段占立

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作的加大，國(guó)內(nèi)原油的消耗越來(lái)越大，對(duì)外依賴度越來(lái)越高，隨著“一帶一路”走出去的戰(zhàn)略，石油、石化行業(yè)與國(guó)外石油公司合作越來(lái)越多，與之相關(guān)聯(lián)的石化設(shè)備制造也越來(lái)越多；很多國(guó)外油田開發(fā)項(xiàng)目業(yè)主方(用戶)要求進(jìn)行EPC總承包，大量石化設(shè)備在國(guó)內(nèi)進(jìn)行制造，采用國(guó)際廣泛認(rèn)可的ASME標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于國(guó)內(nèi)絕大部分容器制造廠來(lái)說(shuō)，ASME標(biāo)準(zhǔn)還是比較陌生，少部分制造廠取得ASME制造資質(zhì)，但真正實(shí)際制造的ASME標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器甚少。無(wú)論采購(gòu)部門或設(shè)計(jì)部門，商討技術(shù)協(xié)議過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行業(yè)主方合同，按照ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)(U印)等；結(jié)合目前正負(fù)責(zé)執(zhí)行的項(xiàng)目監(jiān)造工作，現(xiàn)從設(shè)計(jì)職責(zé)、設(shè)計(jì)輸入、材料選取、防腐及檢驗(yàn)等方面，對(duì)項(xiàng)目中涉及到非標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)等壓力容器設(shè)備在國(guó)內(nèi)建造過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)探討。

2 ASME規(guī)范體系中的設(shè)計(jì)職責(zé)

ASME規(guī)范與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在體系和觀念存在較大差異，從基本使用要求提出，直至檢驗(yàn)合格出廠、投用，大致分為下列幾個(gè)環(huán)節(jié)：用戶、設(shè)計(jì)、選材、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝等等。按照ASME體系中規(guī)定，為每個(gè)環(huán)節(jié)的參與單位規(guī)定了職責(zé)或具體工作，其中“設(shè)計(jì)”是作為壓力容器建造方工作的一個(gè)環(huán)節(jié)，而非作為獨(dú)立的一方參與工作。而《容規(guī)》和GB150等國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中明確地把“設(shè)計(jì)”作為獨(dú)立的一方參與建造工作，實(shí)行許可證制度即考試合格聘任上崗，同時(shí)也明確設(shè)計(jì)單位的具體職責(zé)、工作。

ASME規(guī)范體系中的“設(shè)計(jì)職責(zé)”分為兩個(gè)部分：(1)用戶或其代表應(yīng)提出設(shè)備設(shè)計(jì)輸入條件及為滿足產(chǎn)品功能要求而需附加的各種要求，可見前期輸入都?xì)w于“用戶”(業(yè)主方)的職責(zé)；(2)把強(qiáng)度計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖紙作為建造方接受“用戶”(業(yè)主方)條件后，由建造方完成的合同職責(zé)[1]。ASME規(guī)范中對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格壓力容器，可以由建造方根據(jù)市場(chǎng)需求、定型，自主提出設(shè)計(jì)要求，無(wú)需考慮“用戶”(業(yè)主方)的要求，“設(shè)計(jì)單位”設(shè)計(jì)職責(zé)這一環(huán)節(jié)可以省略。

再者ASME規(guī)范中未涵蓋“用戶”(業(yè)主方)對(duì)容器的全部要求，故在滿足原則性條款下，可進(jìn)行具體化的補(bǔ)充或判斷性的選擇，達(dá)到更有針對(duì)性滿足用戶需求的目的[2]。如執(zhí)行ASME規(guī)范時(shí)，一定將其與專業(yè)規(guī)范有效結(jié)合、補(bǔ)充完善，同時(shí)根據(jù)具體用途和經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定采購(gòu)策略或編制技術(shù)協(xié)議。而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范(GB150等)對(duì)實(shí)現(xiàn)用戶的全部要求歸于設(shè)計(jì)單位的職責(zé)，并明確職責(zé)的具體工作內(nèi)容如設(shè)計(jì)基本參數(shù)輸入、材料選取、防腐技術(shù)要求等等；但是卻放棄了用戶的應(yīng)盡職責(zé)，易造成設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面偏差，引起或多或少不必要的麻煩。

3 設(shè)計(jì)文件輸入

ASME體系要求制造廠按用戶要求進(jìn)行制造，其中包括圖紙的繪制及其強(qiáng)度計(jì)算。按國(guó)內(nèi)工程模式則是由設(shè)計(jì)院出圖，再由制造廠制造；但對(duì)于執(zhí)行ASME標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器，如果用戶對(duì)按設(shè)計(jì)院圖紙制造無(wú)異議也可以這樣；如果用戶對(duì)制造容器銘牌標(biāo)識(shí)單位(制造廠)與圖紙出圖單位不一致，往往會(huì)引起爭(zhēng)議，甚至糾紛。故建議由制造廠進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算并制造，但用戶應(yīng)對(duì)容器提出全面要求，包括自然條件、介質(zhì)特性、載荷情況、操作壓力、溫度、焊接、熱處理、防腐及檢驗(yàn)、試驗(yàn)要求，同時(shí)也應(yīng)考慮包裝、運(yùn)輸要求或?qū)χ圃旆綀D紙進(jìn)行全面的確認(rèn)。由于需要確認(rèn)的內(nèi)容多，所以會(huì)出現(xiàn)“工廠設(shè)計(jì)”→確認(rèn)→修改→再確認(rèn)→再修改……→最終確認(rèn)，造成時(shí)間長(zhǎng)嚴(yán)重影響制造、交貨期。因此有必要在開始時(shí)就將內(nèi)容盡量全部明確，包括簽署詳盡的技術(shù)協(xié)議，這樣“修改→確認(rèn)”會(huì)反復(fù)得少，確保后續(xù)制造工作順利進(jìn)行。

設(shè)計(jì)安全系數(shù)的不同：ASME中安全系數(shù)為3.0，這樣材料的許用應(yīng)力也降低，容器殼體計(jì)算壁厚相應(yīng)有增加。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)煉鋼工藝技術(shù)的發(fā)展，甚至趕超國(guó)外鋼材質(zhì)量，國(guó)內(nèi)規(guī)范(GB713等)及《容規(guī)》規(guī)定，安全系數(shù)下調(diào)為2.7，材料的許用應(yīng)力相應(yīng)增加，如Q245R(16MnR)室溫下許用應(yīng)力由133MPa調(diào)至147MPa，壁厚也相應(yīng)減薄，有利于降低EPC項(xiàng)目成本。

設(shè)計(jì)計(jì)算公式的不同：根據(jù)ASME規(guī)范容器載荷符合性要滿足第VIII卷第1冊(cè)中UG-22&UG-54要求；殼體強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)依照UG-27(d)分別計(jì)算環(huán)向應(yīng)力、縱向應(yīng)力條件下厚度，取二者中較大值，見下式：

環(huán)向應(yīng)力條件下厚度：tr1=PR(SE-0.6P)

(1)

縱向應(yīng)力條件下厚度：tr2=PR(2SE+0.4P)

(2)

橢圓封頭壁厚應(yīng)依照UG-32(d)：

封頭厚度： tr1=PD/(2SE-0.2P)

(3)

橢圓封頭直邊段厚度應(yīng)依照UG-27(c)：同式3.1

GB150-2011規(guī)范中內(nèi)壓下直接計(jì)算殼體、封頭厚度：

(4)

其中支座的應(yīng)力計(jì)算依照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47001-2009(原JB/T4731)與GB150-2011一致。

4 材料選取要求

建造過(guò)程中，設(shè)計(jì)方或制造廠應(yīng)按ASME標(biāo)準(zhǔn)制造的壓力容器，且必須采用ASME標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的材質(zhì)鋼板，如果采用標(biāo)準(zhǔn)以外的材質(zhì)，在檢驗(yàn)員認(rèn)證(U印)時(shí)將是非常麻煩的事，尤其是對(duì)于國(guó)外總包項(xiàng)目(EPC)有工期要求的情況，將得不償失。

容器所用材料中的重要元素含量(普通碳素壓力容器用鋼)，包括C、S、P等，ASME標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)鋼板C≤0.35，P≤0.035，S≤0.035，國(guó)內(nèi)GB713中規(guī)定C≤0.20，P≤0.025，S≤0.010，相比較可以看出較國(guó)內(nèi)容器鋼板標(biāo)準(zhǔn)要寬松許多。鋼材中重要元素含量對(duì)鋼板性能有非常大的影響，C含量的升高將導(dǎo)致強(qiáng)度提高，焊接性下降；同時(shí)鋼板中S、P含量的升高，易引起焊接缺陷，致焊接質(zhì)量下降。雖然ASME標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的C、S、P含量較高，但實(shí)際鋼板生產(chǎn)過(guò)程中，特別是壓力容器用鋼板中C、S、P元素含量都比較低，性能優(yōu)良，無(wú)論強(qiáng)度方面還是沖擊功方面；因此在國(guó)內(nèi)采購(gòu)時(shí)不能簡(jiǎn)單描述按照ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行訂貨，必須根據(jù)實(shí)際情況，提出對(duì)C、S、P等元素含量具體的限制要求，并提出機(jī)械性能方面的要求，包括抗拉強(qiáng)度、沖擊功等，以保證實(shí)際制造要求。

通過(guò)與ASME規(guī)范比較，結(jié)合幾年來(lái)從事國(guó)外項(xiàng)目監(jiān)造工作清晰認(rèn)識(shí)到國(guó)內(nèi)外鋼材在質(zhì)量(偏差、化學(xué)成分等)方面差異，故材料選取、技術(shù)協(xié)議簽署時(shí)要加大條件限制。如某封頭制造廠時(shí)常出現(xiàn)國(guó)外進(jìn)口的鋼板在進(jìn)行封頭制造沖壓之后并未減薄的情況，對(duì)于國(guó)內(nèi)鋼板來(lái)說(shuō)是無(wú)法理解的事情。

5 錯(cuò)邊量及焊縫余高要求

焊接壓力容器的制造規(guī)范中對(duì)錯(cuò)邊量有明確規(guī)定，其中鋼制容器的對(duì)口錯(cuò)邊量應(yīng)符合GB150-2011《鋼制壓力容器》10.2.3及10.6.1條款的要求；縱焊縫比環(huán)焊縫的要求更高一些。組對(duì)焊接過(guò)程錯(cuò)邊量過(guò)大不僅影響焊縫的美觀和外觀形狀，而且一旦產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響構(gòu)件的承載能力。

現(xiàn)根據(jù)常用規(guī)格板厚δ=12～19mm鋼板為例，A類焊縫錯(cuò)邊量為3mm；B、C、D類焊縫：4.75mm；焊縫余高：B、C類焊縫4.75mm(3/16〞)，其它焊縫2.4mm(3/32〞)，見表1、表2；通過(guò)與表3、表4對(duì)比，可見ASME標(biāo)準(zhǔn)[3]中規(guī)定的比較寬松，較國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值還要大；但實(shí)際過(guò)程國(guó)外制造的壓力容器幾乎全部未標(biāo)注錯(cuò)邊及余高，通過(guò)提高加工精度保證縮小錯(cuò)邊量；對(duì)于焊縫余高，往往在出廠前或水壓試驗(yàn)前都已經(jīng)打磨平滑，因此外觀檢查根本覺(jué)察不到余高的存在。如果完全按照ASME標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值放松制造中錯(cuò)邊量及焊縫余高的要求，往往會(huì)給人以粗制濫造的印象，嚴(yán)重的還會(huì)引起產(chǎn)品拒收等糾紛。

表1 A、B、C及D焊接接頭類型與錯(cuò)邊量關(guān)系

表2 材料的公稱厚度與焊縫最大余高關(guān)系

表3 不同厚度條件下焊接接頭與對(duì)口錯(cuò)邊量關(guān)系

表4 不同類焊接接頭的焊縫余高合格指標(biāo)

6 檢驗(yàn)要求

按照ASME規(guī)范，鍋爐/壓力容器的制造過(guò)程中，檢驗(yàn)、測(cè)試必須滿足Ⅷ卷第1冊(cè)和第Ⅰ卷，B31.1中要求。用以制造壓力容器殼體、封頭、接管及其他受壓元件的材料，其試驗(yàn)報(bào)告或質(zhì)量證明文件投用前，必須經(jīng)AI審查同時(shí)也必須按照規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；且焊接件都必須按UG-84進(jìn)行“夏比”沖擊試驗(yàn)。若容器試板的試驗(yàn)結(jié)果未達(dá)到?jīng)_擊試驗(yàn)的要求，則試板代表的焊縫不合格，則容器拒收。

ASME規(guī)范 Ⅷ卷第1冊(cè)中UCS-66 MATERIALS中規(guī)定了各種材料的沖擊試驗(yàn)(豁免)的情況，涵蓋了材料的材質(zhì)、厚度及熱處理狀態(tài)，名目繁多、各式各樣。對(duì)于所有要打“U”鋼印的壓力容器，除按UG-90(c)建造的多臺(tái)結(jié)構(gòu)一致的外，制造過(guò)程均必須由AI見證、檢驗(yàn)。

焊接過(guò)程嚴(yán)格按照ASME規(guī)范 Ⅷ卷第1冊(cè)中UW-16、UW-32、UW-35條款具體要求執(zhí)行，坡口清理標(biāo)準(zhǔn)、焊縫型式以及焊縫缺陷確認(rèn)等。

7 防腐、油漆要求

制造廠應(yīng)重視容器設(shè)備的防腐、油漆工作，項(xiàng)目有統(tǒng)一規(guī)定的嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行，未規(guī)定的做好行業(yè)常規(guī)要求出廠刷漆工作。國(guó)外項(xiàng)目幾乎全部需要海運(yùn)，且海上時(shí)間較長(zhǎng)，往往需要30～45天時(shí)間，海上運(yùn)輸常常需要跨越赤道，面臨濕熱、風(fēng)浪、鹽霧等環(huán)境，如果除銹不徹底、油漆不能充分晾干，就會(huì)出現(xiàn)容器表面鼓包、油漆脫落甚至返銹的情況，進(jìn)而引起設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題；另外容器內(nèi)部需要充氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止?jié)駸猁}霧進(jìn)入內(nèi)部導(dǎo)致設(shè)備生銹。

8 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著我國(guó)對(duì)外經(jīng)濟(jì)交流的日益深入，特別是在國(guó)內(nèi)處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)的今天，國(guó)內(nèi)數(shù)量眾多的中小容器制造廠，面對(duì)日益嚴(yán)酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必須走出國(guó)門、走向國(guó)際市場(chǎng)尋找出路，因此切實(shí)了解石油、石化及化工容器的國(guó)際制造標(biāo)準(zhǔn)，是承接國(guó)際項(xiàng)目的前提和基礎(chǔ)，只有深入了解國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、制造現(xiàn)狀，才能制造出有質(zhì)量、有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。另一方面，制造廠制造的產(chǎn)品雖然是某一個(gè)公司的產(chǎn)品，在國(guó)外往往代表著中國(guó)，其質(zhì)量也被認(rèn)為代表中國(guó)“制造”水平。同時(shí)容委會(huì)或行業(yè)協(xié)會(huì)積極推廣宣貫ASME等國(guó)際規(guī)范，同時(shí)加大國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有效融合，為壓力容器國(guó)際化制造撐起一面旗幟。