各国规范(科技标委)介绍

ASME和各有关国家压力容器规范(标准)的简要介绍（和设计有关的问题）华东理工大学丁伯民全国高科技教工标准化专业委员会国家标准化继续教育网2010.10.15～17，无锡各国压力容器标准体系主要是三大体系，ASME，EN13445和гостASME系统:亚太、北美地区，GB150、JB4732和JIS标准主要参照ASME规范EN13445系统:欧洲大陆地区，主要参照BS5500(现改为PD5500)，CODAP和AD规范гост系统:俄罗斯及原东欧国家，现国内很少关心20世纪末欧共体提出PED(承压设备指令)并统一成EN13445后，形成欧美体系的竞争，所以ASME(特别是Ⅷ-2)和EN有相互靠近的趋势ASME规范体系是美国机械工程师学会(ASME)的行业标准，只有在地方政府的安全监察部门以法律形式认可情况下才能成为法定控制产品质量的技术法规。未提及容器分类ASME规范的卷、版本、增补、条款解释、规范案例、例题ASME锅炉及压力容器规范共12卷，包括锅炉、压力容器(移动式和固定式)核容器、各种材料、无损检测、焊接和钎接评定等，一切锅炉和压力容器的建造(包括材料、设计、制造、检验、试验、检查、认证和泄压等)工作，都可以在ASME规范范围内解决和国内标准的编写习惯略有不同ASMEⅧ压力容器规范体系(1)ASME压力容器規范是压力容器的建造規则規范制定了强制性要求、特殊禁用規定以及非强制性指南是包括多种制造方法、多种材料容器的建造规则ASMEⅧ-1、Ⅷ-2是包括立式或卧式容器、换热器、膨胀节等在内各种压力容器的建造规则Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3共三册各适用于不同的对象关于计算机和有限元的使用，设计用线算图和曲线拟合公式GB150、JB4732实际上主要引自ASMEⅧ-1和Ⅷ-2，但由于各种原因(国内具体情况，技术政策，也包括某些误引和漏引)而造成某些区别ASMEⅧ压力容器规范体系(2)用户、制造厂、AI三方，设计不作为独立一方，由制造厂负责完成，所以只有制造厂才能取证用户提交用户设计说明书给制造厂制造厂(或委讬其它单位)提出设计计算书，施工图，制造完成后提出制造厂数据报告、制造厂建造记录和竣工图并在容器上盖钢印等，对容器因质量而可能引起的后果承担责任由保险公司聘用的AI跟踪各环节，对用户设计说明书、制造厂设计报告、制造厂数据报告等予以证明，并在各制造环节中实施检验。对容器因质量而可能引起的后果不承担任何责任ASMEⅧ-1前言規范制定了强制性要求、特殊禁用規定以及非强制性指南。规范没有提及建造工作的所有方面，对于没有特别提及的方面不宜认为它是被禁用的。当规范公式是强制性时，应按照规范公式进行计算。规范既不要求，也不禁止使用计算机对按规范建造的部件进行分析或设计。但是，提请采用计算机程序进行设计和分析的设计师们注意的是，他们要对所采用的程序中固有的一切技术上的假定负责，且要对设计上使用这些程序负责。所制定的规则不能理解为以任何形式限制制造厂自行选择符合规范规则的任何设计方法或任何结构型式某一特定部件是否符合规范规则的问题或争议应提交给ASME的持证人(制造厂)GB150的体系(1)含GB151，JB4732等以《压力容器安全技术监察规程》为框架的具体执行标准(现改为《简单压力容器安全技术监察规程》、《固定式容器安全技术监察规程》)，按容器的潛在危险程度分为三类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类)还涉及一系列其它标准:GB151，JB4732，GB16749，JB/T4710，JB/T4731，JB/T4735和铝制、钛制、铜制、镍和镍合金制容器等，并和钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器焊接规程、承压设备无损检测等标准配套使用GB150的体系(2)含GB151，JB4732等不定期出版和修改(GB150已在修改，虽拟改为固定式压力容器，但实际上涉及钢制以外的容器还要按照其它引用标准)设计、制造都作为独立方，应分别取证，都应接受特种设备安全监察机构的监察用户或设计委讬方向设计单位提出设计条件GB150明确要求疲劳分析的容器不属于该标准的范围，JB4732则明确为分析设计标准EN13445标准的体系(1)是为贯彻97/23/EC《承压设备指令》(PED)而制订的协调标准因另有和无缝焊接气瓶、简单压力容器指令等相配套的各种气瓶、简单压力容器标准，所以EN13445就不包括各种气瓶、简单压力容器适用于碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢，在第6篇中包括了球墨铸铁压力容器及其元件的补充要求，在第8篇中包括了铝和铝合金压力容器及其元件的补充要求除常用元件外，还包括了各类管壳式換热器和膨胀节以及卧式容器、塔式容器的设计内容EN13445标准的体系(2)PED将压力容器分根据流体组别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类(或称风险级别)EN13445仅一册，对于常用元件，在设计部分的正文中采用了按公式设计的方法，如有需要，可进行简化或详细的疲劳分析;对于结构、载荷复杂或形状允差超标的元件，在其附录B和C中列出了直接法和基于应力分类的分析设计方法(和ASMEⅧ-2体系相同)ASMEⅧ概况建造规范(包括材料、设计、制造、检验、试验、认证和泄压在内的全面考虑)，现包括英制和公制Ⅷ-11914～2010容器建造规则U证Ⅷ-21968～2010压力容器建造另一规则U2证Ⅷ-31997～2010高压容器建造规则U3证三年一个版本，每年一个增补，规范案例（每年4次），半年一个条款解释ASMEⅧ-1特点和主要内容(1)引言U适用范围和总则●A分卷通用要求，是适用于全册的要求UG●B分卷与制造方法有关的要求UW，UF，UB●C分卷与各类材料有关的要求UCS，UNF，UHA，UCI，UCL，UCD，UHT，ULW，ULT，UHX，UIG(2009A新增，不透性石墨建造压力容器的要求)ASMEⅧ-1特点和主要内容(2)强制性附录37(08A增加35)(09A增加36-40)●非强制性附录25(08A增加KK和LL)(09A增加MM)●相关的卷Ⅱ卷材料A篇铁基材料，B篇非铁基材料C篇焊条、焊丝及填充金属材料D篇性能(英制、公制)Ⅴ卷无损检测Ⅸ卷焊接和钎焊评定我国标准的主要特点和主要内容GB150实际上是钢制压力容器有关元件的设计内容，涉及到其它材料(如铝制、铜制、钛制、镍制等)，其它容器(如換热器、立式容器、卧式容器、球形储罐等)还有其它相应标准，虽然也列有制造、检验与验收的有关规定，但实际上还需要钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器焊接规程、承压设备无损检测等配套标准才具有可操作性，在材料方面，更需要和有关的板材、管材、棒材、锻件、铸件等，以及优质碳素结构钢、碳素结构钢、合金结构钢等标准配合另有JB4732—分析设计标准配套EN13445的主要特点和主要内容仅一册，包括总论，材料，设计，制造，检验和试验，由球墨铸铁压力容器及承压元件的设计和制造要求等6篇，每篇在必要时都列有详细附录2007版起的ASMEⅧ-2以及修订中的GB150《固定式压力容器》和EN13445在形式上有逐渐靠近的趋向(ASMEⅧ-2按总的要求，责任和任务，材料要求，按规则设计要求，按分析设计要求，制造要求，检验与检测要求，压力试验要求，压力容器超压保护等九部分划分。GB150按通用要求，材料，设计，制造、检验与验收要求四部分划分)设计参数和有关的问题(1)所考虑的失效准则和强度理论弹性，弹-塑性，塑性，安定性，稳定性(线性弹性，非线性弹性，塑性)，膨胀节部分也包括疲劳，最大主应力理论●设计压力(独立容器，组合容器—独用元件、公用元件，按独立容器设计，按压差设计)UG-21，UG-99，UG-19,附录3-2设计参数和有关的问题(2)最大许用工作压力，由计算求得的试验压力UG-99，UG-98，附录3-2，附录KK(二者都指成品容器，区别仅在于腐蚀裕量、所用许用应力的对应温度以及所涉及的载荷)●设计温度(最高、最低MDMT)UG-20，UCS-66●腐蚀裕量，材料壁厚负偏差及制造减薄量UG-25，UG-16，UG-32注18●压力试验，试验压力（最大许用工作压力，设计压力，计算得的试验压力），试验温度，试验压力上限(内压容器，真空容器，独立容器，组合容器—其公用元件按独立容器设计、按压差设计)UG-99，UG-100，气压试验时的注意点(UW-50)设计参数和有关的问题(3)独立容器:内压PT=1.3PS/ST(原理分析)真空PT=1.3P(原理分析)组合容器:组合容器的独用元件或组合容器按独立容器设计时：和独立容器压力试验相同组合容器举例设计参数和有关的问题(4)组合容器(不按独立容器设计时)的公用元件：ΔPmax(P1，P2)，即P1、P2同号时[UG-99(e)(2)]:先内筒PT=1.3(P2-P1)S/ST再两侧同时P1侧:PT=1.3P1S/STP2侧:PT=1.3P2S/ST此时要控制两室压差不超过内筒的试验压力值ΔPmax(P1，P2)，即P1、P2异号时[UG-99(e)(1)]:先内筒PT=1.3P1(按真空容器，内压方式)再夹套PT=max[1.3P2S/ST，(P2-P1)S/ST]其中比值S/ST为构成该容器各元件(10:一般情况下不包括螺栓)中的最小值设计参数和有关的问题(5)上述压力试验的规定是规范要求的最小值，也可协商后由计算得的试验压力试验规范不规定液压试验的试验压力上限，但当超过规定值使容器出现明显的塑性变形(permanentdistortion)时，检验师有权拒收GB150压力试验(1)内压、外压、真空容器，外压容器和真空容器以内压进行试验内压容器:PT=1.25P〔σ〕/〔σ〕t，其中，〔σ〕/〔σ〕t应取各元件材料的比值中最小者(圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等)(新容规已不包括紧固件)外压容器和真空容器:PT=1.25P要求试验前校核圆筒应力，以不超过0.9倍屈服强度为满足GB150压力试验(2)如内容器为常压或低压，夹套有压力(0.8MPa)，则把内容器视为外压容器，按PT==1.25P2〔σ〕/〔σ〕t试验，则按常压设计的封头和法兰承受不了，如封头和法兰按P2(0.8MPa)设计，则大大增加了成本如内容器为真空，夹套为0.2MPa，则内容器带夹套部分设计压力为0.3MPa。内容器如按真空容器PT=1.25P1试内压，为0.125MPa，夹套按内压容器试压，为0.25MPa，试压结果尚达不到0.3MPa的设计压力(GB150称为外压容器)GB150压力试验(3)PT=1.25P〔σ〕/〔σ〕t中的P也可用最大许用工作压力，但该压力是根据容器各部分壳体的有效厚度计算所得，且取最小值(未提及受压范围内的任何零件，也未提及除压力外的其它各种载荷)EN13445压力试验对检测组别1、2和3的内压容器，液压和气压试验压力都取，其中Pd、Td为最大载荷时的设计压力和温度，Ps为最大许用压力，由制造厂确定。为不包括螺栓在内各元件的最小比值规定。在气压试验时应采取严格的安全措施或对所有接头采取100%无损检测，但在其许用应力的规定中，区分操作状态和压力试验状态各取不同的值。当带夹套的内容器为真空或部分容器时，取项代替对于组合容器，其试压规定和ASMEⅧ-1基本相同(系数不同)max1.25/,1.43tdaTdsPPffPsPsP/aTdff焊接接头分类(1)分类目的:确定焊缝结构型式，探伤程度，焊接接头系数分类的出发点:按接头所在位置，即接头所承受的最大应力，不是按接头结构型式(UW-3)焊接接头类别(A、B、C、D类)。按连接处能否由板壳理论简单地求出应力而划为A、B和C、D类焊缝结构型式(1～8型)(表UW-12)焊接接头分类(2)A类:圆筒、锥壳的纵向和螺旋形接头，球壳、成型封头或平板上任意方向的拼接接头，连接球壳和圆筒等壳体的环向接头（即承受最大主应力的接头）B类:壳体或变径段上的环向接头，连接各成型封头(球壳除外)至壳体的环向接头(即承受