中国的压力容器标准现状及展望

 压力容器标准化技术委员会从1984年成立以来，至今已经是第三届。经过我国压力容器标准工作者的几十年努力，我国已经形成了以GB150《钢制压力容器》为核心的一系列产品标准、基础标准和零部件标准，以此构成了压力容器标准体系的基本框架。标准实施后，压力容器监察机构将依据压力容器监察行政部门颁布的压力容器监察法规，根据压力容器产品所使用标准的技术要求来控制、监督压力容器的设计、制造和检验等各个环节，产品的质量及使用。因此，压力容器标准一般与压力容器监察行政部门颁布的监察法规同时实施，二者相辅相成，构成压力容器产品的完整的质量标准的管理法规体系。

    标准体现行业综合技术水平和管理水平，标准现状如何，今后如何发展，如何使之加适应压力容器行业技术及管理水平的进步，是业内人士为关注的。

    1　中国压力容器体系和现状

    我国的压力容器标准化体系是随着压力容器行业的逐步发展而形成的，从总体上体现了当前压力容器行业的技术水平和管理水平。其中既有参照工业的相应标准而制订的技术内容，也有根据自身国情和总体技术水平而建立起来的技术内容。经过几十年的工业生产检验，证明对于压力容器产品的质量控制和使用起到了为关键的作用。

    （1）压力容器标准建立的基本准则

    ①失效模式　为了压力容器使用，防止压力容器产生任何形式的破坏。因此标准中应充分考虑压力容器在使用中可能出现的失效模式。在我国的压力容器标准中，主要考虑了如下失效模式：

    ·强度破坏──由于容器内的压力超出了材料的许用限而产生的破坏；

    ·刚度破坏──由于结构在载荷作用下产生了过大的变形而产生泄露等形式的破坏；

    ·失稳破坏──结构在载荷作用下产生了刚性失稳，局部或整体不能保持原形状的破坏；

    ·疲劳破坏──局部结构在交变载荷的作用下产生贯穿裂纹而导致泄露的破坏；

    ·脆性断裂破坏──在特定条件下，材料在载荷作用下所产生的突然破坏；

    ·蠕变破坏──材料在蠕变温度下，由于载荷的作用和材质的劣化所产生的破坏。

    ②考虑的载荷　压力容器在实际运行过程中不仅承受压力载荷，伴随压力同时可能会出现液柱静压、温度、风和地震等载荷，标准的设计计算中考虑到可能出现的所有载荷形式。现行标准中将载荷区分为基本载荷和选择性载荷：

    基本载荷：

    ·设计内压或设计外压；

    ·操作条件下的液体静压力。

    选择性载荷：

·存储介质和附件的重力载荷；

    ·风载荷和地震载荷；

    ·各种支座所引起的支反力；

    ·连接管道或其他部件所引起的反作用力；

    ·由于热膨胀量不同所引起的热载荷；

    ·容量在运输或吊装时承受的作用力，等；

    ③设计方法　压力容器标准分为常规设计标准和分析设计标准；常规设计依据GB150《钢制压力容器》，分析设计依据JB4732《钢制压力容器──分析设计标准》，其设计方法随标准的不同而变化。表1给出了两个标准的适应范围和各自的设计方法。

    见表

    ④标准状况　目前我国已经形成了GB150为核心的标准框架，见图1：

    许用应用（设计应力强度）的确定　压力容器材料的许用应力（设计应力强度）是以材料的各项力学性能除以相应的系数并取其低值而的。表2给出了许用应力（设计应力强度）的取用原则。

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    （2）压力容器标准化技术委员会近期标准工作情况

    压力容器标准化技术委员会及各有关单位近期正在制订和修订一批标准和行业标准，按计划的安排，这些标准将陆续出版发行。

    ①标准

    ·GB12337-1998《钢制球形储罐》

    ·GB151-1999《管壳式换热器》

    ·GB/TXXXXX《压力容器名词术语》

    ·GB/TXXXXX《压力容器声发射检测》
 ·GB/TXXXXX《在役含缺陷压力容器评定》

    ②行业标准：

    JB4700~JB4700《压力容器法兰》

    见表

    ·JB4708─1999《钢制压力容器焊接工艺评定》、JB/T4709—1999《钢制压力容器焊接工艺规程》

    ·JB4710-1999《钢制塔式容器》

    ·JB4731-1999《钢制卧式容器》

    ·JB4726-1999《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》

    ·JB4727-1999《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》

    ·JB4728-1999《压力容器用不锈钢锻件》

    ·JB47XX《钛制容器》

    ·JB47XX《铝制容器》

    ③指导性技术文件：

    ·《压力容器标准体系》

    上述标准均将在今年内或明年出版。

    2　压力容器技术进展及发展趋势

    随着冶金、机械加工、焊接和无损检测技术的不断进步，特别是计算机技术的发展，在压力容顺技术也了广泛应用，了压力容器技术的进步，取得了相应的进展。世界经济一体化和区域经济一体化的发展，也了压力容器标准和法规技术内容的发展。下面简介近年来在该技术内的技术状况和压力容器标准的发展趋势。

    （1）标准一体化

    随着经济一体化的逐步发展，压力容器标准化的趋势已经越来越明显。欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive），该指令将于1999年11月引入欧盟成员国的法规，于2002年5月在欧盟内强制执行。欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积行动，试图将欧洲标准上升为标准。美国和日本等一些为了争夺市场，也在采取积的措施加速标准的制订。本届秘书处设在美国的ISO/TC11已多次召开会议，并已经提出了ISO15386锅炉压力容器标准草案。其主要内容为标准的基本要求、质量体系的要求、结构性的要求以及各国标准成为标准的注册认可程序等。事实上该标准是一个压力设备的通则，用以压力设备的使用，各国标准中可能出现的技术壁垒，在相互标准认可的基础上，实现压力容器产品的自由贸易。

    标准化是不可逆转的大趋势，在这种情况下，我国应积参与该标准的制订工作，及时了解新的动态，我国标准的相应对策和方针，提出符合我国实际情况的提案和建议，否则中国的压力容器行业将参于参与竞争。

    （2）计算机技术的应用

    在信息时代的，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的每一个。计算机软、硬件的每一个进步都大地影响着压力容器技术的进展；

    ·设计──传统的计算机辅助设计（CAD）已逐步向计算机辅助工程（CAE）的方向发展。计算机能力的增强、分析手段的提高，使设计者在结构设计阶段就可以预见到诸如焊接过程中产生的残余应力、设备组装和运输过程中可能会出现的问题，并在设计中解决这些问题；

    ·制造──计算机辅助制造（CAM）和为现代的CIMS技术正在逐步改变压力容器制造厂传统的工艺卡方式，全过程的计算机管理使所有控制点均的控制，大地减少了人为的失误，产品质量的稳定；

    ·检测──计算机射线实时成像、超声扫描模拟成像和多通道声发射技术，配以专门研制的专家系统，使检测的结果加准确和客观。

    （3）化生产

    目前发达的压力容器生产的化程度高，棱标准零部件供应和热处理、无损检测分包已经是压力容器制造厂普遍采用的市场模式。从而使其产品的生产流程短，设备，易于实现计算机管理。我国的压力容器制造厂与的同类厂家相比较，化程度较低，小而全、大而全现象较为普遍，造成设备利用率低、机构臃肿、生产成本高等一系列问题。目前，在我国压力容器行业中已经出现了化的趋势，如：的封头制造厂、管件制造厂、热处理单位、无损检测单位等。笔者认为这是市场经济的必然结果，也是压力容器制造厂提高竞争力的手段。因此在标准的制订中充分考虑这种现象，在标准内容中对资格、组成、设备等各方面进行有序的管理，压力容器行业的化进程。

    （4）标准技术发展趋势

    ①近代分析技术的体现；由于计算机技术的高速发展和广泛普及，设计者有充分的手段考虑到各种操作工况对结构进行应力分析，通过应力分析来确定压力容器的结构尺寸，从而实现意义上的等应力设计，优化产品、。因此各国压力容器标准中均引入了应力分析设计的概念和实施的办法，CODAP标准将应力分类的工程处理办法也规定在标准中，充分体现了各国对近代分析技术的应用程度和对其发展的重视。压力容器的应力分析设计在我国也已经开展，目前已经有10余个设计单位和200余位设计者分别取得了单位和个人设计资格，其他单位也在申请过程中；

    ②重视压力容器生产全过程的质量体系作用；随着ISO9000系列标准的广泛实施，压力容器行业也越来越重视质量体系在压力容器生产中的作用。逐步在标准中规定了有关对质量体系的要求，以求质量和降低成本，提高产品的竞争力；

    ③减少检测项目：由于设计计算准确度和检验度的提高、制造工艺的成熟，标准中对传统的制造过程中的检验项目要求正在逐步减少。特别是对产品焊接试板的要求，各国都已经取消或减少到低。考虑到我国的压力容器生产和管理现状，目前尚不具备取消产品焊接试板的条件，但在标准中和《压力容器技术监察规程》中均已放宽了该项要求；

    ④确定许用应力系数的降低：随着材料质量的提高、设计方法和检验手段的以及制造技术的成熟，为了加地利用材料和降低压力容器成本，提高本国产品的竞争力，各国都在降低标准中规定的确定许用应力的系数。美国由nb=4.0降到nb=3.5；欧洲统一标准的低系数为nb=1.875；同时各国在如疲劳分析和外压计算中所取的系数是否合理；

    ⑤标准化倾向：压力容器标准化的趋势使得各国标准必然要增加内容，如：取消非技术壁垒的条款，使用非本国材料的认可程序，压力容器基础材料和相关标准以及法规的相互协调，用于化认可；对于我国和日本等非英语，需将相关的标准和技术法规全部翻译英语，工作量大。

    3　我国压力容器标准技术发展方向

    目前世界各工业在压力容器标准化工投入大量的人力物力，特别是对于本国标准如何溶入标准并使本国的标准技术内容成为标准的相应内容。在此情况下，笔者认为应在如下方面的努力，才能使中国的标准以及压力容器行业的技术和管理水平赶上世界水平：

    ·尽快改变现有的压力容器设计建造体系，压力容器的强度设计应在制造厂完成，使压力容器的设计、制造地连为整体，在设计阶段充分考虑制造的要求，明确责任，质量。

    ·加快压力容器行业化生产的进程。标准和法规应充分吸取压力容器行业在以往化进程中的经验和教训，综合分析中国的实际情况，和鼓励化生产，已利于全行业的生产效率的提高和成果的降低，使行业有竞争性。

    ·推广计算机技术的应用，丰富设计者的设计手段，由传统的经验设计逐步过渡到以计算机技术为主导的分析设计；实现制造过程的计算机管理，向压力容器的现代化迈进。