ASME规范第I卷2005年增补述评
Commentary to 2005 Addenda for ASME Code Section I(节选)
吕翔Lǚ Xiang
上海发电设备成套设计研究所 Shanghai Power Equipment Research Institute

对ASME锅炉及压力容器规范第I卷2005增补作简要介绍,对其中重要的修改进行学习,并与我国标准中的相应条文进行比较。
A brief introduction to 2005 Addenda of ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I. Leaning some important changes in it and comparing with the relevant provisions in China Standard.

ASME规范增补
ASME Code, Addenda.

        ASME规范第I卷2005年增补共修改71项,其中编辑性修改27项,技术性修改44项。2001~2005年逐年技术性修改总数见附录1。五年合计232项,年平均46项。
       2005年44项技术性修改的主要内容见附录2,现将其中较为重要的作进一步说明,共12项,即:盖板、开孔、安全泄放阀、焊缝的受热条件、T91的焊后热处理、焊接试板、炉门、检查孔、水位指示器、水压试验温度、安全阀和安全泄放阀的铅直安装、图A-8。

一、盖板
1.1 概述
       修订前,图PG-31简图(e)、(f)和(g)中的圆形或非圆形盖板,与筒体的连接方式,简图(e)和(f)为内外侧角焊缝,简图(g)则为部分焊透焊缝。修订后,将简图(g)分为简图(g-1)和(g-2),主要修改内容见表1。这些修改目的是为了使系数C=0.33m的使用条件进一步完善。
表1简图(g)的主要修改(略)
1.2 C=0.33m的含义
       平端盖(或盖板)的周边约束与筒体与平端盖(或盖板)的刚度有关,简图(e)、(f)和(g)中,将PG-31.3.2公式(1)的系数C,用C=0.33m来反映筒体刚度对盖板计算厚度的影响,m=tr/ts,tr为筒体承压所需要的厚度,ts为筒体的最小规定厚度即实际厚度,由于tr<ts,m<1.0。m越小时C相应降低,但不小于0.20,亦即相当于固支。
1.3 非圆形盖板
       与圆形盖板相比,非圆形盖板(主要为椭圆形盖板)要考虑形状与中心不对称使弯矩增加,可用不大于1.0的形状系数来考虑这个影响。为了简便,ASME/BPVC在计算非圆形盖板时,把形状不对称使弯矩增加的影响用筒体刚度来补偿并取C=0.33。
1.4 对修改内容的理解
       1)新增简图(g-1),将原来简图(g)中的部分焊透焊缝改为全焊透,其他不变。这可理解为:经几十年实践,认识到简图(g)需要改用全焊透焊缝才能使周边约束条件与简图(e)和(f)相同。
       2)简图(g-2)即修订前的简图(g),只是适用范围小了,见表1。这可理解为用部分焊透焊缝连接时,约束条件接近于铰支,如果盖板为非圆形,由于弯短增加,系数C将大于0.33,或者盖板虽为圆形但直径较大,两者都使盖板厚度很大。过厚的盖板会使筒体与盖板连接处因形状不连续而产生的附加弯曲应力进一步增加,因此对简图(g-2)中盖板的形状和直径作出限制。
1.5 我国的规定
       简图(g-1)和(g-2)中的盖板与GB/T9222表18序号6的结构较为接近,但对盖板形状、压力和管径的限制各有不同。从以下三方面来看,我国的规定适合国情:
       1)使用范围限于水压试验盖板和低压锅炉的平端盖,偏于安全。
       2)采用部分焊透焊缝加角焊缝,施焊方便。由于我国制造厂中B级厂及以下的占绝大多数,因此特别重要。
       3)对平端盖和水压试验盖板采用不同的系数,可节约钢材。

二、开孔
2.1概述
       对PG-32.1的条款进行重组,有的条款加了小标题便于阅读,个别条款的技术要求有修改。修订前后条款编号的对照见表2。
       表2PG-32.1修订前后条款对照(略)
2.2技术性修改
       1)单孔的定义公式
       修订后,在PG-32.1.3中给出单孔的定义公式,凡中心距不大于规定值L的开孔称为单孔,成形封头,Lh仍按修订前PG-32.1.4.1中的公式,新增筒体上单孔的定义公式,Ls=2X,X为PG-36.2中的平行于器壁的补强范围。
       2)成形封头的开孔部位
       成形封头上允许开孔部位的规定,条款编号改为PG-32.1.4.1,修订内容如下:修订前,开孔边缘至球面或椭球面边缘的距离不得小于封头厚度,修改后,开孔部位应全部处于凸形封头上由球面凸出部分切线和转角半径切线所包围的中央部分,并且离此圆形的边缘不得小于封头的厚度。
2.3对修改内容的理解
       1)补充单孔定义公式的目的
       开孔补强有两种方法,一种是面积补偿法,另一种是通过孔桥减弱系数使整体加厚,前者不影响最小需要厚度,但要考虑开孔周边的应力分布,即有效补强范围。修订后,由于补充了筒体上单孔的定义公式,使单孔的定义更加明确和完整。
       2)单孔定义公式的含义
       成形封头上单孔的定义公式,Lh=(A+B)/2(1-K),K即计算自身补强最大开孔直径时所用的系数,K为表示筒体厚度裕度的倒数,K越小Lh越小,亦即两孔可以更加靠近,反之,当K=1.0时,Lh为无穷大。
对筒体来说,既然是为了确定能否用面积补偿法,则采用Ls=2X的原因也就不言自明了。
       为什么对成形封头和筒体要采用两种不同的公式呢?我的理解是:这是因为球壳的应力只有圆筒体的一半。对成形封头来说,当A=B=d时,取K=0.5,Lh=2d,对筒体来说,由于X至少等于2d,Ls至少等于4d。因此封头与筒体的单孔定义公式,有共性又有特性。
       3)成形封头的开孔部位
       成形封头上允许开孔的部位要考虑边缘所增加的应力(应力集中和附加弯曲应力)与形状不连续所产生的弯曲应力叠加,修订后,用转角半径切线来表示这个形状不连续的起始部位,更为确切。
2.4我国的规定
       1)单孔的定义公式
       我国在这方面的规定与第I卷有以下两个区别:
       a. 对筒体,按孔间应力互不影响的节距确定是否需按孔桥计算,也就是是否属于单孔。
       b. 对封头,由于我国对封头开孔采取整体加厚的方法,所以无需再规定单孔或多孔,只是规定了孔的间距,数值是参考前苏联的规定并结合自己的经验。
       2)成形封头的开孔部位
       我国按开孔边缘到封头边缘的距离,数值来源同孔的间距。第I卷的规定虽然从理论上讲较为合理,但不便操作。

三、安全泄放阀
3.1动作特性(略)
3.2结构型式(略)
3.3频跳(略)
3.4我国的规定

       我国对热水锅炉只使用微启式安全阀,因此PG-72.1的修改内容可供分析我国热水锅炉安全阀故障原因的参考。

四、焊缝的受热条件
4.1概述(略)
4.2对修改内容的理解(略)
4.3 我国的规定

       对锅筒(壳)、管子、管道和集箱的无损检验均不考虑焊缝的受热条件,只按部件类别、外径(或壁厚)、锅炉的工作压力,采用全查或抽查。
       焊缝的完整性主要取决于焊接评定和质量管理,按焊缝受热条件确定是否进行无损检验,可视为质量管理的一种补充手段。按锅炉工作压力确定无损检验的比例,也可视为质量管理的一种补充手段。从这个方面来看,我国的规定适合国情。

五、T91的焊后热处理
5.1T91简介(略)
5.2 主要修改内容(略)
5.3 对修改内容的理解(略)
5.4 我国的规定

       我国于1989年从日本进口T91钢管,对焊接工艺进行了较为全面的试验研究,填充金属为H06Cr9Mo1V等,焊后热处理温度为750℃±10℃。几十台300、600MW锅炉的运行情况证明,T91钢管焊接接头的质量良好。这一焊后热处理温度已列入《火力发电设备技术手册》(2000版)。表PW-39对T91保温温度的修订,从一个侧面证明我国对T91焊接工艺的试验研究是有符合实际的。
       顺便说来,在T91焊接工艺试验研究的基础上,我国又掌握了超临界和超超临界锅炉用的T92的焊接工艺并积累了自己的试验数据,由于表PW-39尚无T92保温温度的数值,我国根据自己的试验,取755℃。

六、焊接试板
6.1主要修改内容(略)
6.2我国的规定(略)

七、炉门
       PFT-40中的焊接门孔是开在水夹套上的孔,用于装炉门框(见PFT-5.3),其结构简图见GB/T16508《锅壳锅炉受压元件强度计算》图13和EN12953《锅壳锅炉》图10.2-10。主要修订内容共两个。
       1)取消原来第二段对装配间隙不得大于3.2mm的限制。
       炉门框与水夹套焊接时,一般用部分焊透焊缝和角焊缝,以目前的技术水平,限制间隙不大于3.2mm已无必要,间隙过小使装配困难,因为除了尺寸公差外,还要求两孔对中。
       2)增加门孔的强度计算,共两个,一个是不需计算门框对板上开孔的补强,另一个是门框的厚度,圆形门框按PFT-51,非圆形按PG-46,亦即把非圆形门框视为有拉撑的平板,节距为水夹套内壁距。
       GB/T16507未给出门框的强度计算方法,我国制造厂可参考PFT-40或EN12953中的方法。

八、检查孔
       锅壳锅炉由于尺寸较小,可用手孔代替人孔,本次修订是可用清洗孔代替手孔,这是因为清洗孔的尺寸小于手孔,涉及PFT-43.1~PFT-43.3,现综合说明如下:
8.1修订原则(略)
8.2我国的规定(略)

九、水位指示器
       卧式火管锅炉是一种一回程锅壳锅炉,锅壳直径较小,所以PFT-47.1中此类锅炉水位指示器最低可见边缘到最低允许水位的距离,应比PG-60.1中的数值要大一些,过去取75mm。修订后按内径大于和不大于400mm,分别规定为75mm和25mm。
       同样,PFT-47.2对机车式锅炉的这一数值,修订后,由按内径大小分两挡改为三挡,即新增内径不大于400mm时,此距离为25mm。
       我国不生产这两种锅炉,同时,我国所使用的最高火界的概念与PG-60.1中的最低允许水位不同。

十、水压试验温度
       新增PMB-21.1,对用P-No8(即奥氏体钢)和P-No1(其中的碳钢)材料制造并且厚度不大于10mm的特小型锅炉,水压试验时的最低水温可从PG-99中的20℃降低至15℃。
       放宽对水温的限制是因为特小型锅炉尺寸小、压力低,再加上这些材料的塑性好,P-No1中碳钢的伸长率均大于20%,至于奥氏体钢则在30%以上,有利于防止脆性断裂。
       我国对碳钢和奥氏体钢材料焊件的最低水压试验温度不作规定,原因相同但规定与第I卷不同。

十一、安全阀和安全泄放阀的铅直安装
       PG-71.2规定:安全阀和安全泄放阀应铅直安装,这是为了防止不铅直时,阀杆等零件重力的分力会使密封面受到损坏。这是各国都有的规定。
       修订后新增PEB-15.3,允许电热锅炉的安全阀或安全泄放阀可以不铅直安装,倾角不大于300。,并规定了对电热锅炉的容积、压力以及其他一系列附加条件。
       曾查阅美国的电热锅炉简图,安装位置与立式锅炉相同,即在顶部装连接管,安全阀就铅直安装在连接管上。PEB-15.3中的电热锅炉,尺寸和压力均规定在PMB-2的范围内,亦即内径不大于400mm,水位以上的空间有限,连接管可能要装在顶部,这大概就是这种电热锅炉的安全阀和安全泄放阀难以铅直安装的原因。请电热锅炉制造厂的同志给予指导。

十二、图A-8
       图A-8用来说明PG-48短拉杆位置和PFT-27拉撑件最大节距,对理解条文有很大帮助,但图中的结构大多都还是几十年以前的,将其中为说明某一要求的简图与GB/T16508或EN12953中相应要求的简图相比,结构比较陈旧,有的结构早已不用。近年来,ASME/BPVC对PET篇进行了不少修改,取消A-8即为一例
       顺便说来,有些涉及结构的条文,例如PWT-11.4,我翻译时为正确理解条文含义,曾画了一张草图请教锅炉设计方面的资深专家,均感无把握。后来将这一问题通过CACI向ASME请教,虽得到一张简图,但不够清楚。因此,建议今后我国制修订锅炉标准时,对复杂的或新提出的结构,最好附有简图。

十三、小结
13.1 新世纪以来,ASME/BPVC加快了修订工作,技术性修改不仅数量多,而且有相当多的修改使标准的先进性又有提高,使我国锅炉标准与ASME规范的差距进一步加大。
13.2 五中全会公报和“十一五”规划建议发表后,我曾结合我国的锅炉标准化工作进行学习,有以下理解:
       1)以人为本。 为了发挥全行业的作用,必须继续消除计划经济体制下政府部门制定标准,制造厂执行标准所遗留的影响。要使全行业都能从锅炉标准中提高技术水平和经济效益。
       2)自主创新。 自主是针对照搬国外而言,强调的是适合国情,自主并不拒绝学习国外先进经验,更非闭关自守。创新并非对着干,新首先要新在标准制定方法的创新上,仍按过去的一套,难以适应新形势下的要求。
       3)发展先进制造业。 对先进制造业,我的理解如下:
       a. 并非只有制造高新技术产品的行业才算得上先进制造业,锅炉作为工业革命时代的产品,它的生命将与工业并存,无所谓先进或落后。
       b. 锅炉制造业的先进性,不能只看到几个厂,也不能要求全行业近千个厂都先进。除了要进行产业结构调整,更重要的是促进制造厂提高技术水平,走共同先进的道路。在这方面,标准化工作应起着重要作用。因此,使锅炉制造厂基本常用的标准先进起来,是提高行业技术水平的一个重要手段。
       最后,在编写本文中的盖板和开孔时,得到上诲成套所锅炉室强度组李立人等同志的帮助,谨在此表示感谢。

附录12001~2005年技术性修改总数(略)
附录22005年增补中的技术性修改(略)

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