國內外固定式壓力容器建造標準比較

遲　祥　彭　斌　中國成達工程有限公司　成都　610041

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國內外固定式壓力容器建造標準比較

遲祥*彭斌中國成達工程有限公司成都610041

摘要通過對國內外固定式壓力容器主要建造標準的分析，在標準體系、分類原則、壓力適用范圍、許用應力安全系數、低溫壓力容器設計和材料等方面進行了初步的比較。

關鍵詞壓力容器標準比較

*遲祥：高級工程師。2007年畢業于大連理工大學化工過程機械專業獲碩士學位。主要從事壓力容器及工業爐設計工作。

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

壓力容器是世界各國石油化工行業都會涉及到的通用性產品。由于壓力容器在承壓狀態下工作，并且工作介質多為高溫、低溫或易燃易爆、有毒，一旦發生事故，將會對人民的生命和財產造成不可估量的損失，因此各國均將壓力容器作為特種設備予以強制性管理。壓力容器產品主要包括固定式壓力容器、移動式壓力容器、氣瓶和氧艙四類設備，固定式壓力容器在我國石油化工行業的壓力容器中占有很大比例。對于相關工程技術人員來說，將我國壓力容器標準與美國和歐盟等國家標準進行比較和分析，有助于在壓力容器設計和制造過程中對相關標準更好的理解和掌握。

1中國、美國和歐盟壓力容器標準體系

1.1中國

中國固定式壓力容器標準體系主要是依據國務院頒布的行政法規《特種設備安全監察條例》以及國家質量技術監督局頒布的《固定式壓力容器安全技術監察規程》來進行的。經過壓力容器標準化工作者的幾十年的努力，我國已經頒布并實施了以《壓力容器》GB 150和《鋼制壓力容器——分析設計標準》JB 4732為核心的一系列壓力容器標準以及相關壓力容器產品標準、基礎標準和零部件標準，并以此構成了壓力容器標準體系的基本框架。

1.2美國

美國沒有統一的壓力容器專項法律法規，壓力容器的安全立法體現在各州，分別在州勞動法、行政法、工業法等法律中設置專門的章節(或條款)，對承壓設備的安全提出要求。只有在地方政府的安全監督部門以法律形式認可的情況下，才能成為法定的控制產品質量的技術法規。壓力容器的設計、建造、安裝主要依據相關的ASME規范和API規范的要求進行監督管理，形成了以ASME和API規范為核心的壓力容器類設備安全標準體系。

1.3歐盟

歐盟為了統一壓力容器的管理和方便歐盟內成員國相互之間的貿易，頒布了97/23/EC《承壓設備法規》(PED)，同時，為了貫徹該法規的執行，又發布了EN 13445《非直接接觸火焰壓力容器》標準，對壓力容器的設計、制造、安裝、使用、檢驗等環節提出了具體要求，并已形成完整的安全法規體系。

1.4對比

中國壓力容器標準從總體結構上來說，偏向于開放型規范，體系中的標準，如GB 150、GB 151和JB 4732主要針對不同類型壓力容器，在壓力容器的設計、制造和檢驗過程中，還需要不同的配套標準來配合，如材料標準、焊接標準、無損檢測標準等。

ASME規范幾乎涵蓋了壓力容器建造涉及的所有內容，更偏向于封閉式規范，各種不同類型壓力容器的設計、制造和檢驗等方面所需要的內容，基本上都可以在ASME的有關各卷找到。

EN 13445在總體結構上趨向于ASME規范，其中也包括了各種不同類型壓力容器的內容，但是，也需要一些材料和焊接標準作配合。

2壓力容器標準重點內容比較

2.1分類原則和方法[1][3][8]

(1)中國(分類的法規或標準：固定式壓力容器安全技術監察規程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：根據介質特性，選擇類別劃分圖，再根據設計壓力和容積，標出坐標點，確定壓力容器類別。

(2)美國(分類的法規或標準：ASME Ⅷ)：按ASME標準規范分類，依據建造規則將壓力容器劃分為壓力容器建造規則、壓力容器建造另一規則和高壓容器建造另一規則，各自遵循ASME第Ⅷ卷的第1、2、3分篇。

(3)歐盟(分類的法規或標準：承壓設備法規PED)：根據承壓設備的危險程度，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非螺栓材料許用應力安全系數[2][4][8][9]

非螺栓壓力容器材料許用應力安全系數見表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，導致設備脆性斷裂。因此，各國在低溫條件下使用的壓力容器的設計和制造都提出了防止脆性斷裂發生的措施。

國內外低溫壓力容器防脆斷措施[2][4][5][8]：

(1)中國(標準名稱：GB 150)：① 對于設計溫度<-20℃的壓力容器，其受壓元件用鋼在小于或等于其設計溫度下進行低溫夏比沖擊試驗；② 結構設計時減小應力集中；③ 各類焊接接頭盡量采用全焊透型式；④ 當鋼材厚度超過一定數值時，采用焊后熱處理；⑤當設計溫度低于-40℃或焊接接頭厚度大于25mm的設備進行100%RT或UT檢測，進行局部無損檢測的，檢測比例至少50%；⑥對于符合低溫低應力工況的設備則不必遵循上述規定。

(2)美國(標準名稱：ASME Ⅷ)：① 根據材料的類別、最低設計溫度和厚度判定是否需要進行沖擊試驗；② 低應力狀態和進行了不是由于規范規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的條件可以放寬；某些中低強度的碳鋼和低合金鋼一定條件下免除沖擊試驗；③當容器在低于某一溫度下運行，或需要對材料進行沖擊試驗時，容器的各類焊接接頭要符合規定；④ 最低設計金屬溫度、應力比值和最大纖維伸長率滿足一定條件時，進行焊后熱處理；⑤ 確定容器中各元件確定的允許最低設計金屬溫度，取其中的最高值作為該容器允許的最低設計金屬溫度。

(3)歐盟(標準名稱：EN 13445)：① 在限定材料厚度前提下根據材料類別、ReL和厚度確定沖擊試驗溫度下的沖擊功，沖擊試驗溫度根據最低設計金屬溫度和元件所承受的應力水平并加上一定的溫度余量來確定；② 根據最低設計金屬溫度和元件厚度確定沖擊試驗溫度，在該沖擊試驗溫度下進行沖擊試驗，沖擊功需要滿足要求；③ 當上述兩種方法無法滿足要求時，采用斷裂力學分析的辦法；由于標準中只是比較原則性的提及，因此需要相關各方認可。

3材料標準比較

中國壓力容器的材料標準按照不同的類型、用途和行業特點加以區分并編制，并由這些材料標準一起構成一個較為完整的體系。以往其材料標準基本由供方即鋼材生產廠家編制，主要反映鋼材生產廠家的要求，相關的材料標準具有較強的針對性。在使用過程中，只要材料標準滿足壓力容器設計標準中規定的成分和技術要求就可以使用。目前的壓力容器專用材料標準在修訂過程中，征求了有關使用方的意見，壓力容器相關的材料標準如GB 713、GB 3531、GB 24510、GB 24511、NB/T 47002、NB/T 47008～47010等已經修訂發布，使其能滿足壓力容器使用要求。

ASME規范把壓力容器用材標準列為規范的第Ⅱ卷，是規范的一個重要組成部分。材料范疇十分廣泛，包括各種類型的鋼板、薄板、鋼管(輸運性質)、管子(導熱性質)、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鋼材標準是由供需雙方共同編制，且以反映用戶的要求為主的標準。在使用過程中規定，非本卷許可的或ASME CODE CASE以外的其它材料不得采用[7]。

EN材料標準同我國的材料標準體系有些類似，主要是根據材料的不同型式加以區分編制。如鋼板、鋼管和鍛件等，通過EN13445中所引用相關材料標準來構成一個完整的體系。

在我國壓力容器相關材料標準的制定過程中，尤其是鋼板標準《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，查閱了大量的標準檔案資料，收集了ISO、EN、JIS和ASTM等國際國外主要標準，目前以上二個標準的材料技術指標如硫、磷含量，低溫沖擊功指標等，與國際上ASME標準、EN標準等相比都是先進的。

國外在材料標準方面比較多，尤其是美國，ASTM有30多個壓力容器用鋼板標準。日本標準受美國的影響比較明顯，JIS的鍋爐及壓力容器用鋼板標準也比較多，有11個。EN和ISO壓力容器用鋼板標準的系列完整、分類清楚、數量不多。EN10028壓力容器用鋼板包含7個部分，即7個標準。ISO9328壓力容器用鋼板則包含5個部分，內部與EN10028基本一致。

4結語

我國的壓力容器標準經過幾十年的發展，已經逐漸形成了比較完整的標準體系，在標準的歷次修訂過程中，引入了新的研究成果，吸收了一些國際上比較先進的設計理念；同時，也應注意到，在標準體系結構、低溫壓力容器設計和材料等方面，同國外標準相比，還存在一些不足。

參考文獻

1TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術監察規程[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規范和GB150 [J].化工設備與管道,2006,42(4):7-16.

6鄭津洋，黃冰，孫國有，陳志平.歐美壓力容器設計技術進展[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-分析設計標準[S].

(收稿日期2015-04-09)