GB 150是压力容器合格设计的最低要求
刘鑫杰，关永祥，李志昌，刘智彬
（天津市创举科技有限公司，天津 300130）
［摘 要］ 在压力容器的设计中，很多设计者往往没有意识到GB 150—2011所未提及的技术细节对压力容器安全运行的重要性，甚至没有意识到这些技术细节的存在，认为只要遵照GB 150—2011的各项条款即可。本文根据GB 150—2011的“引言”，就其未提及的一些技术细节对压力容器安全运行的重要性作了较具体的说明，并就具体的压力容器如何发现和准确判断其技术细节进行探讨。
［关键词］ 压力容器；设计；GB 150—2011；技术细节；容器结构；工艺介质；氧化反应器；塔顶工作压力
［中图分类号］ TQ 053.2 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）01-0064-03
1 压力容器合格设计的充分必要条件
总结多年的设计工作经验，笔者认为，遵照GB 150—2011《压力容器》［1］（以下简称GB 150）的基本规定，再加上对GB 150所未提及的技术细节的合理关照，才是压力容器合格设计的充分必要条件。
承受载荷，尤其是承受静压力载荷，是一台压力容器的重要技术特性，GB 150中的相关规定基本上都是针对这一特性，即控制其强度、刚度、稳定性以及防脆断。但这不是一台压力容器技术特性的全部内容。因为建造一台压力容器的目的是用它来完成某项任务的，不同的化工工艺任务，具有不同的化工工艺特性，需要接触不同的介质，需要不同的容器结构，不一而足。而压力容器设计中，对这些内容的处理及要求就是本文所讨论的“技术细节”，这些技术细节的设计同样关系到压力容器能否安全运行。
正如GB 150引言所述：“由于本标准没有必要，也不可能囊括适用范围内压力容器建造中的所有技术细节，因此，在满足法规所规定的基本安全要求的前提下，不应禁止本标准中没有特别提及的技术内容。”所以，在遵照GB 150的基本规定的基础上，压力容器设计者必须对GB 150没有提及的技术细节作出合理的设计，这台压力容器的设计才是合格的设计。
但是，对于这个问题，往往从事多年压力容器设计的人也没能充分认识，尤其是由于1989版和1998版的GB 150没有2011版GB 150 “引言”中的对应上述内容的明确说明，压力容器设计者更是难以从设计实践中充分体会到这个问题，如此一来，压力容器的设计质量就难免要打折扣了。
为提高压力容器的设计质量，保证其安全运行，笔者认为所有的压力容器设计者都应重视并做好GB 150所未提及的技术细节的设计。
2 GB 150所未提及的技术细节的重要性
以下通过几个例子说明GB 150所未提及的技术细节对压力容器运行安全性的重要性，同时也对如何发现这些技术细节进而作出合理的设计给予一些启示。
2.1 当压力容器的工艺介质以氧气为主时
《化学安全工学》［2］指出：“在常压下氧气中铁的燃点，呈粉状时比较低，大约315 ℃以上；呈块状时燃点高，至少要加热到930 ℃以上。如果把氧气压力提高到30 kgf/cm2左右时，一般地其燃点可分别下降几十摄氏度乃至100 ℃左右。”
这段文字提示我们，当压力容器的工艺介质以氧气为主时，在一定压力下粉状铁的燃点将低于315 ℃。如果当容器的工作温度也较高时（例如200 ℃），则粉状铁在一定流速下，撞击接管壁或容器壁后摩擦生热，叠加在本来就相当高的工作温度上，很容易达到燃点而引起燃烧；当同时还含有一定量的易爆成分，且恰在其爆炸极限浓度范围内时，甚至会发生爆炸。这绝不是危言耸听，在氧气进出口接管处，氧气的流速一般是较高的，如果该处结构又不合理，铁粉撞击金属管壁的情况是很有可能发生的。
值得注意的是，这里提到的铁粉并不是人为提供的，而是锈垢中所含的。锈垢可能由氧气来源处输入，也可能为容器壁、接管壁自己产生后而被气流冲击下来的。《化学安全工学》又指出：“从测定中可以看到，把锈垢试样投入燃点测定装置中时，发出激烈的燃烧声，同时呈现出黄红色乃至白色闪耀强光，而且其燃点比铁粉还要低。估计这是由于含有的铁粉或低级氧化铁在氧气中燃烧的缘故。可以猜测，这些锈垢中的铁粉是包括从管壁上脱落下来的，和敲打管壁时脱落下来的以及同时伴落下来的其他生成物。这些生成物包括铁管内壁，尤其是拐弯部分的管壁厚度明显变薄，这正如喷砂磨损现象所引起的情况一样。”
《化学安全工学》还指出：“另一方面，在管道内有可能存在可燃物，如润滑油、洗涤剂、衬垫等”；“也可以说，在氧气管路内混入锈垢后，由于存在铁粉，它能够成为可燃物的着火源，因此会带来极大的危害”。
据以上讨论，对主要工艺介质为氧气的容器，应作出合理的技术细节的设计。参考《化学安全工学》，提出如下要求。
① 容器内壁、氧气进出口的管内壁要光滑，彻底清除锈垢，尽量避免凸起结构。
② 衬垫、填料避免使用可燃物。
③ 氧气通道尽量采用直线，减少转弯，避免氧气通道中有凸起物。
④ 容器及氧气进出口管的油脂及洗涤剂充分清洗后，用气体检测器检测。
⑤ 氧气进口设置气体净化器，避免锈垢及水分等进入。
⑥ 合理选择氧气进、出口的管径，以控制其流速（如果以上几条考虑周到，而且设计、施工、操作得当，氧气流速可控制在8 m/s以下）。
⑦ 设备材质应优先选用不锈钢（但做技术细节设计时，上述①～⑥仍应注意，因不锈钢不是绝对不生锈，尤其是同样存在外部输入锈垢的可能）。
更多内容详见《中氮肥》2017年第1期