国外压力容器标准.docx

国外压力容器标准.docx

《国外压力容器标准.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国外压力容器标准.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

国外压力容器标准

国外压力容器标准

国外压力容器标准也有许多，比较著名的有ASME规范（AmericanSocietyof MechanicalVessels）、英国标准BS5500《非直接火焰加热焊接压力容器》（UnfiredFusionWeldedPressureVessels）、德国标准《AD受压容器规范》、日本标准JISB8270《压力容器（基础标准）》等。

下面就ASME规范和日本标准JISB8270《压力容器（基础标准）》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》，到目前为止，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，其总目录如下：

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 采暖锅炉维护和动行推荐规程

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》又分为两个分册，即常规设计分册（简写为ASMEⅧ-1）和分析设计分册（简写为ASMEⅧ-2）。

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。

与常规设计相比，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，材料的许用应力比较高。

它的应用温度限制在蠕变温度以下，包括了疲劳设计。

（2）日本标准JISB8270《压力容器（基本标准）》

日本标准JISB8270《压力容器（基本标准）》是日本重要的压力容器标准。

随着国际标准化组织（ISO）和关税以及贸易一般协定（GATT）标准的国际化，日本为适应这一新形式，经有关单位的长期调查研究，提出建立新压力容器标准体系。

在1993年3月15日，经压力容器专门委员会审议批准，JISB8270《压力容器（基本标准）》公布实施。

日本标准JISB8270《压力容器（基本标准）》取代了过去的JISB8243和JISB8250。

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规范第Ⅷ卷（1989年版和1990年的补遗）的一致性，并吸取了ISO/DIS2694的部分内容。

JISB8270《压力容器（基本标准）》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13章文、9个附图、28个附表、10个附录、2个参考和说明，具体内容如下。

①    适用范围。

                                 ⑧制造的一般规定。

②    术语定义。

                                  ⑨焊接施工。

③    压力容器的等级分类。

                        ⑩热处理。

④    明确本标准的适用条件与质量保证。

            ⑾试验、检查。

⑤    材料。

                                      ⑿配件。

⑥    设计                                        ⒀标记。

⑦    焊接接头设计

其中，9个附图主要介绍封头、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~附表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）；10个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；2个参考为质量管理和质量保证体系，预热。

另外，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。

摘要】壓力容器設備，係屬於「危險性機械設備」之範疇，若引用國外

安全構造規範之設備，輸入我國境內使用時，很難只就其不滿足

我國安全標準部份加以改善。

以我國CNS和科技較先進國家對壓

力容器安全構造規範進行比較，含日本之JISB8265及JIS

B8266，英國之BSPD5500及美國ASMESec.VIIIDiv.1等，

單就設計而言，各國之標準與我國之CNS差異頗多，應無法定出

一通則，基於我國之管理與規範之適用性，至少應在：

（1）設計板

厚、

（2）最小板厚、（3）腐蝕裕度、（4）設計負載（特別是風壓與地震

之動態考量方面）、及（5）安全裝置等五方面，必須以「不小於CNS

之規定為原則」，且應具備製造與檢測之品管相關文件，以呈現相

當程度之製造與設計之品質。

壹、前言

依據我國主管機關的研究統計指

出[1]，過去二十年來所發生的職業災

害案例中，分析有關壓力容器所造成

的危害種類，主要有：

（1）爆炸、

（2）感

電、（3）與低溫接觸、（4）墜落、及（5）

被切或割傷等五大類；而其所發生的

工作程序是以：

（1）銲補作業、

（2）閥操

作作業、（3）進卸料作業、（4）儀器操作

作業、及（5）試驗檢查作業等，地點中

所造成。

這些職業災害中，又以壓力

容器的爆炸所帶來的生命、財產損失

最為嚴重[2]。

除此之外，由於壓力容

器相關之技術與安全規定比較早就被

業界接受，因此，雖然近年以來，相

對的職災發生機率並不高，不過，發

生之災害後果影響卻相較於其他類型

者為高，也仍是值得警惕的。

隨著我國經濟之發展以及台商工

業全球化之發展趨勢，或者對外投資

生產設備，或者進口外國之設備等行

為，針對壓力容器而言，可見的短期

內將會有（或者已經發生了少數個案）

的情形，含：

●國內工業界由國外進口壓力容器設

█論著與譯文█

/工業安全衛生月刊35

備，而該設備依法[3]適用於我國壓

力容器構造標準，不管是程序上或

是安全規範要求上，都應以我國的

構造標準為主，包含設計、製造及

檢查等，然而，國內業界或基於便

宜行事，或基於其商業競爭時效壓

力，可能會要求：

（1）在程序上，依

國內之檢查、核准程序辦理，以滿

足相關之勞工安全法律規定；以及

（2）在構造硬體規範之設計、製造、

檢驗及測試等，依國外之相關規範

辦理。

對於前者之制度面，相關之研

究方面，雖然沒有特別以「壓力容

器」為研究對象者，但[4]之研究顯

示，至少有針對相關之「高壓氣體

設備」者；而對於後者，所有之安

全構造規範訂立是用以規定設備之

安全性，使設備達到最起碼之指定

安全程度，以確保證相當程度之品

質，而使用者則得到安全保障，雖

不一定都由政府機關訂立[5]，一經

納入法律，便屬於國家公權力之範

疇，如果需要引用排除適用之條

款，均必須經過主管機關之個案核

准。

●屬於國內製造之壓力容器設備，須

輸出設立於他國境內使用之新、舊

設備，需要一些國內、外相關設計

規範之比較參考，以增加其製造競

爭力。

針對前者，主管機關需要有更多

相關的研究分析，以便在符合我國法

令規定、滿足勞工安全，及符合我國

工業民情要求下，有一套比較有系統

的核准原則，一者讓工業界可以有一

較清晰的遵循方向及具體的原則，否

則在全球競爭白熱化的今天，主管機

關容易遭受各界「擾民」的責難，從

而忽視了背後替勞工安全把關的真正

意義。

本研究中所納入之國外壓力容器

構造規範或標準者，以下列為主：

（1）PD5500（SpecificationforUn-

firedfusionweldedpressureves-

sels,BS5500）[9]

（2）日本JISB8265[10]及JISB8266

[11]壓力容器

（3）ASMESectionVIII[12]

由於美國機械工程學會（ASME）

所訂立之壓力容器規章，ASMEVIII

div.1，已經被許多國家或地區直接採

用，因此，本文中則於相關章節中適

當地納入，以做為比較之參考。

貳、構造法規之一般通則

一、適用範疇

在與CNS9788壓力容器標準之

定義下，JISB8265標準則訂定其適用

於「設計壓力」小於30MPa之構造與

固定式之壓力容器，其餘之適用範疇

36工業安全衛生月刊/

內容與CNS規範相同。

不過，CNS

中並沒有明訂其壓力是否為「設計壓

力」，而以「保存壓力」定義，由字面

意義來看，似乎比較接近實際之「最

高操作壓力」或「最高可以承受之壓

力」，此與JIS標準也有很大地差異。

另一方面，JISB8266標準適用於「設

計壓力」小於100MPa之容器，其設

計溫度在潛變範圍內，同時保存壓力

超過大氣壓壓力或受外壓之壓力容

器。

另外在英國BS及美國ASME方

面，所規定之適用範疇皆有其個別定

義，如：

英國之BSPD5500所指的壓力容

器除了不直接接觸火焰、及原先會使

用的電熱和其它熱加工外，則是不包

括下列：

1.用來儲存近大氣壓之液體的容器，

其壓力附加之水頭壓不得超過大氣

壓140mbar或低於大氣壓6mbar。

2.具有直立軸且低壓而立於地面上，

儲存液體壓力不超過1bar的容器。

3.容器之設計應力少於BS之應力計

算法所規定之應力值的10%。

4.多層卷、預壓容器或其它特殊設

計、需承受高壓的容器。

5.運輸容器。

6.其它BS分類所列示之特殊應用的

容器。

對ASME而言，其所指的容器不包括

下列所列舉者：

1.其它Sections已另有規定者。

2.烘製處理之加熱管。

3.為旋轉或往復機械裝置之壓力容

器，如幫浦、壓縮機等等，其主要

設計與應力依照裝置之實際需求做

考量。

4.管路系統其整體部份的系統中，主

要功能為從一地運送液體至另一地

所需要的構造。

5.管路元件，如管、凸緣、墊圈、閥、

膨脹接頭、配件及其它元件，其具

有混合、分離、計量、控流及其它

目的，如伸張或拉緊的裝置與設備

等。

6.在壓力下盛裝水的容器，包括使用

空氣來壓縮的緩衝器，其設計壓力

不超過300psi，而設計溫度不超過

210℉℃）。

7.用蒸氣加熱的熱水供應槽或不超過

下列之限制

（1）熱輸入為200000Btu/hr

（2）水溫為210℉℃）

（3）標稱水量為120gal

8.內外壓不超過15psi，且在尺寸上不

設限的容器。

9.內徑、寬、高及剖面對角長度均不

超過6in，且在長度或壓力沒有限

制的容器。

10.可容納個人的壓力容器

ASMESectionVIII所規範的壓

/工業安全衛生月刊37

力容器是受壓不超過3000psi

MPa）的壓力容器，超過3000psi時務

必參閱更高壓的設計規範（如或

。

二、壓力容器之範圍

CNS9788、JISB8265或是JISB

8266所涵蓋之範圍規定皆相同，在BS

方面則是包括，壓力容器本體，及利

用螺栓、螺紋或銲接等方法連接至壓

力容器之接點上的連接管，還有托架

及其它銲接在壓力容器上的附屬品均

屬之。

而ASME規範除了和CNS規定

相同之外，與外部配管之關聯部分，

還另外包含一點，即專用接頭為至最

初之密封面。

三、等級區分

CNS主要依

（1）壓力範疇、

（2）內容

物，將壓力容器區分為第一種容器、

第二種容器及第三種容器等三種不同

等級，然而，遍查JISB8265及JISB

8266之規定分類，均無此壓力容器之

分類規定，但其實不同分類已經分別

規定在不同的適用規範中了，例如，

JISB8265比較接近我國CNS9788

之第二種壓力容器（同設計壓力不超

過30MPa），而JISB8266則接近第一

種壓力容器者（同設計壓力不超過

100MPa）。

另外，BS有構造分類以區

隔出材料與使用溫度上的限制；

ASME則以設計壓力之限制分別規

定，就如ASMESectionVIII,所

規定的是受壓不超過3000psi

MPa）的壓力容器，較接近CNS第二

種容器（30MPa以下）之規定，而

ASMESectionVIII,Div.2在設計的規

範上則是接近CNS第一種容器之規

定。

經整理後，本研究所納入之各國

法規若依「設計壓力」之分級可參考

圖1。

圖1各國法規依設計壓力之分級

參、壓力容器之設計

一、設計通則

JISB8265除所需最小厚度及孔

有特別規定外，則無其它相關說明，

而近似CNS第一種容器的JISB8266

則皆同CNS規定，另外，BS與ASME

多少同CNS規定，但還另有其特別規

定，與CNS甚有出入：

（1）設計載重方

面，BS除同CNS規定外，還須加上

38工業安全衛生月刊/

如運送及裝卸於最終定點時造成之作

用力、無法驗證設計之適當性之載重

效果、局部應變的累積對該元件之壽

命所造成之影響等規定；ASME除與

CNS規定相同外，尚須考慮由流體震

顫所造成之衝擊力。

（2）設計壓力，則

大致相同。

（3）設計溫度，JISB8266除

了同CNS之規定外，還另外規定應設

置兩種設計溫度：

一種為高溫（稱「設

計溫度」），另一種為低溫（稱「最小

金屬設計溫度」）。

此外，BS對高溫及

低溫有較詳細的敘述，ASME說明最

高、最低溫度，且有詳細的建議作業

溫度，及可不進行衝擊試驗之滿足條

件之規定。

（4）組合應力效應，僅CNS

有規定。

（5）最小厚度規定，JIS依分類

大致可對應至CNS，而BS與ASME

則另有規定。

（6）腐蝕裕度，各國皆有

對此裕度賦予相當需要的意義，或是

不需要的規定。

（7）複合容器，僅JISB

8266與我國CNS有相同規定，BS及

ASME均對複合容器無相關之特別

條文規定，但ASME另有條文說明各

部之腐蝕可以不同，事實如此之規定

已大致涵蓋了複合容器。

（8）孔，孔之

數量與直徑，JISB8265與JISB8266

同CNS規定，BS在人孔及檢查孔之

規定須參照BS470，另外，ASME所

規定之告知孔同CNS外，還規定泄液

孔，還有孔徑與容器直徑的關係等規

定。

二、材料之容許應力

JISB8265在容許應力的規定

上，大都與CNS在第二或第三種容器

規範相同，但容許壓縮應力則另有規

定，另外在支壓應力、一次一般膜應

力之基本容許應力之加成則無相關規

定；JISB8266大多與CNS規定相同

或無規定，而容許抗拉應力規定與

CNS之基本容許應力大致相同；而BS

除壓縮應力有不同於CNS且較詳細之

規定外，則無其它應力相關規定；

ASME在容許抗拉應力以另外篇幅有

詳細說明，容許剪應力方面僅以破壞

理論（最大剪應力理論）定義之，容

許壓縮應力則同CNS規定，但一次一

般膜應力之基本容許應力之加成所造

成的應力在其基本容許應力的倍數考

量上與CNS不同，會較CNS為小些。

三、疲勞之應力分析

JISB8266不論在應力分析或是

疲勞分析皆同CNS規定，JISB8265

及ASME則無相關規定，而BS應力

分析之相關規定只有規定設計強度與

設計應力，且依構造分類之第一、二

類容器與第三類容器分別規定，無疲

勞分析之相關規定。

四、胴體及端板

胴體及端板主要係規定在某設計

壓力及設計溫度下，所需之板厚大小

/工業安全衛生月刊39

（未含腐蝕裕度），以下依相同設計條

件下，計算出各國規範所規定之最小

厚度值加以比較：

1.圓筒形胴體：

在計算厚度之考量

上，唯JISB8265僅考慮僅受內壓的

情況，其它規範皆和CNS相同，會

考慮兩種情況，僅受內壓之圓周方

向應力和軸方向應力；而在計算厚

度的求解上，JISB8265及ASME

和CNS第二種容器相同，JISB8266

及BS則與CNS第一種容器相同。

2.球形胴體與端板：

在計算厚度之考

量上，JISB8265及ASME皆只考慮

僅受內壓的情況，JISB8266及BS

皆有考慮僅受內壓及組合載重的情

況；而在計算厚度的求解上，若以

某相同條件下計算時，BS厚度值幾

乎同CNS，而其它規範皆和CNS

相同。

3.碟形端板：

計算厚度上，JISB8265

與ASMEVIII與CNS第二、

三種容器計算方式相同，而JIS

B8266與ASMEVIII與CNS

第一種容器計算方式相同，BS係以

圓筒端之外直徑且和其它規範類似

但不同的方式計算，CNS第一種容

器、JISB8266及ASMEVIII

皆須以圓筒端之內直徑計算厚度，

若以某相同條件下計算時，厚度值

會比CNS規範還小些。

4.半橢圓形端板：

各國法範幾乎皆同

碟形端板之規定，但BS在半橢圓形

端板的設計限制條件與碟形端板不

同，應當注意，若以某相同條件下

計算時，厚度值會比CNS規範還大。

5.圓錐形端板：

JISB8265和CNS第

二、三種容器大致規定皆相同，但

在補強材面積形心之有效範圍和大

徑端補強材有效面積方面則有很大

的差異，ASME也和CNS第二、三

種容器有此相異處，CNS在補強材

面積形心之有效範圍較JISB8265

及ASME規定大了一倍，需特別注

意；另外，ASME在圓錐部份之計

算厚度（裝設彎緣時）及彎緣部分

之計算厚度與CNS第二、三種容器

亦有些許的差別，如考慮的半徑不

同及係數等；而JISB8266則全與

CNS第一種容器相同，BS則另有其

計算方式，不過圓錐部份之計算厚

度（未裝設彎緣時）與CNS第一種容

器相同，另外在圓錐形端板大徑端

整體補強部分縱向長度雖較CNS

小，但也幾乎相同。

五、螺栓固定凸緣

我國CNS在螺栓固定凸緣不管第

一種或是第二、三種容器，皆分兩類，

即管口用管凸緣及管口用管凸緣以外

之凸緣，規範較偏材料、加工與尺寸

（應力計算）的選用，JISB8265這方

面如同CNS第二、三種容器規定，但

40工業安全衛生月刊/

對於使用於何處之凸緣採不分類的規

定；而JISB8266則如同CNS第一種

容器之規定；另外ASME則無相關規

定，其依ANSI規定即可；BS方面亦

有部份引用ANSI，也做了較詳細的規

定，如

（1）螺栓接合條件，

（2）運轉條

件，（3）分類，（4）螺栓的一般要求，（5）

銲接，（6）加工，可值得我國訂定規範

之借鏡。

CNS在螺栓固定凸緣之應力計算

法所適用的範圍在於對承受外壓之凸

緣、分割凸緣、具有圓形之非圓型凸

緣及不使用墊圈而作防漏熔接之凸緣

等，JISB8265及JISB8266同CNS規

定，而BS則直接說明依各凸緣計算方

式規定，如窄面凸緣、全面凸緣及反

向凸緣；另外ASME則查無相關規定。

六、製作公差與檢驗

1.胴體之真圓度：

JISB8265及JIS

B8266大致與CNS相同，ASME亦

同CNS，BS在量化上則更為詳細的

述敘，如最大尖峰值的應用等等。

2.成形端板之製作公差：

JISB8265，

端板之內面與正規形狀之量規間之

間隙，內外側均不得超過D之

%，無如CNS9788第（5）節

之相關規定，其餘內容與CNS規範

相同。

JISB8266無如CNS9788第

（5）節之相關規定，其餘內容與

CNS規範相同。

ASME，除端板端

部之圓筒部之真圓度之規定：

最大

與最小尺寸之偏差應不得超過於標

稱尺寸的1％，其餘內容與CNS規

範相同。

BS與CNS不同的是，CNS

有端板之內面之規定，而BS沒有，

其端板公差只規定：

圓周、真圓度、

厚度、外形。

3.熔接接頭之非破壞試驗：

與CNS不

同的，JISB8265另規定熔接接頭補

強之高度，JISB8266在接頭之非破

壞試驗的規定項目，較CNS少，BS

以第一、二及三類構件分別說明，

且接頭位置只分TypeA與TypeB，

ASME則無相關規定。

4.熱處理：

JISB8265無熱處理之相關

規定。

JISB8266大致與CNS相同，

BS對肥粒鐵鋼、沃斯田鐵鋼有詳細

規範，ASME見SA-20。

5.試驗與檢查：

CNS主要係規範材料

之試驗、檢查與工作之基本有關之

檢查及熔接接頭之試驗、檢查完成

後之試驗、檢查，JISB8265無規定

試驗與檢查之通則，JISB8266與

CNS規範相同，BS則著重於檢驗者

之權力與執行方面，ASME只有對

材料之試驗規定，另對於檢驗者有

特別規定。

6.試驗、檢查－熔接接頭之機械試

驗：

針對各種試驗，JISB8265與JIS

B8266和CNS皆有說明不得被容許

的破壞的規定，其中JISB8265跟

/工業安全衛生月刊41

CNS有些許的不同，另外BS及

ASME無此相關規定。

7.試驗、檢查－耐壓試驗：

水壓、氣

壓試驗壓力除JISB8265,ASME與

JISB8266各別對應CNS外，BS規

範則不同於CNS之規定。

肆、結論

若不考慮壓力容器在國內之管理

方式與國外之差異，在各國之安全構

造規範中，由前面之分析比較後，可

以將本案所納入之規範大致歸納出幾

項重點：

一、設計方面

以歐盟自行訂定的PED來說，針

對壓力容器之設計厚度因有部份公式

與CNS第一種容器相同，所以大致可

對