GB150和ASMEⅧ1比较分析.pdfVIP

3 2 特种设备安全技术 2 0 0 6年第 4 期 G B 1 5 0 和 A S M E V I I 一 1比较分析 叶剑锋 摘要 通过对 G B 1 5 0和 A S M E W一 1 在适用范围、许用应力和一些技术指标上的主要差别和相互对应关系进行了 比较和分析， 并阐述了自己的观点， 旨在和有关人士共同探讨如何深入理解和准确运用两种不同的规范。 关键词 G B 1 5 0 A S ME一 1 比较 分析 众所周知 目前国际上尚无统一的压力容器标准 规范 ， 但美国 A S ME锅炉 、 压力容器规范是在 国际经 济交往和涉外压力容器产品中具有 国际性 的标准规 范。 随着 国外资金和技术进入国内相关行业 ， 大型工程 的国际化招投标 司空见惯 ，因此 ，研习并实施 A S ME 规范是与国际接轨并开拓国际市场的关键 G B 1 5 0 ( 钢 制压力容器 是我 国压力容器标准体系中最基本、 运用 最广泛的标准 ， 其技术内容与 A S ME V l 一 1相当 ， 但在 一 些技术指标上有所不同， 下面分别加以比较 、 分析。 1 适用的设计 范围 首先 G B 1 5 0和 A S ME W一 1 都是按规则设计 的 压力容器标准 ，但 是适用的设计压力范围不同 ( 见表 1 ) 。其 次 ，A S ME V l 一 1的 材 料适 用范 围广 ，包 含 了 铁基 材 料 和非 铁 基 材料 ，而 G B 1 5 0仅 限 于钢 材 。 铝制压力容 器 、 钛制压力容器是在 G B 1 5 0基 础上发展起来的行业标准 对 G B 1 5 0的材料范 围进 行 了拓展 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 适用压力范围 A S ME 规 范 适用压力 范围 ( 1 ) G B 1 5 0 ( 钢制压力容器 ( 2 ) J B 4 7 3 4 ( 铝制压力容器 小于 3 5 MP a 第 卷第一分册 小于 2 0 MP a ( 3 ) J B 4 7 4 5 ( 钛制压力容器 J B 4 7 3 2 ( 钢制压力容器一 分析设计标准 小 于 1 0 0 M P a 第 卷第二分册 小于 7 0 MP a 超高压力容器 ( 制定 中) 大 于 1 0 0 M P a 第 卷第三分册 大于 7 0 MP a 收稿 13 期 ： 2 0 0 6 0 3 2 5 泄漏法兰接 口更换金属垫圈重新紧固 清理均水管及 布水孔 ， 确保其畅通 。 被拆除的汽水挡板应进行复原 ， 并将汽水挡板向后延伸 3 0 0 mm 尽量将均水管喷出的 低温水向后 引流 ( 2 ) 选择 与数 台锅 炉产汽 量相 匹配 的水处 理设 备 ， 选择 逆 流式 钠离 子交换 器 交换器 直 径按 以下计 算 式 确定 ： D 刀 = 、 ；式 中： Q 一 每小 时需处理的水量 ( 取值是总产汽量的 1 O 5 1 1 倍 ) ， m 3 h ； n 一 同时工作 的交换器台数； v - 水的运行流速( 滤速 ) ， 取值 1 5 3 0 m h 。 另外 使用 单 位在做 好水 处理工 作 的 同时应尽 量 避 免超负荷运行 ( 3 ) 加强 对锅 炉 各受 压 、 非 受 压部 件 的状 况 检 查 不得 随意更 改 、 变换 锅炉 各部 件 。 实践证明， 该锅炉经采取上述技术整改措施后 ， 运 行至今未发现类似爆管现象。 参 考 文 献 1 ( 锅炉安全技术监察规程中华人民共和国劳动部 2( ( 锅炉定期检验规则 国家质量技术检验 检疫总局 3 李之光 范柏樟著 工业锅炉手册) ) 4 李正华著 工业锅炉检验 ) 作者傅宝建 江苏省特种设备安全监督检验研究院 南 通 分 院 通 州 所 江 苏 通 州 邮 编 2 2 6 3 0 o 维普资讯 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 2 0 0 6 年第4期 特种设备安全技术 3 3 2 失效准则和许用应力 G B 1 5 0和 A S ME 一 1 规 范都 是 基 于弹 性 失 效 准 则 ， 采用最大应力理论来建立强度条件 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 采 用 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 1 应力评估 方法的复杂程度 ； ( 2 1一定程度的应力集中及其类型 ； 而在我国 GB 1 5 0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 。 4 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 表2 许用应力比较 材 料 标 准 许用应力取下列各值 中的最小值， MP a G B 1 5 0 盯 b ， 3 0 盯 1 6 盯 1 6 盯 1 5 盯 1 0 碳钢 、低合金钢 AS ME 一 1 $ 43 5 S Y ， 1 5 S V1 5 S R 1 5 S 1 0 G B 1 5 0 盯 b ， 3 0 盯 n 1 5 盯 2 1 5 盯 d 1 5 盯 1 0 高合金钢 AS ME 一 1 $ 43 5 J1 5 S 1 5 S 1 5 S 1 0 注 ： 表中相关符号按相应标准， 下同。 ( 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 。 G B 1 5 0和 A S ME一 1 规 范所 使 用 的许 用 应 力差 别见表 2 分母即强度值所对应的安全系数 。 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 3项来测定 。 测定弹性 失 效 的 3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 G B 1 5 0和 A S ME 一 1规 范 都 应 表3 焊 接 接 头系 数比 较 无 损 检 测 程 度 名 称 接 头 型 式 l 0 o 检测 局 部 检 测 无检 测 双 面 焊 或相 当于 双 面 焊 全焊 透 的对 接 焊 缝 1 0 O 8 5 GBl 5O 单 面焊 对 接 焊缝 ( 带 金 属垫 板 ) O 9 O 8 O 双 面 焊 或 相 当于 双 面 焊 全焊 透 的对 接 焊 接 l _0 O 7 5 0 7 0 单 面焊 对 接 焊缝 ( 带 金 属垫 板 1 O 9 O 8 O O 6 5 单 面 焊对 接 焊 缝 ( 不 带 金 属 垫 板1 一 一 O 6 0 AS ME 一 1 双面 满 角 焊塔 接 接 头 一 一 O 5 5 单 面满 角 焊塔 接 接 头 ( 加塞 焊 1 一 一 O 5 O 单 面 满 角焊 塔 接 接 头 f 不 加 塞 焊1 一 一 0 4 5 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； 而 A S ME 一 1 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。 3 焊接接头 系数 在 A S ME 一 1 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 4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 。 用最大主应力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 G B 1 5 0和 A S ME 1 规范有关受内压时的设计计算公式作 比较 见表 4 。 以圆筒形壳体计算式为例 比较发现 G B 1 5 0仅需 按环向应力进行计算 而 A S M E一 1 还需计算纵向应 力 这是 由 于 A S ME 一 1 对 不 同 的焊接 接头 可 以使用 不同的焊接接头系数 并分别进行计算。 由环向应力计 算式 比较 发现 A S ME一 1是 以拉美公 式取 K= 1 5 维普资讯 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 标准最全面 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 3 4 特种设备安全技术 2 0 0 6年第4 期 表 4 设 计 计 算 公 式 比 较 比较项 目 G B l 5 0 A S M E一 1 圆筒形壳体 8 = P O D ( 2 o - P c ) 环 向应力 t =- P D ( 2 S E - 1 2 P ) 环 向应力 t = P D ( 4 S E + 1 2 P ) 纵向应力 环形壳体 6 = P c D j ( 4 ( r 】 一P c ) 仁P R f 2 S E 。_0 2 P ) 椭圆形封头 8 = P c D i l ( 2 o 4 - - o 5 P c 】 ， 标准型 & = K P c D i ( 2 o 一0 5 P c ) ， 非标准型 t =- P D ( 2 S E -O 2 P ) 碟形封头 & = MP c R i l 2 q b _ 一0 5 P c ) t = 0 8 8 5 P L ( S E -0 1 P I 半球形封头 & = Q P c D i ( 2 t r P c ) t =- P L t ( 2 S E -O 2 P ) 锥段和锥形封头 8 = P c D c l 2 P c C O S a t =- P D 2 C O S a ( S E -O 6 ( K = D o D i ) 时对薄壁公式进行修正 ， G B 1 5 0 8 9标准释 义 中用“ 根据经验加 以修正 加 上系数 0 6 ” 来加 以解 释 。 容 易让人误 解 。 【 c r P =- l ( K - 1 ) 薄壁 公式 ， 1 K1 2 t r P = l ( K一 1 ) + O 6 A S ME 一 1环 向 应 力 计 算式 1 K1 5 【 t r P = ( K+ 1 ) 2 ( K一 1 ) G B 1 5 0环 向应 力计算 式 ( 平 均半 径 的 中径公 式) ， 1 I 显然 ， K = I 5时， G B 1 5 0环 向应力计算值( = 2 5 P ) 比 A S ME一 1 环向应力计算值( = 2 6 P ) d 3 8 5 。 5 开孔和开孔补强 我 国 G B I 5 0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 O 而 A S ME 一 1 则允许孔 的长径与短径之比大于 2 O 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 。 与 A S ME一 1 不同 G B 1 5 0对补强圈的使用提出 以下规定 ： ( 1 )钢材的标准抗拉强度下 限值 o r 5 4 0 MP a ； ( 2 ) 补强圈厚度小于或等于 1 5 8 ； ( 3 ) 壳体名义厚 度 8 3 8 mm。 GB 1 5 0和 A S ME一 1均采用等面积补强法进行 开孔补强的计算 但两者在补强有效范围和面积的计 算上存在着差异 见表 6 。 AS ME一 1 对补强所考虑 的 各平 面 视其 和 壳 体轴 线 的 夹 角 而 引入 应 力校 正 系 数 F， 以及各个不同平 面的不同的应 力水平 ， 合情合理 ； 而 G B 1 5 0未 引入应 力校 正系数 意 即各个 不 同平 面 的 应力水平相当且 等于 1 。 简单 但显得保守。 此外 ， 在不 需补 强 的最 大 开孔 直 径 的规 定 也 不 相 同 A S ME 一 1 从 接 管 直 径 和 壳 体 壁 厚 两 个 因 素 提 出 限 制 条 件 ： 而 GB 1 5 0则从设计压力 、 接管直径 、 管间距 、 接管壁厚等 因素提 出限制条 件 。 A S ME一 1明确规定 ，凡符合 U G 一 3 7规定要求补强 的任何开孔均可位于焊接接 头 上 ： 而 GB 1 5 0未作明确规定。 6 无损检测 ( 见表 7 ) 总的来说 G B 1 5 0的无损检测要求 比A S ME一 1 更 为严格， 这是与当前国内的材料供应 、 制造检验水平相适 应的。 7焊后热处理 关于是否需要焊后热处理 G B 1 5 0和 A S ME一 1 的要求基本一致 ， 分别从材质 、 厚度 、 焊前预热状况、 冷 表 5 开 孔 尺 寸的 限制 比 较 对 比 项 GBl 5 0 AS ME 一 1 D i 1 5 0 0 m m时 ， 开孑 L 最大直径 d D i 2 ， 且 d 1 5 0 0 m m时 ， 开孑 L 最大直径 d 1 5 2 0 m m时。 开孔最大直径d 1 2 5 1 5 6 0“ A S ME一 1 ： 0“ m= 1 3 X1 2 1 5 6 0“ 显然 两者的应力值完全相同。 表 8给出了我 国标 准与 A S ME 一 1 对 压力 试验 压力 的 比较 关 于 S S 值 ， A S ME 一 1 认 为 ，法 兰 螺栓 材 料 的 安全系数远大于其它受压元件材料的安全系数 故其 取值为按最大主应力进行设计的简体 、 封头、 接管等元 件而不必包含螺栓等 紧固件 ： G B 1 5 0则明确规定 容 器各元件 ( 简体 、 封头 、 接管、 法兰及紧固件等 ) 所用材 料 不 同时 应 取各 元件 材 料 比值 之最 小值 。 通 过对 以上 8方 面 的比较 分析 可 以得 出以下 结 论 ： ( 1 ) A S ME 一 1 在 安 全 系 数 、 水 压 试 验 的 取 值 上 要 高 于 G B 1 5 0； 而 G B 1 5 0无损 检 测 、 热 处 理 、 开 孔 补 强方 面 的