压力容器设计问题剖析

近期，笔者在执行压力容器处安全监察公务中，发现诸多压力容器设计方面的问题，现经归纳整理（共60例）予以公示，以期引起有关部门和人员的警觉，共同为提高压力容器设计质量作不懈努力。文中见解不当之处，敬请批评指正。

一、           超范围设计问题

1、    某设计院主管部审批，具有第一类低压和第二、三类低压、中压压力容器设计资格。但被经济效益驱动，竟无视有关法规，超越批准的类别、品种范围对外设计。例如1993年8月擅自设计一台二硫化碳汽车储罐，1996年7月擅自设计一台二氧化硫汽车罐车。

2、    某设计所经主管部审请具有第一类低压、第二类低压和中压（限储罐）压力容器设计资格。但其实际设计的成品不仅有中压储存容器，还有中压分离容器和中压反应容器。

3、    某设计院经主管部审批具有第一类低压和第二、三类低压、中压（限储存容器）压力容器设计资格。该院于1995年8月向主管部提出扩大设计第三类中压反应容器的申请报告，但在主管部门对其受理批复之前即对外设计申请扩大的产品，没有办理设计图样准予试用手续。

二、容器类别划分问题

4、    某设计院1992年5月设计一台蒸发器，介质为环氧乙烷，设计压力1.18MPa，设计温度70℃，容积0.30034m³，划为第一类压力容器。

因环氧乙烷系素养性程度为高度危害介质，故该蒸发器应按《压力容器安全技术监察规程（以下简称）<<容规>>》第4条3.1款规定划为第三类压力容器。

5、    某设计院1994年8月设计一台产品罐，介质为乙苯，设计压力0.28MPa，设计温度60℃，容积58.1m³，划为第一类压力容器。

设计者将乙苯视为毒性程度为中度危害的介质，将该罐按低压容器误划为第一类压力容器。按化工部标准HGJ43-91《压力容器化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》规定，当毒性程度分类用于确定压力容器致密性、密封性技术要求时，苯应列为毒性程度为高度危害化学介质。故该产品罐应按《容规》第4条3.1款规定划为第三类压力容器。

6、    某设计院1994年1月设计一台储罐，介质为氧气，设计压力3.5MPa，设计温度60℃，容器119 m³，划为第三类压力容器。

该储罐属PXV>10MPaX m³ 的中压储存容器，而氧气虽有助然作用，但并非易燃或毒性气体，故不能按《容规》第4条3.2款规定划为第三类压力容器，应按《容规》第4条2.1款规定划为第二类压力容器。

7、    某设计院1994年1月设计一台球罐，介质为氮气，设计压力2.2MPa，设计温度60℃，容积180 m³，划为第三类压力容器。

因氮气不属易燃又非毒性气体，故按《容规》第4第2.1款规定该球罐应划为第二类压力容器。

8、    某设计院1995年8月设计一台催化裂化工程液化石油气残液回收罐，介质为液化石油气，操作压力0.74MPa，设计压力0.78MPa，设计温度-19~50℃，容积20 m³，未划分容器类别。

作用，则应按《容规》第4条1款定划为第一类压力容器；如其介质在进出口间断流通，主要起储存作用，则应按《容规》第4条2.2款规定划为第二类压力容器。其设计温度和最高工作压力应按《容规》第27条规定选取，即50℃异丁烷的饱为蒸气压，等于0.656MPa。

9、    某设计院1996年3月设计一台甲醇精馏塔，介质为甲醇和水，最高工作压力0.02MPa，设计压力0.25MPa，设计温度126.5℃，容积161 m³，划为第一类压力容器。

因该塔最高工作压力<0.1MPa，故按《容规》第3条第1款规定，不划分容器类别，可不纳入劳动行政部门的安全监察范围。

   因该塔最高工作压力<0.1MPa,故按《容规》第3条1款规定，不划分容器类别，可不纳

   入劳动行政部门的安全监察范围

三、           设计技术问题

10、          某设计院1996年2月设计一台铂重整装置压缩机入口分液罐，最高工作压力7.5MPa，设计压力7.9MPa，设计温度60℃，介质为氢和硫化氢，容积2.756 m³  ， 材质16MnR，规格φ100X34X6284，水压试验压力9.7MPa，划为第二类压力容器。

该罐设计不妥之处

a)                   介质硫化氢的含量未注明，因硫化氢对锰元素很敏感，易产生应力腐蚀，本设计宜选用碳素结构质钢，如20R；

b)                  GB150-89《钢制压力容器》（以下简称GB150）第10.8.2.1条规定，名义厚度大于30mm的16MnR钢制容器，需进行百分之百射线或超声波探伤检查，但本设计总图“技术要求”只要求局部无损检测；

c)                  《容规》第93条规定，水压试验压力为1.25倍设计压力，即7.9X1.25=9.875MPa，但本设计只要求9.7MPa；

d)                  该罐筒体的计算厚度约24.7mm,本设计选用名义厚度34mm，浪费材料；

e)                   该罐不与筒体焊接的裙座、底座、筋板等不受压件的材质都为16MnR，可谓“优材劣用”，如选用Q235-A则节约效果可观。

11、   某设计单位设计一台汽提塔塔顶汽凝器，操作压力2.8MPa（壳程）、0.5MPa（管程），

设计压力3MPa(壳程)，0.6MPa(管程)，操作温度80℃（壳程）、50℃（管程），介质为丙烯（壳程）、水（管程）、传热面积85 m³，划为第二类压力容器。

经查有关手册，丙烯在设计温度80℃时的饱和蒸汽压力为3.6MPa，在3MPa时的对应温度为70℃，故本设计是不安全的。

12、    某设计单位设计一台脱硫化氢塔，设计压力1.18MPa，在总图“设计数据”栏中填写卧置试验压力1.48MPa，立置试验压力1.72MPa。

GB150第1.9.1条规定“直立容器装置作液压试验时，试验压力为立置时的试验压力加液柱静压力”。显然，卧置试验压力低于立置试验压力是错误的。

13、    某设计单位设计一台消防水泵房泡沫液分配器，最高工作压力为0.9MPa，设计压力1.08MPa，设计温度常温，容积0.644 m³，材质Q235-A。

按GB150第2.2.3条和《容规》第8条2款定,Q235-A钢板和适用范围；设计压力≤1.0MPa，使用温度0~350℃，故本容器设计选材错误，可选用Q235-B钢板。

14、    某设计室1994年12月设计一台氯气储罐，设计压力0.3MPa,设计温度50℃，罐体材料选用Q235-A钢板。按《容规》第4条注4规定，氯气属毒性程度为高度危害介质，又按《容规》第8条2款和GB150第2.2.3条规定，Q235-A钢板不得用于盛装毒性程度为极度、高度危害介质的压力容器，故本储罐设计选材错误，可改用Q235-C钢板。

15、     某设计单位设计一台锅炉分气缸，最高工作压力0.9MPa，设计压力0.9MPa，设计温度180℃，采用φ426X1020钢管，容积0.53 m³，筒体上无检查孔，在“技术要求”栏中提出对焊缝进行局部射线探伤。

   该分气缸上未设置检查孔，应按《容规》第41条规定，对焊缝进行全部射线探伤，并在设计图样上注明计算厚度，以便于使用过程中进行测厚度检查。

16、    某设计室设计一台氨液储罐，最高工作压力1.82MPa，设计压力2.0MPa，设计温度30 ℃，材质16MnR，筒体计算厚度7.10mm，腐蚀裕量取3.9mm，设计温度30℃，材质16MnR，筒体计算厚度7.1mm，腐蚀裕量取3.9mm，设计图样上筒体厚度标注11mm。

该储罐的图样上不应标注设计厚度，应按GB150第1.6.5条规定标注名义厚度，即设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。

17、    某厂设计室1993年4月设计一台杀菌锅，设计总图上无安全连销装置。该产品属快开门式压力容器，应按劳动部《关于加强快开门式压力容器安全监察与管理工作的通知》（劳锅字[1992]9号）装设安全连锁装置。对锁紧装置的设计应符合《容规》第45条规定，并在设计图样中包括安全联锁装置的部件图，还应注明快开门和锁紧圈的材质、结构、以及制造、安装精度的要求。

18、    某些单位设计的液化厂油气储罐，设计压力1.76MPa，设计温度50℃，容积50 m³，材质16MnR，在总图“技术要求”栏中均未提出热处理要求。

为了防止液化石油气储罐产生应力腐蚀，必须按劳动部《关于液化石油气储罐进行热处理函》（劳锅函[1998]3173号、劳锅局函[1993]3005号）的规定，在设计总图上注明进行焊后消除应力热处理的要求。

19、    某些单位设计的液化石油气储罐，是按照GB50028-93《城镇燃气设计规范》的规定，设计压力取1.6MPa。

《容规》的各项规定是压力容器安全技术监察的基本要求，压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造七个环节都必须满足《容规》的有关要求。因此，液化石油气储罐的设计压力应严格按《容规》第27条的规定来确定，如不区分液化石油气的组分和环境温度而笼统取1.6MPa为储罐设计压力是不妥的。

20、    技术标准采编工作滞后。不少设计单位不知道GB150-89有第1号和第2号修改单。近几年来，压力容器行业标准发布速度加快，已由JB4700发至JB4739，但个别设计单位仍用已废止的旧标准。例如，1996年设计压力容器仍引用JB1151-73、JB1152-81、JB3963-85、JB4248-84（以上旧标准已被JB4730-94《压力容器无损检测》取代），有的设计单位1995年设计U型管式换热器仍引用JB2207-80（现代标准为JB/T4717-92），有的设计单位设计压力容器选材仍引用JB755-85（现代标准为JB/T4726-94）。

21、    选用钢管做为压力容器主体材料时，在设计总图零件表中没有注明钢管的标准号，制造单位对此无所适从。因为现代的钢管标准较多，如GB8163-87《输送流体用无缝钢管》、GB9948-88《石油裂化用无缝钢管》、GB/T14975-94《结构用不锈钢无缝钢管》、GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》等，必须有针对性的选用，以满足设计要求。

22、    设计总图上“技术要求”的第一条几乎都是“本台压力容器按照GB150-89《钢制压力容器》进行设计、制造、检验与验收，同时接受《压力容器安全技术监察规程》的安全监察。”但当GB150与《容规》不一致时，却不能本着“就高不就低”的原则从严要求。例如钢制压力容器气密性试验压力没有按GB150取1.05P，而是按《容规》取1.00P。

23、    设计总图上“技术要求”仅提出“本容器的焊缝应进行无损检测合格”，未明确提出焊缝类别、无损检测方法和比例，以及合格要求等。正确的表达举例（指名义厚度小于30mm的16MnR钢制第一类容器）；本容器的A类及B类焊缝应按JB4730-94《压力容器无损检测》进行射线局部检测，必须包括每一相交的焊缝接头，检测长度不得少于各条焊缝长度的20%，且不小于250mm，射线照相的质量要求不应低于AB级，不低于III级为合格，但不得有未焊透缺陷。

24、    在设计总图中有的不标注容器的壁厚或直径；有的只标注容器的主要结构尺寸，没有标准主要安装尺寸； 有的没有给出主要焊缝节点图或焊接符号；有的图面不符合制图标准的规定。

25、    设计焊接压力容器采用全部无损探伤，焊缝系数取1.0，但设计图样上的焊缝节点图或在“技术要求”中未按《容规》第38条规定明确接头型式为双面焊或相当于双面焊全熔透的对接焊缝。

26、    设计总图上没有注明“最高工作压力”，因而无法判断具有易燃或毒性介质的压力容器划分类别的正确性。

27、    多数设计单位对封头加工工艺减薄量的概念模糊。按GB150的规定，应在设计图样上标注名义厚度，不包括钢材在制造容器过程中的工艺减薄量，其投料厚度由制造厂确定”，且在总图的材料表现格中只写封头的直径，不填写厚度。

28、    某设计院1994年8月设计一台降膜蒸发器，设计压力0.33MPa（管程）、0.78MPa（壳程），设计温度125℃（管程）、145℃（壳程），介质为精TEA（管程）、导热油（壳程），在设计总图“技术特性表”中提出应进行0.35MPa气密性试验，但在“技术要求”中却未提出相应的要求，例如对试验用气体、温度及检查方法等要求。

29、   多数单位设计夹套压力容器，对夹套板边与内筒壳体相连接处的角焊缝，当不能进行射线或超声波无损检测时，未提出装配尺寸公差和应作表面探伤的要求。

30、   夹套压力容器的设计总图上未分别注明壳体和夹套的试验压力、允许的内外压差值，以及试验步骤和试验的压力。

31、选用有锈复合钢板做主体材料，在“技术要求”中没有提出对复合钢板贴合率，剪切强度，用于基层、过渡层、复合层的不同焊条牌号，酸洗、钝化处理等要求。

32、强度计算不经校对、审核，或校对审核后无责任人员签字； 有的先提供图样，后补强度计算书；有的不按计算程序进行，而是先确定材料厚度，再对此进行应力校核，因而往往厚度偏大造成浪费。

33、    对设计压力的选取没有原则规定，因而随意性较大，例如，某设计所先后设计几台最高工作压力0.5MPa的分汽缸，有的设计者将设计压力取最高工作压力的2倍，有的设计者将设计压力取最高工作压力+0.05MPa，有的设计者将设计压力取最高工作压力+0.1MPa。

34、    某单位设计一台解吸塔，设计压力0.38MPa，设计温度126℃，介质为硫化氢，规格ф800X8X20100，在强度计算时未按GB150第9章规定计算地震载荷和风载荷，未进行稳定校核。

35、    某设计所1995年12月设计压力容器仍采用A3钢板和GB3323-82无损检测标准。

GB150-89第1号修改单已于1990年10月5日将A3钢板更改为Q235-A，GB3323-82已被GB3323-87《钢熔化焊接接头射线照相和质量分级》取代。

36、    工艺条件中没有给出某些重要介质和特性，如TEA介质的燃烧、爆炸特性，液化石油气介质的组分、比率，硫化氢介质的含量、碱介质的含量等。因而难以确定设计参数（包括划分容器类别、是否需要气密试验、热处理等）。

37、    需要整体热处理的压力容器，设计图样中未给出梯子平台的连接垫板图，也未在“技术要求”中提出“热处理后严禁在容器主体材料上施焊”的要求。

38、    在某单位设计一台结晶器，最高工作压力、设计压力、法兰强度级别均匀2.5MPa。

应考虑在配管时可能出现的外加推力，而将法兰强度等级高于设计压力选用。

39、设计毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器，对其垫片和法兰的选用未提出任何要求。

   应明确提出选用缠绕式垫片和凹凸面法兰，并注明其适用的标准号。

四、           设计管理问题

40、   多数设计单位已制定各级设计人员的条件、业务考核、岗位责任制，设计工作程序，设计条件的编制与审查，设计文件的标准化审查、质量评定等8项制度，但没有按照GB/T1900《质量管理和质量保证》系列标准的规定，选择适合本单位的设计质量管理体系模式，编制、颁布《压力容器设计质量保证手册》。

41、    多数设计单位的管理制度未履行审核、批准手续，没有发布、实施日期，因而执行中出现混乱。例如，某设计所制订的《各级设计人员岗位责任制》有1992年和1996年两个版本，由于均无编制、分布、实施日期，故无法确认哪个版本是现行有效的。

42、    各级设计人员变动频繁，特别是乡镇企业的压力容器设计单位，设计人员多为临时外聘，未办理法定的劳动合同，因而有的在一年时间内变动人数超过原批准人数的60%。对于新聘用的人员很少进行有关规程、标准及本职工作范围应知应会的考核，不进行资格确认；对设计技术负责人和审核、审定人员也无正式书面任合手续，即独立工作。有的设计单位名称或设计单位技术负责人改变，既不上报，又不重新刻制压力容器设计资格印章。

43、    有的单位没有设计资格印章使用管理制度，将印章交给经营部门掌握，因而在设计兰图上加盖设计资印章随意性较大，时有漏盖、错盖发生

44、    设计总图标题栏中没有设计单位名称；有的标题栏中的设计单位名称与图纸上加盖的设计资格印章中设计单位名称两者不一致；甚之，标题栏中的设计单位名称、资格印章中的设计单位名称、标题栏中签署的各级设计人员三者互不相关，显然其中有诈。

45、    设计总图标题栏内未规定履行签字手续。知有的校核、审核为同一人签字；有的设计、校核、审核栏内虽为不同的姓名，但为同一人和笔体签字；有的第三类压力容器总图上无设计技术负责人（或审定人）批准签字；有的由行政负责人（未取得审定资格）代替设计技术负责人签字；有的校核人签字时间在审核人签字时间之后。

46、    有的设计单位制定的各级设计人员业务考核制度缺少对设计人员的培训、奖罚内容；有的设计单位管理制度中没有对设计文件的更改、复用、存档等内容。

47、    多数设计单位在“设计文件签署制度”中规定；各级设计人员在校审设计文件时，必须采用不同颜色的铅笔以示区别；设计者自校采用黑色，校核人采用红色，审核人采用兰色，技术负责人采用黑、红、兰以外的其它颜色。但几乎没有一个单位照此执行。

48、     在“设计文件签署制度”中规定，除设计者自校外，其他各级校审人员在校审过程中应保留修改前的原始状况，不允许采用任何手段抹除原绘制的图样和文字。但不少校审人员为了照顾设计者的面子或所谓保持本单位的集体荣誉，将校审中发现的问题与设计者共同修改，不在设计图样上留校审痕迹，将设计文件质量总是评为优级。

49、   《设计文件校审卡》填写草率。有的在卡片“校审意见”栏和“修改意见”栏由同一人的笔体填写，且无责任者签字；有的校审者在“校审意见”栏提出“焊缝系数应由0.85改为0.8，两道环焊缝需加垫板”，但与此对应的“修改意见”栏却是空白，设计者对校审意见无动于衷，而本设计质量竟然被评为优秀。

50、    设计质量评定工作不严肃。不在《设计质量评定卡》中填写“设计错误统计”，也不计算评分结果，只在“评定等级”栏中直接填写“优级”或“良级”；有的设计图样中有多处重大技术性错误（如容器类别划分错误和材料标准引用错误等），仍被评为优秀。

51、    某设计院在1996年8月发布执行的“设计图纸复用制度”中规定：1982年以前设计的压力容器图纸原则上不再复用。

签于GB150已于1989年9月实施，《容规》也于1990年5月发布，因而在1990年之前设计的压力容器图纸不能完全满足GB150和《容规》的有关规定，不应再复用。

52、    设计质量反馈制度执行不好。有的五年没有取到一份反馈材料；有的为应付更换批准书审查，临时找几个关系单位写表杨信函；有的反馈意见由设计者代写；有的质量反馈单上无用户签字、盖章。

53、    有的设计单位为了“结合本单位的实际情况”，而擅自降低设计人员应具备的条件。例如《压力容器设计单位资格认可与管理规则》第9条规定，“压力容器审核人员应具有6年以上的压力容器设计经历，且其中有不少于3年的校核经历”。但该单位制定的《压力容器各级设计人员的条件》中，却规定“审核人员应有4年以上的设计经历，其中有不少于2年的校核经历”。

54、    第一、二类压力容器设计单位的设计审核人员没有按照《辽宁处一、二类压力容器设计审核人员资格考核办法》(辽劳锅字[1995]116号)通过资格考核,并取得相应的资格证书。

55、   专业设计院进行压力容器产品设计，除各级设计人员会审签字外，缺乏健全的工艺、仪表、安装等有关方面人员的会审签字。

56、    设计中压、高压反应容器和储存容器，没有按《容规》第31条规定向用户提供强度计算书；甚至未将上述强度计算书存档。

57、    有的单位用铅笔多次更改“设计条件”，却无更改人签字和更改日期，因而无法确认其准确、有效性，也无从查找责任者。

58、    发现设计质量问题后不及时向用户发出变更通知单，而是口头通知用户自行更改，或由设计人员到制造现场直接在兰图上修改。

59、    有的设计单位在取得设计资格的五年有效期内共设计产品不到10台，批准范围内的（类别、品种）的产品没有设计一台；有的设计单位或设计人员连续中断设计1年以上时间；有的从未向批准和备案机构报送设计工作年度综合报告。

60、   《压力容器设计单位批准书》有效期５年，但有的设计单位在批准书有效期满前不提出更换批准书的申请，某此主管部门也因机构调整而放弃管理，因而在实际失去资格后继续非法对外设计。