钢衬设备钢壳部分标准选用及差异浅析

彭景煜，王青松，黄学忠，马建伟，刘建鹏

(中化蓝天氟材料有限公司，浙江 绍兴 312369)

0 引 言

化工行业中，钢衬设备在耐酸碱腐蚀性方面有独特的优势，应用较为广泛，尤其是在氟化工装置水碱洗工段，因涉及酸碱物料，基本上均需使用钢衬设备。对于钢衬设备而言，其设计或制造标准往往侧重于内衬材料的要求，对于外钢壳部分材料的关注度较少，引用的标准也较多，而在项目建设或者日常采购过程中依据相应标准与规范选择合理的钢壳材料及检测要求，将有利于避免过度设计、降低设备投资成本。以下笔者基于现有钢衬设备钢壳部分设计制造标准及选材限制，并结合应用实践进行钢衬设备钢壳部分标准选用梳理与分析，以供同行参考。

1 有关标准适用性及相关分析

1.1 HG/T 20678—2000适用性及相关分析

《衬里钢壳设计技术规定》(HG/T 20678—2000)[1]适用于设计压力(p)范围-0.02 MPa

钢衬设备钢壳部分的设计、制造及验收大都引用HG/T 20678—2000，其适用内容为，衬里钢壳部分规定了壁厚计算、结构设计等要求，其中也规定了受压衬里钢壳的制造、试验、检验及验收还必须按照《压力容器》(GB 150—2011)的有关章节规定，常压衬里钢壳按照《钢制焊接常压容器》(NB/T 47003.1—2009)(JB/T 4735.1)的有关章节规定，但未明确具体章节。

1.2 HG/T 4088—2009适用性及相关分析

《塑料衬里设备 通用技术条件》(HG/T 4088—2009)[2]适用于采用聚乙烯(PE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)等耐化学腐蚀的塑料衬里设备。

HG/T 4088—2009规定钢制外壳材料应符合GB 150—2011或NB/T 47003.1—2009或《钢制化工容器材料选用规范》(HG/T 20581—2020)中的相关要求，但没有详细描述内衬设备钢壳部分的材料选用要求；同时还规定了衬里钢壳的设计、制造、验收宜按HG/T 20678—2000。

1.3 GB/T 26501—2011适用性及相关分析

《氟塑料衬里压力容器 通用技术条件》(GB/T 26501—2011)[3]规定了氟塑料衬里压力容器的要求、试验方法、检验规则等内容，适用于钢制外壳内衬氟塑料的压力容器。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)，设计压力(p)范围为0.1 MPa≤p≤2.5 MPa；未包含内衬聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)材料。

GB/T 26501—2011规定钢制外壳材料应符合GB 150—2011的要求，衬里钢壳的设计、制造和验收宜按HG/T 20678—2000的规定。对于氟塑料衬里压力容器钢壳部分明确了材料选用需要满足GB 150—2011的要求，但钢壳的设计、制造和验收要求没有明确。对于氟塑料衬里压力容器的设计、制造，要考虑钢壳及衬里两方面的技术要求，缺一不可。大部分情况下，压力容器钢壳制造单位不具备衬里制作能力，钢壳制造单位与衬里制造单位的有效衔接对设备制造进度、质量管控等至关重要。

1.4 NB/T 47003.1—2009适用性及相关分析

《钢制焊接常压容器》(NB/T 47003.1—2009)[4]规定了钢制焊接常压容器的设计、制造、检验与验收要求，设计压力(p)范围为-0.02 MPa≤p≤0.1 MPa，设计温度范围为在钢材允许的使用温度范围内。NB/T 47003.1—2009不适用于直接受火焰加热的容器、盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，以及高度大于10 m且长径比(即高径比)大于5的塔式容器、气柜等设备。

NB/T 47003.1—2009规定了容器用钢使用温度按照钢材允许的使用温度要求，并确定了碳素沸腾钢板Q235A.F的适用范围及碳素钢镇静钢板Q235A、Q235B、Q235C的适用范围。前者碳素沸腾钢板适用于温度范围为0～250 ℃、钢板厚度≤16 mm的容器，不得用于盛装极度、高度和中毒危害及易燃介质的容器；后者碳素钢镇静钢板适用于温度范围为0～350 ℃、钢板厚度≤40 mm的容器。

NB/T 47003.1—2009要求，除另有规定外，容器焊接接头需进行局部射线或超声检测，检测长度不得少于各条焊接接头长度的10%，并按图样要求进行盛水、液压等试验。

总之，NB/T 47003.1—2009没有特别规定钢衬设备外壳部分材料的选择要求，关于无损检测的要求没有明确最低标准。

1.5 GB 150—2011适用性及相关分析

《压力容器》(GB 150—2011)规定了金属制压力容器的建造要求，包括材料、设计、制造、检验和验收要求。《压力容器 第2部分：材料》(GB 150.2—2011)[5]对压力容器受压元件用的钢材允许使用的钢号及标准进行了规定，明确了钢材使用范围(温度和压力)及许用应力，并规定适用于设计压力≤35 MPa、设计温度-253～800 ℃的压力容器；GB 150.2—2011不适用于直接火焰加热的容器、不适用设计压力低于0.1 MPa且真空度低于0.02 MPa的容器、不适用搪玻璃容器等。《压力容器 第4部分：制造、检验和验收》(GB 150.4—2011)[6]规定了适用范围内钢制压力容器制造、检验与验收的要求。

GB 150.2—2011附录D对Q235系列钢板的使用作了明确要求：① 钢板磷含量≤0.035%、硫含量≤0.035%；② 厚度≥6 mm的钢板应进行冲击试验、冷弯试验，试验结果须符合《碳素结构钢》(GB/T 700—2006)规定；③ 容器设计压力<1.6 MPa；④ 钢板使用温度，Q235B钢板为20～300 ℃，Q235C钢板为0～300 ℃；⑤ 容器壳体钢板厚度，Q235B和Q235C壳体钢板厚度≤16 mm；⑥ 不得用于毒性程度为极度或高度危害的介质。

GB 150—2011未明确钢衬设备钢壳部分材料选型要求，如果钢衬压力容器按照GB 150—2011选择材料，从强度要求考虑，无可厚非，但钢衬常压容器按照压力容器用材来考虑，投资成本会大大增加，笔者认为无必要。

GB 150—2011对于无损检测的要求也是最高的，非低温一般容器A/B类焊接接头检测长度不得低于各焊接接头长度的20%且不得小于250 mm，低温设备焊接接头检测长度不少于焊接接头长度的50%，其他盛装极度、高度危害介质的设备要求焊接接头100%检测。

1.6 HG/T 20581—2020适用性及相关分析

《钢制化工容器材料选用规定》(HG/T 20581—2020)[7]结合化工容器设计的具体情况，是对GB 150.2—2011的补充和具体化，适用于钢制化工容器用钢和焊接材料的选用、技术要求、使用限制及范围等，也包含国外标准生产的钢材使用、钢材代用等要求，并明确了钢材的选用应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG 21—2016)的要求。

HG/T 20581—2020明确，选择化工容器用钢材在考虑设备的操作条件(如设计压力、设计温度、流体速度、介质特性)、材料焊接性能、耐腐蚀性能、冷热加工性能、热处理及容器的结构、设计使用寿命等前提下，应考虑经济合理性，且明确了合理性选材原则:在刚度或结构设计为主的场合，宜选用碳素钢；在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等。

HG/T 20581—2020钢材使用限制及范围章节，同样明确了Q235B及Q235C不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器，并明确规定常压容器和非受压元件用Q235和Q345，应根据使用温度下限、重要性及应力水平来考虑，并满足设计温度下的冲击试验的能量许可值。

对于钢管的选用要求，明确现行国家标准《输送流体用无缝钢管》(GB/T 8163—2018)生产的碳素钢和低合金钢钢管用于受压元件时，要求设计压力≤4.0 MPa。

HG/T 20581—2020设计压力适用范围包含钢制常压受压设备，但未提及钢衬设备材料选用的要求。

2 案例与解读

笔者在钢衬设备设计选型初期碰到过两个比较典型的案例，并与设计院进行了较多的沟通与交流，包括钢衬设备壳体材料及无损检测方面，在标准与规范的运用上存在不同理解或差异。

2.1 案例一——常压钢衬PE设备

偏氟乙烯装置尾气吸收系统T-309钢衬PE水洗塔，设计压力-0.015～0.095 MPa，设计温度80 ℃，所用介质为R152a、R142b、盐酸、氯气，介质特性为高度危害、易燃；水洗塔塔径1 100 mm、高度16 000 mm，容积16 m3，衬里厚度≥10 mm。有关情况及解读如下。

最初考虑T-309钢衬PE水洗塔引用的设计、制造、检验和验收标准与规范为GB 150—2011、《塔式容器 卧式容器(合订本)》(NB/T 47041～47042—2014)、《〈塔式容器〉标准释义与算例》(NB/T 47041—2014)、HG/T 20678—2000、HG/T 4088—2009、《钢制塑料衬里塔式容器技术条件》(HG/T 4277—2011)，选用Q245R作为封头和筒体的主要材料，且无损检测要求为A/B类焊缝100% RT检测。

对于常压设备，选用高标准固然没有错，但规范也明确了要考虑经济合理性，一般情况下Q245R比Q235B的价格高10%左右，且材料的许用应力不影响设备刚性，从强度角度来考虑，20 ℃时Q245R的许用应力为163 MPa、Q235B的许用应力为140 MPa，两者差别不大，笔者认为，钢衬设备(T-309钢衬PE水洗塔)的外壳材料完全可以采用Q235B；从腐蚀性角度考虑，存储介质依靠设备衬里PE层来防护，内衬衬里层一旦破损，腐蚀性介质对Q245R与Q235B的腐蚀程度是一样的。换言之，在刚度、强度满足的前提下，更重要的是考虑内衬的质量控制。

经梳理与分析，并与设计院协商，将引用的标准由设计院最初提出的GB 150—2011调整为NB/T 47003.1—2009(笔者与设计院沟通协商后确定)，确定钢衬里常压设备(T-309钢衬PE水洗塔)钢壳部分材料采用Q235B，并取消了A/B类焊缝100% RT检测的要求，对于焊缝质量主要以外观质量控制为主，A/B类焊缝10% RT检测即可。

2.2 案例二——受压钢衬PE设备

偏氟乙烯装置T-409钢衬PE碱洗塔，设计压力1.6 MPa，设计温度60 ℃，所用介质为VDF、碱液，介质特性为轻度危害、易爆；碱洗塔塔径400 mm、塔高5 000 mm，容积0.7 m3，衬里厚度≥5 mm。有关情况及解读如下。

T-409钢衬PE碱洗塔可以明确属于压力容器，起初钢壳部分引用的设计、制造及检验标准为GB 150—2011及TSG 21—2016，当时设计院未考虑引用衬里设备设计、制造及检验标准，衬里的技术要求未明确。钢壳部分引用标准GB 150—2011及TSG 21—2016无异议，按压力容器标准制作壳体，封头及筒体材料选用Q345R，A/B类焊缝RT检测≥20%即符合要求；经交流，补充了PE碱洗塔衬里的制造、试验、检验、验收按照《塑料衬里设备通用技术条件》(HG/T 4088—2009)执行。

T-409钢衬PE碱洗塔外壳与衬里为不同厂家制造，现今压力容器的设计制造须符合市场监督管理总局发布的《市场监管总局关于特种设备行政许可有关事项的公告》(2021年第41号)的要求，而设备衬里的设计制造无需取得行政许可，衬里厂家必须委托有资质的压力容器制造厂进行钢壳部分的设计制造，两者对应的设计制造标准不一。对于使用单位而言，设备钢壳与衬里必须两者兼顾，以保证质量。目前，《〈固定式压力容器安全技术监察规程〉行业标准第1号修改单》(TSG 21—2016/XG1—2020)修订说明中明确了无增强的塑料制压力容器不在监管范围内。

3 结论与建议

钢衬设备适用标准与规范的选用，不仅涉及采购技术文件的编制，影响采购设备材料经费及采购周期，而且还会影响钢衬设备使用的合规性与安全性。梳理标准与规范，结合实际应用，确定中化蓝天氟材料有限公司钢衬设备的选用标准及规范，明确材质及无损检测要求，是非常必要的。笔者归纳总结出如下两方面的建议供参考。

3.1 钢衬设备设计、制造、验收标准选用建议

常用的钢衬PE/PTFE常压设备，按照HG/T 4088—2009执行；钢衬PTFE受压设备按照GB/T 26501—2011执行，笔者认为这是可通用的引用标准。

钢衬设备钢壳部分可参考HG/T 20678—2000的要求，原因为：其一，钢衬PE/PTFE设备钢壳部分未纳入HG/T 20678—2000管理范围，而其对设计压力和设计温度有限定范围；其二，HG/T 20678—2000规定受压衬里钢壳的制造、试验、检验及验收还须按照GB 150—2011的有关章节规定，常压衬里钢壳按照NB/T 47003.1—2009的有关章节规定，未明确具体章节，且GB 150—2011对Q235系列板材选用作了限制，包括HG/T 20581—2020也有同类规定，而NB/T 47003.1—2009明确规定其不适用于盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，故不可简单地理解为受压衬里钢壳选用GB 150—2011、常压衬里钢壳选用NB/T 47003.1—2009有关章节规定。

因此，钢衬常压或受压容器钢壳部分的设计可按HG/T 20678—2000执行，但受压容器符合压力容器的定义时，须按GB 150—2011设计、制造、检验、验收；盛装极度或高度危害介质的无衬里的钢制焊接常压容器是不允许选用NB/T 47003.1—2009的，建议按GB 150—2011执行，但无需监管，限制条件外的钢制焊接常压容器则可按NB/T 47003.1—2009执行。

《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类标准》(HG/T 20660—2017)[8]规定，常见极度危害介质有硫酸、氯乙烯、三氯乙烯等，常见高度危害介质有氟化氢、氯化氢、氯气等。

3.2 钢衬设备壳体材料选用及无损检测建议

从经济性与合理性角度考虑，结合实际应用情况，笔者认为常压钢衬设备的钢壳部分完全可以选用Q235B板材并取消无损检测的要求，选用Q235B板材是可以满足设备刚度及强度方面的要求的。

承压钢衬设备满足压力容器定义的钢壳部分，则必须根据GB 150—2011进行设计、制造、检验，并考虑限制条件。

目前业内对钢衬设备标准引用不一，没有统一的行业认可的标准与规范供选择，特别是针对衬里钢壳设计、材料选用、制造、检验、验收方面的规范，而这在设备设计选型阶段尤为重要，建议业内能更新并统一现有的标准与规范。

4 结束语

化工设备或压力容器设计、选材、制造、检验等相关标准与规范常常更着重于普遍性和安全性方面的要求，而实际生产中会碰到各种各样复杂且特殊的情况，有时既要考虑设备购置的经济性，又要兼顾设备运行维护的便利性等。面对这些情况，我们要运用所学知识，结合实践经验，与设计院充分沟通，在技术要求上达成共识；在设备选型过程中，要明确设备设计、制造及检验等标准与规范的选用，以明确设备在QA(质量保证)阶段的管理要求，保证设备质量，为化工生产装置的安全、稳定运行保驾护航。