ASME规范第I卷2006年增补述评(节选)
Commentary to 2006 Addenda for ASME Code Sec. I
吕翔LU Xiang
上海发电设备成套设计研究所Shanghai Power Equipment Research Institute

对ASME规范第I卷2006年增补作简要介绍,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。
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2006年增补(下简称A06)共修改88项,其中技术性修改31项,编辑性修改57项。31项技术性修改的清单见附录。
        对31项技术性修改中较为重要的28项综合说明如下,共14个。

1 膨胀水箱
1.1 概述
        对热水锅炉及其供热系统来说,保证单相流体稳定的水动力特性是防止汽化的必要措施,汽化时会产生水垢和水击,影响安全,高温热水锅炉由于出水温度较高,更加需要重视。
        为了防止供热系统中发生汽化,必须对系统施加一定的压力,使系统中的水始终保持一定的欠焓,称为定压,美国常用的定压措施是蒸汽定压和气体定压,其工作原理见图1。

1―热水锅炉,2-锅炉与膨胀水箱的连接管,3-膨胀水箱,4-热水用户,5-回水管,6-再循环回水管, 7-循环泵,8-压气机。
图1供热系统的定压方法
        图1中的膨胀水箱有两个作用,一个是利用热水降压后产生的蒸汽或外加的压缩气体来防止汽化,另一个是通过再循环回水管使锅炉保持所需要的循环水量,这对直流锅炉特别重要。
        修订前PG-58.3.7中的recirculation,我过去误译为循环水回水管,应为再循环回水管,即图1中的序号6而非序号5,谨向读者致歉。

1.2 主要修改内容
        a.序言倒数第2段改为:与高温热水锅炉连接并且没有中间阀门的膨胀水箱,应按第I卷或第Ⅷ卷进行建造。
        以上修改可理解如下:根据第Ⅷ卷第一册U-1(c)(2)(f)的规定,此类膨胀水箱应按第Ⅷ卷建造,在另一方面,按第I卷序言第4段,如果没有中间阀门,应作为锅炉本体的一部分,按第I卷建造。修订后,使第I卷序言与第Ⅷ卷U-1(c)(2)的(a)和(f)更加协调。
        蒸汽定压的膨胀水箱,有时为了增加蒸汽空间,在连接管上加装了减压阀,在此情况下,膨胀水箱只应按第Ⅷ卷建造。
        b.将PG-58.3.7中高温热水锅炉的再循环回水管删去,将原来的PG-58.3.8改为PG-58.3.9,修订后的PG-58.3.8为新增条文,作为高温热水锅炉锅炉范围内管道的定义,即:从锅炉上的接口处延伸至第一个截断阀并包括该阀门在内的管道,这些管道应列入杂项管道(miscellaneous piping)。
miscellaneous一词的含义是:of various kinds,混杂的。我国制造厂锅炉总清单有杂件一类,因此我过去译为杂项管道,这与PG-11中的miscellaneous pressure parts的译法是一样的。高温热水锅炉的管道与蒸汽锅炉有一些差别,新规定有助于正确划分高温热水锅炉上管道的类别。

1.3我国的规定
        我国对锅炉范围内管道的含义,没有ASME规范或者欧盟标准(EN12952和EN12953)那样明确,同时还有不协调之处,值得注意。

2.圆筒形内压受压件的强度计算
2.1概述
        PG-27对圆筒形内压受压件的强度计算,规定了两个大同小异的公式,分别适用于管子,以及锅筒(壳)、管道和集箱,在本刊2003年No.3《ASME规范第I卷学习札记》(三)中,曾对这两个公式作了简要说明。两者的实质性差别是:管子的公式中有一个0.005 D的附加厚度,锅筒等受压件的公式中有一个系数y。产生这两个差别虽有其历史原因,但其他国家同类型公式中并不考虑这方面的问题,因此其合理性和必要性需重新加以考虑。

2.2 主要修改内容
        共两个,第一个是新增A-317,提出圆筒形内压受压件强度计算的另一种规则,第二个是在PG-27.1中增加相应条文:在确定最小需要厚度或最高允许工作压力时,除了应按PG-27中的公式外,也允许按A-317中的规则。
        A-317中的规则共3条,A-317.1为概述,A-317.2为计算公式,A-317.3为注。
        A-317.2中给出计算最小需要厚度t和最高允许工作压力P的外径和内径公式,t的计算公式如下:
                t=D(1-e-(P-SE))/2+C+f……(1)
                t=Di(e(D/SE)-1)/2+C+f……(2)
        公式中的符号,Di为内直径,f即PG-27.2.1中的e,其余符号的意义与PG-27.3相同。
        A-317.3对公式(1)和(2)中符号E、C、f的数值作了说明,与PG-27.4完全相同。

2.3 对修改内容的理解
        公式(1)和(2)中的第一项为理论计算厚度,在本文中用符号tt表示,以公式(1)为例:
                tt=D(1-e -(P/SE))……(3)
        按高等数学中的泰勒展开式,可将函数e用幂级数表示:
                ex=1+x+……+xn/n!……(4)
        取近似值,ex=1+x,将x=-P/SE代入公式(3),即得:
                tt=DP/(2SE+2P)……(5)
        现将PG-27、A-317和本文公式(5)中tt的计算公式列于表1,有助于理解PG-27与A-317中计算公式间的关系。
表1tt的计算公式

PG-27.2.1

PG-27.2.2

A-317

本文公式(5)

PD/(2S+P)

PD/(2SE+2yP)

D(1-e -(P/SE))

DP/(2SE+2P)

        现以一台亚临界锅炉(MAWP=2900psig)和一台低压锅炉(MAWP=150psig)的锅筒和水冷壁管为例,分别按PG-27和A-317进行计算,已知数据和计算结果见表2和表3
表2已知数据

序号

受压件

P
kpsig

D
in.

Di
in.

Ts

⊿t

T

材料

S
kpsi

y

E

C
in.

e或f
in.

1

锅筒

2900

70

700

50

750

SA-299

15.7

0.4

0.8

0

2

锅筒

150

45

350

50

750

SA-516

15.7

0.4

0.65

0

3

水冷壁管

2900

2.5

700

100

800

SA-210,A-1

10.8

0

4

水冷壁管

150

2

350

100

450

SA-192

13.4

0.04

表3计算结果

序号

受压件

tt

t

按PG-27

桉A-317

按PG-27

按A-317

1

锅筒

9.38

9.09

9.38

9.09

2

锅筒

0.334

0.332

0.334

0.332

3

水冷壁管

0.296

0.294

0.309

0.294

4

水冷壁管

0.0111

0.0111

0.0211

0.0111

        可将以上的分析和计算归纳如下:
        a.A-317的公式是将PG-27中的两个公式,消除两个实质性差别后,用数学方法加以综合而成,在强度理理论上没有变化。
        b.低压锅炉锅筒的最小需要厚度t,按A-317求得的数值与PG-27基本相同,压力增加时,由表1可见,分母中P的影响有所增加,按A-317求得的数值小于按PG-27,表3中的数值,约小3%,这可理解为是否考虑系数y的影响。
        c.由表3可见,管子理论计算厚度tt,无论是亚临界还是低压锅炉,可以认为:按A-317求得的数值与PG-27基本相同,但t的数值不同,这个差别来自附加厚度0.005D。

2.4 我国的规定
        我国在管子与锅筒等受压件的强度计算公式方面不存在前述的两种实质性差别。顺便说来,1968年发布的ISO/R831《固定式锅炉建造规程》中,管子与锅筒等受压件按同一公式计算最小需要厚度,该公式与PG-27.2.2相同,系数y取0.5。

3.系数F
3.1 概述

        图PG-33.3中,系数F的定义见PG-33.3,在与筒体纵轴成不同角度θ的截面上,因承压而产生的应力是不同的,用系数F来进行补偿(compensate),因此F可理解为补偿应力变化用的系数。F的数值与θ有关,沈根荣《引进机组受压元件强度计算方法》曾给出以下公式和相应的表格:
                F=0.25cos2θ+0.75……(6)
        对筒体的横截面,承受纵向应力б2,此时θ=90。, F=0.5,纵截面,承受横向应力б1,此时θ=0。,F=1.0,当θ=45。时,F=0.75。
        系数F用于计算在任何给定截面上进行开孔时所需的总补强面积(见PG-33.2)。当用于孔排时,由PG-32.1.2可知,第I卷对孔排既允许按孔桥减弱系数,用提高筒体厚度的方法进行整体补强,也允许不提高筒体厚度但应对每个管孔进行补强,A-69对孔排补强提供了计算例题,A-05对PG-32.1.2所进行的修订,使含义更加明确。

3.2 主要修改内容
        A06对图PG-33.3给出以下公式:
                F=1-0.5sin2θ……(7)
        由三角中的倍角公式可知,公式(6)与(7)是一样的。
        顺便说来,PG-33.3,F的定义中compensate一词的含义是:give somebody or something good to balance,我过去译为考虑,有误,原文的真实含义是:(对应力的变化)进行补偿

3.3 我国的规定
        我国的规定与第I卷的主要差别有两个:
        a.我国对孔排补强应采用全焊透结构,这表示可供补强的面积只限于管壁和焊缝金属,而第I卷则无此要求,亦即,连接焊缝还可以采用部分焊透焊缝和角焊缝,可供补强的面积中还包括垫板。
        b.按我国的规定,补强后孔排的减弱系数比补强前有所提高,但幅度应小于33%,而第I卷则为:经补强的孔排,减弱系数可取1.0。
        由此可见,我国的规定偏于安全,同时,从A-69的例题来看,为了得到所需要的补强面积,管壁厚度增加了很多,例如其中序号1的管接头,外径4.5in.,厚度达0.875in.,而按B36.10M供货的NPS4管材,壁厚最大的XXS级(特加厚),厚度也只有0.674in.,对于这样的孔排,实际生产中恐怕还难以按A-69的结构进行补强。

4.疏水管道
4.1概述
(略)
4.2主要修改内容(略)
4.3我国的规定(略)

5. 水位表故障
5.1概述(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
        a.我国对水位表的定义按GB/T2900.48《固定式锅炉名词术语》即:显示锅筒或其他容器中水位的表计,因此磁耦合水位表以及其他型式,例如浮子式水位表都包括在内。
        b.JB/T4268《双色水位计制造技术条件》中规定:水位表应装有钢球自密封装置,即PG60.1.6中的自动关闭阀。
        c.我国锅炉技术法规对汽、水连通管上的关闭阀只有原则性规定,因此PG-60,特别是A06,有助于补充按我国法规执行时的细节。

6. 安全阀和安全泄放阀动作性能试验
6.1主要修改内容(略)
6.2我国的规定(略)
6.3其他
        现将对其他两个问题的理解说明如下。
        6.3.1动作性能
        PG-72标题,operation的含义是:way in which something works,对锅炉,它的功能是产汽(热水),手段是运行,对安全阀,功能是泄压,手段是动作,因此译为动作性能。我国三个标准都使用动作性能而非运行性能。
        6.3.2变通规定
        PG-73.4.2.2规定:当试验设备能力不足时,允许采用两个变通规定,一个是容量不足时可按PG-73.4.2.2.1,另一个是汽压不够时可按PG-73.4.2.2.2加装助推器。
        PG-72.4.3.2.1的原文如下:
        The valve,with its lift temporarily restricted during the test,if required to prevent valve damage,shall be tested on steam to demonstrate popping pressure.
我的理解是:对需要防止损坏而在试验时将开启高度暂时加以限制的阀门,应当用蒸汽进行试验以证实其起座压力。这是因为试验设备容量不足时,阀门起座后汽压不足以将阀瓣提升至全开高度,会上下来回运动,即颤振(flutter),因此要在试验时加装挡块对开启高度加以限制。并非“如果需要防止阀门损坏应作蒸汽试验以确定起座压力”这易误解为:不需要防止损坏的阀门就不必进行蒸汽试验。

7. 筒体校圆(略)

8. 工程承包商产品认证
8.1概述(略)
8.2主要修改内容(略)
8.3我国的规定(略)

9. 数据报告格式P-4A(略)

10.文件的确认方法(略)

11. 管材堆焊耐腐蚀金属后的热处理(略)

12.P-No5B材料的焊后热处理(略)

13. 烟管与管板的焊接(略)

14. 特小型锅炉的水压试验
14.1主要修改内容(略)
14.2对修改内容的理解(略)
14.3我国的规定
        我国《小型和常压锅炉安全监察规定》(下简称《规定》)中的小型锅炉,与第I卷中的特小型锅炉,含义大体相同。与第I卷相比,《规定》中的技术要求有一些差别。以水压试验压力来说,《规定》中,锅炉本体水压试验压力与组装后整体水压试验相同,另外《规定》也没有电热锅炉的专门要求。从实际出发;电热锅炉的安全技术要求可以适当放宽。
        过去译PMB篇时,对miniature boiler的译名曾反复考虑,本想译为小型锅炉,但当时我国对小型锅炉的概念与PMB-2相差较大,所以在小型之上加了个特字。现在由于发布了《规定》将miniature boiler改译为小型锅炉是名正言的。
        写完本文已值2006年岁末,在辞旧迎新之际,不免想到我国的锅炉技术法规,不知在新的一年中能否修订完成,这不仅是我个人,恐怕也是我国锅炉行业的共同愿望吧!
        附录技术性修改项目清单
        现将2006年增补中的31项技术性修改列表作简要说明,序号中有*者共28项,在正文中已有说明。

序号

条款号

简要说明

1*

序言

见正文1

2

PG-9.2

(1)取消SA-430,(2)新增两个Ni-Cr-Mo合金材料标准,SB-574和SB-575。

3

表PG-19

增加SB-166中600(N06600)和601(N06601)两个级别

4*

PG-27.1

见正文2

5

PG-27.4注6

增加N06600和N06601

6*

图PG-33.3

见正文3

7*

PG-58.3.7

见正文1

8*

PG-58.3.8

见正文1

9*

PG.59.4.1

见正文4

10*

PG-60.1.6

见正文5

11*

PG-60.1.7

同序号10

12*

PG-60.3.7

同序号10

13*

PG-60.3.7.1

同序号10

14*

PG-73.4.2.2

见正文6

15*

PG-80.1

见正文7

16*

PG-106.7

见正文8

17*

PG-112.2.5

见正文9

18*

PG-112.5.2

同序号17

19*

PW-28.4

见正文10

20*

表PW-39,P-No1

见正文11

21*

表PW-39,P-No3

同序号20

22*

表PW-39,P-No4

同序号20

23*

表PW-39,P-No5B,第2组

见正文12

24*

PB-29.3

同序号19,见正文13。

25*

PFT-12.6

新增条文,见正文10。

26*

图PFT-12.1

同序号25

27*

PMB-21.2

见正文14

28*

PEB-17.2

同序号27

29*

A-18

同序号10,见正文5。

30*

A-302.15

新增条文,同序号19,见正文10。

31*

A-317

新增条文,见正文2。

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