就用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，至于制造單位的制造資格，有其一就可以了。

1.3 為節(jié)能降耗獻(xiàn)言獻(xiàn)策

通常一般的容器，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。其基本理念就是在受壓元件上找出最危險(xiǎn)點(diǎn)，設(shè)法滿足該點(diǎn)的強(qiáng)度條件，就能保證設(shè)備安全質(zhì)量。容器的焊縫系數(shù)是根據(jù)焊縫接頭形式和探傷比例選取，一臺(tái)容器固定一個(gè)焊縫系數(shù);鍋爐的焊縫(減弱)系數(shù)只按焊縫形式選取，可以視不同部件選擇不同的探傷比例。筆者認(rèn)為鍋爐強(qiáng)度計(jì)算的思路較容器科學(xué)。受壓內(nèi)的筒形容器，環(huán)向應(yīng)力的2倍，如果我們按照等強(qiáng)的原則，不同位置的焊縫選用不同的焊縫系數(shù)，就可以在選擇焊材和探傷比例以及探傷的合格級(jí)別上有更大的靈活性，有利于降低制造成本。

一般而言，圓筒形元件環(huán)焊縫的長度比縱焊縫長得多，如一臺(tái)Ф1800 mm×3500 mm的圓筒，縱縫長度不足3000 mm，按20%比例探傷，拍片數(shù)量2張。3條環(huán)縫長度3 mm ×3.14 mm ×(1700～1800)mm，拍片數(shù)量12張，直徑越大環(huán)縫拍片數(shù)量越多。雖然環(huán)縫拍片比例與縱焊縫相同，但因環(huán)焊縫強(qiáng)度裕度遠(yuǎn)大于縱焊縫，缺陷危及安全運(yùn)行的幾率比縱焊縫小得多，因此建議可以根據(jù)制造企業(yè)焊接生產(chǎn)中的焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性，適當(dāng)減少環(huán)焊縫探傷數(shù)量。

生產(chǎn)實(shí)踐中，常有選擇大口徑無縫鋼管做較小直徑容器筒體的情況，以提高生產(chǎn)效率，但壁厚裕度往往比較大。以設(shè)計(jì)壓力為1 MPa、內(nèi)徑250 mm左右的分汽缸為例，計(jì)算壁厚不足1.2 mm。如用Ф273 mm的鋼管制作，最小壁厚也在6.5 mm以上，如此大的厚度裕量是否可以考慮恢復(fù)不射線探傷的環(huán)焊縫系數(shù)選0.6的規(guī)定呢(GB150－89，曾有對(duì)不加墊板，不能進(jìn)行射線探傷的環(huán)焊縫，焊縫系數(shù)選0.6 的規(guī)定)。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)是節(jié)能降耗的關(guān)鍵

一臺(tái)容器，可以設(shè)計(jì)的細(xì)長，也可以設(shè)計(jì)的短粗。增加容器的直徑，容器相同時(shí)，長度可以減小，但為了保證強(qiáng)度要求，就要選擇更加優(yōu)質(zhì)材料或增加材料厚度;為保證和提高設(shè)備的耐壓強(qiáng)度，可以采取減小直徑的方法獲得，這時(shí)設(shè)備的長度就安增加，顯而易見的，制造成本是不一樣的。優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在設(shè)備的安全性能和使用性能與制造成本之間選擇最佳方案。

Ф1800 mm直徑的低溫容器，計(jì)算厚度14.91 mm，選用名義厚度為18 mm的16MnDR鋼板制作。按照GB150附錄C的規(guī)定，大于16 mm鋼板，必須進(jìn)行焊后惹處理，減小直徑到Ф1600 mm，就可選用名義厚度為16 mm的16MnDR，避開厚度＞16 mm鋼板必須進(jìn)行熱處理的規(guī)定，但整個(gè)筒體長度將增加，哪個(gè)方案更佳?需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

額定壓力為0.4 MPa的電熱熱水鍋爐，鍋筒規(guī)格為Ф800 mm，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算，板厚選6 mm，如果在前封頭上布置人孔，就需要補(bǔ)強(qiáng)，如采用整體補(bǔ)強(qiáng)，前封頭至少選用8 mm的鋼板。開設(shè)人孔，便于制造時(shí)最后一道環(huán)縫采用雙面焊，同時(shí)方便以后對(duì)鍋爐內(nèi)部進(jìn)行清洗和檢查。《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)直徑大于1000 mm的鍋殼鍋爐的筒體才規(guī)定設(shè)置人孔，Ф800 mm直徑為什么要開人孔?如果最后一道環(huán)縫采用單面焊雙面成型工藝，或采用單面焊也能滿足強(qiáng)度要求，利用電熱管管座作為檢查孔、清洗孔，豈不是就可以減輕鍋筒質(zhì)量嗎?

一臺(tái)臥式儲(chǔ)罐，橢圓形封頭上焊有DN80 mm接管，管座與筒體連接補(bǔ)強(qiáng)板補(bǔ)強(qiáng)，另一端焊接外徑為200 mm的平焊法蘭，法蘭密封面至封頭開孔中心外表距離80 mm，要求雙面全焊透。接管太短，接管與補(bǔ)強(qiáng)板焊縫，連看到都很困難，如何保證焊接質(zhì)量?如果采用接管補(bǔ)強(qiáng)，加大接管長度，既改善受力狀況，又便于焊接，何樂而不為呢?

《容規(guī)》第54條規(guī)定了7種條件下，接管與筒體連接焊縫必須全焊透，監(jiān)檢中發(fā)現(xiàn)不論什么情況，設(shè)計(jì)圖紙一律要求全焊透，應(yīng)該摒棄這種不分青紅皂白、不計(jì)成本的做法。

《容規(guī)》規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力不得低于最高工作壓力，正常情況，兩者數(shù)值應(yīng)比較接近。筆者認(rèn)為，一般的容器，設(shè)計(jì)壓力頂多為1.05～1.1倍最高工作壓力。監(jiān)檢中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙上設(shè)計(jì)壓力遠(yuǎn)高于最高工作壓力的設(shè)備9(在用設(shè)備除外)，如設(shè)計(jì)壓力 1 MPa，工作壓力 0.4 MPa。

我們知道容器強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)是設(shè)計(jì)壓力，如果設(shè)計(jì)壓力和工作壓力接近，既避免設(shè)備出力不足的現(xiàn)象，又降低了制造成本，如果最高工作壓力不足0.1 MPa，按常壓容器制造成本更是大大降低。

大容器的液化氣體汽車罐車，多用球形封頭代替原來的橢圓封頭，板厚減少近1/2，一般的筒體板厚14 mm，封頭選用10 mm鋼板，因板厚偏差＞3 mm，按照GB150的規(guī)定，必須對(duì)厚板削薄或在薄板上堆焊，如果設(shè)計(jì)采用中心對(duì)齊就可不必對(duì)厚板削薄或在薄板上堆焊了(這與GB150的規(guī)定還是不一致的，但從GB150對(duì)允許錯(cuò)邊的規(guī)定，筆者認(rèn)為上述處理方法是可行的)。

3 制造過程中的節(jié)能降耗

3.1 認(rèn)真組織圖紙會(huì)審和技術(shù)交底

一臺(tái)容器，人孔設(shè)在筒體鞍座截面(時(shí)鐘)2～3點(diǎn)位置上。補(bǔ)強(qiáng)圈與支座墊板發(fā)生沖突，墊板可以裁去一個(gè)角，支座立板如何處理?如果事先企業(yè)技術(shù)人員能認(rèn)真進(jìn)行圖紙會(huì)審，或許就能發(fā)現(xiàn)問題，將人孔向上或向內(nèi)移動(dòng)一些就不會(huì)出現(xiàn)這種問題。一批容器，設(shè)計(jì)要求選用某廠制造的法蘭，這種要求是無法出現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖上的，只有通過技術(shù)交底才能交代清楚。因此，下料前進(jìn)行圖紙會(huì)審和技術(shù)交底，可以最大程度消除設(shè)計(jì)缺陷，最大程度體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想。

3.2 編制制造工藝

必須認(rèn)識(shí)到制造工藝是企業(yè)制造過程中的各個(gè)工序都必須執(zhí)行的“法律”文件。監(jiān)檢發(fā)現(xiàn)，要么是生產(chǎn)工人沒有嚴(yán)格按工藝制造，想怎么干就怎么干，工藝規(guī)定雙面手工電弧焊，實(shí)際采用氬弧焊打底，手工電弧焊填充、蓋面;要么就是所有工藝千篇一律，根本沒有體現(xiàn)產(chǎn)品的特點(diǎn)。沒有排版圖，焊縫位置不確定，工序間缺乏溝通，造成支座壓焊縫而未在被覆蓋焊縫處進(jìn)行100%射線探傷，或者是接管無法避開焊縫，在接管附近不得不額外地增加探傷數(shù)量，制造成本提高。如果我們?cè)诰幑に嚂r(shí)作出調(diào)整，盡量使開孔位置避開焊縫，就可以最大限度地減少焊縫射線探傷的數(shù)量。

一臺(tái)立式鍋爐，產(chǎn)品焊成后，發(fā)現(xiàn)鍋筒與上封頭連接焊縫因人無法進(jìn)入鍋筒內(nèi)布片，無法用外透法探傷，雙壁單投，因鍋筒內(nèi)還有爐膽，射線需要透過4層鋼板(射線機(jī)放不進(jìn)爐膽內(nèi))，不但規(guī)程上不允許，設(shè)備能力也有限，假如去我們能在編工藝時(shí)就發(fā)現(xiàn)，在鍋筒內(nèi)的適當(dāng)部位增加檢查孔或手機(jī)，這種情況就完全可以避免出現(xiàn)。

3.3 提倡盡量采用雙面焊

為保證受壓元件的焊縫質(zhì)量，盡量采用雙面焊，是最便捷的辦法。一臺(tái)奧氏體不銹鋼換熱器，官箱筒節(jié)直徑只有400 mm。工藝規(guī)定采用手工氬弧焊打底，單面焊雙面呈成形，單面焊雙面成型，手工焊條電弧焊填充蓋面。焊完后發(fā)現(xiàn)氬弧焊打底有缺陷，工人又從內(nèi)側(cè)用手工焊條電弧焊補(bǔ)了一層，幾乎完全覆蓋氬弧焊焊道。假如采用雙面焊工藝，工人先從內(nèi)側(cè)用手工焊條電弧焊焊上一兩道，外側(cè)清根，用手工焊條電弧焊填滿破口，成本會(huì)低得多。

單面焊雙面成形工藝，是因?yàn)榇嬖谧詈笠坏拉h(huán)焊縫，人無法入內(nèi)作業(yè)的情況，是一種不得已而為之的方法，但相對(duì)于雙面焊，工藝復(fù)雜、效率低，對(duì)操作技能要求高，質(zhì)量不容易保證。從保障工人身體健康的角度考慮，人在外操作，工作環(huán)境好一些，但如果單面焊質(zhì)量無法保證，與其返修就不如直接雙面焊了，況且本例中工人只需探身進(jìn)去就能解決問題。

總之節(jié)能降耗是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要各個(gè)環(huán)節(jié)綜合考慮，密切合作，才能生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、使用性能好的產(chǎn)品。