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1、 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：
2、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
3、 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
4、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
5、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
6、 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
7、(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
8、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 http:/ 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
9、 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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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 http:/ 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
16、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
17、 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
18、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；
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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 http:/ 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
24、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
25、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
26、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
27、 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
28、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
29、 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
30、 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 http:/ 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
31、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
32、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
33、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，
34、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
35、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
36、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
37、 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
38、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 http:/ 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
39、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
40、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
41、 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
42、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 虑材料强侣和大变形影响。为 避 免 结 构 渐 增 塑 性 变 形(P D)，需 采 甬 偏 量国 法 确保结构安定。4结语 E N 1 3 4 4 5 是第一个欧盟统一的压力容器设计标 准。现在，有些工作 正在展开，其详细 的发展计 划 为：2 0 0 3年 1 2 月，铸铁容器 的疲
43、劳分析；2 0 o 4年 1 2 月，铝制容器；2 0 0 5年 2月，加强的环形膨胀节；2 0 0 5 年 4月，试验方法静测试；2 0 0 5年 4月，压力试 验 的测量补偿；2 0 0 5年 6 月，开孑 L(补充 E N 1 3 4 4 53 第 9 节的内容)；2 0 0 5年 6月，非圆形壳体开孔和非 圆形 开孑 L 的补强 问题；2 0 0 5年 6月，平 封 头(补 充 E N1 3 4 4 5 3第 1 0节内容)；2 0 0 5年 6月，加强 的平 板；2 0 0 5 年6 月，法兰(补充 E N 1 3 4 4 5 3，第 l l、1 2 节 和附录 G)；2 0 0 5
44、年 6月：无损检测和特殊焊接检测；2 0 0 5 年 9月，分析设计补充要求；2 O 0 6年 6月，蠕变。上述项 目将是以后 几年欧盟标准化委员各个 技术委员会的重点研究和欧盟承压设备研究委员会(T h e E u r o p e a n P t m,s u I e E q u i p m e n t R e s e a r c h C o u n c il简 称 E P E R C)重点支持 的方 向。E N 1 3 4 4 5 在欧盟国家内通用，但其意义并不局 限于欧洲，整个世界都十分关注这一统一的标准。美国 A S ME锅炉压力容器标准化委员会组织专人对 E N 1 3 4 4 5进
45、行 研 究；日本 也 有 多 个 机 构 在 研 究 E N 1 3 4 4 5。该标准对我 国的压力容器设计研究和标 准制定工作也有着重要的借鉴作用。参考文献】1 D a v i d N a s h D i ff e l lt iP e 8 b e I=w e e n E N1 3 4 4 5 a r d o t h e r I lt ll llT la-t i o n a l S t a n d a r d s C EN C o n f e mn c e P r e s s u r e E q u i p me m i n E u r o p e B】m 鹃 s e|8 M，2 O O 2
46、 2 沈行道 欧共体承压设备指令(9 r 7 2 3 E c)简介 J 压 力容器，2 O O 2，1 9(1)：1 3 3 郑津洋，黄冰，孙国有，等 欧美压力容器设计技术进展 J 压力容器，2 O O 2，1 9(1)：3 94 2 4 苏文献，郑津洋，陈志平 欧盟压力容器分析设计标准 简介 J 压力容器，2 O O 2，1 9(7)：1 3，3 4 收稿 日期：2 0 0 3 0 4 0 1 作者简介：郑津洋(1 9 6 4 一)，男，教授，博士生导师，系副 主 任，从事承压设备设计和安全保障技术研究工作。通讯地 址：浙江省杭州市浙江大学化工机械研究所。T 目 r 一 T r 一 维普资讯 http:/