摘要：本文主要從標準技術要求方面對我國壓力容器標準和ASME規范進行了對比分析，詳細描述和分析了兩個標準體系相關標準的主要差別和相互對應關系，旨在和有關人士共同探討如何深入理解和使用ASME規范。
關鍵詞：壓力容器；標準；ASME規范；比較分析
美國ASME鍋爐及壓力容器規范是由美國機械工程師學會(ASME)的鍋爐及壓力容器委員會(BPVC)制定的，是世界上應用最早的標準之一，現已被公認為世界上技術內容最為完整、應用最為廣泛的壓力容器標準。
我國于1982年頒布了《鍋爐壓力容器安全監察暫行條例》及實施細則，明確了勞動部作為政府的主管部門，負責立法和管理工作。1985年正式發行的《鋼制壓力容器設計規定》標志著我國開始形成統一的壓力容器標準，1989年發行的GB 150—89《鋼制壓力容器》標志著我國已開始形成以強制性標準GB 150—89為核心的壓力容器標準體系框架，經過十多年的發展，我國的壓力容器標準體系在大多數領域內都有與國外標準相對應的標準，技術內容在總體上也達到了國際先進標準的水平。
為了使我國的壓力容器產品能順利進入國際市場，1984年蘭州[wiki]石油[/wiki][wiki]化工[/wiki]機器廠首家取得ASME認證證書后，全國較有實力的壓力容器制造廠陸續取得ASME認證證書，現已有近百家企業通過ASME認證。但從總體上看，我國只有少數企業真正制造過ASME鋼印產品，絕大多數企業僅僅處于證書階段。杭氧自1992年開始已制造了40多臺ASME鋼印產品，并已出口安裝在美國、加拿大等發達國家，同時也制造了大量的按ASME設計、制造、檢驗的壓力容器產品(不打ASME鋼印)。在杭氧剛開始設計、制
造ASME產品時，絕大多數人(包括設計、制造、檢驗和營銷人員)對ASME規范不熟悉，由此產生一種畏難情緒，在一定程度上影響了ASME產品市場的進一步開拓。經過近十年ASME產品的設計、制造，相關人員逐漸了解、熟悉并掌握了ASME規范。根據杭氧的實踐經驗，現將我國的壓力容器標準與ASME規范進行比較、分析，以供有關人士參考。
1 主要壓力容器標準的對應關系
我國的壓力容器標準分類相對較細，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標準，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規范并不按容器類型分別制定相應的標準，只是在設計中引用不同的載荷規范，如設計壓力小于20MPa的選用ASME規范第Ⅷ卷第一分冊，設計壓力小于70MPa的選用ASME規范第Ⅷ卷第二分冊，設計壓力大于70MPa的選用ASME規范第Ⅷ卷第三分冊。兩者主要壓力容器標準的對應關系如表1。
表1 主要壓力容器標準的對應關系
我國主要壓力容器標準 ASME規范
（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-分析設計標準》 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 標準制、修訂
我國的壓力容器國家標準是由全國壓力容器標準化技術委員會負責編制、修訂工作，經國家質量技術監督局批準后頒發。相關行業標準是由各行業標準化委員會負責編制、修訂工作，經國家經貿委各部門審批、頒發。標準實施后，由各地安全監察部門根據國家質量技術監督局頒發的《壓力容器安全技術監察規程》和相關標準的規定來控制、監督壓力容器的設計、制造和檢驗各環節，保證產品質量和安全使用。各標準化委員會根據了解、收集的標準使用意見和建議，負責組織標準修訂工作，并經原審批部1門審批后頒發、實施。
ASME鍋爐及壓力容器委員會(BPVC)定期召開會議，研究ASME規范的修訂工作，經BPVC批準的規范修訂建議將提交美國國家標準協會(ANSl)，并在美國《Mechanical Engineering))上發表，以公開征詢所有關心此問題人士的意見，修訂建議在規定的公開征詢意見期滿并經ASME最終批準后，在每年12月31日出版的ASME規范增補中予以公布。規范修訂條款經ASME批準后，可從《增補》所示出版日期起開始使用，除第Ⅱ卷A、B兩篇中的材料標準的修訂外，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。材料標準的修訂由美國材料試驗學會(ASTM)和其他認可的國家機構或國際機構進行，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對它們已經認可，否則不得使用。
3 設計思想和安全系數
壓力容器的基本設計思想是一次薄膜應力或最大直接應力不得超過許用應力。計算應力依據的理論是最大應力理論。各國壓力容器標準中都應用了這一設計思想，標準中公布的許用應力計人了安全系數，它比測定得到的性能值低是考慮到：(1）應力評估方法的復雜程度；(2)一定程度的應力集中及其類型； (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。各國標準中規定的安全系數有所不同，主要依據的是經驗、試驗證據和理論評估，同時與其規定的材料標準、計算方法、制造要求和檢驗要求相適應。
我國壓力容器標準與ASME規范所使用的安全系數差別見表2。
表2 安全系數對比
標 準 材 料 安全系數 標 準 材 料 安全系數
GBl50 碳鋼、低合金鋼、高合金鋼 3．0 ASME規范
第Ⅷ卷第一分冊 碳鋼、低合金鋼 3．5
高合金鋼 3．0
JB4732 碳鋼、低合金鋼、高合金鋼 2．6 ASME規范第Ⅷ卷
第二分冊 碳鋼、低合金鋼、高合金鋼 3．0
4 焊接接頭系數
在ASME規范中焊接接頭系數僅取決于該焊接接頭型式和無損檢測程度，而與任何其他接頭的無損檢測程度無關，即一臺容器不同的接頭可以使用不同的焊接接頭系數，對A、B、C、D四類焊接接頭都規定了焊接接頭系數，同時允許采用降低焊接接頭系數而免除無損檢測要求。
而在我國CB 150中，焊接接頭系數特指A、B類焊接接頭，不允許采用降低焊接接頭系數而免除無損檢測要求，產品制造完成后必須對A、B類接頭進行射線或超聲檢測�，F以母材為鋼和鋁的焊接接頭為對象作一比較，見表3。
表3 焊接接頭系數對比
名稱 接 頭 型 式 無損檢測程度
100％檢測 局部檢測 無檢測
我國標準 雙面焊或相當于雙面焊全焊透的對接焊縫 鋼 鋁 鋼 鋁 鋼 鋁
單面焊對接焊縫(帶金屬墊板) 1．0 0．85
0．90 0．85 0．80
0．85 - -
0．90 0．80
0．85 0．80 0．70
0．80 - -
ASME規范 雙面焊或相當于雙面焊全焊透的對接焊接
單面焊對接焊縫(帶金屬墊板)
單面焊對接焊縫(不帶金屬墊板)
雙面滿角焊塔接接頭
單面滿角焊塔接接頭(加塞焊)
單面滿角焊塔接接頭(不加塞焊) 1.0
0.9
-
-
-
- 0.75
0.80
-
-
-
- 0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
0.45
注：①表中無損檢測，我國對鋼制壓力容器以射線和超聲檢測為準，對鋁制壓力容器以射線檢測為準；而ASME規范以射線檢測為準，確實無法進行射線檢測時允許用超聲檢測代之。
②表中所列鋁制壓力容器焊接接頭系數上限值指采用熔化極惰性氣體保護焊，下限值指非熔化極氣體保護焊。
③有關系數所允許的應用場合和具體接頭型式，請參見參考文獻[1]、[2]、[4]。
5 強度計算
在壓力容器設計時，主要考慮了兩種失效理論：一是過量的彈性變形，包括基于彈性理論的彈性失穩；另一個是由于過量的彈性變形和塑性失穩，即增量跨塌，設計時通常假定彈性失效。彈性失效是假定當材料已經達到彈性極限時發生的失效，超過這一極限將會發生過量變形或斷裂破壞。對于金屬材料，彈性極限是以拉伸強度、屈服強度和斷裂強度三項來測定。測定彈性失效的三個通用理論是最大主應力理論、最大剪應力理論和變形能理論。各國壓力容器標準都應用了上述強度理論用于壓力容器的設計，但具體的計算公式卻存在著差異�，F將我國GB150和ASME規范第Ⅷ卷第一分冊有關受內壓時的設計計算公式作一比較，見表4。
表4 設計計算公式比較
比較項目 GBl50 ASME第Ⅷ卷第一分冊
圓筒形殼體 δ=PcDi/(2[σ]tφ-Pc) t=PR/(SE-0.6P),環向應力
t=PR/(2SE+0.6P)，縱向應力
環形殼體 δ=PcDi/(4[σ]tφ-Pc) t=PR/(2SE-0.2P)
橢圓形封頭 δ=PcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc)，標準型
δ=KPcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc)，非標準型 t=PD/(2SE-0.6P)
碟形封頭 δ=MPcDi/(2[σ]tφ-Pc) t=0.885PL/(SE-0.1P)
半球形封頭 δ=QPcDi/(2[σ]tφ-Pc) t=PL/(2SE-0.2P)
錐段和錐形封頭 δ=PcDc/(2[σ]tφ-Pc)Cosa t=PD/[2Ccsa(SE-0.6P)]
注：Pc—計算壓力；Di--內直徑； [σ]t—設計溫度下材料的許用應力；δ-計算厚度；φ-焊接接頭系數；K、M、曠-相關的形狀系數，a-錐殼半頂角，t--最小需要厚度，P--設計內壓力，R-所計算的內半徑，S-最大許用應力值，St-容器設計溫度下材料的應力值，E—焊接接頭系數，L-球形或碟形封頭球面部分的內半徑，Sm—試驗溫度下材料的應力強度值，Smt--容器設計溫度下材料的應力強度值
6 外壓圓筒加強圈的設置
加強圈可設置在容器的內部或外部，應整圈圍繞在圓筒的圓周上，容器內部的構件如塔盤等，若設計成起加強作用時，也可作加強圈用。加強圈與圓筒之間可采用連續或間接的焊接，當加強圈設置在容器外面時，加強圈每側間斷焊接的總長度應不少于圓筒外圓周長的1／2，當設置在容器里面時，應不少于圓筒內周長的1／3。對于上述加強圈設置準則，我國壓力容器標準與ASME規范是一致的。ASME規范中規定每段填角焊縫的長度應不小于51mm，相鄰兩段之間的最大凈距為：外加強圈8t，內加強圈12t，t為加強圈連接外殼體的壁厚。在符合ASME規范的有關條件時還允許加強圈一側填角焊縫為連續的焊接，另一側為間斷焊的焊接，焊接段的長度應不小于51mm，相鄰兩焊段間的最大凈距應為24t。而在我國壓力容器標準中，并未規定每段填角焊縫的長度，同時也未建議使用一側連續焊，而另一側為間斷焊。
7 開孔和開孔尺寸
我國GBl50規定殼體上的開孔應為圓形、橢圓形或長圓形，當在殼體上開橢圓形或長圓形孔時，孔的長徑與短徑之比應不大于2．0，而ASME規范第Ⅷ卷第一分冊則允許孔的長徑與短徑之比大于2，0，但應增強短徑方向的補強以避免扭轉力矩產生的過度變形，且形狀不僅限于圓形、橢圓形和長圓形，但其所有轉角應具有適當的半徑。同時兩者在開孔尺寸的**上存在著差異，見表5。
表5 開孔尺寸的**對比
對比項 GBl50 ASME規范第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≤520mm Di≤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**，但需按大開孔進行補強
Di>1500mm時，開孔最大直徑
d≤Di/3,且d≤1000mm Di>1520mm時，開孔最大直徑
d≤Di/3,且d≤1000mm
凸形封頭 d≤Di/2 經正確樸強后開孔尺寸不加**
錐殼 d≤Di/3 &, amp;, nbsp;
8 焊工考試和管理
焊接壓力容器的焊工必須經焊接技能評定或考試，取得焊工合格證后，才能在有效期內擔任合格項目范圍內的焊接工作。最新出版的《鍋爐壓力容器[wiki]壓力管道[/wiki]焊工考試與管理規則》與ASME規范第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則 ASME規范第Ⅸ卷
焊工考試(評定)組織、實施單位 經所在地市級(及以上)安全監察機構批準，報省級安全監察機構備案的焊工考試委員會 持有ASME認證證書的壓力容器制造廠
考試(評定)內容 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考或免考等事宜(50歲以上焊工不能免考)，中斷受監察[wiki]設備[/wiki]焊接6個月的需重考。 未規定有效期限，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，或對試件進行彎曲試驗，或對其首次產品焊縫進行射線透照
合格證有效使用區域 有效期內的焊工合格證，在全國各地同等有效 僅在負責考試（評定）的壓力容器制造廠內有效
9 產品試板
為了檢驗產品焊接接頭和其他受壓元件的力學性能和彎曲性能，我國《容規》里明確規定壓力容器縱焊縫應制作焊接試板，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制作產品焊接試板：
(1)移動式壓力容器(批量生產的除外）；
(2)設計壓力大于10MPa的壓力容器；
(3)現場組焊的球形儲罐；
(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)設計圖樣上或用戶要求按臺制作產品焊接試板的壓力容順；
(7)GB 150中規定應每臺制作產品焊接試板的壓力容器。
而ASME規范第Ⅷ卷第一分冊對常規經焊接工藝評定合格的不要求做產品焊接試板，而下述情況則要求按規范規定制作產品焊接試板：
(1)對于焊接接頭系數不大于0．8，以ASME規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制作產品焊接試板，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、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沖擊試驗時，容器沖擊試板應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，試板在可能時應成為產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，試板應在制造容器的相同焊接條件下焊接，使用同樣型式的設備，同樣的位置，同樣的焊接工藝，且焊接應與產品的焊接同時進行，或在即將開始焊接產品的時候進行。
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部的物理結構或外形的任何間斷或缺陷。我國GB 150和ASME規范第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 GB 150 ASME規范第Ⅷ卷第一分冊
人員資格要求 必須經過技術培訓，并按照“鍋爐壓力容器無損檢測人員資格監定試/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認證證書的壓力容器制造廠組織無損檢測人員的培訓、考試和評定工作；或取得ASNT無損檢測人員資格證
產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
評定標準 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，總體評片標準比我國的要低
11 焊接返修
我國GBl50規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不宜超過兩次，如超過兩次，返修前均應經壓力容器制造廠技術總負責人批準，返修次數、部位和返修情況應記人容器的質量證明書。而ASM正規范對同一部位的返修次數未作規定，但每次焊接返修前，其返修方法應經授權驗師（AI）認可。
12 壓力試驗
制造完工的壓力容器應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過校驗的壓力表。壓力表的量程一般應在試驗壓力的2倍左右，但不應低于1．5倍和高于4倍的試驗壓力。表8給出了我國標準與ASME規范對壓力試驗壓力的對比。
表8 壓力試驗壓力對比
標 準 液壓試驗 氣壓試驗
GB 150 0.25[σ]/[σ]t 1.15[σ]/[σ]t
JB 4732 1.25PSm/Smt 1.15PSm/Smt
ASME規范第Ⅷ卷第一分冊 1.3PS/St 1.1PS/St
ASME規范第Ⅷ卷第二分冊 1.25PSm/Smt 1.15PSm/Smt
13 結 語
我國的壓力容器標準是在不斷總結經 驗、進行科學研究和吸取國外先進經驗的基 礎上發展起來的，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 器標準體系和ASME標準體系存在著差異， 標準的內容也有較大的差別，在實際使用時 對兩種標準體系的相關標準進行比較分析， 有助于深入理解和實施ASME規范，也有助 于理解我國壓力容器標準的發展變化。
參考文獻：
[1]《壓力容器安全技術監察規程》(99版)．北京： **勞動社會保障出版社
[2]CBl50—1998《鋼制壓力容器》．北京：**標 準出版社
[3]CBl50—1998《鋼制壓力容器》標準釋義．北 京：石油工業出版社
[4]皿4730—1994《壓力容器無損檢測》
[5] 《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規 則》．國家質量監督檢驗檢疫總局
[6]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION l 2001 EDITION
[7]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION 2 2001 EDITION
[8]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION 3 2001 EDITION
[9]ASME CODE SECTION V 2001 EDITION
[10]ASME CODE SECTION Ⅸ 2001 EDITION |
