GB150.4-2011《压力容器 第 4 部分:制造、检验和验收》
总结
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前言
本文是本人根据 2012 年 2 月 20 日~2 月 24 日黄山学习资料进
行总结,其中内容基本都是宣贯时的资料摘录而成,由于内容多,
许多资料本人未作详细论证,希望广大同仁在学习之余能够提出宝
贵意见。
在工作过程中,也希望各位同仁能够将实际中的一些好的技术
与制造经验分享一下,比如制造中的新的无损检测技术、制造中一
些比较典型的加工工艺、一些新的设计理念等等。或者将一些疑难
问题提出来,我们共同探讨学习、共同提高。
由于本人技术及水平限制,其中错误和纰漏在所难免,敬请指
出,以便修改定稿。
本人正在进行 GB150.3-2011 设计部分的整理工作,由于里面牵
涉到大量的基础理论与基础数据,恳请广大同仁能够提供资料,尤
其是可编辑的图表数据(正式可靠的)与试验数据,本人一并致谢!
期待大家的宝贵意见和建议!
本人海川办公室:http://bbs.hcbbs.com/thread-963837-1-1.html
本人 qq:958471176
也可以通过站内短信联系我。
申明:由于时间关系,谢绝不必要的骚扰!
编者:飞天雪
2012 年 3 月 9 日
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GB150.4-2011
压力容器 第 4 部分:制造、检验和验收
一、本标准历次修订情况
——1973 年编制 JB741-73《钢制焊接容器技术条件》
——1980 年编制 JB741-80《钢制焊接压力容器技术条件》
——1985 年《钢制石油化工压力容器设计规定》(原机械部、化工部、
中石化总公司)
——1989 年形成国家标准 GB150-1989《钢制压力容器》
——1998 年修订成现行标准 GB150-1998《钢制压力容器》
——2009 年 7 月启动修订为分标准 GB150.4
二、修订过程
2009 年 7 月 25 日兰州秘书长扩大会议定框架、编制
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
分为 4 个部分
修改为分标准 GB150.4
维持 GB150-1998 第 10 章基本结构
2009 年 9 月 21 日北京会议增列多层整体包扎容器
2010 年 1 月 6 日海口会议
增列钢带错绕容器
2010 年 3 月合肥会议
将低温容器并入
2010 年 6 月北京会议
处理网评意见 211 条,初步形成送审稿
2010 年 11 月
处理送审意见 78 条,形成报批稿初稿
2011 年 11 月征求 WTO 成员国意见并修改定稿
三、修订背景
(1)适应 GB150-1998 颁布 13 年来中国发生的技术和管理变化
——压力容器的大型化、高参数、长周期趋势(失效模式发生变化)
千吨级的加氢反应器,两千吨级的煤液化反应器,一万立方米的球罐,
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高温、高压、强腐蚀、深冷等极端工况容器。
①随着国内企业高含硫原油的加工,介质腐蚀性愈加严重。压力容器
面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等多种失效模式的课题。
②装置和单体设备的大型化导致低合金高强度钢的广泛应用,同时引
起裂纹敏感性增强。目前高强钢承压设备占国内承压设备的 2%左右,
其中 10%发现有各种原因造成的裂纹。
③大型化装置运行周期大幅度提高,对选材、设计、制造提出新要求。
——安全管理理念的转变
①增强本职安全,提高压力容器的内在质量
②“基于风险(失效模式)的压力容器设计、制造与检验”技术在制
造、检验中的应用
③加强对压力容器制造质量的事前控制。
(2)技术标准必须与国家法规和安全技术规范协调一致
——《特种设备的安全监察条例》的颁布实施
2003 年 3 月,国务院颁布了《特种设备的安全监察条例》自 2003 年
6 月 1 日起实施,原《锅炉压力容器安全监察暂行条例》同时废止。
2003 年《条例》颁布后,于 2007 年启动修订工作,进行实施后评估,
并与 2009 年 1 月 14 日国务院第 46 次常务会议通过修订案,1 月 24
日第 549 次国务院令发布,于 2009 年 5 月 1 日起施行。
——《固定式压力容器安全技术监察规程》的修订颁布
2007 年 5 月启动《固定式压力容器安全技术监察规程》修订工作,
2009 年 8 月 1 日国家质检总局正式颁布,2009 年 12 月 1 日起正式实
施。
(3)与国际接轨和国际贸易的需要
1997 年欧盟颁布了 PED,同时实施了以技术法规为基本安全要
求、协调标准为技术支撑的安全保障体系。
后续发布的欧洲统一压力容器标准在技术上全面满足 PED 的安
全基本要求,全面提出了基于失效模式设计的理念,在设计准则、计
算方法、制造检验要求等方面引入了现代技术研究的成果。对促进贸
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易和提高竞争力起到了重要作用。
美国、澳大利亚和其他国家也相继修定了原有的技术标准体系。
相应的降低了安全系数,使我国面临国外压力容器产品的冲击,
需合理修订标准(如容器分类,设计与制造阶段的风险评估与控制,
材料复验,产品焊接试件要求等),提高中国压力容器产品的质量与
国际竞争力。
(4)解决行业关注的突出问题的需要
如基于失效模式的制造、检验,成形受压元件的性能恢复,无损检测
的时机与方法等……
(5)技术发展的需要
GB150-1998 实施以来,我国压力容器材料、设计、制造、检验水平
大幅度提高。
——新材料开发,增加新材料制造、检验和验收要求。
——材料性能提升,减少材料复验。
——“基于风险(失效模式)的压力容器设计、制造与检验”技术的
应用:制造过程中的失效预防和控制。
——封头成形技术提升:限制折皱,采用全尺寸样板检查形状。
——焊接技术与装备提高:提高焊接工艺评定要求,减少产品焊接试
件数量。
——检验技术的开发:壳体直线度检查,TOFD 检测技术、气液组合
压力试验……
——相关标准修订于进步:NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》
等……
四、主要修订依据及参考资料
(1)主要修订依据:
①TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
②GB150-1998《钢制压力容器》
③HG3129-1998《多层夹紧式高压容器》
④钢带错绕压力容器相关资料
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(2)主要参考资料:
①ASME 规范等
②公开发表的论文及相关技术资料
③行业专家提供的技术资料和修订意见
④GB150-1998 实施过程收集的 36 份提案
——采纳 29 条,如:封头直边段不得存在纵向皱折等。
——未采纳 7 条,如:提高气密性试验压力等。
五、GB150.4 的主要变化
GB150.4 主要变化的原因
1.为完善我国压力容器法规、技术标准体系,与修订后的《固定式压
力容器安全技术监察规程》相适应所作的修订(共 23 处)。
2.为适应技术发展,采用先进技术所作的修订(共 12 处)。
3.为与国际接轨和提升我国压力容器产品的竞争力所作的修订(共 6
处)。
4.调整表述方法,使文字简洁,结构更合理(共 7 处)。
六、条文释义
1 范围
(1)适用范围
主要变化或释义:
——按结构分:适用于单层焊接容器、多层筒节包扎容器
(GB150-1998 称“多层包扎容器”)、多层整体包扎容器、套合容器
(GB150-1998 称“热套容器”)、锻焊容器和钢带错绕容器等 6 中结
构。
与 GB150-1998 适用的容器结构范围相比增加了多层整体包扎和钢带
错绕两种结构容器。
(2)不适用范围
GB150.1 不适用的压力容器及有色金属制压力容器。
(3)暂未明确规定的
对设计温度低于-196℃奥氏体型钢材制低温压力容器制造、检验与验
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收,因基础数据少,国内未建立相关标准体系,暂不宜在国家标准中
予以明确规定,而“由参与建造的各方协商规定附加的制造、检验与
验收要求,由设计单位在设计文件中予以规定”。
2.规范性引用文件
按照 GB1.1-2009《标准化工作导则》编制的新增内容,列入了本标
准应用不可必缺的引用文件。
3.名词术语
按照 GB1.1-2009 《标准化工作导则》编制的新增内容,对
GB150.1~GB150.3 未给出的部分重要名词术语进行了定义。
定义说明:
(1)多层筒节包扎压力容器和多层整体包扎压力容器
按两者包扎方式的差异分别给出了术语定义。
将 GB150-1998 中在单节内筒上逐层包扎层板的称为“多层筒节
包扎压力容器”;将在整体内筒上逐层包扎层板的称为“多层整体包
扎压力容器”。
(2)套合压力容器
热套容器包含两类不同的产品,一类是超高压装置用热套容器,
另一类是一般石油化学工业使用的热套容器。GB150.4 所列入的是后
者,为避免理解歧义,专门给予“套合容器”的术语定义。
“套合容器”设计压力多不大于 35MPa,过盈量不受内筒预压应
力控制,套合面只进行一般的机加工或不机加工,套合后内筒应力不
均匀,需采用热处理消除套合应力。
对于大型厚壁压力容器,当卷板和锻造筒节受限制时,套合容器
仍不失为一种可选结构。
(3)钢带错绕容器
钢带错绕容器是我国自主开发的新型压力容器。在整体内筒上沿
一定缠绕倾角,逐层交错缠绕钢带制成,为我国中小化肥装置高压容
器做出过重要贡献。该结构具有“只漏不爆”的特点,安全性高,1996
年被美国 ASME“Case 2229”所接纳。该结构目前在储氢、纳米材
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料制备等领域继续应用。
(4)成形
传统金属材料学将材料成形定义为冷成形和热成形两种,将在工
件材料再结晶温度以上进行的塑性变形加工定义为热成形;反之为冷
成形。该定义也为美国 ASME 所接受。
而在我国压力容器行业,习惯将成形分为冷成形、温成形和热成
形三种。
本次修订依传统将成形按材料再结晶温度分为冷成形和热成形
两大类,考虑行业习惯,在冷成形中再细分处环境温度下进行塑性变
形加工的冷成形和介于冷成形和热成形温度之间进行塑性变形加工
的温成形。
4.总则
4.1 主要变化或释义:
GB150.4 是压力容器基础标准,不可能对所有元件做出详细规
定,对部分元件、材料,如封头、法兰、焊材等,已有相应的标准或
设计附加了要求,应按相应标准规定或设计文件要求执行。
4.2 主要变化或释义:
新增条款,受益于我国压力容器行业整体技术水平的提升,我国
引入并开始实施先进的“基于风险(失效模式)的压力容器设计、制
造与检验”的理念和方法。该方法核心内容是:在压力容器设计使用
年限内,结
合同
劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载
类或类似容器可能出现过、或考虑容器全过程寿命中
动态服役条件下可能出现的各种失效模式和损伤机理产生的风险对
安全性和寿命的影响,通过合理选材,改进结构设计,优化制造和检
验工艺及措施,在设计、制造过程中预先控制和降低风险,使其安全
服役到预订的设计使用年限。
4.3 主要变化或释义:
新增条款,制造单位对原设计的修改以及对受压元件的材料代
用,是发生在压力容器的制造过程中的,且与质量密切相关,理应在
本标准中加以规定。
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本条与《固容规》4.1.6 条相一致。
4.4 主要变化或释义:
新增条款,标准采用成熟技术,但不限制技术进步。对标准未列
入的压力容器制造的新技术、新工艺和新方法,使用前应按《固容规》
1.9 条的规定,向国家质检总局提出申请,由国家质检总局委托相关
机构进行技术评审,在获得认可、审批后试用,并在成熟后方可列入
标准。
新技术、新工艺、新方法的评审、审批一事一议,批准只对申请
单位有效,不针对申请事项。同一事项,不同制造单位申请时,因掌
握程度不同,应分别进行评审和审批。
4.5 主要变化或释义:
新增条款,国家质检总局特种设备局正在推进特种设备动态监管
信息平台建设工作,将要对特种设备从生产到退役(报废)整个周期
内进行动态监管,这就要求特种设备制造单位(源头)将新制造的特
种设备有关数据输入到规定的特种设备动态监管信息平台中,并利用
这些数据进行防伪打假、使用登记、检验检测、监督检查、数据统计
等,压力容器安装改造维修单位、使用单位、检验检测机构、监察机
构等将根据实际情况对信息平台中的数据进行更新和维护,以达到对
特种设备动态监管的作用。
5 材料复验、分割与标志移植
5.1 主要变化或释义:
考虑到近年来我国冶金行业的进步,材料质量、压力容器专用材
料标准水平的大幅度提高以及压力容器专用钢板、钢管等制造已经由
工业生产许可转化为特种设备的制造许可的实际情况,减少了强制复
验要求,如对于一台 2000m3的球罐,可节省材料近 10 吨。
关于材料复验要求的说明:
对用于制造主要受压元件的境外材料进行复验,是为了防止境外
不良材料流入我国,鼓励使用国产材料。
对采购的第Ⅲ类压力容器用Ⅳ级锻件和不能确定质量证明书真
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实性或者对性能和化学成分有怀疑的主要受压元件材料进行复验,与
《固容规》的 2.11 条相统一。
上述材料复验至少包括:按炉复验材料的化学成分、按批复验材
料的力学性能、冷弯性能,检验材料的表面质量和材料标志;当材料
制造单位未提供钢板超声检测保证书时,应按《固容规》2.5 条的要
求进行超声检测复验。
5.2 和 5.3 主要变化或释义:
(1)增加了材料分割后的清理要求
压力容器材料分割方法多种多样,但从对材料性能的影响看,行
业上习惯将其分为冷切割和热切割两大类。以热切割方法(如氧乙炔
切割、等离子切割、激光切割等)分割材料,存在使材料氧化、淬硬、
渗碳、晶粒长大等可能,造成切割面和近切割区材料性能的下降,应
在材料分割后及时清除该材料性能下降的部分。
(2)增加了控制硬印标记使用的规定
6 冷、热加工成形与组装
6.1 主要变化与释义
修改了受压元件成形厚度规定。
GB150-1998 规定,制造单位应“根据制造工艺确定加工裕量,
以确保凸形封头和热卷筒节成形后的厚度不小于该部件的名义厚度
减钢板负偏差,冷卷筒节投料的钢材厚度δs 不得小于其名义厚度减
钢板负偏差”。
修订后的 GB150.4 规定“制造单位应根据制造工艺确定加工余
量,以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图样标注的最小成
形厚度”。
两者相差一个厚度圆整量
值得注意的是,由于装备条件、制造工艺等方面的差异,制造单
位确定的加工余量不同,成形件投料的钢材厚度也随之不同。因材料
许用应力随厚度增加时逐渐降低的,当制造单位考虑加工余量致投料
的钢材厚度增加并跳档时,许用应力降低,“设计图样标注的最小成
Administrator
线条
Administrator
线条
Administrator
线条
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形厚度”将增大。此时应重新计算最小成形厚度,防止出现最小成形
厚度的钢材厚度反而造成受压元件强度不足的情况发生。
6.2 主要变化与释义
本条是拆分了 GB150-1998 中 10.2.1 条。
其中 6.2.1 条与原条文相同;6.2.2 条在原条文的基础上,将相关
要求扩大,增加列入了堆焊件和金属衬里层的修磨、补焊要求(堆焊
层厚度超过设计要求者除外)。
6.3 主要变化与释义
基本与 GB150-1998 中 10.2.2 条相同,其中对于 b)条明确对低合
金钢和 Cr-Mo 钢坡口表面按 JB/T4730.4 进行磁粉检测,I 级合格。
GB150-1998 是磁粉或渗透。
6.4 主要变化与释义
6.4.1 条款对分瓣成形后组装的封头焊缝方向的规定系指顶圆板已成
为一整块后,再与其他瓣片组装时焊缝宜是径向和环向的。
该情况下,此前已整体成形的顶圆板,如是拼接的,则其拼接焊缝不
受此条限制。
6.4.2 有两个主要变化
(1)修改了凸形封头折皱控制规定和形状偏差检查方法,
成形技术的提高和旋压封头的使用,消除了封头折边部分纵向皱
折,提高了封头形状精度,降低了封头局部应力。本次修订与相关标
准统一;如新修订的 GB/T25198-2010《压力容器封头》标准中 6.3.8
条规定采用带间隙的全尺寸内样板检查成形的凸形封头形状偏差;
6.3.10 条规定封头的直边部分不得存在纵向皱折。
(2)增加了全尺寸的内样板缩进尺寸的规定。
6.5 圆筒与壳体
6.5.1、6.5.2、6.5.3 与 GB150-1998 中 10.2.4.1、10.2.4.2、10.2.4.3 相
同。
6.5.4 主要变化和释义
GB150-1998 中 10.2.4.4 规定直线度检测方法;
Administrator
线条
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不再限制直立容器壳体直线度检查方法
已有许多制造单位采用先进仪器(如激光经纬仪等)进行直线度
测量,便捷、准确,不宜强制规定必须采用拉细钢丝方法测量壳体直
线度。
6.5.5 主要变化及释义
(1)修改了筒节长度规定
GB150-1998 规定“筒节长度应不小于 300mm”,对含设备法兰
的顶盖、换热器管箱等上的筒节而言不甚合理。本次将其修改为“组
装筒体中,任何单个筒节的长度不得小于 300mm”。所谓组装筒体是
指由两个或两个以上筒节组成的筒体,对仅有一个筒节的筒体不限制
最小长度。
(2)增加了不宜采用十字焊缝的规定
6.5.6、6.5.7 主要变化及释义
修改了底座圈等的螺栓孔尺寸偏差;与《塔式容器》标准相一致
修改了底座圈、底板上地脚螺栓孔尺寸公差,以适应大型直立容器需
要。
修改了容器内件焊接避开壳体焊接接头的要求。
6.5.8 条的修改是要求在尽可能的情况下,容器内件和壳体焊接的焊
缝不但要尽可能的避开壳体纵焊缝,也要尽可能的避开壳体环焊缝。
6.5.9、6.5.10、6.5.11 与 GB150-1998 中 10.2.4.9、10.2.4.10、10.2.4.11
相同;
6.6 与 GB150-1998 中 10.2.5 相同
6.7 主要变化及释义
提高了 M36~M48 螺栓、螺柱和螺母的要求,与《固容规》主要
受压元件相对应;
修改了螺柱表面检测的规定,以适应非铁磁性螺柱的表面检测。
6.8 主要变化及释义
(1)增加了限制强力组装的要求。所谓强力组装系指用大锤敲
打、用千斤顶顶压等方法进行组对,容易对容器造成伤害,必须加以
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控制。
(2)增加了检查要求。制造单位对压力容器的主要几何尺寸、
管口方位进行检查,以确认符合图样要求,是制造应达到的、实现容
器使用功能的基本技术要求,宜列入标准。
7 焊接
7.1 主要变化及释义
增加了当焊件温度低于-20℃,且无有效防护措施时禁止施焊的
规定。
焊件温度低于-20℃时进行施焊,因焊接接头的冷却速度过快,
会增加拘束应力和钢的淬硬倾向,同时使氢的溶解度降低且溢出困
难,宜出现裂纹。因此,当焊件的温度低于-20℃时,除应在施焊处
100mm 范围内将焊件预热到 15℃以上之外,还应采取其他有效防护措
施(如保温等),消除低温环境对焊接的影响。这与 NB/T47009-2011
《压力容器焊接规程》的规定是一致的。
7.2 主要变化及释义
7.2.1、7.2.2
(1)增加了溶入永久焊缝内的定位焊缝的评定要求
定位焊缝是指为固定容器元件间的相互位置而施焊的点焊或断
续焊焊缝,最初的定位焊缝一般在施焊容器元件间永久焊缝前清除,
但随着技术的发展,现在的定位焊缝已可以采取措施,在施焊容器元
件间永久焊缝过程中直接溶入,如此定位焊缝称为永久焊缝的一部
份,要求其应按 NB/T47014-2011 进行焊接工艺评定或者具有经过评
定合格的焊接支持。
(2)增加了返修焊缝的评定要求
返修焊缝的焊接,与该焊缝的初始焊缝相比属局部施焊,拘束应
力大,要求按 NB/T47014-2011 进行焊接工艺评定或者具有经过评定
合格的焊接工艺支持是必要的。但应注意返修焊缝时,焊件的状态与
该焊缝初始焊接焊件状态的差异,必要时应采取适当技术措施后再进
行焊接工艺评定。
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(3)增加了境外材料(含填充材料)的评定要求
目的是防止境外劣质材料,鼓励使用国产材料。
7.2.3 主要变化及释义
本次修订过程中,对设计温度低于-100℃不低于-196℃的铬镍奥
氏体不锈钢制容器焊接工艺评定中,焊缝金属的低温夏比(V 型缺口)
冲击试验的冲击吸收功合格指标进行过认真
分析
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研究。
从原理上看,冲击吸收功由下列三部分组成:
消耗于试样弹性变形的弹性功;
消耗于试样塑性变形直至产生裂纹前的塑性功;
消耗于裂纹产生并扩展直至断裂的撕裂功;
对于低温下操作的压力容器,重点需预防和控制脆性断裂风险,
关注的是焊缝金属低温下的塑性功和撕裂功,铬镍奥氏体不锈钢在温
度低于-100℃不低于-196℃区间内,屈服强度提高致弹性功增加,以
冲击吸收功作为合格指标进行判据存在缺欠。
美国 ASME 规范 1995 年版提出以侧向膨胀量不低于 0.38mm
(0.15in)作为合格判据,国内对此问题也进行了研究,发现铬镍奥
氏体不锈钢冲击功与侧向膨胀量有一定的对应关系:按国内要求冲击
功为 31J 时,对应侧向膨胀量为 0.52mm 远大于 ASME 规定,而按侧向
膨胀量为 0.38mm 时,对应冲击功越为 24J,明显低于我国标准要求。
即 ASME 标准中 0.38mm 指标不适合我国。
由于存在上述问题,采用侧向膨胀量作为温度低于-100℃不低于
-196℃的铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属的低温夏比(V 型缺口)冲击试
验的合格指标虽更合理,也为行业接受,但尚需积累数据以确定合理
的合格指标。
经协调,NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检
验》中 6.3.4 条 b)款作出规定,铬镍奥氏体不锈钢的冲击试验应测
量并提供侧向膨胀量,为该条的后续修订做准备。
7.2.4~7.2.6 由 GB150-1998 附录 C 相应条款修订而成。
7.2.7 主要变化及释义
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修改了焊接工艺评定技术档案保存期
仍在使用的焊接工艺评定,理应保存技术档案备查;失效的焊接工艺
评定,可以不再保存技术档案。
修改了焊接工艺评定试样保存期。GB150-1998 为 7 年。
7.3.1~7.3.3 主要变化及释义
(1)修改了 A、B 类焊缝余高的要求
因焊缝不可低于母材,将 GB150-1998 表 10-3 中 e2 合格指标由
“≤1.5”修改为“0~1.5”
(2)增加了对角焊缝外形的要求,提高抗疲劳性能。
7.3.4 主要变化及释义
(1)修改了 GB150-1998 中 10.3.3.4
因低合金高强钢塑性相对较差,应严格控制咬边。
(2)增加了承受循环载荷容器、有明显应力腐蚀倾向容器和低温容
器不得有咬边的规定。
咬边是常见的焊接缺陷,对容器的危害主要有三个方面:
①造成微小区域的形状突变,产生应力集中,咬边部位的应力集中高
达 3,是需控制的脆性断裂源、疲劳破坏源之一。
②咬边是“开口”缺陷,容器内表面的咬边直接接触介质,介质在压
力作用下能够进入咬边内部,形成不流动的介质“死区”,进而浓缩,
加剧腐蚀。
③在渗入内部介质压力的作用下,咬边更易诱发裂纹。
可见,从控制脆性断裂和疲劳破坏角度,禁止承受低合金高强钢
容器、循环载荷容器、有应力腐蚀容器和低温容器存在咬边是必要的;
从控制腐蚀失效角度,禁止不锈钢材料制造的容器、有应力腐蚀容器
存在咬边也是必要的;而焊接接头系数Φ为 1.0 的容器(无缝钢管制
造的容器除外),对焊接接头质量要求高,也理应禁止咬边的出现。
增加了承受循环载荷容器咬边的控制是与 GB150.1 增列适用与
简单疲劳压力容器相对应,控制咬边以提高疲劳寿命。
(3)关于咬边控制的附加说明
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有两种情况均符合标准所要求的“焊缝表面不得有咬边”,一是
精心施焊,完工焊缝无咬边;二是完工焊缝存在咬边,但其后采用修
磨等方法完全去除;
虽然不同国家的标准对焊缝咬边的要求宽严尺度不一,但工业发
达国家制造的绝大多数压力容器均对焊缝表面进行修磨,很少有咬边
存在,这应是我国压力容器制造单位追赶的方向。
7.4 主要变化及释义
在充分征求行业专家意见的基础上,依据制定《压力容器缺陷评定规
范》及后续合于使用规范的相关研究成果和基础数据,参考了美国
ASME 规范,考虑同样条件下,局部区域焊接产生的焊接残余应力更
高,为降低风险,规定 7.4.3 所列容器若热处理后如施焊,应于焊接
后再次进行热处理。
8.1 主要变化及释义
该部分条款是 GB150-1998 中 10.4.2 的基础上扩充形成的,修改
并增加了成形受压元件恢复性能热处理要求。
受压元件成形后依成形的温度不同分别会出现冷作硬化,力学性
能、耐腐蚀性能改变等问题,必要时需通过热处理加以恢复。
GB150-1998 随对此进行了规定,但受基础实验限制,不尽全面。本
次修订以近十年来国内相关研究和工程实践为依据,参考了美国
ASME 规范等,对受压元件成形后是否需要进行恢复性能热处理作了
较为详细的规定:
①冷成形受压元件
以变形率定量冷作硬化程度,当不同材料受压元件成形后,如变
形率达到对应的数值,则应于成形后进行恢复性能热处理。
②温成形受压元件
当成形温度较低时,冷作硬化现象仍然存在,宜参照对冷成形受
压元件的热处理条件和要求确定成形后的恢复性能热处理;当成形温
度较高时,若成形改变了材料供货时的热处理状态,而设计要求材料
使用的热处理状态与材料供货的热处理状态相同时,应考虑重新进行
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热处理,恢复材料供货热处理状态。
③热成形受压元件
热成形主要应关注热过程对受压元件材料性能和材料供货热处
理状态的影响,当该影响不可接受时,也应重新进行热处理,以恢复
材料性能或材料供货热处理状态。
本次修订没有给出采用扩口、缩口工艺成形元件的变形率计算公
式,主要是因为近年来国内采用扩口、缩口工艺成形的受压元件(如
变径段、变径接头等)在运行过程中出现了开裂。经分析,其中部分
失效与冷作硬化有一定的关系,故对可能造成的冷作硬化的冷、温扩
口和缩口工艺成形的原件,推荐进行热处理以恢复材料的性能。如材
料尺寸过大,不易进行热处理,或热处理会造成其他不良影响时,则
应在设计时考虑采用不需要扩口、缩口工艺成形的其它结构。
8.2 焊后热处理
8.2.1 主要变化及释义
新增条款,用以确定容器及其受压元件的焊接接头厚度,为是否
应进行焊后热处理消除焊接残余应力提供一个主要的判断基准。
以焊接接头厚度作为判断基准之一,势必要对其给出较为严谨的
规定。美国 ASME 规范就是在 UW-40(f)中给出了焊接接头厚度的
明确规定,依该条规定确定焊接接头厚度后,再对照 UCS-56、
UCS-56.1、UHA-32 及 UHT-56 等条的规定判断焊接的容器及其受压
元件是否需要进行焊后热处理。
我国的相关研究、设计基本是参照美国 ASME 规范要求进行,
研究及工程实践证明,UW-40(f)条对焊接接头厚度的规定是合理
的。本次修订参照了其中的相关规定。
8.2.2~8.2.5 主要变化及释义
(1)增加了 Q370R、P265GH、P355GH 热处理规定
按材料组别规定为>32mm(焊前不预热)和>38mm(焊前预热
100℃以上)。
(2)修改了 Q345R、16Mn 热处理规定,将 GB150-1998 规定的
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“16MnR 及 16Mn 厚度大于 30mm(如焊前预热 100℃以上时,厚度
大于 34mm)”修改为>32mm(焊前不预热)和>38mm(焊前预热 100
℃以上)。
( 3 )增加了 07MnNiVDR 、 07MnNiMoDR 、 12MnNiVR 、
08MnMoVD、10Ni3MoVD 的热处理规定,按材料组别规定为>32mm
(焊前不预热)和>38mm(焊前预热 100℃以上)。
(4)删除了 15MnVR 和 15MnV 热处理规定,该牌号材料已不
使用。
(5)修改了 16MnDR 和 16MnD 热处理规定
鉴于材料性能的提升,将 GB150-1998 附录 C 规定的“>16mm”
修改为“>25mm”。
(6)修改了 20MnMoD 热处理规定
鉴于材料性能的提升,将 GB150-1998 附录 C 规定的“>16mm”
修改为“>20mm”。
8.2.6 新增部分条款
8.2.6.5 相对于 GB150-1998 中 10.4.5.3 增加了 E 类焊接接头的热处理
8.2.7 根据实践进行了修订
8.3~8.5 主要变化及释义
修改了 GB150-1998“需要焊后进行消氢处理的容器,如焊后随
即进行焊后热处理时,则可免做热处理”的规定。
因 GB150-1998 中 10.4.3 条对“焊后随即进行焊后热处理”的时
间界限无明确规定,若时间间隔过长仍会产生延迟裂纹,宜交由制造
单位针对具体情况根据实验确定。
9 试件与试样
9.1.1 主要变化及释义
本次修订贯彻了《固容规》思想,加强对压力容器制造质量至关
重要的焊接工艺评定的控制,在事前预防和控制投入更多的资源;相
应消减了制定产品焊接试件并检验的事后监督检查措施。这样调整,
也同时兼顾了我国加入 WTO 的实际情况,与境外压力容器制造、检
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验惯例相接轨。
因此,消减了制备产品焊接试件数量,并不是放松了对压力容器
制造质量的控制。
9.1.2 该条款与 GB150-1998 无原则变化
9.1.3 主要变化及释义
(1)修改了试样检验与评定的规定
规定试样的检验与评定按 NB/T47016 的规定进行。
(2)增加了对试样进行耐腐蚀性能的检验的相关要求。
(3)对 NB/T47016《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》
标准已作出规定的重复部分进行了删减。
9.2.1 该部分将 GB150-1998 中 10.5.4 条规定分条列出,以使要求更加
明确,实质内容并无变化。
9.2.2 主要变化及释义
(1)增加了制备母材热处理试件的要求
(2)该部分将 GB150-1998 中 10.5.12 条规定分条列出,以使要求更
加明确,实质内容并无变化。
9.2.3 该条款与 GB150-1998 中 10.5.11 无原则变化
9.4 主要变化及释义
与《固容规》相统一,增加了对做有耐腐蚀性能检验的容器或者受压
元件制备耐腐蚀性能试验试件并进行检验和评定的要求。
9.5 主要变化及释义
新增条款,与《固容规》相统一的条款,合并产品焊接试件与母材热
处理试件可以降低制造成本。但只有在保证产品焊接试件与母材热处
理试件各自代表性的情况下,方可合并制备试件。
10 无损检测
10.1 主要变化及释义
新增条款,与《固容规》相统一的条款,规定了压力容器各种焊接接
头无损检测方法的选择。对于超声检测,给出了衍射时差法超声检测
(TOFD)、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超
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声检测法等 3 中方法。
该条款不再重射线轻超声,而是视为地位相同的检测方法。
10.2 主要变化及释义 与《固容规》相统一。
(1)增加了拼接封头无损检测实施时机的要求
(2)增加了有延迟裂纹倾向和再热裂纹倾向材料无损检测实施时机
的要求
(3)增加了低合金高强钢焊接接头在耐压试验后进行表面无损检测
的要求。
10.3.1 主要变化及释义
本部分规定是基于对失效风险大和失效风险严重的压力容器严
格检验的原则制定的。具体条款与《固容规》相统一,并参照了美国
ASME 规范的相关规定。主要变化有:
(1)删去了对多层包扎容器、套合容器的相关规定。有相关专
门章节
(2)修改了对第Ⅲ类容器的相关规定。
(3)增加了对进行气液组合耐压试验容器的相关规定。
(4)增加了使用后需要但无法进行内部检验的容器的相关规定
(5)增加了对低温容器的相关规定。
(6)增加了对奥氏体不锈钢、Q370R、13MnNiMoR、12MnNiVR、
08Ni3DR、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢及其配套锻件的
相关规定。
(7)修改了对公称直径 DN≥250mm 接管的相关规定。
按《固容规》,公称直径 DN≥250mm 接管和管法兰属主要受压
元件。为有效控制风险,将 10.3.1 中容器的公称直径 DN≥250mm 接
管与接管、接管与高颈法兰的对接接头同该容器中的 A、B 类焊接接
头同样对待。
10.3.2~10.3.4 主要变化及释义
(1)修改了对接管开孔部位附近检测的相关规定。
缩小了无损检测范围,对起补强作用范围内的焊接接头进行检测。
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(2)修改了对公称直径 DN≥250mm 接管的相关规定。
规定要求局部射线或超声检测容器中承受外载荷的公称直径 DN≥
250mm 接管与接管、接管与高颈法兰的对接接头应进行检测。
(3)修改了对公称直径 DN<250mm 接管的相关规定。
容器中对公称直径 DN<250mm 接管与接管、接管与高颈法兰的对接
接头的检测要求,交由设计单位根据容器具体情况提出,制造单位实
施。
10.4 该条款与 GB150-1998 无原则变化
10.5 主要变化及释义
在 GB150-1998 基础上,结合《固容规》要求修订而来。
增加了标准抗拉强度下限值 Rm≥540MPa 的低合金钢制容器的
组合检测要求。
10.6 该条款与 GB150-1998 无原则变化
10.7 主要变化及释义
新增条款,压力容器无损检测档案是重要的制造、检验存档文件,
是见证制造单位无损检测与法规、标准及设计要求符合性的书面文
件,一旦所制造的容器涉及法律纠纷或出现失效,它将是重要的法律
证据和进行失效分析、责任认定的重要依据。当制造单位制造的压力
容器投入使用并达到设计使用年限后,制造单位的相关责任方得以解
除,故压力容器无损检测档案至少应保存至达到设计使用年限。
11 耐压试验与泄漏试验
11.1~11.3 将“气密性试验”修改为“泄漏试验”,相应的扩大了容器
密封性检测方法。
11.4.1~11.4.8 主要变化及释义
与《固容规》相比,增加了相关要求。
增加了气液组合压力试验
由于存在某些压力容器因安装基础及自身承重原因,或因内部结
构填料等原因无法充满液体,以及液压试验泵能力不足等情况,无法
进行液压试验,而进行气压试验有耗时过长,特增加气液组合压力试
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验作为耐压试验的方法之一。
气液组合压力试验最早用于在用容器,以解决因为安装位置等原
因无法正常进行耐压试验的问题,实践证明其是一种有效的耐压试验
方法。近年来,随着我国石化、化工装置的日益大型化,许多大型直
立容器卧置进行耐压试验遇到了新问题——进行水压试验,水的重量
可能导致容器在试验过程中发生异常,进行气压试验又会受到安全、
大流量气源的困扰。
(2)增加了对临时受压元件安全性的要求
11.4.9 主要变化及释义
与《固容规》一致,作出如下修订
(1)修改了试验温度的规定
地处我国北方的制造单位,在寒冷的冬季进行耐压试验,控制试
验温度一直是个难题,欲达到 5℃(或 15℃)相当不易。
工程实践证明,若能保证容器的试验温度(容器器壁金属温度)
比容器器壁金属无塑性转变温度高至少 30℃,则完全可以避免耐压
试验过程中因低温而造成的脆断。故本次修订规定:“当有试验数据
时,可使用较低温度液体进行试验,但试验时应保证试验温度(容器
器壁金属温度)比容器器壁金属无塑性转变温度至少高 30℃”。当制
造单位需降低耐压试验的试验温度时,可通过试验测定容器器壁金属
的无塑性转变温度,据此确定耐压试验的试验温度。
(2)修改了保压时间
因容器大小和结构复杂程度不同,取消“保压 30 分钟”的规定,
改为保压足够时间。所谓足够时间,是指达到规定压力、容器充分变
形后,完成规定检查工作所需要的时间。
(3)修改了降压检查压力的规定
考虑到压力受材料温度修正系数影响,将 GB150-1998“降至试
验压力 80%”这一硬性规定取消,改为“降至设计压力”。
11.4.10 主要变化及释义
增加了气液组合压力试验,并规定了气液组合压力试验合格指标。
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11.5 主要变化及释义
与《固容规》统一的新增条款。对于介质毒性程度为极度、高度
危害,介质价格昂贵或者设计上不允许有微量泄漏的压力容器,在制
造完成后应该进行泄漏试验,检查容器的密封性。目前,工程上已出
现泄漏率控制在 10-7Pa·m3/s 的容器,必须增加灵敏度更高的泄漏试
验方法。
本次修订将气密性试验改为泄漏试验,是因仅以常规气密性试验
检查容器的密封性已经不能满足控制介质泄漏率的需要,需要使用氨
检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验等灵敏度更高的检漏方法。
将 GB150-1998 中 10.5.6 条分条表述。
11.5.4 主要变化及释义
新增条款
氨检漏是将氨压入被检容器,通过观察附在可疑表面上试纸或试
布颜色改变来确定泄漏点位置。氨检漏试验时可采用氨-空气法、氨-
氮气阀和 100%氨气法。氨的浓度、试验压力、保压时间,按相关技
术标准或设计图样规定。
卤素检漏的原理是金属铂在 800~900℃的温度下会发生正离子
发射,当遇到卤素气体时,这种发射会急剧增加,这就是所谓的“卤
素效应”。利用该效应制成检漏仪进行卤素检漏。卤素检漏时,容器
内的真空度要求、采用的卤素气体种类、试验压力、保压时间以及试
验操作程序,按相关技术标准或设计图样的要求执行。
氦质谱检漏仪是用氦气为试漏气体的专门用于检漏的仪器,它具
有性能稳定、灵敏度高的特点。氦检漏试验时,容器内的真空度要求、
采用的卤素气体种类、试验压力、保压时间以及试验操作程序,按相
关技术标准或设计图样的要求执行。
因氦检漏很灵敏,致确定具体泄漏点很不方便,只能通过逐步缩
小范围捕捉泄漏点。
将要颁布的修订后的《承压设备无损检测》标准,已增加了“泄
漏试验”部分,以适应法规、标准修订后制造单位的使用需要。
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12.多层容器
该条款与 GB150-1998 无原则变化
13 容器出厂要求
该条款与 GB150-1998 无原则变化