我国工业锅炉标准建设：回顾、比较和展望

刘复田

（上海工业锅炉研究所 上海 200071）

我国工业锅炉标准建设：回顾、比较和展望

刘复田

（上海工业锅炉研究所 上海 200071）

本文详细介绍上世纪80年代开始的采用国际及先进国家标准的工作；并将我国标准与BS 2790及欧洲EN 12953．3锅壳锅炉标准作对比分析；以及提出关于我国锅炉标准体系建设的建议。

锅壳锅炉 国际标准 英国BS 2790 德国TRD 欧洲EN 12953．3

1 我国锅壳锅炉标准发展的四个阶段

我国锅炉工业最早出现于1843年五口通商后，在租界里带来了锅炉，为解决安装与修理，在我国出现了为它们服务的修理、制造配件的工场。后发展为生产一些小型立式和卧式锅炉。关于锅炉标准的制订则是在解放以后进行。

我国工业锅炉标准化的发展，是随着锅炉工业发展而发展的。在解放以前，我国虽有十几家工厂，均以修配和仿制一些小容量锅炉为主，是作坊式生产。根本成不了一种工业行业，制造工艺和技术要求，都只是抄袭进口锅炉的蓝图上条文，所以谈不上有厂标和单个产品标准。

1.1 第一阶段

从上世纪50年代至60年代初，全盘学习苏联，引进了设计、工艺、标准、管理等。当时我国一无所有，得此技术支援，的确使锅炉行业发展很快。然而这些都是对电站锅炉，对工业锅炉还是循着原来方式生产，只不过得到几种水管锅炉图纸（k-2、k-4、ДkB等），一些锅壳锅炉还是旧的英国炉型。

上世纪60年代初劳动部颁布《蒸汽锅炉安全规程》（1961年），劳动部、一机部联合颁布《火管锅炉受压元件强度计算暂行规定》（1961年），一机部的（DZ）173—62《水管锅炉受压元件强度计算暂行规定》。这些基本上是苏联模式。

1.2 第二阶段

上世纪60年代中期至70年末，这10年是“文革”期间，几乎一切停顿，但由于锅炉是受压设备，在此期间爆炸事故频繁，国家重视，于70年代初，组织了行业内的一些工厂编制了锅炉各部件的制造技术条件，于1975年公布了17项标准，作为部颁标准，其基础还是以哈锅厂一些厂标为主（实质上还是苏联的），结合国内一些实际情况制定的。

至上世纪80年代初，国家着手制修订新的标准。机械部于1984年颁布了JB 3622—84《锅壳式锅炉受压元件强度计算》［1］，正式废止了1961年颁布的“暂行规定”，这是包括立式、卧式各种结构的较全面的锅壳锅炉标准。根据国内常用的炉型，参照了当时仅能收集到的日本和英国标准，吸收了他们对一些结构的新的计算公式和方法，特别是上世纪80年代初，刚改革开放开始进口一些油炉，国内工厂也准备生产油炉，标准适时地加入了波形炉胆的计算公式。该标准的颁布执行，大大促进了锅壳锅炉技术发展，并提高了产品质量和可靠性。

1.3 第三阶段

上世纪80年代至90年代，是国家改革开放，大量国外资料、标准和技术设备的被引进。并提出采用国际及国外标准，锅炉采标的对象怎样选，对工业锅炉特别是锅壳锅炉又该怎样。此时各国标准也容易收集到，如英、德、日3国关于锅壳锅炉标准较全面。行业深感1984版标准已不敷使用，遂组织各方面教授、专家于1992年开始修订新锅壳锅炉标准。

在修订过程中遵循采标的要求，深入理解国外标准的先进性，又结合国内经验，修订3622-84，改为国家标准GB/T 16508—1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》［2］。该标准的主要特点是在吸收国外最新技术时（主要是BS 2790—92《焊接结构锅壳锅炉设计和制造规范》），也把我国10年来自己创造并经过长期运行考验的安全结构列入，如拱型管板、螺纹烟管等项，还把当时已逐渐出现的铸铁锅炉也作为附录列于后。该标准已很接近当时国际先进水平。标准颁布后深受工厂欢迎，经过17年的使用，对推动工业锅炉技术发展做出了有益贡献。

1.4 第四阶段

随着国际技术交流的频繁和国内科研发展及生产实践的需要，标准也应及时修改。在修改中吸收了欧洲EN 12953“锅壳锅炉”标准相关内容，于2013年颁布GB/T 16508．1~16508．8—2013《锅壳锅炉》［3］。在GB/T 16508．3中主要改进的内容：依据理论分析，有限元计算方法，应力测定结果，放宽了一些不合理过严内容，如明显减少了下脚圈，平端盖厚度；放宽了凸形封头人孔尺寸的限制及筒壳上大孔与孔排的加强计算规定；参照国外标准减少了烟管厚度等。

2 英国锅壳锅炉标准与国际标准及欧洲标准的渊源

2.1 BS 2790与ISO 5730《焊接结构固定式锅壳锅炉》间的关系

在1968年ISO（国际标准化组织）颁布的ISO/ R831《固定式锅炉建造规范》是第一份关于锅炉的国际标准，作为国际贸易时须遵循的规定，但其又非正式文本，仅为推荐书（recommendation），且内容不多，于锅壳锅炉则更少，不敷使用。至1997年废止了，看来是过于简单，技术要求低，很多国家标准都高于它。

1973年，由ISO/TC11/WG10组织编写锅壳锅炉标准，当时WG的负责人是英国人福克斯，成员中欧洲人较多。1981年完成ISO/DP5730（建议草案），直至1992年12月才完成。颁布了ISO 5730《焊接结构固定式锅壳锅炉》［4］，是当时集各先进国家之大成，具有国际先进水平的标准。其实就其内容与英国标准BS 2790进行对比的话，可用福克斯说的一句话来概括，ISO 5730只是将BS 2790的某些曲线向两端延伸了一些，以及某些公式的系数作了些修改而已。这就是说ISO 5730是以BS 2790为基础，加进了德、法和其它欧洲国家的意见，其中也采纳了我国代表团的意见，就是焊后热处理厚度由≥20mm改为≥30mm。

2.2 BS 2790与EN 12953《锅壳锅炉》间的关系

从上世纪末受欧洲委员会和欧洲自由贸易协会的委托由CEN/TC269“锅壳和水管锅炉”技术委员会负责编制“锅壳锅炉”标准。其秘书长由德国DIN担任，经几年的编制，最后于2002年5月正式颁布。并明确规定“CEN成员应履行CEN/CENELEC内部条例，该条例规定了将欧洲标准作为唯一的国家标准的条件。”［5］

综观该标准全文，很明显地看出，在其前言及目录内容，基本上与德国TRD《蒸汽锅炉技术规程》所列目录接近。而在EN 12953—3（第三部份受压元件设计和计算）这一章的内容其基本框架与BS 2790很接近，当然很多方面又有TRD的内容，因而可以说EN 12953是英、德两国锅壳锅炉标准的混合体，而且都比两者有所提高。这就是BS与ISO及EN关于锅壳锅炉标准之间的相互关系，说明了锅壳锅炉在英国出现最早，几百年的发展，在理论、技术各方面均较成熟，标准也较先进，故受到欧洲和国际的认可，所以关于锅壳锅炉的标准，总的是以BS为基本框架。

3 我国工业锅炉采用国际标准的情况

上世纪80年代，国家提出采用国际及国外标准，当时的提法是采标是最廉价的引进。“标准化工作是牵一发而动全身的工作，是牛鼻子，一定要抓住，而采用国际标准则是牛鼻子的牛鼻子。”［6］

当时提出采标的三种模式。

第一种是等同采用。就是将国外标准译成中文，仅作编辑性修改，内容及条文不作任何修改，就作为我国标准编号执行。如GB/T 19000质量管理体系与ISO 9000的内容与条文编排都一样，此即为等同采用。

第二种是等效采用。是将国外标准与我国标准进行对比，找出差距，经分析后，根据国内实际情况，对差距不大的则完全采用。对一些差距较大的，又分成二种，一种是经过努力，能达到的就尽量采用。还有一种当下一时达不到的就先放一放，而使主要的方面能达到类似效果的，即为等效采用。

第三种是选择采用。经对比后认为差距很大，难以等效采用，就择其主要条款，对产品质量影响较大，需要尽快赶上去的，就先采用，列入我国标准，大力推广实施的，谓之选择采用。

对采标的几种做法，各行业根据自己的情况：技术水平、设备条件、工艺条件、管理水平来决定自己的做法。

我国工业锅炉行业是一个工厂众多（80年代初C级以上厂有201家，E级厂有355家），但又是个落后的行业，技术力量分散、设备陈旧、工艺落后，处于半手工半机械的生产方式和管理模式。基于这种情况，我国制定的相应标准也必然是较落后的。

因此在刚开始采标时，我国与国际和国外标准差距很大，行业决定先采用当时通用的国际标准ISO/R831《固定式锅炉建造规范》[7]，采用模式则是选择采用，对其中有关工业锅炉（包括锅壳锅炉）规定的设计、工艺、检测等方面的内容进行认真分析，最后选择其中五条。例如：管子应先水压试验；射线探伤采用象质计；钢板打钢印等规定。对促进产品质量和管理提高作用较明显的制订进了《工业锅炉产品质量分等规定》的行业标准，以作为机械部对工厂产品质量评比的五条合格标准。

到上世纪90年代初，经过近10年的采标宣贯活动，并对近200家工厂产品质量进行检查，提出工厂产品质量和质量管理上的整改建议，经过各厂领导和全体职工的努力，收效确实很大，提高较快。加之，在这段时期内，进口大量锅壳锅炉，随之也引进了技术、工艺、设备。这时对国外一些标准已较了解和熟悉了。故在1992年修订JB 3622—84标准时，已有了一定的生产实践，科学实验的经验。所以在采标时已有能力对国外几个较先进标准进行分析比较。

当时对美国ASME锅炉和压力容器规范中第一分册《动力锅炉》［8］，英国BS 2790—1992《焊接结构锅壳锅炉设计和制造规范》［9］，德国TRD《蒸汽锅炉技术规程》［10］—1986，日本JIS B 8201—1977《陆用钢制锅炉构造》［11］，进行了认真学习和分析，经研究认为：

ASME的动力锅炉分册，其内容主要是适用于大型水管锅炉——动力锅炉，火管锅炉仅是其中的一个章节，内容很少，不敷使用。

JIS B 8201是参照ASME的模式，德国TRD虽有很多锅壳锅炉的内容，但其与水管锅炉是并在一起的，公式和符号表示方式，与我国标准很大不同，我们都不太熟悉，但其内容与英国BS 2790较接近。而BS 2790则完全是锅壳锅炉的内容，比较全面、丰富、具体。另外BS 1113是完全是水管锅炉内容，这与我国标准体系一样。所以在修订时，主要采用BS 2790的相应要求，但还是等效采用，并结合我国几十年的经验，完成的GB/T 16508—96确实很接近先进国家的标准。

4 GB 16508与国外标准对比分析

我国GB 16508—2013《锅壳锅炉》第3部分与BS 2790、EN 12953．3—2009的对比分析因内容极多，无法全面顾及，仅选几条重要条文对比。

4.1 最大允许压力、计算压力

BS 2790：设计压力P就是所给定的受压部件计算公式中的压力。在需要时，当确定设计压力时应考虑水柱静压头，对于热水锅炉，应考虑瞬时裕量。当静压头不超过锅炉工作压力的10%时，就不必考虑静压头。设计压力不得低于任何安全阀启跳时的最高压力。

EN 12953.3：最大允许压力是锅炉设计的最大压力，并且应在锅壳锅炉的最高点测得。计算压力应不小于最大允许压力与静压头的总和，若后者小于最大允许压力的3%，则可忽略静压头的影响。安全阀设定压力不应超过最大允许压力。

GB 16508：以工作压力为基准，考虑安全阀整定压力和水柱静压头的附加压力，确定受压元件的计算压力。

这样GB 16508的计算压力与BS 2790一样，但高于EN 12953.3。而EN 12953.3是由欧洲委员会于2002年5月正式颁布，明确规定了将此欧洲标准作为唯一的成员国的国家标准。是集BS、TRD及欧洲其它国家标准为一体的标准，是比较先进的，所以应采用EN 12953．3的规定为好。

4.2 计算温度

BS 2790：用于计算设计应力的设计温度t应是所考虑部件处理与预计运行条件相符合压力下的金属平均温度，此温度不小于250℃。

对于与火焰直接接触的锅炉管板，当实际入口烟温大于800℃时，其设计温度可按附录C及下列公式给出的t0值来确定：t0=52.4(H/A)0.25。

EN 12953.3：计算温度t应是金属平均温度，并根据其中a)~e)来确定。

a)~e)的规定与BS 2790基本上一样，只是编辑文字上有些不同。但还是有二点与BS 2790不同的地方：

1）最重要的是它提到BS 2790的“用于设计应力的设计温度t……，不小于250℃”。也就是不必以250℃计算。

2）对于与火焰直接接触的管板，烟温大于800℃，其设计温度可按附录A及下列公式给出的值以tG确定：tG=51(H/A)0.25。

公式中的系数是51，而不是52.4，相差2.74%，而其附录A与BS 2790的附录C也基本一样，且其中的曲线图12幅也完全一样，仅文字叙述上有些不同。

GB 16508：受压元件计算温度取内外壁算术平均值中最大值。计算温度tC按热力计算确定，在与温度600℃~ 900℃及以下烟气接触的部件一般tmave+25~50℃不等；900℃以上则tmave+70~110℃。用表列各种元件的型式而定。虽说偏保守，但较简单。同时也规定当计算温度小于250℃时，不必再按250℃计算，这与EN 12953．3一样。

4.3 炉胆与封头平板拉撑布置等

关于炉胆与封头平板之间的拉撑布置、呼吸空位、主圆、次圆、支撑点的规定，图示二者基本一样。我国标准的规定与两者基本相同。

4.4 用拉撑来支撑的平板厚度

用拉撑来支撑的平板厚度由下列公式决定：

而式（1）中的常数值j有一张表，列出各种支撑方式的j值，共27项。

式（2）中b、y与BS 2790式中b、y含义一样，规定也一样。C4也是常值，与BS 2790式中j的含义一样。也是一张27项的表列，常数值也一样。

式（3）表述一样，但常数与两者有些不同，其常数j用表列27项，很详细。GB 16508较简单，但数值较两者略大，因而较安全。

4.5 关于焊后热处理

BS 2790：“对完工的锅炉，在水压试验前，在任一焊接连接处的厚度超过30mm的情况下”。

EN 12953．3：“在任何焊接接头处，当壁厚超过35mm时应进行焊后热处理。”其中注：当材料冲击特性至少为50J时，允许将该极限值提高至40mm。

GB 16508：对碳钢的元件焊后热处理厚度规定为＞30mm，与BS 2790一样，又严于EN 12593．3，看来无必要。

4.6 受内压的直管厚度

受内压的直管厚度，按下列公式计算：

式中：

do——管子内径；c = 0．75mm

然而，承受内压力管子壁厚绝不应小于表1所给定值。

表1 受内压管子的最小壁厚

式中：

d。——管子内径。

式中：

d。——管子外径。基本一样，但没用表列规定最小壁厚。

4.7 受外压的直管厚度

受外压的直管厚度，按下列公式计算：

式中：

D——管子外径；

c = 0.75mm

f1=0.8f，此处f是设计应力（N/mm2）。

然而，受外压的壁厚绝不应小于表2所给定值。

表2 BS 2790受外压直管的最小壁厚

式中：

d。——管子外径；

c2= 0.75mm；

f——是设计应力（N/mm2）。

这里，EN 12953．3标准对受内压、外压只用1张表来表示。厚度绝不应小于表3所规定值。

表3 EN 12953.3受外压直管的最小壁厚

BS 2790：从表1、表2所列可以看出受外压时的管子壁厚较受内压管子的壁厚要厚一些。

EN 12953．3：从表3所列来看，它接近于BS 2790的受内压管子所需的壁厚，又明显薄于BS 2790的受外压管子的壁厚。

GB 16508：无受外压的直管壁厚的计算公式和表列值。

4.8 炉胆

●4.8.1 平直炉胆

EN 12953．3与BS 2790所列公式中的要素都一样，只是一二个常数有些差异，可能是在导出过程中的一些不同。

BS 2790只规定最小厚度不小于7mm，且不应大于22mm。

而EN 12953．3则增加了：对直径≤400mm的平直炉胆厚度应不小于6mm；若直径＞400mm则厚度不小于7mm。膨胀环式炉胆最小壁厚应不低于10mm；任何情况下平直炉胆的厚度不得超过22mm。

GB 16508：计算公式与BS 2790、EN 12953．3一致，厚度规定为不应小于8mm，且不大于22mm，当内径不大于400mm时，厚度不小于6mm。

我国对卧式平直炉胆计算长度有规定，一般不宜超过2m，这是考虑，长度过大膨胀量大会对前后管板产生较大的交变应力。而BS 2790是“不应超过3m”。

●4.8.2 波形炉胆

两者的公式一样，对壁厚的最小值和最大值的规定也一样，不应小于10mm，也不能大于22mm。如图1所示。

图1 波形炉胆示意图

GB 16508：公式较BS 2790、EN 12953．3简单得多。

●4.8.3 回燃室

两者都规定按平直炉胆的公式计算。对壁厚的最小和最大值的规定也一样，不应小于10mm，且不大于35mm。但是EN 12953．3在这里提出“在使用非圆形几何图形处，当采用不同半径的板时，壁厚应采用最大半径来计算。其计算方法在附录B中有详细规定”。

这一段规定就是近年来大家看到的许多德国进口的炉子的回燃室采用了“非圆形几何图形”。如两端是半圆形中间为平板连接的结构，有的还有一个大圆形与一个小圆形相连接的结构，称之为童鞋形。这无疑是德国TRD的内容。

GB 16508：也按平直炉胆公式计算。厚度规定也一样，但无“非圆形几何图形”结构的计算规定，这与EN 12593．3不一样，看来以后可考虑采用这种结构，因这种结构可压缩锅内空间。

●4.8.4 波形炉胆的纵向截面的规定

BS 2790：对7种波距和波深都给出了波形炉胆的纵向截面积F和一个完整波形面积绕其中性轴的二次矩I。

EN 12953．3：只提出2种波距和波深的结构形式，给出了F、I的值。而这2种的F、I的表列值与BS 2790完全一样。

从波形炉胆的波距和波深数量的变化，不仅可以看出简化了结构，更对照TRD就只有这两种，说明EN 12953．3吸收了TRD的意见。

GB 16508：波距和波深列出3种：150×38；150×41；200×75-δ。较BS 2790型式少，较EN 12953．3多，且波深与EN 12953．3不同。

表4 波距和波深尺寸的规定

●4.8.5 加强筋和膨胀环

其公式计算、图示，及F、I的表列值，BS 2790和EN 12953．3均一样，此不详述。

GB 16508：公式、图示及F、I的表列值与BS 2790、EN 12953．3均一样。

从上述主要几条对比来看，我国的标准已与BS 2790、EN 12953．3很多地方一致，或基本相同。另外，我国又有自己的创新的地方。

1）关于焊后热处理，在1982年讨论ISO/DP 5730时，当时规定在任何焊接处，当壁厚超过20mm时就必须热处理。我国代表提出可放宽至30mm，因我国有几十万台锅炉＞20mm，运行三十多年都安全的，这一工业性试验无一因未退火而出故事。得到各国代表的采纳，将原规定由20mm改为30mm。同时也为BS 2790修改成92版时所采纳。

2）拱形管板的结构，国外标准中没有，我国经多年进行有限元计算的结果与应力测定作了对比，得出二者膜应力分布趋势基本一致，应力值很少，完全可以按椭球形封头公式计算，且取消了拉撑件改善了膜应力，二十年的运行经验证明是安全的。

3）波形炉胆惯性矩通用公式是我国专家自行推导的，首次列入标准，国外标准尚未给出通用公式。

4）对我国广泛采用的螺纹烟管进行了理论分析与实验研究，证实力学性能颇佳，列入标准后提高传热效果，工厂广泛使用，节约了材料，国外标准无此结构，近年来法国制造商对此颇感兴趣，多次前来咨询技术问题。

5 关于我国锅炉标准及体系建设的建议

我国锅炉标准体系经历了从无到有，从简单到逐步完善的过程，但道路并不平坦，而且比较曲折。

5.1 我国标准发展历程

我国标准体系从上述内容来看，当建国之初，提倡靠向前苏联，这是当时历史条件所决定的。无可非议，不能全盘否定，也确实使我们学习到许多知识。开放以后强调采标，向欧美学习，当然向先进技术学习，也是需要的。但问题是如何将两种不同的模式很好的融合成适合我国国情的模式。

我国上世纪50年代初几乎全是前苏联模式，法规、国家标准、行业标准，几乎无厂标（至少工业锅炉行业是如此）。而锅炉的行业标准（JB1609，1610……等17项标准）实际是零部件的制造技术规范。工厂按此生产的就是合格产品，各厂就不再制订自己的厂标。在计划经济模式下，无竞争机制，工厂对不断提高产品质量的积极性不高，加之又不执行优质优价的激励机制，故工业锅炉产品长期质量不高。当国家一经开放，国外产品大量涌入，相比之下我国产品质量与其相差很大，竞争不过人家，这就是我国制造技术规范水平不高的原因。

西欧各国只有国家标准，如英国BS 2790（锅壳锅炉）和1113（水管锅炉），德国的TRD。其中只对一些重大和关键结构作了明确的尺寸和公差要求，对一般性的制造规范是不涉及的。而各厂根据自己工艺、设备条件，制定出制造技术规范，这些规范必须符合其国家标准，而且为了取得较多的市场份额，各厂都不断修改自己的规范以促进产品质量的提高，所以它是保密的。

我们要做的工作是详细、全面了解几个先进国外的标准体系，对比我国的体系，吸收其科学、先进合理的部份，结合我国几十年科研成果和生产实践经验，建立起适合我国国情的标准体系。使工厂能接受，并能促进技术水平的发展，这才是我们需要做的工作。

5.2 应大力促进工厂制定厂标

现已将JB 1609、1610等十几项标准废止了，将一些重要的规定写入GB/T 16508．1~16508．8—2013中是很好的，国家应规定工厂必须制定厂标，无标准不得生产相应产品，以提高产品质量，并适应锅炉标准体系的要求。

[1] JB 3622—1984 锅壳锅炉受压元件强度计算[S]．

[2] GB/T 16508—1996 锅壳锅炉受压元件强度计算[S]．

[3] GB/T 16508．1~16508．3—2013 锅壳锅炉[S]．

[4] ISO 5730—1992 固定式焊接结构锅壳锅炉[S]．

[5] EN 12953—2009 锅壳锅炉[S]．

[6] 龙建南．我国锅炉及辅机标准化工作四十年[Z]．

[7] ISO/R 831—1968 固定式锅炉建造规程[S]．

[8] ASME/BPVC 锅炉及压力容器规范[S]．

[9] BS 2790—1992 焊接结构锅壳锅炉设计和制造规范[S]．

[10] TRD 蒸汽锅炉技术规程（1986版）[S]．

[11] JIS B 8201—1977 陆用钢制锅炉构造[S]．

Shell Boiler Standard Construction in China: Review, Comparison and Outlook

Liu Futian
（Shanghai Boiler Research Institute Shanghai 200071）

This paper introduces the work of adoption international standards and standards from advanced countries in detail from the 1980s; and takes contrastive analysis between our standards , British standard BS 2790 and European standard EN 12953.3 for shell boiler, and raises recommendations on standardization system of boilers for the country.

Shell boiler International standard British BS 2790 Germany TRD European standard 12953.3

X933．2

B

1673-257X(2016)12-0014-07

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．004

刘复田(1934～)，男，本科，标准室主任，教授级高工，从事锅炉设计、制造、标准化等工作。

2016-04-01）