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发表于 2007-12-26 19:20:43
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论GB150、《容规》与ASME对材料规定的差别
【摘要】在过去的半个世纪，中国已经编制了一整套压力容器标准。随着中国社会主义市场经济的建立和即将加入WTO，作为一个权威性的标准，ASME将在中国发挥更重要作用。本文对材料的选择、制造和用途等方面比较了中国压力容器标准与ASME标准的差别。
Summary：A set of standard for the pressure vessels has been formed in China during the past half century, and along with the establishing of the Socialism Market Economy and entering to WTO, as an authoritative standard, ASME will play more important role in China. The difference between Chinese pressure vessel materials standard and ASME pressure vessel materials standard was compared in this article in terms of selection, manufacturing and purchase, etc.
压力容器用材料的选择、制造、采购、验收等环节是压力容器制造质量保证体系的重要组成部分，所以在GB150-1998《钢制压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》和《ASME锅炉及压力容器规范》中均有大量的篇幅对材料问题作出规定。
GB150-1998《钢制压力容器》是我国现行的强制性国家标准，钢制压力容器的设计、制造、检验与验收等环节应按照标准执行。GB150-1998第四章对钢板、钢管、锻件、螺栓、螺母等制造压力容器用材料做了具体的规定。
《压力容器安全技术监察规程》（以下简称《容规》）是我国压力容器安全管理和安全技术监督的基本要求，有关压力容器的技术标准（包括国家标准、行业标准、企业标准等），其他部门的规章、企事业单位的规定等如与《容规》相抵触时，应以《容规》为准。《容规》中对钢材的规定可以认为是对GB150更为严格的补充。
美国的《ASME锅炉及压力容器规范》是在国际上被大多数国家认可的，在国际经济交往和涉外压力容器产品制造检验中具有权威性的标准规范。ASME规范第二卷《材料》是制造压力容器用材料标准的汇总，第八卷《非直接受火压力容器》中也有对材料的规定。
这三个标准、规范形成了GB、ASME两个体系，在对压力容器用材的标准、牌号及要求方面有许多不同之处。主要有以下几个方面：
1 由于GB、ASME体系上的不同，对于材料的选择、制造、使用上就有很大的区别。
在两个体系的组织机构中，ASME没有把“设计”作为独立的一方，规范中提及的“设计”是作为压力容器建造方工作的一个环节，设计是容器制造厂工作内容的一部分，而不是建造方以外的另一方。GB150和《容规》中明确地把“设计”作为独立于制造的一方，实行设计许可证制度，规定了设计单位的职责。
ASME规范将国内理解的“设计职责”分为两个部分：
1.
把用户对压力容器产品的功能及其要求都列入“用户”的职责，即用户或其代表应提出压力容器的设计条件以及满足产品功能要求而必须提出的各种附加要求，包括腐蚀裕量等。
2.
把强度计算书和施工图作为建造方接受用户条件后，由建造方完成的职责。
对工程项目中的非标准压力容器而言，“用户”的职责实际上包括工程公司基础设计及询价图的功能，所以规范中采用“用户或其代表”的用词，“代表”可以理解为“工程公司”的代名词。对制造厂自行开发的定型、标准产品而言，虽然不存在“用户”提出设计要求，而是由建造方根据市场要求，自行提出设计要求，代替了“用户”的`要求。所以国内习惯使用的“设计单位”，在ASME规范中已不复存在，其功能已分解到“用户”和容器制造厂之中。
由于组织机构和职责的不同，所以按照GB和ASME规范进行压力容器设计、制造，对材料的使用就有很大的区别。例如，按ASME 规范，由容器制造厂进行容器的设计，包括强度计算，这样制造厂就掌握封头所需要的最小厚度以及封头成形中的厚度减薄量。由于筒体的厚度为圆整后的标准系列值，一般情况下，可以用与筒体相同厚度的钢板压制封头，就可以保证封头成形后的厚度满足强度的要求。按照GB体系则不同，制造单位不掌握封头根据强度计算所需要的最小厚度，设计单位不掌握制造厂的封头减薄量，制造厂只能按照设计单位提供的图纸上标注的封头名义厚度减去钢板允许的负偏差作为封头成形后的最小厚度，这样用名义厚度的钢板压制封头，不能保证最小厚度，只能加大下料厚度，这样造成材料的浪费，也会造成封头直边厚度与筒体厚度相差较大，给封头筒体对接带来难度。
2 正因为机构和职责的不同，ASME压力容器规范实际上是一部建造安全规范。
“建造”在ASME规范中包含了设计（相当于施工图设计）、制造、检验、三个方面。规范对建造方接受用户条件后应遵循涉及安全的通用规则作出了规定；而规范对用户的职责及其应遵循的规则基本上未涉及，这些规定留待用户或其代表根据相关的其他法规、行业标准（如API等）、工程公司标准、实践经验等，在合同中予以补充和提出。由此，我们才能理解“规范是压力容器最低要求”的含义。
ASME规范不可能包含用户对容器的各种要求，因此规范的条款往往比较原则，允许并要求用户进行补充、完善或根据规范的原则进行判断，所以使用ASME规范钢材标准时一般均有采购规范予以补充和具体化。采购规范由工程公司或容器制造厂根据具体用途和经验制订，并作为材料采购合同的技术附件。
国内基本上由设计单位涵盖了用户的全部要求，GB150较多地基于设计的立场，对压力容器进行规定。例如：国内以设计压力、设计温度、设计厚度作为压力容器的基本参数；而ASME规范却以最大许用工作压力MAWP、最低许用设计金属壁温MDMT、名义厚度、有效厚度为基本参数。国内的工程技术人员认为，应尽可能把用户（包括设计单位）所遇到的各种具体问题在标准或规程中作出明确规定，以便有据可依。设计单位习惯于把标准、规范作为产品的最终要求或唯一要求，放弃了用户的应尽职责，而国外的用户却往往要在规范的基础上提出许多附加要求。
3 ASME规范把压力容器用材标准列为规范第二卷，是规范的一个重要组成部分。
ASME压力容器用钢材标准是一个完整的体系，而不是简单的合订本。钢材标准由供需双方作为规范的一个部分进行了编制，因而较全面地体现了建造方对材料的质量、采购、使用和检验要求。压力容器用钢材标准按钢材型式分为：
1、钢板：有厚板、薄板、钢带、卷板之分；
2、钢管：分为输送流体用管以及结构和传热用管两大类；钢管的制造形式又有无缝（热轧、冷轧、冷拔）、锻造、离心铸造；焊接（直缝、螺旋缝等）；
3、
件：有批量、定型生产的标准用锻件和非标件（如压力容器封头、管板用）两大类；
4、
件：有专门材料标准，不是套用加工管件的原材料标准；
5、
固件：有通用和专用之分，有螺栓、螺柱用与螺母用之分。
从钢材成分和用途上又分为：
1、结构用和压力容器用、锅炉用；
2、碳钢、高强度钢、低温用钢、铬钼合金钢、各种类型不锈钢（铁素体、奥氏体、马氏体、双相钢、沉淀硬化等）；
3、特殊或专用设备用和通用之分。
因此钢材标准看似十分繁多，但仔细分析却又体系明确、联系紧密、互相呼应、配套性强。例如表UCS23和UHA23中列入的ASME钢材标准有100余个，钢号600余个，但经分类后，常用的钢种却只有十几个，并已涵盖了各种强度等级的碳钢、低温用钢、铬钼耐热钢、奥氏体和双相不锈钢以及各种型式的钢材（板、管、锻件、管件、棒、紧固件）。
GB钢材标准主要有GB6654-1996《压力容器用钢板》、GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢板》、GB8163-87《输送流体用无缝钢管》等，钢材的牌号、等级远少于ASME规范，在使用上的选择受到很大的局限，并且由于钢材的标准主要是由供方，即钢厂编制，不能形成完整的压力容器用钢材体系，也不能完整地反映建造方对材料的要求。虽然GB150和《容规》在材料的选用方面进行了补充，但由于先天存在的问题，不能完整反映建造方的要求。
我国GB钢材标准是在计划经济体制下，以供方为主编制的钢材质量标准，以反映钢材生产厂的要求为主。压力容器标准中引用了其中部分内容，但钢材标准不能全面地反映钢材使用者的要求。而ASME钢材标准是在市场经济模式下，由供需双方共同编制，且以反映钢材使用者的要求为主的标准，同时也是压力容器规范的一个组成部分。即使如此，在使用ASME钢材标准时，一般均有用户采购技术规范进行补充、完善。
ASME钢材标准不仅是钢材生产部门的质量标准，而且是钢材使用单位（设计、制造、检验）在选用、采购、验收、检验、加工时的依据。正因为如此，钢材标准的内容远远超过了国内的钢材标准，成为压力容器规范不可缺少的一部分。
ASME钢材标准仅对材料最基本性能作出规定，而留出广阔的空间让用户根据各自的需要进行选择、补充，让材料生产厂商按照自身的装备、技术、工艺等情况有很大的调整余地。因此，用户在选用、采购时必需熟悉与此相关的材料、设计、制造、检验各个环节，才能在钢材标准的基础上制订出合理的采购技术规定。用户必需通过采购规范把ASME钢材标准中的提示以及可供选择的项目，一一根据自身的需要予以明确或补充。
由此可见，GB体系形成于计划经济体制中，而ASME规范是在市场经济的体系中形成的，更能充分体现用户和制造厂各方要求的规范。
目前，我国正在进行GB体系的更新，ASME规范的中国化和ASME钢材国产化，并且积极准备将GB材料纳入ASME规范。相信在中国压力容器行业和冶金行业的共同努力之下，中国的压力容器材料和整个压力容器制造业必将有很大的进步。
参考文献
[1] GB150-1998钢制压力容器
[2] 压力容器安全技术监察规程
[3] ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE VOLUME Ⅷ RULES FOR CONSTRUCTION OF PRESSURE VESSELS 1999 EDITION
[4] 丁伯民，美国压力容器规范分析，华东理工大学出版社，1995 |
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发表于 2007-12-26 17:27:30
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