彭景煜，王青松，黃學忠，馬建偉，劉建鵬

(中化藍天氟材料有限公司，浙江 紹興 312369)

0 引 言

化工行業(yè)中，鋼襯設備在耐酸堿腐蝕性方面有獨特的優(yōu)勢，應用較為廣泛，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備。對于鋼襯設備而言，其設計或制造標準往往側重于內(nèi)襯材料的要求，對于外鋼殼部分材料的關注度較少，引用的標準也較多，而在項目建設或者日常采購過程中依據(jù)相應標準與規(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計、降低設備投資成本。以下筆者基于現(xiàn)有鋼襯設備鋼殼部分設計制造標準及選材限制，并結合應用實踐進行鋼襯設備鋼殼部分標準選用梳理與分析，以供同行參考。

1 有關標準適用性及相關分析

1.1 HG/T 20678—2000適用性及相關分析

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

鋼襯設備鋼殼部分的設計、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、結構設計等要求，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適用性及相關分析

《塑料襯里設備 通用技術條件》(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)等耐化學腐蝕的塑料襯里設備。

HG/T 4088—2009規(guī)定鋼制外殼材料應符合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)中的相關要求，但沒有詳細描述內(nèi)襯設備鋼殼部分的材料選用要求；同時還規(guī)定了襯里鋼殼的設計、制造、驗收宜按HG/T 20678—2000。

1.3 GB/T 26501—2011適用性及相關分析

《氟塑料襯里壓力容器 通用技術條件》(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)定鋼制外殼材料應符合GB 150—2011的要求，襯里鋼殼的設計、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計、制造，要考慮鋼殼及襯里兩方面的技術要求，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備制造進度、質量管控等至關重要。

1.4 NB/T 47003.1—2009適用性及相關分析

《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計、制造、檢驗與驗收要求，設計壓力(p)范圍為-0.02 MPa≤p≤0.1 MPa，設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)定鋼襯設備外殼部分材料的選擇要求，關于無損檢測的要求沒有明確最低標準。

1.5 GB 150—2011適用性及相關分析

《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準進行了規(guī)定，明確了鋼材使用范圍(溫度和壓力)及許用應力，并規(guī)定適用于設計壓力≤35 MPa、設計溫度-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的鋼板應進行沖擊試驗、冷彎試驗，試驗結果須符合《碳素結構鋼》(GB/T 700—2006)規(guī)定；③ 容器設計壓力<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。

GB 150—2011未明確鋼襯設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、高度危害介質的設備要求焊接接頭100%檢測。

1.6 HG/T 20581—2020適用性及相關分析

《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》(HG/T 20581—2020)[7]結合化工容器設計的具體情況，是對GB 150.2—2011的補充和具體化，適用于鋼制化工容器用鋼和焊接材料的選用、技術要求、使用限制及范圍等，也包含國外標準生產(chǎn)的鋼材使用、鋼材代用等要求，并明確了鋼材的選用應符合《固定式壓力容器安全技術監(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備的操作條件(如設計壓力、設計溫度、流體速度、介質特性)、材料焊接性能、耐腐蝕性能、冷熱加工性能、熱處理及容器的結構、設計使用壽命等前提下，應考慮經(jīng)濟合理性，且明確了合理性選材原則:在剛度或結構設計為主的場合，宜選用碳素鋼；在強度設計為主的場合，應根據(jù)壓力、溫度、介質等使用限制，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，應根據(jù)使用溫度下限、重要性及應力水平來考慮，并滿足設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)行國家標準《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，要求設計壓力≤4.0 MPa。

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

2 案例與解讀

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

2.1 案例一——常壓鋼襯PE設備

偏氟乙烯裝置尾氣吸收系統(tǒng)T-309鋼襯PE水洗塔，設計壓力-0.015～0.095 MPa，設計溫度80 ℃，所用介質為R152a、R142b、鹽酸、氯氣，介質特性為高度危害、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。有關情況及解讀如下。

最初考慮T-309鋼襯PE水洗塔引用的設計、制造、檢驗和驗收標準與規(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〉標準釋義與算例》(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。

對于常壓設備，選用高標準固然沒有錯，但規(guī)范也明確了要考慮經(jīng)濟合理性，一般情況下Q245R比Q235B的價格高10%左右，且材料的許用應力不影響設備剛性，從強度角度來考慮，20 ℃時Q245R的許用應力為163 MPa、Q235B的許用應力為140 MPa，兩者差別不大，筆者認為，鋼襯設備(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，存儲介質依靠設備襯里PE層來防護，內(nèi)襯襯里層一旦破損，腐蝕性介質對Q245R與Q235B的腐蝕程度是一樣的。換言之，在剛度、強度滿足的前提下，更重要的是考慮內(nèi)襯的質量控制。

經(jīng)梳理與分析，并與設計院協(xié)商，將引用的標準由設計院最初提出的GB 150—2011調整為NB/T 47003.1—2009(筆者與設計院溝通協(xié)商后確定)，確定鋼襯里常壓設備(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，對于焊縫質量主要以外觀質量控制為主，A/B類焊縫10% RT檢測即可。

2.2 案例二——受壓鋼襯PE設備

偏氟乙烯裝置T-409鋼襯PE堿洗塔，設計壓力1.6 MPa，設計溫度60 ℃，所用介質為VDF、堿液，介質特性為輕度危害、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計、制造及檢驗標準為GB 150—2011及TSG 21—2016，當時設計院未考慮引用襯里設備設計、制造及檢驗標準，襯里的技術要求未明確。鋼殼部分引用標準GB 150—2011及TSG 21—2016無異議，按壓力容器標準制作殼體，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，補充了PE堿洗塔襯里的制造、試驗、檢驗、驗收按照《塑料襯里設備通用技術條件》(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)管總局關于特種設備行政許可有關事項的公告》(2021年第41號)的要求，而設備襯里的設計制造無需取得行政許可，襯里廠家必須委托有資質的壓力容器制造廠進行鋼殼部分的設計制造，兩者對應的設計制造標準不一。對于使用單位而言，設備鋼殼與襯里必須兩者兼顧，以保證質量。目前，《〈固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程〉行業(yè)標準第1號修改單》(TSG 21—2016/XG1—2020)修訂說明中明確了無增強的塑料制壓力容器不在監(jiān)管范圍內(nèi)。

3 結論與建議

鋼襯設備適用標準與規(guī)范的選用，不僅涉及采購技術文件的編制，影響采購設備材料經(jīng)費及采購周期，而且還會影響鋼襯設備使用的合規(guī)性與安全性。梳理標準與規(guī)范，結合實際應用，確定中化藍天氟材料有限公司鋼襯設備的選用標準及規(guī)范，明確材質及無損檢測要求，是非常必要的。筆者歸納總結出如下兩方面的建議供參考。

3.1 鋼襯設備設計、制造、驗收標準選用建議

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

鋼襯設備鋼殼部分可參考HG/T 20678—2000的要求，原因為：其一，鋼襯PE/PTFE設備鋼殼部分未納入HG/T 20678—2000管理范圍，而其對設計壓力和設計溫度有限定范圍；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的有關章節(jié)規(guī)定，常壓襯里鋼殼按照NB/T 47003.1—2009的有關章節(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有關章節(jié)規(guī)定。

因此，鋼襯常壓或受壓容器鋼殼部分的設計可按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設計、制造、檢驗、驗收；盛裝極度或高度危害介質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。

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

3.2 鋼襯設備殼體材料選用及無損檢測建議

從經(jīng)濟性與合理性角度考慮，結合實際應用情況，筆者認為常壓鋼襯設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板材是可以滿足設備剛度及強度方面的要求的。

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

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

4 結束語

化工設備或壓力容器設計、選材、制造、檢驗等相關標準與規(guī)范常常更著重于普遍性和安全性方面的要求，而實際生產(chǎn)中會碰到各種各樣復雜且特殊的情況，有時既要考慮設備購置的經(jīng)濟性，又要兼顧設備運行維護的便利性等。面對這些情況，我們要運用所學知識，結合實踐經(jīng)驗，與設計院充分溝通，在技術要求上達成共識；在設備選型過程中，要明確設備設計、制造及檢驗等標準與規(guī)范的選用，以明確設備在QA(質量保證)階段的管理要求，保證設備質量，為化工生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定運行保駕護航。