譚立平 徐春華

(中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司)

新建煤化工項目設備圖紙審查要素與問題分析①

譚立平 徐春華

(中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司)

以新建煤化工項目設備專業(yè)圖紙為研究對象，重點從設備選材、可施工性、維修性及安全性等方面闡述了設備圖紙審查的重點要素。結合煤化工項目審圖中的案例，剖析了設備圖紙審查過程中的主要問題。

設備圖紙 煤化工項目 審查要素 案例分析

煤化工項目中，設備的設計圖紙是監(jiān)理、設計及施工等單位進行工程質量控制的依據(jù)。然而一些設計單位因貪圖多、快、省，而忽視了圖紙質量，導致設計深度不夠、把關不嚴、圖紙質量差的情況時有發(fā)生[1]。對于項目業(yè)主的設計管理團隊，審查設計院出版的設計文件是項目建設中非常重要的一項工作。設計圖紙的質量對控制工程質量至關重要，這關系到工程建設的全過程。因此，對設計圖紙進行事前控制，將設計缺陷和安全隱患消除在施工之前，能夠極大地減少后期不必要的返工和浪費。同時，由于煤化工項目工程錯綜復雜，隨著工程進展，還會出現(xiàn)一些新的具體問題，所以需要對設備圖紙進行反復審查，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。因此，設計圖紙的審查貫穿于工程項目的全過程[2]。

建設單位技術人員的審圖工作，不同于設計單位內部的校審工作，審查圖紙不是對設計單位校審的重復，而是對圖紙的可施工性、維修性和安全性進行審查。從項目業(yè)主的角度而言，設備審圖可以為建設單位節(jié)省建設投資和運行費用，保證設備的質量和使用壽命。

筆者以新建煤化工項目設備審圖工作為例，闡述了設備圖紙審查的重點要素，剖析了設備審圖過程中的主要問題。

1 設備圖紙的主要內容

1.1 圖紙

設備圖紙包括裝配圖、部件圖和零件圖。其中裝配圖主要包括技術特性表、管口表、技術要求、節(jié)點詳圖及裝配圖等。作為建設單位技術人員，主要負責審查裝配圖[3]。

1.2 技術規(guī)定等文字資料

技術規(guī)定等文字資料主要包括各種特殊材料(鋼板、鍛件和焊材)的采購技術規(guī)定、各種特殊材料的制造技術規(guī)定、大型設備現(xiàn)場組焊技術規(guī)定及主要鋼材的焊接工藝評定報告等。

1.3 計算書

壓力容器分為普通壓力容器(立式或臥式)、換熱器、塔器及球罐等類型。計算書內容主要包括：在正常工作和液壓試驗狀況下，對壓力容器的筒體、封頭、管口開孔補強及支撐結構(包括裙座、鞍座及支腿等)等受壓元件進行計算，形成計算書、符合應力分析設計要求的設備應力分析報告和第三類壓力容器的風險評估報告。

2 設備圖紙的審查要素與內容

2.1 圖紙的審查要素

設備圖紙的審查要素主要有以下幾點：

a. 圖紙設計是否滿足設計規(guī)范和業(yè)主工程統(tǒng)一規(guī)定的要求；

b. 圖紙中的選材是否經濟合理、基礎設計和詳細設計的選材有無變化、是否進行優(yōu)化等；

c. 壓力容器的設計理論在詳細設計階段和基礎設計階段是否相同，是否有必要進行應力分析設計;

d. 壓力容器設備應考慮吊裝(主要包括大于5t的立式容器和塔器);

e. 換熱器設備應考慮拆裝管束(主要包括U形管束和浮頭換熱器);

f. 設備計算書中主要受壓元件的厚度計算(采用SW6-2011計算軟件)是否合格，對于大件吊裝設備應考慮進行吊耳和筒體處應力計算;

g. 設計圖紙的結構是否合理，圖紙中工藝參數(shù)是否滿足專利商工藝包的要求;

h. 對于大型設備，設計圖中應考慮運輸、現(xiàn)場組對焊接和大件設備吊裝的要求;

i. 對于重要的材料和設備，在設計時有可能存在設備制造性能和材料采購指標比相應規(guī)范嚴格或不同的地方，因此，設計單位應編制材料采購要求、設備制造技術規(guī)定等文件。

2.2 圖紙的審查內容

在煤化工項目建設的全生命周期中，審圖的內容隨項目所處的設計階段不同而有所區(qū)別。在設計單位，工藝專業(yè)根據(jù)已有的工藝包進行設計，并向設備專業(yè)提出條件(包括設備簡圖、工藝數(shù)據(jù)表等)，設備專業(yè)根據(jù)條件進行設備設計。在基礎設計階段，由于長周期設備原材料采購和設備制造周期較長，對于特殊鋼板或鍛件材料，如果是國外進口，訂貨周期可能達到半年以上，因此應首先設計長周期設備圖紙。此時，審查的主要內容是設備筒體所用材料的采購是否滿足進度、費用和安全的要求。對于尺寸較大或較重的設備，應首先考慮大件吊裝、吊車的租賃費用及與其他大件設備的統(tǒng)籌安裝等，這些因素都會影響整個項目的進度和費用。所以在基礎設計階段，應列出包含國產或進口、關鍵設備和大件吊裝設備的分交表。此項工作由設計單位和建設單位技術人員共同完成。建設單位技術人員還應審查圖紙是否滿足工藝包、設計規(guī)范及工程統(tǒng)一規(guī)定等的要求。

在詳細設計階段，應審查主要的設備圖紙是否滿足可施工性、可維修性和安全性的要求。可施工性審查的主要內容是：立式容器和塔器設備設計中吊耳設置的位置、數(shù)量、強度計算書及所需吊車的型號等，塔設備的安裝基礎模板設計等。在大型球罐的設計中，應審查球罐分瓣的規(guī)格和尺寸；在大型儲罐的設計中，應審查頂板的結構型式(拱頂或網殼)和安裝方案。對于可維修性，主要審查換熱器管束的可拆裝型式、塔設備的人孔布置形式和數(shù)量是否滿足相關規(guī)范要求。對于安全性，主要審查設備殼體強度計算書、檢維修安裝平臺的設置及設置保護圈等內容。

3 案例分析

3.1 對設備選材問題的審查

由于選材涉及到設備的安全性和經濟性，設備費用的80%～90%取決于圖紙設計階段對材料的選擇，因此設備選材問題在項目技術管理中非常重要，是設備審圖過程中關注的重點。

在審圖時，應注意材料需同時滿足設計壓力和設計溫度的要求，應考慮開停車等危險工況，而不能僅以滿足操作工況為條件進行選材。在對某項目煤制氫單元甲醇冷卻器圖紙的審查中，甲醇深冷器管程設計溫度為-60℃，管程換熱管材料為09MnD。筆者查閱GB 150-1998《鋼制壓力容器》發(fā)現(xiàn)，標準中沒有09MnNiD材料，而09MnD材料的最低使用溫度為-50℃，無法滿足設計溫度要求，如果選擇此材料，設備極有可能在危險工況下發(fā)生脆性破壞[4]。查閱專利商工藝包，管程選材為SA334Gr3，可以滿足設計工況要求。經過仔細分析，建設單位項目組要求設計單位將圖紙中的材料改為適合設計溫度工況下的材料，最終設計單位將該換熱器管程材料改為0Cr18Ni11Ti，此材料使用溫度可達-196℃，非進口，滿足設計工況要求。

在審圖時，應注意材料替代問題。材料替代的主要原則是以高代低，且應考慮替代材料對設備費用的影響。在煤制氫單元硫化氫濃縮塔的審圖中，專利商的工藝數(shù)據(jù)表中，設計溫度為-80℃，設計壓力為0.06MPa，直徑為4.4m，塔高約70m，壁厚(主要受風載荷和地震載荷的控制)16mm。專利商原來選擇的是SA203GrD材料，該材料需進口，但總承包單位考慮到材料的采購周期較長，建議改為0Cr18Ni11Ti。經建設單位研究并咨詢專利商后，同意用0Cr18Ni11Ti替代SA203Gr.D，該替代從技術上是可行的，在不增加費用、不影響項目進度、質量的原則上同意總承包單位材料替代的要求。

3.2 對材料采購技術文件的審查

在審查材料采購技術文件時，應注意各設計階段壓力容器殼體厚度是否一致，如果不同其原因是什么，是否會對設備造價產生影響等。某煤化工項目中，在審查設計單位提交的乙烯球罐鋼板請購文件時發(fā)現(xiàn)，球罐鋼板的厚度為34mm，而基礎設計圖紙的鋼板厚度為38mm，兩個設計階段乙烯球罐鋼板厚度不同?；A設計中，乙烯球罐工藝參數(shù)(設計壓力2.16MPa，設計溫度-50℃，直徑15.7m)是按照JB 4732-2005《鋼制壓力容器——分析設計標準》中相關的應力分析計算公式得到的，鋼板計算厚度為35.3mm，加上腐蝕裕量1.5mm，圓整，得到鋼板厚度38mm。后經業(yè)主設備專業(yè)與設計單位的溝通，維持球罐鋼板厚度38mm不變。假如鋼板厚度38mm改為34mm，相當于單個球罐減輕重量25t，罐區(qū)有6臺乙烯球罐，共節(jié)約150t，每臺球罐07MnNiMoDR材料的制造費為每噸兩萬元，對于總承包合同的業(yè)主，間接損失高達300萬元。此案例中，總包(負責設計)單位通過兩個設計階段改變設計壓力來達到降低鋼板厚度的目的，由此看出，對材料采購技術文件進行審查至關重要。

3.3 對設備可維修性的審查

在審查設備圖紙的過程中，還需要考慮后續(xù)設備檢維修的方便性。在某煤化工項目的煤制氫單元變換爐圖紙審查中，設計壓力為3.9MPa，設計溫度為485℃，工作介質為氫氣、二氧化碳和一氧化碳，設備尺寸φ3600mm×9700mm，物料下進上出，設備進出口接口為焊接型式。在進行設備圖紙會審時，煤制氫分廠技術人員建議設備接口采用法蘭接口型式，便于后續(xù)維修，但是建設單位項目組和設計單位與我國多家煤制氫用戶單位進行溝通和交流后認為，設備設計壓力是中壓，進出口法蘭直徑(DN600mm)較大，變換爐在480℃下一氧化碳和氫氣將發(fā)生化學反應，而且我國多家煤制氫用戶單位的煤制氫裝置變換爐在運行中，法蘭密封面處發(fā)生變換氣泄漏現(xiàn)象，因此將變換爐進出口法蘭連接改為焊接型式。經過分析，最后決定維持設備圖進出口接口為焊接型式，變換爐的后續(xù)維修試壓可采用系統(tǒng)試壓方式，如需隔離可采用切管方式處理。

3.4 對計算書的審查

由于設備選材和殼體厚度是否滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求，是通過計算書確認的，因此業(yè)主單位的技術管理人員對計算書的審查是非常必要的。

在某煤制氫單元熱再生塔計算書的審查中，塔體尺寸(φ5400/3900mm×33250mm，設計壓力為0.5/-0.1MPa，設計溫度為130℃)和計算書基礎數(shù)據(jù)輸入無誤。在塔體錐形筒體的計算結果中，計算書要求對錐筒的小端(φ3900mm處)進行加強，即錐筒小端處比錐筒要厚，加厚的原因是筒體小端的局部應力較大[5]，但設計人員在提交的圖紙中沒有增加錐筒小端的壁厚。業(yè)主項目組要求設計單位對圖紙和計算書進行復核，設計單位經重新審查后對錐筒的名義厚度進行了更改，整個錐筒按小端壁厚進行設計，保證了設計質量。

3.5 審圖時的設計理論問題

在審圖時，需要特別注意的是設計理論(應力分析設計理論和規(guī)則設計理論)問題。兩個理論中一個是按第三強度理論推導出來的。另一個是按第一強度理論推導出來的。雖然兩個理論公式基本相同，但分析設計允許應力強度高于規(guī)則設計許用應力，且應力強度在公式的分母中，故應力分析設計理論較規(guī)則設計理論計算的壁厚要薄[6]。因此在項目設計管理的審圖過程中，設計單位在基礎設計階段和詳細設計階段應采用一致的設計理論。

在某煤制氫氣化裝置中，設計單位在基礎設計階段采用的是規(guī)則設計理論，在詳細設計階段采用的是應力分析設計理論。然而此項目為EPC項目管理模式，在基礎設計和詳細設計兩個階段，氣化系統(tǒng)中排渣罐V1403、飛灰排放罐V1502、飛灰過濾器V1501的殼體重量分別相差了7t(材料為16MnR+00Cr17Ni14Mo2)、10t(材料為15CrMo+00Cr19Ni10)、70t(材料為SA387Gr11cl2+304L)，間接造成業(yè)主單位的巨大損失。筆者在審圖時發(fā)現(xiàn)，根據(jù)項目組領導指示，此部分材料費從設計單位的詳細設計費用中扣除。筆者認為，一臺設備所采用的設計理論，應在基礎設計前期合同中就加以明確，即基礎設計和詳細設計階段采用的理論應是一致的，根據(jù)合同附件，壓力容器應優(yōu)先采用GB 150-2011設計。只有在容器操作條件苛刻、設計參數(shù)較高、價格昂貴時，從節(jié)省材料費的角度考慮允許采用JB 4732-2005進行設計，同時需事先取得業(yè)主的書面同意。

3.6 其他設備審圖問題

在設備審圖過程中，設備結構的審查也是非常重要的。在某間接液化裝置開車過程中，車間人員發(fā)現(xiàn)費托合成單元設備——二次換熱器10802-E104發(fā)生振動并伴隨哨聲。建設單位技術人員負責此次事故處理，經過嚴格的審圖，發(fā)現(xiàn)設計單位裝配圖出現(xiàn)了以下問題：

a. 設備裝配圖標注殼程循環(huán)氣入口方向與膨脹節(jié)安裝方向不一致(實際制造時制造廠只按圖施工，沒有發(fā)現(xiàn)圖紙的錯誤)，導致制造廠將膨脹節(jié)內襯筒和殼體的焊接點焊錯。在開車運行過程中循環(huán)氣進入膨脹節(jié)襯筒與膨脹節(jié)之間，循環(huán)氣流速度快、壓力高，進而產生振動和哨聲。

b. 設備殼程換熱管沒有采用折流板支撐型式，而是采用折流圈型式。雖然采用折流圈支撐型式具有傳熱系數(shù)高、殼程阻力降小、不結垢和換熱管抗振性能好的優(yōu)點[7]，但是必須同時考慮設置合理的折流圈間距和折流桿尺寸[8]。但實際制造時發(fā)現(xiàn)，設備圖紙上采用的折流圈間距偏大、折流桿尺寸偏小，設備開車過程中當氣流通過折流桿時，導致折流桿產生振動。

為了避免二次換熱器在后續(xù)的運行中發(fā)生安全事故，針對上述問題，設計單位提出了換熱器修改方案。對殼程筒節(jié)進行了更換，增加了折流桿數(shù)量，對折流桿進行了加固以增加其牢靠性。原制造單位在現(xiàn)場對換熱器進行了改造，并出具了制造方案和熱處理方案。2012年初換熱器改造完成，經過系統(tǒng)試車，沒有發(fā)生振動和哨聲。但換熱器因改造花費了30萬元。

4 結束語

筆者主要介紹了在建設單位作為工程技術人員時的審圖工作經驗、遇到的問題及其解決方法。裝置設計審圖工作需對設計工作、制造、安裝和管理模式進行深入的了解和掌握，不但要透徹掌握設計規(guī)范，而且要熟悉施工和制造規(guī)范，才能圓滿完成審圖工作。

[1] 邢松盛,賀爽.建設工程質量的事前控制淺論[J].河南水利與南水北調,2014,(4):40～41.

[2] 劉協(xié)根.建筑工程圖紙會審的技巧[J].城市建設理論研究(電子版),2012,(6):1～6.

[3] SHSG 053-2011,石油化工裝置詳細工程設計內容規(guī)定[S].北京:中國標準出版社,2011.

[4] GB 150-2011,壓力容器[S].北京:中國標準出版社,2011.

[5] JB/T 4710-2005,鋼制塔式容器[S].北京:新華出版社,2005.

[6] JB 4732-2005,鋼制壓力容器——分析設計標準[S].北京:中國標準出版社,2005.

[7] GB 151-1999,管殼式換熱器[S].北京:中國標準出版社,1999.

[8] 秦叔經,葉文邦.換熱器[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

譚立平(1962-)，高級工程師，從事設備技術管理研究，tanliping1@126.com。

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0254-6094(2017)01-0097-04

2016-01-08，

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