我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范的比較分析

我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范的比較分析原作者：黃安庭(杭州杭氧科技有限公司)摘要：本文主要從標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求方面對我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范進行了對比分析，詳細(xì)描述和分析了兩個標(biāo)準(zhǔn)體系相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要差別和相互對應(yīng)關(guān)系，旨在和有關(guān)人士共同探討如何深入理解和使用ASME規(guī)范。

關(guān)鍵詞：壓力容器；標(biāo)準(zhǔn)；ASME規(guī)范；比較分析

美國ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范是由美國機械工程師學(xué)會(ASME)的鍋爐及壓力容器委員會(BPVC)制定的，是世界上應(yīng)用最早的標(biāo)準(zhǔn)之一，現(xiàn)已被公認(rèn)為世界上技術(shù)內(nèi)容最為完整、應(yīng)用最為廣泛的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。

我國于1982年頒布了《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》及實施細(xì)則，明確了勞動部作為政府的主管部門，負(fù)責(zé)立法和管理工作。1985年正式發(fā)行的《鋼制壓力容器設(shè)計規(guī)定》標(biāo)志著我國開始形成統(tǒng)一的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)，1989年發(fā)行的GB150—89《鋼制壓力容器》標(biāo)志著我國已開始形成以強制性標(biāo)準(zhǔn)GB150—89為核心的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系框架，經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系在大多數(shù)領(lǐng)域內(nèi)都有與國外標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)內(nèi)容在總體上也達到了國際先進標(biāo)準(zhǔn)的水平。

為了使我國的壓力容器產(chǎn)品能順利進入國際市場，1984年蘭州石油化工機器廠首家取得ASME認(rèn)證證書后，全國較有實力的壓力容器制造廠陸續(xù)取得ASME認(rèn)證證書，現(xiàn)已有近百家企業(yè)通過ASME認(rèn)證。但從總體上看，我國只有少數(shù)企業(yè)真正制造過ASME鋼印產(chǎn)品，絕大多數(shù)企業(yè)僅僅處于證書階段。杭氧自1992年開始已制造了40多臺ASME鋼印產(chǎn)品，并已出口安裝在美國、加拿大等發(fā)達國家，同時也制造了大量的按ASME設(shè)計、制造、檢驗的壓力容器產(chǎn)品(不打ASME鋼印)。在杭氧剛開始設(shè)計、制造ASME產(chǎn)品時，絕大多數(shù)人(包括設(shè)計、制造、檢驗和營銷人員)對ASME規(guī)范不熟悉，由此產(chǎn)生一種畏難情緒，在一定程度上影響了ASME產(chǎn)品市場的進一步開拓。經(jīng)過近十年ASME產(chǎn)品的設(shè)計、制造，相關(guān)人員逐漸了解、熟悉并掌握了ASME規(guī)范。根據(jù)杭氧的實踐經(jīng)驗，現(xiàn)將我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與ASME規(guī)范進行比較、分析，以供有關(guān)人士參考。

1主要壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系

我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)分類相對較細(xì)，基本上是按壓力容器類型及容器主體材料來分別制訂相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，如鋼制壓力容器、鋁制壓力容器、臥式容器、塔式容器、球形儲罐等。而ASME規(guī)范并不按容器類型分別制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，只是在設(shè)計中引用不同的載荷規(guī)范，如設(shè)計壓力小于20MPa的選用ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊，設(shè)計壓力小于70MPa的選用ASME規(guī)范第Ⅷ卷第二分冊，設(shè)計壓力大于70MPa的選用ASME規(guī)范第Ⅷ卷第三分冊。兩者主要壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系如表1。

表1主要壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系我國主要壓力容器標(biāo)準(zhǔn)ASME規(guī)范（1）GB150《鋼制壓力容器》（2）JB4734《鋁制壓力容器》（3）JB4745《鈦制壓力容器》第Ⅷ卷第一分冊JB4732《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第Ⅷ卷第二分冊JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》第Ⅸ卷JB4730《壓力容器無損檢測》第V卷2標(biāo)準(zhǔn)制、修訂

我國的壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)是由全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會負(fù)責(zé)編制、修訂工作，經(jīng)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)后頒發(fā)。相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是由各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會負(fù)責(zé)編制、修訂工作，經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委各部門審批、頒發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)實施后，由各地安全監(jiān)察部門根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來控制、監(jiān)督壓力容器的設(shè)計、制造和檢驗各環(huán)節(jié)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全使用。各標(biāo)準(zhǔn)化委員會根據(jù)了解、收集的標(biāo)準(zhǔn)使用意見和建議，負(fù)責(zé)組織標(biāo)準(zhǔn)修訂工作，并經(jīng)原審批部1門審批后頒發(fā)、實施。

ASME鍋爐及壓力容器委員會(BPVC)定期召開會議，研究ASME規(guī)范的修訂工作，經(jīng)BPVC批準(zhǔn)的規(guī)范修訂建議將提交美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSl)，并在美國《MechanicalEngineering))上發(fā)表，以公開征詢所有關(guān)心此問題人士的意見，修訂建議在規(guī)定的公開征詢意見期滿并經(jīng)ASME最終批準(zhǔn)后，在每年12月31日出版的ASME規(guī)范增補中予以公布。規(guī)范修訂條款經(jīng)ASME批準(zhǔn)后，可從《增補》所示出版日期起開始使用，除第Ⅱ卷A、B兩篇中的材料標(biāo)準(zhǔn)的修訂外，次年的7月1日成為強制性的要求，但在此之前簽訂的合同除外。材料標(biāo)準(zhǔn)的修訂由美國材料試驗學(xué)會(ASTM)和其他認(rèn)可的國家機構(gòu)或國際機構(gòu)進行，ASME通常采納這些修訂。但壓力容器制造廠家需要注意的是，凡使用相對于原要求有所放寬的修訂條款時，必須確信壓力容器安裝地的管轄機關(guān)對它們已經(jīng)認(rèn)可，否則不得使用。

3設(shè)計思想和安全系數(shù)

壓力容器的基本設(shè)計思想是一次薄膜應(yīng)力或最大直接應(yīng)力不得超過許用應(yīng)力。計算應(yīng)力依據(jù)的理論是最大應(yīng)力理論。各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中都應(yīng)用了這一設(shè)計思想，標(biāo)準(zhǔn)中公布的許用應(yīng)力計人了安全系數(shù)，它比測定得到的性能值低是考慮到：(1）應(yīng)力評估方法的復(fù)雜程度；(2)一定程度的應(yīng)力集中及其類型；(3)材料一定程度的不均勻性；(4)幾何因素；(5)焊接接頭中存在的缺陷。各國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全系數(shù)有所不同，主要依據(jù)的是經(jīng)驗、試驗證據(jù)和理論評估，同時與其規(guī)定的材料標(biāo)準(zhǔn)、計算方法、制造要求和檢驗要求相適應(yīng)。

我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與ASME規(guī)范所使用的安全系數(shù)差別見表2。

的1／3。對于上述加強圈設(shè)置準(zhǔn)則，我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)與ASME規(guī)范是一致的。ASME規(guī)范中規(guī)定每段填角焊縫的長度應(yīng)不小于51mm，相鄰兩段之間的最大凈距為：外加強圈8t，內(nèi)加強圈12t，t為加強圈連接外殼體的壁厚。在符合ASME規(guī)范的有關(guān)條件時還允許加強圈一側(cè)填角焊縫為連續(xù)的焊接，另一側(cè)為間斷焊的焊接，焊接段的長度應(yīng)不小于51mm，相鄰兩焊段間的最大凈距應(yīng)為24t。而在我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中，并未規(guī)定每段填角焊縫的長度，同時也未建議使用一側(cè)連續(xù)焊，而另一側(cè)為間斷焊。

7開孔和開孔尺寸

我國GBl50規(guī)定殼體上的開孔應(yīng)為圓形、橢圓形或長圓形，當(dāng)在殼體上開橢圓形或長圓形孔時，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2．0，而ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊則允許孔的長徑與短徑之比大于2，0，但應(yīng)增強短徑方向的補強以避免扭轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生的過度變形，且形狀不僅限于圓形、橢圓形和長圓形，但其所有轉(zhuǎn)角應(yīng)具有適當(dāng)?shù)陌霃?。同時兩者在開孔尺寸的限制上存在著差異，見表5。表5開孔尺寸的限制對比對比項GBl50ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊圓筒上開孔Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/2,且d≤520mmDi≤1520mm時，開孔最大直徑d≤Di/2,且d≤508mm開孔尺寸也可超出前面的限制，但需按大開孔進行補強Di>1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/3,且d≤1000mmDi>1520mm時，開孔最大直徑d≤Di/3,且d≤1000mm凸形封頭d≤Di/2經(jīng)正確樸強后開孔尺寸不加限制錐殼d≤Di/38焊工考試和管理

焊接壓力容器的焊工必須經(jīng)焊接技能評定或考試，取得焊工合格證后，才能在有效期內(nèi)擔(dān)任合格項目范圍內(nèi)的焊接工作。最新出版的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》與ASME規(guī)范第Ⅸ卷在許多方面的要求是一致的，但也存在一些差別，見表6。

表6焊工考試和管理對比項目鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則ASME規(guī)范第Ⅸ卷焊工考試(評定)組織、實施單位經(jīng)所在地市級(及以上)安全監(jiān)察機構(gòu)批準(zhǔn)，報省級安全監(jiān)察機構(gòu)備案的焊工考試委員會持有ASME認(rèn)證證書的壓力容器制造廠考試(評定)內(nèi)容基本知識理論考試和焊接操作技能考試焊接操作技能考試焊工合格證有效期三年，在合格項目有效期滿前3個月由焊工考委會安排復(fù)考或免考等事宜(50歲以上焊工不能免考)，中斷受監(jiān)察設(shè)備焊接6個月的需重考。未規(guī)定有效期限，但焊工或焊接操作工某一焊接方法在6個月或更長時間內(nèi)沒有操作過，則他的該項資格被中止評定方法和檢驗項目對試件進行外觀檢查、射線透照、彎曲試驗對試件進行射線透照，或?qū)υ嚰M行彎曲試驗，或?qū)ζ涫状萎a(chǎn)品焊縫進行射線透照合格證有效使用區(qū)域有效期內(nèi)的焊工合格證，在全國各地同等有效僅在負(fù)責(zé)考試（評定）的壓力容器制造廠內(nèi)有效9產(chǎn)品試板

為了檢驗產(chǎn)品焊接接頭和其他受壓元件的力學(xué)性能和彎曲性能，我國《容規(guī)》里明確規(guī)定壓力容器縱焊縫應(yīng)制作焊接試板，制取試樣進行拉伸、冷彎和必要的沖擊試驗，凡屬下列情況之一的每臺壓力容器應(yīng)制作產(chǎn)品焊接試板：

(1)移動式壓力容器(批量生產(chǎn)的除外）；

(2)設(shè)計壓力大于10MPa的壓力容器；

(3)現(xiàn)場組焊的球形儲罐；

(4)使用有色金屬制造的中、高壓容器或使用σb大于等于540MPa的高強度鋼制造的壓力容器；

(5)異種鋼(不同組別)焊接的壓力容器；

(6)設(shè)計圖樣上或用戶要求按臺制作產(chǎn)品焊接試板的壓力容順；

(7)GB150中規(guī)定應(yīng)每臺制作產(chǎn)品焊接試板的壓力容器。

而ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊對常規(guī)經(jīng)焊接工藝評定合格的不要求做產(chǎn)品焊接試板，而下述情況則要求按規(guī)范規(guī)定制作產(chǎn)品焊接試板：

(1)對于焊接接頭系數(shù)不大于0．8，以ASME規(guī)范給定的任一壓焊焊接方法(電阻焊除外)制作的接頭，在其容器或零件上此類焊縫應(yīng)制作產(chǎn)品焊接試板，試樣可取自殼體本身或取自縱焊縫的延長部位，容器無縱焊縫時可取自容器相同材質(zhì)、相同厚度且按相同工藝焊制的試板，并裁取一件小截面拉伸試樣和兩件側(cè)彎試樣進行試驗。

(2)若焊接工藝評定要求做焊縫及熱影響區(qū)沖擊試驗時，容器沖擊試板應(yīng)從用于單臺或多臺容器幾爐鋼號中的某一爐鋼板上制取，對于A類接頭，試板在可能時應(yīng)成為產(chǎn)品接頭端部的延長部分，以使試板焊接件盡可能接近于容器焊接接頭的質(zhì)量和形式。對于焊接工藝與A類接頭不同的B類接頭，試板應(yīng)在制造容器的相同焊接條件下焊接，使用同樣型式的設(shè)備，同樣的位置，同樣的焊接工藝，且焊接應(yīng)與產(chǎn)品的焊接同時進行，或在即將開始焊接產(chǎn)品的時候進行。

10無損檢測

無損檢測方法對缺陷的探測、定位、測量、評定和評價不會破壞其以后的有用性和可用性，在壓力容器制造過程中，主要用于探測材料、焊縫及制造零件和組件的表面與內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)或外形的任何間斷或缺陷。我國GB150和ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊對無損檢測人員資格、焊縫透照比例、評定要求等方面存在著一定差異，見表7。表7無損檢測對比項目GB150ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊人員資格要求必須經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，并按照“鍋爐壓力容器無損檢測人員資格監(jiān)定試/考核合格，獲得“鍋爐壓力容器無損檢測人員資格證”由持有ASME認(rèn)證證書的壓力容器制造廠組織無損檢測人員的培訓(xùn)、考試和評定工作；或取得ASNT無損檢測人員資格證產(chǎn)品焊接透照比例人類①100％射線或超聲檢測②局部射線或超聲檢測，探傷比例50％(鐵素體鋼制低溫壓力容順)③局部射線或超聲檢測，探傷比例20％①100％射線檢測②抽樣射線檢測，每15.2m焊縫作一處抽樣檢測，一處抽樣射線底片最小長度為150mm評定標(biāo)準(zhǔn)①100％射線檢測，不低于Ⅱ級為合格②局部射線檢測，不低于Ⅲ級為合格③100％超聲檢測，I級為合格④局部超聲檢測，不低于Ⅱ級為合格ASME規(guī)范不劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級片，100%射線檢測和抽樣射線檢測對氣孔、夾渣和圓形顯示的控制有所不同，總體評片標(biāo)準(zhǔn)比我國的要低11焊接返修

我國GBl50規(guī)定焊接返修必須由持證焊工按評定合格的工藝進行，焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次，如超過兩次，返修前均應(yīng)經(jīng)壓力容器制造廠技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，返修次數(shù)、部位和返修情況應(yīng)記人容器的質(zhì)量證明書。而ASME正規(guī)范對同一部位的返修次數(shù)未作規(guī)定，但每次焊接返修前，其返修方法應(yīng)經(jīng)授權(quán)驗師（AI）認(rèn)可。12壓力試驗制造完工的壓力容器應(yīng)按圖樣要求進行壓力試驗（液壓試驗或氣壓試驗），壓力試驗必須用兩個量程相同并經(jīng)過校驗的壓力表。壓力表的量程一般應(yīng)在試驗壓力的2倍左右，但不應(yīng)低于1．5倍和高于4倍的試驗壓力。表8給出了我國標(biāo)準(zhǔn)與ASME規(guī)范對壓力試驗壓力的對比。

表8壓力試驗壓力對比標(biāo)準(zhǔn)液壓試驗氣壓試驗GB1501.25[σ]/[σ]t1.15[σ]/[σ]tJB47321.25PSm/Smt1.15PSm/SmtASME規(guī)范第Ⅷ卷第一分冊1.3PS/St1.1PS/StASME規(guī)范第Ⅷ卷第二分冊1.25PSm/Smt1.15PSm/Smt13結(jié)語

我國的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是在不斷總結(jié)經(jīng)驗、進行科學(xué)研究和吸取國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對保證我國壓力容器的安全性起到了很重要的作用。由于我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系和ASME標(biāo)準(zhǔn)體系存在著差異，標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容也有較大的差別，在實際使用時對兩種標(biāo)準(zhǔn)體系的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行比較分析，有助于深入理解和實施ASME規(guī)范，也有助于理解我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展變化。

參考文獻：

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