ASME和锅炉压力容器标准的全球化

ASME和锅炉压力容器的全球化 陈 登 丰 ASME and Global Standardization of Boiler and Pressure Vessel Standards 本文从宏观高点评述二十世纪末和二十一世纪初锅炉压力容器法规和标准的现状和发 展趋势，指出锅炉压力容器管理科学和技术前沿的一些课题。写作本文的企图是为我国锅炉 压力容器界的同行们介绍在当今经济全球化的汹涌大潮中锅炉压力容器标准的形势和我们 所面临的挑战。由于本文较长，涉及面很广，特分为以下七个部分： 一． 锅炉压力容器标准的形势 二． 锅炉压力容器标准全球化的艰巨历程 （1） 上个世纪 ASME 锅炉压力容器规范的辉煌时代 （2） 欧洲新方法指令的出现和 ASME 应对 PED 的策略 （3） ASME 另辟蹊径，ISO/TC11 取得的成果和 ISO/TS 16528 的出台 三． 美国和 ASME 标准全球化的政策 四． 国际标准的原则 五． ISO/CD TS 16528:2004 锅炉压力容器规范和标准取得国际承认的注册 六． 现代锅炉压力容器标准的结构和模块化 七． 锅炉压力容器现代化的热点-无须进行应力分类的分析设计 一． 锅炉压力容器标准的形势 自从上个世纪我国实行改革开放政策和本世纪初进入世贸组织以来，我国锅炉和压力 容器行业和标准遭遇过二次大的挑战，现在又正在面临第三次挑战。第一次挑战在上个世纪 80 年代，即被视为进入国际市场通行证的 ASME 授权证书和钢印的挑战。应对这次挑战， 通过近二十年的努力，我国已有 110 多家厂商取得了 ASME 授权证书。其中中国石化集团 南化公司化工机械厂 1986 年取得 ASME 证书，到 2004 年已经与美、德、日、法、意、韩 等国著名跨国工程公司合作、累计按照 ASME 规范设计制造了 300 多台压力容器产品。第 二次是欧盟 PED 指令和 CE 标志对我们的挑战，这次挑战对我们的启示是：ASME 授权证 书不再是万能的灵丹妙药，锅炉压力容器进入欧洲市场必须有 CE 标志认可。应对这一次挑 战，二年多来，捷报频传，继太钢不锈钢产品获得欧盟 CE 标志后，温州东方轻工实业有限 公司出口欧盟的打火机在 2003 年 7 月应诉欧盟“CR 法规”（Child Regulation）和“反倾销 调查”，获得全面胜利。2004 年浙江出口的机电产品已有 54%取得 CE 认证。但全国锅炉压 力容器打 CE 标志出口欧盟的还不多，大约有十几家左右，例如：上海森松、杨园、卡莱、 苏阀、锦西化机、广东福斯特-威勒等。现在我们所面临的第三次挑战是 ISO /TS 16528:2004 锅炉压力容器规范和标准取得国际承认的注册问题。前二次挑战对我国影响最大的是锅炉压 力容器制造厂家，最近这一次挑战矛头所向是直接针对我国的国家标准。居安思危, 全国锅 炉压力容器标准化委员会秘书长寿比南先生说：“未来 5 年将是我国压力容器企业进军国际 市场的关键时期，而我国产品能否进入国际市场的必备条件是我国压力容器标准能否成功地 解决国际承认的注册问题。” 审视这三次挑战, 它不仅仅是针对我国的，也冲击了全球的锅炉压力容器制造业，反映 了世界多极化和经济全球化这个大局所带来的变化。 据国内权威人士的研究，未来全球贸易和投资的基本格局将是由三大区域组织所决定， 一是美洲自由贸易区（FTAA, 2006 年 1 月 1 日将正式建立），34 个国家、8 亿多人口、10 万亿美元产值，将成为世界最大的自由贸易区；二是欧盟（EU），1957 年罗马条约成立， 历经 1973、1981、1986、1995、2004 年五次扩大，现有 25 个成员国，人口 4.56 亿，是一 体化最完整的区域组织；三是亚太经济合作组织（APEC）1989 年 11 月成立。含中、日、 韩、美、加、俄罗斯等 21 个成员国，人口 26 亿，占世界人口三分之一强，占世界 GDP 的 60%，贸易的 67%。是世界最具活力的地区。三大经济区域的确立将左右经济的全球化。经 济全球化的实质又是以发达国家为主导，跨国公司为主要动力的世界范围内的产业结构调 整。它体现在一些产业的整体转移和同一产业的一部分生产环节的转移。过去，产业结构的 调整大多在一国之内进行，这种调整的代价比通过经济全球化过程进行的更高，时间更长。 有人说经济全球化是货物、服务、生产要素更加自由地跨界移动，各国经济相互依存、相互 依赖、更加一体化的过程。由于制造技术更新的加快，零、部件和生产过程具有越来越明显 的可分性，同一种产品可以同时分布在十几个、几十个国家生产，发挥每个国家技术、劳动 力、成本等优势（波音飞机的零部件来自十几个国家和地区；锅炉压力容器也一样）。我国锅炉压力 容器行业也正在经历着这一世界范围的产业结构调整（宜兴北海封头公司，上海森松压力容器公 司，上海卡莱不锈钢设备有限公司，北京巴威公司，北京颇尔过滤器公司，巴伯科克-日立东方锅炉有限公 司，大连日立宝原机器设备公司，福斯特-惠勒动力机械有限公司，杭州富尔顿热工设备有限公司，…..）。 根据国内经济学家的研究，目前中国经济已经是全球经济的一部分，中国经济与全球经 济的相互依存度越来越高。举例来说吧，央行在 2004 年 10 月 28 日突然宣布加息 27 个基点 （0.27%），消息一出，道琼斯工业指数、日经平均指数、伦敦市场 FTSE l00 指数争相下跌。 特别是伦敦金属交易所的基本金属期货市场纷纷"跳水"，铜价一度大幅下挫 70 美元，跌幅 达 2.43％。为什么人民币利率提升会引起全球市场如此巨大的反响呢？因为：世界市场从人 民币利率提升得到的信号是：中国货币政策要进一步紧缩，中国经济可能会放缓，全球各金 融市场预期来自中国的商品需求可能减缓。故股票市场上一些向中国出售原料的企业股应声 下跌。又如：根据近 5 年来有关数据分析显示，美国经济每下降 1 个百分点，世界经济至少 下降 0.4 个百分点；而世界经济每变动 1 个百分点，我国的外贸出口就同向变动 10 个百分 点。 作者从经济全球化与标准的关系研究，得出对经济全球化起促进作用的世界性组织主要 有三个：UN，WTO，ISO；其次 OECD。 （1）UN（联合国）- 191 个成员国。UN 的千年宣言和目标是消灭极端贫困和饥饿。 UN 在影响世界锅炉压力容器法规和标准方面的最大贡献之一是“危险品运输范本法规 （model regulations）”，它直接影响到危险品各种运输模式（铁路、公路、内陆河流运输、 海运和航空运输，以及多式运输和跨界运输的）移动式压力容器的管理。 （2）WTO（世贸组织）- 148 个成员国+30 个观察员国家。WTO 的消除贸易技术 壁垒（TBT）的协议：承认标准和合格评审（CA）的重大作用；禁止在贸易上设置不必要 的障碍；鼓励向发展中国家进行技术转让；在贸易中优先采用有用的国际标准（useful international standards），是 ASME 规范、PED-EN13445 和 ISO16528 标准的强力支持者。 （3）ISO（国际标准化组织）- 146 个成员国家的标准化组织。ISO 新任秘书长艾伦. 布赖登（Alan Bryden）认为：从事标准化必须具有远见卓识，必须把“质量”、“生态”、“安 全”、“经济”、“可靠性”、“兼容性”、“可解释性”、“效率”以及“有效性”这些重要准则转 化到产品和服务的属性中。标准化就是上述远见卓识和行动的结合。现在和未来的岁月 ISO 将以这个理念向前迈进。目前 ISO 有 14000 多个标准，200 多个制定国际标准的技术委员会 （TC）。每个 TC 都有其战略规划。TC11 锅炉压力容器技术委员会目前虽还没有一个 ISO 标准（上个世纪 70 年代曾经有过的几个 ISO 标准也全部被撤消。对比其姐妹技术委员会 TC58，即高压气 瓶技术委员会有 60 多个 ISO 标准），但目前正在 ASME 的推动下出版了 ISO/TS 16528。 （4）OECD（经济合作与发展组织）- 20 多个成员国。西方主要资本主义国家协调 经济和社会政策的国际组织。宗旨是促进成员国经济和社会的发展，推动世界经济增长；帮 助成员国政府制定和协调有关政策，以提高各成员国的生活水准，保持财政的相对稳定；鼓 励和协调成员国为援助发展中国家作出努力，帮助发展中国家改善经济状况，促进非成员国 的经济发展。 二．锅炉压力容器标准全球化的艰巨历程 经济全球化必然带来标准的全球化（包括标准语言的国际化和一种母语的多种译本问 题，例如：欧盟法规和标准的母语是英语，但同时还出法语和德语两种译本。欧盟各个成员 国还要翻译成本国的语言，因此，翻译费用的支出非常庞大。）在标准全球化的过程中进行 着激烈的竞争。已故台湾企业家温世仁在 2003 年北京科技论坛上说：这个世界开始时是生 产力的竞争，后来是技术力的竞争，再就是知识产权的竞争，今日和未来是标准之战。以下 分三个小题描述锅炉压力容器全球化的历程：（1）上个世纪 ASME 锅炉压力容器规范的辉 煌时代；（2）欧洲新方法（New Approach）指令的出现和 ASME 应对 PED 的策略；（3）ASME 另辟蹊径，ISO/TC11 取得的成果和 ISO/TS 16528 的出台。 （1）上个世纪 ASME 锅炉压力容器规范的辉煌时代 ASME 是一会员制的民间组织, 成立于 1880 年。现有约 125000 名会员，每年平均举 办 50 次会议。1984 年出版第一部规范；1914 年颁布锅炉规范（即现在的第 I 卷）和第一个 ASME 标志（锅炉 S）；1969 执行第一个质量评审程序；现有 600 个技术标准；15 个合格评 审程序（conformity assessment programs）、25 个合格标志；认可的锅炉压力容器制造商近 5000 家（国内 3500，国外 1500）遍布 80 多个国家；ASME 锅炉压力容器规范成为事实上 的被承认的国际标准（在 ASME 规范封面上写着“ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE，AN INTERNATIONAL CODE ”）。ASME 规范被大部分美国的州和加拿大的省所采 纳，成为强制性法规。这是技术法规和民间标准机构制定的标准和谐一致的范例，已有百年 多历史。 （2） 欧洲新方法（New Approach）指令的出现，形势大变，ASME 应对 PED 的策 略 从 2002 年 5 月 30 日开始，凡进入欧盟市场的压力设备产品 (包括锅炉、压力容器、 压力管道和阀门等) 都必须受欧盟新方法指令，即压力设备指令（PED）的管辖，必须取得 CE 标志。欧洲是美国的最大市场，ASME 规范标志从此失去在欧洲市场通行证的作用，失 去了昔日的部分辉煌，ASME 和 PED 各占半壁江山。（JIS 异军突起，目前大部分 JIS 标准 都有英文版，在日文母语版出版后大约半年内即可见到英文版，除在日本可买到外，在美国 ANSI 也可买到，压力容器方面的标准主要有 10 个：JIS B 0721:2004 零件加工边缘的质量 和等级，JIS B 8265:2003 压力容器建造 – 一般原则，JIS B 8266:2003 压力容器建造的另一 标准，JIS B 8274:2003 压力容器平管板，JIS B 8277:2003 压力容器膨胀节（参见 VIII-1 的 附录 26），JIS B 8278:2003 鞍型支座卧式容器，JIS B 8279:2003 压力容器夹套（参见 VIII-1 的附录 9），JIS B 8280:2003 非圆截面压力容器（参见 VIII-1 的附录 13），JIS B 8284:2003 压力容器快开盖（参见 VIII-1 的 UG-35.2），JIS B 8285:2003 压力容器焊接工艺评定试验（参 见 ASME IX）等，详见附录（JIS 的 10 个压力容器标准可看作是 10 个大的模块）。JIS 压力 容器标准与 ASME 规范非常近似，虽尚不能与 ASME、PED 抗衡。但世界上支撑压力容器 规范的研究机构日本已有一席之地：美国的压力容器研究会（PVRC），欧盟的欧洲压力设 备研究会（EPERC）和日本的日本压力容器研究会（JPVRC），成三雄鼎立的态势。 PED 的核心部分是安全基本要求（ESR，ESSENTIAL SAFETY REQUIREMENTS）， 它又分为三个部分，设计安全基本要求，制造安全基本要求和材料安全基本要求。ESR 也 是全球所公认的、现代锅炉压力容器标准技术要求的基础。PED 的基本原则是： 1）评价是否符合指令的要求，只限于指令中的 ESR。 2）只有符合 ESR 要求的产品才能投放市场和投入使用。 3）应认为在欧洲官方公报上公布的技术标准（又称欧洲标准或和谐标准）是符合 ESR 的。 4）制造商选择哪个技术标准是自愿行为，可自由选择符合 ESR 的任何技术解决。 5）制造商可在指令规定的不同符合性评审程序之间进行选择。 PED 和与之配套的《EN 13445 压力容器建造规范》的出现，是对 ASME 的挑战，为此， ASME 提出“VIII-2 规范现代化” 的口号。把如下 5 项对 VIII-2 的修订，作为与 EN 13445 进行抗衡的措施。这 5 项措施都属于压力容器技术前沿： 1. 基于局部应变失效的新的设计方法。这种方法不采用应力分类方法。日本开发出 类似方法，简称 CYA（CYCLIC YIELD AREA），或循环屈服区准则。 2. 采用有限元法和载荷阻力系数设计（LOAD RESISTANCE FACTOR DESIGN， LRFD）概念的新的弹塑性设计程序。载荷阻力系数设计概念最初用于飞机设计，近年来对 近地风特性及各种风致振动机理及破坏模式也广泛采用风洞进行模拟试验。从而像汽车、大 跨度桥梁、高层建筑这类设计必须采用风洞进行设计。压力容器中高耸塔器结构也是高层建 筑，如何进行抗风减振和振动控制，采用风洞进行设计将成为必然趋势。 3. 基于弹塑性有限元分析评定疲劳寿命的新的方法。20 世纪理论和应用力学十大 进展第一是有限元方法，第二是断裂力学，都在压力容器技术中得到应用。断裂力学从线弹 性断裂力学，以疲劳裂纹扩展公式预测疲劳寿命，J 积分，发展到以弹塑性断裂力学理论评 定疲劳寿命，又进入一个新的阶段。 4. 基于网格不敏感结构应力（MESH INSENSITIVE STRUCTURAL STRESS）方 法 评定疲劳寿命。网格不敏感结构应力方法的应用，据美国 BATTELLE 焊接结构研究中心的 报导，采用这种方法研究了铝合金结构采用 MIG 和激光焊接时，对各种部分焊透的焊缝（主 要是角焊缝）成功地进行了危险部位的识别，并预测它的疲劳寿命。 5. 锥壳过渡段、椭圆和碟形封头以及外压设计的新规则。碟形封头设计的新规则 已在 2004 年首版第 VIII 卷 1 册和第 XII 卷中问世（详见方框中的内容。）这里给出两个碟 形封头的计算公式，厚度要取两种计算方法所得到的较大值。 t = PLM /(2SE – 0.2P) （1） t = 3PLKERT / 4SaET （2） 第 1 个公式同 VIII-1 附录 1 所给公式一样，第二个公式是新的。但两个公式中系 数 M 和 K 的定义与 VIII-1:2001 版完全不一样了。碟形封头的形状系数有 4 个：球面内半 径 L，过渡段内半径 r，封头厚度 t 和直边段内半径 D。椭圆封头形状系数有 3 个，除 r 和 D 外，还有从椭圆封头直边段切线测量的封头内高 h。在 VIII-1：2001 版中 M 值是碟形封头 L/r 的函数，K 值是椭圆封头 D/2h 的函数。而 2004 版 XII 卷中 M 和 K 值都是碟形封头 t/L 和 r/D 的函数。由于这个特点，在计算方法上有很大不同。例如采用第一个公式计算封头壁 厚时，必须先确定系数 M 的值，在 t/D 的值大于 0.08 和小于 0.2 之间时，无论 t/L 为何值， M 值都等于 1.0。但如 r/D 小于 0.08 时，即浅碟形封头，M 值要根据 t/L 和 r/D 两个比值才 能确定，而 t 值未定，因此必须采取尝试错误法先假定一个 t 值，再求 M 值。 （3） ASME 另辟蹊径，ISO/TC11 取得的成果和 ISO/TS 16528 的出台。ISO 是标准 国际化的最好平台。ISO 9000 和 ISO 14000 已经家喻户晓。ISO/TS 15000：2004 电子商务可 扩展标记语言[Electronic business eXtensible Markup Language （ebXML）]也已为全球所采 用。ISO/TC11 是锅炉压力容器技术委员会，现有 P-成员（P= participating，即参加成员）29 个国家的标准化组织，我国 SAC（原为国家标准局，机构改革后现为中国国家标准化管理 委员会）是其中之一，另有 O-成员（O= observer，即观察员成员）33 个国家的标准化组织。 自从美国被选任 TC11 秘书处后， 取得如下成果： （1）1992 年起，ISO/TC11 秘书处改设于美国； （2）1997 年 9 月 23 日 ASME 马克.希恩（Mark E. Sheehan）先生给 ISO/TC11 秘书 恩尼斯（K. Ennis）写了一封信，推荐美国技术咨询团（US Technical Advisory Group） 一致 通过的ASME为ISO/TC 11 起草的《压力设备国际标准推荐工作大纲》 （3）1997 年 11 月 7 日在东京 TC11 会议上这个建议被采纳。成立起草 ISO 标准工 作组 WG10（秘书处在日本东京） （4）2002 年 ISO/TC11 公布了标准 ISO/TS 16528：2002“锅炉和压力容器-规范和 标准取得国际承认的注册”； 卷 XII：2004，TD-310.2 碟形封头设计新规则 TD-310.2 碟形封头 对于 0.002 ≤ t/L ≤ 0.06 的碟形封头，其最小需要厚度应为按照公式（1）和（2）计算所 得厚度中较大者。这两个公式是基于满压循环的次数不超过 400 次这个假定。任何压力循环 的压力超过满压循环压力范围的 20%者就应视为当量满压循环 [倘若当量压力循环次数超 过 400 次，则参见 TG-100.2（c）和第 VIII 卷第 1 册和第 2 册]。 t = PLM /（2SE – 0.2P） （1） t = 3PLKERT / 4SaET （2） 所有材料的Sa值应为 115,000 psi，但铝、铝合金、铜、铜合金、钛和锆除外，这些材料 的Sa值应采用公式（3）进行计算。 Sa = 115,000ERT / EST （3） M 和 K 值取自表 TD-310.2-1。在表列值范围内的 r/D 值可采用插补法。不允许把这些 值进行外推。式中： D = 封头直边段的内径，或椭圆形封头长轴的内侧长度 E = 封头中任一接头的最小接头系数；对于半球形封头，包括封头-壳体接头；对于焊 接容器，采用在 TW-130.4 中规定的接头系数 ERT = 在 20oC（70 oF）下的弹性模量 EST = 在 20oC（70 oF）下钢的弹性模量 ET = 在最高设计温度下的弹性模量 h = 椭圆形封头短轴长度的一半，或从切线测得的椭圆形封头的内侧高度 L = 球面或球冠的内半径 P = 设计内压（见 TD-150） r = 过渡段内半径 S = 在 TD-210 引用表中给出的最大许用拉伸应力值 t = 封头成形后的最小需要厚度 （5）2004 年 7 月 TC11 巴黎会议将这个标准一分为二：ISO/CD TS 16528-1 “锅炉 压力容器 – 规范和标准取得国际承认的注册- 第 1 篇：性能要求。（项目阶段 30.00，项目 阶段日期 2004-07-28 以及 ISO/CD TS 16528-2：“锅炉压力容器 – 规范和标准取得国际承认 的注册- 第 2 篇：满足第 1 篇要求的标准”。（项目阶段 30.00，项目阶段日期 2004-07-28）。 为此增加了一个工作组 WG11，负责起草 16528-2，秘书处设在美国。（顺便说以下 ISO 的产品 或标准有 4 种：ISO/PAS，ISO/TS，ISO/TR 和 ISO。一件 ISO 的正式国际标准从草稿到正式文件要历经 ISO/WG、ISO/CD、ISO/DIS，ISO/FDIS 和 ISO 等 5 个文件。其共识程度逐渐提高，ISO/WG 最低，ISO 最 高。ISO 国际标准的形成过程主要有 6 个阶段；如把前期和出版之后的维持阶段也放进去，则有 9 个阶段。 每个阶段都有编号，30 为委员会阶段）。 ASME 掌管 TC11 后，使 ASME 可利用这个平台使 ASME 锅炉压力容器规范有可 能成为正式 ISO 国际标准铺平道路。但从实际情况考虑，ASME 认为由于锅炉压力容器的 用途极其广泛，涉及国民经济各个行业，要使一个国家的标准，成为国际上共同认可的国际 标准，在现阶段尚不可能，或时机不成熟。唯一可行的办法是在 ISO/TC11 中先搭建一个框 架，这个框架要能涵盖国际贸易中所有的重要技术要求（ESSENTIAL TECHNICAL REQUIREMENTS）、作为国际贸易的基础，亦即先起草一个纲要性的国际标准。在起草这 个标准时要协调各种不同的法规管理环境、不同国家、不同地区的合格评审模式，使他们具 有等效性，和谐共存。凡达到这个标准要求、在 ISO 进行注册的锅炉压力容器标准，就能 被国际承认。这个标准可叫做性能型国际标准，或保护伞国际标准（PERFORMANCE TYPE OR UMBRELLA INTERNATIONAL STANDARD）。ASME 认为惟有采取性能型的国际标准 才能真正减少贸易技术壁垒，而技术法规与技术标准的和谐相处（HARMONIZATION OF TECHNICAL REGULATION AND STANDARDS ）， 也 必 须 是 基 于 性 能 的 法 规 （PERFORMANCE BASED REGULATION）和以性能为目标的标准（PERFORMANCE ORIENTED STANDARDS）。ASME 认为 ASME 锅炉压力容器规范是能够在 ISO 注册中得 到国际承认的。 注：在《ISO 指南 2》（ISO GUIDE 2）里面对“和谐标准”（HARMONIZED STANDARDS）和“国际 和谐的标准”作出如下定义：和谐标准：即相同主题为不同标准化机构所批准的等效标准。根据这些标准 可建立产品、过程和服务的互换性，或对试验结果和数据的相互认可。国际和谐标准：与国际标准和谐一 致的标准。 三．美国和 ASME 标准全球化的政策 美国和 ASME 除了通过 ISO 试决锅炉压力容器标准的国际化外，还采取以下一些 “转化机制，深化改革”的措施 ： （1） 政府部门不再插手标准的制订工作，放手让民间标准机构根据市场需求组织 企业、研究、用户、检验等部门来制订标准，政府派员参加，但不干预。制定标准的这个 过程叫做“Denationalize ”（民间化，非官方化）。政府采用这样的方法，一是可降低政府 制定专用标准的经费和对官方标准的依赖性。二是可使标准制定的出发点更加考虑商业竞争 因素，满足市场需求和更加适用。这种通过方方面面协调一致、自愿遵守得出来的标准叫做 “自愿协调一致标准”或“达到共识的自愿标准”（voluntary consensus standards）。国外政 府部门对标准的管理除了“Denationalize”这一趋势外，还有一个趋势叫做“Deregulation”， 意思是“放松管制”，“解除管制”，或“解制”，让业主有更大的自由，可以自己选择所需要 的标准，政府不再进行硬性规定。 （2） 采用 SI 单位制。采用 SI 单位制是全球的趋势，但对于美国来讲却是困难重 重， 对沿用已久的美国习惯单位制（in.，psi）难以割舍。ASME 规范在采用 SI 单位制上经过几 番反复，从 2004 版起，终于把 SI 单位列为正式单位，而把美国习惯单位放在括号里面，在 I、VIII-1、VIII-2、VIII-3、IX、XII 等卷中列出一个附录，规定两种单位制互换的规则。 这个附录首先声明美国习惯单位和 SI 单位都可作为独立的一套单位来使用。因此，在 ASME 规范中两种单位制并存的局面将会有很长的一段时间。在这个附录里面提出硬性转换（Hard Conversion）和软性转换（Soft Conversion）的概念，前者即“近似转换”，后者即“精确 转换”。在正文里面一般采用硬性转换，例如：1 in. = 25 mm，2 in.=50 mm。当采用软性转 换时，在转换前后的有效位数要相同，如 14.7 psi 可转换为 101 kPa；15 psi 可转换为 100 kPa。 转换后 15 psi 的转换值反而比 14.7 psi 的小，看似矛盾，但前者在转换前后都是三位有效数 字，后者在转换前后都是二位有效数字，与转换原则是一致的。 （3） 技术和管理要求分开。这一条对 ASME 规范也很难做到，只能逐步实现，例 如：在 2004 年出版的第 XII 卷里面就把管理部分集中放在总论这一章里面。远不能像欧盟 那样把管理和技术彻底分开。 （4） 兼收并蓄、融入世界其他地区的工程方法。例如：为了使 ASME 规范符合 PED 要求，对 ASME 规范中做了许多补充，详见《GUIDE FOR ASME STAMP HOLDERS – USE OF ASME SECTION VIII，DIVISION 1 TO MEET THE EC PRESSURE EQUIPMENT DIRECTIVE （97/23/EC）》，以及在 ASME 规范中吸收了欧盟材料标准 EN-10028-2，10028-3； 加拿大材料标准 CSA-G40.21；澳大利亚材料标准 AS 1548 等，表现了 ASME 标准的大度和 宽容。 （5） 标准译本多语种化（中、法、德、日、葡、俄、西）。目前虽已授权我国 CACI 翻译成中文版，但这种译本，还没有被承认为与英文（母语）版具有等效性，在 ASME 网 上书店（WEB STORE）上还不能购买；其他语种的 ASME 规范译本也没有发现。多语种化 对各种译本的认可过程还有漫长的道路，还有众多的问题需要解决。 （6） 加强与美国公有机构/民间结构之间的伙伴关系。公有机构是指美国商业部、 议会等，民间机构指检验机构等。这一点 ASME 历来是比较重视的和做做得很出色的。例 如：十九世纪末、二十世纪初美国工业化蓬勃发展，管理跟不上，事故高峰达到每一小时爆 炸一台锅炉。自从 1914 版锅炉规范问世、实行合格评审制度以来，锅炉压力容器事故逐年 下降，几乎消灭。从而美国政府对 ASME 规范做了高度评价，赞赏 ASME 规范对美国公众 安全的生命财产的贡献是其他标准所望尘莫及的。最近美国政府将原来由政府各个部门（铁 道、交通）分管的移动式压力容器标准，转交给 ASME 统一制订，使 ASME 锅炉压力容器 规范增加了新的 2004 年首版第 XII 卷，也充分体现了这种伙伴关系。 （7） 加强与世界公有机构/民间机构之间的伙伴关系。例如 ASME 派员观察欧盟 简 单压力容器指令 87/404/EEC 的制订过程和经常保持与欧盟 EPERC 和日本 JPVRC 的联系 和举办联系会议等。 （8） 与友好团体的联盟（like-minded groups）。例如与我国国家质检局和所属锅炉 压力容器检测中心、全国锅炉压力容器标准化技术委员会和 CACI 的关系。ASME 官员和 专家历次访问我国时都必定访问以上这几个单位。 （9） 协调符合性（合格）评审程序，提高全球性认可。特别指出同中国的 SQLO、 韩国的 KEPIC 的协调问题。 四. 国际标准的原则 在当今世界标准之战中要使自己的标准被成为国际认可的标准在 WTO 里面有四条原则： （1） 制订过程的公开和透明性。 （2） 满足市场安全和公众安全的要求。 （3） 标准与技术进步保持同步（与时俱进）。 （4） 正确的标准制订程序 以 ISO 为例，其标准的制订过程有 9 个阶段，达到两次共识： （1） 前期阶段：此阶段可提出初稿（initial draft）。） （2） 申请立案阶段：成立工作组（WG）。 （3） 起草阶段：工作组提出工作组稿（Working Group Draft），叫做 ISO/WG， 如简单多数赞成，即通过；通过的工作稿整理后叫 ISO/CD，报 TC11 注册。 （4） 委员会阶段：如有 75%以上的多数赞成（不计弃权和无理由的反对票）， 即达到共识。经整理后为 ISO/DIS （Draft of International Standard）， 即国际标准 稿 ；这一次投票叫做“第一次形成共识”。 （5） 征求意见阶段：ISO/DIS 经 TC11 的 P-成员在 5 个月内进行投票，如有 75%以上的多数赞成，再经整理后，即上升为 ISO/FDIS （Final Draft Of International Standardization），即国际标准定稿。这一次投票叫做“第二次形成共识”。 （6） 批准阶段：ISO/FDIS 经整理后报 ISO 的总秘书处（或叫 CEO 办公室） 批准 （7） 出版阶段：FDIS 被正式批准后出版 ISO 国际标准。 （8） 定期修订阶段：除出版后随时印发的勘误单、修订单外，一般每 5 年修 订或确认一次。 （9） 废止阶段（如有的话）。以上 9 个阶段称为“项目阶段”。 五. ISO/CD TS 16528:2004 锅炉压力容器规范和标准取得国际承认的注册 ISO/IEC《指令，第 2 篇 – 国际标准的结构和起草规则》，规定国际标准应尽可能采取 基于性能的方法（performance approach），以便为技术的发展提供最大的自由空间。目前世 界各国在监管锅炉压力容器产品在操作上有很大差异，表现在：限定符合各国的国家标准、 限制所使用的材料标准、限定有资格的检验机构、限定要符合各国不同的认证或进口许可制 度等，只有以性能为基础的标准才能使他们和谐共存，最大限度地减少贸易技术壁垒（TBT）， 不阻碍技术创新和满足市场需求。 在这个标准里面，对锅炉压力容器“不作按照用途（use based）进行分类，而是焦点放 在失效模式和防范失效模式的技术要求，亦即把重点放在对材料、设计和制造等三个方面的 性能要求，相当于 PED 中的 ESR。 标准中提出 14 种可能的失效模式，而 14 种失效模式又分为短期失效、长期失效和循环 载荷失效 3 类（表 1）。 标准认为：在建立设计准则和设计方法时至少应考虑其中的 5 种最重要的失效模式，即： 脆性断裂，延性断裂，接头泄漏，弹性或塑性失稳和蠕变断裂。 在 ASME 规范 VIII-3，KD-121 中明确指出本卷考虑的 5 种失效模式：全面屈服（全厚 度屈服），局部屈服，泄漏，不稳定裂纹扩展，失稳。 这个标准认为：性能要求为核心要考虑各种“合理可预见的（reasonably foreseeable） 失效模式”。但某些压力设备由于没有急剧温度变化、只经受正常载荷循环，属于低负荷容 器 （low duty vessels），其许用设计应力很低，设计工作量很小，主要根据公式计算壁厚。 因此无须进行载荷和特殊情况的详细计算。设计这种低负荷容器的标准可称之为基本标准 （Basic Standard）。反之，对于需要针对所选失效模式进行分析、许用设计应力高于基本设 计规范中的设计应力，并需要由有资质的工程师进行设计评估的低负荷容器或严峻负荷容器 （severe duty vessels）的设计所采用的标准可称之为精细标准（Comprehensive Standard）。 精细标准一般附有各种附录，详述针对不同失效模式的分析方法。 表 1 失效模式 失效模式分类 说 明 短期失效模式 （Short Term Failure Mode） 非循环性载荷产生的即发失效或瞬间失效： 1．脆性断裂（Brittle Fracture） 2．延性断裂（Ductile Rupture） 3．过度变形导致的接头泄漏（Leakage at joints） 4．裂纹或局部过度变形导致的延性撕裂（crack formation or ductile tearing due to excessive local strains） 5．弹性、塑性或弹-塑性失稳（皱折）[instability（buckling）] 长期失效模式 （Long Term Failure Mode） 非循环性载荷导致的延迟失效: 1．蠕变断裂（Creep Rupture） 2．蠕变：机械接头处蠕变-过量变形或引起的不可接受的载荷传递 3．蠕变失稳 (Creep instability) 4．冲蚀和腐蚀 (Erosion and corrosion) 5．环境诱发裂纹（应力腐蚀裂纹、氢致裂纹等） 循环载荷失效模 式（Cyclic Failure Mode） 1．渐次塑性变形 (Progressive plastic deformation) 2．交变塑性（Alternating Plasticity） 3．弹性变形疲劳（中度和高度循环疲劳）或弹-塑性变形疲劳 （低 循环疲劳） 4．环境诱发疲劳 技术要求是这个标准的核心部分。相当于欧盟指令 PED 中基本安全要求（ESR）。这个 标准认为：压力边界的完整性是由材料、设计技术、制造工艺和检验水平的组合来决定的。 其中，前面 3 个是影响锅炉压力容器性能要求的三大块；而检验是验证或核查是否达到性能 要求的手段。在 ISO/CD TS 16528-1 中对这 4 个方面提出了详细技术要求。 对材料的性能要求有 5 个方面：物理（力学）性能（强度、延性和韧性）、化学性能（耐 腐蚀性能）、时效性能、工艺性能（焊接容器用板材的焊接性、供冲压或旋压封头用板材的 冲压性等）、与异种金属连接时的不利影响（电化学性能）等。 设计技术要求有 8 个方面：设计载荷、设计方法、设计裕度、设计系数、检查方法、排 液和放空、腐蚀和冲蚀、超压保护。允许采用常规设计、分析设计和实验设计中的任何一 种方法或他们的组合。分析设计允许采用应力分类（ASME VIII-2），也允许采用针对特定 失效模式及极限状态的直接路线方法，（EN 13445）。 制造技术要求有 9 个方面：制造方法、材料标志、切割和成形、焊接、焊接工艺评定、 焊工考核、焊工识别号、热处理、形状公差要求等。 检验要求有 3 个方面：检验和检测，最终检验和试验、标记和标签。检验和检测人员的 资质应由一家有资格的第三方进行考核，或按照国家岗位资格考核实施大纲进行考核、或按 照制造商的质量大纲进行考核。 允许采用 5 种符合性评审的模式中的一种：（1）建立与所生产的锅炉、压力容器的类 型、 设计和制造方法相称的质量体系；（2） 第三方检验机构进行检验；（3）用户检验机构和检 验师检验；（4） 对制造厂家进行认可。（5）锅炉或压力容器制造厂家进行检验。以上 5 种 模式必须有认可质量体系、检验机构和检验师的准则和方法。首选模式为（1）。 注册方法是由各国标准发布机构（standard issuing body）填写 3 个表（见本文的表 2、3、 4），统称为“符合性表” （conformance tables）（见 ISO/CD TS 16528-2）：要求现行各国的 锅炉压力容器标准，即把性能要求放大和扩展（amplified and expanded）后的详细标准，满 足以下两条准则：在详细标准中必须把注意力集中到本标准所列失效模式中的一种或几种； 必须对第 1 篇第 7 章规定的各种技术要求作出充分规定。 （1） 失效模式总表（failure mode summary）； （2） 失效模式详细核对表（detailed failure mode checklist）； （3） 技术要求详细核对表（detailed technical requirements checklist）。 为帮助各国标准发布机构填写这三个表和协助秘书处审查这些表，ISO/TC11 有一专家 工作组（task force of experts）。 表 2 – 失效模式总表 注册标准 失效模式汇总 主要失效模式，按照 ISO 16528-1 的 6.2 的规定 计及情况（Y/N/P）c 脆性断裂 延性断裂 接头泄漏 弹性或塑性失稳 蠕变断裂 附加的失效模式，按照 ISO 16528-1 的 6.1 的规定 计及情况 （Y/N/P）c 表 3 失效模式的详细核对表 注册标准： 失效模式： 明显设计 章节号码： 备 注： 隐含设计 章节号码： 备 注： 制作细节要求 章节号码： 备 注： 材料要求 章节号码： 备 注： 检测要求 章节号码： 备 注： 测试要求 章节号码： 备 注： 应用/失效史 章节号码： 备 注： 表 4 技术要求详细核对表 ISO 19528-1 章 节号码 章节名称 注册标准的章节 号码 说 明 备 注 从 7.2.1 到 7.7 共 31 条，逐条比较 注：Y=YES，即注册标准已经计及的失效模式；N=NO，即注册标准没有计及的失效模 式；P = 注册标准考虑的失效模式，但没有作详细规定。 在这个标准中提出了很多新的概念和术语： （1） 以“设计裕度（design margin）”代替“安全系数”，“材料设计系数”。安 全系数这种叫法几乎沿用了近一个世纪，“安全”二字起了误导作用，人们以为有了这个系 数就“安全”了。上个世纪末美国有一位专家提议改为“材料设计系数”，现在改为设计裕 度，比较准确了。目前，设计裕度这种提法已被 ASME 规范所采用（例如；VIII-3：2004）。 （2）“设计系数（design factor）”统称“焊缝系数（weld efficiency）”和铸件的质 量系数。（焊缝系数是在设计时根据焊接接头型式和检测程度决定的）。 （3）提出“明显设计”（Explicit Design）和“隐含设计”（implicit Design）的概念。 （例如：防止元件延性断裂的壁厚计算公式为明显设计。又如很多行之有效的标准对于某些 失效模式并没有明显的设计规则，但却有效地防止了失效，其原因是组合采用了材料控制、 温度极限或其他的措施，这类情况就属于隐含设计。） （4） 频繁使用 “合理可预见”（reasonably foreseeable）的这种提法，例如：“合理 可预见的失效模式”，“合理可预见的外部事件”，“ 合理可预见的操作条件”，“ 合理可预见 的试验条件”，“ 合理可预见的用途”等。1989 年 1 月 28 日美国“挑战者号”航天飞机（shuttle, 又称太空梭）发射升空 75 秒后起火爆炸。原因是在天气寒冷条件下助推火箭 O 形圈密封失 效发生泄漏，造成起火。舆论一致认为这是一场不该发生的惨剧，这就是“合理可预见的失 效”。又如：2003 年２月１日美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回途中爆炸解体，机上７名 宇航员全部遇难。这一灾难事件震惊了全世界。美国宇航局承认，人为错失及系统失误（排 水口排出的废水结冰损坏了机翼）导致了这场灾难。这也可归之于“合理可预见的失效”。 （“合理可预见”的含义是指从当前的经验积累和科技水平可预见的各种可能发生的事件或 条件。随着经验的进一步积累和科技预测水平的进一步提高，“合理可预见”的范围必然会 进一步扩大，合理可预见的精细程度必然会进一步提高。合理可预见这种提法首先见于欧盟 发布的“压力设备指令”（PED），现在被 ISO/CD 16528 所采纳了。） 六. 现代锅炉压力容器标准的结构和模块化 ASME VIII-1 的框架结构是分为 3 个分卷，分卷 A 是一切建造方法和一切材料的总要 求；分卷 B 是不同制造方法的要求（焊接、钎接和锻造）；分卷 C 是以不同材料建造压力容 器的要求。这种结构是突出以制造为主线的框架，约有 80 年的历史，今后不会出现。第 VIII 卷第 2 册（压力容器建造另一规则）、第 VIII 卷第 3 册（高压容器建造另一规则）和 2004 年首次出版的第 XII 卷（运输罐建造和连续使用规则），是突出性能要求的现代压力容器标 准的框架，与 EN 13445 和 ISO/CD 16528-1 一致，详见表 5。 对于 ASME 规范来讲，精读一卷，可旁通其他若干卷。在阅读其他卷时，只要研究其 特殊部分即可。 在这个框架下，每一个部分（篇，PART）又是以若干个模块组合而成的。每一个模块 都具有相对独立性，都是一套规则的集合，可单独修订，单独应用，甚至可单独购买。 可作为许多标准的共享资源。例如：处理非 ASME 材料和标识不完整材料的一套规则就为 很多标准所采用（卷 I 的 PG-10，卷 VIII-1 的 UG-10，卷 XII 的 TM-120）。 有人说：印度是全世界电脑软件开发得最好、最快的国家，他们的做法是软件的构件 化，建立软件的构件库。新的软件只要从软件构件库提取所需要的构件，再加上新的构件， 组合之后就是一套新的软件。软件中的构件相当于标准中的模块。 表 5 以性能为基础的标准的框架 ASME VIII-2 ASME VIII-3 ASME XII EN 13445 PART 总要求 GEN.REQTS AG KG TG √ 材料要求 MAT’L REQTS AM KM TM √ 设计要求 DES.REQTS AD KD TD √ 焊接要求 WELD.REQTS TW 制作要求 FABR.REQTS AF KF TF √ 泄压装置 PRD AR KR TR - 检测 ( 检验 ) 要求 EXAM (INSP.) REQTS AI KE TE 试验要求 TEST. REQTS AT KT TT √ 标记、钢印、和 MARKING， STAMPING， REPORTS AND RECORDS AS KS TS √ 连续使用中修理、变更等要 求 REQTS FOR REPAIR， ALTERATION FOR CONTINUED SERVICE - - TP - 模式附录 MODAL APP. - - √ - 强制性附录 √ √ √ √ 非强制性附录 √ √ √ √ 其他 球墨铸铁 容器要求 开发一个标准就是设计标准的构架、选择所需要的模块、同时开发新的模块和处理模 块的接口（例如：ASME 规范每卷的编码系统都不一样，同样一个模块，放在不同卷里面就 有不同的编码。在规则里面所引述的规则当然也有不同的编码；同样一个模块，在不同的应 用场合也有一些微小的变化。这些，都是接口问题。） 以设计要求为例，在 DIN EN 13445-3（EN 13445-3 转化为 DIN 标准之后的编号，它取 代了 AD 规范）中，压力容器常规设计的模块有：  SUIP 模块，即内压壳体模块（SHELLS UNDER INTERNAL PRESSURE），亦称 EN07 模块。又分为以下各个子模块： （1）圆筒壳体模块（CYLINDRICAL SHELL）； （2）球壳模块(SPHERICAL SHELL)； （3）浅碟形封头模块 (TORISPHERICAL TYPE: KLOPERBODEN)； （4）深碟形封头模块 (TORISPHERICAL TYPE: KORBBOGENBODEN)； （5）椭圆形封头模块 (ELLIPSOIDAL ENDS)； （6）锥壳模块 (CONICAL SHELLS)； （7）无折边锥体大端与圆筒的接点(JUNCTION BETWEEN LARGE END OF A CONE AND CYLINDER WITHOUT KNUCKLE)； （8）带折边锥体大端与圆筒的接点(JUNCTION BETWEEN LARGE END OF A CONE AND CYLINDER WITH KNUCKLE)； （9）锥体小端与圆筒的接点(JUNCTION BETWEEN SMALL END OF A CONE AND CYLINDER)； （10） 折边区内的接管 (NOZZLES WHICH ENCROACH INTO THE KNUCKLE REGION)。  SUEP 模块, 即外压壳体（SHELLS UNDER EXTERNAL PRESSURE）模块， 亦称 EN08 模块。又分为以下的子模块： （1）无加强圆筒(UNSTIFFENED CYLINDRICAL SHELLS)； （2）轻型加强件圆筒(CYLINDRICAL SHELLS WITH LIGHT STIFENERS) ； （3）加厚加强件圆筒(CYLINDRICAL SHELLS WITH HEAVY STIFENERS) ； （4）锥壳(CONICAL