欧洲压力设备指令及其与ASME规范的比较
European Pressure Equipment Directive and Its Comparison with ASME Code

陈登丰CHEN Dengfeng

本文是根据欧洲压力设备指令(PED)和今年5月CACI与ASME在北京联合召开第二次规范技术研讨会上英国彼得.汉莫尔先生所做报告编写的。在起草第六节“PED和ASME 规范在管理要求上的比较”时,为避免遗漏和错误,特通过E-MAIL与英国彼得.汉莫尔先生,ASME林琼女士和马克.希恩先生请教。承蒙彼得.汉莫尔先生很快给予修改、补充。林琼女士也很快告诉作者已将提问交给ASME锅炉压力容器委员会(BPVC)给予答复。在此,特表示衷心的感谢。在未收到BPVC的答复之前,特将彼得.汉莫尔先生修改后的“比较”在此先期发表。

引言
    从今年5月30日起,凡进入欧洲的锅炉、压力容器、压力管道、安全阀等产品都必须按照欧洲压力设备指令(简称PED)的要求,取得CE标记(只能写为CE MARJKING不能写成CE MARK,因为MARK是圣经上的一个人名)才能获得进入欧洲市场的许可,对于我国很多向欧洲出口锅炉、压力容器的厂商来说,正在面临这一挑战。目前我国已有一些生产其他产品的厂商取得了CE标记,但大多数生产锅炉压力容器的厂商对PED还不十分了解,或还非常生疏,特别是一些打算把锅炉压力容器产品出口到欧洲的厂商,对PED是怎么一回事还摸不着头脑。近一百家取得ASME 授权证书的制造商,也急切希望了解如何在ASME规范的基础上进一步满足PED的要求。
PED的全称是“PRESSURE EQUIPMENT DIRECTIVE”,译成中文就是“压力设备指令”,全文可在网上下载(网址http://ped.eurodyn.com. 和http://www.newapproach.org)。
    PED是欧洲指令的一种,其问世有一段较长的历史。先于PED问世的压力设备的指令叫做简单压力容器指令(Simple Pressure Vessel Directive)它是1987年欧洲会议批准的、用于成批生产、表压大于0.5巴、盛装空气或氮气的容器。由于执行效果很好,后来才起草PED。其目的同其他的指令一样是为了消除贸易上的技术壁垒,范围是指令所定义的“压力设备”。
    为了使读者使读者对PED的核心内容有一初步的认识,本文将着重介绍名词术语,压力设备指令的范围,压力设备的分类,材料,基本安全要求,符合性评审,怎样制造有CE标志的压力设备等七个部分。在名词术语中介绍一些新概念。

一、名词术语
    压力设备 – PED中的“压力设备”是指最高允许工作压力高于0.5巴、可以组成任何一个“指令”管辖范围内的压力系统(pressure system)的各种元件。这些元件笼统地讲可分为五类,即:容器(vessel)、管道(piping)、安全附件(safety accessories)、压力附件以及由这些元件所组成的、整合在一起的具有一定功能的组合件(assemblies)。典型的压力设备包括在化学工业、石化工业、生物化学工业、食品加工工业以及能源工业中所使用的各种受火设备(锅壳式锅炉,水管式锅炉)、换热设备、工艺容器、压力储罐、工业管道等。尚包括气瓶、压缩空气设备以及法兰、接管、管接头、支座、支架、吊耳等与承压件相连接的一些元件(elements attached topressurized parts)。安全附件是指保护压力设备不超过允许限值的装置。它又分为两类:一类是保护压力设备不超过直接压力限值的装置,例如:安全阀,爆破片等;一类是起停机或锁闭作用的限制装置,例如:压力开关,温度开关,液位开关,以及各种与安全有关的测控和调节(SRMCR)装置等。
    指令 – 涉及安全问题的产品标准从性质上分为两类,一类是管理性的(administrative)一类是技术性的(technical)。前者我国叫做“监察规程”,相当于英文的“Regulation”。PED中最后一个字是“Directive”牛津字典的解释是“general instruction for procedure or action,对程序或行动的一般性指导”。译成“指令”,比较确当[“指令”本是旧时公文的一种,是上级机关对下级机关有所指示(或指导)的公文。含有强制执行的意思,它高于技术性标准,先于技术性标准]。技术性标准称之为“Harmonized Standards”,即“协调标准”。它是支持(Support)“指令”的标准,是与指令和谐一致的标准。PED1997年2月4日经欧洲协调委员会(Conciliation Committee)批准,同年7月9日在欧洲官方公报(Official J.)第L181期上公布,1999年11月29日前欧盟各个成员国的监察规程仍然适用,此后到2002和5月23日为欧盟成员国监察规程与PED同时并存的过渡期,到2002年5月30日PED强制执行,各成员国监察规程失效。但PED设计和制造方面的协调标准迟至今年4、5月方陆续问世(表1)。至于为什么把原先的“Regulation”改为“Directive”,把原先的“Technical Standards”改为“Harmonized Standards”,这就是下面将介绍的、当今欧洲的“新概念”(New Concept)或“新方法”(New Approach)。
    新方法- 新方法是不同于欧洲旧时标准的最大特点。PED是“新方法指令”(New Approach Directive)中的一种。它是从系统的观点考虑安全管理问题。把过去分散的、以产品为单元的安全监察规程整合为一个统一系统下的指令。用一个指令含盖了许多产品,如上所述,PED所含盖的产品实际上从最简单的压力锅(pressure cooker)到最复杂的大型锅炉。
    新方法指令有以下五个原则:
1、评价是否符合指令的要求限于指令中的基本要求(essential requirements), 对于压力设备即安全基本要求(Essential Safety Requirements,ESR)。
2、只有符合基本要求的产品才能投放市场和投入使用。
3、在欧洲官方公报上公布的协调标准应认为是符合基本要求的。
4、制造商采用协调标准或任何其他技术标准仍然是他们的自愿行为,制造商选择符合基本要求的任何技术解决方案也是他的自由。
5、制造商可以在适用指令里面所提供的不同的符合性评审程序之间进行选择。
    根据这五个原则,制造商可以采用任何一个承认的规范或标准来制造锅炉或压力容器,例如PD 5500, CODAP,ASME CODE,但必须满足指令中的基本安全要求才能取得CE标志、进入欧洲市场。
在新方法指令里面把符合性评审分为几个模式(一般为8个,从A到H),用几个模式组成有限数量的程序。以此来评价大量的产品(详见下述)。
    安全基本要求和符合性评审要求 (Conformity Assessment Requirements)是新方法指令的核心部分,以PED为例,二者的篇幅约占全文的70%。安全基本要求又分为一般性要求和特殊性要求(special requirements);一般性要求又分为定性要求和针对某些压力设备的具体定量要求(specific quantitative requirements)。巧妇难为无米之炊,材料是压力设备的基础,PED强制实施后,对美国来讲,最为头疼的事情就是材料问题,对我们也是如此。因此,本文对此将重点介绍。
    在PED里面常常可见到“Notified Body”这个词,听起来比较怪,也不太好翻译。在PED正文里面有专门的一章讲它。ASME认为它相当于AIA,但也不完全一样。根据定义,它是由欧盟某一个成员国指定(appoint)执行符合性评审程序 (carry out conformity assessment procedures)、办理EAM程序 (carry out procedures of European approval for materials) 和执行指定特殊任务(carry out specific tasks)的机构。每个这样的机构都由欧洲委员会给他一个识别号码(Identification number)。作者在研讨会上曾请教过Hanmore先生这种机构是否是由某一成员国政府授权的机构(authorized by the government of a Member State), 他说是的。但是,后来作者用E-MAIL与他通讯时,他把“authorized”一词又改为“appointed”,即“指定”机构。而一个成员国指定的机构还要通报(notify)给所有的成员国,还要在官方公报上发表,所以才叫做NOTIFIED BODY,直译就是“被通报的机构”,但含义不清楚;作者认为意译为“指定机构”较好;而AIA则直译为“授权检验机构”,以资区别。
    表1 PED 97/23/EC的协调标准

标准号

名称

批准日期

EN 13445

非受火的压力容器

2002年4月30日

EN 13480

工业管道

2002年5月31日

EN 12952

水管锅炉

2002年2月

EN 12953

锅壳锅炉

2002年2月

二、压力设备指令的范围

    在上面名词术语和定义中的“压力设备”中已经述及这个指令的范围。但不属于这个指令范围的压力设备也很多,要完全弄清楚它并不容易,它牵涉到很多其他指令,以及欧共体条约中的条款(Articles of the Treaty establishing the European Community)。举例如下:
从某一装置内的最后一个独立设备算起、离开或进入该装置的管道(这一条排除在本指令范围的规定,不适用于诸如减压站或加压站之类的标准压力设备);
供排水管网的管道;
指令87/404/EEC简单压力容器所覆盖的设备;
1975年5月20日指令75/324/EEC所覆盖的设备:气溶胶喷雾设备;
为指令70/156/EEC, 74/150/EEC和92/61/EEC指令及其附件所定义的车辆的运行的设备;
由89/392/EEC,95/16/EC,73/23/EEC,93/42/EEC,90/396/EEC和94/9/EC等六个指令所管辖的、不高于本指令划分为I类的压力设备;
欧共体条约中条款223(1)(b)所覆盖的设备;
为核用途所设计的设备;
油气或地热开发设备以及控制油气井压力的地下储罐,包括:防喷设备(blow out preventers, BOP), 管汇以及他们的所有上游设备;
尺寸计算、选材和制造的规则主要根据满足静态、动态或其他运行在强度、刚度和稳定性方面的要求,而压力不是重要设计因素的设备,例如:涡轮发动机、内燃机、蒸汽发动机,燃气轮机,蒸汽轮机,透平发电机,压缩级,泵机以及执行机构;
含有弹性外罩的压力设备,例如:轮胎,运动用球类,汽艇,气垫,以及其他的类似压力设备;
排气和进气的消音器;
盛装碳酸饮料的瓶子和罐头;
最高许用压力不超过7巴、用于运输和配送饮料的容器;
热水采暖系统的散热片和管子;
用于储存液体而液面上气体压力不大于0.5巴的容器。

三、压力设备的分类

PED把压力设备按其危害性的程度分为I 、II、 III、 IV四类,类号愈大,危害性也愈高。为进行分类,首先把流体分成2组:第1组是有危险性的流体,包括易爆、易燃(极易燃,易燃,可燃)、易氧化和有毒(剧毒、有毒)流体;第2组是所有不属于第2组的流体,包括:有害,有腐蚀性,有刺激性流体,致敏流体,致癌流体,起诱变剂作用的流体(mutagenic fluid),生育毒性流体(toxic for reproduction fluid)和对环境有危害的流体等。其次,还要根据流体的性质(气体,液体),压力和体积而定。气体则包括:一般气体;在压力下被溶解的气体;蒸汽以及在最高允许温度下蒸汽压高于0.5巴的液体。液体则指在最高允许温度下蒸汽压低于0.5巴的液体。其具体做法可见表2。

表2压力设备分类对流体组别、流体性质、最高许用压力和体积的划分办法

1.容器

  • 气体,液化气体,在压力下溶解的气体,蒸汽,以及在最高允许温度下蒸汽压高于大气压(1013毫巴)0.5巴的液体,其范围是:
    第1组流体,体积大于1升,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于50巴升,或最高允许压力大于200巴;
    第2组流体,体积大于1升,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于50巴升,或最高允许压力大于1000巴;以及所有携带式灭火器和呼吸气瓶
    液体, 在最高允许温度下的蒸汽压不大于标准大气压(1013毫巴)0.5巴,其范围是:
    第1组流体,体积大于1升,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于200巴升,或最高允许压力大于500巴;
    第2组流体,最高允许压力大于10巴,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于10000巴升,或最高允许压力大于1000巴。

2.受火的或被加热的压力设备

体积大于2升,在温度高于100 C下用于产生蒸汽或过热水,以及所有的压力锅。

3.管道

(a)气体,液化气体,在压力下溶解的气体,蒸汽,以及在最高允许温度下蒸汽压高于大气压(1013毫巴)0.5巴的液体,其范围是:
第1组流体,DN大于25;
第2组流体,DN大于32,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于1000巴
液体, 在最高允许温度下的蒸汽压不大于标准大气压(1013毫巴)0.5巴,其范围是:
第1组流体,DN大于25;最高允许压力(PS)与体积的乘积大于2000巴;
第2组流体,最高允许压力(PS)大于10巴,DN大 于200,最高允许压力(PS)与体积的乘积大于5000 巴。

4.安全附件和压力附件

上述1、2、3所覆盖的设备所用,包括这些设备被组装成一台组合件所用的安全附件和压力附件。

    为确定压力设备的类别,根据表2中1a1,1a2,1b1,1b2,2,3a1,3a2,3b1,3b2等9种情况,可画出9 个分类图。
    同样的PS.V乘积在不同的情况下就划分为不同的类别,例如PS.V = 50巴 x 50升 = 2500 巴升,在表3中1a1的情况下为IV类,在1a2的情况下为III类,在1b1的情况下为II类,在1b2的情况下为SEP,即不必满足ESR,无须CE标记。(SER = self engineering practice = 自己的工程做法)在3a1的情况下为II类。
(图1至图5 采用HANMORE的幻灯片No.45至No.49。)

四、材料

    PED对材料的安全要求是;足够的延性(延伸率大于14%);韧性(20C夏比V缺口冲击能量大于27焦耳);有防止脆性断裂的措施;对介质的化学抗力;耐时效性;适合于加工;与异种材料连接时不得产生有害影响。用于设计计算的材料应力值由制造商指定。但制造商只能采用以下三类材料用于制造压力设备:材料协调标准中的材料(表3);欧洲批准的材料和特别鉴定的材料。
表3 材料协调标准

类别

协调标准

钢板

EN 10028 Pt 1

EN 10028 Pt 2

EN 10028 Pt 3

EN 10028 Pt 4

EN 10028 Pt 5

EN 10028 Pt 6

EN 10028 Pt 7

 

 

紧固件

EN 10269

 

 

EN 12420

EN 12451

EN 12452

铸钢件

EN 10213 Pt 1

EN 10213 Pt 2

EN 10213 Pt 3

EN 10213 Pt 4

 

 

锻钢件

EN 10222 Pt 1

EN 10222 Pt 2

EN 10222 Pt 3

EN 10222 Pt 4

EN 10222 Pt 5

 

EN 12482

 

 

无缝和焊接管*

EN 10216

EN 10217

 

正在编制中
凡是采用欧洲协调标准的材料用于制造压力设备的,就认为它符合基本安全要求。
非欧洲协调标准的材料,怎样才能成为欧洲批准的材料(简称EAM)呢?其程序是:
首先,申请的材料必须是通常用于压力设备的材料;
申请成为EAM,必须由压力设备或材料的制造商提出申请;
申请成为EAM的单子必须由欧盟授权机构(NOTIFIED BODY)发给各成员国(Member States)和欧洲委员会(Commission)征求意见;
申请的单子可能需要若干个月才能见诸于官方公报(Official Journal);
新材料在申请过程中可能要进行试验;
新材料一旦获得批准,则任何一家制造商都可以使用了。
大约在2001年初,ASME曾经通过法国的一家授权机构叫做CETIM的提出一份申请成为EAM的单子,工有7页数据,含有各种型号和强度等级的ASME / ASTM的材料(详细情况参见《ASME在中国》2001年第2期)。2001年3月16日CETIM把这些材料提交给欧洲委员会和各个成员国征求意见,结果是被拒绝了,没有获得批准为EAM,理由是根据PED第11章第5条的规定,PED禁止把欧洲协调标准已经覆盖的材料列为EAM,故这一道关不好过。据说目前还没有一个非欧洲的材料被批准为EAM。目前唯一可行的道路是申请为PAM
那么,怎样才能成为特别鉴定的材料(简称PMA)呢?其前提是:
制造商必须保证该材料适合于“特别”用途,并能满足ESR中对材料的要求。
必须由某一负责符合性评审的欧盟授权机构对该材料是否可用于III、IV类压力设备进行鉴定。
进行鉴定时,制造商要向该授权机构提供符合许用材料标准的证明。所谓许用材料标准指的是欧洲的协调标准、EAM和PMA。
倘若不能满足特殊的定量要求,则需要说出其理由。
这里,对一种材料经鉴定后所作出的决定是无须重复进行的。
特别鉴定的材料(PMA)比较容易获得通过,只要由一家欧盟授权机构来做就可以了,不需要征求欧洲委员会和欧盟成员国的意见,所以申办时间比较短。在我国有办事处或代表处的国外授权机构,很多是身兼两职,他们既是ASME的授权检验机构(AIA),又是欧盟的授权机构(Notified Body),其中有几家就已经批准过若干个PMA。

五、基本安全要求及其与ASME规范的比较

基本安全要求(ESR)是PED的核心部分,也是ASME规范的核心部分,采用ASME规范第VIII卷1册可以满足PED的部分ESR要求而不能满足PED的全部ESR要求。PED在压力设备使用的细节上一般考虑得比ASME规范细致。
表2中所列压力设备都必须满足基本安全要求。
在表4中将PED和ASME CODE的基本安全要求进行了比较。但这里要注意的是:由于ASME规范是管理和技术合在一起的,进行比较时,只是比较ASME规范中的管理部分,而不涉及技术部分。因此,不得以为ASME规范比PED的篇幅要大,就认为ASME规范比PED更为全面。
另外,在“基本安全要求”里面对于“必须”的语词,PED一律采用“must”,而不采用像ASME规范里面常用的“shall”。作者曾请教过上海大学一位英籍教授英语的陆森先生(J. Reynolds Nelson)关于“must”,“shall”和“have to”的区别,他说“must”和“have to”都是命令的语气,而“must”更是日常用语(everyday use)。“shall”虽然也是这个意思,但更为正规(more formal),更为有礼貌(more polite)。

表4PED与ASME VIII-1在基本安全要求上的比较

PED 的ESR

ASME VIII-1

节号

摘要

节号

备注

Prelim.
Observatin

制造商的责任:在设计和建造时必须考虑由于压力引起的危害性,并对它进行分析。

-

-

1.2

  • 制造商必须按以下顺序列出的原则解决安全问题:
    消灭或尽最大可能减少危害性
    对不可能消灭的危害性,采取防止危害性的适当保护措施
    告知用户残余的危害性,指出在安装和(或)使用时有必要采取适当的措施来减少这一风险

-

-

1.3

设计必须防止由于错误使用而造成的危险,如这样做不可行,必须给出适当的警告,不可错误使用。

UG-20(b)
UG-116

有一点要求,不详细。

2.2.1
2.2.2

根据计算或实验进行有充分强度的设计. 根据期望的用途和可预见的操作条件, 按照适合的载荷进行设计.特别要计及以下这些载荷:
内压/外压
环境温度和操作温度
在操作条件和和试压条件下的静压和物料的重量
交通载荷, 风载荷, 地震载荷
支座, 连接件和管道产生的反力和力矩
腐蚀, 冲蚀和疲劳等
不稳定流体的分解
当最高许用压力PS和容积的乘积小于6000巴升时, 或PS.DN的乘积小于3000巴时, 可按实验设计,不进行计算.

UG-19(d)
UG-22
UG-23(d)
UG-25
UG-101

不太全面

2.3

  • 保证安全搬运和操作的条款. 避免压力设备操作时可以预见到的风险. 特别要注意以下事项:
    封闭件和开孔
    泄压吹扫时的危险性排放
    防止在带压或真空状态下进人的装置
    考虑计划用途下的表面温度
    不稳定流体的分解

-

-

2.4a

压力设备的设计和建造必须保证所有必须的检测能得以进行

-

-

2.4b

进入设备进行内部检查的措施

UG-46

 

2.4c

  • 在下列情况下保证压力设备处于安全状态需要有别的措施:
    容器太小难以进人检查
    开孔对容器内部产生不良影响
    内容物对容器材料无害

 

 

2.5

  • 必要时应备有放空和疏水的方法:
    以防止水锤、真空破坏、腐蚀和未受控制的化学反应所产生的有害作用。必须考虑所有的操作和试验阶段,特别是在试压的阶段。
    允许以安全方式进行清理、检验和维护。

UG-25f
UG-46

一部分

2.6

  • 腐蚀和其他的化学侵蚀 –
    计及期望的和预见的用途,必须有足够的腐蚀裕量

UG-25

未考虑到其他形式的化学侵蚀

2.7

  • 磨损 – 可能发生严重磨蚀和冲蚀的地方, 必须采取以下适合的措施:
    采用正确的设计来尽量减少这种影响,例如:附加厚度,采用衬里或覆层材料。
    允许更换零件
    在说明书中提醒注意:为了持续安全使用必须采取的措施。

UG-26

不全面

2.8

  • 组合件的设计应当使:
    组合在一起的元件对于他们的工作是适合的、可靠的。
    所有元件应以适当的方式整合和组装在一起。

UG-21
UG-120c

 

2.9

  • 充填和排放的条款
    压力设备的设计应带有附件和附件的连接措施,保证安全充填和排放,特别要注意的是:
    充填时的危险性
    对于充填比和充填温度下的蒸汽压而言出现过度充填和超压
    压力设备充填时出现不稳定性
    排放时的危险性:压力流体在失控状态下释放
    充填和排放时的危险性:不安全的连接和拆卸

-

-

2.10

  • 保护压力设备不超过允许的限值 –
    当压力设备在预见条件下可能会超过允许限值时,除非该压力设备在组合件中有其他的保护装置外,必须配有合适的保护装置或具有装配后者的措施。保护装置或他们的组合是指:
    第1章2.1.3所定义的安全附件
    指示仪表和报警器之类的监控装置

UG-125到UG-128

泄压装置

2.11
2.11.1






2.11.2
2.11.3

安全附件
安全附件必须:
适用而可靠
独立于其他功能(安全功能不受其它功能所影响)
符合设计原则:特别是:失效保护模式,余度,相异性和自诊断
短时间升压限制在10% MAP
温度监控装置, 适当的响应时间


UG-125
UG-126

UG-131

UG-125
APP.C & T







一部分

2.12

外围火灾防护设计和防护附件- 满足破坏极限要求

-

-

3.0
3.1

制造
制造工艺 –制造商必须保证采用适当的技术和程序有效地执行设计的规定.
对于文件化的和批准的制造工艺没有具体的要求.

UG-75,78,93, 5,117

 

3.1.1

元件的准备(例如:成形和开坡口) 不得引起缺陷或裂纹, 或造成有害的力学性能的改变

UG-11, 76, 95,UW-31, 32

 

3.1.2

  • 永久性接头(焊接,硬钎接,软钎接,粘接的接头) –
    接头及其相邻区域不得有表面和内部缺陷。
    永久性接头的性能必须满足被连接材料的最低性能要求
    受压件及与受压件直接连接的永久性接头必须由具有适当资格的人员采用适当的操作工艺来连接。
    对于II,III,IV类的压力设备:
    操作程序和操作人员必须经过一家欧盟授权机构(NOTIFIED BODY)或承认的第三方机构(RTPO)的批准。
    第三方机构必须执行协调标准EN288/287 中规定的检测和试验或相当的检测和试验,以便进行上述批准。

UW-11, 28, 29, 32, 35, 36,37, 46, 47, 48, 51



UW-26,28,29

 

3.1.3

无损检测
I,II类压力设备的无损检测必须由具有适当资格的人员来进行。
III,IV类压力设备的无损检测必须由RTPO批准的有资格的人员来进行。
注:PED对无损检测人员的考试不规定任何规程。


UW-51

 

3.1.4

热处理 – 当制造工艺过程改变了材料性能以致将损伤压力设备的安全时,则必须在制造的适当阶段进行适合的热处理。采用建造规范对热处理的要求。

UG-85
UCS-85
UHT-5,51

 

3.1.5

材料的可追踪性 – 材料从验收到最终试验必须可进行追踪。对于受压件而言。制造商必须建立和保持识别和追踪材料的程序。

UG-93,94
APP. 10

 

3.2

最终评审 – 包括最终检验(内部和外部VT)以及随机文件审查;验证试验(一般诶水压试验);安全装置检验等。

UG-90,96,97,99,100,120

 

3.3

标记和标签

UG-116, 118, 119, 129

 

3.4

  • 操作说明书
    投放市场的压力设备必须给用户一份含有以下一切必须的有关安全的说明书:
    包括将各种压力设备组装起来的安装资料
    投入使用的资料
    如何使用的资料
    维护资料
    使用错误造成的危害性

-

-

当制造商不采用协调标准的材料时,必须证明他已经采取措施达到相当的总体安全水平(Equivalent overall level of safety), 这个总体安全水平就是压力设备具体的定量要求(表5)。

表5 定量要求

项目

定量要求

1 许用应力

  • 对于以静载为主和在不产生显著蠕变温度范围内的材料,许用应力不得大于以下诸值的较小值:
    铁素体钢(包括轧制正火钢,不包括细晶粒钢和特殊热处理钢):Re/ t 的2/3 和Rm/20的5/12。
    奥氏体钢:如断裂后延伸率大于30%:Re/ t 的2/3;如断裂后延伸率大于35%:Re/ t的5/6和Rm/t的1/3。
    非合金或低合金铸钢:Re/ t 的10/19和Rm/20的1/3。
    铝:Re/ t 的2/3
    铝合金(不包括沉淀硬化合金):Re/ t 的2/3和Rm/20的5/12。

2 接头系数

焊接接头系数不得大于以下的值:
破坏性试验和无损检测证实设备的全部接头无重大缺陷时,系数取1。
作无损检测随机抽检的设备,系数取0.85。
除目视检测外不作其他无损检测的设备:系数取0.7。
必要时,尚必须计及应力的类型以及接头的力学性能和工艺性能。

3 压力限制装置

瞬时压力冲击必须不超过最大允许压力的10%。

4 液压试验压力

压力容器的液压试验压力不得小于:
相当于计及最大许用压力和最高许用温度时,压力设备使用时的最大载荷乘以系数1.25;或
最大许用压力乘以系数1.43;
取二者的较大值。

5材料特性

除非必须考虑按照别的准则,还要求别的数据,则满足以下要求的材料可认为有足够的延性:拉伸试验断裂后的延伸率不小于14%;在不高于20C 下做ISO V形缺口冲击试验弯曲断裂能量不小于27焦耳。

注:符号说明:
Re/t – 屈服限:
对于具有上流动限和下流动限的材料以上流动限温度作为计算温度;
对于奥氏体钢和非合金铝以1.0%保证强度下的温度作为计算温度;
其他情况下以0.2%保证强度下的温度作为计算温度。
Rm/20 – 为20 C下极限强度的最小值
Rm/t – 为计算温度下的极限强度

六、欧洲压力设备指令和ASME 规范在管理要求上的比较

上面一节是欧洲压力设备指令同ASME规范在安全基本要求上的比较,安全基本要求是管理要求的一部分,本节则打算在管理要求的十个方面进行较为全面的比较。这十个方面得到彼得.汉莫尔先生的指正和补充,但在没有得到ASME的答复之前,这一比较还不能肯定它没有错误。为了使读者可与英文进行对照,特将英文部分列为本文的附录二。

七、符合性评审要求

欧洲指令对符合性评审有统一的做法。现有的21个新方法指令都是把符合性评审分为从A到H的8个基本模式,模式按照设计和生产两个阶段来划分,或二者兼而有之(表7和表8)。8个模式下面尚可再分为8个变型模式。模式之间的相互组合可以建立一个完整的评审程序。
PED里面除A 到H 的8个模式外,还有6个变型模式,即:A1、B1、C1、D1、E1、H1(表9)。

表6 欧洲压力设备指令和ASME 规范在管理要求上的比较

欧洲压力设备指令

ASME锅炉压力容器规范

  • 一部单独的管理规范,其目的是通过制定一个最低安全目标来消除在欧洲贸易上的壁垒
  • 兼有管理规范和技术标准,其目的是提供详细的技术规则用于指定压力设备的设计和制造
  • 范围 – 非常广泛 – 囊括所有操作压力高于0.5巴的压力设备.
    包括:容器,管道,压力附件, 安全附件和他们的组件
  • 不同类型的产品分别纳入不同的卷里面
  • 没有压力的上限
  • 有压力的上限
  • 对压力设备的分类- 根据危害性的水平
  • 第三方 –指某一指定机构( Notified Body)或某一被承认的第三方机构( Recognized Third Party Organization )(这两种机构都是由欧盟的成员国指定的)
  • 第三方 – 指授权检验机构
  • 指定机构(Notified Body)
    由某一成员国的政府指定,通报给欧洲委员会和所有其他的成员国,在欧洲官报上发布。
    发布时同时公布他的识别号码,该识别号码可放在(表示符合指令的)标志或标签的下面
  • 授权检验机构
    美国某一州或市、或加拿大某一省的检验机构,或某一授权开具保单、被ASME所认可的保险公司.
    没有识别号码

指定机构(Notified Body)的功能
符合性评审(各种类型)
公布欧洲批准的材料 – 发送报审材料给成员国和欧洲委员会,考虑欧洲委员会的意见和成员国提交的意见下公布欧洲批准的材料
独自进行特定材料的鉴定
批准连接程序和从事连接的人员,进行无损检测和试验

  • 授权检验机构的功能
    参加对制造商质量体系的联合审查
    对锅炉和压力容器的检验(符合性评审)
  • 安全基本要求 – 危害性分析;适用于所有压力设备的总要求以及对于受火或以其它方法加热的压力设备和管道的特殊要求;定性的和定量的要求(对于某些压力设备)
  • 强制性要求 – 总要求和特殊的要求
  • 材料 – 必须属于以下三种类型:
    符合协调标准的材料(产品标准或材料标准)
    欧洲批准材料所覆盖的材料
    制造商已经公布为属于特殊鉴定的材料
  • 材料 – 按照认可的材料标准生产的材料,不限于材料的源产国是哪一个国家
  • 评审程序:是从风险程度的大小来设计的;评审程序为制造商提供了选择:是选择由指定机构(Notified Body)来检验的方案,还是选择在一个被指定机构批准的质量体系下运行的方案
  • 评审的严格程度取决于产品的设计方法:公式设计(VIII-1),分析设计 (VIII-2) 或断裂力学设计 (VIII-3)


选用哪些模式或模式的组合,要根据压力设备的潜在危险程度而定。亦即要根据压力设备的分类而定(表10)。
一个类别里面往往列出几种模式或模式的组合,供制造商选用。他们都属于相当的严格度。这些具有相同严格度的不同模式的用途示于表10。使用的时候选择其中的一种就可以了。
表7符合性评审的模式

设计阶段

生产阶段

模式A

模式B

模式C

模式D

模式E

模式F

模式G

模式H

表8基本模式的含义

A – 生产内部控制

覆盖设计和生产的内部控制。这一模式不要求授权机构(NOTIFIED BODY)做工作。

B – EC型式检验

覆盖设计阶段,要求与生产阶段的评审模式结合使用。型式检验证书由授权机构颁发。

C – 型式符合性

覆盖生产阶段,在模式B之后。与型式检验证书上的型式相符。这一模式无须授权机构做工作。

D – 生产质量保证

覆盖模式B之后的生产阶段。从质量保证标准EN ISO 9002导出。授权机构负责批准和控制生产的质量体系,负责由制造商准备的、产品最终检验和试验。

E – 产品质量保证

覆盖模式B之后的生产阶段。从质量保证标准EN ISO 9003导出。授权机构负责批准和控制生产的质量体系,负责由制造商准备的、产品最终检验和试验。

F – 产品验证

覆盖模式B之后的生产阶段。授权机构控制与模式B所颁发的型式试验证书中所述型式相符。授权机构签发符合性证书(合格证书)。

G – 逐台验证

覆盖设计和生产两个阶段。授权机构检查每一台产品并签发符合性证书。

H – 全面质量保证

覆盖设计和生产两个阶段。从质量保证标准EN ISO 9001导出。授权机构负责批准和控制设计、制造、和由制造商准备的产品最终检验和试验的质量体系。

表9 PED的基本模式和变型模式

模式A

编写技术文件。自声明符合性。

模式A1

同模式A,但授权机构监控最终试验。

模式B

EC型式审查(=设计批准 + 产品检验),编制技术文件

模式B1

设计审查(设计批准),编制技术文件

模式C1

型式符合性(随机最终检验)

模式D

生产质量保证(EN ISO 9002)

模式D1

同模式D,编写技术文件

模式E

产品质量保证(EN ISO 9003)

模式E1

同模式E,编写技术文件

模式F

产品验证(最终检验)

模式G

EC逐台验证(设计批准和EC 工序间检验),编制技术文件

模式H

全面质量保证(EN ISO 9001),编制技术文件

模式H1

同模式H,增加设计审查和特殊监督,编制技术文件

制造商 通过所选模式的符合性评审 CE

表10 压力设备符合性评审的模式

压力设备类别

评审模式

I

A

II

A1; D1; E1

III

B1+D;B1+F;B+E;B+C1,H

IV

B+D;B+F, G; H1

表11 符合性评审模式的用途

类别

常规检验

质量保证

单件生产

批量生产

单件生产

批量生产

I

A

A*

 

 

II

A1

A1

D1或E1

DI或E1

III

B1+F

B+C1

B1+D或H

B+E或H

IV

G

B+F

H1

B+D

*对于批量生产可以在统计基础上进行最终试验。

从表9可以看出D、E、H三个模式及其变型模式的评审,可采用质量体系EN ISO 9001,9002和9003,符合这些标准的,只要体系考虑了该产品的特殊要求,就意味着符合对应的质量保证模式。
上面所谈都市针对一种压力设备产品而言,对于含有各种压力设备的装置(系统)而言,应当怎样进行评审?例如:某装置中含有以下各种压力设备,它们按照单独设备评审时的类别是:
阀门 I类
安全阀 IV类
换热器 II类
压力容器 III类
管道 SEP类
泵 不属于压力设备
这一装置除安全阀按IV类评审, 泵因不属于PED另有指令(94/9/EC和98/37/EC)外,其余设备都按最严格的类别,即III类进行评审。这种按其中最严格的类别进行评审方法叫做综合评审法(Global Conformity Assessment)。
把符合性评审总结一下,其要点如下:
制造商可从几种评审模式中选择其中的一种;
制造商也可选择较高等级的评审模式;
任何时候都可以选择质量保证的模式;
组合起来的装置要要哦进行综合符合性评审;
安全附件必须按照第IV类进行评审。

八、怎样制造有CE标志的压力设备
总结一下制造有CE标志的压力设备,其一般程序是:
制定CE标志的策略

确定负责人
(用户和承包商向制造商提供设计说明书, 提供设计和操作条件,流体的分类和性质, 设计载荷,操作安全措施和选材等资料)

确定危害性的类别

选择符合性评审的模式

编写技术文件

制造/试验/符合性评审

CE标志

对于由一家制造商把几台压力设备组装在一起形成一个整合的装置时(several pieces of pressure equipment assembled by a manufacturer to constitute an integrated whole),这里,是否属于PED的范围取决于是否是现场组装,故制定CE标志的策略为如下的程序:

组装否?
是否现场组装?
 
否是作综合性评审
下一步行动 用户负责  

压力设备用材料只能从协调标准、EMA或PMA三种中选取,假如是PMA,例如选用ASME SA 516-70,则必须由负责符合性评审的机构签字批准。
编写的技术文件包括该产品(装置)的概述、危害性分析、方案设计和施工图纸、设计计算和制造中所作试验的结果、焊接工艺评定和焊工资格的批准、无损检测说明、对图纸和操作的说明,列表说明采用的协调标准,如不采用协调标准,则列出为满足ESR所采取的措施等。
如产品中采用了协调标准,则列表说明采用的协调标准和符合协调标准的零件,这一部分可认为是符合基本安全要求的。如采用的是ASME规范之类的国家标准,则必须向授权机构证明它满足安全基本要求并标明和改正了其差异处(这部分可参见日后在ASME规范第VIII卷1册将增加的附录Z),才能说明它具有符合性。这一部分必须形成文件。
技术文件的保存日期,从产品制造的最后一天算起至少10年。技术文件要采用成员国的官方语言来编写,并且是授权机构所能理解的语言。
制造中焊接工艺评定和焊工的评定,对于II 、III、IV类压力设备必须由一家授权机构(NOTIFIED BODY)或承认的第三方机构(RTPO)来批准;对于III、IV类压力设备,无损检测人员资格评定和最终评估(水压试验或代替水压试验的等效方法,例如无损检测)则必须由一家RTPO来进行。
当产品通过符合性评审后,制造商就可以签署符合全部ESR的符合性声明(Declaration Of Conformity),并在其产品上使用CE标志了。

以上简单地介绍了PED以及PED同ASME规范的差异之处。随着我国进入WTO,对欧盟贸易的日益增加,必然会日益加深对PED的认识和理解,而我国广大的ASME取证厂家在不可避免地要接触到PED的过程中,将必然要日益完善其质量保证体系,使其在满足ASME规范要求的同时,也能满足欧洲的要求,从而使中国造的压力设备成为全世界所认可的、畅行无阻的、信得过的、安全可靠的产品。

附录1:PED的适用范围 – 欧盟成员国名单
目前15个成员国 – 德国,英国,法国,意大利,西班牙,荷兰,比利时,葡萄牙,瑞典,奥地利,芬兰,丹麦,爱尔兰,卢森堡
2004年增加6个成员国 – 波兰,匈牙利,捷克,斯洛文尼亚,塞浦路斯
以后再增加6个成员国 – 罗马尼亚,保加利亚,立陶宛,拉脱维亚,马耳他
欧洲经济区(EEA)3国– 冰岛,挪威,列支敦士登

附录 2 An Administrative Comparison between PED and ASME Code


Pressure Equipment Directive

ASME CODE

  • A separate administrative code intended to remove barriers to trade in Europe by setting minimum safety objectives
  • Administrative code plus technical standard, intended to provide detailed technical rules for the design and manufacture of specified pressure equipment
  • Scope – very comprehensive – includes all pressure equipment operating at a max. Allowable working pressure higher than 0.5 bar .
    Includes: Vessels, piping, pressure accessories, safety accessories and assemblies
  • Different kinds of products in different Sections .
  • No upper pressure limit
  • With upper pressure limit
  • Classification of pressure equipment – according to level of hazard
  • none
  • The Third Party – a Notified Body or a Recognized Third Party Organization (both appointed by a MemberState of theEuropean Union)
  • The Third Party – Authorized Inspection Agency
  • Notified Body
    Appointed by the government of a MemberState, notified tothe Commission and all other MemberStates and published in the Official Journal.
    Issued with identification numbers whichfollows the Marking or labelling (indicating conformance to theDirective).
  • A.I.A.
    The inspection organization of a State or Municipality of the United States, a CanadianProvince or an insurance company authorized to write boiler and pressure vessel insurance and accredited by ASME.
    Without identification numbers
  • Function of a Notified Body
    Conformity assessment (various categories)
    Issue of European approval of materials – sending information to MemberStates and the Commission, issue the EAM taking into account the opinion of the Committee and the comments submitted.
    Perform particular material appraisal.
    Approve joining procedures and personnel, perform examinations and tests
  • Function of an AIA
    Joint Review of the manufacturer’s Quality System
    Inspection of boilers and pressure vessels (conformity assessment)
  • Essential Safety Requirements – hazard analysis; General requirements applicable to all pressure equipment and specific requirements for fired and otherwise heated pressure equipment and piping;; qualitative and quantitative requirements (for certain pressure equipment)
  • Mandatory requirements – general and specific;
  • Material – must be in one of the following forms:
    Materials which comply with harmonized standards(product or material standard)
    Materials covered by a EAM
    Materials for which themanufacturer has issued a particular material appraisal
  • Material – produced to an acceptable material specification, not limited as to country of origin
  • Assessment procedures: devised in the light of the level of risk,, provides the manufacturer with a choice between inspection by the Notified Body and operating an approvedquality system approved by the Notified Body
  • Stringency of assessment depend on the method of design: design by formula (VIII-1), design by analysis (VIII-2) or design by fracture mechanics (VIII-3)
©2007 Coryright Reserved 版权所有:中石协ASME规范产品协作网(CACI)
地址:北京西城月坛南街26号1号楼4032室
电话:010-68532102 传真:010-68532101 邮编:100825 E_mail:caci@caci.org.cn