欧盟标准EN13445简介及其与我国压力容器标准的比较

欧盟标准 E N 1 3 4 4 5简介 及其与我国压力容器标准的比较 郑津洋 开方明 陈西南 石平 ( 1 浙江大学， 浙江 杭州 3 1 0 0 2 7 ； 2 浙江省特种设备检验中心， 浙江 杭州 3 1 0 0 2 0 ) 摘要： 2 0 0 2 年5月颁布的 E N 1 3 4 4 5 欧盟 非直接接触火焰压力容器 标准满足承压设备法规的要 求。该标准引入 了许多新的设计理念和方法。本文简要介绍 E N 1 3 4 4 5的主要内容及其与我国压力 容器标准在设计方面的主要区别。 关键词： E N1 3 4 4 5 ；压力容器； 设计方法 中圈分类号： 1 6 5 ； I I -I 4 9 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 3 ) 0 5 0 0 0 6 0 6 Di ffe r e n c e B e t we e n Eu r o p e a n S t a n d a r d EN1 3 4 4 5 wi t h P r e s s u r e Ve s s e l S t a n d a r d s I n Ch i n a Zi fl lENG J i ny a n g ， KAI F a n gmi n g 1 ， CI -I EN Xi 一咖 ， S I I I Pi ( 1 Z h e j i a n g U n iv e r s i ty ， n a n o u 3 1 0 0 2 7 ， C h i n a ； 2 Z Mi ,m g I n s p e c t io n C e n t e r o f S p e c i a l E q u i p m e n t ， H a I l u 3 1 0 0 2 0 ， C h i n a ) Ah s t r a e t ： T h e E u r o p e a n h a mx mi z e d s t a n d a r d E N1 3 4 4 5 ” Un fi r e d P I e s s u r e Ve s s e l s ”，w h i c h w 酗 r e l e a s e d i n Ma y 2 0 0 2，p r o v i d e s t h e m e a n 8 b y w h i c h a ma n u f a c t u r e P _ a n c l a i l n p r e s u mp ti o n o f c o n f o r m i t y t o t h e e s s e n ti a l s a f e t y r e q u i r e me n t s o f t h e P I e s s u r e E q u i p m e n t D i r e c t i v eN e w c o n c e p t s a n d d i g n r a e t h o d s w e r e p r e s e a t e d i n t h i s s t a n d a r dT h e ma i n c o n t e n t s o f E N1 3 4 4 5 w e r e i l l u s t r a t e d a n d t h e m a i n d t ff e m a e e s i n d e s i g n r a e t h o d b e - t w e e n E N1 3 4 4 5 t l l p r e s s u r e v e s s e l s t a n d a r d s i n C h i n a w e r e h i g h l i g h t e d Ke y wo r d s ： E N1 3 4 4 5；p r e s s u r e v e s s e l s ；d e s i g n me t h o d s 随着欧洲统一市场的建立和欧元的使用 ， 为促 进承压设备在欧盟 成员 国内的 自由贸易 ， 尽可能在 最广泛的工业领域 内实施统一的产品技术法规， 欧 盟于 1 9 9 7 年通过了9 7 2 3 E c ( 承压设备法规 ( 以下 简称 P E D ) 。P E D适用 于压力 ( 表压 ) 超过 0 0 5 MP a 的压力容器( 包括非直接接触火焰加热压力容器和 直接接触火焰加热压力容器) 、 管道、 安全附件( 安全 阀、 爆破片等) 、 承压附件( 阀门等) 、 呼吸用气瓶、 高 压锅、 手提式灭火器等承压设备。从 2 0 0 2 年 5月 2 9 日起 ， 承压设备 的设计 、 制造和符合性评价都必须满 足 P E D要求。满足 P E D要求的承压设备带有 C E标 6 志。没有 C E标志 的承压设备不得进入 欧盟市场。 为充分吸收压力容器标准的优点， 同时反映最新的 研究成果 ， 欧盟标准化委员会用了 9年时间 ， 起草 了 欧盟非直接接触火焰压力容器标准草案。该草案于 1 9 9 9年提交 各成员 国评议。2 0 0 2年 3月 为欧盟成 员国正式表决通过了修改后的标准 E N l 3 4 4 5 ， 并于 同年 5 月 3 0日颁布了该标准第一版。 1 E N 1 3 4 4 5的主要 内容 1 1 适 用 范 围 E N 1 3 4 4 5 适用于设计压力大于0 0 5 M P a ， 材料为 维普资讯 第 2 0 卷第 5 期 压 力 容 器 总第 1 2 6期 铁素体或奥氏体钢的非直接接触火焰压力容器， 设 计温度低于钢材蠕变控制其许用应力的相应温度。 当然， 其设计压力可以进一步降低， 甚至是真空容 器。该标准不适用于以下承压设备： 移动式压力容 器； 失效后导致辐射影响的核设施上的压力容器； 能 产生 l l 0 以上过热 水蒸气 的压力容器 ； 采用铆接 结构的压 力容 器 ； 灰 口铸 铁 和 其 他 E N 1 3 4 4 52 、 E N1 3 4 4 5 6中没有包括 的材料制造的压力容器 ； 多 层容器和经 自 增强处理( 包括内表面挤压处理) 的容 器； 长输管道和工业管道。 1 2主要 内容 和 目录 标准 分 为 七 个 部 分： E N 1 3 4 4 5一 l总 则， E N 1 3 4 4 52材料 ，E N1 3 4 4 53设计 ，E N 1 3 4 4 54 制造 ， E N1 3 4 4 55检测 与试验 ，E N1 3 4 4 56球 墨 铸铁压力容器及部件的设计、 制造要求， E N 1 3 4 4 5 7 标准使用指南。 ( 1 ) E N 1 3 4 4 51总则 介绍整个标准应用 的主要基本原 理 并提出适 用于整个标准的一些定义、 物理量、 符号以及单位。 在这一部分中还要求制造厂商编制完备的设计说明 书和相关技术文件。 E N 1 3 4 4 5 1 目录： 前言； 介绍； 第一章 范围； 第 二章 引用标准； 第三章 术语和定义； 第 四章 物理 量、 符号和单位； 附录 z A ( 非强制性) E N 1 3 4 4 5中基 本安全要求和 E U法规( E U D i r e c t iv e s ) 提供的条款； 参考文献 。 ( 2 ) E N1 3 4 4 52 材料 详细说明了标准支持的用于非直接接触火焰压 力容器的金属材料种类 以及材料的选择 、 审查 、 检测 和标志。 E N 1 3 4 4 5 2目录： 前言； 第一章 范围； 第二章 引用标准； 第三章 术语、 定义、 符号和单位； 第四章 承压部件材料要求； 第五章 非承压部件材料要求； 附录 A ( 强制性) 承压设备用金属材料分类 系统 和欧洲标准化钢铁； 附录 B ( 强制性) 防止脆断要求； 附录 c ( 非强制性) 压力容器用复合钢板交货的技术 要求； 附录 D ( 非强制性) 压力容器用钢和钢制零部 件的欧洲标准； 附录 z A ( 非强制性) E N 1 3 4 4 5中基本 安全要求和 E U法规提供的条款； 参考文献。 ( 3 ) E N 1 3 4 4 53 设计 提供了内、 外压容器和承压元件的设计原理与 计算方法。主要包括各种形状的壳体、 矩形截面容 器、 换热器管板以及开孔补强等的设计方法。同时 也给出受局部载荷或非压力载荷作用下容器各个部 件的设计方法。E N 1 3 4 4 5 5的附录 c还详细给出 了进出管和检测孔、 开启和特殊锁紧装置等的设计 方法。 E N 1 3 4 4 5 3目录： 前言； 第一章范围； 第二章 引用标准； 第三章 术语和定义； 第四章符号和缩写； 第五章 基本设计准则； 第六章 承压元件许用应力； 第七章 内压筒体； 第八章 外压简体； 第九章 开孔； 第十章 平封头； 第十一章 法兰； 第十二章 螺栓连接 球形封头； 第十三章 换热器管板； 第十四章 膨胀 节； 第十五章 矩形截面压力容器； 第十六章 非压力 载荷； 第十七章 简单疲劳寿命评定； 第十八章 详细 疲劳寿命评定； 附录 A ( 强制性) 承压焊接接头设计 要求； 附录 B ( 非强制性) 分析设计直接法( D i r e c t r o u t e ) ； 附录 c ( 非强制性) 分析设计基于应 力分类 ； 附录 D( 非强制性 ) 外压容器 的形状检查 ； 附 录E ( 强制性) 圆柱和圆锥不圆度计算程序； 附录 F ( 强制性) 超出圆度公差容器许用外压； 附录 G ( 强制 性) 法兰和法 兰密封 连接 的另一设计准 则 ； 附录 H ( 非强制性) 表格 H一1 垫 片系数 m和 y ； 附录 I ( 非 强制性) 换热器管板设计的补充说明； 附录 J ( 强制 性) 换热器管板的另一设计准则； 附录 K ( 非强制性) 膨胀节设计的补充说明； 附录 L ( 非强制性 ) 与非压 力载荷相关设计准则的原理； 附录 M( 非强制性) 在 役使用检测； 附录 N ( 非强制性) 第十八章参考文献； 附录 O ( 非强制性) 常用钢材物理性质； 附录 P ( 强制 性) 用主应力评定的焊接接头分类方法； 附录 Q ( 强 制性) 非焊缝区域的简单疲劳寿命评定； 附录 z A ( 非 强制性) E N l 3 4 4 5 中基本安全要求和 E U法规提供的 条款。参考文献。 ( 4 ) E Nl 3 4 4 5 4制造 详细说明了各个部件制造过程中的要求 即材 料的制造和分包， 加工过程中监测、 加工公差、 焊接 要求、 成形加工要求、 产品试验、 热处理、 修理和最后 完成的工序( fi n is h i n g o p e r a t i o n ) 等。这一部分的要求 不适用采用分析设计直接法的压力容器 。 E N 1 3 4 4 5 4目录： 前言； 第一章 范围； 第二章 引用标准； 第三章 制造和转包要求； 第四章 材料； 第五章 制造公差； 第六章 焊接细则； 第七章 焊接； 第八章 焊缝的加工和检测要求产品测试； 第九 章 承压元件成形加工； 第十章 焊后热处理； 第十一 章 修理； 第十二章 最后完成工序； 附录 A ( 非强制 性) 制造公差； 附录 B ( 非强制性) 转包表格式样； 附 7 一 百 r一 1 i l l l 网 疆 可 维普资讯 欧盟标准 E N 1 3 4 4 5简介及其与我国压力容器标准的比较 V o 1 2 0 N o 5 2 0 0 3 录 z A ( 非强制性 ) E N 1 3 4 4 5中基本安全要求和 E U法 规提供的条款。参考书目。 ( 5 ) E N 1 3 4 4 5 5检测与试验 按照该标准对压力容器的要求， 介绍了各种检 测和试验程序 ， 其 中包括对设计 资料 和技术文件 的 审查。无损检测是这一部分的主要内容， 包括检测 文件、 材料跟踪报告、 焊缝两侧的修整以及焊缝检测 程序等 。不 同容器的测试要求各 不相 同， 如附录 给出了系列化制造压力容器的要求 。 E N 1 3 4 4 55目录 ： 第一章 范 围； 第二章 引用标 准； 第三章 术语和定义 ； 第 四章 检测试 验 的执行 ； 第五章 技术文件 的编制； 第六章 制造过 程 中的检 测试 验 ； 第七章 分包细则 ； 第八 章 其他试验 ； 第九 章 校准； 第十章 最终评估 ； 第十一章 标识和服从标 准的声明； 第十二章 记 录； 第十 三章 装 运 ； 附录 A ( 强制性) 系列化生产的压力容器检测试验的合格模 型； 附录 B ( 强制性) 压力容器尺寸的具体要求； 附录 C ( 强制性) 进料 口和观测孔、 闭合机构和特殊锁紧 装置的制造要求； 附录 D ( 非强制性) 泄漏检测； 附录 E ( 非强制性 ) 超声检测 ； 附录 F ( 强制性) 在役和试验 中的标准静水压力试验； 附录 G ( 强制性) 受循环载 荷作用压力容器 的检测试验 ； 附录 H( 非强制性 ) 服 从标准的声明； 附录 z A ( 非强制性) E N 1 3 4 4 5中基本 安全要求和 E U法规提供的条款。参考书目。 ( 6 ) E N 1 3 4 4 5 6球墨铸铁材料压力容器及部件 的设计、 制造要求 球墨铸铁压力容器的设计与检测方法都有其特 殊要求， 如最大许用压力、 壁厚和无损检测、 外观检 测等都需要有其专门的规定。 E N 1 3 4 4 5 6目录 ： 第一章 范围； 第二章 引用标 准； 第三章 术语、 定义、 单位和符号； 第四章 工况； 第五章 具体要求； 第六章 铸铁的检测试验； 第七章 试验和最终评估； 第八章 多种材料组合制造压力容 器； 第九章 标识和技术文件； 附录 A ( 强制性) 抗拉 强度、 屈服强度、 断后伸长率和冲击功要求 ； 附录 B ( 非强制性) 韧性材料； 附录 C ( 非强制性) 局部最小 厚度和最小爆破试验压力要求 ； 附录 z A ( 非强制性 ) E N 1 3 4 4 5 中基本安全要求和 E U法规提供的条款。 参考书 目。 ( 7 ) E N1 3 4 4 5 7标准使用指南 按照该指南的方法， 使 E N 1 3 4 4 5 的评估模式、 危 险性指标和容器分类都符合 P IE D的安全性要求。 1 3 特点 8 ( 1 ) 材料 E N 1 3 4 4 5 的重点在第二部分材料、 第三部分设 计。这两个部分中都包含了对材料的一些规定。第 二部分主要涉及材料的供应、 运输与检测， 而第三部 分涉及材料的使用。我国压力容器常规设计标准 G B 1 5 0 - - - 1 9 9 8 采用表格列出不同温度下材料的许用 应力 ， 而 E N 1 3 4 4 5 没有直接给出材料的力学性能 ， 只 是提出指导性意见， 使材料满 足 P E D 、 E N 1 0 0 、 E N 1 0 2 7 2 等 统一 标准 以及 欧 盟材 料认 证 ( E l l l D p e a I l A p p r o v a l o f M a t e r i a l s ) 、 特殊材料评估( P a r t i c u l a r M a te r i a l A p p r a i s a l s ) 等 的要 求。E N 1 3 4 4 5中还 特别 提到 ， 采用试验方法确定许用应力时， 还应采取防止脆性 断裂 的措施 。 ( 2 ) 概述 各章节的起始部分都安排一定的篇幅进行概 述 ， 用以明确本章节 中涉及到的术语 、 定义、 物理量 及其使用规则与条件。下面 以 E N 1 3 4 4 53中的内 容为例 ， 简要分析 E N 1 3 4 4 5 3 概述部分的内容。 第 3节 定义区分设计压力和计算压力 、 设计 温度和计算温度 、 计算厚度和有效厚度。 第 5节 基本设计 准则设计时既不考虑材料 和焊缝的局部腐蚀， 又不考虑蠕变。 第5 2 节 腐蚀提供处理腐蚀影响的指导性 意见， 包括腐蚀裕量的确定方法。由于腐蚀机理的 不同， 腐蚀有多种形式， 规定最小腐蚀裕量并不合 适， 所以取消了 1 9 9 9 初稿中的最小腐蚀裕量规定。 第 5 3节 载荷列 出设计 所要考虑 的各项 载 荷。一般容器设计需要考虑的载荷为： 1 ) 内、 外压 力； 2 ) 工作条件下最大液体静压力； 3 ) 容器 自重； 4 ) 工作条件下最大盛装物料重量； 5 ) 液压试验的最大 液压 ； 6 ) 风 、 雪 、 冰载荷 ； 7 ) 地震载荷 ； 8 ) 运输和安装 容器时作用其上的载荷。特殊情况下， 还要考虑以 下载荷 ： 9 ) 凸缘、 垫圈、 槽、 鞍座、 内部支撑或相连管 道以及偏心安装的附件产生的载荷； 1 0 ) 容器中液体 受激产生波动时的冲击载荷； 1 1 ) 压力引起的轴向力 在容器横截面上偏离容器轴线而导致的弯矩； 1 2 ) 在 约束状态下 ， 瞬态温度变化产生 的热应力和热膨胀 系数改变时产生的热应力 ； 1 3 ) 压力和温度的波动。 第 5 3 2节 载荷 分类按 照性 质将载荷 分为 三类： 正常操作载荷、 意外载荷 ( 如冲击) 和试验载 荷。这种分类充分考虑了载荷作用的时间和概率的 影响。不 同的载荷采 用不 同的许用应 力 ， G B l 5 0 - - 1 9 9 8 对载荷没有做如此明确的分类。 维普资讯 第 2 o 卷第 5 期 压 力 容 器 总第 1 2 6 期 第 5 3 3节 失效模式失效模式分为五类 ： 1 ) 总体塑性变形 ( G P D ) ； 2 ) 塑性失稳 ( 脆 断) ； 3 ) 弹塑性 失稳 ( 屈 曲) ； 4 ) 渐增 塑性变 形 ( P D) ； 5 ) 疲 劳失效。 一 般来说 ， 大部分 的压力容器标 准都包含 了这些失 效模式。 ( 3 ) 其他特点 第 5 4节 设计方法介绍 了主要 的设计方法 ， 但是没有介绍常规设计 ( D B F ) 的具体细节。同时给 出以等效的全范 围循环次数载荷 n 为是否需要进 行疲劳设计 的判据。当 I, 5 0 0时 ， 设计和检测容 器时 ， 不需考虑疲劳。除了常规设计外 ， 还给出两种 设计方法 ： E N 1 3 4 4 5 3附录 B和 C介绍的分 析设计 ( 加 A ) ； P E D中对小 型容器规定 的试 验设计。分析 设计在后面部分介绍 ， 这里简要说 明一下试验设计 。 试验设计是指取所设计的设备样品或同类设备 样品进行一系列试验检测 ， 以判断设计是否满足有 关要求。试验的主要内容是压力试验。在一定压力 下考察容器是否有明显泄漏， 变形量是否在一定范 围之内。试验压力为在最大允许工作压力之上考虑 一 定安全裕度的压力值 。此压力值取决于实验样品 与设计条件在几何形状 、 材料特性上的差别 ( 包括温 度等影响带来 的差别 ) 。 第 6节 承压部件许用应力标准 中给出了蠕 变温度范围内有关金属材料( 不包括铜 、 铝等有色金 属) 许用应力的规定 。奥氏体不锈钢 的许用应力取 决于最小断后伸长率 A 。当 3 O A3 5 ， 许用 应力取残余应变为 1 0 时的应力除以 1 5 ； 当 A 3 5 时， 许用应力值可以有所提高， 取残余应变为 1 0 时的应力 除以 1 2的值 和抗 拉强度的 1 3中 的较小值。如果材料标准中没有注明抗拉强度， 这 一 条就无法应用， 仍需使用残余应变为 1 0 时的 应力除以 1 5 。这一规定使得奥氏体不锈钢的承载 能力得到发挥。非奥氏体不锈钢材料的许用应力取 屈服强度( 有明显屈服平 台的取最小屈服强度 ， 没有 屈服平台的取残余应变为 0 2 时的应力， 以下同) 除 以 1 5 和 抗 拉 强 度 除 以 2 4 中 的 较 小 值 。 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8中相对与屈服强度和抗拉强度 的安全 系数分别为 1 6 ( 奥氏体高合金钢取 1 5 ) 和 3 0 。 液压试验时， 应控制远离结构不连续处的薄膜 应力 。对 3 O A3 5 的奥 氏体不锈钢 ， 试验许 用应力取残余应变为 1 0 时的应力除以 1 0 5 ； 对 A3 5 的奥氏体不锈钢取残余应变为 1 0 时的 应力除以 1 0 5和抗拉强度除 以 2中的较大值 ； 对非 奥氏体不 锈钢取屈服应 力除 以 1 0 5 。G B 1 5 0 - - 1 9 9 8 中统一取为试验温度下材料屈服强度 的 0 9 倍 。 2 容器零部件设计 E N 1 3 4 4 5在引进一些新 方法 的同时 ， 继承 和发 展了已有标准中的许多设计方法。如管板和法兰的 极限载荷方法是前东德标准中的方法 ， 被收录在标 准附录中， 作为传统应力分析方法的补充。 传统的设计方法是将计算的弹性应力限制在许 可范围之内。极限设计方法是根据极限载荷计算许 用载荷， 将工作载荷限制在许用载荷之内， 主要用于 防止总体塑性变形引起 的失效 。采用极限设计方法 可以充分发挥材料 的承载能力 。 2 1 圆柱形筒体和碟形封 头 圆柱形简体 的设 计方法 与 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8类似。 为了规定焊接接头系数 ， E N 1 3 4 4 5按照焊接结构 、 焊 缝形式、 无损检测程序将容器分为 l 、 2 、 3 、 4四组， 各 组 对 应 不 同 的 焊 接 接 头 系 数 ( 详 细 规 定 参 见 E N 1 3 4 4 55的表格 5 6一l 、 附录 P和表格 6 6 1 一 1 ) 。可以明显看出 E N 1 3 4 4 5对焊接接头系数的规定 比 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8更加 具体 。有些 工 况下 ， E N1 3 4 4 5 焊接接头系数的取值较低 ， 较为保守。但是从整体 来看， 由于 E N 1 3 4 4 5 采用了相对较大的许用应力， 所 以简体计算厚度比 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8的计算厚度要小。 对于碟形封头， 需用三组公式分别计算球冠部 分的厚度、 过渡圆角部分 的厚度 和过渡 圆角满足失 稳条件的厚度 ， 取最大值为计算厚度。G B 1 5 0 - - 1 9 9 8 中将碟形封头按照不同几何参数给以不同的形状系 数 ， 用一个公式计算碟形封头的厚度。比较可得 ： 采 用两 个 标 准 设 计 的 碟 形 封 头 厚 度 大 致 相 等； G B 1 5 0 - - 1 9 9 8 通过限制有效厚度和封头内径比值来 防止失稳， 没有给出详细的防止失稳的计算公式， 所 以在低压范 围内按 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8 设计的封头要薄一 些。在封头形状上 ， E N 1 3 4 4 5更加 细致 ， 对封头的各 个部分( 包括过渡 圆角 、 直边连 接段 ) 都做 了量化 的 详细规定 。 潦 2 2 锥 体 锥体设计采用了极限设计准则。E N 1 3 4 4 5可以 设计锥壳半顶角为 7 以下的各类锥体， 相比来说 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8限制在 6 if 范围内。在锥体厚度上两 个标准的计算方法基本一致 ， 但是在其他结构处( 如 大小端的连接处) 的设计有所不同。 2 3 外压容器 9 一 一 一一 一 _ _i l疆l l l 一 维普资讯 欧盟标准 E N 1 3 4 4 5简介及其与我国压力容器标准的比较 V d 2 0 N o 5 2 0 0 3 第 8 节 的外压容器设计方法来源于 P D 5 5 0 0 ( 英 国标准) ， 主要针对三种可能的失效模式计算许用外 压。这三种失效模式分别为： 整体失稳、 加强圈之间 筒体的失稳和加强圈本身的失稳。加工后的容器形 状与设计要求存在差异( 特别是壳体的不圆度与圆 柱度的影响) 会造成许用外压力的降低。附录 E和 F对这些影响做 了说明。 2 4开孔 E N 1 3 4 4 5中的开孔设计方法采用 的是欧洲大陆 一 直沿用的压力面积法。压力面积法是指压力在壳 体开孔面积上形成的载荷与有效补强范围内的壳 体 、 接管 、 补强材料面积 承受载荷相平衡 。G B l 5 0 1 9 9 8中使用等面积补强法， 认为壳体因开孔被削弱 的承载面积 ， 须有补强材料在离孔边一定距离范 围 内予 以等面积补偿。E N 1 3 4 4 5中开孔尺寸的规定 为： 壳体上开孔( 非接管补强) 和带加强圈的开孔要 求接管直径小于开孔中心处的最小曲率半径； 碟形 封头或球壳上开孔直径小于该处外径的 0 6 倍； 圆 柱壳体上接管补强开孔直径小于2 倍该处的最小曲 率半径。E N 1 3 4 4 5中的开孔范围较大， 特别是包含 了尺寸接近等径三通的圆柱壳体上开孔补强设计。 2 5 平封 头 按 G B 1 5 0 - - 1 9 9 8设计平封头 时 ， 主要考虑压 力 载荷， 并设置平盖系数考虑平封头与壳体连接结构 对封头的应力分布影响。E N1 3 4 4 5也是着重考虑压 力载荷在封头设计中的作用。但考虑到不同结构会 产生不同的附加载荷 ， E N 1 3 4 4 5 需要从 自身特点出 发， 用多个参数限制封头上的应力分布。 2 6法 兰 G B 1 5 c 卜 一 _ 1 9 9 8对 于法 兰设 计 采 用 A S ME中 的 T a y lo r F o r g e 法。这种方法首先要求确定法兰压紧面 的形式 ， 选择相应 的垫 片， 查得 密封 比压 和垫片 系 数， 然后计算垫片压紧力、 螺栓载荷， 最后进行法兰 的设计计算。但是这一方法存在一些缺点， 例如： 用 于计算螺栓载荷的垫片系数中有很多是经验数据， 缺乏标准的试验方法， 且没有考虑泄漏率。E N 1 3 4 4 5 3 除了采用这种方法外， 还在附录 G收录了统一 标准 E N 1 5 9 1中的法兰设计方法。这种方法特别适 用于螺栓连接的管道和容器上的圆形法兰接头。事 实上 ， 法兰 、 螺栓 、 垫片形成相互关联 的系统 ， 各个部 分之间存在相互作用。法兰设计必须充分考虑螺栓 刚度和密封圈变形的影响， 使法兰同时满足密封和 强度要求。按照这一方法， 不仅需要考虑以下基本 】 0 参数 ： 液压； 法兰、 螺栓、 垫片的材料强度 ； 垫片压缩 系数 ； 名义螺栓载荷等， 还要考虑一些特殊情况： 由 于连接部件的变形而导致 的垫 片压 紧力 的变化 ； 相 连简体或管道的影响 夕 f 、 压和弯矩的影响 ； 法兰环与 螺栓之间温差产生 的影响等。计算过程中要求采用 反复迭代 ， 依靠计算机辅助 ， 可 以较为简便的实现设 计计算。 2 7 管板 E N 1 3 4 4 5中提供了两种管板的设计方法。第一 种方法是传统方法。考虑内外压力、 几何尺寸等因 素严格计算各种载荷状态引起的管板应力， 并与许 用应力相比较， 判断设计是否满足要求。第二种方 法是极限分析方法， 通过管板的极限分析， 确定许用 载荷 。 2 8 膨胀节 E N 1 3 4 4 5 对膨胀节 的厚度没有 限制 ， 采用 的设 计方法基 于 E J MA标 准 ( E x p a n s i o n J o i n t M a n u f a c t u r e s A s s o c i a t i o n ) 以及德国 A D规范、 A S M E V I I I 第一分篇、 A S ME B 3 1 3 ， 法国 C O D A P规范和荷兰 S t o mn v e z e n规 范中的相关部分。标准 目前只包含了无补强的 u 形膨胀节 。正在制定有补强 的 U形膨胀节 和环形 膨胀节设计方法 。 2 9 矩形截 面客 器 以前欧洲标准中没有涉及到矩形截面容器。 E N 1 3 4 4 5 基于 A S M E V I I I 第一分篇附录 l 3 和 B S 3 9 7 0 第一部分医药用杀菌和灭菌设备， 增加了矩形 截面容器的设计 。设计按 照应力设计 准则 ， 分为两 个基本类型： 包含或不包含撑杆的无补强容器和外 面设有补强件 的补强容器。这部分 内容与 G B l 5 O 一 1 9 9 8附录 D相对应 。 2 1 0 非压力栽荷 局部载荷作用下的应力分析， 除有限单元法等 数值计算方法外， 一般按照 WR C ( We l d in g R e s e a rc h C o u n c i l B u l l e t i n ) 1 0 7 、 WR C 1 0 9和 P D 5 5 0 0附 录 G分 析。W R C 1 07 和 P D 5 5 0 0附录 G适用于设计制造球 形壳体上的接管和其他固体附件以及圆柱壳体上的 固体附件； W R C 2 9 7 适用于设计圆柱壳体上的接管。 E N 1 3 4 4 5 -3 的第 l 6 节主要介绍 了局部载荷和 鞍座的设计 ， 同时包含 了附件、 接管 、 线 载荷和 吊耳 等涉及非压力载荷的设计方法 。对于不同的应力分 布采用不 同的设计方法计 算许用载 荷或应力。 E N 1 3 4 4 5中 接 管 载 荷 的设 计 方 法 与 WR C 1 07、 W R C 2 9 7和 P D 5 5 0 0 附录 G的主要区别为： 对局部应 维普资讯 第 2 o 卷第 5 期 压 力 容 器 总第 1 2 6期 力与极限分析中的最大许用载荷同时进行评估 ， 也 就是说载荷和应力同时控制。静载荷与循环载荷有 不同的设计准则 。如果有多种载荷同时作用 ， 则必 须考虑它们之间的相互作用。G B 1 5 0 - - - 1 9 9 8用 z i c k 法处理线载荷和卧式鞍座 支撑容器， 要求先进行应 力分析 ， 然后限制容器上某些点的应力； E N 1 3 4 4 5用 极限设计方法设计鞍座 支撑的卧式容器 ， 按照容器 整体几何轮廓求解极限载荷， 再根据设计要求从图 表中查取安全系数， 得到许用载荷。 E N 1 3 4 4 5 对于非压力载荷 的表述更加 全面 ， 适 用范围更广 。与其他标准相 比， E N 1 3 4 4 5中的计算 图与图表相对减少， 其使用程序也相应简化。不过， 疲劳评定中的应力评估问题尚待解决。 2 1 1 简单和详 细的疲 劳寿命评定 E N 1 3 4 4 5中的简单和详细的疲劳评定来源于英 国标准 以及其他相关标准 ， 将结构按 照焊接 工艺的 不同分为各个等级， 采用不同的 s N曲线对其分 别进行评定。在 E N 1 3 4 4 5中仍然保 留了应力集 中系 数概念 。相 比而言，J B 4 7 3 2 _ _ 9 5沿用 A S ME的设 计思路， 对所有几何形状采用一条 s N曲线来评 定容器的疲劳寿命。有关 E N 1 3 4 4 5和 皿4 7 3 2疲劳 设计的对比分析工作正在进行之中， 将另外介绍。 3 分析设计 ( D B A) E N 1 3 4 4 5 3 有两个附录介绍分析设计。附录 C基 于 弹性 应力 分析 ， 将应 力 分类 。这 种方 法 与 J B 4 7 3 2 - - 9 5的设计方法一致 。但是这种基于弹性分 析的方法在应力分类时会遇到一个突出的问题 有些应力的分类不是那么 明显。而且 ， 这种方法并 没有考虑弹性或弹塑性失稳以及屈曲问题 。 E N 1 3 4 4 5 3附录 B中引进 新 的方 法直接 法 。这一方法包 含了非 弹性分析 ， 将 各种作用 ( a c fi o n ) 的效果组合考虑。作用的概念 比载荷更加广 泛 ， 包括一系列的热 一机械作用如压力 、 作用力 、 温 度变化和预变形等。作用的特定组合对应一定的失 效模式 ， 设计 中要求对 可能遇到的所 有失 效模式进 行设计校核 。标准 中还将原理与应用准则区分 。原 理一般是指综述 ， 定义以及基本要求 ， 基本分析模式 等； 应用准则通常是指通用的准则， 遵从原理， 满足 其要求， 包括了满足相关原理的各个适用的准则。 总体塑性变形 的应用准则需要应用理想弹塑性材料 有限元分析的载荷 一变形 图 ， 并采用双切线法得到 较低 的极限载荷 。 E N 1 3 4 4 5 中 没有考