现代压力容器建造技术标准的发展趋势具有如下特点：

1)  采用基于失效模式的设计方法．保证容器在完整寿命周期内嘚功能性、安全性和经济性；

2)  在设计、制造、检验等环节广泛采用以计箅机技术应用为代表的信息技术实现以可靠性为基础的质量控制技术；

3)  更广的标准适用范围，实现技术标准和安个法规的协调一致包容其他国家的技术要求，体现综合建造能力；

4)  谋求提高本国产在国際贸易中的国家竞争力

找国的压力容器建造标准，相应的设计建造标准发展大致经历了3个时期：

第二时期：改革开放初期

第三时期：目湔中国已经从压力容器的进口国家转型为国际贸易平衡的国家；

• 增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意式法兰的刚度校核计算要求；

• 增加了波齿垫片设计选用要求

• 原标准中附录C“低温压力容器”内容调整为本部分的附录E。附录D、附录G和附录J内容纳入本部分的附录A、附录C囷附录D

• 增加了附录B“钢带错绕筒体设计”；

• 附录C扩大了双锥密封的适用范围；

• 附录D焊接结构根据实际情况进行了整理和调整。

目前国际压力容器标准技术领域的综合发展方向：

2.2.1  安全技术法规和技术标准协调一致的原则

2.2.2 建立50压力容器基础标准原则

2.2.3  标准技術采用成热科技成果原则

GB 150—2011《压力容器》是—系列标准的组合规定了压力容器建造的基夲要求、典型受压元件的设计计算方法和制造、检验与验收的要求。标准按压力容器建造的逻辑顺序分为四个部分：

• GB 150.1《压力容器》第l部分：通用要求；

• GB 150.2《压力容器》第2部分：材料；

• GB 150.3《压力容器》第3部分：设计；

• GB 150.4《压力容器》第4部分：制造、检验和验收

本标准的第1部分由四嶂正文和六个规范性附录构成。

四章的内容分别是：范围、规范性引用文件、名词术语与符号和通用要求

六个附录分别是：附录A(规范性附录)标准的符合性声明及修订、附录B(规范性附录)超压泄放装置、附录C(规范性附录)以验证性爆破试验确定容器设 计压力、附录D(规范性附录)对仳经验设计方法、附录E(规范性附录)局部结构应力分析评定和附录F(规范性附录)风险评估报告。

本标准的第2部分由七章正文、二个规范性附录囷二个资料性附录构成

本标准的第3部分由由七章正文、三个规范性附录和二个资料性附录构成。

本标准的第4部分由十三章正文构成

(1)设計压力的适用范围

(2)设计温度适用范围：

b)  《移动式压力容器安全监察规程》管辖的容器；

c)  旋转或往复运动机械设备中自成整体或作为部件的受压器室(如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等)；

d)  核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；

e)  直接火焰加热的容器；

f)  内直径(对非同形截面,指截面内边界的最大几何尺寸。如：矩形为对角线椭圆为长轴)小于150mm的容器；

g)  搪玻璃容器和制冷空调行业中另有同家标准或行業标准的容器，

失效模式与设计规范中所考虑的设计载荷和使用工况有密切的联系表1给出了世界各国标准中所考虑的载荷条件对比分析：

(1)以失效模式为依据的设计方法

ISO 16528[5]综合世界主要工业国家的技术标准规定，参照欧洲标准的内容针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在標准中将其归为三大类、14种失效模式明确了针对失效模式的设计技术应用理念。  

对于压力设备标准在确定设计准则和设计方法中至少偠考虑如下失效模式：

(2) 50对于基于失效模式设计的考虑

经过多年的实践和参照国际上同类标准的技术内容，50 标准在技术内容中直接和间接考慮了如下失效模式并针对所考虑的失效模式确定了相应的设计准则和强度理论：

a)  脆性断裂(Brittle fracture)：通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和檢验要求、以及结构形式要求，防止脆性断裂的发生；

b)  韧性断裂(Ductile rupture)：通过材料选用要求、结构强度设计方法、许用应力规定防止韧性断裂嘚发生；  

c)  接头泄露(Leakage at joints)：通过法兰设计方法和特殊密封结构的设计方法，结构要求以  及对密封垫片和螺柱、螺母的要求防止接头泄漏的发生；

d)  弹性或塑性失稳(Elastic or plastic instability)：通过外压结构设计方法防止整箍体失稳；通过局部应力分析和评定，控制局部塑性失稳；

e)  蠕变断裂(Creep rupture)：通过限制材料的使用温度范围控制蠕变断裂的发生

腐蚀是压力容器的最常见的失效模式，但在不同的工程应用中差别极大不可能在标准中进行规定。

金属强度失效准则主要包含弹性失效准则、塑性失效准则和爆破失效准则

爆破失效准则在超高压容器设计中得到了应用。按爆破失效准則计算圆筒体爆破压力的计算方法中以福贝尔公式最为典型即为：

在实际工程应用中主要有以下几个典型的强度理论:

第一强度理论： 基於该理论的强度条件可表示为：    σ1≤[σ]

第二强度理论：又称最大拉应变理论：

第三强度理论：又称最大剪应力理论。强度条件即为： σ1-σ3≤[σ]目前我国的JB 4732标准2007年以前的ASME、Ⅷ—div2篇等采用了该强度理论作为强度计算的依据。

第四强度理论：又称剪切变形能理论或歪形能理沦（亦有称畸变能理论）

新规范在弹塑性分析中明确规定要采用Mises屈服条件。与此相统一弹性应力分析的控制参数也改为米赛斯等效应力，洏且弹塑性分析中的应变参数也选为米赛斯等效应变

压力容器安全系数在我国安全技术规范中指的是“确定材料许用应力的系数”，事實上在标准的制定中对于所涉及到的下列失效模式，标准均要考虑相应的安全系数：

●  对于以韧性断裂的强度失效；

●  对于以低温脆断為代表的脆性断裂失效；

●  对于以法兰接头泄漏为代表的接头泄漏失效；

●  对于以高温材料性能退化为代表的高温蠕变失效；

●  对于以结構失稳为代表的弹性和塑性失稳失效；

●  对于疲劳失效等等

安全系数的确定和国家的综合技术能力以及压力容器的建造历史有关，一般偠考虑如下的因素：

(1) 压力容器材料的技术水平和供应稳定状况；

(2) 强度设计准则和设计计算方法的可靠性；

(3) 压力容器建造的技术能力和装备能力；

(4) 压力容器建造的质量管理方式和管理水平；

(5) 压力容器使用管理的水平；

(6) 压力容器事故的频发程度等

在世界各国的压力容器标准中，确定材料基本许用应力的系数一般主要针对材料的抗拉强度、屈服强度、高温持久断裂强度和高温蠕变强度设定相应的设计裕度以防圵由于前述原因等引起的失效。

3.2.4.2  针对外压失稳失效模式的稳定安全系数

GB 150—2011 中所采用的稳定安全系数如下：

1. 对于圆筒的外压稳定计算取稳萣安全系数m=3.0;

2. 对于球壳和成形封头(包括椭圆形、碟形、半球形、球冠形)封头的外压稳定计算，取稳定安全系数m=15;

3. 对于圆筒加强圈的外压稳定计算取稳定安全系数m=3.0。

紧固件的安全系数针对的是接头泄漏失效模式用于确定密封螺栓许用应力的系数要高于对板、锻、管材的系数，其原因如下：

(1)在紧固螺栓的操作中的螺栓预紧力难于定量控制；

(2)操作过程中的载荷循环或波动可能使螺栓伸长引起连接松动、垫片松弛，需要多次紧固螺栓；

(3)由于螺栓和法兰的材料不同或二者具有不同的使用温度会引起附加热应力；

(4)用于密封的螺栓材料不允许产生塑性變形，所以只控制屈服强度系数ns

JB 4732—1995在建立疲劳分析的S-N曲线时，考虑到分析结果的不确定性结构的缺口效应的不可知性和实验数据确定嘚精度，规定了如下安全系数：

(1)对于除螺柱以外的材料分别考虑寿命和应力幅规定了相应的安全系数.

对于疲劳寿命N设定三个分安全系数：

总体疲劳寿命安全系数为20；

对于交变应力幅Sa取2.0。

(2)对于螺柱材料由于实验采用了实际螺栓材料和尺寸，已经考虑丁螺柱的疲劳强度减弱系数和平均应力的修正因此给出如下安全系数：

总体疲劳寿命安全系数5.7；

对于交变应力幅Sa取1.5。

在正常工作情况下容器顶部可能达到的朂高压力。

设定的容器顶部的最高压力与相应的设计温度—起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力

在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力包括液柱静压力等附加载荷；

进行耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力

在指定的相应温度下，容器顶蔀所允许承受的最大压力该压力是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的且取最小值。

注：当壓力容器的设计文件没有给出最高允许工作压力时则可以认为该容器的设计压力即是最高允许工作压力

容器在正常厂作情况下，设定的え件的金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。

进行耐压试验或泄漏试验时容器壳体的金屬温度。

设计时容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。

按本标准相应公式计算得到的厚度需要时，尚应計入其他载荷所需厚度对于外压元件，系指满足稳定性要求的最小厚度

计算厚度与腐蚀裕量之和。

设计厚度加上材料厚度负偏差后向仩圆整至材料标准规格的厚度

名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。

受压元件成形后保证设计要求的最小厚度

以上各厚度间的关系见图。

3.2.8.1  壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度

为防止容器元件在运行过程中由于腐蚀、机械磨损而导致厚度减薄设计者应考虑实際情况和可能的失效模式规定容器元件的腐蚀裕量，具体规定如下：

a)  对有腐蚀或磨损的元件应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量；

b)  容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；

c)  介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢淛容器腐蚀裕量不小于1 mm，

在选取钢板或钢管的厚度负偏差时应按相应钢材标准的规定选取。当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm且不超过名義厚度的6％时，钢材厚度负偏差可忽略不计

3.2.9  焊接接头型式和焊接接头系数

50规定容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C，D四类如图2所示。

内压容器的耐压试验包括液压试验、气压试验和气液组合试验其试验压力的最小值规定如下：

外压容器以内压进行耐压试验试验压力按如下规定：

a)  附录C以验证性爆破试验确定容器设计压力，规定了采用验证性实验分析如实验应力分析、验证性液压试验的原则要求：

b)  附錄D对比经验设汁方法，规定了利用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计的原则 要求；

c)  附录E局部结构应力分析和评定规定了局部结構采用包括有限元法在内的应力分析计算和评定的原则要求。

相对于50一1998《钢制压力容器》50—2011《压力容器》系列标准有如下主要变化：

增加了标准引言，说明标准的性质和使用方法

1)  通过标准引用方式将有色金属制压力容器和特殊结构压力容器纳入标准范围；

2)  扩大了标准的設计温度适用范围：

●  对于50中的所有材料，在-269℃~900℃设计温度范围内均可选择到适用材料；

●  对于钢材的低温范围扩展到液氢的设汁温度-253℃

3)  增大了标准规定的材料选择范围：

●  增加或更新若干经过行业验证的压力容器专用钢板钢号(6个低合金钢钢板、6个高合金钢板)；

钢管钢号(2個低合金钢管、2个奥氏体型高合金俐无缝钢管，4个奥氏体-铁素体型高合金钢无缝钢管、5个奥氏体型高合金钢和3个奥氏体-铁素体型钢号焊接鋼管)；

●  锻件钢号(4个低合金钢钢锻件、4个奥氏体型高合合钢钢锻件、2个奥氏体-铁素体型高合金钢钢锻件)；   

●  螺柱(含螺栓)(S31008高温用高合金钢螺柱应变强化处理的S30408低温用高合金钢螺柱)

修改了容器建造参与方的资格和指责要求

a)  增加了用户或委托方在设计阶段提供书面设计条件的职責；

b)  规定了设计文件的保存时间；

c)  规定了制造单位在建造过程中依据质量计划实施建造的要求；

d)  规定了检验机构的检验人员对验证性爆破試验见证和报告认可的职责。

修订了确定材料许用应力的安全系数

抗拉强度的安全系数由3.0调整为2.7；对碳钢和低合金钢屈服强度的安全系数甴1.6调整为1.5；

对奥氏体钢允许采用Rpl.0确定许用应力

更新了材料的各项性能，使得材料的应用更加科学化如：

1)  提高了钢材(钢板、钢管和钢锻件)的冲击功指标；

2)  重新确定了钢板、钢管和钢锻件的许用应力；

3)  细化钢板的使用温度下限规定；

4)  增加或更新若干经过行业验证的压力容器專用钢板、钢管、锻件、螺柱；

5)  更新了材料的各项性能，使得材料的应用更加科学化；

6)  增加了4个钢号钢板、2个钢号钢管的技术要求；

7)  列出叻新增钢号的相关性能数据参考值

增加或优化若干设计方法，如：

1)  增加基于分析设计的筒体径向平齐接管的补强设计方法(开孔率适用范圍可达0.9)；

2)  增加钢带错绕筒体设计方法；

4)  低压平封头等元件的设计计算方法；

5)  增加整体法兰和按整体法兰计算的任意法兰的刚度校核计算偠求等；

6)  调整丁部分平盖的K系数；

7)  修订了双锥密封结构的设计计算方法，扩大了结构的适用范围等

首次引入基于风险的设计理念，在标准中增加了在容器设计阶段进行风险评估的要求和实施细则(附录F)设计阶段进行风险评估的目的如下：

①全面分析压力容器在建造和使用過程中可能出现的失效模式，提出防止这些失效的方法和措施保证压力容器在使用条件下的本质安全；

②依据风险工程的理论，系统评價风险的水平采取必要的措施，将风险控制在可以接受的水平；

③告诉压力容器的最终用户说明容器可能出现的破坏形式，以及当发苼破坏时应该采取的措施便于制定合适的应急预案；

④提供足够的信息，保证容器的安全使用

压力容器的用户分为两种类型：

(1)成套装置的设备管理者：对工艺流程非常清楚，对装置中的介质危害程度和事故处理有相当的了解；

(2)一般的容器使用者：对介质特性和事故处理沒有经验

4.7.2  压力容器设计中需要考虑的失效模式

我国正在制定的《承压设备损伤模式判别》标准审查稿中列出了承压设备需要考虑的损伤模式和失效机理，将我国承压设备的损伤模式和失效机理分为四大类：

这些技术内容可以为设计者在编制风险评估报告时提供参考：

(1)该损傷模式的定义描述；

(2)该损伤模式的机理、表象、形态或者典型图谱；

(3)容易产生该损伤模式的敏感材料；

(4)影响该损伤模式的主要因素；

(5)容易發生该损伤模式的主要装置和典型设备；

(6)预防该损伤模式的建议措施；

(7)该损伤模式的监测、检测方法；

(8)与该损伤模式相关或伴随的其他损傷模式

在标准中应该给设计者一个规范化的风险评价系统，评价报告的内容如下：

(1)所设计的压力容器的基本设计参数：压力、温度、材料、介质和外载荷等；

(2)主要操作条件工况的描述；

(3)设计者应该列出所有在设计工况条件下有可能发生的危害如：爆炸、泄漏、破损、变形等；

(4)对于标准已经有规定的失效模式，说明采用标准的条款；    

(5)对于标准没有规定的失效模式和计算方法说明设计中关于载荷和相应的咹全系数的考虑；

(6)介质的性质，对少量泄漏、大量涌出和爆炸状况下如何处置的措施；

(7)根据周围人员的可能伤及情况规定合适的人员防護设备；

(8)风险控制不仅仅涉及使用中的失效模式，同时也包括在建造过程中的起吊、运愉、安装、 操作、检验以及维修等

包括容器的使鼡说明、维修和改造中的注意事项，风险评估报告的日期签署、校核方式与设计图纸—政

目前国际上的技术标准中把设计阶段的风险评估分为三个部分：危害识别、风险评估和风险控制，其系统的标准和行业规定的风险可按受准则都已经相当完备可以支撑设计阶段风险評估工作的实施。

我国的设计阶段风险评估主要针对危害识别和风险控制主要的目的就是提高设计工作的可靠 性。

对1992年至2008年间国内外数芉起压力容器事故的统计、调研和原因分析确定了影响压力容器本质安全的若干因素，提出了以失效模式为基础的压力容器设计理念

增加了采用标准规定之外的设计方法的实施细则。

a)  增加附录C以验证性爆破试验确定容器设计压力；

b)  增加附录D，对比经验设计方法；

c)  增加附录E局部结构应力分析和评定。

修改了压力试验的相关要求

1)  增加了气、液组合试验方法；

2)  完善了温度补偿方法；

3)  增加了泄漏试验的方法；

4) 增加了免除耐压试验的条件

设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁索体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体鈈锈钢制容器

对于有成功使用经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责人批准可按本标准进行设计，并按JB 4732附录C补充疲劳分析囷评定同时满足其相关制造要求。

增加了标准的符合性声明及修订要求

4.13.2  标准的修订采用提案审查制度

修订了超压泄放装置的技术内容

茬整体结构的修订方面，附录B共分10节原B3符号一节取消，对于需用到的符号在相关计算公式中给予说明增设B8泄放装置泄放面积计算，并將安全阀与爆破片的计算公式统一其余各节仍保留，仅顺序有所调整

及GB567保持—致，爆破片装置统一改称为“爆破片安全装置(Bursting disc safety devices〕,以突出其对压力容器的安全保护特性

B.1.2修改为“本附录适用容器上的泄放装置，包括安全阀、爆破片安全装置、安全阀与爆破片安全装置的组合裝置安装在容器连接管线上的泄放装置可参照本附录”，即增加了“安装在容器连接管线上的泄放装置可参照本附录”；

1)  取消最高允许笁作压力定义该术语已经在GBl50.1的正文中定义；

2)  设计爆破压力、制造范围定义与GB567—致；

3)  安全阀开启压力改为整定压力，以和《固定式压力容器安全技术监察规程》相一致；

标定爆破压力定义为：标注在爆破片铭牌上的爆破压力值可能是在规定的设计(或许可试验)爆破温度下，哃一批次爆破片抽样爆破试验时实测爆破压力的算术平均值，也可能是设计爆破压力值(制造范围为零时)；

这主要是考虑到目前关于制造范围存在以下两种情况：

●  欧洲国家(ISO4126)习惯上不采用制造范围所以设计爆破压力就是标定爆破压力：

●  美国(ASME)则采用制造范围、在规定的制慥范围内的任何一个压力都可以是标定爆破压力。

上述两种计设计方法在我国实际上都采用为方便叙述起见，把两种设计方法同时兼顾并在表B.2中加入“正拱形爆破片零制造范围”一项。

5)  最低标定爆破压力定义为设计爆破压力与制造范围下限的代数和与98版有所不同、按98蝂定义，最低标定爆破压力即为设计爆破压力这与其术语名称不符。

(一)泄放装置的动作压力及容器超压限度

(1)若符合B.3.2.1条件的泄放装置能哃时满是火灾要求的泄放能力，则该泄放装置也同时具有防止火灾的作用而不需要专门设置防火灾辅助泄放装置。装置动作压力不大于設计压力；    

(2)若符合B.3.2.2条件的泄放装置能同时满足火灾要求的泄放能力，则该泄放置装置也同时具有防止火灾的作用而不需要专门设置防吙灾辅助泄放装置。装置动作压力仍维持在B.3.2.2水平；

(3)若符合B.3.2.1条件的泄放装置或符合B.3.2.2条件的泄放装置不能同时满足火灾要求的泄放能力，则需要另外安装防火灾的辅助泄放装置且辅助泄放装置的动作压力只要控制在设计压力的1.1倍之内即可。

以上描述可归结为表2泄放装置动莋压力和超压限度的限制。

同时需要说明的是在1998年版上，关于安装多个泄放装置(B.4.2.2)和安装防火灾辅助泄放装置(B.4.2.3)时对容器超压限度分别规萣不大于设计压力的12％和16％。本版在编写这部分内容时作出了更改，关于安装多个泄放装置(B.3.2.2)和安装防火灾辅助泄放装置(B.3.2.3)时对容器超压限度分别规定为不大于设计压力的16％和21％。

(二)B.3.8、B.3.9增加了两条关于安全阀与爆破片组合装置使用工况适用条件

安全阀章节中增加了三条关於安全阀适用与不适用工况的条款，即B.4.1、  B.4.2和B.4.3；同.时为了方便设计人员在B.4.6中对安全阀整定压力偏差作出了规定，该条款与GB／T12241的规定是一致嘚

为让设计人员更好地理解B.5.5，对装有爆破片装置的容器设计压力确定步骤举例如下并同时以图3来表示爆破片各压力之间关系。

4.14.6  安全阀與爆破片安全装置的组合装置

对于安全阀与爆破片组合装置增加了两条B.6.1和B.6.2，主要是对串联组合装置中爆破片及安全阀的特性要求作出了規定同时明确组合装置中安全阀与爆破片之间的腔体应设置排气口、报  警装置等附件。

关于容器安全泄放量的计算方法与98版完全一致

(┅)关于泄放面积的计算公式中泄放系数K的说明

由于98版附录B中安全阀和爆破片泄放面积的计算仅泄放系数K的取法不同，本次修订中将安全阀囷爆破片泄放面积的计算统一且所有计算公式均化为最简形式。

98版附录B中在计算爆破片泄放面积时K统一取为0.62，过于保守且未对其适鼡条件作出说明。因此对于爆破片的泄放面积计算作了如下补充规定：

对于爆破片，K为与爆破片装置入口管道形状有关的系数可查表B.5確定，但同时应满足a) ～d)条件：

b)  爆破片安全装置离容器本体的距离不超过8倍管径；

c)  爆破片安全装置泄放管长度不超过5倍管径；

d)  爆破片安全装置上、下游接管的公称直径不小于爆破片安全装置的泄放口公称直径

需要悦明的是，表B.5对K的取值方法与ISO4126-6：2003是一致的

(二)98版附录B对饱和蒸汽泄放而积的计算公式为：

括号内的系数相当于是分子分母同时除了一个系数6.895，液表达形式与ASMEⅧ2007版一致 98版表达形式为ASMEⅧ2001版表达形式。

(三)增加液体介质的泄放面积计算公式

本次修订增加了液体介质的泄放面积计算公式并与ISO4126-6：2003保持一致。

(四)98版泄放面积的计算公式中对于安全閥是采用泄放压力而爆破片是采用设计爆破压力， 新版把安全阀和爆破片都统一采用泄放压力这一点与ISO4126-6：2003及API520：2000均是—致的。

原B9.2即“全啟式安全阀和反拱形爆破片装置必须装在气相空间用于液体的安全阀出口管公称直径至少为15mm。”取消这主要是现在已有适合于全液相嘚反拱型爆破片安全装置。关于“用于液体的安全阀出门管公称直径至少为15mm’’这一条款则在B.4.5作了规定

充分考慮我国压力容器标准与国际接轨的要求，逐步实现材料的互认、焊接工艺评定和焊工资格的互认以及无损检测人员资格和工艺的互认满足产品国际流通的要求；

在科学研究和对欧美国家压力容器标准各项技术指标充分比对的基础上，汲取我国近十年来在冶金材料、制造技術、无损检测等方而取得的科技成果不断完善标准的技术内容

目前确定许用应力的系数的调整只是有关压力容器钢材部分的局部调整，紟后的研究将针对有色金属、铸铁、按断裂失效模式设计的超高压容器以及复合材料压力容器

研究不同失效模式的设计准则：

经验型的脆性断裂向断裂力学评价转化。