2.4　我国压力容器标准GB 150在材料、安全系数和防脆断措施方面的主要区别

我国在2009年公布的《固定式压力容器安全技术监察规程》对规则设计方法（即理解为对GB 150）中钢材的安全系数规定由原来的nb=3.0和ns=1.5调低为nb=2.7和ns=1.5，2016年版的《固定式压力容器安全技术监察规程》仍为此值。GB 150（2011年版）已据此做了调整。

和ASME Ⅷ-1对由于受压力而产生应力的组件都称为受压件不同，《固定式压力容器安全技术监察规程》还把受压件划为主要受压组件和非主要受压组件，而开孔补强圈并不属于主要受压组件，且在其释义中表示：在主要受压组件中，去掉了开孔补强圈，原因是应力分析表明，开孔补强圈本身的应力很小，主要是局部区域的应力集中。

在防脆断措施方面［9］，原GB 150《钢制压力容器》在原理上参照了1989年版以前的ASME Ⅷ-1，即以经验为基础的方法，仅是将ASME Ⅷ-1对低温容器的界定温度由-30℃改为-20℃。当属于低温容器时，对碳钢和低合金钢，在符合钢材标准所要求的CVN以外，还要在设计温度下另加冲击试验，并满足规定的冲击功合格值。但在低应力工况时（指壳体或其受压组件的设计温度虽然低于或等于-20℃，但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa时的工况），若其设计温度加50℃后，高于-20℃时，可不必作为低温容器。这一方法和ASME Ⅷ-1所采用的以断裂力学分析为基础的方法完全不同，它并未计及组件中实际上可能存在的缺陷及其大小，即组件厚度；也未计及组件所承受的应力水平不同时对抗脆断性能的不同影响，完全是以20世纪中期以中低强度钢在低温时发生脆断的经验而确定的方法。

2011年修改后的GB 150《压力容器》对碳钢和低合金钢低温容器的界定温度由原GB 150《钢制压力容器》（1998年版）调低，即对碳钢和低合金钢，在等于-20℃时不再属于低温容器，设计温度在低于-20℃时才属低温容器； 对奥氏体不锈钢，则规定设计温度在低于-196℃时才属低温容器。相应地，对碳钢和低合金钢（例如Q345R等），在材料篇中规定的最低允许使用温度下限都为-20℃，意指凡是低温容器，都只能采用低温用钢或奥氏体不锈钢等。当为低温、低应力工况时，则可按设计温度加50℃的条件选材，并鉴于原规定以壳体或其受压组件的环向应力值来判定低应力工况对某些组件缺乏可操作性（因除圆筒、锥壳和球壳外，确定组件厚度的最大应力不一定是环向应力），所以对低温、低应力工况由原规定改为：是指壳体或其受压组件的设计温度虽然低于-20℃，但设计应力（在该设计条件下，容器组件实承受的最大一次总体薄膜和弯曲应力）小于或等于钢材标准常温屈服强度的1/6，且不大于50MPa时的工况。这一修改对某些组件仍然缺乏可操作性。因为对一些组件，例如碟形或椭圆形封头，确定其壁厚的最大总应力在过渡转角区附近，此最大总应力是由壳体的无力矩理论导得的薄膜应力以及因封头直边段和封头壳体间的结构不连续由有力矩理论所导得的边缘应力相叠加所组成，难以确定其最大一次总体薄膜和弯曲应力；对于平板，更无法求得其最大弯曲应力；对于法兰，更不知道是由哪个部位的应力对法兰设计起决定性作用。有鉴于此，所以ASME Ⅷ-1在图UCS-66.2的第三步、UCS-66（b）（1）（-b）和（i）（2）节中说明，对此可用trE*/（tn-c）表示组件所处的应力水平。规范说明这一规定也可用于不承受总体一次薄膜拉伸应力的组件，例如平封头、平盖、管板和法兰（包括螺栓和螺母）；且对于不是以厚度而是以最大许用压力（MAP）表示其所能承载能力的组件，例如法兰，它不用厚度，而常用额定压力表示其所能承载的能力，则该图的纵坐标用设计条件的MDMT时组件最大设计压力P对标志在铭牌上MDMT时组件最大许用压力（MAP）之比表示。对一般组件，MAP的定义是：以该组件的有效厚度并取在铭牌上许用温度时的许用应力代入设计公式所求得的压力，它实际上也代表了其所承受的应力水平，不可能也并非直接用最大一次总体薄膜和弯曲应力来表示其实际所承受的应力水平。GB 150在其标准释义中对用“在该设计条件下，容器组件实承受的最大一次总体薄膜和弯曲应力”解释为：除了对容器组件进行一次总体薄膜应力的核定外，还应对承受一次弯曲应力的容器组件进行考查，如平封头、管板、法兰等，ASME Ⅷ-1中UCS-66（b）（1）（b）有着类似的规定。这些表述，恐怕是对（2010年版）ASME Ⅷ-1 UCS-66（b）（1）（b）和（i）（2）节上述这些说明的曲解，且也未仔细参阅图UCS-66.2的第三步说明所致。这一修改，使原已落后于国外相关规范的内容更加拉大了距离。

由于这些区别，GB 150不可能如ASME Ⅷ-1那样列出整个容器的最低允许金属温度。在其标准释义中，表示为：与设计温度不同，最低设计金属温度是考察制成后的容器（或组件）可以承受的最低温度，其确定原则参考了美国ASME Ⅷ-1的相关规定。释义对最低设计金属温度的这些解释，确是与ASME Ⅷ-1关于整个容器的最低允许金属温度相符合。但问题是，其一，虽然标准释义说是其确定原则参考了美国ASME Ⅷ-1的相关规定，但是由GB 150对低温容器的规定却无法列出这一温度；其二，标准释义中的这一对最低设计金属温度的说明和标准正文通用要求4.3.4设计温度的确定d）分节中所提及的最低设计金属温度并非是同一者，前者确是ASME Ⅷ-1的整个容器的最低允许金属温度，后者却是由操作条件所确定的最低设计金属温度，仅供划定该容器是否属于低温容器之用，标准释义和正文对此含义完全不同的两个术语都用同一“最低设计金属温度”表示，使用户不知所以。因此，在压力试验时试验温度的规定，即对Q345R、Q370R、07MnMoVR制容器进行液压试验时液体温度不得低于5℃的规定，对并非用单一材料制成的整个容器，或同样材料但厚度不同，或所处应力水平不同时，或无法执行，或按某主体组件的材料执行时，对其他组件可能会引起意外脆断。

ASME Ⅷ-1已接受了我国的Q345R可以用于建造盖U钢印容器的材料，但将该钢材的有关要求都大大提高，例如将允许使用的高温温度降低，许用应力降低，对防止脆性断裂按照抗脆断性能最差的材料分类，对焊后热处理也按要求最高的材料对待等，见本书2.2节。即使这样，由规范图UCS-66（即本书图2-3）及其说明可知，经细晶化和正火处理，即按曲线B判别时，不经过另加的低温冲击试验，厚度为10mm及以下的板材也可用至-28℃，厚度为12mm者则可用至-21℃而不需另做冲击，即使未经细晶化和正火处理，按照规范图UG-84.1（即本书图2-6）所规定的冲击功合格值，只要在最低设计金属温度下进行冲击试验并满足20J，不大于35mm厚的板材即可用至该最低设计金属温度。而对未经细晶化和正火处理的150mm厚材，即按曲线A判别时，即使在48℃也有可能发生脆断；经细晶化和正火处理，即按曲线B判别时，在40℃也有可能发生脆断。GB 150则规定液压试验时液体温度不得低于5℃，这对厚材而言可能会带来不安全。虽然列有“由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验温度”的条文，一般不会引起用户关注，且缺乏可操作性。

GB 151直接引用了原GB 150的这一规定，而2014年版的GB/T 151则对低温换热器予以回避。