中国压力容器行业技术标准发展趋势探讨(上)

1 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ISO15386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。

2 影响我国压力容器行业发展的几个因素

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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。

3 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。

3.1 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。

3.2 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。

1 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ISO15386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。

2 影响我国压力容器行业发展的几个因素

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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。

3 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。

3.1 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。

3.2 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。


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