1.3 压力容器规范标准
目的:确保压力容器在设计寿命内安全运行内容:材料、设计、制造、检验等 性质:法规,必须遵守
特点:定期补充、修改,用新规范
1.3.1 国外主要规范标准简介:美国ASME规范、日本压力容器标准、欧盟压力容器标准 1、美国ASME规范
目前ASME规范共有十二卷包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容。 ASME规范每三年出版一个新的版本,每年有两次增补。 在形式上,ASME 规范分为4个层次:规范(Code)、规范案例(Code Case)、条款解释(Interpretation)、规范增补(Addenda)
ASME规范中与压力容器设计有关的主要是第Ⅷ篇《压力容器》、第Ⅶ篇《移动式容器建造和连续使用规则》和第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》。
第Ⅷ篇分为3个册: 第1册《压力容器》
第2册《压力容器——另一规则》 第3册《高压容器另一规则》
简称ASME Ⅷ-1、ASME Ⅷ-2和ASME Ⅷ-3 ASME Ⅷ-1
ASME Ⅷ-1为常规设计标准,适用压力小于等于20MPa;
它以弹性失效设计准则为依据,根据经验确定材料的许用应力,并对零部件尺寸作出一些具体规定。由于它具有较强的经验性,故许用应力较低。
ASME Ⅷ-1不包括疲劳设计,但包括静载下进入高温蠕变范围的容器设计。 ASME Ⅷ-2
ASME Ⅷ-2为分析设计标准,它要求对压力容器各区域的应力进行详细地分析,并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类,再按不同的安全准则分别予以限制。
跟ASME Ⅷ-1相比,ASME Ⅷ-2对结构的规定更细,对材料、设计、制造、检验和验收的要求更高,允许采用较高的许用应力,所设计出的容器壁厚较薄。
ASME Ⅷ-2包括了疲劳设计,但设计温度限制在蠕变温度以内。 ASME Ⅷ-3
ASME Ⅷ-3主要适用于设计压力不小于70MPa的高压容器。
它不仅要求对压力容器各区域的应力进行详细地分析和分类评定,而且要做疲劳分析或断裂力学评定,是目前为止要求最高的压力容器规范。 2、日本压力容器标准
1993年以前:
JIS B 8243《压力容器构造》 ASME Ⅷ-1 JIS B 8250《压力容器构造—另一标准》 ASME Ⅷ-2 1993年以后:
JIS B 8270《压力容器(基础标准)》 JIS B 8271~8285《压力容器(单项标准)》 3、欧盟压力容器标准
87/404/EEC《简单压力容器指令》:仅适用于介质为空气或氮气、压力(表压)超过0.05MPa的简单压力容器。 76/767/EEC《压力容器一般指令》:压力容器及其检验的一般规定。 97/23/EC《承压设备指令》:适用于最高工作压力大于0.05MPa的承压设备的设计、制造和合格评定。 1.3.2 国内主要规范标准简介
中国对特种设备的安全监察分四个层次:法规、行政规章、安全技术规范、标准。
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1.3.2.1 法规
《锅炉压力容器安全监察暂行条例》——1982年国务院颁布。
《特种设备安全监察条例》——2003年3月国务院颁布,6月起实施。 《特种设备安全监察条例》适用于同时具备下列条件的压力容器: a.最高工作压力大于等于0.1MPa(表压) b.压力与容积的乘积大于等于2.5MPa·L
c.盛装介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。 1.3.2.2 行政规章
国家质量监督检验检疫总局局长“令”形式颁布的、行政管理性内容较突出的文件。 1.3.2.3 安全技术规范
《压力容器安全技术监察规程》——1981年国家劳动总局颁布《压力容器安全监察规程》,1990年改名为《压力容器安全技术监察规程》。1999年由国家质量技术监督局进行修订。
《超高压容器安全技术监察规程》——1993年12月劳动部颁布《超高压容器安全监察规程》。2004年由国家质量监察检疫总局进行修订,于2005年改名为《超高压容器安全技术监察规程》。
《容规》对压力容器的材料、设计、制造、使用、检验、修理、改造等七个环节中的主要问题提出了基本规定。 压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据;
《容规》是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据,属技术法规范畴,二者的适用范围并不相同 1.3.2.4 标准
我国制订压力容器标准历史,见20页
“全国压力容器标准化技术委员会”——1984年7月成立;
GB150-89《钢制压力容器》——第一版的国家标准,于1989颁布;
GB150-1998《钢制压力容器》——第一次全面修订后的新版的国家标准,1998颁布。 容标委在GB150的基础上,又先后制订了: a. GB151《管壳式换热器》 b. GB12337《钢制球形储罐》
c. JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》
d. JB4710《钢制塔式容器》等一系列国家标准和行业标准。 (1) GB150《钢制压力容器》
这是中国的第一部压力容器国家标准,其基本思路与ASMEⅧ—1相同,属常规设计标准。 该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验及验收。 适用的设计温度范围根据钢材允许的使用温度确定,从-196℃到钢材的蠕变限用温度。 GB150只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器 不适用于以下8种压力容器: ①直接用火焰加热的容器; ②核能装置中的容器;
③旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压器室 ④经常搬运的容器;
⑤设计压力低于0.1MPa的容器; ⑥真空度低于0.02MPa的容器; ⑦内直径小于150mm的容器; ⑧要求作疲劳分析的容器等
GB150管辖的范围除壳体本体外,还包括:
A、容器与外部管道焊接连接的第一道环向接头坡口端面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一个法兰密封面,以及专用连接件或管件连接的第一个密封面。
B、其它如接管、人孔、手孔等承压封头、平盖及其紧固件,以及非受压元件与受压元件的焊接接头,直接连在容器上的超压泄放装置均应符合GB150的有关规定。
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GB150的技术内容:圆柱形筒体和球壳的设计计算
零部件结构和尺寸的具体规定 密封设计
超压泄放装置的设置
容器的制造、检验与验收要求等
在中国具有法律效用,是强制性的压力容器标准。 (2) JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》
这是中国的第一部压力容器分析设计的行业标准,其基本思路与ASME Ⅷ—2相同。
该标准与GB150同时实施,在满足各自要求的前提下,可选择其中之一使用,但不能混用。
该标准与GB150相比,允许采用较高的设计应力强度,相同设计条件下,容器的厚度可以减薄、重量可以减轻;但由于设计计算工作量大,选材、制造、检验及验收等要求较严,有时综合经济效益不一定高。
所以,此法一般用于重量大、结构复杂、操作参数较大的 压力容器。需做疲劳分析的压力容器,必须用分析设计。
1.3.3 国内规范标准与国外规范标准的比较
以ASME为例比较 标准的适用范围 材料设计系数
压力容器定期检验规则
《压力容器定期检验规则》 第一章 总 则
第一条 本条阐述制订《压力容器定期检验规则》(以下简称《容检规》)的目的与依据。
本规则是检验在用压力容器(以下简称压力容器),确定安全状况等级的基本要求。有关部门或单位制订的压力容器定期检验规范、标准,应不低于本规则的有关要求。
第二条 本条明确了《容检规》的适用范围。《容检规》的适用范围主要在如下两个方面比原《在用压力容器检验规程》(以下简称《检规》)有所扩大。
一是在属于《容规》适用范围的移动式压力容器中,《检规》仅包括液化气体汽车和铁路罐车,此次修订时,为了保障罐式集装箱这一新型移动式压力容器的运行安全,规范其定期检验工作,将罐式集装箱与罐车一起纳入《容检规》的适用范围。为了方便使用并尽量精简篇幅,将移动与固定式压力容器定期检验的共性要求全部纳入《容检规》的正文,而将移动式压力容器定期检验的特殊规定作为附加要求纳入附件一,因此,《容检规》第二条规定:在用罐车、在用罐式集装箱的定期检验,除应符合本规则的有关要求外,还应遵照本规则附件一“移动式压力容器定期检验附加要求”的规定。这里说的罐车是指液化气体汽车罐车和铁路罐车的统称。
二是将属于《容规》适用范围的在用医用氧舱的定期检验也纳入《容检规》的适用范围,由于医用氧舱定期检验的特殊性,本次修订时(以附件的方式)专门为其起草了定期检验要求,因此,《容检规》第二条规定:在用医用氧舱的定期检验应按本规则附件二“医用氧舱定期检验要求”进行。
对于超高压容器,虽然我国的设计、建造标准尚待完备,但设计压力P≥100MPa的超高压容器产品在我国已使用多年,如水晶釜、高压聚乙烯反应器等,它们多数是参照国外标准建造、部分是从国外直接引进的,在多年使用过程中爆炸及其他安全事故时有发生。为保障超高压容器的运行安全,可参照《容检规》进行在用超高压容器的定期检验工作,但对超高压容器的特殊性(材质劣化、厚壁探伤、内表面检查、耐压试验等)要慎重考虑。 第三条 本条规定了压力容器年度检查工作的定义、周期以及允许从事检查工作的单位与人员。
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《检规》规定在用压力容器的检验由外部检查及内外部检验两部分组成。1990版《容规》规定:外部检查是指专业人员在压力容器运行中的定期在线检查,每年至少一次。1999版《容规》又规定:外部检查是指在用压力容器运行中的定期在线检查,每年至少一次。外部检查可由检验单位有资格的压力容器检验员进行,也可由经安全监察机构认可的使用单位压力容器专业人员进行。但是,在长期的实践中发现,运行中的定期在线检查工作并没有完全落实,形成了重内外部检验轻外部检查的格局。由于《检规》关于外部检查的内容过少且未规定统一的报告格式,并且每年一次的外部检查工作量巨大,许多单位多年不进行外部检查或以停机时的内外部检验取代在线的外部检查,致使《检规》对外部检查的要求形同虚设,法规的严肃性难以得到保证,影响了压力容器的安全运行。
根据全面检验确定的安全状况等级,压力容器下一个使用周期一般不少于3年。在不少于3年的运行过程中,由于使用、管理以及其他原因,原定安全状况等级所允许的缺陷可能扩展,新的缺陷亦可能萌生,从而危及容器的安全。每年至少一次的在线检查有助于及时发现隐患,将事故解决在萌芽之中。此外,某些安全问题如安全附件的运转是否正常可靠、接口是否泄漏、保温层是否跑冷、安全连锁装置是否工作正常、容器本体及相邻管道是否有异常响声与振动以及运行状况是否稳定等,在停机全面检验时是难以或无法发现的,必须依靠在线检查才能解决。综上所述,停机时的全面检验是重要的,它是压力容器下一个使用周期安全运行的基本保证;同样,每年不少于一次的在线检查也是重要的,它既是对压力容器运行安全状态的在线监督,也是及时发现隐患避免事故发生的有效方法。任何忽视在线检查的做法都是有害的,不利于压力容器的运行安全。
强化在线检查是本次修订的主要原则之一,因此修订的《容检规》不仅将年度检查独立成章,而且对在线年度检查的方法、准备工作、检查的内容及合格标准做了详尽且具体的规定。
对从事年度检查工作的单位及人员的要求,《容检规》第三条规定:“固定式压力容器的年度检查可以由使用单位的压力容器专业人员进行,也可以由国家质量监督检验检疫总局(以下简称国家质检总局)核准的检验检测机构(以下简称检验机构)持证的压力容器检验人员进行。”。
由检验机构持证的压力容器检验人员(包括压力容器检验员、检验师、高级检验师)从事年度检查工作是没有任何疑义的,其资质应符合《容检规》第八条的相关规定。
《容检规》允许由使用单位的压力容器专业人员从事年度检查工作是基于如下几方面考虑:首先,一般来说年度检查的技术难度低于全面检验,使用单位符合条件的压力容器专业人员是有能力从事这一工作的;其次,年度检查不仅工作量大且周期频繁,仅靠检验机构持证的压力容器检验人员难以完成。当然并非使用单位中的任何人员都可以从事年度检查工作,这里所说的压力容器专业人员是指取得相应特种设备操作人员资格的人员,并且这些人员只能在本企业从事年度检查工作,而不允许对外承接年度检查任务。
压力容器的定期检验是法定检验,而法定检验工作必须由具有相应资格的持证检验人员进行。为保证压力容器年度检查工作能够落到实处,能够得以实施,《容检规》允许使用单位的压力容器专业人员从事年度检查工作,因此,年度检查没有纳入定期检验的概念中,而是做为一种必须进行的检查工作,独立成章进行规定。(参见第四条压力容器定期检验工作包括全面检验和耐压试验的论述)
第四条 本条规定了压力容器定期检验包括的全面检验和耐压试验的定义、检验(试验)的周期以及允许从事检验工作的机构与人员。
(一)全面检验。《容检规》第四条(一)规定了全面检验的定义,对检验单位与人员的要求,全面检验的检验周期。 全面检验相当于《检规》中的内外部检验,它“是指压力容器停机时的检验。应由检验机构持证的压力容器检验人员进行”。
《检规》并未规定内外部检验周期,检验周期按《容规》的有关规定执行,本次修订时,将1999版《容规》第132条中根据安全状况等级确定的内外部检验周期,经如下修正补充后作为全面检验的检验周期:
1.对安全状况等级为1、2级的全面检验周期,《容规》规定每6年至少一次,《容检规》改为“一般每6年一次”。这一修订是基于如下考虑:全面检验周期的确定是涉及安全性与经济性的大事,必要时应当兼顾,除符合《容检规》第五条相关条件的压力容器可适当调整全面检验周期外,不得任意缩短或延长全面检验的检验周期。
2.对安全状况等级为3级的全面检验周期,《容规》规定每3年至少一次,《容检规》改为“一般3~6年一次”。修订的理由同前。
3.《容规》对安全状况等级为4级的全面检验周期未做规定,《容检规》补充规定为“检验周期由检验机构确定”。在此需注意的是,安全状况等级为4级的压力容器属于监控使用的产品,《容检规》第六条规定其累积监控使用的时间不得超过3年,检验机构确定其检验周期时,应根据其缺陷性质、严重程度、部位;容器的安全要求及事故风险;监
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