asme补强焊接式端直通管接头头必须用全焊透结构吗

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第VIII-1卷NDE概要NDE方法要求书面规程?NDE技术验收标准NDE人员要求RT否Sect.VArticle2UW-51或52SNT-TC-1AUT是Sect.VArticle5附录12SNT-TC-1AMT是Sect.VArticle7附录6附录6PT是Sect.VArticle6附录8附录8压力试验、打钢印和出数据报告目的本课程结束后你将了解到:压力试验的要求及其运用;怎样确定钢印要求及其运用;怎样在数据报告里说明压力容器、如何签署。课程概述压力试验的要求水压试验要求气压试验要求打钢印要求?数据报告压力试验要求第VIII-1卷中运用两种压力试验来确定容器的结构完整性,它们是:水压试验和气压试验,目的是检查设计和制造是否存在总体上的缺陷。什么部件必须经过压力试验?所有完工的压力容器都必须进行水压试验或气压试验。PG-99是关于水压试验的要求;PG-100是关于气压试验的要求。水压试验要求水压试验温度UG-99(h)建议,水压试验期间金属的壁温应保持在高于最小设计金属壁温(MDMT)至少30?F(17?C)以上,以减少脆性破坏的风险。容器必须在试验介质温度与金属壁温基本一致时再加压。当温度超过120?F(49?C)时,不应对容器进行目视检查。最小试验压力水压试验压力按以下公式确定:?P=1.3×(MAWP)×(最低应力比值)?式中: MAWP=最大许用工作压力; P=试验压力; 应力比值=; Sa=许用应力值。关于UG-99(b)的例子容器材料为SA-515GR.70,在900?F下的MDMT为100pis,要求的试验压力为404psi。SA-515GR.70在650?F以下Sa为17.5ksi,在900?F时Sa为6.5ksi,所以:?P=(100)(1.3)()P=404psi?在用户和制造厂达成协议的情况下,UG-99(c)允许依据计算的压力确定水压试验压力。容器顶部的水压试验压力应为由MAWP乘于1,3减去静水压头计算出的最低试验压力。计算试验压力=(MAWP,新的和冷的状态)(1.3)-静水压头。此压力不得低于UG-99(b)确定的压力,不得材料使材料发生明显屈服。当使用计算试验压力,AI可要求制造厂提供所进行的计算。例外第VIII-1卷中给出了以下几种特殊情况,试验压力以另一种特殊方式确定:?·负压容器·组合容器·搪瓷容器·铸铁容器负压容器负压容器的试验压力按公称大气压力(14.7PSIA)与最低设计绝对内压之差乘于1.3确定。组合容器对组合容器的压力试验按以下方式进行:?·相邻压力腔相互独立工作的情况:?-各腔按单独的压力容器分别试验。·公共元件按压差设计,此压差大于相邻压力腔的MAWP,各压力腔应按以下试验压力进行试验:-压差×(1.3)×(应力比值)-还必须符合UG-99(b)或(c).·公共元件按压差设计,此压差小于相邻压力腔的MAWP,各压力腔应按以下试验压力进行试验:-压差×(1.3)×(应力比值)各压力腔按UG-99(b)或(c)进行试验搪瓷容器,UG-100(b)搪瓷容器的气压试验压力应至少等于(没有必要超过)名牌上MAWP。铸铁容器铸铁容器的试验压力按以下确定:·对于MAWP?30psi:-2.5×MAWP,但不得超过60psi。·对于MAWP?30psi:-2×MAWP气压试验要求只有当容器的支撑设计不能承受液体的重量、或在容器内残余的水压试验介质会对容器的使用带来危害时,可以使用气压试验。?环绕开孔的所有焊缝、或角焊缝腰高超过1/4”(6.4mm)所有装接焊缝都必须作PT或MT检查。气压试验压力气压试验压力用以下公式计算:?P=1.1×(MAWP)×(最低应力比值)?式中: MAWP=最大许用工作压力; P=试验压力; 应力比值=; Sa=许用应力值。气压试验程序气压试验应按照UG-100(d)的要求进行。UG-100(d)规定:容器应缓慢地加压到试验压力的1/2,然后,按试验压力的1/10左右为一级逐级升压直到试验压力。压力试验中对容器的检验在对容器所有接头进行目视检验之前,压力必须降到不低于水压试验压力的1/1.3倍;或气压试验压力的1/1.1倍。焊缝或永久密封垫接头均不允许有泄漏。?不要在试验压力下进行检验!!!压力试验的见证对于所有要打“U”钢印的容器,除按UG-90(c)(2)建造的多台结构一致的容器外,压力试验均必须由AI见证。试验用压力表UG-102给出了关于压力表的要求:?·必须直接与容器相接;·操作者应可看见;·量程是试验压力的2倍左右,但不得小于试验压力的1.5倍,也不得超过试验压力的4倍;·必须用活塞式压力计(Dead-weighttester)或检定过的精密压力表(CalibratedMastergage)对其进行检定;·只要怀疑有误差,就应该
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“全焊透结构”与“全焊透”的区别
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《容规》与GB150中常有“全焊透结构”与“全焊透”的要求,请问2种要求的区别?
先说我的理解:
1.“全焊透结构”是指坡口形式是利于全焊透的,但施工中并不一定保证全焊透;
2.“全焊透”是要求制造必须保证全焊透。
但第二种情况中有时又没有要求100%检测,如何保证全焊透?
请谈一下你的理解。
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全焊透结构是设计者的事,而全焊透是工艺水平及焊工的操做技能了。这是我的理解。
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像角接头坡口焊缝确实是没有金属内部检测要求,但对于要求全焊透的焊缝,一般都是指双面焊或相当于双面焊的焊接方法(用氩弧焊打底)。而在这的双面焊的意思又是指,背面清根,只要是写都双面焊就默认为背面清根的。
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采用双面焊保证呗
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《容规》与GB150中常有“全焊透结构”与“全焊透”的要求,请问2种要求的区别?
先说我的理解:
1.“全焊透结构”是指坡口形式是利于全焊透的,但施工中并不一定保证全焊透;
2.“全焊透”是要求制造必须保证全焊透。
但第二种情况中有时又没有要求100%检测,如何保证全焊透?
请谈一下你的理解。
理解:“全焊透结构”一般都是指如筒体封头与接管的连接形式,要求坡口开透
& && & “全焊透”指双面焊接或相当于双面焊接
& && &&&用焊接工艺卡来保证
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本人认为,全焊透结构就应全焊透,从文字上看全焊透与全焊透结构是不一样,如果不全焊透,何必要求全焊透结构。
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我的理解:
全焊透结构指的是保证焊缝能够全焊透的坡口型式
全焊透指的是焊接结果
全焊透结构不一定保证全焊透,还有工艺和焊工的因素
非全焊透结构也不一定实现不了全焊透
有些无法探伤的焊缝必须是全焊透
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我的理解:
全焊透结构,强调的是结构,
全焊透,强调的是对焊接质量等级要求,强调的是质量。
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全焊透结构是由设计者设计,而全焊透是对施焊人员的要求。
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要保证全焊透主要是开坡口的问题。选择好了加上施工者的素质保证就能实现全焊透。
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机泵运行过程中,发生振动与噪声可能是由于介质温度过高和吸入压力过低引起。[hide=d1]答:√[/hide]
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Discuz! X3采用T形接头焊接的经验和技术已经趋于成熟,因此本;(2)采用T形接头形式应满足的条件;①必须采用全焊透的接头形式,且坡口需机械加工;②卧式内燃锅炉锅壳、炉胆的管板与筒体的连接应当采;③连接部位焊缝的厚度应不小于管板的厚度,这是为了;④连接部位应按NB/T47013(JB/T473;(3)明确了T形接头焊缝超声波检测依据的标准;原条款:《蒸规》第49条;《蒸规
采用T形接头焊接的经验和技术已经趋于成熟,因此本次修改将适用压力范围提至2.5MPa,同时增加了贯流式锅炉。但考虑到高温烟区热负荷较大,产生的热应力也较大,T形接头处应力状态复杂,二次应力较大,加上其相对于对接接头焊接质量较难控制,特别是我国锅炉的具体使用状况,因此高温烟区仍不允许采用这种接头形式。
(2)采用T形接头形式应满足的条件。
①必须采用全焊透的接头形式,且坡口需机械加工。T形接头形式的受力状态比对接接头受力状态要差,主要承受的是弯曲应力,而弯曲应力对连接处应力疲劳的影响远比拉应力、剪切应力大得多。如果T形接头采用了非焊透的形式,在反复弯曲应力作用下,接头处容易产生裂纹并逐渐扩展,最终导致锅炉事故。机械加工的焊接坡口,几何尺寸和形状标准统一,有利于保证焊接质量。
②卧式内燃锅炉锅壳、炉胆的管板与筒体的连接应当采用插入式的结构,利于保证焊接质量,使得连接更加牢固可靠。
③连接部位焊缝的厚度应不小于管板的厚度,这是为了保证焊缝与管板等强度;焊缝背部能封焊的部位均要封焊,不能封焊的部位应采用氩弧焊打底,以保证焊透。背部封焊以减小焊缝根部的应力,不能封焊的部位采用氩弧焊打底,保证焊透,提高焊缝承受弯曲应力的能力
④连接部位应按NB/T47013 (JB/T4730)《承压设备无损检测》有关规定进行超声波检测。由于受结构的限制,T形接头只能采用超声波探伤方法进行检验其焊接质量。
(3)明确了T形接头焊缝超声波检测依据的标准。原规程没有明确T形接头焊缝超声波检测依据的标准,依据特种设备局最新文件《关于锅炉压力容器安全监察工作有关问题的意见》(质检办特函[号)中规定,自该通知发布之日起(日)半年内,将原规程引用的GB《钢溶化焊接对接接头射线照相和质量分级》等无损检测标准过渡为JB/T《承压设备无损检
原条款:《蒸规》第49条
《蒸规》第49条 锅炉的下降管与集箱连接时,应在管端或集箱上开全焊透型坡口。当下降管的外径小于或等于108MM且采用插入式结构时可不开坡口。对于额定蒸汽压力大于或等于3.8MPa的锅炉,集中下降管管接头与筒体和集箱的连接必须采用全焊透的接头型式,焊接时要保证焊透。额定蒸汽压力大于或等于9.8MPa的锅炉,管子或管接头与锅筒、集箱、管道连接时,应在管端或锅筒、集箱、管道上开全焊透型坡口(长管接头除外)。
◆条款解释:本条款是对管子(管接头)与筒体和集箱连接结构形式的规定。
(1)当开孔需要用管接头富裕厚度进行强度补强时,应当采用全焊透的接头形式,这与
GB/T 9222水管锅炉受压元件强度计算标准的要求是一致的。开孔补强用的管接头,其连接焊缝采用全焊透结构,有利于管接头与筒体连接成一个整体,这样,管接头满足强度计算需要之外的多余壁厚,才能更好发挥对管孔的补强作用。非补强用的管接头角焊缝按JB/T 6734锅炉角焊缝强度计算方法进行强度验算合格即可,不应当再强求坡口形式和全焊透与否。显然,新规程作此修改,较之原规程更加科学而合理。
(2)对于A级高压及以上锅炉,要求外径大于76mm的管接头采用全焊透的接头形式。对于集箱上大量的外径小于或等于76mm的成排密集小直径管接头,若要求采用全焊透的接头形式,无论采用手工氩弧焊或内孔自动氩弧焊,现有的装备和技术能力均难以完全满足要求。我国锅炉制造的现实情况是多采用插入式的管接头,多年的运行使用经验也证明了能够保证锅炉运行安全。此外国际上ASME规范和欧洲标准对此也都允许采用插入式的管接头,并不强求必须采用全焊透的接头形式。
《蒸规》第49条在要求采用全焊透接头形式的同时,特意强调了“长管接头除外”,因为根本就无法实施长管接头的全焊透焊接。近年来,A级高压以上电站锅炉因结构需要或为了减少工地组装工作量,大量受热面集箱采用了长管接头结构.甚至受热面管排直接同集箱焊接。和此一来,同一个管接头,若做成短管接头就要求全焊透、若做成长管接头就可以不要求全焊透,这就说明了‘全焊透”可有可无,并非必须。显然,原规程条文规定欠科学严谨,逻辑性也不强。
(3)A级锅炉下降管是极为重要的受压部件,并且其外径都较大,也便于对共实施全焊透。因此,下降管管接头与锅筒、集箱连接的接头形式应当采用全焊透的接头形式。
(4)对于低压锅炉,下降管与锅筒的连接,一般采用插入式,可以进行双面焊接。但对于集箱,当采用插入式时无法进行欢面焊接,所以要求在集箱上开全焊透型坡口。当下降管的外径小于或者等于108mm时,如采用插入式,由于管径较小,在集箱上可不开全焊透型坡口,实践证明,也未发生过事故。
◆条款说明:新增条款。
◆条款解释:本条款是对非受热面小口径管接头结构的规定。
外径小于32mm的排气、疏水、排污和取样管等管接头,因其管径太小、刚性较差,且大多单独处于筒体或集箱的某一位置,在制造、运输及安装过程中稍有不慎就容易发生碰撞变形。此外,由于此类小口径管子管线较长.柔性很大,致使锅炉运行时管线频繁振动,很容易造成管接头根部疲劳损坏。为
原条款:《蒸规》第51、124条:《水规》第四章一、第38条。
《蒸规》第51条
受压元件上管孔的布置应符合下列规定:
1.胀接管孔中心与焊缝边缘及管板扳边起点的距离不应小于0.8d(d为管孔直径),且不小于0.5d+12mm。胀接管孔不得开在锅筒筒体的纵向焊缝上,同时亦应避免开在环焊缝上。如结构设计不能避免时,在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线探伤合格,且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣,并对开孔部位的焊缝内外表面进行磨平和将受压部件整体热处理后,方可在环向焊缝上开胀接管孔。
2.集中下降管的管孔不得开在焊缝上。其他焊接管孔亦应避免开在焊缝上及其热影响区。如不能避免时,在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线或超声波探伤合格,并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣,管接头焊后经热处理消除应力的情况下,方可在焊缝上及热影响区开孔。
《蒸规》第124条 胀接管子的锅筒(锅壳)和管板的厚度应不小于12mm。胀接管孔间的距离不应小于19mm。外径大于102mm的管子不宜采用胀接。
《水规》第四章一、 受压元件上开胀接管孔应符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第51条的规定。
《水规》第38条 受压元件上管孔的布置应符合下列规定:
(1)胀接管孔不得开在焊缝上。胀接管孔中心与焊缝边缘及管板扳边起点的距离不应小于0.8d(d为管孔直径),且不小于0.5+12mm。
(2)焊接管孔应尽量避免开在焊缝上,并避免管孔焊缝与邻焊缝的热影响区互相重合。不能避免时,在管孔周围60 mm(若管直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线探伤合格(标准按本规程第64条),并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣,方可在焊缝上及其附近开孔。对于额定出口热水温度高于或等于120℃的锅炉,焊缝上的管接头在焊接后应进行消除应力热处理。
◆条款解释:本条款是对管孔布置的规定。增加了焊缝上开胀接管孔可以采用超声检测的方法
1.关于胀接管孔的布置。
(1)胀接管孔间的净距离应不小于19mm,主要考虑两个胀接管孔之间保持足够的距离,防止胀接相邻两孔之间残余应力互相干扰,影响胀接质量,19mm是经验数值。96版
《蒸规》第124条的规定是“胀接管孔间的距离不小于19mm”,将此内容并入本条款。由于原条款“孔间的距离”没有明确是指孔中心之间距还是孔边缘之间距,因此新规程特意明确是“孔间的净距离”。
(2)胀接管孔中心与焊缝边缘、管板扳边起点要有一定的距离,可避免胀接形成的残余应力与焊缝、管板扳边起点处因焊接或加工所引起的附加应力叠加。胀接是利用在胀接过程中形成的径向残余应力而将管子与筒体(管板)牢牢固定,如果径向残余反力与其他附加应力叠加,就可能影响胀接质量。胀接管孔与焊缝边缘留有一定距离,也是为了避开焊缝热影响区。距离不小于0. 8d且不小于0. 5d+12mm是我国成熟的经验数值。
(3)原则上不主张在筒体环焊缝上开胀接管孔,如果结构设计无法避免时,由于筒体工作时环焊缝应力远小于纵焊缝应力,所以允许有条件在环焊缝上胀接管孔。
这条规定起源于北京巴威公司引进FM锅炉(双锅筒纵置D形布置)。由于该锅炉后部布置大量的受热面管子,这种结构条件下,无论从设计到实际工艺,都无法避免焊缝上开胀接管孔,因此当时按照引进的工艺要求,进行了相反的实验验证,证明是可行的,所以,规程增加了焊缝上开胀接管孔的内容,同时提出了相应的附加条件。本次修订增加了开孔前胀接管孔周围可以采用超声检侧的方法,主要是考虑超声检测技术水平已经有了大幅提高,只要能达到相应的检测目的,采用射线和超声检测都是可行的。考虑到焊接和胀接应力的叠加,因而本规程规定需要在环焊缝上开胀接管孔,应将筒体进行整体热处理。
2.关于焊接管孔的布置。
(1)集中下降管是电站锅炉重要的承压部件,其管孔直径较大,开在焊缝上、容易造成安全隐患,并且在设计、工艺方面,集中下降管避开焊缝布置是完全可行的,因此规定集中下降管的管孔不得开在焊缝上。
(2)在受压部件上开孔,致使筒体结构的连续性遭到破坏,在孔边产生应力集中,同时,筒体上开孔也削弱了其承载能力。焊缝是受压元件的薄弱部位,如在焊缝上开焊接管孔,除了焊缝本身存在的残余应力外、又新增了管接头的焊接附加应力,残余应力两者叠加,不利于筒体的安全使用。由于焊缝热影响区全属晶粒变粗,力学性能和塑性可能会低于母材,焊接管孔当然也应避免开在焊缝热影响区上。
(3)如果由于结构限制,焊缝上需要开设焊接管孔时.应当保证管孔周围焊缝无缺陷且焊后要进行消除应力的热处理。其体的技术要求主要是参照1S0/R831的相关规定。
◆条款说明:保留条款口
原条款:《蒸规》第52条、《水规》第32条(略)。
◆条款解释:此条款是对相邻两个筒节纵向焊缝以及纵向焊缝与拼接焊缝相互位置的要求。
(1)相邻两个筒节的纵向焊缝以及封头、管板等的拼接焊缝与相邻筒节的纵向焊缝不能彼此相连,因为焊接时要在相连处焊接起弧或收弧,不易保证焊接质量。若对接处存在较大
的尺寸偏差,也将会形成应力集中,不利于筒体安全运行。
(2)若采用不等壁厚的锅筒,相部两个筒节的纵向焊缝必然相连。一般锅炉的锅筒基本上都是等壁厚的。强度计算设计时,按照筒体开孔减弱最大之处,计算出局部区域满足强度计算所需的壁厚,以此作为整个锅筒的壁厚。显然,对于锅筒大部分区域而言,不需要如此壁厚,其壁厚可以更薄。一般锅筒大量开孔均处于下半部,因此锅筒下半部取用壁厚可以大于锅筒上半部。对于高参数、大容量锅炉而言,如采用不等厚锅筒,更加科学合理地使用材料,将会降低钢材耗量。节省锅炉制造成本。由于不等厚相
原条款:《蒸规》第54条;《水规》第34条。
《蒸规》第54条锅炉受热面管子直段上,对接焊缝间的距离不应小于150mm。
除盘管和无直段弯头外,受热面管子的对接焊缝中心线至管子弯曲起点、锅筒(锅壳)及集箱外壁、管子支、吊架边缘的距离至少为50mm;对于额定蒸汽压力大于3.8MPa的锅炉至少为70mm。
对于管道上述距离应不小于管道外径,且不小于100mm。
受热面管子以及锅炉汽水管道如采用无直段弯头,无直段弯头应满足GB12459《钢制对焊无缝管件》的有关要求,且无直段弯头与管道对接焊缝应经100%射线探伤合格。受热面管子上无直段弯头的弯曲部位不宜焊接任何元件。
《水规》第34条受热湎管子以及锅炉范围内管道的对接焊缝不应布置在管子或管道的弯曲部分(盘旋管除外)。
受热面管子直段上的对接焊缝的中心线至管子弯曲起点或锅筒、集箱的外壁以及管子支、吊架边缘的距离,不应小于50mm。锅炉范围内管道的直段上,对接焊缝的中心线至管道弯曲超点之间的距离不应小于管道的外径。
额定出口热水温度低于120℃的锅炉可采用冲压弯头,对接焊缝可布置在弯曲起点。
锅炉受热面管子直段上,对接焊缝间的距离不应小于150mm。
◆条款解释:此两条款是对管件的对接焊缝布置的规定。
(1)对接焊缝中心线间的距离的规定主要是为了避免焊后热应力叠加。原条款规定“锅
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摘要:本文主要从标准技术要求方面对我国压力容器标准和ASME规范进行了对比分析,详细描述和分析了两个标准体系相关标准的主要差别和相互对应关系,旨在和有关人士共同探讨如何深入理解和使用ASME规范。
关键词:压力容器;标准;ASME规范;比较分析
美国ASME锅炉及压力容器规范是由美国机械工程师学会(ASME)的锅炉及压力容器委员会(BPVC)制定的,是世界上应用最早的标准之一,现已被公认为世界上技术内容最为完整、应用最为广泛的压力容器标准。
我国于1982年颁布了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及实施细则,明确了劳动部作为政府的主管部门,负责立法和管理工作。1985年正式发行的《钢制压力容器设计规定》标志着我国开始形成统一的压力容器标准,1989年发行的GB 150—89《钢制压力容器》标志着我国已开始形成以强制性标准GB 150—89为核心的压力容器标准体系框架,经过十多年的发展,我国的压力容器标准体系在大多数领域内都有与国外标准相对应的标准,技术内容在总体上也达到了国际先进标准的水平。
为了使我国的压力容器产品能顺利进入国际市场,1984年兰州石油化工机器厂首家取得ASME认证证书后,全国较有实力的压力容器制造厂陆续取得ASME认证证书,现已有近百家企业通过ASME认证。但从总体上看,我国只有少数企业真正制造过ASME钢印产品,绝大多数企业仅仅处于证书阶段。杭氧自1992年开始已制造了40多台ASME钢印产品,并已出口安装在美国、加拿大等发达国家,同时也制造了大量的按ASME设计、制造、检验的压力容器产品(不打ASME钢印)。在杭氧刚开始设计、制
造ASME产品时,绝大多数人(包括设计、制造、检验和营销人员)对ASME规范不熟悉,由此产生一种畏难情绪,在一定程度上影响了ASME产品市场的进一步开拓。经过近十年ASME产品的设计、制造,相关人员逐渐了解、熟悉并掌握了ASME规范。根据杭氧的实践经验,现将我国的压力容器标准与ASME规范进行比较、分析,以供有关人士参考。
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Ⅷ卷第一分册,设计压力小于70MPa的选用ASME规范第Ⅷ卷第二分册,设计压力大于70MPa的选用ASME规范第Ⅷ卷第三分册。两者主要压力容器标准的对应关系如表1。
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)GB150《钢制压力容器》&&(2)JB4734《铝制压力容器》&&(3)JB4745《钛制压力容器》&&&&第Ⅷ卷第一分册&&&&JB4732《钢制压力容器-分析设计标准》&&&&第Ⅷ卷第二分册&&&&JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》&&&&第Ⅸ卷&&&&JB4730《压力容器无损检测》&&&&第V卷&&2 标准制、修订
我国的压力容器国家标准是由全国压力容器标准化技术委员会负责编制、修订工作,经国家质量技术监督局批准后颁发。相关行业标准是由各行业标准化委员会负责编制、修订工作,经国家经贸委各部门审批、颁发。标准实施后,由各地安全监察部门根据国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》和相关标准的规定来控制、监督压力容器的设计、制造和检验各环节,保证产品质量和安全使用。各标准化委员会根据了解、收集的标准使用意见和建议,负责组织标准修订工作,并经原审批部1门审批后颁发、实施。
ASME锅炉及压力容器委员会(BPVC)定期召开会议,研究ASME规范的修订工作,经BPVC批准的规范修订建议将提交美国国家标准协会(ANSl),并在美国《Mechanical Engineering))上发表,以公开征询所有关心此问题人士的意见,修订建议在规定的公开征询意见期满并经ASME最终批准后,在每年12月31日出版的ASME规范增补中予以公布。规范修订条款经ASME批准后,可从《增补》所示出版日期起开始使用,除第Ⅱ卷A、B两篇中的材料标准的修订外,次年的7月1日成为强制性的要求,但在此之前签订的合同除外。材料标准的修订由美国材料试验学会(ASTM)和其他认可的国家机构或国际机构进行,ASME通常采纳这些修订。但压力容器制造厂家需要注意的是,凡使用相对于原要求有所放宽的修订条款时,必须确信压力容器安装地的管辖机关对它们已经认可,否则不得使用。
3 设计思想和安全系数
压力容器的基本设计思想是一次薄膜应力或最大直接应力不得超过许用应力。计算应力依据的理论是最大应力理论。各国压力容器标准中都应用了这一设计思想,标准中公布的许用应力计人了安全系数,它比测定得到的性能值低是考虑到:(1)应力评估方法的复杂程度;(2)一定程度的应力集中及其类型; (3)材料一定程度的不均匀性;(4)几何因素; (5)焊接接头中存在的缺陷。各国标准中规定的安全系数有所不同,主要依据的是经验、试验证据和理论评估,同时与其规定的材料标准、计算方法、制造要求和检验要求相适应。
我国压力容器标准与ASME规范所使用的安全系数差别见表2。
表2 安全系数对比&&标 准&&&&材 料&&&&安全系数&&&&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Ⅷ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Ⅷ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,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CB 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,产品制造完成后必须对A、B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。
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&&&&我国标准&&&&双面焊或相当于双面焊全焊透的对接焊缝&&&&钢&&&&铝&&&&钢&&&&铝&&&&钢&&&&铝&&&&单面焊对接焊缝(带金属垫板)&&&&1.0&&&&0.85&&0.90&&&&0.85&&&&0.80&&0.85&&&&-&&&&-&&&&0.90&&&&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)&&单面满角焊塔接接头(不加塞焊)&&&&1.0&&0.9&&-&&-&&-&&-&&&&0.75&&0.80&&-&&-&&-&&-&&&&0.70&&0.65&&0.60&&0.55&&0.50&&0.45&&注:①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。
②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。
③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]、[2]、[4]。
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Ⅷ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。
表4 设计计算公式比较&&比较项目&&&&GBl50&&&&ASME第Ⅷ卷第一分册&&&&圆筒形壳体&&&&δ=PcDi/(2[σ]tφ-Pc)&&&&t=PR/(SE-0.6P),环向应力&&t=PR/(2SE+0.6P),纵向应力&&&&环形壳体&&&&δ=PcDi/(4[σ]tφ-Pc)&&&&t=PR/(2SE-0.2P)&&&&椭圆形封头&&&&δ=PcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc),标准型&&δ=KPcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc),非标准型&&&&t=PD/(2SE-0.6P)&&&&碟形封头&&&&δ=MPcDi/(2[σ]tφ-Pc)&&&&t=0.885PL/(SE-0.1P)&&&&半球形封头&&&&δ=QPcDi/(2[σ]tφ-Pc)&&&&t=PL/(2SE-0.2P)&&&&锥段和锥形封头&&&&δ=PcDc/(2[σ]tφ-Pc)Cosa&&&&t=PD/[2Ccsa(SE-0.6P)]&&注:Pc—计算压力;Di--内直径; [σ]t—设计温度下材料的许用应力;δ-计算厚度;φ-焊接接头系数;K、M、旷-相关的形状系数,a-锥壳半顶角,t--最小需要厚度,P--设计内压力,R-所计算的内半径,S-最大许用应力值,St-容器设计温度下材料的应力值,E—焊接接头系数,L-球形或碟形封头球面部分的内半径,Sm—试验温度下材料的应力强度值,Smt--容器设计温度下材料的应力强度值
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。
7 开孔和开孔尺寸
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Ⅷ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。表5 开孔尺寸的限制对比&&对比项&&&&GBl50&&&&ASME规范第Ⅷ卷第一分册&&&&圆筒上开孔&&&&Di≤1500mm时,开孔最大直径&&d≤Di/2,且d≤520mm&&&&Di≤1520mm时,开孔最大直径&&d≤Di/2,且d≤508mm&&&&开孔尺寸也可超出前面的限制,但需按大开孔进行补强&&&&Di&1500mm时,开孔最大直径&&d≤Di/3,且d≤1000mm&&&&Di&1520mm时,开孔最大直径&&d≤Di/3,且d≤1000mm&&&&凸形封头&&&&d≤Di/2&&&&经正确朴强后开孔尺寸不加限制&&&&锥壳&&&&d≤Di/3&&8 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Ⅸ卷在许多方面的要求是一致的,但也存在一些差别,见表6。
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Ⅸ卷&&&&焊工考试(评定)组织、实施单位&&&&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)内容&&&&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,在合格项目有效期满前3个月由焊工考委会安排复考或免考等事宜(50岁以上焊工不能免考),中断受监察设备焊接6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顺;
(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Ⅷ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板:
(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,对于A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。对于焊接工艺与A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Ⅷ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。表7 无损检测对比&&项目&&&&GB 150&&&&ASME规范第Ⅷ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监定试/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&&&&产品焊接透照比例人类&&&&①100%射线或超声检测②局部射线或超声检测,探伤比例 50%(铁素体钢制低温压力容顺)③局部射线或超声检测,探伤比例20%&&&&①100%射线检测②抽样射线检测,每15.2m焊缝作一处抽样检测,一处抽样射线底片最小长度为150mm&&&&评定标准&&&&①100%射线检测,不低于Ⅱ级为合格②局部射线检测,不低于Ⅲ级为合格&&③100%超声检测,I级为合格④局部超声检测,不低于Ⅱ级为合格&&&&ASME规范不划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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&&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ASM正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。
表8 压力试验压力对比&&标 准&&&&液压试验&&&&气压试验&&&&GB 150&&&&0.25[σ]/[σ]t&&&&1.15[σ]/[σ]t&&&&JB 4732&&&&1.25PSm/Smt&&&&1.15PSm/Smt&&&&ASME规范第Ⅷ卷第一分册&&&&1.3PS/St&&&&1.1PS/St&&&&ASME规范第Ⅷ卷第二分册&&&&1.25PSm/Smt&&&&1.15PSm/Smt&&13 结 语
我国的压力容器标准是在不断总结经 验、进行科学研究和吸取国外先进经验的基 础上发展起来的,对保证我国压力容器的安全性起到了很重要的作用。由于我国压力容 器标准体系和ASME标准体系存在着差异, 标准的内容也有较大的差别,在实际使用时对两种标准体系的相关标准进行比较分析, 有助于深入理解和实施ASME规范,也有助 于理解我国压力容器标准的发展变化。
参考文献:
[1]《压力容器安全技术监察规程》(99版).北京: 中国劳动社会保障出版社
[2]CBl50—1998《钢制压力容器》.北京:中国标 准出版社
[3]CBl50—1998《钢制压力容器》标准释义.北 京:石油工业出版社
[4]皿《压力容器无损检测》
[5] 《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规 则》.国家质量监督检验检疫总局
[6]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION l 2001 EDITION
[7]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION 2 2001 EDITION
[8]ASME CODE SECTION Ⅷ DIVISION 3 2001 EDITION
[9]ASME CODE SECTION V 2001 EDITION
[10]ASME CODE SECTION Ⅸ 2001 EDITION
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