国外压力容器标准.docx

1、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（American Society of Mechanical Vessels）、英国标准BS5500非直接火焰加热焊接压力容器（Unfired Fusion Welded Pressure Vessels）、德国标准AD受压容器规范、日本标准JIS B 8270压力容器（基础标准）等。下面就ASME规范和日本标准JIS B 8270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

2、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：第卷 动力锅炉第卷 材料技术条件第卷 核动力装置设备第卷 采暖锅炉第卷 无损检测第卷 采暖锅炉维护和动行推荐规程第卷 动力锅炉维护推荐规程第卷 压力容器第卷 焊接及钎焊评定第卷 玻璃纤维增强塑料压力容器第卷 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卷压力容器（简写为ASME ）。压力容器又分为两个分册，即常规设计分册（简写为ASME -1）和分析设计分

3、册（简写为ASME -2）。ASME -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。ASME -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

4、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JIS B 8270压力容器（基本标准）日本标准JIS B 8270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，JIS B 8270压力容器（基本标准）公布实施。 日本标准JIS B 8270压力容器（基本标准）取代了过去的JIS B 8243和JIS B 8250。它将压力容器按所受压力大小分为三种，其各项规

5、定保持了与ASME规范第卷（1989年版和1990年的补遗）的一致性，并吸取了ISO/DIS 2694的部分内容。JIS B 8270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。 适用范围 。 制造的一般规定。 术语定义。 焊接施工。 压力容器的等级分类。 热处理。 明确本标准的适用条件与质量保证。 试验、检查。 材料。 配件。 设计 标记。 焊接接头设计

6、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

7、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 JIS B8265 及 JIS B8266，英國之BS PD 5500及美國ASME Sec. VIII Div. 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、

8、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

9、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

10、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

11、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) PD 5500 (Specification for Un-fired fusion welded pressure ves-sels, BS 5500) 9 (2) 日本JIS B826510及JIS B8266 11壓力容器 (3) ASME Section VIII 12 由於美國機械工程學會(ASME)所訂立之壓力容器規章，ASME VIII div.

12、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 CNS 9788 壓力容器標準之定義下，JIS B 8265標準則訂定其適用於設計壓力小於 30 MPa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，JIS B 8266標準適用於設計壓力小於 100 MPa 之容器，其設計溫度在潛變

13、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BS PD5500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 140 mbar或低於大氣壓6 mbar。 2. 具有直立軸且低壓而立於地面上，儲存液體壓力不超過 1 bar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

14、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300 psi，而設計溫度不超過210 )。 7. 用蒸氣

15、加熱的熱水供應槽或不超過下列之限制 (1) 熱輸入為 200000 Btu/hr (2) 水溫為210 ) (3) 標稱水量為120 gal 8. 內外壓不超過 15 psi，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 6 in，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 ASME Section VIII 所規範的壓 /工業安全衛生月刊 37力容器是受壓不超過 3000 psi MPa) 的壓力容器，超過3000 psi 時務必參閱更高壓的設計規範(如 或。 二、壓力容器之範圍 CNS 9788、JIS B 8265或是 JIS B 8266 所涵蓋

16、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 JIS B 8265及 JIS B 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，JIS B 8265 比較接近我國 CNS 9788

17、之第二種壓力容器(同設計壓力不超過 30MPa)，而 JIS B 8266 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 ASME Section VIII, 所規定的是受壓不超過 3000 psi MPa) 的壓力容器，較接近 CNS 第二種容器 (30 MPa 以下) 之規定，而ASME Section VIII, 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

18、器之設計 一、設計通則 JIS B 8265 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JIS B 8266 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，JIS B 8266 除了同 C

19、NS 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JIS B 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

20、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，JIS B 8265與JIS B 8266同 CNS 規定，BS 在人孔及檢查孔之規定須參照 BS 470，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 JIS B 8265 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；JIS B 8266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C

21、NS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 JIS B8266 不論在應力分析或是疲勞分析皆同 CNS 規定，JIS B8265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

22、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 JIS B8265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，JIS B8265 及 ASME和 CNS 第二種容器相同，JIS B8266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，JIS B8265及ASME皆只考慮僅受內壓的情況，JIS B8266 及 BS皆有考慮僅受內壓及組合載重的情況；而在

23、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，JIS B8265與 ASME VIII 與 CNS 第二、三種容器計算方式相同，而 JIS B8266 與ASME VIII 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、JIS B8266及ASME VIII 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

24、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：JIS B8265 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 JIS B8265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 JIS B8266 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

25、)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，JIS B8265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 JIS B8266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)

26、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，JIS B8265 及 JIS B8266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：JIS B8265 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：JIS B

27、8265，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 CNS 9788 第 (5)節之相關規定，其餘內容與 CNS 規範相同。JIS B 8266無如 CNS 9788 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，JIS B 8265另規定熔接接頭補強之高度，JIS B8266在接頭

28、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Type A與Type B，ASME則無相關規定。 4. 熱處理：JIS B8265無熱處理之相關規定。JIS B8266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，JIS B8265無規定試驗與檢查之通則，JIS B8266 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

29、、檢查熔接接頭之機械試驗：針對各種試驗，JIS B8265與JIS B8266和CNS皆有說明不得被容許的破壞的規定，其中 JIS B8265 跟 /工業安全衛生月刊 41CNS 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 JIS B8265, ASME與JIS B8266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