gb 150和asme ⅷ-1压力容器设计、审核常见问题及典型实例解析

GB 150和ASME -1 压力容器设计、审核常见问题 及典型实例解析,华东理工大学 丁伯民2013.10.1618 杭州,前言,GB 150相当多的内容主要引自ASME -1。几十年来， ASME -1各版修改时其章节号从不改变，内容上也只是增加，少有修改，更无反复。与之相比，GB 150则相差甚远。本版相当多的修改主要是旧版有不够妥当之处，但修改后调整了许多章节编号，致使不太熟悉旧版的用户很难厘清本版到底修改或增、删了哪些内容，更不清楚某些修改的原因。加上同一主题在不同相关章节表达的相互不协调、疏漏以及矛盾，甚至某些释义内容和正文的不一致，引用ASME -1时的疏漏。技术上还存在的某些可予商榷之处，在执行中更会引起疑惑甚至问题。本班从设计的基本原理出发，分析GB 150和ASME -1规定的制订依据，对照后对某些难点以及存在的问题进行讲解和分析，以及对标准可予商榷时在执行中应予注意之处或应如何处理等方面进行讨论。,ASME -1各版前言 压力容器建造规则,GB 150(2011版)引言,引用ASME的“建造”一词时，确是不包括还是遗漏了“材料”二字,我国标准各版名称沿革,实际上各版内容都是沿袭前版,2011版GB 150修改、补充内容(1) 原因、修改后的商榷 (关于疲劳设计),主要是在“宣贯”和“标准释义”中未提及，但确是修改了的、用户以为并未修改而容易疏漏的(相当一部分是本人所提)、以及原GB 150的疏漏仍未改正等的内容。标准指出：适用范围，取消了不适用于要求疲劳分析的容器(原因解释)。修改为:对于有成功使用经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责人批准，可按本标准设计，并按JB 4732补充疲劳分析和评定，同时满足其相关制造要求。商榷：(1)由技术负责人而不是由标准负责。 (2)“释义”P.145和P.147中的疑虑。,2011版GB 150修改、补充内容(2) 原因、修改后的商榷 (关于疲劳设计),峰值应力，特征:不会引起任何显著的变形，之所以对强度有害仅因为是一种可以导致疲劳裂纹或脆性断裂的可能原因(并不是说只是峰值应力才会导致疲劳裂纹或脆性断裂，其他各类应力都不会导致疲劳裂纹或脆性断裂，在不需疲劳分析和非低温时，对峰值应力可以“视而不见，听之任之”)。应力分类及其限制条件 PmSm PL max1.5Sm，s Pm(PL)+Pb max1.5Sm，s Pm(PL)+Pb+Qmax3Sm，2s Pm(PL)+Pb+Q+F2Sa,要求5个条件同时满足即同时限制各种失效模式,2011版GB 150修改、补充内容(3) 原因、修改后的商榷 (关于疲劳设计),疲劳设计是以包括峰值应力在内的总应力幅为基础，即一次和二次应力当然也会引起疲劳和脆断，而不是以峰值应力幅为基础。GB 150所列的两种开孔补强设计法都不能用于疲劳设计！？)。ASME的规定：-1条款解释07-47，-2的4.1.1.4节。EN 也如此。,GB 150标准释义P.145和P.147：,2011版GB 150修改、补充内容(4) 原因、修改后的商榷 (关于疲劳设计),在开孔接管区，和存在一次、二次应力相同，峰值应力也客观存在，只是在标准所列的两种补强设计方法中并未计入。在需要进行疲劳分析确定其总应力时，应把包括峰值应力在内的一次和二次应力(即总应力)都予计入。方法很多，可以引入应力集中系数或疲劳强度减弱系数，或直接用数值解求得其总应力，如满足疲劳寿命评定要求，则该已满足补强要求的开孔接管当然可予接受。并非标准释义所指“不适用于疲劳容器的开孔补强”或“分析法与等面积法一样，不能用于疲劳设计”。,2011版GB 150修改、补充内容(5) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),外压容器(补充了)(例如真空容器、液下容器和埋地容器)。外压容器以内压进行耐压试验。原标准一直认为带夹套的容器为外压容器(从77版到85版的设计规定都这样称，至89和98版GB 150则迴避，但设计工程师培训教程P.169仍把带夹套容器称为外压容器，业内受此影响可能仍这样认为。会带来的问题。“外压容器和真空容器以内压进行液压试验”从而导致如下图所示带夹套的容器(外压容器)在进行液压试验时引起了问题。内容器常压，夹套(0.8MPa)，把内容器视为外压容器，按PT=1.25P2试验，则按常压设计的封头和法兰承受不了，如封头和法兰按P2(0.8MPa)设计，则增加了成本;如按多腔容器试验，则在夹套中试压时内筒壁受不了外压，如两侧同时充压，又无法检漏。,2011版GB 150修改、补充内容(6) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),如内容器为真空，夹套为0.2MPa，则内容器带夹套部分设计压力为0.3MPa。内容器如按真空(或多腔)容器PT=1.25P1试内压，为0.125MPa，夹套按内压容器试压，为0.25MPa，试压结果尚达不到0.3MPa的设计压力，压力试验走过场。在压力容器行业中实际上并无真正意义上的外压容器。新GB 150改为“外压容器(例如真空容器、液下容器和埋地容器)是否妥当，可酌。似称为真空容为妥。,2011版GB 150修改、补充内容(7) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),对“外压或轴向受压圆筒几何参数计算图(用于所有材料)”改为“外压应变系数A曲线”(球壳和轴向压缩圆筒都由结构尺寸直接列出了A值，而不是查图)。外压球壳： ，并无物理意义。轴向受压缩圆筒： ，并无物理意义。,2011版GB 150修改、补充内容(8) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),对外压元件设计中的图4-1，补充了1998版原图在引用ASME -1中对注2的漏引。且个别图形仍误引(未跟上历版ASME -1因疏忽致错、从2010年版起所作的修改，包括.3图5-17的问题)。新版对此注2内容补充在外压圆筒稳定性校核中(P.95,4.3节)，使不熟悉的用户未予注意，而对锥壳或折边段的厚度误按P.131图5-16的方法去做而出错。相应地，标准并未强调锥壳两端都是支撑线或有一端或两端并非支撑线时对锥壳设计的区别。,2011版GB 150修改、补充内容(9) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),外压圆筒形容器设计中支撑线的示意,外压圆筒的计算长度,2011版GB 150修改、补充内容(10) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),上图中夹套对内筒的连接如采用左图结构，则难以满足作为“支撑线”的要求,2011版GB 150修改、补充内容(11) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),ASME -1：注1:当锥壳与圆筒或折边与圆筒的连接处不是支撑线时，锥壳、折边段或带折边锥壳的厚度不能小于相连接圆筒的最小需要厚度。当连接处为无折边时，应满足附录1-8的(强度)加强要求。注2:应采用图示尺寸L，连接处各筒节直径和相应的厚度，变径段的厚度按注1确定。注3:当连接处(包括无折边或带折边)是支撑线时，其惯性矩(刚度)应按附录1-8计算，且当为无折边时，还应满足附录1-8的(强度)加强要求。注意：ASME 明确，仅当锥壳(一端或两端)对圆筒的连接处不属支撑线时，应按此处的注设计锥壳壁厚。,2011版GB 150修改、补充内容(12) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),ASME -1：,GB 150从未引入这一说明，加上4.3节和5.6.6节的规定，使用户不知所以。,2011版GB 150修改、补充内容(13) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),GB 150：4.3外压圆筒的稳定性校核4.3.1 计算长度的确定 圆筒计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离，见图4-1。其中应满足：图a-2）和图c-2）中锥壳或折边段的有效厚度不得小于相连接圆筒的有效厚度；计算时应采用图示的L、各段直径和相应的厚度。 5.6.6 受外压锥壳5.6.6.1 锥壳承受外压时，锥壳的计算长度取当量长度L，其计算如下：5.6.6.2 外压锥壳的计算： 锥壳承受外压，所需要的有效厚度按下述方法和步骤确定(即并未注明此处仅适用于两端都是支撑线时)。,2011版GB 150修改、补充内容(14) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),两端都属支撑线时当量长度Le的确定，据此设计锥壳壁厚,带折边后Le缩短，Di减小，提高了承压能力，所以可由设计人员任选是否要带折边,2011版GB 150修改、补充内容(15) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),内压和外压锥壳都用此表，即内压时如60也按平盖设计,内压和外压锥壳都用此表，即外压锥壳半顶角大于某值时也规定要带折边,2011版GB 150修改、补充内容(16) 原因、修改后的商榷 (关于外压元件设计),轴向压缩许用应力在89版以前各版都列在许用应力节，98版取消，改列在卧式容器标准中。本版又改回，列在.1的4.4.5、即轴向压缩许用应力节。,2011版GB 150修改、补充内容(17) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),参照ASME -1，补充了整体法兰的刚度校核要求，但未引用带颈活套法兰和不带颈活套法兰和按活套法兰设计的任意法兰、以及反向法兰的刚度校核要求(任意法兰按整体还是活套法兰设计的界定都参照ASME -1)。对ASME -1“对于非致死和非易燃的流体，按温度范围为-29至186以内，操作压力并未超过1035kPa设计的操作，成功的操作经验可以作为法兰刚度规则的一种替代。”改为“在相同操作条件下有成功的使用经验时，可以免除刚度校核”。除设计内容外，对装配并无相应的配套措施。,2011版GB 150修改、补充内容(18) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),GB 150标准释义,2011版GB 150修改、补充内容(19) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),ASME -1(并非说带颈活套法兰按整体法兰计算)：,2011版GB 150修改、补充内容(20) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),(1) 由于规定了带颈的活套法兰按整体法兰计算，而长颈对焊法兰在满足应力校核条件时刚度会自动得到满足，编者也误解为带颈活套法兰的应力计算公式不仅在形式上而且在实质上也和整体法兰相同(但对系数F和V应取FL和VL者外)，在满足应力校核条件时刚度也会自动得到满足。且压力对带颈活套法兰也直接接触。其实此二者的应力计算模型和锥颈上应力所在位置全部不同，且由于未和圆筒相连接而导致在同样厚度时法兰环的旋转角度更大，对带颈活套和不带颈活套法兰应对刚度进行校核。(2) 对完全按法兰原理设计的反向法兰，也未引入刚度校核要求。,2011版GB 150修改、补充内容(21) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),GB 150引用ASME的此图时删去了说明，致对带颈活套法兰等厚度颈部的法兰引起迷惑,2011版GB 150修改、补充内容(22) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),(3) “在相同操作条件下有成功的使用经验时，可以免除刚度校核”的条文会使用户为难，且此处全部照引ASME -1，惟独此处不引？在表7-5中补充了带颈活套法兰的系数f和VL、FL。对反向法兰操作力矩中的力臂尺寸计算作了改正(.3的7.6.3.2节)。对平盖上大开孔的适用范围由d0.5D修改为d0.5D，连同对反向法兰适用范围为K2(即d0.5D)，以及对平盖上开孔的适用范围规定为d0.5D，引起d=0.5D的开孔可按开孔补强或反向法兰、平盖大开孔二者设计的不确定问题。,2011版GB 150修改、补充内容(23) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),法兰受载模型,整体带颈、活套带颈、活套法兰应力，系数f=锥颈小端应力/锥颈大端应力，带颈活套法兰小端处并无应力。,2011版GB 150修改、补充内容(24) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),带颈反向法兰,不带颈反向法兰,受载分析,外周边三项、内周边一项应力,仅适用于d/D0.5,2011版GB 150修改、补充内容(25) 原因、修改后的商榷 (关于法兰设计),左侧,外周三项应力,内周三项应力,右侧,外周三项应力,内周一项应力(按活套法兰模型),仅适用于d/D0.5,2011版GB 150修改、补充内容(26) 原因、修改后的商榷 (关于压力试验),(参照原ASME -2)耐压试验时的校核圆筒应力改为(修改过程)：,释义P.47：,GB 150 中的相应计算公式不一定能得出该元件的应力水平,2011版GB 150修改、补充内容(27) 原因、修改后的商榷 (关于压力试验),2004版以前的ASME -2和-1体系不同，对一次总体薄膜应力有此限制条件，并对一次总体薄膜和一次弯曲应力共存时也有相应限制。2007版起已由原0.9倍改为0.95倍，但原则不变。,2011版GB 150修改、补充内容(28) 原因、修改后的商榷 (关于压力试验),到底是金属温度还是液体温度？,2011版GB 150修改、补充内容(29) 原因、修改后的商榷,参照ASME -1 UG-53(i)，引入了焊接钢管，且所列许用应力已引入焊接接头系数0.85，但设计部分并未配套。取消了锥壳上的加强圈设计方法(用户如有需要，可参照ASME -2或EN 13445)。对98版内压和外压锥壳与圆筒连接处的加强设计的误引(如未区分是否带折边以及对外加作用力f1、f2的说明)作了修改，但还存在一些问题(后述)。补充了无折边斜锥壳设计。但对外压斜锥壳设计表示为：“按5.6节规定”，即按两端都是支撑线时的规定，如其中有任一端并非支撑线，标准的规定会有问题。减小了双锥密封中封头圆柱支承面与双锥环内径之间的单侧径向间隙值(约为原值的75%，原值的制订过程)。补充了倾角错绕扁平钢带容器、加筋平盖设计。,2011版GB 150修改、补充内容(30) 原因、修改后的商榷,预紧力使封头下压，通过锥面压力使双锥环收缩而贴到封头圆柱环面上。如双锥密封环内圆柱表面与平盖圆柱支承面间的径向间隙过小，则在升压时回弹力不足，影响密封;如间隙过大，则双锥环变形或周向压缩应力过大，导致屈服。按原GB 150，据计算，周向压缩应力为=(0.0010.0015)E ，显然过大。,2011版GB 150修改、补充内容(31) 原因、修改后的商榷,2011版GB 150修改、补充内容(32) 原因、修改后的商榷,针对我国早期单层锻造容器制造的困难，多层套合或包扎容器存在深厚环向接头，型槽绕带容器型带制造等问题，上世纪60年代中期由浙江大学朱国辉等开发了倾角错绕扁平钢带多层高压容器，在上世纪中后期，解决了上述问题，为当时的中小型高压容器建造建作出了一定贡献。1996年批准公布适用于ASME -1的Code Case 2229以及1997年批准公布适用于ASME -2的Code Case 2269都列有扁平绕带圆筒壳多层容器设计的内容，但期满后并未重新确认，更未列入规范。目前某些制造厂是否还保留甚至发展这类容器的绕制装备，不大清楚。但ASME-1和-2规范列入的型槽绕带容器从2004版起都已删除。而本版GB 150则作为新内容第一次列入。,2011版GB 150修改、补充内容(33) 原因、修改后的商榷,其前身78、82、85版钢制石油化工压力容器设计规定参考原苏联标准已引入，89、98版GB 150取消，现又作为新的补充内容。,2011版GB 150修改、补充内容(34) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),外压圆筒、球壳和锥壳的形状允差要求和样板尺寸的确定 引自ASME，但原GB 150未对从防止压缩强度所致失效所规定的允差提出要求(即Dmax-Dmin1%D)，在容标委所编压力容器设计工程师培训教程P.175和11年版标准释义P.117明确表示: e=Dmax-Dmin，且对防止球壳和锥壳失稳即实际形状对真正圆形的最大正、负偏差(e值)測量的样板弦长漏引。新GB 150都已改正和补充(.4，6.5.10，6.5.11)，本节编者在10.12.27的固容分委会全体大会上表示已吸取意见并改正。但标准释义P.117 仍明确表示: e=Dmax-Dmin。 且标准释义P.229更表示为：6.5.10内压、6.5.11外压壳体圆度等规定与原GB 150相同 。,2011版GB 150修改、补充内容(35) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),GB 150(98)：10.2.4.10 承受内压的容器组装完成后，按要求检查壳体的圆度， 应不大于该断面内径的1%。10.2.4.11 承受外压及真空容器组装完成后，按如下要求检查壳体的圆度。采用内或外弓形样板测量，样板的半径及弦长GB 150(2011)：,2011版GB 150修改、补充内容(36) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),不圆度Dmax-Dmin ，内压和外压壳体都要求,棱角值，仅内压进行疲劳分析时要求,2011版GB 150修改、补充内容(37) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),外压壳体另加：实际形状与真正圆形的向内或向外偏差e，为防止失稳压力的下降,2011版GB 150修改、补充内容(38) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),原GB 150按ASME -1(2004及以前版)的误译内容对成型封头的形状允差和用内样板检测作图规定。(正确译法为：封头内表面与规定形状既不得有大于1.25%D的向外偏差，又不得有大于5/8%D的向内偏差。误译为：封头内表面与规定形状的偏差，在样板中间不得大于1.25%D，或在样板两边小于5/8%D。)导致作出错误的图形，用内样板又无法检查。经提出后，从2007起译文已改正。本版GB 150也据此而改正，采用间隙内样板检测。,2011版GB 150修改、补充内容(39) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),内样板检查显示外凸，无法检查显示内凹,外样板检查显示内凹无法检查显示外凸,2011版GB 150修改、补充内容(40) 原因、修改后的商榷 (关于形状允差),原GB 150对封头形状允差用内样板的控制,现版用内间隙样板测量并控制,JB 4732对封头形状允差用内样板的控制,2011版GB 150修改、补充内容(41) 原因、修改后的商榷 (其它),最大许用工作压力由“是根据容器壳体的有效厚度计算所得”改为“是根据容器各元件的有效厚度计算所得，且取最小值”，因“容规”规定有设计图样和铭牌上两种最大许用工作压力，故未明确是指完工容器。修改了容器装有泄放装置时，容器的超压限度%规定(由原10、12、16%按照ASME -1改为10、16、21%)。对98版遗漏的多个接头分类作了补充(分类原则后述)参照ASME -1 UW-40节，补充了焊后热处理时对焊接接头厚度的规定，但因误解而引误(.4的8.2.1节)(可参见“化工设备与管道”2012，No.4。对平盖大开孔设计中的“补强要求”以及“其平盖厚度需满足要求”作了修改或删除。但仍未引入ASME -1关于“平盖厚度不需要按平盖规则计算，厚度满足本节要求即符合本规范要求”的说明。,设计参数和有关问题 安全系数和相关问题(1),安全系数的调低 据容规，以Rm为基础的安全系数由3.0调低为2.7，以ReL为基础的安全系数由1.6调低为1.5，相应提高了许用应力和夏比V冲击功。各设计参数的相互关系:以理论意义为主，辅以技术政策。安全系数值和试验压力、试验压力的上限、无损检测程度、冲击试验和冲击功合格值要求、以及低应力对防脆断性能改善的界定等都有关。ASME -1在二次大战时将nb由5调为4以后对试验压力由2调为1.5，至1999年nb又由4调为3.5后对试验压力又由1.5调为1.3;对低应力水平免做冲击试验温度的可予降低，1999年nb由4调为3.5后，低应力水平由0.4降为0.35;但因允许的超压额度都在试验压力以下，所以都不调整，二者都取最大许用工作压力的10%、16%和21%。,设计参数和有关问题 安全系数和相关问题(2),ASME-2新版由nb=3.0调为nb=2.4，其试验压力、试验压力的上限、无损检测要求以及防脆断措施都相应调整。新GB 150对安全系数调整后未对试验压力及试验压力上限以及无损检测要求进行调整，但对允许的超压额度(原GB 150出自误解所致，取为10%、12%和16%，现改正为10%、16%和21%)作了调整，还对冲击功合格值要求作了调整(但低于锅炉和压力容器钢板GB 713标准-2008和2012修改单规定的值，如以Q345R为例，GB 150要求为31J，而GB 713及修改单则要求为34和41J)。,设计参数和有关问题 压力试验(1),试验目的：选材正确、结构合理、计算可靠、按规范要求检验合格(包括无损检测和形状允差检验)的容器，按理说在正常运行中能够保证安全，但检验合格只说明不再存在不合格的缺陷，但可能存在规范认为合格的缺陷，在正常运行中、特别是在交变载荷作用下会引起事故。实践已说明，在压力试验时爆裂事故偶有发生，所以在运行前对完工容器各元件的超压(超过设计应力水平的应力)试验是检验容器宏观强度、焊缝的致密性、密封件密封性的极为有效的必不可少的手段。如果有可能爆裂，也尽可能让它发生在压力试验时而予报废。,设计参数和有关问题 压力试验(2),ASME =1试验压力：总比设计压力为高，可以由设计压力，最大允许用工作压力，计算求得的试验压力的三者之一为基准并按一定倍数，后二者都指成品容器。最大许用工作压力(MAWP):成品容器顶部所允许承受的最大表压力，是按规范的规则对任何受压范围内的各元件确定的内压或外压中的最低值，包括静压头。采用不包括腐蚀裕量的公称厚度，并考虑了在相应温度(一般取设计温度)时容器顶部的最大许用工作压力，此压力和MDMT一起标志在铭牌上。UG-98，附录3-2计算求得的试验压力:和最大许用工作压力的区别仅在于采用包括腐蚀裕量在内的公称厚度，并采用常温时的许用应力计算，此值仅在试验时用。附录3-2,设计参数和有关问题 压力试验(3),独立容器:内压 PT=1.3PS/ST (不包括螺栓及原理分析) 真空 PT=1.3P (原理分析)试验压力：高温容器不便在高温、而只能在常温时试压(按高温设计所得厚度必较按常温设计为厚)。为使常温试压时各元件的超应力倍数能达到规定值(1.3倍)，所以就提高常温试压时的试验压力，其值和S/ST成正比。各元件的S/ST值不同，如取S/ST值为元件中之最大者，该元件在常温试压时刚好达到1.3倍，其它元件则超过1.3倍;如取S/ST值为元件中之最小者，则该元件在常温试压时刚好达到1.3倍，其它元件则不到1.3倍。,设计参数和有关问题 压力试验(4),组合容器:组合容器的独用元件或组合容器按独立容器设计时，和独立容器压力试验相同。组合容器(不按独立容器设计时)的公用元件：Pmax(P1，P2)，即P1、P2同号时UG-99(e)(2):如P1P2，或虽然P2P1，但并未达2倍以上，则先内筒 PT=1.3(P1-P2)S/ST 焊夹套后再两侧同时 P1侧:PT=1.3P1S/ST P2侧:PT=1.3P2S/ST如P2较P1大2倍以上，可在内筒先按PT=1.3P1S/ST试验，合格后再焊夹套,并按上述步骤和试验压力对夹套进行试验，合格后再两容器同时试验。此时要控制两室压差不超过内筒或夹套的试验压力值。,设计参数和有关问题 压力试验(5),Pmax(P1，P2)，即P1、P2异号时UG-99(e)(1):先内筒 PT=1.3P1 (按真空容器，内压方式)焊夹套后再夹套 PT=max1.3P2S/ST，(P2-P1)S/ST比值S/ST为构成该容器各元件(10版:一般情况下不包括螺栓，-2和EN 13445都明确不包括)中的最小值。如在试压时密封件的泄漏，可见附录S、ASME PCC-1。,设P2P1,设计参数和有关问题 压力试验(6),材料在设计温度时的许用应力ST是由强度极限、屈服强度、持久强度、蠕变极限等4个强度参数并引入相应的安全系数后并取各值的最小者作为最终的许用应力，螺栓以屈服强度为基准的安全系数大于钢材，但二者以持久强度为基准安全系数则相同。在常温时，由于许用应力决定于屈服强度或强度极限，所以当材料相似时，螺栓许用应力必小于钢材；但在高温时，许用应力决定于持久强度或蠕变极限，所以二者的许用应力差别不大，导致在高温时螺栓的S/ST值较钢材为小。如取S/ST最小值时包括螺栓，则其它元件达不到1.3倍，如不包括螺栓而由S/ST值较高的其它元件决定，则在试压时螺栓应力超过1.3倍，但不会屈服。,设计参数和有关问题 压力试验(7),上述压力试验的规定是规范要求的最小值，可协商后由1.3倍计算得的试验压力、且不需乘许用应力比值时试验(即由不扣除腐蚀裕量、常温的许用应力、不包括压力以外的其它载荷计算所得的MAWP)。规范不规定液压试验的试验压力上限，但当超过规定值使容器出现明显的塑性变形(permanent distortion)时，检验师有权拒收(ASME -2为另一规则，安全系数低，考虑失效模式更多更细，在压力试验时要限制各元件应力水平)。试验温度：金属温度至少应保持在MDMT(铭牌上和MAWP共存的整个容器的最低允许金属温度)以上17，但无需超过48(并说明应在金属温度接近液体温度后升压)。,设计参数和有关问题 压力试验(8),ASME -1 UG-116、118:,设计参数和有关问题 压力试验(9),不论常温、高温或低温设计的容器，都要求列出最大许用工作压力(在设计温度时的)，和最低允许设计金属温度时的压力(最大许用工作)，让用户清晰地知道：在操作(温度)条件时的压力不能超过最大许用工作压力;在压力试验(常温)时的温度不能低于最低允许设计金属温度。,设计参数和有关问题 压力试验(10) GB 150,内压容器: PT=1.25P/t，其中，/t应取各元件材料的比值中最小者(圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等)，因此对受压元件可能达不到超应力考验之目的，新版对t更规定了注3，并用粗线标出(新容规已不包括紧固件，但GB 150仍保留)。 外压容器和真空容器:PT=1.25P。对多腔容器，新版改为：每个压力室的试验压力按其设计压力确定对带夹套的真空容器，被夹套覆盖的内筒恐未经受超(设计状态)应力的考验。新版改为:如试验压力超过规定值，则要求试验前校核各受压元件应力，例如对壳体元件为Pm，以不超过0.9倍屈服强度为满足。,设计参数和有关问题 压力试验(11) GB 150,PT=1.25P/t中的/t包括螺栓、且应取粗线左侧的最小值所引起的问题: 某容器t=400(都在粗线以左)，圆筒和封头=62mm，材料Q345R，=181MPa， t=110MPa;螺栓直径24mm，材料35CrMoA， =228MPa，t=170MPa。应按螺栓确定试验压力。PT=1.25P/t=1.25P228/170=1.68P，对螺栓，试验时应力水平为1.68170/228=1.25倍;对圆筒，则仅为1.68110/181 =1.02倍，未达到要求提高25%考验之目的，压力试验形同虚设。如按ASME -1不包括螺栓，则PT=1.25P181/110 =2.06P，圆筒应力水平为2.06110/181=1.25倍，刚好达考验目的。螺栓为2.06170/228=1.54倍，因螺栓ns可达2.7 3.5(但可能引起泄漏，可上紧螺栓)，故不会屈服。,设计参数和有关问题 压力试验(12) GB 150,某容器t=475(温度更高，都在粗线以右)，圆筒和封头=62mm，材料Q345R，=181MPa， t1=43MPa， t2=110MPa;螺栓直径24mm，材料35CrMoA，=228MPa，t1=111MPa t2 =162MPa 。应按 螺栓确定试验压力。PT=1.25P/ t2 =1.25P228/162=1.76P，此时螺栓试验时应力水平为1.76111/228=0.86倍，并未达到规定的考验目的;对圆筒，试验时应力水平为1.7643/181 =0.42倍，未达到设计应力水平，更未达到1.25倍设计应力水平考验之目的，压力试验形同虚设。如按ASME -1，比值/ t1不包括螺栓，则PT= 1.25P181/43=5.26P，对圆筒，试验时应力水平5.2643/181=1.25倍，对螺栓，5.26111/228=2.56倍，但其ns=2.7 3.5 ，无问题。,设计参数和有关问题 压力试验(13) GB 150,设计参数和有关问题 压力试验(14) GB 150,标准释义和容标委主要领导撰文都表示：试验压力的温度补偿一直是中国标准的一个问题。考虑到许用应力在不同温度下的控制失效模式的的参数不同，因此划定极限温度点，从而完善了压力试验中的温度补偿方法。新GB 150的这一修改，不仅因包括螺栓在内而引起问题，更由于对t改为应取粗线左侧的最小值而引起问题。ASME -1在附录S中表示：螺栓应力可以在设计应力值以上相当大的范围内变化，其设计应力值是个考虑了防止屈服因素的保守值。ASME -2和EN 13445都、明确不包括螺栓在内。,设计参数和有关问题 压力试验(15) GB 150,GB 150表示：对16MnR等容器，液压试验时液体温度不得低于5，其他碳钢和低合金钢容器不得低于15，如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验温度。据现标准，无法如ASME -1那样列出整个容器的最低允许工作温度，而整个容器有时材料可能不同，且厚度不同，此规定无法保证在试压时不出现脆断(对防脆断问题，后面详谈)。文献列举了在1954至1984年间碳钢和低合金钢在425进行液压试验时发生脆性断裂的十多起典型事故。旧版对耐压试验时仅列出要求对圆筒进行校核的周向应力式，新版虽明确了要对所有受压元件校核，但各元件的最大应力并不都是能由标准的壁厚公式算出。由最大应力所确定的元件厚度，在相应的安全系数和试验压力的倍数时，一般都不致达到0.9倍屈服强度。,设计参数和有关问题 焊接接头分类(1),分类目的:确定焊缝结构型式，探伤程度，接头系数。ASME -1分类出发点和分类：分类是指接头在容器上的位置而不是接头型式。按连接处能否由板壳理论简单地求出应力而划为A、B类(承受第一主应力者为A类，第二主应力者为B类)和C、D类(凡两连接件都为壳者为D类，有一件为板者为C类，但非圆形截面容器各侧板视为壳体)，12种接头型式(表UW-12)。,设计参数和有关问题 焊接接头分类(2),A类:圆筒、锥壳的纵向和螺旋形接头，球壳、成型封头或平板(包括矩形截面容器各侧板)上任意方向的拼接接头，连接球壳和圆筒等壳体的环向接头（即承受最大主应力的接头)。B类:壳体或变径段上的环向接头，连接各成型封头(球壳除外)至壳体的环向接头(即承受第二主应力的接头(并据半顶角是否小于30而属对接或角接接头，但都属B类)。C类:连接法兰、管板或平盖至壳体的接头，连接矩形截面容器各侧板的接头，可以是对接或角接（有一件涉及平板时）(矩形容器各侧板视为壳体)。D类:连接接管与壳体或矩形截面容器侧板的接头，可以是对接或角接(都是壳体或矩形截面容器侧板时)。,设计参数和有关问题 焊接接头分类(3),设计参数和有关问题 焊接接头分类(4),A、B类除个别者外(如锥壳对圆筒的连接)都是对接或搭接。C、D类可以是对接（搭接）或角接，所以对C、D类应写明是对接还是角接。封闭旋压孔的对接焊缝不分类，也不计及接头系数(UW-34)。在UW-2中根据容器操作条件，对各类接头的结构型式作出规定。如对贮存致死物料时，除換热管等外，所有A类应为(1)型(双面焊全焊透)，所有B类或C类对接应为(1)型或(2)型(带垫板的单面焊)。,设计参数和有关问题 焊接接头分类(5) GB 150,GB 150分类出发点和分类：89版说明按在容器上的位置分，但并未说不是按接头型式分，并照引ASME的图，98版起取消了按在容器上的位置分，并修改了图。各版在标准释义中都未提及分类的出发点。但13版在其标准释义中提及：,设计参数和有关问题 焊接接头分类(6) GB 150,除第一次列入(89)引了ASME的按位置分外，在正文和释义中从未提及分类的出发点。实际上是由无损检测方法划分，即对接或角接划分，且经过调整。(1)“嵌入式”接管对壳体的接头调整为A类。(2)多层容器层板的纵向接头调整为C类。(3)锥壳对圆筒的连接接头并未据半顶角的大小而分别划分，一律为B类(即对接)。(4)说明中对于平盖(或管板)与圆筒非对接连接的接头划为C类，而对接连接的接头则划为B类，但其图中则一律划为C类。且在低温容器设计部分又引用了ASME的分类称呼而将对接接头称为C类对接。(5)新版又据-2而补充了E类，非受压件与受压件的连接接头。,设计参数和有关问题 焊接接头分类(7) GB 150,GB 150未加注，并未视半顶角是否大于30而看为角接，一律划为B类，也就是已是角接也还是用射线或超声检测。,图中板和壳的连接都划为C类但在条文中却对对接划为B类，对角接划为C类,设计参数和有关问题 无损检测程度,ASME -1：全部、抽样和不检测，一般都由该焊缝的检测程度确定接头系数。注意UW-11(a)(5)(b)的规定(所以即使是1型焊缝并经全部检测、甚至是无缝件，要取接头系数为1.0也是有条件的)。气压试验容器焊缝的无损检测，下述焊缝的全长应予检测：围绕开孔的全部焊缝(应理解为对接或角接)，角焊缝厚度大于6mm时，包括非受压件与受压件连接的所有焊缝。GB 150：一般情况不允许不检测。且从接头的无损检测要求和系数值的表示来看，并非由该焊缝的检测程度确定接头系数。对气压试验的容器，规定对其A类和B类接头要全部射线或超声检测，但对其C类和D类接头未规定要作表面检测，这是很危险的。,设计参数和有关问题 焊接接头系数,ASME -1：在其表UW-12中根据接头类别、结构型式、检测程度，详细规定了接头系数。GB 150：新标准按容规4.5.3.2.2新增“下列之一的容器，需对其A类和B类焊接接头进行全部射线或超声检测：焊接接头系数取1.0的容器。” 这一提法使用户误解为凡焊接接头系数取1.0的容器，其A类和B类焊接接头都需进行全部射线或超声检测。其实如B类接头并非承受最大主应力，并无必要全部射线或超声检测，且容器中即使A类接头，有时也未必对每条都取1.0。此外，在焊接接头系数节中，对单面焊的对接接头，规定全部检测时，其焊接接头系数为0.9。所以此新增内容宜表示为：“焊接接头系数取1.0或0.9的A类或B类焊接接头。”,低温操作和防脆断 ASME -1(1),进展及总体思想:除各材料标准为防止脆性断裂而规定了(由钢厂所作)CVN值外，对包括在运行中的低温操作以及在室温时的压力试验(由容器制造厂所作)还另有要求UG-84(d)(1)，(d)(2)。 89年前根据使用经验定义统一划定-30为低温容器，凡不低于-30时，满足材料标准所规定夏比V冲击功后由实际经验证实不致发生低应力脆断，可不作为低温容器，否则，应作为低温容器而由容器制造厂另加在MDMT下的冲击试验并满足其评定要求。经验法的不合理处:夏比V冲击功只说明断裂后断口是脆断还是延性断裂，未和元件所受应力水平以及低应力脆断相联系，未计及元件可能存在的缺陷及其大小，和压力容器元件通常所承受的静载应力有区别。,低温操作和防脆断 ASME -1(2),冲击功的示意,低温操作和防脆断 ASME -1(3),89年起采用断裂力学原理判断，以元件所受应力水平(取为材料的许用应力)、裂纹尺寸a(以元件厚度t表示)、设计条件给定的MDMT和不同的材料类别进行是否有可能发生断裂(包括脆断)的判别，不是简单地划定在某一温度下才是低温容器(-2在1968年第一版就列入)，需要时采取防脆断措施，形式上仍以V冲击试验并列出合格值。所以表示为低温操作而非低温容器。规范系指对容器各个元件逐一判别并采取防脆断措施，而不是泛指整个容器。ASME -2和EN 13445所用方法基本相同，仅表示方式的不同。,低温操作和防脆断 ASME -1(4),采取防脆断措施的界定(MDMT) UCS-66，UCS-67 由设计条件的MDMT，材料类别，元件控制厚度，应力水平，由 进行判别，已作成判别图形，如MDMT、控制厚度t的组合位于相应材料线下方，说明即使满足了材料标准所要求的CVN值在低温下仍有可能脆断而必须采取防脆断措施(图UCS-66)。可见，对碳钢和低合金钢，有些厚材在48已有可能发生脆断，有些薄材在-48还不致发生脆断。螺柱和螺母直接由材料和直径列出免除冲击试验的温度。UG-20(f)节的免除(低强度钢对经验法的部分保留)。,低温操作和防脆断 ASME -1(5),所有材料划分为A、B、C、D四根曲线,低温操作和防脆断 ASME -1(6),防脆断措施和冲击试验温度，如经判别需冲击，则在该MDMT下冲击，如不需冲击，则不存在冲击试验温度。KC值和CVN值的数量关系(可见ASME -3附录D-600)，形式上仍用在MDMT时的CVN值。判别温度的调整(1)低应力状态的调低(图UCS-66.1)，(2)对P-No.1材料采用了规范规定以外的焊后热处理的调低UCS-68(c)，(3)某些中低强度钢在一定条件下按经验法的免除 UG-20(f)。MDMT低于-48且并非低应力工况者，所有碳钢和低合金钢都应作冲击试验，如MDMT不低于-105 ，且应力比为0.35及以下者，无须作冲击试验。,低温操作和防脆断 ASME -1(7),除非规范明确可予免除，否则，最小屈服强度大于450MPa的材料必须作冲击试验UCS-66(f)。按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料列于图UG-84.1注(c)的材料，只要MDMT不低于材料技术条件规定的温度、或低于材料技术条件规定的温度不超过5F（3C），容器或部件制造厂不必再进行冲击试验UCS-66(g)。