ASME规范第I卷2007年增补述评
Commentary to 2007 Addenda to ASME Code Sec. I

(节选)
吕翔 Lu Xiang
上海发电设备成套设计研究院 Shanghai Power Equipment Research Institute

对ASME规范第I卷2007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。
A brief introduction to 2007 Addenda to ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Sec. I, learning 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2007年增补(以下简称A07)共修改103项,其中技术性修改54项,编辑性修改49项,编辑性修改中有22项是为了改进数据报告填写说明的表达方式。54项技术性修改的清单见附录。
对54项技术性修改中较为重要的28项综合说明如下,共9个。

1.管材和其他受压件用的材料
1.1概述
PG-9规定了按第I卷建造时允许使用的管材和其他受压件用的材料,此处的其他受压件主要是PG-42中的管道附件和PG-60中的安全附件。除了在PG-9中规定它们的通用要求外,还根据不同受压件的工作条件(主要是冷却条件),分别规定允许使用的材料,即现在的PG-9.1和PG-9.2。PG-9.1适用于boiler part,PG-9.2适用于superheater part,其后又陆续发布了PG-9.3~PG-9.6,作为对某些特定条件下的补充要求或专门要求。
PG-9.1,boiler part中的boiler,正如superheater一样,是由boil + er构成,是狭义的,其词义是boil(加热和蒸发)+ er(受热面及有关的受压件),亦即省煤器蒸发受热面锅筒(壳),并非锅炉部件。至于PG-9.2,除了过热器外,我的理解是还适用于再热器。
2001版在PG-9.1中又增加了PG-9.1.1,作为直流锅炉(once-through boiler)的补充要求,并以注2的形式提出直流锅炉给水中溶解固形物含量的推荐值。
A07除了对PG-9作了修改(共4项)外,还对PG-12作了相应修改(共3项),现简要说明如下:
a.PG-9.1中新增SA-333,可用于有冲击试验要求的管道。
b.新增PG-9.1.2,作为对PG-12.2中远程水位传感器的管路和承压筒(pressure chamber)材料的专门要求。
c.PG-9.2中取消了SA-336(因已列入PG-7)和SA-430(原因待查),新增SB-574和SB-575两种低碳-镍-钼-铬合金材料。
d.新增PG-9.7,对SA-789等6个标准中材料的使用范围作进一步的限制。
e.将PG-12的标题改为水位指示器和连通容器用材料,将原来没有编号的条文作为PG-12.1,并增加了允许使用镍基合金。
f.新增PG-12.2,规定了MAWP不大于6MPa的锅炉,允许使用远程水位指示器或水位传感器。
g.新增PG-12.3,作为PG-9.1.2的补充要求。
1.2对修改内容的理解
1.2.1直流锅炉蒸发受热面用材料
与有固定汽水分界线的自然循环锅炉相比,直流锅炉因不能排污,所以蒸发受热面更易于结垢,与复合循环锅炉相比,,直流锅炉由于循环倍率K=1,所以水动力特性较不稳定并易于发生传热恶化。除了对给水品质提出建议外,还在PG-9.1.1中给出允许使用的非铁基材料,即合金。
1.2.2远程水位传感器用材料
PG-9.1.2中规定了远程水位传感器允许使用的材料,包括铁素体钢、奥氏体钢和镍基合金,并在PG-12.3中对奥氏体钢和镍基合金材料的级别作了进一步的限制,奥氏体钢只有304L和316L两个级别,镍基合金只有800等9个级别。加以限制的原因可理解如下:
远程水位传感器用材料首先必须是非磁性的并且耐腐蚀,否则会影响浮子的磁耦合作用,此外,因承压而需要一定强度,这是使用奥氏体不锈钢中的耐蚀钢和镍基合金的原因。
奥氏体耐蚀钢的耐腐蚀性来自铁-铬固溶体中铬对铁的钝化作用,当含铬量达16%~18%及以上时,具有较高的耐腐蚀性。在另一方面,奥氏体耐蚀钢中的碳在一定条件(即敏化)下会与铬化合成铬的碳化物,这部分的晶界会形成贫铬区,一方面降低了耐腐蚀性,另一方面由于晶界附近的电位降低而晶体中的电位并未降低,晶体与晶界构成微电偶电池,使晶界发生腐蚀。在应力和介质共同作用下,这种腐蚀会进一步发展为晶间应力腐蚀。
防止奥氏体耐腐蚀钢发生晶间腐蚀的主要措施为:
a.降低含碳量,只允许使用超低碳的奥氏体耐蚀钢,符号L表示含碳量很低(≤0.035%)。
b.使用低碳的填充金属。
c.焊后进行固溶退火,因为850℃~450℃是敏化温度区间,焊后必须进行固溶退火(加热至1040℃左右后迅速冷却),便铬的碳化物分解并形成均相固溶体。
镍基合金也是非磁性材料,只限于800等11个级别,原因同上。
1.2.3奥氏体-铁素体双相不锈钢
不锈钢按其金属组织的不同可分为铁素体(α相)、马氏体(Μ相)和奥氏体(γ相)不锈钢三种,奥氏体-铁素体双相不锈钢是金属组织主要为α+γ相的不锈钢。α相和γ相所以能在金属组织中共存,与钢的成分和加热温度有关。
α+γ相不锈钢最大的优点是节约资源特别是镍。在性能方面,既具有奥氏体钢的韧性,又具有铁素体钢的强度和不易发生晶间腐蚀。由于要控制相的比例,所以冶炼工艺要求较高,同理,焊接时的高温区会产生明显的相比例变化,有的会完全变成单相组织,因此焊接工艺也同样要求较高。这两个原因使这种材料的使用受到很大的限制。双相不锈钢是1930年发现的,但直到2007年才被允许用于第I卷,难度之大可以想见。
SA-789《一般用途无缝和和焊接铁素体-奥氏体不锈钢管材(T)》中共有16个级别,但PG-9.7只允许使用其中的S31803,这可以理解为对S31803已有了经过验证的经验。
与此相应,在表PW-39中增加了P-No10H材料的焊后热处理要求,热处理温度的数值来自SA-789。
1.3我国的规定
我国已使用磁耦合水位指示器(就地和远程均有)并且有一些生产厂,有的生产厂还持有ASME的S标志钢印。在另一方面,法规对此类水位指示器的规定相对滞后。

2筒体和集箱上的开孔
第I卷2005年增补对PG-32.1的条文重新组合,技术性修改有两个,一个是给出单孔的定义,另一个是对成形封头上允许开孔的部位作了修改,见本刊2006年,No.1,《ASME规范第I卷2005年增补述评》。A07又对筒体和集箱上单孔不需补强的条件作了修改,取消2004版中的PG-32.1.3.1.1~ PG-32.1.3.1.3,将其内容并入PG-32.1.3.1,实质性的修改只有一个,即将PG32.1.3.1.1和PG-32.1.3.1.2中用NPS2表示的限制统一为完工后的开孔直径不大于60mm。
我国在确定此类单孔是否需要补强时所考虑的因素与第I卷基本相同,实质性的差别只有一个,即我国并无孔径不大于60mm这个限制,但这个限制可以认为仅是美国的一个传统性经验规则。

3 卷边式短管
A07对PG-42.1.6第二段,在最后增加了一句,其中提到lap-joint stub end,这是一个什么零件呢?曾多方查找B16.9,但未果。现根据第I卷的其他条文分析如下:
首先是PG-27.4注4(d)和PG-59.1.1.2中都提到lap(Van Stone)joint,我通过当时在美国CE公司标准部实习的上锅胡永源工程师,才知道其结构相当于翻边松套法兰,见第Ⅷ-1卷强制性附录2,图2-4中的简图(1)(见下图)或GB/T9112-2000《钢制管法兰类型与参数》。通过锅筒(壳)、集箱或锅炉本体上的这种法兰,将管子或管道翻边后松套连接,因此管端在连接处并不减薄。

其次,PG-42.1.6中的lap-joint stub end与上述的lap(Van Stone)joint有什么区别呢?我的理解是:stub end是短管的端部,lap joint stub end即端部卷边的短管。如果以上理解无误,这就是图PW-16.1,简图(q-1)~简图(q-4)中的管接头,可译为卷边式短管,以区别于将器壁翻边而成的结构,即PB-19.2中通过器壁扳边形成的凸缘(integral flange),这种结构在我国锅炉行业称为翻边式管接头
以上的理解对否,请读者指正,也希望能提供B16.9中这种零件的简图。

4 远程水位传感器
(略)

5单独进行燃烧的过热器
英文fired一词,直译为烧火的,PG-68.3中的separately fired superheater是一种单独进行燃烧的过热器,这种过热器布置在旁通烟道中,在烟气侧可与锅炉隔绝但工质侧仍与锅炉相通。这种过热器也包括在锅炉本体内,仅仅是在需要时可投入辅助燃烧器。
A07增加了另一种单独进行燃烧的过热器,它与上述过热器的区别是nonintegral,nonintegral在这里的词义是:在锅炉本体外的,nonintegral separately fired superheater布置在锅炉本体外单独进行燃烧的过热器,例如在一台饱和蒸汽锅炉之外再建造一台有自己燃烧系统的过热器,可以同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽。
以上的理解对否,请读者指正。

6安全阀和安全泄放阀组装厂
(略)

 7阀门水压试验
阀门水压试验的目的是为了验证强度,修订后,PG-73.4.1中的试验要求共7项,现将其中较为重要的修改内容和我的理解简要说明如下:
7.1免除水压试验的阀门
免除条件由管径或整定压力不大于规定值改为:
(a)试验时的应力不大于许用应力的50%,这是因为阀门是按规定数系的磅级(150、300、400等共8级,最高为4500)选用而非按整定压力专门设计的,有较大的强度裕量。
(b)不是用铸造或焊接方法制造,换言之是用铸造和焊接以外的其他方法例如锻压,锻压时的压实作用会焊合零件的内部缺陷。
7.2改用空气进行试验
所有需进行超压试验的阀门均可用空气进行试验,不限于排汽进入闭合系统的阀门,与此相应,试验压力由0.2MPa增加到设计压力的1.1倍并需采取相应的安全措施。超压系数由1.5降低到1.1是考虑到不可压缩流体(水)与可压缩流体(空气)在膨胀时比容的变化相差较大,用空气进行试验,如果发生破裂,危害性也较大。

8 胀接管孔开槽
(略)

9 余热锅炉
9.1概述
自上世纪80年代燃气-蒸汽联合循环得到广泛应用以来,余热锅炉的热源除钢铁、化工、造纸等工业废气(液、料)外,又增加了燃气轮机的排气。新修订的GB/T2900.48《电工名词术语锅炉》中,余热锅炉的定义基本不变,只是英文名称由waste heat boiler改为heat recovery boiler 或heat recovery steam generator,因这两个是当前国际通用的英文名称。
钢铁等工业余热锅炉的结构与化石燃料锅炉基本相同,因此第I卷对锅炉受压件的安全要求对这些余热锅炉也适用。至于联合循环余热锅炉,由于排气有较高的温度和背压,有的还采用多个压力级的过热器,有的还有再热器,其结构与化石燃料锅炉差别较大。尽管如此,在A07发布以前,建造联合循环余热锅炉时的安全要求仍与化石燃料锅炉一样,仍按第I卷。
A07新增PHRSG篇,作为第I卷动力锅炉(P)中余热锅炉(HRSG)的专门要求,并规定建造余热锅炉时应将PHSRG篇与第I卷的其他篇共同使用。PHSRG篇中余热锅炉的含义与GB/T2900.48相同,并以燃气轮气排气为例,说明热源的流量变化急剧并且温度较高,此外还说明余热锅炉可以有辅燃。
9.2内容简介
(略)

10小结
每次学习第I卷增补,不仅追踪美国在锅炉安全要求方面的技术进步和质量管理进步,也增加了许多新知识,得益非浅。以PHRSG篇为例,学习后既有收获又有困惑,余热锅炉过热器中的凝结水为什么不能在起动排气时放出,非要装排放管道呢?为什么不能在装减温器的管道中加套管呢?我深感学无止境。我国有好几个制造厂生产余热锅炉,希望能给《ASME在中国》的读者介绍经验。
写完本文正值举行国家科学技术奖励大会,因此除了希望我国锅炉法规和标准能按十七大所提出的方向和方法发展外,还希望有更多的科技成果来提高其技术水平。

附录 技术性修改项目清单
现将2007年增补中的54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。
(略)

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