1.5　压力容器标准及规范

压力容器五花八门，操作条件千差万别，操作介质更是种类繁多（高温、高压、易燃、易爆、有毒等），使压力容器存在一些不安全的因素，因此必须有一些标准、规范来指导、规范压力容器的设计、制造、安装、检验、使用、维修、退役等。下面就国内外的一些标准及规范进行简要的介绍。

1.5.1　国内压力容器标准简介

我国的压力容器规范起步于20世纪50年代，1959年颁布了《多层高压容器设计与检验规程》。1960年又颁布了适用于中低压容器的《石油化工设备零部件标准》。1967年《钢制石油化工压力容器设计规定》（试用本）开始实施，这是我国第一部较为完整的设计规范，此后，历经了数次修订，1988年，国家标准GB 150—1989《钢制压力容器》和GB 151—1989《钢制管壳式换热器》完成编制工作，于次年实施，这是我国最早的压力容器国家标准；1998年10月，GB 150—1998《钢制压力容器》开始实施，2000年，GB 151—1999《管壳式换热器》也投入了使用，2011年11月GB 150.1～150.4—2011《压力容器》开始实施。

我国压力容器在多年生产实践中形成一种多标准组合的质保体系。从总体上讲，我国的标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。根据全国锅炉压力容器标准化技术委员会制定的压力容器专业标准，共有五个大系统300多项内容。

①压力容器系统：包括国标《压力容器》、《压力容器名词术语》，行业标准《钢制焊接常压容器》、《铝制压力容器》、《钛制压力容器》、《塔式容器》和《钢制压力容器——分析设计标准》等。

②换热设备系统：包括国标《管壳式换热器》，行业标准《钢制空气冷却器》、《板式换热器》和《螺旋板式换热器》等。

③球形储罐系统：包括国标《钢制球形储罐》、《钢制球形储罐型式与基本参数》等。

④压力容器用材料、零部件（如封头、法兰、垫片和膨胀节等）及容器制造、检验方法系统：包括国标《压力容器波形膨胀节》和行业标准《承压设备无损检测》、《压力容器焊接规程》、《承压设备焊接工艺评定》、《锅炉和压力容器用钢板》、《承压设备用焊接材料订货技术条件》等。

⑤压力容器专用电脑软件系统。

我国的压力容器规范所涉及的标准容量很庞大，涉及面也很广。在设计规范中同时规定了材料、制造、检验所必须遵守的标准规范。它与ASME规范的封闭型标准体系不同，它属于开放型标准体系。其特点是本标准包括若干种既独立又相互联系的标准，其中某一标准只能提出某一方面的特定技术要求，许多标准若不借助其他标准，则无法独立使用，所有各种标准的总和才构成一个完整的标准体系。我国压力容器规范所涉及的主要方面如下。

①基础标准　主要提出用材、设计、制造、检验、使用、管理等方面的最低要求。

②方法标准　主要提出焊接、无损检测和理化试验等方面的规定。

③零部件标准　主要是封头、容器、法兰、管法兰等诸多零部件的标准规定。

④产品标准　主要是技术条件、型式参数、专用品等的标准规定。

⑤相关标准　主要是压力容器材料、焊接材料等方面的标准规定。

下面重点对几部现行的有关设计的重要规范进行简要的介绍。

（1）GB 150.1～150.4—2011《压力容器》

这是我国第一部压力容器国家标准，是必须遵守的基本技术法规，其基本思路与ASMEⅧ-1相同，即按规则设计，是以弹性失效准则为基础的设计方法。包括压力容器板壳元件设计计算、容器结构要素的确定、密封设计、超压泄放装置的设置，以及容器的制造、检验与验收的要求等内容，是压力容器设计、制造、检验与验收的综合性国家标准。其引用的与之配套的最新标准有90多部。这部标准是结合了理论、实验和实际使用经验，吸取了国内外先进技术和国际同类先进标准的内容，并本着确保压力容器安全使用的原则来制定的。

适用范围：设计压力不小于0.1MPa且不大于35MPa；真空度不低于0.02MPa；设计温度范围为-269～900℃。但不包括：直接火焰加热的容器；核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；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；《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器；内径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的容器；已有其他行业标准的容器。

GB 150《压力容器》分为以下四部分：第1部分通用要求；第2部分材料；第3部分设计；第4部分制造、检验和验收。

GB 150.1—2011《压力容器　第1部分：通用要求》包括四章正文，六个规范性附录。

正文包括范围、规范性引用文件、术语与符号、通用要求。

规范性附录包括标准的符合性声明及修订、超压泄放装置、以验证性爆破试验确定容器设计压力、对比经验设计方法、局部结构应力分析和评定、风险评估报告。

GB 150.2—2011《压力容器　第2部分：材料》包括七章正文，两个规范性附录，两个资料性目录。

正文包括范围、规范性引用文件、总则、钢板、钢管、钢锻件、螺柱（含螺栓）和螺母用钢棒。

规范性附录包括材料的补充规定、Q235系列钢板的使用规定。

资料性附录包括钢材高温性能参考值、高合金钢钢号近似对照。

GB 150.3—2011《压力容器　第3部分：设计》包括七章正文，三个规范性附录，两个资料性附录。

正文包括范围、规范性引用文件、内压圆筒和内压球壳、外压圆筒和外压球壳、封头、开孔与开孔补强、法兰。

规范性附录包括非圆形截面容器、钢带错绕筒体、关于低温压力容器的基本设计要求。

资料性附录包括密封结构、焊接接头结构。

GB 150.4—2011《压力容器　第4部分：制造、检验和验收》包括十三章正文。

正文包括范围，规范性引用文件，名词术语，总则，材料复验、分割与标志移植，冷、热加工成形与组装，焊接，热处理，试件与试样，无损检测，耐压试验和泄漏试验，多层容器，容器出厂要求。

另有《压力容器》的标准释义，从标准的理论基础、应用实践、基本准则、指导思想，以及与国内外同类标准相比较等方面阐明及解释标准的技术内容。

（2）JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）

这是一部压力容器的行业标准。它与GB 150相平行，根据用户的要求，设计者可以选用其中一种作为遵循的规范。其基本思路与ASME-Ⅷ-2基本相同，即采用对压力容器所受应力进行分类分析的方法进行设计。它提供了以弹性应力分析和塑性失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法，对选材、制造、检验和验收规定了比GB 150.1～150.4《压力容器》更为严格的要求。

其适用范围为：设计压力不小于0.1MPa且小于100MPa；真空度不低于0.02MPa；温度低于钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度。但不包括：核能装置中的容器；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；经常搬运的容器；内径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线）小于150mm的任何长度的容器。

JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）包括十一章正文、六个规范性附录和五个资料性附录。

正文包括主题内容与范围，规范性引用文件，总论，名词术语，分析设计的一般准则，材料，承受内压的回转壳，承受外压的回转壳，平盖，开孔和开孔补强，制造、检验与验收。

规范性附录包括基本部件、组合部件的应力分析，实验应力分析，以疲劳分析为基础的设计，法兰，超压泄放装置，材料的补充规定。

资料性附录包括钢材高温性能，管壳式换热器管板的应力分析，圆柱壳开孔接管的应力分析，对有限元计算程序与分析人员的基本要求等。

另有《钢制压力容器——分析设计标准》的标准释义，从标准的理论基础、试验、验证、应用以及与国内外同类标准相比较等方面介绍并解释标准的技术内容。

（3）GB 151—1999《管壳式换热器》

这是换热设备系统的第一部国标，它规定了非直接受火管壳式换热器的设计、制造、检验和验收的要求。

其适用范围为：公称压力不大于35MPa；公称直径不大于2600mm；公称直径（mm）和公称压力（MPa）的乘积不大于1.75×104MPa·mm。但不包括：直接火焰加热的换热器和废热锅炉；受核辐射的换热器；要求进行疲劳分析的换热器；已有其他行业标准管辖的换热器。

GB 151—1999《管壳式换热器》共有七章正文、十个附录。

正文包括范围，引用标准，总则，材料，设计，制造、检验与验收，安装、试车与维护。

规范性附录包括低温管壳式换热器，换热管与管板接头的焊接工艺评定，换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管，有色金属设计数据。资料性附录包括管束振动，壁温计算，管板与圆筒、管箱的连接，垫片，换热管特性表，壳体与管束间的入口或出口面积的计算等。

（4）TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称《固容规》）

这是我国压力容器质量保证体系和安全监督的重要法规，它明确规定了我国压力容器安全技术监督的基本要求，要求有关压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造等都必须遵守《特种设备安全监察条例》和本规程。

《固容规》的适用范围为：工作压力不小于0.1MPa（不含液柱静压力），工作压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa·L，而且盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或等于其标准沸点的液体。但不包括：移动式压力容器、气瓶、氧舱；锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉；正常运行工作压力小于0.1MPa的容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于0.1MPa的容器）；旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；可拆卸垫片式板式换热器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。

《固容规》共有九章正文、四个附件。

正文包括总则，材料，设计，制造，安装、改造与维修，使用管理，定期检验，安全附件，附则。

附件包括压力容器类别及压力等级、品种的划分，压力容器产品合格证，压力容器产品铭牌，特种设备代码编号方法。

另有《固容规》释义，包括规范的编制说明、条文释义、调研论证报告、对规范主要条文的详细解释。

其他有关标准在此不再一一介绍，可参见《压力容器相关标准汇编》。

1.5.2　国外压力容器标准简介

国外压力容器标准也有许多，比较著名的有ASME规范、欧盟压力容器规范EN 13445、英国标准PD5500《非直接火焰加热焊接压力容器》、德国标准《AD受压容器规范》、日本标准JIS B8270《压力容器（基础标准）》等。下面就ASME规范、日本标准JIS B8270《压力容器（基本标准）》和欧盟压力容器规范EN13445进行简单的介绍。

（1）ASME规范

ASME规范是世界上最早出现的压力容器规范，于1915年首次发行，当时简称为《锅炉建造规范·1914版》。到了1926年，这部标准扩展到8卷，统称为“ASME锅炉与压力容器规范”。后来，1937年增加了第Ⅸ卷《焊接质量要求》，1950年更是得到迅猛的发展，到目前，已经发展到11卷22册，全面覆盖了锅炉和压力容器质量保证体系的要求。

ASME规范是一部封闭型的标准，自成体系。总目录如下：

第Ⅰ卷　动力锅炉

第Ⅱ卷　材料技术条件

第Ⅲ卷　核动力装置设备

第Ⅳ卷　采暖锅炉

第Ⅴ卷　无损检测

第Ⅵ卷　采暖锅炉维护和运行推荐规程

第Ⅶ卷　动力锅炉维护推荐规程

第Ⅷ卷　压力容器

第Ⅸ卷　焊接及钎焊评定

第Ⅹ卷　玻璃纤维增强塑料压力容器

第Ⅺ卷　核动力装置设备在役检验规程

ASME规范中与压力容器设计工作有关的是第Ⅷ卷《压力容器》（简写为ASMEⅧ）。《压力容器》又分为三个分册，即压力容器建造规则（简写为ASMEⅧ-1）、压力容器建造另一规则（简写为ASMEⅧ-2）和高压容器建造规则（简写为ASMEⅧ-3）。

ASMEⅧ-1就是通称为“按规则设计”的规范，即以压力容器主要部位的最大主应力不超过弹性范围为设计的安全准则，根据材料的许用应力对压力容器的结构与尺寸做出具体的规定和计算。它是理论、实验和实践经验结合的产物，安全系数大，因而材料的许用应力比较低。它包括了静载下进入高温蠕变范围的容器设计，但不包括疲劳设计。

ASMEⅧ-2通称为“按分析设计”的规范，即对压力容器各部位的应力进行分析、分类，根据不同的情况按照不同的安全准则进行设计。与规则设计相比，分析设计对压力容器的应力情况了解更清楚细致，对材料要求限制更严，对结构的规定更细，对制造、检验等要求更高更严。因而其安全系数较小，材料的设计应力比较高。它的应用温度限制在蠕变温度以下，包括了疲劳设计。

ASMEⅧ-3既采用了某些ASMEⅧ-2的设计理念，又根据高压容器壁厚大、材料强度级别高等特点而自成体系，并在某些问题上补充了采用断裂力学的设计方法。

（2）日本标准JIS B8270《压力容器（基础标准）》

日本标准JIS B8270《压力容器（基础标准）》是日本重要的压力容器标准。随着国际标准化组织（ISO）和关税及贸易一般协定（GATT）标准的国际化，日本为适应这一新形势，经有关单位的长期调查研究，提出建立新的压力容器标准体系。在1993年3月15日，经压力容器专门委员会审议批准，JIS B8270《压力容器（基础标准）》公布实施。

日本标准JIS B8270《压力容器（基础标准）》取代了过去的JIS B8243和JIS B8250。它将压力容器按所受压力大小分为三种，其各项规定保持了与ASME规范的第Ⅷ卷（1989年版和1990年版的补遗）的一致性，并吸取了ISO/DIS2694的部分内容。JIS B8270《压力容器（基础标准）》是一部压力容器结构的基础标准，规定了压力容器的设计压力、设计温度、焊接接头形式、材料许用应力、分析设计方法、质量管理及质量保证体系、焊接工艺评定试验和无损检测等压力容器的通用基础部分。它共包括十三章正文、九个附图、二十八个附表、十个附录、两个参考和说明，具体内容为适用范围，术语定义，压力容器的等级分类，明确本标准的适用条件与质量保证，材料，设计，焊接接头设计，制造的一般规定，焊接施工，热处理，试验、检查，配件，标记。

附图主要介绍封头、筒体、管板、接管和法兰等之间的连接结构。附表10为引用标准，附表1.1～附表5.5主要介绍材料的基本许用应力（包括常规设计和分析设计用材）。附录包括基本许用应力的设定基准，材料评定试验方法，中、常温压力容器用高强度钢锻件，D类开孔组装焊缝，球墨铸铁件及可锻铸铁件，附件及支撑件，关于锻制压力容器的特别规定，调质高强钢的加工，不锈钢复合钢的加工，焊后热处理。参考部分为质量管理和质量保证体系、预热等。说明部分主要从标准的理论基础、试验、验证、应用以及与同类标准相比较等方面介绍并解释标准的技术内容。

（3）欧盟压力容器规范EN13445

随着欧洲统一市场的建立，为了完善和确保承压设备在欧盟范围内的自由贸易，欧洲议会于1997年5月通过了强制性法规——承压设备法令（PED），制定了工作压力大于0.05MPa的锅炉、压力容器、管道、承压附件和安全附件等的基本安全要求（ESR）及其他相关规定。这些法规已于2002年5月29日起实施。与此同时，欧盟委员会还委托欧洲标准化组织制定了相关的协调标准，进而制定欧盟非直接火压力容器协调标准EN13445，第一版已于2002年5月实施。从此，欧盟成员国的原有压力容器标准，包括著名的BS 5500、法国的CODAP和德国的AD等都被这个统一的压力容器标准所取代，或者按照EN13445进行修订，如BS 5500修订为PD5500。

EN13445正文包括以下七部分：总论、材料、设计、制造、检测与试验、用球墨铸铁建造的压力容器和承压部件的设计与制造的要求、适应性评定方法指南。

EN13445标准不适用于以下承压设备：可移动承压设备；失效时会引起核泄漏的设备；生成110℃以上蒸汽或过热水的承压设备；铆接压力容器；用灰口铸铁，或未被EN13445-2或EN13445-6收录的材料建造的容器；多层容器和自增强或预应力容器；管线和工业管道。

欧盟颁发的标准必然对压力容器技术的发展产生重大的影响，压力容器工作者也必须对其给予足够的重视。