美国压力容器标准体系及主要标准介绍

美国没有全国统一的压力容器安全法律法规。压力容器安全管理由联邦政府和省级政府分别立法。对于跨地区的移动式压力容器（气瓶），以及联邦政府所属的压力容器，由联邦政府制定联邦法律法规予以规范，如美国联邦劳动规范（联邦法典29章）、危险品运输法等一些法律法规。美国联邦政府和加拿大联邦政府管理压力容器的部门主要是运输部和劳工部。运输部负责气瓶和罐车，而劳工部则从劳工职业安全与健康方面对联邦所属工作场所的压力容器进行监督管理。

在美国，由于压力容器多在各州（省）内使用，这些设备设施由各州（省）自行制定法规进行管理。各州（省）制定的压力容器管理法规与联邦有关法规没有上下管辖关系。压力容器法规标准体系都分为联邦体系和州（省）体系。无论联邦还是州（省），压力容器法规标准体系构成也都基本为“法律-法规-标准”三个层次。

（1）法律、法规

美国联邦法典（U.S.Code）共有50个标题（Title），其中两个标题有关压力容器安全管理。分别为标题29劳动（Labor）中有关职业安全与卫生章节和标题49运输（Transportation）中有关气瓶和罐车安全的章节（子标题III中第51章危险品运输和第59章安全容器多式联运）。另外还有一些单独的法律，如职业安全与卫生法等。美国各州也同联邦一样，在本州法典有关章节中规定压力容器安全管理要求。

美国联邦政府负责制定联邦政府规则法典，并采用与联邦法律法典相同的标题，如联邦政府规则法典标题29劳动和标题49运输。

（2）标准

美国联邦法规和各州法规所引用的标准主要是美国国家标准协会（ANSI）标准、美国机械工程师协会（ASME）标准、美国石油协会（API）标准和美国材料与试验学会（ASTM）标准。这些标准构成了包括材料、设计、制造与检验试验、使用维护、定期检验、修理改造、制造单位和检验机构审查认证、检验人员资格认可等方面的美国压力容器标准体系。在这个标准体系中，ASME压力容器标准和API标准是主体。

ASME标准分为以下四个层次：

1）标准（CODE）：规定了压力容器设计、制造、检验和验收所遵循的基本要求。

2）标准案例（CODECASE）：给出了超出标准范围的应用案例，如新材料、新结构、新的无损检测技术等在压力容器的特定应用，对继续使用这类新技术有参考借鉴作用。

3）标准解释（INTERPRETATION）：针对特有的应用咨询，解释标准条款的含义和技术指标的应用范围。

4）公告（BULLETIN）：以研究报告的形式，对标准技术内容进行扩展。

ASME标准是一部封闭型的标准，自成体系，其总目录如下：

第Ⅰ卷 动力锅炉

第Ⅱ卷 材料技术条件

第Ⅲ卷 核动力装置设备(www.xing528.com)

第Ⅳ卷 采暖锅炉

第Ⅴ卷 无损检测

第Ⅵ卷 采暖锅炉维护和运行推荐规程

第Ⅶ卷 动力锅炉维护推荐规程

第Ⅷ卷 压力容器

第Ⅸ卷 焊接及钎焊评定

第Ⅹ卷 玻璃纤维增强塑料压力容器

第Ⅺ卷 核动力装置设备在役检查规程

第Ⅻ卷 移动式容器建造和连续使用规则

ASME标准中与压力容器有关的主要是第Ⅷ卷《压力容器》、第X卷《玻璃纤维增强塑料压力容器》和第Ⅻ卷《移动式容器建造和连续使用规则》。

其中，ASME Ⅷ-1（Rules for Construction of Pressure Vessels）就是通称为公式设计（Design by Formulas）的规范，即以压力容器主要部位的最大主应力不超过弹性范围为设计的安全准则，根据材料的许用应力对压力容器的结构与尺寸做出具体的规定和计算。它是理论、实验和实践经验结合的产物，安全系数大，因而材料的许用应力比较低。它包括了静载下进入高温蠕变范围的容器设计，但不包括疲劳设计（膨胀节除外）。

ASME Ⅷ-2（Alternative Rules for Construction of Pressure Vessels）通称为按分析设计（Design by Analysis），即对压力容器各部位的应力进行分析，根据不同的情况按照不同的安全准则进行设计。与按公式设计相比，分析设计对压力容器的应力情况了解更清楚细致，对材料要求限制更严，对结构的规定更细，对制造、检验等要求更高更严，因而其安全系数较小，材料的许用应力比较高。它的应用温度限制在蠕变温度以下，包括了疲劳设计。

ASME Ⅷ-3（Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels）是高压容器建造的另一规范。高压容器具有壁厚尺寸大、较多采用高强度钢制造、采取塑性自增强措施和多种多层结构形式的特点。ASME Ⅷ-3设计时按塑性失效准则进行，即认为整个壳壁都达到屈服才算失效。由于较多地采用了高强度钢，为保证材料的韧性，降低脆断敏感性，规定除螺母和垫圈、保护性衬里、内层以及对压力界限的完整性没有影响的材料以外的所有材料，都要求作冲击试验。由于高强度钢的使用，引入了断裂力学评定，且为了进行断裂力学评定，根据设计者的选择，还需要进行断裂韧度（K_IC、CTOD或J_IC）的测试。除试验用的小容器外，高压容器设计中疲劳分析都是规定性的。

在移动式压力容器方面，虽然美国机械工程师协会制定了ASME第Ⅻ卷移动式容器建造和连续使用规则，但由于历史原因，美国气瓶和罐车的技术规范（DOT specifications）是由美国运输部制定并强制执行。这些技术规范实际上就是技术法规，相当于我国的特种设备安全技术规范。美国劳动法典大量引用了这些技术规范。根据ASME专家介绍，美国运输部与ASME正准备将这些由政府部门制定的技术规范转为ASME标准，然后由运输部法规予以采纳。

美国材料与试验学会（ASTM）有关压力设备材料的标准非常完整。有各类压力容器（板材、管材、部件、阀门）和无损检验方法等标准数百件之多，形成一个非常好的压力设备材料标准体系。