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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。 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
2、 于19 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》, 到当前为止, 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
3、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ASME Ⅷ) 。《压力容器》又分为两个分册, 即常规设计分册( 简写为ASME Ⅷ-1) 和分析设计分册( 简写为ASME Ⅷ-2) 。 ASME Ⅷ-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。 AS
4、ME Ⅷ-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
5、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/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
6、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。
7、 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) ; 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
8、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进。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
9、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、 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
10、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它類型 者為高, 也仍是值得警惕的。 隨著我國經濟之發展以及台商
11、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 █ .12 /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, 不论是程序上或 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
12、 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
13、個案核 准。 ● 屬於國內製造之壓力容器設備, 須 輸出設立於她國境內使用之新、 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, 一者讓工業界能够有一 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:
14、 (1) PD 5500 (Specification for Un- fired fusion welded pressure ves- sels, BS 5500) [9] (2) 日本JIS B8265[10]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. 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
15、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 / .12 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「最高能够承受之壓 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 計溫度在潛變範圍內, 同時保存壓力
16、 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
17、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
18、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℉ (98.89℃)。 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 00 Btu/hr (2) 水溫為210℉ (98.89℃) (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
19、ASME Section VIII div.1 所規範的壓 .12 /工業安全衛生月刊 37 力容器是受壓不超過 3000 psi (20.7 MPa) 的壓力容器, 超過3000 psi 時務 必參閱更高壓的設計規範(如 div.2 或 div.3)。 二、 壓力容器之範圍 CNS 9788、 JIS B 8265或是 JIS B 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 C
20、NS 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 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
21、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, Div.1 所 規定的是受壓不超過 3000 psi (20.7 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
22、 參、 壓力容器之設計 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 / .12 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
23、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 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」 ) 。另外, 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
24、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 部之腐蝕能够不同, 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 J
25、IS 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
26、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 壓力及設計溫度下, 所需之板厚大小 .12 /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
27、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; 而在計算厚度的求解上, 若
28、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 Div.1 與 CNS 第二、 三種容器計算方式相同, 而 JIS B8266 與ASME VIII Div.2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 Div.2 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
29、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: 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
30、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)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在螺栓固定凸緣不论第 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
31、規定, 但 40 工業安全衛生月刊 / .12 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)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,
32、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 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 1.25%, 無如 CNS 9788 第 8.9(5)節 之相關規定
33、 其餘內容與 CNS 規範 相同。JIS B 8266無如 CNS 9788 第 8.9(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在接頭之非破 壞試驗的規定項目,
34、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, AS
35、ME 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, 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 .12 /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 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
36、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, 因此大致可 對應至CNS 第一種容器; 就胴體設計 厚度而言, 以相同的設計條件下, 圓 筒形胴體的設計公式和CNS第一種容 器是相同的, 但球形胴體的厚度就較 CNS 為大; 而其它端板的厚度值就不 大一樣。也許與 BS 沒有針對設計壓 力所做的容器分類有關。 基本上, 本案範疇之幾種規範, 對壓力容器之規範, 如果考慮相同
37、之 壓力範圍區間內, 其實是大同小異, 也因為如此, 我國之 CNS 是單一規 範, 但於規範內以壓力為基準, 加以 區分不同之壓力容器, 可是, 鄰近的 日本已經將它分成兩個規範─JIS B8265 及 B8266, 可是如果仔細地比 較後, 其實JIS 之兩種壓力容器規範, 其實能够類比於我國的 CNS。各規範 詳細之壓力適用範圍, 可參考本文之 圖 1, 各國法規依設計壓力之分級。 因此, 依據圖 1, 無法單純地訂立國 外規範適用於國內之通則, 反而應就 各該壓力容器設計製作之國外規範與 壓力範疇等, 以個案分別處理較佳。 另外, 如果就各規範對壓
38、力容器 之計算板厚來看, 對圓筒形胴體板厚 之設計要求, 幾乎都相同; 然而, 在 端板或非圓筒形胴體板厚方面, 則有 相當大之差異, 其中又以BS PD 5500 與 CNS 之差異最大, 幾乎均高於 CNS 之要求。另外, 由比較分析來看, ASME VIII, div. 1與JIS B8265和CNS 第二、 三種容器在設計公式上, 除了 在圓錐形胴體的補強及部份厚度的計 算上略有不同外, 其餘幾乎相同; 而 JIS B8266 和 CNS 第一種容器在設計 公式上也幾乎相同。 進一步檢討 BS 與 CNS 之比較 後, 又發現其有部份計算公式卻與 CN
39、S 第一種容器者相同, 故將 BS 有 關計算厚度公式部份將與CNS第一種 容器之規範進行比較, 以相同計算條 件( 設計壓力、 材料容許應力等) 情 況下, 計算厚度可能有和CNS 完全相 42 工業安全衛生月刊 / .12 同、 幾近相同或較大、 也可能略小, 因此在指定標準或使用 BS 公式上須 特別注意。 在最小厚度方面方面, 日本 JIS B8265 幾乎同CNS 第二、 三種容器對 胴體、 端板之計算厚度, JIS B8265在 使用高合金鋼及非鐵金屬的情況下, 規定之最小厚度僅較 CNS 小 0.1 mm, 若使用碳鋼及低合金鋼則
40、同CNS 第二、 三種容器為2.5 mm; 而ASME 不论材料與製造方式, 厚度至少大於 1.6 mm 即可; 另外, JIS B8266則同 CNS 第一種容器規定; 然而, 怪異的 是BS 則無此最小厚度規定, 僅依照其 各部位厚度之計算公式規定即可。詳 細之比較歸納, 如表 2所示。 在規範設計負載方面, 由於各國 地域屬性不同, 因此對壓力容器之負 載之規定差異頗大, 例如, CNS 並沒 有檢討雪負荷之考量要求, 可是對颱 表1 各國法規針對胴體、 端板計算厚度之比較表 法規 計算部位 JIS B 8265 JIS
41、B 8266 BS ASME Sec. VIII, div. 1 圓筒形胴體 = CNS 2, 3 = CNS 1 = CNS 1 = CNS 2, 3 球形胴體 = CNS 2, 3 = CNS 1 = CNS 1 = CNS 2, 3 全半球形胴體 = CNS 2, 3 = CNS 1 = CNS 1 = CNS 2, 3 碟形端板 = CNS 2, 3 = CNS 1 < CNS 1 = CNS 2, 3 正半橢圓形端板 = CNS 2, 3 = CNS 1 > CNS 1 = CNS 2, 3 補強有效面積
42、 Differ from CNS = CNS 1 Differ from CNS = JIS B 8265 圓錐部份 (無彎緣時) = CNS 2, 3 = CNS 1 = CNS 1 = CNS 2, 3 圓錐部份 (有彎緣時) = CNS 2, 3 = CNS 1 Differ from CNS < CNS 2, 3 圓 錐 形 端 板 彎緣部份 = CNS 2, 3 = CNS 1 Differ from CNS = CNS 2, 3 表 2 各國壓力容器法規規定之最小厚度( 單位:
43、mm) 法規 使用材料 CNS 1 CNS 2, 3 JIS B 8265 JIS B 8266 BS ASME 碳鋼及低合金鋼 6 2.5 2.5 6 高合金鋼及非鐵金屬 3 1.6 1.5 3 調質高強度鋼 − 6 − − 依公式 規定 1.6 .12 /工業安全衛生月刊 43 風( 或風壓) 、 地震之要求與檢討, 是 不可缺的; ASME 則僅以草草之幾行 規定交代一下而已。另外, 對壓力容 器應設置安全設施, 如安全閥、 檢查 孔等, ASME 也沒有詳細之訂定,
44、反 而是我國及日本者最為詳盡。 總之, 若就各規範之設計考量方 面, 如果未來指定外國規範標準時, 似無法定出一通則, 反而需針對各該 規範標準, 詳細比對與比較, 至少在: (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」 。 二、 製造與檢驗方面 由於壓力容器之製造, 與焊接及 其檢驗有密不可分之關係, 研究各國 之規範, 對壓力容器之「焊接」規定 大體上是相當的, 不過就內容條文來 看, 我國之 CNS 對
45、焊接技術工人仍 有比較強建之規定; 因此, 未來指定 標準時, 為保障以指定標準製造之壓 力容器, 仍有水準以上之品質, 應就 該容器要求其製造與檢測之品管等相 關文件。事實上, 這些文件也都是我 國之製造商在出口壓力容器時, 所必 須附送之技術文件, 因此, 如果以指 定標準製造之壓力容器, 自然也應滿 足這些下限要求。 總之, 就研究比較這些國外之壓 力容器規範後, 本案歸納之結論認 為: 「無法歸納出簡單之指定參考原 則」 , 必須改以針對該國外標準仔細比 較後, 才可指定該標準, 否則本研究 認為, 基於檢查與管理方式之不同, 撇開政府公權力不談,
46、 若僅認為以國 外構造規範所製造之壓力容器就能够 「適用」於我國, 是不正確的。 另外, 除 ASME外, 各國之規範 對替代設計分析方法( 如有線元素 FEM 等電腦輔助分析) 之接納程度, 似並不高, 我國之 CNS 也沒有相關章 節, 未來是否有更多設計製造之分析 會引用商用軟體之分析結果, 夾帶在 指定標準內, 將可能會帶來更複雜的 問題。 參考文獻 1. 曹常成, 民國 84 年; 危險性機械 設備災害分析暨安全防護現況— 調查壓力容器, 勞工安全衛生研究 所研究報告, IOSH84--S335。 2. , 勞工安 全衛生研究所網頁資訊
47、 3. 勞工安全衛生設施規則, 中華民國 九十年十二月十二日; 行政院勞工 委員會台九十勞安二字第零零六 零四一二號令修正發布, 勞工安全 衛生研究所 . 中国压力容器体系有以GB150《钢制压力容器》为代表的技术标准和以《压力容器安全技术监察规程》为代表的安全监察法规组成。压力容器设计、 制造、 安装、 使用、 检验、 修理和改造的全过程都同时执行技术标准和安全监察法规, 二者相辅相成, 构成中国压力容器标准的完整体系, 确保压力容器产品的安全。 中国压力容器标准主要是政府牵头, 由设计、 制造等单位参与起草、 修订, 最后由政府颁布, 是强制性技术标准、 法规, 具有
48、法律效用。ASME规范是由制造厂、 用户、 保险商等单位参与, 属于行业协会颁布的标准, 只有在地方政府的安全监督部门以法律形式认可情况下才能成为法定的控制产品质量的技术法规。 中国压力容器标准在编制和修订过程中主要参照了ASME, 同时还借鉴了其它发达国家的压力容器标准, 如BS 5500等。中国压力容器标准中大部分要求与ASME规范相一致, 部分虽与ASME规范要求不一致, 但要求更加严格, 其主要区别见表2: 表2: 中国压力容器标准与ASME的主要区别 项目 中国压力容器标准 ASME-VIII-1 压力容器分类和分级 根据压力、 介质、 压力和容积乘积的
49、值划分为I、 II、 III类, 在类中根据容器的用途, 型式又分为若干级。 不分类、 分级。 压力容器设计许可证 要求单独领设计许可证, 许可范围与制造许可证一样有强制性的要求。 不要求单独领设计许可证, 取得制造许可证后, 就可进行压力容器的设计。 压力容器制造许可证 要求。按级别领取制造许可证。如获得BR1级制造许可证, 只能制造GB150中符合BR1级条件的压力容器, 而不是GB150中的全部压力容器。 要求, 但允许制造的范围很广。如获得U-1钢印, 就能够制造符合ASME-VIII-1的所有压力容器。 制造质量保证体系人员要求 对体系人员有强制
50、性的要求, 如学历、 职称、 从事本岗位工作年限等。 对体系人员没有强制性的要求。由制造厂自行掌握, 保证产品质量达到规范要求即可。 设计质量保证体系人员要求 对体系中各责任人员有强制性的要求, 如学历、 职称、 从事本岗位工作年限等。设计审核人员必须持有政府部门颁发的资格证书。 同上 对设备的要求 对制造压力容器的设备规格、 数量有强制性的要求 同上 对焊工的要求 对焊工数量及资格有强制性要求, 焊工必须持有国家权威机构颁发的资格证书。 对焊工数量无要求, 对焊工资格需公司自己组织考试, 经公司授权批准就可发证。 对无损检测人员的要求
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