中国承压设备技术进展及法规标准体系.ppt

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1、中国承压设备技术进展 及法规标准体系,中国特种设备检测研究中心 寿比南 Shou_,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,一、承压设备基本状况概述 锅炉 产品类型：电站锅炉、工业锅炉、供热锅炉、有机热载体锅炉、余热锅炉 等 技术发展状况：高参数、大容量、特殊材料、结构复杂 产业状况：个锅炉制造厂家 产品状况：.万台,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,一、承压设备基本状况概述 压力容器 产品类型：固定容器、移动容器、换热设备、大型储罐 技术发展状况：高参数、大型化、高强材料、结构复杂 产业状况：28个容器制造厂家 产品状况：12.万台,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,一、承压设备基本状

2、况概述 气瓶 产品类型：无缝气瓶、焊接气瓶、纤维缠绕复合材料气瓶 技术发展状况：大容积、复合材料 产业状况：0个制造厂家 产品状况：2005年统计数据显示，气瓶年产量超过了1552万只，其中无缝气瓶约223万只,液化石油气钢瓶为924万只;在用气瓶（含液化石油气瓶）数量是1.3亿只，其中液化石油气钢瓶就超过了1.1亿只;气瓶充装站14995个，气瓶检验站2300多个。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,一、承压设备基本状况概述 压力管道 产品类型：长输管道、工业管道、公用设施管道 技术发展状况：高强度材料、工况复杂、腐蚀与防护机理研究 产业状况：没有完整的统计数据 产品状况：我国目前共有压

3、力管道约78万公里,其中工业管道20万公里，公用管道约20万公里，长输管道约8万公里（美国48万公里，俄罗斯30万公里），集输管道约30万公里。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,一、承压设备基本状况概述 总体状况 安全法规和技术标准体系逐步完善 产品的安全性和经济性指标提高 对环境保护和节约能源的投入增加 以信息技术为代表的技术进步 行业综合能力的提升 国际标准化的推动作用,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 综合状况 材料 设计方法 成形技术 焊接 检测技术,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 综合状况： 承压设备是过程装备，随着工艺技术

4、的变化而变化。总体变化的趋势为： 大型化、高参数化、复杂化 大型化：新材料的使用、设计方法的变革、制造装备的要求、检验工艺的复杂、对运输和安装的要求。 高参数化：高温、高压、高腐蚀性 复杂化：结构复杂、操作复杂、破坏机理复杂 经济性的考虑：安全性、环境保护和经济性的和谐统一。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 2、材料 随着承压设备行业的技术要求变化，材料工业的技术进展（热模拟、装备更新）以如下的特点： 更高：更高的纯净度、更高的质量要求、更高的极限使用条件 更快：新材料的不断出现、复合材料的使用 更强：强度、韧性(含氮的不锈钢、超高压容器用钢、高压管道用钢、热强度钢

5、的使用),中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 2、材料 更高： 更高的纯净度：EN 10028、GB/T 713、GB 19189 更高的质量要求: 晶粒度、各向同性、气体含量、J系数、X系数 更高的极限使用条件：温度、压力、腐蚀性介质,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 2、材料 更快：新材料的不断出现、复合材料的使用; ASME Codecase 2390-2规定了复合增强材料容器的结构设计制造检验要求。不完整的设计方法，没有包含任意缠绕角度的设计方法。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 2、材料 更强 强度：含氮的

6、不锈钢、超高压容器用钢、高压管道用钢、热强度钢的使用(ASME Codecase 2127-3、Codecase 2504-1规定了含氮的奥氏体不锈钢的应用要求 )： 韧性：常规材料韧性指标、断裂韧性指标,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 以失效模式为依据的设计方法： 非传统的本构关系 大规模数值分析 多物理场耦合分析 变设计安全系数的方法 安全理念所导致的结构变化,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 以失效模式为依据的设计方法： 短期失效模式（Short term failure modes）： 脆性断裂、韧性断裂、接

7、头泄露、超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂、弹性、塑性或弹塑性失稳 长期失效模式（Long term failure modes）： 蠕变断裂、蠕变-在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递、蠕变失稳、冲蚀、腐蚀、环境助长开裂 循环失效模式（Cyclic failure modes）： 扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳、环境助长疲劳,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 以失效模式为依据的设计方法： 在标准中必须考虑的基本失效模式： 1、 Brittle fracture 脆性断裂 2、 Ductile rupture 韧性断裂

8、3、 Leakage at joints 接头泄露 4、 Elastic or plastic instability 弹性或塑性失稳 5、 Creep rupture 蠕变断裂,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 非传统的本构关系 各向异性的材料：复合材料、纤维缠绕容器 结构组合分析设计：法兰密封、多层壳体的接触问题 复杂结构的曲屈和后屈曲：大型结构的稳定性 组合结构的动力响应：地震响应、管道振动,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 大规模数值分析 计算机硬件：大型计算机、多CPU并行计算系统 计算软件：强度、变形、稳定

9、性、多物理场、流体、爆炸模拟仿真、碰撞模拟仿真,承压设备技术进展,二、承压设备技术进展 、设计方法 大规模数值分析 现代软件是集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析软件，以结构力学分析为主，涵盖线性、非线性、静力、动力、疲劳、断裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热结构耦合、压电等机械分析中几乎所有的功能。在特种设备的强度分析方面应用广泛，其中的电磁和声学计算功能可用于特种设备的无损检测方法仿真研究。,承压设备技术进展,承压设备技术进展,承压设备技术进展,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 多物理场耦合分析 流固耦合问题：大型容器、移

10、动容器、管道内流动 多相流问题：锅炉燃烧、流化床燃烧和反应 传热和传质问题：板式换热器、塔板效率、分配器效率 冲击载荷：水锤现象、撞击,承压设备技术进展,二、承压设备技术进展 、设计方法 多物理场耦合分析,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 变设计安全系数的方法 安全性和经济性：安全系数的降低并不直接影响安全性 实际工况和设计条件的差异：设计计算的精确程度 综合可靠性：材料、计算方法、制造质量、检验可靠性 风险工程的考虑因素：能量、后果、人的因素,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、设计方法 综合安全理念所导致的结构变化 突破传统的

11、埋地压力容器:设计压力、消防间距、失效模式 体现实时监测的双层容器：环保要求、安全要求； 由于高参数所研发的容器：复合材料、缠绕容器,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、成形技术 结构形式：锻焊结构、板焊结构、多层包扎、带缠绕、丝缠绕； 装备能力：大型压机、卷板机、火焰（水）切割机械、坡口加工、起吊旋转装备； 大型设备的现场组对和公差控制技术。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、成形技术,承压设备技术进展,承压设备技术进展,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、焊接技术 焊接机械：计算机控制参数的等离子焊、激光焊等；

12、 焊接辅助机械：全位置变位器、激光定位系统 焊接方法：多丝焊接。 层出不穷的焊材和焊剂。 总体发展趋势：提高效率、质量和改善劳动环境状况,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、检测技术 以计算机应用为代表的传统无损检测技术：RT实时成像技术；UT数字超声、TOFD ； 新兴的检测方法：电磁方法、红外方法、导波、远场涡流、声发射等； 缺陷评价技术：计算机辅助评价、多方法综合评价。 技术发展方向：模拟数字专家系统；提高检测的可靠性、提高效率；全面提高，重点在超声。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、检测技术 以计算机应用为代表的传统无损检测技术：

13、RT实时成像技术；UT数字超声、TOFD ；,可重复使用胶片数字成像射线检测技术(CR) 数字射线实时成像检测技术(DR),中国承压设备技术进展 及法规标准体系,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,是超声波检测方法的一种，使用微型探头阵列产生超声波束， 由电子控制每个阵列单元，通过单个阵列探头产生许多的波束。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,脉冲涡流腐蚀检测的基本原 理是一个外加的电磁脉冲信 号在金属内部可以产生一个 涡流信号，此涡流随着时间 的延长而逐渐消失，对于不 同厚度的金属材料，其持续 时间是不同的，通过测量持 续时间可以计算出金属材料 的厚度。,、检测技术 新兴的检测方法：电

14、磁方法、红外方法、导波、远场涡流、声发射等；,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,、检测技术 新兴的检测方法：电磁方法、红外方法、导波、远场涡流、声发射等；,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,二、承压设备技术进展 、检测技术 缺陷评价技术：计算机辅助评价、多方法综合评价。 技术发展方向：模拟数字专家系统；提高检测的可靠性、提高效率；全面提高，重点在超声。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,三、中国的法规标准体系 中国法规标准国际化趋势 法规标准体系适应经济高速发展的趋势,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 趋同性： 信息技术的高速发展，使世界范围内的先

15、进技术迅速普及，围绕锅炉和压力容器技术发展的先进技术标准也必然为技术的使用者所接受； 因此世界范围内的锅炉和压力容器技术要求正在向统一的方向发展。特别在材料要求、设计方法、焊接工艺和无损检测等技术领域，统一要求的趋向明显。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 趋同性： 欧洲国家已经统一了材料、焊接工艺评定和焊工考试规则以及无损检测人员考核和无损检测技术标准。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 区域性： 由于历史的原因和贸易区域的原因，目前已经形成了以北美国家、以日本为代表的亚洲国家所形成的ASME体系和欧洲的PED及其协调标准体

16、系的区域性格局。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 区域性： 固定式压力容器： 北美：各州法律规定： ASME Section Division 1,2,3 欧洲：PED(97/23/EC );简单压力容器指令 PD5500 2000; AD-M2000; CODAP 2000; EN 13445,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 区域性： 移动式压力容器: 国际：IMDG; 北美：DOT; 欧洲： 99/36/移动式压力容器基本要求 ； 94/49/EC 铁路运输危险物质规定 ； 94/55/EC 公路运输危险物质规定 ；

17、ADR 关于在国际公路上运输危险货物的欧洲协议 ;,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 区域性： 锅炉: 北美： ASME Section ; ASME Section 。 欧洲： EN 12952 Water-tube boilers and auxiliary installations EN 12953 Shell boilers,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 相容性： 尽管世界上的各国的技术标准的技术内容和具体技术指标不完全相同，但各国都把自己的标准与其它国家标准相容作为目标，以实现标准的互相认可和促进贸易的发展。

18、ASME在1999年进行一个研究项目，对PED进行彻底分析，并将PED的ESR与VIII-1对设计、建造和行政管理的要求进行系统的比较，证明ASME标准增加一些内容以后就可以满足PED的要求。 法国目前在进行工作，研究制订CODAP适应中国基本安全要求的技术性措施。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 贸易性： 标准是国际贸易规则的组成部分和贸易纠纷仲裁的重要依据； 主宰国际标准将有利于获得巨大的市场份额和经济利益； 实施国际标准化战略的实质是争夺国际市场的控制权。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,标准和技术法规的和谐统一问题 经济性： 技术标准的总体技术

19、发展方向： 降低安全系数； 提高生产效率； 节约能源和资源； 实现产品安全和经济性的和谐统一。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,实现安全法规和技术标准之间的相互协调： 国家的安全法规是国家为保证锅炉和压力容器产品的安全而设立的强制性法规，在任何其管辖范围内的产品都必须遵守它的安全原则； 技术标准应该是推荐性的，规定保证锅炉和压力容器安全所相应的产品质量技术指标。标准所规定的技术指标应该符合技术法规的安全原则，可以指导锅炉和压力容器的设计、建造、检验和验收，是锅炉和压力容器产品建造和贸易中的技术评价平台。 因此，技术标准与技术法规应该是总体协调的，但在作用和关注重点方面是有区别的。,中国承

20、压设备技术进展 及法规标准体系,原则性和工程性： 安全技术法规 规定所管辖的产品的最基本的安全要求（ESR ESSENTIAL SAFETY REQUIREMENTS），因此是原则性要求; 安全法规的数量很少，管辖的范围很宽； 技术标准 除了要符合安全技术法规的基本要求之外，还要规定在工程上满足基本安全要求的具体方法和合格指标。 与安全技术法规配套的协调标准很多，涉及到材料、设计计算方法、成形、焊接、无损检测、压力试验、包装运输等一系列技术标准内容。 为实现安全技术法规的原则提供具体的实现途径、技术方法和合格指标,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,稳定性和时效性： 国家的安全技术法规是国家

21、的行政法规的一部分，其内容的相对稳定不变对行业的安全管理有利； 而协调标准是实现产品安全质量的技术规则，要与时俱进适应技术的发展，随时反映行业的综合能力和相应技术的进步。,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,在标准中及时体现先进技术的应用 标准（CODE）：规定了压力容器设计、制造、检验和验收所遵循的基本要求； 标准案例（CODECASE）：给出了超出标准范围的应用案例，如新材料、新结构、新的无损检测技术等在压力容器的特定应用，对继续使用这类新技术有参考借鉴作用；,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,在标准中及时体现先进技术的应用 标准解释（INTERPRETATION）：针对特有的应用咨

22、询，解释标准条款的含义和技术指标的应用范围； 公告（BULLETIN）：以研究报告的形式，对标准技术内容进行扩展。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,锅炉压力容器的使用范围广、数量多、工作条件和失效原因复杂，发生事故后所造成的危害程度各不相同。 按风险工程的概念，承压设备的危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。 危害程度愈高，锅炉压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此，需要对锅炉压力容器进行合理的分类，按相应的类别分别制订产品的技术要求和管理要求。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,一、分类的基本原则 （1）按设备的压力危害程度

23、分类 （2）尽可能与先进的国际规则接轨 （3）为保持法规的连续性，将锅炉压力容器分为、三类 （4）对于压力危害很低的锅炉压力容器不分类,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （1）介质 介质分为第一和第二两组。 第一组由危险性介质组成，包括：毒性程度为极度危害、高度危害和中度危害的化学介质；爆炸危险介质；高氧化性流体。 第二组由第一组以外的流体组成，如水蒸汽等。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （1）介质 介质毒性危害和爆炸危害程度系指设备在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸，或因泄漏引起职业性慢性危害的严重程度。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分

24、类时考虑的因素 （1）介质 毒性程度 综合考虑急性毒性和最高容许浓度。 极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3； 高度危害最高容许浓度0.1-1.0 mg/m3; 中度危害最高容许浓度1.0-10.0 mg/m3; 轻度危害最高容许浓度大于等于10.0 mg/m3。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （1）介质 爆炸危害程度 爆炸危险介质系指气体或液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于等于20%的介质。 详见GB5044-85职业接触性毒物危险程度分级、HG20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分

25、类,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （1）介质 高氧化性流体 GB13690-92常用危险化学品的分类及标志将危险化学品分为爆炸品，压缩气体和液化气体，易燃液体，易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品；氧化剂和有机过氧化物；有毒品；放射性物品和腐蚀品。高氧化性流体指氧化剂和有机过氧化物。处于高氧化态、具有强氧化性、易分解并释放出氧和热量的物质；有机过氧化物是指分子中含有过氧基的有机物，本身易燃、易爆、易分解，对热振动或者摩擦极为敏感。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （2）压力 对于压力容器，系指设计压力，即设定的容器顶部压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷的条

26、件，其值不得小于容器的最高工作压力。对于锅炉，系指额定蒸汽压力或者出水压力。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （3）容积 容积是指压力腔的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公差），且不扣除内件体积（但应扣除与容器永久性连接的内件体积），并经圆整后的容积。 永久性连接是指只有通过破坏方式才能分开的连接。 此点应该讨论，有些内件如:填料或反应催化剂等占了相当大的容积比例。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 （4）安装场地 一级场地 学校、医院、商场、车站、机场和其他公共场所等人员聚集的地方。（应该有指标的定义： 人数/平方米） 二级场地 除一级场地以

27、外的地方。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,二、分类时考虑的因素 根据上述信息，确定分类图号；然后在选定的分类图中，根据设备的压力（表压）P（单位MPa）和容积V（单位为L），标出坐标点，确定锅炉压力容器的类别。 安装在一级场地的锅炉压力容器，属于类的设备应划为类，属于类的设备应划为类。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,三、锅炉压力容器分类 （一）压力容器 1、介质为气体、液化气体、压力溶解气体以及在最高工作温度下蒸汽压大于0.1 MPa(表压)的液体：,（1）对于第一组液体，容积大于1L，且设计压力与容积的乘积大于2.5MPa.L,或者设计压力大于10MPa的容器，分类见图1；,（2）对于第二组液体

28、，容积大于1L，且设计压力与容积的乘积大于5MPaL,或者设计压力大于100MPa的容器，分类见图2。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,三、锅炉压力容器分类 （一）压力容器 2、介质为最高工作温度下蒸汽压不大于0.1MPa (表压)的液体：,（1）对于第一组液体，容积大于1L，设计压力与容积的乘积大于20MPaL,或者设计压力大于50MPa的容器，分类见图3；,（2）对于第二组液体，容积大于10L，设计压力与容积的乘积大于1000MPaL,或者设计压力大于100MPa的容器，分类见图4。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,三、锅炉压力容器分类 （二）锅炉 锅炉是用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体

29、加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备。蒸汽锅炉、额定出水温度大于及等于120的热水锅炉，按图5分类。额定出水温度小于120且额定热功率大于等于0.1MW的热水锅炉，以及有机热载体锅炉，均划为I类。,蒸汽锅炉、额定出水温度大于及等于120的热水锅炉，按图5分类。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 1、介质分类 67/548/EEC将介质划分为10类：爆炸品、氧化剂、极度易燃、高度易燃、有毒品、剧毒品、腐蚀品、有害品、有刺激性物品和对环境有害物品。 97/23/EC依据67/548/EEC将流体分为第一类和第二类流体，分类实施比较方便。 而我国GB13690-92常用

30、危险化学品的分类及标志的分类与HG 20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类相差较大，建议将两者合并，形成统一的介质分类标准。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 1、介质分类 我国特种设备安全监察条例按照介质、压力、容积（或公称直径）来界定压力容器。这种分类方法具有简单、操作性强等优点，但未能很好地根据压力危险程度提出安全基本要求，也将一些压力危险程度高的压力容器排除在安全监察范围之外,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 1、介质分类 介质为液体的高压、超高压容器所储存的能量可能远大于介质为气体的低压容器。例如：容积为15m

31、3的压力容器，介质为20MPa高压水时的TNT当量为28.9kg,而介质为1MPa压缩空气时的TNT当量为4.5kg。 建议我国也将介质为液体的压力容器纳入安全监察范畴。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 2、关于安装场地 承压设备的压力危险程度，除与压力、容积和介质危害性有关外，还与其安装场地的人口密度等因素有关。 对于安装在一级场地的锅炉压力容器，采用了提高自身安全度来保证其周围人员和建筑物安全的理念。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 3、关于容积下限 特种设备安全监察条例只对压力和容积的乘积规定了下限，即2.5 MPa.L。 按此规定，容积很小的超高压容器也列入了安全监察范围，给容器的界定带来困难。建议结合介质的类型，确定容积下限。,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 4、关于小型容器（锅炉） 小型容器（锅炉）不划分类别。作为简单锅炉和压力容器处理,锅炉压力容器分类（讨论稿）,四、需要进一步探讨的几个问题 、关于容器的压力下限 中国：0.1MPa; 欧洲：0.05MPa; 美国： 0.1MPa 是否考虑按欧洲：0.05MPa？,中国承压设备技术进展 及法规标准体系,Questions? 谢谢！,