中国压力容器行业技术标准发展趋势探讨

中国压力容器行业技术标准发展趋势探讨 新闻来源：寿比南 发布日期：2005-03-15 http://bbs.ndtcn.org/data/attachment/forum/201104/01/083903w95krq9gbg5lrgxw.jpg 中国压力容器行业技术标准发展趋势探讨 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 寿比南 摘要 本文在归纳研究国内外压力容器行业技术标准发展现状的基础上，系统分析了影响压力容器行业发展的几个因素，总结了近年来在压力容器建造领域中的技术进展，指出了现代过程装置大型化给制造行业带来的机遇和挑战。根据经济全球化和标准国际化的趋向，提出了我国压力容器行业技术发展和标准化工作方向。 Abstract Based on the developing status research and survey of the pressure vessel technical standards in the world the several factors influencing the development of pressure vessel industry are analyzed systemically in this paper. The author of this paper made the conclusion for the technical approaches in the field of pressure vessel construction in recent years and indicated that the larger scale modern process unit bring the both of opportunities and challenges to pressure vessel industry. According to the trend of the global economy and global standardization the author give his opinions to the directions of technology and standardization development for China pressure vessel industry. 一、 前言 压力容器产品是各工业行业均涉及的通用性产品。由于压力容器在承压状态下工作，并且所处理的介质多为高温或易燃易爆，一旦发生事故，将会对人们的生命和财产造成不可估量的损失，因此世界各国均将压力容器作为特种设备予以强制性管理。压力容器的类型千差万别，功能也随应用场合而变化，其整个建造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等专业技术门类。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。 在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技术标准体系。安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性，是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术进步。 随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已经越来越明显。欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）,该指令将于1999年11月引入欧盟成员国的法规，于2002年5月在欧盟内强制执行。欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标准上升为国际标准。美国和日本等一些国家为了争夺国际市场，也在采取积极的措施加速国际标准的制订。本届秘书处设在美国的ISO/TC11已多次召开会议，并已经提出了ISO 15386 国际锅炉压力容器标准草案。其目的是建立一个压力设备的通则，用以保证压力设备的安全使用，消除各国标准中可能出现的技术壁垒，在相互标准认可的基础上，实现承压设备产品的全球自由贸易。 中国已经加入WTO，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。 二、 影响我国压力容器行业发展的几个因素： 1、 行业的综合实力； 中国是压力容器生产的大国，生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家的数量（3200家）和相应的装备能力均为世界领先，从以加氢反应器为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力并且产品的价格和质量都具有竞争力。多年的建造实践和国家的强化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向国际奠定了基础。 2、 国家的安全管理模式； 国家的安全管理模式和要求的严格程度是针对行业现行情况的综合反映，国家安全管理在某种程度上影响行业的发展和国际竞争力。应该说我国的特种设备安全管理、技术法规是世界上规定最严格的法规之一，其中的大部分内容和国际的通行做法是一致的，但其中的一些特殊要求如焊接试板、无损检测以及对制造厂的装备要求和人员要求，与国际的通用要求相比较过于严格，增加了中国压力容器产品的成本，不利于中国的产品进入国际市场。 在市场化发达的工业国家中，特种设备的安全管理应该是国家的法制管理，既有政府的行政管理，同时有保险公司的监督和司法介入。 3、 标准体系； 经过压力容器标准化工作者的几十年的不懈努力，我国已经颁布并实施了以GB150《钢制压力容器》为核心的一系列压力容器产品标准、基础标准和零部件标准，并以此构成了压力容器标准体系的基本框架。我国的压力容器标准在技术内容上既参照了国外先进国家标准的相应要求，也考虑了国内压力容器行业各生产环节的现状，基本上能够满足全行业的需要，为提高压力容器相关企业的技术水平和管理水平做出了应有的贡献。国家压力容器安全监察机构依据压力容器安全监察行政管理部门颁布的压力容器安全监察技术法规，并根据压力容器标准所提出的相关技术要求，监督和控制压力容器产品的设计、制造和检验等各个环节，以保障其产品质量和生产及使用安全。因此，压力容器标准与压力容器安全监察行政管理部门颁布的安全监察法规应同步实施，二者相辅相成，构成了我国完整的压力容器产品质量标准体系和压力容器安全监察法规体系。 压力容器标准的技术内容综合体现了压力容器行业综合技术水平和管理水平，不仅影响产品质量及其安全性，而且对产品的经济性和市场竞争力也有重要影响。标准与法规中不合理的技术要求和管理要求会制约相关技术水平的提高和相关产业的发展，影响压力容器产品的质量和市场竞争力。因此，标准与法规都应随着行业的技术发展状况和质量管理状况适时加以修正，使之适合与不断发展的生产技术水平和不断提高的产品质量水平相适应。中国已经加入WTO，国际标准对我国标准和压力容器生产的影响日益加大，我们所面临和要解决的问题越来越多，也越来越紧迫。 4、 质量认证体系； 安全技术法规、协调标准体系和质量认证体系是保证产品安全和产品质量的三个相互不可缺少的要素。我国的压力容器质量认证体系从其本质分析是行政审批制度，程序和执行机构都是由政府实施控制。 5、 市场环境 我国在各工业领域的发展都非常迅猛，特别在政府扩大内需的方针实施中，中国的压力容器行业得到了迅速发展的机会。但我们的市场环境还有待进一步的改善： 尚未建立起来强大的、国际化的工程公司：从世界范围内的压力容器出口大国的实践分析，国际化的工程公司可以带动本国的压力容器行业的发展; 制造厂家的市场分工和专业化生产格局还没有形成，停留在低价竞争的水平上； 标准的国际化认可：由于历史的原因，我国的压力容器行业以保证内需为主，从观念上没有国际接轨的意识，我国的标准不为世界的其它国家认可，难以进入国际市场； 质量体系的严格实施：由于长期计划经济观念的影响，质量意识仍然是我国压力容器制造企业的薄弱环节，把国家标准作为企业的最高质量控制水平的现象还在延续。 三、 行业的技术进步 压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展，在世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新产品所代替，而冶金、机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体技术水平提高的前提条件。 1、 压力容器用材料的技术进展 近年来压力容器产品大型化、高参数化的趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、二千吨级的煤液化反应器、一万立方米的天然气球罐（日本最大的天然气球罐为三万立方米）等已经在我国大量应用，压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面： 材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性； 材料的介质适用性：针对各种腐蚀性介质和操作工况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给设计者以更多选择的空间，为长周期安全生产提供了保证； 材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的应用范围。 更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决诸如3万立方米天然气球罐、钢厂的大型球罐、20万立方米原油储罐以及超高压容器的选材问题。目前σb ≥800MPa 高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。 2、 计算机技术的广泛应用 在信息时代的今天，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的每一个领域。计算机软、硬件的每一个进步都极大地影响着压力容器行业的技术进展，其主要表现为： 设计—传统的计算机辅助设计（CAD）已逐步向计算机辅助工程(CAE)的方向发展。随着计算机能力的不断增强和分析手段的日益多样化，设计者在结构设计阶段就可以预见到诸如焊接过程中所产生的残余应力、设备组装和运输过程中可能会出现的碰撞等问题，并在设计阶段消除这些问题，分析设计和结构优化设计已经逐渐为设计者所掌握； 制造—计算机辅助制造(CAM)技术正在逐步改变压力容器制造厂传统的工艺卡方式，质量管理意识和生产方式已经发生了深刻的变革。压力容器全过程的计算机管理使得所有控制点均能得到有效的控制，极大地减少了人为失误，有效地保证了产品质量的稳定，保证了生产周期和生产成本的降低； 焊接—计算机控制的仿形焊机、激光焊机和全位置自动焊机的应用，极大地提高了生产效率和产品质量； 无损检测—计算机射线实时成像、超声扫描模拟成像和多通道声发射等技术的应用，再配以专门研制的专家系统，使检测的结果更加准确和客观。 特别是超声扫描模拟成像缺陷探察技术（TOFD）已经成功地用于核设备、加氢反应器等厚度大于100mm的重型容器。在ASME CODECASE 2235和欧洲标准中，已经将该方法正式列入，这对提高重型容器的生产效率和减少射线污染起到了积极的作用。我国在煤液化装置反应器的建造中开始应用该技术解决现场进行无损检测的问题。 3、 结构设计 现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚，体现真正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和谐统一。 结构的合理性设计：标准中对压力容器的具体结构形式不予限制，因此压力容器结构所受的制约较少，给设计者很大的发挥空间，有利于设计出更加合理的结构。另外，分析设计手段的运用和验证性试验的实施为结构的合理性设计提供了必要的保障。 结构的经济性设计：压力容器的安全性和经济性的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准就是应此要求而出现的。焊接钢管的使用和特殊结构的应用，在很大程度上是考虑了压力容器结构的经济性。 4、 安全系数的降低 为了增加本国产品的竞争性，降低安全系数是目前世界各国和地区压力容器标准的普遍倾向，美国（ASME）和欧洲统一压力容器标准（正在制订中）均降低了相应的安全系数，美国将nb由4.0降为3.5，欧洲统一压力容器标准的nb最小值为1.875。我国也提出了将特定材料按分析设计方法设计的安全系数nb降为2.4的提案。安全系数的降低关系到压力容器标准的基础，对压力容器行业的经济性及安全性影响极大，必须慎之又慎。降低安全系数的前提条件是： 结构分析设计水平的提高； 制造经验的积累和制造技术水平的提高； 更严格的材料技术要求； 更科学的质量保证体系。 四、 标准国际化趋势 世界已经进入了经济全球化的发展时期，经济全球化的一个必然趋势是标准的国际化。随着国际资本进入中国来建设大型工程装置和国内企业扩大生产装置能力，国际化的工程项目给我国的压力容器行业带来了国际上最先进的技术和管理模式，已经不可避免地给我国的压力容器行业提出了国际竞争建造大型压力容器的机会与挑战。事实上这些装置的建设需求是压力容器行业发展的动力，是发展我国压力容器行业的最好时机，也是和世界技术和管理方式融合的最好时机。 国外投资方的做法表明，国际资本的引入也是为了发展自己国家的相关产业，因此工程标准的主导权之争已经是我国的国际合作工程项目中的主要问题之一，选择了工程建设所依据的标准，标准国的厂家就占有了先机。 1、 际标准的主导权争夺目前主要是美国和欧洲的争夺，两大经济实体都把争夺标准的主导权作为争夺市场的主要目标，投入了大量的人力物力，在标准技术上推出了新的内容； 2、国际标准技术的发展方向： 趋同性：信息技术的高速发展，使世界范围内的先进技术迅速普及，围绕技术发展的技术标准也必然为技术的使用者所接受，因此世界范围内的压力容器技术要求正在向统一的方向发展。 区域性：由于历史的原因和区域的原因，目前已经形成了以北美、日本的ASME体系和欧洲的PED及其协调标准体系的格局。 相容性：尽管世界上的各国的技术标准的技术内容不完全相同，但各国都把自己的标准与其它标准相容作为目标，以实现标准的互相认可。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。 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。 3、 加入WTO对我国标准化工作的影响； 进入二十一世纪，特别是加入世界贸易组织（WTO）后，世界经济全球化和产业结构调整的步伐进一步加快，我国经济发展面临新的机遇和挑战。我国的标准化工作及其相关的法律法规、管理体制和运行机制等方面需要不断改革和完善，以满足WTO规则和市场经济体制的要求。根据我国的入世承诺，进口关税总水平将逐年降低，进口配额和许可证制度等非关税壁垒将逐步取消，相关产业和产品将遭受来自国外的冲击，而通过标准和技术法规设置的技术性贸易壁垒将成为贸易保护的主要手段，标准化工作被赋予了保护民族工业的重任。而转变政府职能、健全社会主义法制、整顿市场经济秩序、加快结构调整和优化升级、促进科技进步和技术创新以及全面提高企业的竞争力，也同样需要标准化工作的技术支持。 技术标准已经成为国际经济竞争的重要手段，要尽快完善国家技术标准体系，改变我国技术标准滞后，用高新技术标准推动经济结构调整、产业升级和对外经济贸易的发展。因此，如何解决标准化工作存在的问题，缩短标准化工作与国外的差距，切实发挥标准化工作的重要作用，是摆在政府、企业和标准工作者面前亟待解决的课题。 4、 国外工程公司设立采购部的冲击： 国外的著名工程公司都已经在中国设立采购部门，我国已经有超过110个厂家取得了ASME的制造许可证。国外的工程公司在极力利用我国的资源，特别是人力资源，占据我国的市场。 五、 压力容器行业标准化技术发展方向 在压力容器行业面临机遇和挑战的今天，我们必须充分认识我国的压力容器行业的现状，从政府管理、行业技术和装备能力、综合环境因素等方面系统分析和客观评价行业的竞争能力，实现压力容器产品技术标准的国际化接轨。 1、 技术法规和技术标准之间的相互协调： 国家的技术法规是国家为保证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，规定保证压力容器安全所相应的产品质量技术指标，但标准所规定的技术指标应该符合技术法规的安全原则，可以指导压力容器的设计、建造、检验和验收，是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，但在作用和其它方面是有区别的。 原则性和工程性：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）;标准除了要符合这些基本要求之外，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。技术法规的数量很少，管辖的范围很宽；与之配套的协调标准确会涉及到材料、设计计算方法、成形。焊接、无损检测、压力试验等一系列技术标准内容。 稳定性和时效性：国家的技术法规是国家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，随时反映行业的综合能力和相应技术的发展。 因此，研究调整技术法规与技术标准之间的协调关系，明确技术法规与技术标准的界定范围，应引起国家有关机构的充分重视。 2、 标准国际化： 解决采用国际标准的基本认识问题：标准国际化是标准技术内容与国际标准相容，而不是简单地照搬国际标准的所有内容。对国际标准应进行系统的分析研究，在基本要求上符合国际标准，在特殊问题上突出我国的特有技术和管理方式； 实现我国标准的国际认可：中国目前已经是压力容器的生产大国，由于我国政府实行了进口压力容器的安全质量许可制度，目前国外的企业和机构已经对采用我国的标准生产压力容器产生兴趣。我们应该利用这个时机，阶段性地实现标准互相认可。我委员会已经向ASME提出了部分材料互相认可和个别标准互相认可的建议，得到了ASME的积极响应。 标准技术内容的国际接轨：对于我国标准中的一些由于历史原因而与国际通行标准不一致的技术内容，如：焊接试板要求、过严的无损检测要求等，应进行国际接轨改造，既符合国际的通行做法，也相应提高国内企业的产品竞争能力。 3、 产业市场化和生产专业化； 竞争必然导致生产模式的改变，形成以核心企业为主导、大中小企业协调发展、分层次竞争的产业组织结构。应该强调市场配套和专业化生产是今后压力容器行业的主要格局，也是发展的方向； 加强标准化工作有助于实现专业化协作，这种强调市场配套和专业化生产的产业组织结构必须以技术上的高度统一为前提，标准化恰恰是实现技术统一的基础，因此标准是专业化协作的桥梁和纽带。 l 国家有关机构的管理应该推动这种良性的产业结构调整，在政策上鼓励市场配套和专业化生产。 4、 加强标准的基础技术研究 开展标准基础技术研究是解决标准水平偏低等一系列问题的治本之策。我国的标准基础技术研究长期以来开展不够，全社会都不重视，起点低、空白多，难以形成具有自主知识产权的标准，必须靠全社会的共同努力和支持来解决问题。研究工作分轻重缓急，重要领域和产品按重点项目处理，引导和鼓励标准受益者参与和支持。标准基础技术研究应包括以下主要内容： 压力容器技术标准体系的研究：研究国内外标准发展的现状和发展趋势，以此为依据建立更加完善、合理的技术标准体系。 确定研究的重点领域，研究标准技术依据的科学性、核心数据的可靠性和关键技术指标的合理性。通过实验研究积累自己的原始技术数据，将自己的核心技术或消化吸收引进的技术融入标准，通过实验验证和工业考核研究确定技术指标。 将科技开发和技术创新与标准基础研究结合起来，开辟将专利技术和知识产权融入标准的通道。 研究利用WTO/TBT协议中有关安全、卫生和环保的规定，研究利用民族习惯、地理位置、气候差异和资源特点带来的差异性，研究发挥技术劳动密集、市场前景广阔和需求层次丰富的比较优势。 5、 在标准中及时体现先进技术的应用。 标准工业技术的体现，因此，标准是否能及时体现技术的发展方向和服务于生产是衡量标准先进性的一个重要指标。标准要想随时体现行业的技术进步，就必须改革现有的标准体制，吸收消化国外标准制定程序中的先进方法。标准制修订管理体制应适合技术快速发展的要求：标准在制修订中，其主要技术内容应相对稳定，有固定、统一的标准编制程序和管理体制，并应能够快速反应压力容器行业和相关行业的新技术、新工艺。以ASME为例，标准每三年修订一次，每年有二次补遗。ASME标准提案审查的工作组形式已经形成条例化，标准在连贯性和内容协调性等方面均很成熟。ASME标准分为以下四个层次： —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； —标准解释（INTERPRETATION）：针对特有的应用咨询，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。 我国的压力容器标准每五年修订一次，且采用编制人统稿方式，每次修订的变化都比较大，特别是基础定义的变动较大，不利于标准的连续性和协调性，也不利于在标准中体现新技术和新成果。1999年全国压力容器标准化技术委员会开始试行在标准修订过程中采用提案审查制度，目前已经收到150份提案，为标准修订的程序化奠定了基础。我们要继续坚持和不断完善业已实行的标准提案审查制度，对新技术和新产品试行标准案例公布制度，实行定期发布标准解释的做法，为压力容器行业服务。 建议 1、 建立国家级研究课题，重点研究行业的竞争力：国家有关部门应立即着手开展行业竞争力分析课题，重点研究行业的能力、市场环境、产品成本分布、国际接轨的障碍，以此为基础，制定我国的压力容器产业政策，发展民族工业。 2、 建立国际化工程公司，以此带动和促进行业的发展：推动我们的工程公司掌握核心的技术，以我国的标准为基础制定工程规范，带动压力容器行业的繁荣发展； 3、 加强标准的基础技术研究，国家和全行业投入人力和物力进行基础技术研究如： 压力容器用材料的各项技术性能指标； 结构设计计算方法的研究； 无损检测方法和技术要求的研究； 各种材料的外压曲线制定原则 冲击试验的各种试件尺寸和测量方法的影响 结构应力分析设计方法等。 4、 完善和改造标准体系，实现标准互认 目前中国压力容器标准仍然是以借鉴先进国家标准技术内容为主，由于基础研究的经费不足，有关本国材料的基础数据尚不完善，特别是材料的外压曲线、高温性能、疲劳数据等亟待完善和充实。 目前我国的技术标准还是生产标准的框架模式，应该进行系统的研究，进行框架模式的改变，使之适应于贸易标准的要求。 在积极参加ISO/TC11国际标准活动的同时，应认真研究我国标准的技术内容与国外标准相应内容的差别，尽量采用国际通行的标准。 应刻意宣传和在国际项目中推广应用我国的压力容器标准，加大标准外文版工作的力度，在已有GB150、GB12337和“容规”英文版的基础上，加速GB151、JB4708~JB/T4709和JB4730的翻译工作，以适应标准国际化注册和压力容器生产国际化的需要。