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我国压力容器标准和ASME规范的比较分析(用)

发布日期:2021-12-02 07:05   浏览量:

我国压力容器标准和ASME规范的比较分析 1、主要压力容器标准的对应关系我国的压力容器标准分类相对较细,基本上是按压力容器类型 及容器主体材料来分别制订相应标准,如钢制压力容器、铝制压力容 器、卧式容器、塔式容器、球形储罐等。而 ASME 规范并不按容器 类型分别制定相应的标准,只是在设计中引用不同的载荷规范,如设 计压力小于20MPa 的选用ASME 规范第卷第一分册,设计压力小 于70MPa 的选用ASME 规范第卷第二分册,设计压力大于70MPa 的选用 ASME 规范第卷第三分册。两者主要压力容器标准的对应 关系如表1。 主要压力容器标准的对应关系我国主要压力容器标准 ASME 规范 (1)GB 150《钢制压力容器》 (2)JB4734《铝制压力容器》 (3)JB4745《钛制压力容器》 第卷第一分册 JB4730《钢制压力容器-分析设计标准》 第卷第二分册 JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》 2、材料中国压力容器方面的规定: 《压力容器安全监察规程》规定:压力容器专用钢材的磷含量(熔炼 分析,下同)不应大于0.030%,硫含量不应大于0.020%。 用于焊接 结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢,其含碳量不应大于 0.25%。

在特殊条件下,如选用含碳量超过0.25%的钢材,应限定碳 当量不大于0.45%,由制造单位征得用户同意,并经制造单位压力容 器技术总负责人批准,提供材料搞裂性试验报告和焊接工艺评定报 告,按照本规程第7 条规定办理批准手续。采用国外材料必须满足此 方面的要求。 例如:如果采用国内标准设计,用户要求采用SA516-70 材料时, 采购S 条件上需要注明磷含量(熔炼分析,下同)不应大于0.030%, 硫含量不应大于0.020%,含碳量不大于0.25%,要增加冲击试验,厚 度大于30mm 时要进行超声波探伤等。关于材料许用应力方面目前的 处理办法是按照ASMEIID 中的高温性能结合《容规》中的安全系数进 行确定。当最近在学习时高压容器标准,容标委又提出ASME 上的高温性能有问题, 若按上述确定许用应力,责任自行承担。 ASME 标准目前只承认我国的一种材料,且对此材料提出了苛刻限 ASME对使用16MnR 钢提出如下条件: 1)最高许用设计应力不得超过下表所示值。最高许用设计温度 不得高于260; 2)该钢材只能用于承受内压的元件。 3)应按照第IX 卷规定进行单独的焊接工艺评定和焊工技能评 4)考虑焊后热处理时,应把本钢材作为P-No.1材料。

5)考虑冲击试验要求时,应将本钢材作为曲线A 的材料。 6)应满足第VIII 卷UCS 篇的一切其它要求。 7)本案例号应在制造商数据报告上显示。 以上第(1)条许用应力的取值是按照ASME 规范第II 的附录1,比GB-150-1988低17%;使用温度限于260 以下,而 GB150-1988 为475 以下,这是重大区别所在。 最高许用应力值, MPa 金属温度,不高于, 厚度,mm 6-16 >16-36 >36-60 >60-100 >100-120 260 146 140 134 131 129 因此若出国国内的产品,若要求执行ASME 标准,最好选用ASME 材料;若按中国设计,最好采用中国材料,或常用的几种ASME 牌号。 几种常用材料对照表: 中国材料 美国材料 标准 牌号 标准 牌号 备注 GB665420R SA516 55、 60 若用在国内C0.25,P 0.030, S0.020,增加冲 击要求 GB6654 16MnR SA516 SA515 70 若用在国内C0.25,P0.030, S0.020,增加冲 击要求 GB3531 16MnD SA516 70 若用在国内C0.25,P0.030, S0.020,增加冲 击要求 GB4237 GB3280 0Cr18Ni9 S30400 304 GB4237 GB3280 00Cr19Ni10 S30400 304L GB4237 GB3280 0Cr17Ni12Mo2 S30400 316 GB4237 GB3280 00Cr17Ni12Mo2 S30400 316L GB4237 GB3280 0Cr19Ni13Mo3 S30400 317 GB4237 GB3280 00Cr19Ni13Mo3 S30400 317L 3、安全系数 标准 材料 安全系 标准材料 安全系数 GBl50 碳钢、低合金钢、 高合金钢 3.0 ASME 规范 第卷第一分册 碳钢、低 合金钢 3.5 高合金钢 3.0 JB4732 碳钢、低合金钢、 高合金钢 2.6 ASME 规范 第卷第二分册 碳钢、低 合金钢、 高合金钢 3.0 4、焊接接头系数 在ASME 规范中焊接接头系数仅取决于该焊接接头型式和无损 检测程度,而与任何其他接头的无损检测程度无关高压容器标准,即一台容器不同 的接头可以使用不同的焊接接头系数,对A、B、C、D 四类焊接接 头都规定了焊接接头系数,同时允许采用降低焊接接头系数而免除无 损检测要求。

而在我国GB 150 中,焊接接头系数特指A、B 类焊接接头,不 允许采用降低焊接接头系数而免除无损检测要求,产品制造完成后必 类接头进行射线或超声检测。现以母材为钢和铝的焊接接头为对象作一比较,见表3。 焊接接头系数对比名称 接头型式 无损检测程度 100%检测 局部检测 无检测 我国标 双面焊或相当于双面焊全焊透的对接焊缝 1.00.85~ 0.90 0.85 0.80~ 0.85 单面焊对接焊缝(带金属垫板) 0.9 0.80~ 0.85 0.80 0.70~ 0.80 ASME规范 双面焊或相当于双面 焊全焊透的对接焊接 单面焊对接焊缝(带金 属垫板) 单面焊对接焊缝(不带 金属垫板) 双面满角焊塔接接头 单面满角焊塔接接头 (加塞焊) 1.0 0.9 0.750.80 0.700.65 0.60 0.55 0.50 0.45 单面满角焊塔接接头 (不加塞焊) 注:表中无损检测,我国对钢制压力容器以射线和超声检测为准, 对铝制压力容器以射线检测为准;而 ASME 规范以射线检测为准, 确实无法进行射线检测时允许用超声检测代之。 表中所列铝制压力容器焊接接头系数上限值指采用熔化极惰性气 体保护焊,下限值指非熔化极气体保护焊。

有关系数所允许的应用场合和具体接头型式,请参见参考文献[1]、 5、强度计算在压力容器设计时,主要考虑了两种失效理论:一是过量的弹 性变形,包括基于弹性理论的弹性失稳;另一个是由于过量的弹性变 形和塑性失稳,即增量跨塌,设计时通常假定弹性失效。弹性失效是 假定当材料已经达到弹性极限时发生的失效,超过这一极限将会发生 过量变形或断裂破坏。对于金属材料,弹性极限是以拉伸强度、屈服 强度和断裂强度三项来测定。测定弹性失效的三个通用理论是最大主 应力理论、最大剪应力理论和变形能理论。各国压力容器标准都应用 了上述强度理论用于压力容器的设计,但具体的计算公式却存在着差 异。现将我国GB150 和ASME 规范第卷第一分册有关受内压时的 设计计算公式作一比较,见表4。 设计计算公式比较比较项目 GBl50 ASME 第卷第一分册 圆筒形壳体 δ=PcDi/(2[σ] 环形壳体δ=PcDi(4[σ] t=PR/(2SE-0.2P)椭圆形封 标准型t=PD/(2SE-0.2P) 碟形封头 δ=MPcRi/2 t=0.885PL/(SE-0.1P)半球形封头 δ=QPcDi/(2 t=PLt(2SE-0.2P)锥段和锥形 )Cosα]t=PD/[2Cosα(SE-0.6P)] 6、外压圆筒加强圈的设置 加强圈可设置在容器的内部或外部,应整圈围绕在圆筒的圆周 上,容器内部的构件如塔盘等,若设计成起加强作用时,也可作加强 圈用。

加强圈与圆筒之间可采用连续或间接的焊接,当加强圈设置在 容器外面时,加强圈每侧间断焊接的总长度应不少于圆筒外圆周长的 1/2,当设置在容器里面时,应不少于圆筒内周长的1/3。对于上 述加强圈设置准则,我国压力容器标准与ASME 规范是一致的。 ASME 规范中规定每段填角焊缝的长度应不小于51mm,相邻两段之 间的最大净距为:外加强圈8t,内加强圈12t,t 为加强圈连接外壳 体的壁厚。在符合ASME 规范的有关条件时还允许加强圈一侧填角 焊缝为连续的焊接,另一侧为间断焊的焊接,焊接段的长度应不小于 51mm,相邻两焊段间的最大净距应为24t。而在我国压力容器标准 中,并未规定每段填角焊缝的长度,同时也未建议使用一侧连续焊, 而另一侧为间断焊。 我国GBl50规定壳体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形,当 在壳体上开椭圆形或长圆形孔时,孔的长径与短径之比应不大于2.0。 而ASME 规范第卷第一分册则允许孔的长径与短径之比大于 2.0,但应增强短径方向的补强以避免扭转力矩产生的过度变形,且 形状不仅限于圆形、椭圆形和长圆形,但其所有转角应具有适当的半 径。同时两者在开孔尺寸的限制上存在着差异,见表5。

开孔尺寸的限制对比对比 GBl50ASME 规范第卷第一分册 圆筒 Di1500mm时,开孔最 大直径d~Di/2,且 Di1520mm 时,开孔最 大直径dDi/2,且 开孔尺寸也 可超出前面 d520mmd508mm 的限制,但 需按大开孔 进行补强 Di>1500mm 时,开孔最 大直径 dDi/3,且 d1000mm Di>1520mm 时,开孔最 大直径dDi/3,且 d1000mm dDi/2经正确补强后开孔尺寸不加限制 dDi/38、焊工考试和管理 焊接压力容器的焊工必须经焊接技能评定或考试,取得焊工合格 证后,才能在有效期内担任合格项目范围内的焊接工作。最新出版的 《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》与ASME 规范第 卷在许多方面的要求是一致的,但也存在一些差别,见表6。 焊工考试和管理对比项目 锅炉压力容器压力管道 焊工考试与管理规则 ASME 规范第卷 焊工考试 经所在地市级(及以上) 安全监察机构批准,报省 级安全监察机构备案的 焊工考试委员会 持有ASME 认证证书的压力 容器制造厂 考试(评定) 基本知识理论考试和焊接操作技能考试 焊接操作技能考试 焊工合格证有 效期 三年,在合格项目有效期 宜(50岁以上焊工不能免 考),中断受监察设备焊 个月的需重考。

未规定有效期限但焊工或焊 接操作工某一焊接方法在6 个月或更长时间内没有操作 过,则他的该项资格被中止 评定方法和检 验项目 对试件进行外观检查、射 线透照、弯曲试验 对试件进行射线透照,或对试 件进行弯曲试验,或对其首次 产品焊缝进行射线透照 合格证有效使 用区域 有效期内的焊工合格证, 在全国各地同等有效 仅在负责考试(评定)的压力 容器制造厂内有效 9、产品试板 为了检验产品焊接接头和其他受压元件的力学性能和弯曲性能, 我国《容规》里明确规定压力容器纵焊缝应制作焊接试板,制取试样 进行拉伸、冷弯和必要的冲击试验,凡属下列情况之一的每台压力容 器应制作产品焊接试板: (1)移动式压力容器(批量生产的除外); (2)设计压力大于10MPa 的压力容器; (3)现场组焊的球形储罐; (4)使用有色金属制造的中、高压容器或使用σb 大于等于 540MPa 的高强度钢制造的压力容器; (5)异种钢(不同组别)焊接的压力容器; (6)设计图样上或用户要求按台制作产品焊接试板的压力容器; (7)GB 150 中规定应每台制作产品焊接试板的压力容器。 而ASME 规范第卷第一分册对常规经焊接工艺评定合格的不 要求做产品焊接试板,而下述情况则要求按规范规定制作产品焊接试 (1)对于焊接接头系数不大于0.8,以ASME规范给定的任一压 焊焊接方法(电阻焊除外)制作的接头,在其容器或零件上此类焊缝应 制作产品焊接试板,试样可取自壳体本身或取自纵焊缝的延长部位, 容器无纵焊缝时可取自容器相同材质、相同厚度且按相同工艺焊制的 试板,并裁取一件小截面拉伸试样和两件侧弯试样进行试验。

(2)若焊接工艺评定要求做焊缝及热影响区冲击试验时,容器冲 击试板应从用于单台或多台容器几炉钢号中的某一炉钢板上制取,对 类接头,试板在可能时应成为产品接头端部的延长部分,以使试板焊接件尽可能接近于容器焊接接头的质量和形式。对于焊接工艺 类接头不同的B类接头,试板应在制造容器的相同焊接条件下 焊接,使用同样型式的设备,同样的位置,同样的焊接工艺,且焊接 应与产品的焊接同时进行,或在即将开始焊接产品的时候进行。 10、无损检测 无损检测方法对缺陷的探测、定位、测量、评定和评价不会破坏 其以后的有用性和可用性,在压力容器制造过程中,主要用于探测材 料、焊缝及制造零件和组件的表面与内部的物理结构或外形的任何间 断或缺陷。我国GB 150 和ASME 规范第卷第一分册对无损检测 人员资格、焊缝透照比例、评定要求等方面存在着一定差异,见表7。 无损检测对比项目 GB 150 ASME 规范第卷 第一分册 人员资 格要求 必须经过技术培训,并按照“锅 炉压力容器无损检测人员资格 鉴定考核规则”进行考试考核 合格,获得 “锅炉压力容器无 损检测人员资格证” 由持有ASME 认证证书的压 力容器制造厂组织无损检测 人员的培训、考试 和评定工 作;或取得ASNT 无损检测人 员资格证 产品焊 缝透照 比例分 100%射线或超声检测局部射线或超声检测,探伤 比例50%(铁素体钢制低温压 局部射线或超声检测,探伤比例20% 100%射线检测 抽样射线检测,每15.2m 缝作一处抽样检测,一处抽样射线底片最小长度为150mm 评定标 100%射线检测,不低于级为合格 局部射线检测,不低于级 为合格 100%超声检测,I 级为合格 ASME 规范不划分I、、 级片,100%射线检测和抽样 射线检测对气孔、夹渣和圆形 显示的控制有所不同,总体评 片标准比我国的要低 局部超声检测,不低于级 为合格 11、焊接返修 我国GBl50 规定焊接返修必须由持证焊工按评定合格的工艺进 行,焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次,如超过两次,返修前均 应经压力容器制造厂技术总负责人批准,返修次数、部位和返修情况 应记人容器的质量证明书。

而ASME 规范对同一部位的返修次数未 作规定,但每次焊接返修前,其返修方法应经授权检验师(AI)认可。 12、压力试验 制造完工的压力容器应按图样要求进行压力试验(液压试验或气 压试验),压力试验必须用两个量程相同并经过校验的压力表。压力 表的量程一般应在试验压力的2 倍左右,但不应低于1.5 倍和高于4 倍的试验压力。表8 给出了我国标准与ASME 规范对压力试验压力 的对比。 压力试验压力对比标准 液压试验 气压试验 GB 150 1.25P[σ]/[σ] JB47321.25PS tm1.15PSm/S tm ASME规范第卷第一 1.3PS/S 分册ASME规范第卷第一 分册 1.25PS tm1.15PS tm因此,一个产品同时执行几个体系的标准是行不通的。 二00 九年二月二日

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