中、美压力容器标准的对比分析

表2
中国压力容器标准
美国压力容器标准
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ 标准名称
GB150 《钢制压力容器》
压力限定
标准名称
35MPa
ASME SECTION ⅧDIVISION 1
压力限定 20 MPa
JB4732 《钢制压力容器-分析设计标 准》
100MPa
ASME SECTION ⅧDIV ISION 2
JB4732 碳钢、低合金钢 nb 2.6 ns 1.5 高合金钢 nb 2.6 ns 1.5
碳钢、低合金钢 ASME-Ⅷ-1
nb
4.0
ns 1.5 nD 1.5 nD 1.25
高合金钢
nb 3.0 ns 1.5 nD 1.5 nD 1.25Biblioteka nn 1.0 nn 1.0
碳钢、低合金钢 ASME-Ⅷ-2
关键词 标准体系 ASME 中国标准 标准互用
Abstract On the basis of the comparison and analysis made to China spres sure vessel standard and America sin such aspects as standard system，standardt echnology，etc．，adescription is made about what differences exist between the t wo countries standard system and standa rd nature and how the two standards corr espond each other．The possibility to cro ss-use the two standards in discussed by comparing the two countries major tech nical aspects of pressure vessel standar ds．This article aims to provide a refere nce for those standard-related workers a nd users to help them know correctly the difference between the two standards，un derstand deeply and use the standards．
(1)压力容器设计、建造体系上的区别
ASME压力容器标准是由美国机械工程师协会制订的 标准。在美国的压力容器 生产历史上，除专利产品外，一直是由制造厂来完成压力容器产品 的设计、制 造，政府指定的监督机构或组织按标准来进行产品的监督、检验。为了保证压力 容器产品的质量和使用的安全，压力容器制造厂家自发地组织行业协会，制订了行 业内的统 一标准。因此，ASME压力容器标准具有明显的强化制造控制的特点，不 仅规定了设计计算方 法和制造、检验技术条件，并规定了产品设计输入、质量控 制过程等一系列质量控制办法。
目前世界上工业国家的压力容器设计、建造体制均是由压力容器的制造厂家根 据工程公司提 出的设计条件进行强度与结构设计的。其标准正是基于这种情况， 充分考虑了制造厂的质量 控制程序，制造方法和现有技术手段，因而标准技术内 容连贯且具有相对稳定性。而我国却 是由工程公司或设计单位进行压力容器的机 构设计和强度计算，制造厂根据图纸加工制造。 由于设计部门在设计时并未考虑 到制造厂在制造过程中可能采用的焊接工艺、板厚、制造减 薄量及检验手段等因 素，因此在确定焊接接头系数、板厚和制造检验技术要求时就难以切合 实际。随 着中国的压力容器行业国际化合作的增加，已经有一些工程公司开始尝试由制造厂 家根据工程公司提出的设计条件进行强度与结构设计并进行制造，取得了一定的经 验。尽管 国内部分制造厂的设计能力尚不能达到工程的要求，但由制造厂进行压 力容器结构强度设计 并制造的趋势已经形成。
中美两国压力容器标准在基本理论方法和失效准则上是一致的，但是由于两个 国家在压力容 器的生产历史习惯、建造体系和标准性质等方面均存在较大的差 异，因此造成标准的主要技 术指标和部分标准技术内容上的不同。中国压力容器 标准是建立在中国的具体国情之上的， 吸取了国外相应标准的成功经验，为中国 的压力容器生产质量控制起到了很好的作用，有其 合理性。但在贸易国际化的今 天，我国的标准也必须走国际化接轨的道路。本文结合标准编 制过程中对ASME标 准的理解和国外制造厂考察的心得，对中美两国的压力容器标准进行对比 分析； 希望给读者以有益的参考。
1 前言
美国压力容器标准ASME B＆P CODE SECTION VIII是世界上应用最早的标准之 一，由于其 标准化组织是由制造厂志愿组成的，企业的捐助和政府的资助使得其 可以投入大量的人力、 物力和财力进行长期不间断的标准研究，不断在标准中引 入成熟的科研成果，不断地在生产 实践中按法定的程序修订标准的技术内容，因 而成为世界上技术内容比较完整、应用比较广 泛的压力容器标准。ASME目前仍是 各国制订本国压力容器标准的主要参考标准，仍然是目前 国际工程建设中应用最 多的标准。
中国的压力容器标准是由国家标准化机构组织相关的设计、制造、监督和使用 单位参与制订 标准，由于在历史上是由设计单位的人员为主进行标准编制，沿用 了前苏联的设计、建造体 制，压力容器产品设计和制造分别由设计院和制造厂承 担，因此标准具有“设计规定”的特 点，设计计算内容完整，而制造技术要求、 制造方法以及相应的制造过程质量控制则未能充 分体现。
(2)标准性质的区别 由于标准管理体制的不同，中国和美国的标准具有不同的标准性质和管理方 式。 中国的标准是由政府颁布，具有强制性技术法规的效用。国家标准是相应压力 容器产品的设 计、制造、检验和验收的最基本要求，除另有规定的特殊行业外， 行业和企业标准均不得低 于国家标准的要求。上述标准根据产品的安全要求、标 准的成熟程度和使用经验分别规定为 强制性标准和推荐性标准。标准实施后，压 力容器安全监察机构将依据劳动行政部门颁布的 压力容器安全监察法规，根据压 力容器产品所使用标准的规定来控制、监督压力容器的设计 、制造和检验等各个 环节，保证产品的质量及安全使用。因此，压力容器标准一般与有关安 全监察法 规同时实施，二者相辅相成，构成压力容器产品的完整的国家标准法规体系。 美国ASME压力容器标准属于行业协会颁布的标准，只有当地方政府的安全监督 部门以法律形 式认可才能成为法定的控制产品质量的技术法规。申请ASME制造许 可证按ASME标准进行生产 是压力容器制造厂的自愿行为，其可根据产品和市场的 要求采用适合于产品的标准。一般来 说，对于非标压力容器的制造厂，都要根据 所采用的标准制订相应的适合自身条件的标准手 册(ASME MANUAL)，以保证产品符 合所采用标准的要求。因此美国的标准法规在人员设备结 构、选材、制造方法、 检验和结构设计等方面给制造厂留有较大的自由度，使制造厂将最主 要的精力放 在焊接等产品质量控制要素上，保证产品质量，易于进行专业化生产。 二者相比较，中国的标准法规的限制性更强，强调结构设计能力和制造厂的总 体生产装备能 力，重视产品的最终检验；美国的标准法规给制造厂以较多的选 择，强调生产经验和过程责 任，重视压力容器生产过程控制程序和质量体系。 (3)中、美主要压力容器标准的对应关系 相对说来，中国的压力容器标准分类比较细，基本上是按压力容器类型来分别 制订相应标准 ，如：卧式容器、塔式容器、球形储罐等。美国则不区分容器类 型，只是在设计中引用载荷规范，依据不同的载荷，按压力容器标准进行设计、制 造。尽管如此，两国的基础标准在类别上仍具有相同之处，中、美主要压力容器标 准的对应关系见表1。
表1
中国压力容器标准
美国压力容器标准
GB150《钢制压力容器》
ASME SECTION ⅧDIVISION 1
JB4732《钢制压力容器-分析设计标准》 ASME SECTION ⅧDIVISIO N 2
GB×××××《钢制超高压容器》 ASME SECTION ⅧDIVISION 3
JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》 JB4709《钢制压力容器焊接工艺规程》
设计温度下的蠕变极限
热处理状态
σb
σs或σst σDta vg σDtmin
σn
热扎、正火 nb 4.0
ns 1.5 nD 1 .5 nD 1.25
nD 1.0
调质
nb 5.0
ns 4.0 nD 1 .5 nD 1.25
nb
3.0
ns 1.5
高合金钢 nb 3.0 ns 1.5
中、美确定螺检许用应力的系数的对比见表4和表5。
表4 中国确定螺栓许用应力的系数
材料
设计温度下 104小时断 螺栓直径 热处理状态 的屈服点σst 裂强度σD
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ 碳素钢
＜M24 热扎、正火
M24～M48
ns 2.7 ns 2.5
70MPa
GB××××× 《钢制超高压容器》
＞100MPa
ASME SECTION ⅧDIVISION 3
＞70MPa
GB151 《管壳式换热器》
PN×DN 104
TEMA
PN× DN 104
(2)确定许用应力的系数 许用应力是压力容器标准中的基本参数，世界各国的标准都是以材料的力学性 能除以相应的 系数来确定许用应力。各国标准中所规定的相应系数有所不同，除 历史习惯的原因外，主要是与其所规定的材料标准、计算方法、制造要求和检验要 求等相适应。一般要考虑下列因素 ： a.材料的力学性能、稳定性及其规定的检验项目和检验要求； b.考虑载荷和载荷的变化范围； c.设计计算方法的可靠性； d.制造技术要求和检验方法的可靠性； e.总体质量控制水平； f.使用经验； g.其它不可预见的因素等。 中、美确定钢材基本许用应力的系数的对比见表3。
中、美压力容器标准的对比分析
寿比南
摘 要 从标准体系和标准技术内容等方面对中国和美国的压力容 器标准进 行对比分析，给出了两国在标准体系和标准性质上的差别以及标准的对应关系，通 过两个国家压力容器标准主要技术内容的比较，讨论了标准互用的可能性。本文旨 在为标准 工作者和标准使用者正确掌握两标准之间的差别，深入理解和使用标准 提供一定的参考。
2 中美在压力容器标准体系上的区别
在一个国家的某特定行业中，标准体系的建立与该行业的生产历史习惯及材料 标准、生产装 备水平和管理水平有着必然的联系，也和国家政府的行政管理办法 有关。因为中国和美国在 压力容器的设计、制造、检验和验收的生产程序和管理 上有着诸多的不同，所以在标准体系 上也存在着以下的区别：
ASME SECTION Ⅸ
JB4730《压力容器无损检测》
ASME SECTION Ⅴ
GB16749《压力容器波形膨胀节》
EJMA
GB151《管壳式换热器》
TEMA
3 中、美标准主要技术内容的比较
(1)标准的适用范围 标准的适用范围是由多个条件限定的，如：压力、温度、结构参数、容器材料 和使用条件等。中、美标准在适用范围上的主要差别为压力限定和容器用材料，中 国标准的压力限定有明确的数值，所适用的材料仅为钢材；美国则只给出了一般限 定，在符合特定的要求后，可以突破压力限定，并且除钢材外也规定了有色金属、 镍基合金、铸钢等材料的应用范围、许用应力和制造检验要求等。表2给出了各自 标准中的压力限定值，材料的规定本文不做详细论述。
表3
标准
材料
抗拉强度 屈服强度 持 久 强 度 设计温度下的 下限值σb σs或σst σDtavg σ Dtmin 蠕变极限σn
GB150
碳钢、低合金钢 nb 3.0 ns 1.6 nD 1.5 nD 1.25
高合金钢
nb 3.0 ns 1.5 nD 1.5 nD 1.25
n n 1.0 nn 1.0
＜M24 热扎、正火 ns 2.7
低合金钢
调质
ns 3.5
马氏体高
热扎、正火 ns 2.5
1.5
合金钢 M24～M48 调质
ns 3.0
M48
调质
ns 2.7
奥氏体高 M22 合金钢 M24～M48
固溶 固溶
ns 1.6 ns 1.5
表5 ASME确定螺栓许用应力的系数
抗拉强度下限值 屈服强度
持久强度