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国外压力容器标准国外压力容器标准国外压力容器标准资料仅供参考文件编号:2022年4月国外压力容器标准版本号:A修改号:1页次:1.0审核:批准:发布日期:国外压力容器标准也有许多,比较著名的有ASME规范(AmericanSocietyof
MechanicalVessels)、英国标准BS5500《非直接火焰加热焊接压力容器》(UnfiredFusionWeldedPressureVessels)、德国标准《AD受压容器规范》、日本标准JISB8270《压力容器(基础标准)》等。下面就ASME规范和日本标准JISB8270《压力容器(基础标准)》进行简单的介绍。
ASME规范是世界上最早出现的压力容器规范,于1915年首次发行,当时简称为《锅炉建造规范.1914版》。到了1926年,这部标准扩展到8卷,统称为《ASME锅炉与压力容器规范》。后来,1937年增加了第Ⅸ卷《焊接质量要求》,到目前为止,已经发展到11卷22册,全面覆盖了锅炉和压力容器质量保证体系的要求。
ASME规范中与压力容器设计工作有关的是第Ⅷ卷《压力容器》(简写为ASMEⅧ)。《压力容器》又分为两个分册,即常规设计分册(简写为ASMEⅧ-1)和分析设计分册(简写为ASMEⅧ-2)。
ASMEⅧ-1就是通称为按规则设计的规范,即以压力容器主要部位的最大主应力不超过弹性范围为设计的安全准则,根据材料的许用应力对压力容器的结构与尺寸做出具体的规定和计算。它是理论,实验和实践经验结合的产物,安全系数大,因而材料的许用应力比较低。它包括了静载下进入高温蠕变范围的容器设计,但不包括疲劳设计。
ASMEⅧ-2通称为按分析设计的规范,即对压力容器各部位的应力进行分析、分类,根据不同的情况按照不同的安全准则进行设计。与常规设计相比,分析设计对压力容器的应力情况了解更清楚细致,对材料要求限制更严,对结构的规定更细,对制造、检验等要求更高更严。因而其安全系数较小,材料的许用应力比较高。它的应用温度限制在蠕变温度以下,包括了疲劳设计。
日本标准JISB8270《压力容器(基本标准)》是日本重要的压力容器标准。随着国际标准化组织(ISO)和关税以及贸易一般协定(GATT)标准的国际化,日本为适应这一新形式,经有关单位的长期调查研究,提出建立新压力容器标准体系。在1993年3月15日,经压力容器专门委员会审议批准,JISB8270《压力容器(基本标准)》公布实施。
日本标准JISB8270《压力容器(基本标准)》取代了过去的JISB8243和JISB8250。它将压力容器按所受压力大小分为三种,其各项规定保持了与ASME规范第Ⅷ卷(1989年版和1990年的补遗)的一致性,并吸取了ISO/DIS2694的部分内容。JISB8270《压力容器(基本标准)》是一部压力容器结构的基础标准,规定了压力容器的设计压力、设计温度、焊接接头形式、材料许用应力、分析设计方法、质量管理及质量保证体系、焊接工艺评定试验和无损检测等压力容器的通用基础部分。它共包括13章文、9个附图、28个附表、10个附录、2个参考和说明,具体内容如下。
其中,9个附图主要介绍封头、筒体、管板、接管和法兰等之间的连接结构;附表10为引用标准,附表~附表主要介绍材料的基本许用应力(包括常规设计和分析设计用材);10个附录包括基本许用应力的设定基准,材料评定试验方法,中、常温压力容器用高强度钢锻件,D类开孔组装焊缝,球墨铸铁件及可锻铸铁件,附件及支撑件,关于锻制压力容器的特别规定,调质高强钢的加工,不锈钢复合钢的加工,焊后热处理;2个参考为质量管理和质量保证体系,预热。
另外,说明部分主要从标准的理论基础、试验、验证、应用以及与同类标准相比较等方面介绍并解释标准的技术内容。摘要】壓力容器設備,係屬於「危險性機械設備」之範疇,若引用國外安全構造規範之設備,輸入我國境內使用時,很難只就其不滿足我國安全標準部份加以改善。以我國CNS和科技較先進國家對壓力容器安全構造規範進行比較,含日本之JISB8265及JISB8266,英國之BSPD5500及美國ASMESec.VIIIDiv.1等,單就設計而言,各國之標準與我國之CNS差異頗多,應無法定出一通則,基於我國之管理與規範之適用性,至少應在:(1)設計板厚、(2)最小板厚、(3)腐蝕裕度、(4)設計負載(特別是風壓與地震之動態考量方面)、及(5)安全裝置等五方面,必須以「不小於CNS之規定為原則」,且應具備製造與檢測之品管相關文件,以呈現相當程度之製造與設計之品質。壹、前言依據我國主管機關的研究統計指出[1],過去二十年來所發生的職業災害案例中,分析有關壓力容器所造成的危害種類,主要有:(1)爆炸、(2)感電、(3)與低溫接觸、(4)墜落、及(5)被切或割傷等五大類;而其所發生的工作程序是以:(1)銲補作業、(2)閥操作作業、(3)進卸料作業、(4)儀器操作作業、及(5)試驗檢查作業等,地點中所造成。這些職業災害中,又以壓力容器的爆炸所帶來的生命、財產損失最為嚴重[2]。除此之外,由於壓力容器相關之技術與安全規定比較早就被業界接受,因此,雖然近年以來,相對的職災發生機率並不高,不過,發生之災害後果影響卻相較於其他類型者為高,也仍是值得警惕的。隨著我國經濟之發展以及台商工業全球化之發展趨勢,或者對外投資生產設備,或者進口外國之設備等行為,針對壓力容器而言,可見的短期內將會有(或者已經發生了少數個案)的情形,含:●國內工業界由國外進口壓力容器設█論著與譯文█/工業安全衛生月刊35備,而該設備依法[3]適用於我國壓力容器構造標準,不管是程序上或是安全規範要求上,都應以我國的構造標準為主,包含設計、製造及檢查等,然而,國內業界或基於便宜行事,或基於其商業競爭時效壓力,可能會要求:(1)在程序上,依國內之檢查、核准程序辦理,以滿足相關之勞工安全法律規定;以及(2)在構造硬體規範之設計、製造、檢驗及測試等,依國外之相關規範辦理。對於前者之制度面,相關之研究方面,雖然沒有特別以「壓力容器」為研究對象者,但[4]之研究顯示,至少有針對相關之「高壓氣體設備」者;而對於後者,所有之安全構造規範訂立是用以規定設備之安全性,使設備達到最起碼之指定安全程度,以確保證相當程度之品質,而使用者則得到安全保障,雖不一定都由政府機關訂立[5],一經納入法律,便屬於國家公權力之範疇,如果需要引用排除適用之條款,均必須經過主管機關之個案核准。●屬於國內製造之壓力容器設備,須輸出設立於他國境內使用之新、舊設備,需要一些國內、外相關設計規範之比較參考,以增加其製造競爭力。針對前者,主管機關需要有更多相關的研究分析,以便在符合我國法令規定、滿足勞工安全,及符合我國工業民情要求下,有一套比較有系統的核准原則,一者讓工業界可以有一較清晰的遵循方向及具體的原則,否則在全球競爭白熱化的今天,主管機關容易遭受各界「擾民」的責難,從而忽視了背後替勞工安全把關的真正意義。本研究中所納入之國外壓力容器構造規範或標準者,以下列為主:(1)PD5500(SpecificationforUn-firedfusionweldedpressureves-sels,BS5500)[9](2)日本JISB8265[10]及JISB8266[11]壓力容器(3)ASMESectionVIII[12]由於美國機械工程學會(ASME)所訂立之壓力容器規章,ASMEVIIIdiv.1,已經被許多國家或地區直接採用,因此,本文中則於相關章節中適當地納入,以做為比較之參考。貳、構造法規之一般通則一、適用範疇在與CNS9788壓力容器標準之定義下,JISB8265標準則訂定其適用於「設計壓力」小於30MPa之構造與固定式之壓力容器,其餘之適用範疇36工業安全衛生月刊/內容與CNS規範相同。不過,CNS中並沒有明訂其壓力是否為「設計壓力」,而以「保存壓力」定義,由字面意義來看,似乎比較接近實際之「最高操作壓力」或「最高可以承受之壓力」,此與JIS標準也有很大地差異。另一方面,JISB8266標準適用於「設計壓力」小於100MPa之容器,其設計溫度在潛變範圍內,同時保存壓力超過大氣壓壓力或受外壓之壓力容器。另外在英國BS及美國ASME方面,所規定之適用範疇皆有其個別定義,如:英國之BSPD5500所指的壓力容器除了不直接接觸火焰、及原先會使用的電熱和其它熱加工外,則是不包括下列:1.用來儲存近大氣壓之液體的容器,其壓力附加之水頭壓不得超過大氣壓140mbar或低於大氣壓6mbar。2.具有直立軸且低壓而立於地面上,儲存液體壓力不超過1bar的容器。3.容器之設計應力少於BS之應力計算法所規定之應力值的10%。4.多層卷、預壓容器或其它特殊設計、需承受高壓的容器。5.運輸容器。6.其它BS分類所列示之特殊應用的容器。對ASME而言,其所指的容器不包括下列所列舉者:1.其它Sections已另有規定者。2.烘製處理之加熱管。3.為旋轉或往復機械裝置之壓力容器,如幫浦、壓縮機等等,其主要設計與應力依照裝置之實際需求做考量。4.管路系統其整體部份的系統中,主要功能為從一地運送液體至另一地所需要的構造。5.管路元件,如管、凸緣、墊圈、閥、膨脹接頭、配件及其它元件,其具有混合、分離、計量、控流及其它目的,如伸張或拉緊的裝置與設備等。6.在壓力下盛裝水的容器,包括使用空氣來壓縮的緩衝器,其設計壓力不超過300psi,而設計溫度不超過210℉℃)。7.用蒸氣加熱的熱水供應槽或不超過下列之限制(1)熱輸入為200000Btu/hr(2)水溫為210℉℃)(3)標稱水量為120gal8.內外壓不超過15psi,且在尺寸上不設限的容器。9.內徑、寬、高及剖面對角長度均不超過6in,且在長度或壓力沒有限制的容器。10.可容納個人的壓力容器ASMESectionVIII所規範的壓/工業安全衛生月刊37力容器是受壓不超過3000psiMPa)的壓力容器,超過3000psi時務必參閱更高壓的設計規範(如或。二、壓力容器之範圍CNS9788、JISB8265或是JISB8266所涵蓋之範圍規定皆相同,在BS方面則是包括,壓力容器本體,及利用螺栓、螺紋或銲接等方法連接至壓力容器之接點上的連接管,還有托架及其它銲接在壓力容器上的附屬品均屬之。而ASME規範除了和CNS規定相同之外,與外部配管之關聯部分,還另外包含一點,即專用接頭為至最初之密封面。三、等級區分CNS主要依(1)壓力範疇、(2)內容物,將壓力容器區分為第一種容器、第二種容器及第三種容器等三種不同等級,然而,遍查JISB8265及JISB8266之規定分類,均無此壓力容器之分類規定,但其實不同分類已經分別規定在不同的適用規範中了,例如,JISB8265比較接近我國CNS9788之第二種壓力容器(同設計壓力不超過30MPa),而JISB8266則接近第一種壓力容器者(同設計壓力不超過100MPa)。另外,BS有構造分類以區隔出材料與使用溫度上的限制;ASME則以設計壓力之限制分別規定,就如ASMESectionVIII,所規定的是受壓不超過3000psiMPa)的壓力容器,較接近CNS第二種容器(30MPa以下)之規定,而ASMESectionVIII,Div.2在設計的規範上則是接近CNS第一種容器之規定。經整理後,本研究所納入之各國法規若依「設計壓力」之分級可參考圖1。圖1各國法規依設計壓力之分級參、壓力容器之設計一、設計通則JISB8265除所需最小厚度及孔有特別規定外,則無其它相關說明,而近似CNS第一種容器的JISB8266則皆同CNS規定,另外,BS與ASME多少同CNS規定,但還另有其特別規定,與CNS甚有出入:(1)設計載重方面,BS除同CNS規定外,還須加上38工業安全衛生月刊/如運送及裝卸於最終定點時造成之作用力、無法驗證設計之適當性之載重效果、局部應變的累積對該元件之壽命所造成之影響等規定;ASME除與CNS規定相同外,尚須考慮由流體震顫所造成之衝擊力。(2)設計壓力,則大致相同。(3)設計溫度,JISB8266除了同CNS之規定外,還另外規定應設置兩種設計溫度:一種為高溫(稱「設計溫度」),另一種為低溫(稱「最小金屬設計溫度」)。此外,BS對高溫及低溫有較詳細的敘述,ASME說明最高、最低溫度,且有詳細的建議作業溫度,及可不進行衝擊試驗之滿足條件之規定。(4)組合應力效應,僅CNS有規定。(5)最小厚度規定,JIS依分類大致可對應至CNS,而BS與ASME則另有規定。(6)腐蝕裕度,各國皆有對此裕度賦予相當需要的意義,或是不需要的規定。(7)複合容器,僅JISB8266與我國CNS有相同規定,BS及ASME均對複合容器無相關之特別條文規定,但ASME另有條文說明各部之腐蝕可以不同,事實如此之規定已大致涵蓋了複合容器。(8)孔,孔之數量與直徑,JISB8265與JISB8266同CNS規定,BS在人孔及檢查孔之規定須參照BS470,另外,ASME所規定之告知孔同CNS外,還規定泄液孔,還有孔徑與容器直徑的關係等規定。二、材料之容許應力JISB8265在容許應力的規定上,大都與CNS在第二或第三種容器規範相同,但容許壓縮應力則另有規定,另外在支壓應力、一次一般膜應力之基本容許應力之加成則無相關規定;JISB8266大多與CNS規定相同或無規定,而容許抗拉應力規定與CNS之基本容許應力大致相同;而BS除壓縮應力有不同於CNS且較詳細之規定外,則無其它應力相關規定;ASME在容許抗拉應力以另外篇幅有詳細說明,容許剪應力方面僅以破壞理論(最大剪應力理論)定義之,容許壓縮應力則同CNS規定,但一次一般膜應力之基本容許應力之加成所造成的應力在其基本容許應力的倍數考量上與CNS不同,會較CNS為小些。三、疲勞之應力分析JISB8266不論在應力分析或是疲勞分析皆同CNS規定,JISB8265及ASME則無相關規定,而BS應力分析之相關規定只有規定設計強度與設計應力,且依構造分類之第一、二類容器與第三類容器分別規定,無疲勞分析之相關規定。四、胴體及端板胴體及端板主要係規定在某設計壓力及設計溫度下,所需之板厚大小/工業安全衛生月刊39(未含腐蝕裕度),以下依相同設計條件下,計算出各國規範所規定之最小厚度值加以比較:1.圓筒形胴體:在計算厚度之考量上,唯JISB8265僅考慮僅受內壓的情況,其它規範皆和CNS相同,會考慮兩種情況,僅受內壓之圓周方向應力和軸方向應力;而在計算厚度的求解上,JISB8265及ASME和CNS第二種容器相同,JISB8266及BS則與CNS第一種容器相同。2.球形胴體與端板:在計算厚度之考量上,JISB8265及ASME皆只考慮僅受內壓的情況,JISB8266及BS皆有考慮僅受內壓及組合載重的情況;而在計算厚度的求解上,若以某相同條件下計算時,BS厚度值幾乎同CNS,而其它規範皆和CNS相同。3.碟形端板:計算厚度上,JISB8265與ASMEVIII與CNS第二、三種容器計算方式相同,而JISB8266與ASMEVIII與CNS第一種容器計算方式相同,BS係以圓筒端之外直徑且和其它規範類似但不同的方式計算,CNS第一種容器、JISB8266及ASMEVIII皆須以圓筒端之內直徑計算厚度,若以某相同條件下計算時,厚度值會比CNS規範還小些。4.半橢圓形端板:各國法範幾乎皆同碟形端板之規定,但BS在半橢圓形端板的設計限制條件與碟形端板不同,應當注意,若以某相同條件下計算時,厚度值會比CNS規範還大。5.圓錐形端板:JISB8265和CNS第二、三種容器大致規定皆相同,但在補強材面積形心之有效範圍和大徑端補強材有效面積方面則有很大的差異,ASME也和CNS第二、三種容器有此相異處,CNS在補強材面積形心之有效範圍較JISB8265及ASME規定大了一倍,需特別注意;另外,ASME在圓錐部份之計算厚度(裝設彎緣時)及彎緣部分之計算厚度與CNS第二、三種容器亦有些許的差別,如考慮的半徑不同及係數等;而JISB8266則全與CNS第一種容器相同,BS則另有其計算方式,不過圓錐部份之計算厚度(未裝設彎緣時)與CNS第一種容器相同,另外在圓錐形端板大徑端整體補強部分縱向長度雖較CNS小,但也幾乎相同。五、螺栓固定凸緣我國CNS在螺栓固定凸緣不管第一種或是第二、三種容器,皆分兩類,即管口用管凸緣及管口用管凸緣以外之凸緣,規範較偏材料、加工與尺寸(應力計算)的選用,JISB8265這方面如同CNS第二、三種容器規定,但40工業安全衛生月刊/對於使用於何處之凸緣採不分類的規定;而JISB8266則如同CNS第一種容器之規定;另外ASME則無相關規定,其依ANSI規定即可;BS方面亦有部份引用ANSI,也做了較詳細的規定,如(1)螺栓接合條件,(2)運轉條件,(3)分類,(4)螺栓的一般要求,(5)銲接,(6)加工,可值得我國訂定規範之借鏡。CNS在螺栓固定凸緣之應力計算法所適用的範圍在於對承受外壓之凸緣、分割凸緣、具有圓形之非圓型凸緣及不使用墊圈而作防漏熔接之凸緣等,JISB8265及JISB8266同CNS規定,而BS則直接說明依各凸緣計算方式規定,如窄面凸緣、全面凸緣及反向凸緣;另外ASME則查無相關規定。六、製作公差與檢驗1.胴體之线大致與CNS相同,ASME亦同CNS,BS在量化上則更為詳細的述敘,如最大尖峰值的應用等等。2.成形端板之製作公差:JISB8265,端板之內面與正規形狀之量規間之間隙,內外側均不得超過D之%,無如CNS9788第(5)節之相關規定,其餘內容與CNS規範相同。JISB8266無如CNS9788第(5)節之相關規定,其餘內容與CNS規範相同。ASME,除端板端部之圓筒部之真圓度之規定:最大與最小尺寸之偏差應不得超過於標稱尺寸的1%,其餘內容與CNS規範相同。BS與CNS不同的是,CNS有端板之內面之規定,而BS沒有,其端板公差只規定:圓周、线.熔接接頭之非破壞試驗:與CNS不同的,JISB8265另規定熔接接頭補強之高度,JISB8266在接頭之非破壞試驗的規定項目,較CNS少,BS以第一、二及三類構件分別說明,且接頭位置只分TypeA與TypeB,ASME則無相關規定。4.熱處理:JISB8265無熱處理之相關規定。JISB8266大致與CNS相同,BS對肥粒鐵鋼、沃斯田鐵鋼有詳細規範,ASME見SA-20。5.試驗與檢查:CNS主要係規範材料之試驗、檢查與工作之基本有關之檢查及熔接接頭之試驗、檢查完成後之試驗、檢查,JISB8265無規定試驗與檢查之通則,JISB8266與CNS規範相同,BS則著重於檢驗者之權力與執行方面,ASME只有對材料之試驗規定,另對於檢驗者有特別規定。6.試驗、檢查-熔接接頭之機械試驗:針對各種試驗,JISB8265與JISB8266和CNS皆有說明不得被容許的破壞的規定,其中JISB8265跟/工業安全衛生月刊41CNS有些許的不同,另外BS及ASME無此相關規定。7.試驗、檢查-耐壓試驗:水壓、氣壓試驗壓力除JISB8265,ASME與JISB8266各別對應CNS外,BS規範則不同於CNS之規定。肆、結論若不考慮壓力容器在國內之管理方式與國外之差異,在各國之安全構造規範中,由前面之分析比較後,可以將本案所納入之規範大致歸納出幾項重點:一、設計方面以歐盟自行訂定的PED來說,針對壓力容器之設計厚度因有部份公式與CNS第一種容器相同,所以大致可對應至CNS第一種容器;就胴體設計厚度而言,以相同的設計條件下,圓筒形胴體的設計公式和CNS第一種容器是相同的,但球形胴體的厚度就較CNS為大;而其它端板的厚度值就不大一樣。也許與BS沒有針對設計壓力所做的容器分類有關。基本上,本案範疇之幾種規範,對壓力容器之規範,如果考慮相同之壓力範圍區間內,其實是大同小異,也因為如此,我國之CNS是單一規範,但於規範內以壓力為基準,加以區分不同之壓力容器,但是,鄰近的日本已經將它分成兩個規範─JISB8265及B8266,但是如果仔細地比較後,其實JIS之兩種壓力容器規範,其實可以類比於我國的CNS。各規範詳細之壓力適用範圍,可參考本文之圖1,各國法規依設計壓力之分級。因此,依據圖1,無法單純地訂立國外規範適用於國內之通則,反而應就各該壓力容器設計製作之國外規範與壓力範疇等,以個案分別處理較佳。此外,如果就各規範對壓力容器之計算板厚來看,對圓筒形胴體板厚之設計要求,幾乎都相同;然而,在端板或非圓筒形胴體板厚方面,則有相當大之差異,其中又以BSPD5500與CNS之差異最大,幾乎均高於CNS之要求。另外,由比較分析來看,ASMEVIII,div.1與JISB8265和CNS第二、三種容器在設計公式上,除了在圓錐形胴體的補強及部份厚度的計算上略有不同外,其餘幾乎相同;而JISB8266和CNS第一種容器在設計公式上也幾乎相同。進一步檢討BS與CNS之比較後,又發現其有部份計算公式卻與CNS第一種容器者相同,故將BS有關計算厚度公式部份將與CNS第一種容器之規範進行比較,以相同計算條件(設計壓力、材料容許應力等)情況下,計算厚度可能有和CNS完全相42工業安全衛生月刊/同、幾近相同或較大、也可能略小,所以在指定標準或使用BS公式上須特別注意。在最小厚度方面方面,日本JISB8265幾乎同CNS第二、三種容器對胴體、端板之計算厚度,JISB8265在使用高合金鋼及非鐵金屬的情況下,規定之最小厚度僅較CNS小mm,若使用碳鋼及低合金鋼則同CNS第二、三種容器為mm;而ASME不管材料與製造方式,厚度至少大於mm即可;另外,JISB8266則同CNS第一種容器規定;然而,怪異的是BS則無此最小厚度規定,僅依照其各部位厚度之計算公式規定即可。詳細之比較歸納,如表2所示。在規範設計負載方面,由於各國地域屬性不同,因此對壓力容器之負載之規定差異頗大,例如,CNS並沒有檢討雪負荷之考量要求,但是對颱表1各國法規針對胴體、端板計算厚度之比較表法規計算部位JISB8265JISB8266BSASMESec.VIII,div.1圓筒形胴體=CNS2,3=CNS1=CNS1=CNS2,3球形胴體=CNS2,3=CNS1=CNS1=CNS2,3全半球形胴體=CNS2,3=CNS1=CNS1=CNS2,3碟形端板=CNS2,3=CNS1CNS1=CNS2,3正半橢圓形端板=CNS2,3=CNS1CNS1=CNS2,3補強有效面積DifferfromCNS=CNS1DifferfromCNS=JISB8265圓錐部份(無彎緣時)=CNS2,3=CNS1=CNS1=CNS2,3圓錐部份(有彎緣時)=CNS2,3=CNS1DifferfromCNSCNS2,3圓錐形端板彎緣部份=CNS2,3=CNS1DifferfromCNS=CNS2,3表2各國壓力容器法規規定之最小厚度(單位:mm)法規使用材料CNS1CNS2,3JISB8265JISB8266BSASME碳鋼及低合金鋼66高合金鋼及非鐵金屬33調質高強度鋼−6−−依公式規定/工業安全衛生月刊43風(或風壓)、地震之要求與檢討,是不可缺的;ASME則僅以草草之幾行規定交代一下而已。另外,對壓力容器應設置安全設施,如安全閥、檢查孔等,ASME也沒有詳細之訂定,反而是我國及日本者最為詳盡。總之,若就各規範之設計考量方面,如果未來指定外國規範標準時,似無法定出一通則,反而需針對各該規範標準,詳細比對與比較,至少在:(1)設計板厚、(2)最小板厚、(3)腐蝕裕度、(4)設計負載(特別是風壓與地震之動態考量方面)、及(5)安全裝置等五方面,必須以「不小於CNS之規定為原則」。二、製造與檢驗方面由於壓力容器之製造,與焊接及其檢驗有密不可分之關係,研究各國之規範,對壓力容器之「焊接」規定大體上是相當的,不過就內容條文來看,我國之CNS對焊接技術工人仍有比較強建之規定;因此,未來指定標準時,為保障以指定標準製造之壓力容器,仍有水準以上之品質,應就該容器要求其製造與檢測之品管等相關文件。事實上,這些文件也都是我國之製造商在出口壓力容器時,所必須附送之技術文件,因此,如果以指定標準製造之壓力容器,自然也應滿足這些下限要求。總之,就研究比較這些國外之壓力容器規範後,本案歸納之結論認為:「無法歸納出簡單之指定參考原則」,必須改以針對該國外標準仔細比較後,才可指定該標準,否則本研究認為,基於檢查與管理方式之不同,撇開政府公權力不談,若僅認為以國外構造規範所製造之壓力容器就可以「適用」於我國,是不正確的。此外,除ASME外,各國之規範對替代設計分析方法(如有線元素FEM等電腦輔助分析)之接納程度,似並不高,我國之CNS也沒有相關章節,未來是否有更多設計製造之分析會引用商用軟體之分析結果,夾帶在指定標準內,將可能會帶來更複雜的問題。參考文獻1.曹常成,民國84年;危險性機械設備災害分析暨安全防護現況—調查壓力容器,勞工安全衛生研究所研究報告,IOSH84--S335。2.,勞工安全衛生研究所網頁資訊。3.勞工安全衛生設施規則,中華民國九十年十二月十二日;行政院勞工委員會台九十勞安二字第零零六零四一二號令修正發布,勞工安全衛生研究所中国压力容器体系有以GB150《钢制压力容器》为代表的技术标准和以《压力容器安全技术监察规程》为代表的安全监察法规组成。压力容器设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造的全过程都同时执行技术标准和安全监察法规,二者相辅相成,构成中国压力容器标准的完整体系,确保压力容器产品的安全。
中国压力容器标准主要是政府牵头,由设计、制造等单位参与起草、修订,最后由政府颁布,是强制性技术标准、法规,具有法律效用。ASME规范是由制造厂、用户、保险商等单位参与,属于行业协会颁布的标准,只有在地方政府的安全监督部门以法律形式认可情况下才能成为法定的控制产品质量的技术法规。
中国压力容器标准在编制和修订过程中主要参照了ASME,同时还借鉴了其它发达国家的压力容器标准,如BS5500等。中国压力容器标准中大部分要求与ASME规范相一致,部分虽与ASME规范要求不一致,但要求更加严格,其主要区别见表2:
表2:中国压力容器标准与ASME的主要区别项目中国压力容器标准ASME-VIII-1压力容器分类和分级根据压力、介质、压力和容积乘积的值划分为I、II、III类,在类中根据容器的用途,型式又分为若干级。
要求单独领设计许可证,许可范围与制造许可证一样有强制性的要求。不要求单独领设计许可证,取得制造许可证后,就可进行压力容器的设计。压力容器制造许可证要求。按级别领取制造许可证。如获得BR1级制造许可证,只能制造GB150中符合BR1级条件的压力容器,而不是GB150中的全部压力容器。
要求,但允许制造的范围很广。如获得U-1钢印,就可以制造符合ASME-VIII-1的所有压力容器。制造质量保证体系人员要求
对体系人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。对体系人员没有强制性的要求。由制造厂自行掌握,保证产品质量达到规范要求即可。设计质量保证体系人员要求
对体系中各责任人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。设计审核人员必须持有政府部门颁发的资格证书。
对焊工数量无要求,对焊工资格需公司自己组织考试,经公司授权批准就可发证。
对无损检测人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。无损检测人员必须持有国家权威机构颁发的资格证书。对无损检测人员的数量有强制性规定。对无损检测人员资格需按SNT-TC-1A或ACCP规则,由公司自己组织考试,经授权人员批准就可发证。
液压试验压力为倍设计压力;气压试验压力为倍设计压力。液压试验压力为倍设计压力;气压试验压力为倍设计压力。材料要求
每种材料标准对材料的要求都规定的比较高。允许用户提的要求比较少。每种材料标准对材料要求规定的选区项比较多,允许用户提的要求比较多。以常用的压力容器材料16MnR(对应的ASME材料为为例:材料标准规定16MnR需作冲击试验。
ASME材料标准中没有规定材料的冲击要求,当用于冷水机组中的压力容器时按ASME-VIII-1要求也不需要做冲击试验。但需规定材料的晶粒度。对接焊缝无损检测的要求
对接焊缝都要求进行无损检测,允许有极少部分的对接焊缝可不进行无损检测,但对壳体直径、壁厚、焊接接头型式等等都有强制性的规定。
对接焊缝一般都不要求进行无损检测,只有容器内的介质为致死物质时,才要求进行无损检测。
每台容器均有按《压力容器安全技术监察规程》要求制作的合格证明文件,包括监检
在技术上和体系上中国压力容器标准和ASME规范有极大部分是类似或相同的,而且均是成熟的技术和控制方法;
不同部分主要是不同国家的历史习惯和国家状况所造成的,但均能保证产品的安全性;
从设备硬件和体系、人员软件上看,中国压力容器标准比ASME规范的要求更加严格、具体;而ASME则主要是由厂家根据规范要求自行制定内部控制要求。
从整个生产过程控制看,中国压力容器标准的监控比ASME规范的要求更加严格、具体;
中国压力容器标准未获得如同ASME一样具有众多国家认可的根本原因是由于中国缺乏对外宣传和交流,但此现状已在逐步改变。如出版英文标准,加强对外宣传等等。
GB150《钢制压力容器》和《压力容器安全技术监察规程》是中国压力容器标准的代表。下表是压力容器标准颁发时间表。
是在第三版《石油化工钢制压力容器设计规定》和JB471-80《钢制焊接压力容器技术条件》的基础上编制,包括设计、制造等内容。编制时主要参照美国ASME-VIII-1。
从《石油化工钢制压力容器设计规定》分离出来,更详细规定设计、制造要求。编制时主要参照美国TEMA。
1981年国家劳动总局颁布了《压力容器安全监察规程》,1990年和1999年两次对《压力容器安全监察规程》进行修订,并改名为《压力容器安全技术监察规程》。1999版《压力容器安全技术监察规程》是最新有效版本。压力容器设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造的全过程应执行该规程。
地方质量技术监督局派驻厂监检人员对工厂生产的每台压力容器产品按《压力容器安全技术监察规程》的要求进行监检(第三方检验),并出具监检报告。
中国政府对压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造过程中的安全问题非常重视。前后颁发了下列主要法规、规范:
国家质量技术监督局锅炉压力容器安全监察局自从1914年ASME锅炉压力容器规范第一版问世以来,经过九十年的实践和不断修订,到本世纪初,欧盟颁布与压力设备指令(PED)配套EN13445压力容器标准,犹如一声春雷,打破了世界压力容器规范的格局,形成两大权威规范并存的局面。实际上,这是压力容器发展史上空前未有的一次大碰撞,它发出灿烂耀眼的火花。碰撞是在压力容器的设计、材料、制造和检验多方面进行的,而主要是在设计方面,特别是在分析设计方面。欧洲标准在披露ASME规范执行过程中遇到的棘手问题的同时,提出了他们的解决方案,在设计概念上出现了许多创新,ASME也发现其规范存在的若干不足,拨款立项,广泛征求使现行规范趋于现代化的建议。这次大碰撞蕴育着今后压力容器设计概念的大改革,我们必须拭目以待。我国是压力容器生产大国,已能制造千吨级加氢反应器和一些核容器,一些压力容器已出口欧美,但还不是压力容器生产强国,一些技术含量较高的压力设备还要进口。我国压力容器标准在世界所占份额极小,我们必须在当今世界标准之战中占有一席之地。实际上,支持标准的是包括专利在内的大量知识产权,没有知识产权的支撑,标准将苍白无力;而使标准真正起到作用,则是后续产业的强力支撑,没有后者,将无法证明标准是成功的。为了弄清国际贸易中的游戏规则,使我处于主动地位,我们必须认真研究当今世界压力容器标准之战中欧美两大标准体系的情况和他们对我们的影响。
欧盟这部压力容器标准其编号是EN13445:2002,其英文版是2003年2月5日颁布的。EN13445:2002是强制性法规压力设备指令(1999年11月29日生效,2002年05月30日强制执行)的配套技术标准,也叫做欧洲标准,也叫做协调标准或谐调标准。根据PED的规定,欧盟成员国应在1999年5月29日前将PED转化为按照本国立法程序立法的法律、监察规程或行政管理规定;各成员国应当与PED同步,在1999年11月29日将这些法律、规程和行政管理规定付诸实施。例如:英国将PED转化后,叫做《1999压力设备监察规程》。转化的过程并非全盘照抄,而是在保持与PED一致的前提下,删掉PED中对成员国政府部门自身职责和成员国相互法律接口的部分,在编辑上进行了调整,并增加了英国自己的要求,例如:对违法的处罚条款等,把PED原有的27章7个附录减缩到7章6个附录。同样,EN13445:2002虽然是以英、法、德三种语言发表,而以英语为母语,各成员国也应将EN13445:2002转化为本国语言的技术标准,例如:英国转化后叫做欧洲标准BSEN13445;德国转化后叫做欧洲标准DINEN13445。EN13445:2002的特点和对我国的影响
EN13445的出现,使欧盟成员国有一个统一的压力容器标准,对我国出口欧洲的压力容器产品方便了许多。其次欧盟EN13445的出现使世界上压力容器标准的流派基本上只有两个,即美国的和欧洲的。把这两个流派的压力容器标准研究后,可以说就弄清楚了当今世界上最先进的压力容器标准。第三,这两大标准在设计方法上有些不同。例如:ASME的压力容器标准是第VIII卷,目前有三个分册,代表了三种不同的设计方法,即第一种常规设计,或公式设计,或规则设计;第二种分析设计方法;第三种断裂力学设计方法。在欧盟的压力设备指令PED中虽然对这三种设计方法都允许采用,但在EN13445中,目前只采用了前二种。而且,在常规设计方法中,DINEN13445采用了“模块化”的概念;在分析设计方法中EN
13445采用了“分安全系数”的概念以及区别于ASME的“应力分类路线”的“直接路线法分析设计”的概念。这些设计概念对于中国压力容器设计制造都是全新的。EN13445情况
以BSEN13445:2002为例,它的正文有6篇,叫做“PART”:第1篇:总论,第2篇:材料,第3篇:设计,第4篇:制造,第5篇:检验和试验,第6篇:球墨铸铁容器。没有被列入正文的还有1篇,题目是:使用符合性评审程序的指南,编号PDCR13445-7。在第3篇下面有2个重要附录:附录B-直接路线分析设计,这是欧洲的新方法;附录C-应力分析路线设计方法,这是ASME沿用至今的方法。目前有如下7种压力设备不属于PED13445的管辖范围:①移动式压力设备;②失效可能造成放射性释放的核压力设备;③操作温度高于110oC用于产生蒸汽或过热水的压力设备;④铆接容器;⑤层状铸铁容器,或任何由非BSEN13445-2或BSEN13445-6中指定材料制造的容器;⑥多层容器,自增强容器和预应力容器;⑦长输管线篇:总论。本篇为BSEN13445的通用名词及其定义,代号和计量单位,,同时给出制订以下各篇的原理和导则。第2篇:材料。本篇对BSEN13445-1:2002所覆盖的、非受火压力容器及其支承件用金属材料(包括复合材料)规定其要求。目前只限于有足够韧性的钢材。本篇不适用于蠕变范围。在以后修订中本篇将增加一些别的材料。本篇也对非受火压力容器用金属材料的选择、检验、试验和标志做了规定。对于采用分析设计的容器用,其选材和材料要求本篇不作规定。第3篇:设计。本篇规定被EN13445-1:2002所覆盖的、按照EN13445-2规则建造的、钢制非受火压力容器的设计要求。第4篇:制造。本篇规定钢制非受火压力容器及其零件(包括与非承压件连接的连接件)的制造要求。本篇规定材料的可追溯性要求、制造公差要求、焊接要求、生产试板、成形要求、热处理要求、返修和最终表面处理的要求等。采用分析设计的容器其制造要求本篇不作规定。第5篇:检验和试验。本篇主要针对非周期性操作的、符合BSEN13445-2要求的钢制单件生产和成批生产的压力容器,规定其检验和试验要求。这里,所谓非周期性操作的压力容器是指在相同操作压力下循环次数低于500次的容器。第6篇:球墨铸铁压力容器及受压件的设计和制造要求。本篇对于采用球墨铸铁制造的、许用压力不大于50bar的压力容器,规定其设计、材料、制造和试验的要求。第7篇:采用符合性评审程序的指南。本篇是对责任管理机构在根据压力设备指令要求进行符合性评审时、就质量保证和检验活动所作的指南。内容涉及符合性评审模式(又译为合格性评审模式)、容器的危险性级别(又称为风险级别)和容器的类型。
EN13445标准的颁布,使国内对处于当今世界科技进步日新月异、风云突变的环境下,更清楚的了解压力容器这一领域正在发生的哪些变化。国内压力容器设计制造企业既要谈欧洲标准,也要谈ASME标准,两种标准都是国际性的。欧洲标准是在BS5500、AD、CODAP和ASME规范丰硕成果的基础上发展起来的。从欧洲压力设备指令PED的角度考虑,只要能满足压力设备指令中对设计、材料和制造的基本安全要求,则二种规范都是允许的,是可以选择的。因此,这二种标准有竞争性的一面,也有互补性的一面。㈠国内标准1989我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-89《钢制压力容器》,它是在我国《钢制石油化工压力容器设计规范》标准实施了20余年基础上,总结我国大量工程实践经验,以理论与实验研究为指导,并吸收了国际同类先进标准的内容而编制的,标志着我国集设计、制造、检验和验收技术要求于一体,独立、完整、统一的中国压力容器标准体系正在形成。1998年,针对GB150-89又进行了修订,形成了GB150-1998,使标准更加完善。
GB150《钢制压力容器》包括压力容器板壳元件计算、容器结构要素的确定,密封设计、超压泄放装置的设置以及容器的制造与验收的要求等,是压力容器制造、设计、检验与验收的综合性国家标准。它是确保压力容器结构强度、结构稳定和结构刚度,以达到安全使用所必须遵循的基本技术要求。㈡国外主要规范国外的规范主要有四个:美国ASME规范,英国压力容器规范(BS),日本国家标准(JIS),德国压力容器规范(AD)。1.美国ASME规范美国机械工程师协会(ASME)制定的《锅炉及压力容器规范》以往并无法律上的约束力,而是由各州政府在其管辖范围内通过法律决定是否执行ASME规范。但由于ASME规范技术上的权威性,现已正式成为美国的国家标准,在其封面上印有美国国家标准(ANSI)的标志。
ASME规范规模庞大、内容完善,仅依靠ASME规范本身即可完成压力容器选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作环节。现在ASME规范共有十一卷,总计二十二册,另外还有二册规范案例。其中与压力容器密切相关的部分有:第Ⅱ卷材料技术条件、第Ⅴ卷无损检验、第Ⅷ卷压力容器及第Ⅸ卷焊接及钎焊评定。
ASME规范每年增补一次,每三年出一新版,技术先进,修订及时,能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就,使它成为世界上影响最大的一部规范。2.英国压力容器规范(BS)英国压力容器规范BS5500《非直接火熔焊压力容器》是由英国标准协会(BSI)负责制定的。它是由两部规范合并而成:一部相当于ASME第Ⅷ卷第一册的BS1500《一般用途的熔融焊压力容器标准》,另一部是近似于德国AD规范的BS1515《化工及石油工业中应用的熔融焊压力容器标准》。3.日本国家标准(JIS)七十年代末期,日本开始对欧美各国的压力容器标准体系进行了全面深入的调研,提出了全国统一的JIS压力容器标准体系的构想,并于80年代初制定了两部基础标准,一部是参照ASME第Ⅷ卷第1册制定的JISB8243《压力容器的构造》,另一部是参照ASME第Ⅷ卷第2册制定的JISB8250《特定压力容器的构造》。此外,还有与压力容器相关的标准JISB8240《冷冻压力容器》、JISB8241《无缝钢制气瓶》及JISB8242《圆筒形液化石油气贮罐(卧式)构造》等。4.德国压力容器规范(AD)AD压力容器规范是由七个部门编制的:职工联合会、锅炉压力容器管道联合会、化学工业联合会、冶金联合会、机械制造者协会、大锅炉企业主技术协会及技术监督会联合会(VDTUV)。AD规范在技术上有许多独特的观点,它在世界上也是具有广泛影响的规范。
①AD规范只对材料的屈服极限取安全系数,且取数较小。因此,产品厚度薄、重量轻;
③在制造要求方面,AD规范没有ASME详尽,他们认为这样可使制造厂具有较大的灵活性,易于发挥各厂的技术特为了确保压力容器的安全,许多国家都制定自己的压力容器规范,国外影响较广泛并具有权威规范有:美国的ASME规范、英国的BS5500、日本的JISB8243以及德国的AD规范等。我国有国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术监察规程》、GB150《钢制压力容器》、GB151《管壳式换热器》等。这里主要介绍国外压力容器规范1、美国ASME规范ASME锅炉及压力容器规范是由美国机械工程师学会制定的,现在已正式成为美国的国家标准。它具有以下主要特点:(1)规模庞大,内容极其完备,它本身就构成了一个完整的标准体系,而且是当前世界上最大的封闭型标准体系。所谓封闭型标准体系的含义即基本上不必借助于其它标准,其本身可完成压力容器选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作环节。目前ASME规范共有11卷,总计22册,另外还有2册规范案例,其中与压力容器有关的有:第Ⅱ卷材料技术条件A篇钢铁材料B篇有色金属材料C篇焊条、焊丝及填充金属第Ⅲ卷核动力装置设备第V卷无损检测第Ⅷ卷压力容器一第1分篇压力容器一第2分篇第Ⅸ卷焊接及钎焊评定广—第X卷玻璃纤维增强塑料压力容器第Ⅺ卷核动力装置设备在役检查规程(2)、ASME规范技术先进,修订及时,安全可靠。能做到这一点,不仅因为它有力量雄厚的专门班子,完备的修订制度,更主要的是因为它有庞大的科研后盾。(3)、自从1968年公布了第Ⅷ卷第2分篇以来,ASME规范即实行了压力容器基础标准的双轨制。第Ⅷ卷第亚分篇即按“常规设计”,它的安全系数较高,设计方便,制造检验不太严格,对一般压力容器来说是足以保证安全的。但用于较苛刻的容器则难以确保其安全性。第Ⅷ卷第2分篇即按“分析设计”,安全系数低,要求对压力容器各区域的应力进行详细的计算,并根据各种应力对失效所起的作用予以分类,然后对不同类型的应力采用不同的应力强度条件加以限制。这种设计方法工作量极大,需借助于电子计算机,制造检验严格。这两部基础标准并行,同属有效,可以根据产品的具体情况加以选用。随着计算机的发展和应用,分析设计在压力容器上的应用越来越广泛。ASME规范由于具有上述特点,使它成为世界上影响最大的一部规范。它的先进技术和某些科学作法,经常被其他规范参照或仿效。2、英国BS5500规范英国的非直接火加热压力容器规范BS5500(1988),是由英国标准学会(BSl)负责制定的。它是由两部规范合并而成:一部是相当于ASME第Ⅷ卷第1篇的BSl500一般用途的熔融焊压力容器标准,另一部是近似于德国AD规范的BSl515化工及石油工业中应用的熔融焊压力容器规范。它既包括“常规设计”也包括“分析设计”。其疲劳设计中所采用的疲劳曲线采用统一的许用应力值,并且以抗拉强度为基础的安全系数也低于ASME第Ⅷ卷第1分篇。3、日本JISB8243和8250(8270)日本与美国一样,也采用基础标准的双轨制。一部是参照ASME第Ⅷ卷第1分篇制定的JISB8243压力容器的构造;另一部是参照ASME第Ⅷ卷第2分篇制定的JISB8250压力容器的构造(另一规则)。4、德国AD规范德国的工业产品标准一般是根据工业法律的要求,由各有关部门代表组成的专家委员会制定。AD规范与ASME规范相比较,具有如下特点:它只对材料的屈服极限取安全系数,且数值较小,因此产品壁厚较薄、重量轻;它允许采用较高强度级别的钢材;在制造方面,AD规范没有ASME详尽,他们认为这样可使制造厂具有较大的灵活性,易于发挥各厂的技术特长和创新。随着科学技术的发展,科技成果的应用,使标准不断完善,在GB150-1989《钢制压力容器》标准的基础上,结合中国国情,合理采用了美国ASMEⅧ-1卷、日本JISB8370~8285标准的最新成果,修订了原标准的不合理的或与其它标准法规不相吻合的部分内容,制订了GB150-1998《钢制压力容器》标准。
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