遲　祥　彭　斌　中國成達(dá)工程有限公司　成都　610041

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國內(nèi)外固定式壓力容器建造標(biāo)準(zhǔn)比較

遲祥*彭斌中國成達(dá)工程有限公司成都610041

摘要通過對國內(nèi)外固定式壓力容器主要建造標(biāo)準(zhǔn)的分析，在標(biāo)準(zhǔn)體系、分類原則、壓力適用范圍、許用應(yīng)力安全系數(shù)、低溫壓力容器設(shè)計(jì)和材料等方面進(jìn)行了初步的比較。

關(guān)鍵詞壓力容器標(biāo)準(zhǔn)比較

*遲祥：高級工程師。2007年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)獲碩士學(xué)位。主要從事壓力容器及工業(yè)爐設(shè)計(jì)工作。

聯(lián)系電話：(028)65537130，E-mail:chixiang@chengda.com。

壓力容器是世界各國石油化工行業(yè)都會涉及到的通用性產(chǎn)品。由于壓力容器在承壓狀態(tài)下工作，并且工作介質(zhì)多為高溫、低溫或易燃易爆、有毒，一旦發(fā)生事故，將會對人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損失，因此各國均將壓力容器作為特種設(shè)備予以強(qiáng)制性管理。壓力容器產(chǎn)品主要包括固定式壓力容器、移動式壓力容器、氣瓶和氧艙四類設(shè)備，固定式壓力容器在我國石油化工行業(yè)的壓力容器中占有很大比例。對于相關(guān)工程技術(shù)人員來說，將我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與美國和歐盟等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和分析，有助于在壓力容器設(shè)計(jì)和制造過程中對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更好的理解和掌握。

1中國、美國和歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系

1.1中國

中國固定式壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系主要是依據(jù)國務(wù)院頒布的行政法規(guī)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》以及國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》來進(jìn)行的。經(jīng)過壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化工作者的幾十年的努力，我國已經(jīng)頒布并實(shí)施了以《壓力容器》GB 150和《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JB 4732為核心的一系列壓力容器標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)壓力容器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和零部件標(biāo)準(zhǔn)，并以此構(gòu)成了壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系的基本框架。

1.2美國

美國沒有統(tǒng)一的壓力容器專項(xiàng)法律法規(guī)，壓力容器的安全立法體現(xiàn)在各州，分別在州勞動法、行政法、工業(yè)法等法律中設(shè)置專門的章節(jié)(或條款)，對承壓設(shè)備的安全提出要求。只有在地方政府的安全監(jiān)督部門以法律形式認(rèn)可的情況下，才能成為法定的控制產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)法規(guī)。壓力容器的設(shè)計(jì)、建造、安裝主要依據(jù)相關(guān)的ASME規(guī)范和API規(guī)范的要求進(jìn)行監(jiān)督管理，形成了以ASME和API規(guī)范為核心的壓力容器類設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.3歐盟

歐盟為了統(tǒng)一壓力容器的管理和方便歐盟內(nèi)成員國相互之間的貿(mào)易，頒布了97/23/EC《承壓設(shè)備法規(guī)》(PED)，同時(shí)，為了貫徹該法規(guī)的執(zhí)行，又發(fā)布了EN 13445《非直接接觸火焰壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)，對壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)提出了具體要求，并已形成完整的安全法規(guī)體系。

1.4對比

中國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)從總體結(jié)構(gòu)上來說，偏向于開放型規(guī)范，體系中的標(biāo)準(zhǔn)，如GB 150、GB 151和JB 4732主要針對不同類型壓力容器，在壓力容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)過程中，還需要不同的配套標(biāo)準(zhǔn)來配合，如材料標(biāo)準(zhǔn)、焊接標(biāo)準(zhǔn)、無損檢測標(biāo)準(zhǔn)等。

ASME規(guī)范幾乎涵蓋了壓力容器建造涉及的所有內(nèi)容，更偏向于封閉式規(guī)范，各種不同類型壓力容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)等方面所需要的內(nèi)容，基本上都可以在ASME的有關(guān)各卷找到。

EN 13445在總體結(jié)構(gòu)上趨向于ASME規(guī)范，其中也包括了各種不同類型壓力容器的內(nèi)容，但是，也需要一些材料和焊接標(biāo)準(zhǔn)作配合。

2壓力容器標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)內(nèi)容比較

2.1分類原則和方法[1][3][8]

(1)中國(分類的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)：固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSG R0004)：固定式壓力容器類別主要分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類，具體劃分辦法為：根據(jù)介質(zhì)特性，選擇類別劃分圖，再根據(jù)設(shè)計(jì)壓力和容積，標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn)，確定壓力容器類別。

(2)美國(分類的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)：ASME Ⅷ)：按ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分類，依據(jù)建造規(guī)則將壓力容器劃分為壓力容器建造規(guī)則、壓力容器建造另一規(guī)則和高壓容器建造另一規(guī)則，各自遵循ASME第Ⅷ卷的第1、2、3分篇。

(3)歐盟(分類的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)：承壓設(shè)備法規(guī)PED)：根據(jù)承壓設(shè)備的危險(xiǎn)程度，即最大允許壓力、容積或公稱尺寸、流體類別和用途，將其劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類。易爆、高度易燃、易燃、可燃、劇毒、有毒和助燃流體為第一類流體；其余都屬于第二類。

2.2壓力適用范圍比較[2][4][8][9]

國內(nèi)外壓力容器壓力適用范圍見表1。

表1　壓力適用范圍

2.3非螺栓材料許用應(yīng)力安全系數(shù)[2][4][8][9]

非螺栓壓力容器材料許用應(yīng)力安全系數(shù)見表2。

2.4低溫壓力容器防脆斷措施

壓力容器在低溫條件發(fā)生的破壞主要是碳鋼在低溫下韌性的下降，在厚度無明顯減薄情況下，導(dǎo)致設(shè)備脆性斷裂。因此，各國在低溫條件下使用的壓力容器的設(shè)計(jì)和制造都提出了防止脆性斷裂發(fā)生的措施。

國內(nèi)外低溫壓力容器防脆斷措施[2][4][5][8]：

(1)中國(標(biāo)準(zhǔn)名稱：GB 150)：① 對于設(shè)計(jì)溫度<-20℃的壓力容器，其受壓元件用鋼在小于或等于其設(shè)計(jì)溫度下進(jìn)行低溫夏比沖擊試驗(yàn)；② 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)減小應(yīng)力集中；③ 各類焊接接頭盡量采用全焊透型式；④ 當(dāng)鋼材厚度超過一定數(shù)值時(shí)，采用焊后熱處理；⑤當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于-40℃或焊接接頭厚度大于25mm的設(shè)備進(jìn)行100%RT或UT檢測，進(jìn)行局部無損檢測的，檢測比例至少50%；⑥對于符合低溫低應(yīng)力工況的設(shè)備則不必遵循上述規(guī)定。

(2)美國(標(biāo)準(zhǔn)名稱：ASME Ⅷ)：① 根據(jù)材料的類別、最低設(shè)計(jì)溫度和厚度判定是否需要進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；② 低應(yīng)力狀態(tài)和進(jìn)行了不是由于規(guī)范規(guī)定所要求的焊后熱處理的壓力容器，在一定條件下免除沖擊試驗(yàn)的條件可以放寬；某些中低強(qiáng)度的碳鋼和低合金鋼一定條件下免除沖擊試驗(yàn)；③當(dāng)容器在低于某一溫度下運(yùn)行，或需要對材料進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，容器的各類焊接接頭要符合規(guī)定；④ 最低設(shè)計(jì)金屬溫度、應(yīng)力比值和最大纖維伸長率滿足一定條件時(shí)，進(jìn)行焊后熱處理；⑤ 確定容器中各元件確定的允許最低設(shè)計(jì)金屬溫度，取其中的最高值作為該容器允許的最低設(shè)計(jì)金屬溫度。

(3)歐盟(標(biāo)準(zhǔn)名稱：EN 13445)：① 在限定材料厚度前提下根據(jù)材料類別、ReL和厚度確定沖擊試驗(yàn)溫度下的沖擊功，沖擊試驗(yàn)溫度根據(jù)最低設(shè)計(jì)金屬溫度和元件所承受的應(yīng)力水平并加上一定的溫度余量來確定；② 根據(jù)最低設(shè)計(jì)金屬溫度和元件厚度確定沖擊試驗(yàn)溫度，在該沖擊試驗(yàn)溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊功需要滿足要求；③ 當(dāng)上述兩種方法無法滿足要求時(shí)，采用斷裂力學(xué)分析的辦法；由于標(biāo)準(zhǔn)中只是比較原則性的提及，因此需要相關(guān)各方認(rèn)可。

3材料標(biāo)準(zhǔn)比較

中國壓力容器的材料標(biāo)準(zhǔn)按照不同的類型、用途和行業(yè)特點(diǎn)加以區(qū)分并編制，并由這些材料標(biāo)準(zhǔn)一起構(gòu)成一個(gè)較為完整的體系。以往其材料標(biāo)準(zhǔn)基本由供方即鋼材生產(chǎn)廠家編制，主要反映鋼材生產(chǎn)廠家的要求，相關(guān)的材料標(biāo)準(zhǔn)具有較強(qiáng)的針對性。在使用過程中，只要材料標(biāo)準(zhǔn)滿足壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的成分和技術(shù)要求就可以使用。目前的壓力容器專用材料標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中，征求了有關(guān)使用方的意見，壓力容器相關(guān)的材料標(biāo)準(zhǔn)如GB 713、GB 3531、GB 24510、GB 24511、NB/T 47002、NB/T 47008～47010等已經(jīng)修訂發(fā)布，使其能滿足壓力容器使用要求。

ASME規(guī)范把壓力容器用材標(biāo)準(zhǔn)列為規(guī)范的第Ⅱ卷，是規(guī)范的一個(gè)重要組成部分。材料范疇十分廣泛，包括各種類型的鋼板、薄板、鋼管(輸運(yùn)性質(zhì))、管子(導(dǎo)熱性質(zhì))、法蘭、配件、閥門、螺栓、棒材、鋼坯、鍛件、鑄件、緊固件、焊接材料等。ASME鋼材標(biāo)準(zhǔn)是由供需雙方共同編制，且以反映用戶的要求為主的標(biāo)準(zhǔn)。在使用過程中規(guī)定，非本卷許可的或ASME CODE CASE以外的其它材料不得采用[7]。

EN材料標(biāo)準(zhǔn)同我國的材料標(biāo)準(zhǔn)體系有些類似，主要是根據(jù)材料的不同型式加以區(qū)分編制。如鋼板、鋼管和鍛件等，通過EN13445中所引用相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)成一個(gè)完整的體系。

在我國壓力容器相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，尤其是鋼板標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713-2014、《低溫壓力容器用鋼板》GB 3531-2014和《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》GB 24511-2009新版壓力容器用鋼板編制過程中，查閱了大量的標(biāo)準(zhǔn)檔案資料，收集了ISO、EN、JIS和ASTM等國際國外主要標(biāo)準(zhǔn)，目前以上二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的材料技術(shù)指標(biāo)如硫、磷含量，低溫沖擊功指標(biāo)等，與國際上ASME標(biāo)準(zhǔn)、EN標(biāo)準(zhǔn)等相比都是先進(jìn)的。

國外在材料標(biāo)準(zhǔn)方面比較多，尤其是美國，ASTM有30多個(gè)壓力容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn)。日本標(biāo)準(zhǔn)受美國的影響比較明顯，JIS的鍋爐及壓力容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn)也比較多，有11個(gè)。EN和ISO壓力容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn)的系列完整、分類清楚、數(shù)量不多。EN10028壓力容器用鋼板包含7個(gè)部分，即7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。ISO9328壓力容器用鋼板則包含5個(gè)部分，內(nèi)部與EN10028基本一致。

4結(jié)語

我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸形成了比較完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，在標(biāo)準(zhǔn)的歷次修訂過程中，引入了新的研究成果，吸收了一些國際上比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念；同時(shí)，也應(yīng)注意到，在標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)、低溫壓力容器設(shè)計(jì)和材料等方面，同國外標(biāo)準(zhǔn)相比，還存在一些不足。

參考文獻(xiàn)

1TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

2GB 150.1～4-2011，壓力容器[S].

3Pressure Equipment Directive, Directive 97/23/EC of the European Parliament and of the Council [S]. Brussels: CEN,1997.

4EN 13445-2002 Unfired pressure vessel [S]. Brussel: CEN,2002.

5丁伯民 . EN13445、ASME規(guī)范和GB150 [J].化工設(shè)備與管道,2006,42(4):7-16.

6鄭津洋，黃冰，孫國有，陳志平.歐美壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展[J].壓力容器,2002,19(1):39-42 .

7ASME CODE SECTION Ⅱ 2010 EDITION.

8ASME CODE SECTION Ⅷ 2010 EDITION.

9JB 4732-1995，鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

(收稿日期2015-04-09)