ASME规范第I卷2004版更改情况述评
上海发电设备成套设计研究所 吕翔

        ASME规范第I卷2004版更改共87项其中技术性修改51项,编辑性修改36项。51项技术性修改的主要修改内容见本文附录,现将其中较为重要的作进一步说明,共9项,即:仪表保护套管材料、小弯曲半径弯头和180°弯头、安全阀排放量、水压试验压力、用电加热的过热器和再热器、主数据报告和汇总数据报告、不需热处理的管接头连接焊缝、阿登生式炉胆、电热锅炉的水压试验压力。

一、仪表保护套管材料
        PG-9.6中的仪表保护套管用于受压件(主要为集箱)热电偶的插入管,除了要承受外压外,还应当不会发生腐蚀和污染。修订前,允许使用不锈钢和某些合金。此次新增PG-9.6,明确规定允许使用SB-338等5个标准中的钛合金。钛合金的优点是强度高并且有优良的耐腐蚀性。
我国在热电偶保护套管材料方面除不锈钢管外,也采用钛合金管,标准为GB/T3635(neqSB-338)。

二、小弯曲半径弯头和180°弯头
        小弯曲半径弯头和180°弯头在受热面和管道上均有使用,将管坯通过型模减径压弯或型模内推弯方法制造。这种管件属于PG-11.1.1中的模锻成型的标准受压件。这种R/D=1.0的弯头,在美国按ASME/B16.28,在我国按GB/T12459《钢制对焊无缝管件》。
        ASME/B16.28规定,弯头的强度需通过数学分析或验证性水压试验求得,其强度计算方法与B16系列的其他管路附件不完全一样,因此,第I卷在1998版之前,曾在PG-42.1.13之后加注,说明该标准对压力级有专门要求,但1998版将这个说明取消,到2004版,又将PG-42.1.13取消,即不再允许使用ASME/B16.28标准中的弯头。
第I卷中允许使用这种弯头已有二十多年,为什么又取消,对压力级有专门要求恐怕不是理由,是因为R/D=1.0的弯头的安全性问题还是质量问题呢?希望读者赐教,因为这有助于我国制造厂正确使用此类弯头。

三、安全阀排放量
1.概述
        ASME规范中安全阀一词的含义与我国略有差别,只适用于排放蒸汽气。蒸汽属于可压缩流体,其排放量公式系通过流体力学中可压缩流体在收缩喷管中的绝热膨胀方程式,结合试验求得。公式中的变数有两类,一类是蒸汽的参数和热力学性质,包括出口进口压力比、临界压力比、等熵指数、气体常数等,另一类是结构特性,包括流道截面积和阀座型式。
        临界压力比是流体力学中的一个术语,是流体比热容的函数,可压缩流体流过喷管时,如果出口进口压力比不大于临界压力比时,喷管中最小截面处的流速达到音速,此时的流量达到最大值并保持不变。大于临界压力比时,流量略小。由于安全阀出口压力约等于排汽管压力,可视为常数。
        排放量计算公式中有四个变数,即流道面积A、进口压力P、排量系数KD和过热修正系数Ksh,现将与本次修订有关的两个变数:进口压力和过热修正系数简要说明如下:
        a.进口压力
        安全阀进口压力P即排放量认证试验压力,由PG-69.1.4可知,此压力应等于安全阀铬牌上的整定压力,而整定压力与锅炉的最高允许工作压力有一定关系,见PG-67.3。
        b.过热修正系数
        在推导排放量公式时,要使用完全气体状态方程式,其中气体常数R的数值与气体的特性有关。对水蒸汽来说,干饱和蒸汽与过热蒸汽的特性有一定差别。排放量认证试验所得到的排放量是由干饱和蒸汽测得,当用于过热蒸汽时,需乘以过热修正系数Ksh,Ksh不大于1.0。
2.修订内容简介
        共两项。
        a.对PG-67.2.1中锅炉最大设计蒸发量的含义作了补充,即:此最大设计蒸发量是在最高允许工作压力(MAWP)下的最大设计蒸发量,而非其他压力(例如超压或降压)下运行时的最大设计蒸发量。
        b.新增PG-68.7,规定:排放量认证所求得的排放量,当用于过热蒸汽时,应乘以过热修正系数Ksh,数值由新增的表PG-68.7和PG-68.7M查得。
3.我国的规定
        我国的规定是:安全阀的总排放量必须大于锅炉的额定蒸发量,这里的额定蒸发量是锅炉在额定参数时的蒸发量,因此也并非超压或降压运行时的蒸发量。另外,我国对安全阀排放量的计算,无论是按《蒸规》或GB/T12241《安全阀一般要求》中的公式,都已考虑了对过热蒸汽的修正系数。换言之,在这两个问题上我国的规定比第I卷2004年修订前的规定较为合理。

四、水压试验压力
1,修订内容简介
        共两项,即:规定试验压力的含义和取消6%的上限。
        (1)试验压力的含义
        PG-99中对试验压力的含义作了补充,即无论是最大还是最小压力,均指锅炉汽水系统最高点处的压力。这项修订内容可理解如下:
        a.最高和最低压力
        最高压力即MAWP的1.5倍,最低压力即MANP。
        b.按最高点处压力的原因
        根据PG-22的规定,同一台锅炉,特别是现代的大容量锅炉,汽水系统最高点处受压件(例如锅筒)的MAWP要比最低点(例如省煤器进口集箱)低一些。因此整体水压试验时应当按最高点处受压件的MAWP。其实在修订前,美国的整体水压试验也是这样做的,修订后可使其有章可循。
        (2)6%的上限
        PG-99.1规定升压至1.5倍MAWP的阶段应正确控制试验压力,不得超过规定值的6%,这个指标始于1965版,到1998版增加了控制一次薄膜应力的规定,更加符合强度计算的要求。取消6%的上限的原因可理解如下:
        a.升压时虽然要求操作人员应正确(proper)控制压力,但由于有的锅炉水容量较大, 所以根据当时经验规定了一个上限,此数值现在不一定适合。
        b.已按强度条件规定了对一次薄膜应力的限制,6%这个指标已属多余。
2.我国的规定
        我国对水压试验压力也是按最高点处压力,与PG-99修订后的条文相比,我国的规定明确而又具体,使用方便。另外,我国早在JB2194-77《水管锅炉受压元件强度计算》中已提出与PG-99.1中相同的要求。如果说我国当时对受压件水压试验时安全性的研究在国际上处于领先地位,并不为过。

五、用电加热的过热器和再热器
        由PG-112.2.1.2可知,过热器和再热器已从传统的利用燃料的化学能发展到利用电能并且已进入市场。这种用电加热的过热器和再热器在汽温调节上的优点是显而易见的,但结构如何,从表格P-2B难以了解,希望读者提供这方面的信息。

六、主数据报告和汇总数据报告
1.修订内容简介
        2004年增补通过对PG-112.2.8、PG-112.5.1、PG-112.5.2和PG-113.1的修订,理顺了主数据报告和汇总数据报告的关系。主要修订内容如下:
        a.在PG-112.2.8、PG-112.5.1和PG-113.1中取消表格P-5;
        b.在PG-112.5.2中增加表格P-5和P-7。 与此同时,PG-112.5.1的文字作了一些修改。
2.对修订的分析
        对以上修订内容的分析有助于理解主数据报告与汇总数据报告的区别。
        主数据报告是一台锅炉或一项工程以合格证书和检验证书作为凭证,证明符合ASME规范要求。共四种,即表格P-2、P-2A、P-3和P-3A。汇总数据报告是将一台锅炉上有关部件予以汇总并出具合格证书,但并无检验证书,这些部件是通过相关的制造厂数据报告中的检验证书来提供合格凭证的。此外,通过修订还可更好的理解以下问题:
        a.为什么工艺流程余热蒸汽发生器(见PG-112.5和表格P-5)只使用表格P-3或P-3A作主数据报告?这是因为这种蒸汽发生器中的部件只有水管锅炉或用电加热的过热器或再热器。
        b.为什么表格P-7(见PG-112.2.8)不用作表格P-2A的支撑性数据报告?这是因为电热锅炉上的安全阀最多两个,无需再用表格P-7来汇总。

七、不需热处理的管接头连接焊缝
1.修订内容简介
        PW-16.6对图PW-16.1简图(y)和(z)中的两种常用的管接头连接焊缝作了补充说明,两个简图中焊缝的尺寸相同,差别是集箱的形式,简图(y)为方形,简图(z)为圆形。 2004年增补在表PW-39,P-No1注(1)中新增(k),规定简图(z)中的焊缝不要求焊后热处理。
2.对修订的分析
        对同为P-No1材料,简图(z)中的焊缝不要求热处理,而简图(y)则要求热处理呢?可理解如下:同为碳钢或碳锰钢材料(化学成分相同)并且坡口尺寸和焊缝尺寸均相同(焊接工艺相同),简图(y)中方集箱的拘束度要大于简图(z)中的圆集箱,因此所产生的拘束应力要大于圆集箱。同样也可理解,图PW-16.1简图(d),由于双侧角焊缝的拘束度要比简图(z)中的组合焊缝大,也不能免于热处理。
3.我国的规定
        GB/T16507《固定式锅炉建造规程》图10-6简图(e)的结构与图PW-16.1简图(z)类似,更便于施焊并且拘束度较小。由干我国对管接头连接焊缝的热处理尚无规定,ASME规范的这个新规定可供我国制造厂的参考。

八、阿登生式炉胆
        阿登生式炉胆还是上个世纪早期的结构,炉胆节扳边后加上阿登生圈连接,最早为铆接,后改焊接。这种炉胆由干刚性差,世界各国早已不用,炉胆节改用膨胀环连接。2004年增补取消PFT-16,并对PFT-30.2和PFT-51.1.1作相应修改。
        JB/T3262-84《锅壳式锅炉受压无件强度计算》(现行标准为GB/T16508)给出膨胀环的结构和计算方法。应当指出,ASME规范中至今尚无膨胀环或其他连接结构的计算方法。

九、电热锅炉的水压试验压力
1.概述
        电热锅炉的水压试验分为两步,首先是电热锅炉的压力容器在制造完成后按PEB-17.1的规定进行水压试验,见表格P-2A序号13,第二步是整台锅炉按PEB-17.2的规定进行水压试验,见表格P-2A序号20。
2.修改内容简介
        共两处:
        1)PEB-17.2
        a.对整台锅炉水压试验的条件作了补充,试验时,锅炉范围内管道和安全附件均已用机械方法装配完成。
        b.整台锅炉的水压试验压力按锅炉容量分挡,电热锅炉为压力容器MAWP的1.5倍,对所装安全附件在低于压力容器MAWP下运行的小型电热锅炉,水压试验按安全阀的 整定压力。
        2)PEB-18.3.2
        对铬牌上的MAWP作了补充,由整台锅炉的组装单位确定并且不得大于压力容器的MAWP。 另外,PEB-17.2等条文中的external trim一词,指组装式锅炉的水位表、压力表和安全阀三件套,见美国出版的Shie1ds:《Boilers, Types, Character, and Functions》第297页。我过去译为外部接头,不够确切。

十、小结
        今年6月在上海科教兴市论坛装备产业专题研讨会上,中国机械工业联合会等各方面的专家指出:软能力已成为制约产业升级的重要因素。所谓软能力是相对于制造装备等硬能力而言的,主要涉及系统设计、技术集成、国际市场开拓等。根据这些内容,标准也是一种软能力。
        我国锅炉标准与当前国外先进标准的差距是不小的,但也不宜妄自菲薄,本文提到的水压试验压力即为一例。希望政府部门、企业和标准化组织三管齐下,把锅炉标准作为一个绊住产业升级的软能力,实事求是的来抓,使我国锅炉标准既适合国情又具有一定的竞争力。
        最后,将2004版中更改的51项技术性修改列表作简要说明,详见见附录,序号中有*者在正文中已有说明。
附录:2004版中的技术性修改

序号

条款号

主要修改内容

1

PG-8.4

青铜铸件的标准增加SB148《铝青铜砂型铸件》

2

PG-8.4.2.1

同序号1

3*

PG-9.6

见正文一

4

PG-19

增加两个牌号,347HFG和690,分别通过案例2159和案例2083再列入第I卷,这两个牌号材料的具体要求见《规范案例锅炉及压力容器》2001版。

5

PG-27.4,注6

增加两个牌号,即N06690(即347HFG)和167合金(即SB-167),原文误排为617合金。

6*

PG-42.1.13

见正文二

7*

PG-67.2.1

见正文三

8

PG-67.7

相应于PG-8.4(见本附录序号2),增加SB-148。

9*

PG-68.7

新增条文,见正文三。

10*

表PG-68.7

同序号9

11*

表PG-68.7M

同序号9

12*

PG-99

见正文四

13*

PG-99.1

同序号12

14

PG-106.8.3

新增条文:厂址设在多处并且均持有该厂授权证书的制造厂,只要在质量控制体系中对此类部件的识别、转移和验收方法作出说明,可将锅炉部件由某处转移至另一处而无需单项部件数据报告。

15

PG-107.2

修改后的条文对制造厂和安装公司在以下两项工作中共同负责:
(1)整台锅炉水压试验并在总数据报告的工地安装合格证书上签字,(2)按PG-108.2的规定打补充性的钢印。

16

PG-107.2.3

有两个修改,一个是其他单位除安装锅炉范围内管道外,还可以进行锅炉本体内的部分安装工作,另一个是补充了这些单位应具备的条件,即取得相应的合格认证。

17

PG104.2.4

安装公司的标志钢印,原来只限“A”,修改后不作规定,亦即:“A”或“S”均可。

18

PG-112.1

数据报告表格的数目增加到10个,参见序号19。

19*

PG-112.2.1.2

新增表格P-2B,见正文五

20

PG-112.2.2

第一段修改,说明表格P-3不适用于电热锅炉。

21

PG-112.2.6

有两个修改,一个是受热面可按不同压力等级进行设计,另一个是应将该蒸汽发生器中所有组成部件的数据报告列入附件。

22*

PG-112.2.8

见正文六

23

PG112.3

第二段,增加:部件数据报告应作为与其有关的表格P-3A的附件。

24*

PG-112.5.1

同序号22

25*

PG-112.5.2

同序号22

26*

PG-113.1

同序号22

27

PG-113.3

有两个修改,一个是制造厂的质量控制体系书面文件中应包括对完成制造厂数据报告的要求,另一个是数据报告的保存期限至少5年。

28

表PW-11

通注新增序号(e),凡从事RT或UT的人员均应按PW-50的规定进行资格鉴定和认证。原来(e)~(i)的序号顺延,改为(f)~(j)。

29

PW-27.1

新增第二段作为PG-9.5的补充,说明电阻焊制品的尺寸要受PG-9.5的限制,但用电阻焊焊接环缝和管接头连接焊缝不受此尺寸的限制。

30

PW-27.3

补充了与PW-5.3和表PW-11总注(a)、(b)相协调的条文,即:只有PW-5.3中的奥氏体钢才允许使用电渣焊,奥氏体钢电渣焊焊缝不需UT。

31

PW-27.5

新增条文,UNS06230材料允许采用气体保护电弧焊和钨极惰性气体保护焊。

32*

表PW-39

(1)P-No1、3和4材料,注(1)增加管材堆焊耐腐蚀金属后校直时的应变值要求,(2)见正文七。

33~35

PW-50~PW-52

新增PG-50无损检验人员资格鉴定,取代原来的PW-51.4和PW-52.4,规定了制造厂的责任、取得资格证书的方法和重新认证。

36*

PFT-16

全部取消,见正文八。

37

PFT-23.2

公式中的11000改为火箱顶扳材料的最大许用应力S。这可理解为11000还是上个世纪初期所使用的数值,偏低。

38

PFT-25.2

PG-25.2中的管板原来只包括炉胆的管板,修订后还包括水冷回燃室的管板,即湿背锅壳锅炉的回燃室后板。

39*

PFT-30.2

见正文八

40*

PFT-51.1.1

见正文八

41

PEB-5.1

增加:杂项受压件应符合PG-11的要求。这是因电热锅炉中的压力容器也可按第Ⅷ卷建造,但第Ⅷ卷对电热锅炉中的杂项受压件并无相应规定,为此作了相应补充。

42

PEB-15.2

增加:电热锅炉安全阀或安全泄放阀的整定压力不得大于锅炉铬牌上的MAWP。

43*

PEB-17.2

见正文九

44*

PEB-18.3.2

同序号43

45

A-301.1

第一段的后部增加:持证个人还可作为授权证书的持有者.在授权证书和合格证书上签字。

46*

表格2B

同序号19

47*

A-351.2

同序号19

48

表格P-5

增加填写授权检验师姓名和委任书编号的部位。

49

A-356

序号17,增加:安全阀应按PG-69.2或PG-68.7进行排放量认证。

50

A-357

新增实例10,说明表格P-2B的使用范围。

51

A-390

新增,给出公式中美国常用单位制与SI单位制单位换算的指南。

©2007 Coryright Reserved 版权所有:中石协ASME规范产品协作网(CACI)
地址:北京西城月坛南街26号1号楼4032室
电话:010-68532102 传真:010-68532101 邮编:100825 E_mail:caci@caci.org.cn