我国锅炉标准的发展方向
Development Tendency of Chinese Boiler Standards

吕翔上海发电设备成套设计研究院
Lǔ Xiang Shanghai Power Equipment Institute

对我国锅炉标准的发展方向提出建议——科学化、综合化和市场化,并以实例作具体说明。
Recommendation for the tendency of Chinese boiler standards——scientization, synthesization and marketization, examples are provided for detailed descriptions.
锅炉,标准
Boiler,Standard

0 前言
我国在成套引进捷克和前苏联技术的基础上,于1961年发布了我国的第一批锅炉标准。八十年代,通过采标和成套引进美国技术,使锅炉标准有了较大发展,为国家做出了应有的贡献。在另一方面,与当前客观需要相比,差距是不小的,特别是与受压元件安全有关的标准,由于我国法规的发展滞后,差距更大。这些差距主要体现在三个方面:与发展先进制造业的技术要求不相适应、与转型发展时期的市场需要不相适应和与技术标准国际化的需要不相适应。
为此,通过学习,对我国锅炉标准的发展方向提出建议,供参考,内容包括三个方面:科学化、综合化和市场化。

1科学化
1.1概述

科学的英文science源于拉丁文scientia,意为“知识”、“学问”。《现代汉语规范词典》中科学的释义是:关于自然界、人类社会和思维发展规律的知识体系。由于客观世界的复杂性和发展性,人们对客观规律的认识具有相对性和滞后性,例如我对直流锅炉整体水压试验压力和奥氏体钢受压元件应力腐蚀断裂的认识,都是经历反复后才觉“今是而昨非”的。
《新华字典》中化的释义是:改变事物的性质或状态。我国锅炉标准的科学化,我的理解如下:通过发展化、去行政化和逻辑化来提高标准的科学性。
a) 发展化:即通常所说的标准要与时俱进。在这方面,ASME/BPVC根据各方面的经验对规范定期修订,是该标准长期保持科学性不可或缺的条件。
b) 去行政化:1992年,党的十四大决定提出建立社会主义市场经济体制。在当年的标准化网会议上,哈锅标准室张琦恩主任对计划经济体制下制造厂的生产过程作了非常准确而且生动的五条概括:任务由国家下达,标准由国家制定,材料由国家调拨,产品由国家收购,利润上交给国家。根据现在的认识,至少还可补充两条:设备由国家投资,人员由国家分配。因此,需要对锅炉标准中行政性的规定进行修改补充,使其与社会主义市场经济体制相适应。
c) 逻辑化:标准作为一种对重复性事物的统一规定,需要有较高的逻辑性,才能反映客观事物的本质,而非表面现象。
1.2锅炉标准科学化的探索
1990年,《固定式锅炉建造规程》第一次编写工作会议,通过了20个合理化和完善化项目,见(90)电研标字第008号文。20个项目的名称如下:
改革锅炉原材料入厂验收方法、允许使用A3和A3F制造受压元件、改革与我国材料标准规定不完全相同材料的使用要求、建立设计压力的概念以表示锅炉承压时的整体强度、建立连接件焊缝强度系数、提出锅炉范围内管道附件的设计要求、对基本常用焊缝提出推荐的结构型式、允许用摩擦焊焊接受压元件、允许使用十字焊缝、减少检查试件、确定合理的弯头减薄量、降低安全阀的超压幅度、焊缝外观检查的缺陷评定参考图表、管接头连接焊缝无损检验方法、焊缝弯曲试验合格标准、明确通球试验的目的、提出水管锅炉设计要求、提出锅壳锅炉设计要求、提出通用的锅炉制造厂质量管理手册。
至标准报批时,由于种种原因,不少项目未完成。时隔21年,这些项目是否符合我国锅炉标准科学化的要求,值得反思。现再以锅筒纵缝的错开、碳钢焊缝焊后热处理和管接头焊缝型式为例,再次进行探索。
1.3锅筒纵缝的错开
锅筒纵缝的错开,即不允许使用十字焊缝。
要求错开的理由是:起(收)弧处的焊接质量不易得到保证以及此处如有边缘偏差会形成应力集中。
前苏联法规1988年版对纵缝不错开的锅筒给了出路,如果同时符合以下条件,可以不错开:
a) 应采用自动化焊接方法;
b) 焊缝交叉处应进行射线和超声检测。
上述的无损检测要求,我的理解是射线加超声检测,要求从严。
因此,建议在GB/T 16507.3《水管锅炉 第3部分:结构设计》中补充不等壁厚锅筒十字焊缝的技术要求,除了俄罗斯法规上的两个条件外,是否还要附加对边缘偏差的要求,可以讨论。
如果有条件的厂能够结合本厂生产任务,象北京巴布科克.威尔科克斯有限公司对焊缝上开胀接管孔进行应力测定那样,对十字焊缝进行应力测定,将为使用十字焊缝的安全技术要求提供我国自己的试验数据。
1.4碳钢焊缝焊后热处理
1.4.1概述
此处的焊后热处理,按惯例只包括消除应力热处理。是否应进行焊后热处理主要与以下两个条件有关:
a) 材料的淬硬倾向:按材料的化学成分用碳当量来评估,可使用国际焊接协会(IIW)的公式;
b) 焊件的拘束度:主要取决于接头型式和壁厚。
需要指出,消除应力的力学原理是:材料的屈服强度随温度而降低以及材料的应力松弛。因此,不能理解为可将焊接时的残余应力全部消除,消除应力的英文是stress relief,与泄压(pressure relief)一样,可理解为泄放应力。
我国的现行规定是:壁厚不大于30mm的碳钢焊缝可不进行焊后热处理。其理由是,我国碳钢材料的碳当量较低。
1.4.2ASME规范第Ⅰ卷的规定
ASME规范第Ⅰ卷(下简称第Ⅰ卷)2010年以前版本,表PW-39对壁厚不大于19mm碳钢和碳锰钢受压元件的焊缝不要求焊后热处理的规定只限于环缝,2010年版在附加碳当量和预热的条件下,将此限制放宽到不大于38mm,采用IIW的碳当量公式。
此规定只适用于环缝的原因,可理解如下:焊后热处理是“在一定程度上有降低残余应力的作用”(见周振丰、张文钺《焊接冶金与金属焊接性》),以及环向应力为纵向应力的两倍。
1.4.3EN 12952-5的规定
EN 12952-5表10.4-3对壁厚小于35mm的受压元件的碳钢焊缝不要求焊后热处理,此规定对环缝和纵缝均适用。
1.4.4对我国标准的建议
建议参考国外经验,修改为:母材碳当量不大于0.45%的焊缝,当壁厚小于20mm时,不要求焊后热处理;壁厚不小于20mm但不大于30mm时如果进行预热,也不要求焊后热处理。碳当量按IIW公式计算,预热温度按我国经验经讨论后确定。
1.5管接头焊缝型式
1.5.1接头设计原则
焊接接头的设计原则是:在保证强度和质量的基础上,充分考虑工艺和检测两个要素的要求。这是确定受压元件焊缝型式时的共同要求。
筒体等焊件上的对接接头,采用全焊透型焊缝是满足上述原则充分而必要的条件,这是国内外法规和标准对此类焊缝型式要求一致的根本原因。
管接头焊缝具有应力分布和交线形状都复杂的特点,按接头设计原则来确定合理的焊缝型式,可以较为全面的符合安全技术要求。
补强焊缝需符合补强元件的附加要求。
1.5.2 国外标准的主要规定
表1为第Ⅰ卷、EN 12952-3和前苏联OCT.108.031.10-85(下简称前苏联标准)对不考虑外载管接头焊缝型式的主要规定。表中还列出GB/T 9222《水管锅炉受压元件强度计算》的相应规定。(表略)
1.5.3对国外规定的理解
现将对表1中主要规定的理解说明如下:
a) 焊缝强度:有两个强度要求,即焊接结构的连接强度和补强焊缝的承压强度。采用角焊缝连接时,对焊脚尺寸有要求,即第Ⅰ卷图PW-16.1、前苏联标准图7和JB/T 1625《工业锅炉焊接管孔》表3中的要求。如果用角焊缝还不能满足所需要的连接强度,则需在管壁或筒体上开坡口以提高焊缝的连接强度。使用角焊缝和坡口焊缝的组合焊缝,既可避免角焊缝根部未焊透,又可提高焊缝的连接强度,这是表1中三个国外标准都使用组合焊缝的原因。当开孔需补强时,补强焊缝需有足够的承压强度,即第Ⅰ卷PG-37.2中公式所要求的强度,用PW-15.2中的许用应力修正系数0.875来考虑应力集中和弯曲应力的影响。GB/T 9222也规定按JB/T 6734《锅炉角焊缝强度计算方法》计算补强焊缝的强度。
b) 设计方法:承压设备的安全标准有两种设计方法,即规则设计法和应力分析法,两种方法的原则性差别是:是否对受压元件各处实际存在的应力进行严格而详细的计算。
ASME压力容器和管道技术代表团1985年与中国动力工程学会在上海进行技术座谈。在讨论设计方法时,时任ASME / BPVC主席的W. R. Mikesell作了以下答复:
锅炉中受压元件的应力属于一般水平,按规则设计法(design by rules)已可满足要求,象核电站部件或高压容器那样选用分析设计法(design by analysis)尚无必要。此外,锅炉中受压元件的温度较高,需要考虑蠕变。
见上海成套所《动力快讯》1986,No.1,《与ASME压力容器和管道技术代表团技术座谈工作总结》。
这一答复从一个侧面说明各国的锅炉安全标准部采用规则设计法的原因。
c) 补强理论:补强理论应与所采用的设计方法相适应。第Ⅷ卷第1、2册虽然都采用等面积补强,但第2册只允许采用全焊透型焊缝,见第2册的表4.2.10。再如第Ⅰ卷与EN 12952-3都采用规则设计法,但一个是等面积补强,另一个是压力面积补强,所以对焊缝型式的要求不同。
d) 连接型式:第Ⅰ卷PG-37.3对补强焊缝的要求是:能传递各补强元件所承受的荷载,因此在PG-36.4.2中规定:补强焊缝应当沿管接头周围无间断,而不是沿管接头与筒体的共同边界无间隙。为贯彻PG-37.3和PG-36.4.2中的要求。第Ⅰ卷在PW-36.2中对角焊缝根部规定了要有足够焊透。至于管壁和垫板的补强能力,主要取决于它们本身的强度和补强焊缝的强度,有无间隙并非主要因素。作为规则设计法,第Ⅰ卷和第Ⅷ卷第1册都不考虑这种间隙的影响,而第Ⅷ卷第2册则不允许有这种间隙,这也是第2册规定应采用全焊透型焊缝的原因之一。
e) 型式分析:对锅炉来说,按第Ⅰ卷的规定进行型式分析较为合理,理由如下:
一是有型式论,从各种型式的特点出发规定了相应的安全技术要求;
二是不唯型式论,从规则设计法和等面积补强的实际需要出发,允许根据具体情况选择适用的型式;
三是重在表现,规定了选择条件是两个足够,即补强面积足够和焊缝强度足够。
f) 焊接工艺:表1中EN 12952-3的焊缝型式值得注意,该标准图81-3是管壁上开带钝边的坡口,这说明该标准从外置式管接头单面焊的实际情况出发,并不要求全焊透型。这种型式对锅筒和集箱上的管接头均适用。
1.5.4 对补强焊缝型式的建议
a) 国内外差别的原因
我国标准对补强焊缝型式的规定,与国外的实质性差别是:是否允许补强元件的焊缝采用非整体焊接结构。
b) 对第Ⅰ卷规定的理解
有以下三条:
1)第Ⅰ卷采用规则设计法,这种设计方法不要求对受压元件各处实际存在的应力进行严格而详细的计算,因此对共同边界因有间隙而产生的应力可以不考虑。另一方面,由于计算这种应力的复杂性,在采用分析设计法时就不允许有这种间隙;
2)由于ASME规范各卷中的安全系数均相同,由此可知,是否考虑因此间隙而产生的应力,与安全系数的大小无关;
3)第Ⅰ卷采用等面积补强理论,只要补强焊缝具有PG-37.2规定的为传递荷载所需要的强度,补强元件就能起到应有的补强作用,与共同边界是全部或部分连接无关。
不仅第Ⅰ卷,由表1中其他两个标准补强焊缝的型式可知,都没有我国标准的这种无间隙要求。实践证明,这三个标准的规定是安全的,其中,第Ⅰ卷的规定已实施了50多年。
以上理解是否有误,请强度计算方面的专家和锅炉行业标准化人员赐教。
c) 修改的理由
如果上述理解没有原则性错误,建议对补强焊缝的型式进行补充,理由如下:
——可行性:我国按第Ⅰ卷生产并采用非整体焊接结构焊缝的锅炉有几百台,这些成千上万个非整体焊接结构焊缝安全运行的经验证实了以下论点:按规则设计法进行等面积补强时,对补强元件采用非整体焊接结构因有间隙而产生的应力可不需考虑。
——必要性:在焊接方面,整体焊接结构焊缝需采用内孔钨极氩弧焊,采用其他焊接工艺时需焊后内壁镗孔,工艺复杂。对长管接头,这两种工艺均不适用,只能采用非整体焊接结构焊缝。在无损检测方面,当采用超声检测时,由于以下原因使灵敏度降低,对管径有限制:曲率小时声束扩散大;管壁薄时因声程短,近场于扰大;为增加扫查范围需采用折射角较大的探头,但又易产生变形波。有关标准的适用范围为外径不小于250mm或内径不小于200mm的管接头焊缝。许多厂对小口径管接头开发了自己的超声检测技术,例如济南,可用于外径不小于84mm的管接头,但对锅炉上常用的外径60mm及以下的管接头,目前仍是空白,即使开发出相应的技术,也无法用于集箱上的管接头,只能对表面缺陷进行检验。由此可理解第Ⅰ卷PW-16.3对管接头焊缝可免于射线或超声检测的原因。既然对产品上管接头焊缝的根部,无法用无损检测进行检验,对补强焊缝只允许采用整体焊接结构焊缝也缺少实际意义。因此,从焊接和无损检测方面来说,都有必要允许采用非整体焊接结构焊缝。
上述的成千上万个非整体焊接结构焊缝,如改用整体焊接结构焊缝,资源浪费非常巨大,因此允许使用非整体焊接结构焊缝,非常必要,非常及时。
以上理由是否正确并且充分,请强度计算、焊接和无损检测方面的专家以及锅炉行业标准化人员赐教。
d) 对修改原则的建议
只需在GB/T 9222的第11.3节和第11.5.2条中补充允许采用非整体结构焊缝,其他要求不变。非整体焊接结构焊缝包括角焊缝和部分焊透型焊缝。整体焊接结构焊缝即GB/T9222-1988编制说明中的全坡口型焊缝,也就是全焊透型焊缝。
1.5.5对我国标准的建议
对正在起草中的GB/T16507《水管锅炉》有以下建议:
——GB/T 16507.3:共3项,一是参考JB/T 6734,给出部分和全焊透型以及组合焊缝的定义,二是参考GB/T 16507-1996第10.3.2.2条和JB/T 1625表3给出焊缝的推荐型式和焊脚尺寸。三是规定承受和不承受外载管子和管接头焊缝的强度要求,承受外载时按JB/T 6734,不承受外载时,参考第Ⅰ卷图PW-15.2确定是否需计算焊缝强度,强度计算按GB/T 16507.4中的方法。
——GB/T 16507.4:共3项,一是对GB/T 9222图20中焊缝型式用文字表示,例如图d)~f),在1988年版编制说明中称为全坡口型,建议改为全焊透型。二是在图20中补充角焊缝和部分焊透型焊缝的组合焊缝。三是参考第Ⅰ卷PW-16,补充不承受外载补强焊缝的强度计算方法,制造厂可按此种方法,也可按JB/T 6734。
1.5.6小结
以上对管接头型式科学化所进行的学习和分析,可归纳如下:
一是辯证看。对非整体焊接结构焊缝,既要看到使用这种焊缝时补强元件与筒体间会有间隙,又要看到按规则设计法进行等面积补强时,承压设备强度计算的国内外其他标准都允许不考虑因该间隙而产生的应力。二是要务实办。对管接头焊缝型式的规定,既要考虑强度,还要从焊接和无损检测的实际情况出发,使长、短管接头的安全技术要求合二为一。

2  综合化
2.1 概述

八十年代初期,我国在学习前苏联标准化经验教训的基础上,开展综合标准化工作试点,随后发布了GB/T 12366-1991《综合标准化工作导则》系列标准,现行版本为GB/T 12366-2009《综合标准化工作指南》。该标准对综合标准化给出以下定义:
为了达到特定的目标,运用系统分析方法,建立标准综合体,并贯彻实施的活动。
该定义可理解如下:
a) 特定的目标:符合规定质量特性的产品,对锅炉来说,质量特性包括安全性、可靠性、经济性、可控性和环保。
b) 系统分析:以系统的最优化为目的,对系统内相关要素进行分析的过程。此处的系统为整台锅炉,相关要素即建造过程中的相关要素。最优化则应理解为:以最小的人力、物力消耗来满足锅炉的相应质量要求。
c) 标准综合体:即通常说的标准体系。
2.2与传统标准化的差别
我国标准化资深专家李春田在《现代标准化方法-综合标准化》(在2011年《中国标准化》和《中国标准导报》同步连载)中,提到前苏联标准化工作者通过对传统标准化工作的反思,对传统与综合标准化工作的差别作了总结,主要有5个方面:工作目的、业绩评价、工作计划、制定方法和内容协调。
这5个差别需引以为戒,但从GB/T 12366对综合标准化给出的定义来说,还有一个更为重要的差别,即系统分析所应达到的目的——最优化,这是计划经济体制下粗放经营与市场经济体制下集约经营的差别。《现代汉语规范词典》给出以下释义:
——粗放经营:依靠消耗大量资源来发展生产的生产经营方式。
——集约经营:依靠科学技术进步和现代化管理提高产品质量和数量的生产经营方式。
现以材料入厂验收、金相和断口检验以及锅筒锅炉水压试验压力为例作简要说明。
2.3材料入厂验收
2.3.1概述
JB/T 3375《锅炉用材料入厂验收规则》是在G 0301-61、G 0302-61和JB/Z 201-75的基础上于1983年第一次发布的,以适应计划经济体制时期材料由国家调拨时的需要。2001年修订时,曾对40年来实施该标准的经验教训进行了总结,并参考GB/T 17505-1998《钢及钢产品交货一般技术要求》(eqvt ISO 404-1992)、ASME规范第?卷和第Ⅱ卷以及美国制造厂企业标准,提出用制造厂实施选择材料生产厂的方案,从根本上防止不合格材料入厂,可免除复验或减少复验。由于客观条件的限制,此方案末被采纳。
时隔五年,根据质检总局质检特函〔2006〕17号文,中国特种设备检测研究院和全国锅炉压力容器标准化技术委员会联合对三类压力容器制造厂和A级锅炉制造厂常用材料的入厂验收情况进行调研。调研组认为:所选取材料的复验结果与质量证明书有很好的符合度,建议修改相应的法规和标准,降低复验要求。见《压力容器》2008年,No.11,第42页,尹立军、寿比南等《我国承压设备常用材料质量符合性验收和复验的研究》。
2.3.2对修订的建议
《锅规》报批稿对材料入厂的验收要求是:“按有关规定进行入厂验收”。这表明对入厂验收的集约化必须既积极又审慎。为此,提出以下原则,供参考。
a) 有条件实施选择材料生产厂制度的制造厂,可按本厂的材料入厂验收企业标准进行入厂验收;
b) 尚无条件实施该制度的制造厂,可按修订后的JB/T 3375进行材料入厂验收;
c) 修订JB/T 3375的重点是修改第4章入厂验收项目的确定原则。改为由制造厂根据材料生产厂产品质量情况、不同材料的复验要求来决定。可有三种选择:按材料标准复验、按订货合同复验和按制造厂规定的项目复验;
d) 选择材料生产厂的程序主要为:下厂考查、审核、初次订货、试用材料入厂验收、确定订货要求、对材料生产厂的供货资格保持认可。
我国制造厂的材料采购方法是在“一五”期间建立的,要按上述要求实施选择材料生产厂制度,需要对采购方法从体制和机制上进行改革,难度是不小的。在另一方面,当前我国材料生产厂的生产形势,又为进行这一改革提供了有利条件。因此,希望有条件的厂先行一步,积累经验为行业作出贡献。
2.4金相和断口检验
2.4.1概述
金相检验中的宏观检验用于检验体积性缺陷,微观检验用于检验组织性缺陷。晶间腐蚀试验则是奥氏体钢焊缝必不可缺的检验方法,这是因为奥氏体钢在450℃~850℃的温度区间会在晶界上出现贫铬区,需通过晶间腐蚀试验来评估对晶间腐蚀的敏感性。断口检验则是将钢的断口检验方法用于焊缝,操作简便易行,最适合检验管子焊缝的体积性缺陷。
2.4.2国外规定
第Ⅰ卷和EN 12952-6只对焊缝外观检验和无损检验作出规定,是否进行上述四种检验由制造厂自定。值得注意的是前苏联法规1988年版和俄罗斯法规2006年版的以下规定:
a)四种焊缝均应进行金相检验:筒体、封头和管板的焊缝;气焊和闪光对焊的焊缝;筒体、集箱和管道的管接头以及焊接三通的焊缝;异种钢焊缝。
b)两种情况均可免做金相检验:经100%射线或超声捡测的珠光体钢焊缝;用机械化闪光对焊焊接并每班取样检验质量的管子和管道的焊缝。
2.4.3对国外规定的理解
从集约化的要求来说,国外的规定可理解如下:
金相检验、晶间腐蚀试验和断口检验都属于破坏性检验方法,在产品焊缝上取样虽有代替性但很不经济,对管接头焊缝来说,只能另行焊制试样,代表性很差,这是第Ⅰ卷和EN 12952-6对这三种检验焊缝质量的方法都不作强制性规定的根本性原因,技术性的原因主要如下:
a) 金相检验主要用于焊接评定和焊缝的失效分析,并不作为常规性的质量控制手段。
b) 将焊接评定和外观检验作为共同要求;
c) 对接接头均应100%射线或超声捡测;
d) 管接头焊缝,第Ⅰ卷要求进行强度计算,EN 12952-6则要求按规定进行无损检测。
e) 由于产生组织性缺陷的原因与材料和焊接方法有关,例如过烧组织是焊接接头中的粗大晶粒和晶界被氧化后的氧化物,主要发生在气焊焊缝。这是因为无论是ASME规范第Ⅸ卷还是NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》和TSG Z6002《特种设备焊接操作人员考核细则》,对气焊的焊接评定要求非常简单,全靠焊工的经验来控制火焰热量。难以作出统一规定,由制造厂自订细则;
f) 由于奥氏体钢晶间腐蚀是在较长时间内发生的,需在制订焊接工艺时进行晶间腐蚀敏感性试验,而非在产品焊缝上进行试验。
此外,俄罗斯法规对闪光对焊产品焊缝的检验要求,第Ⅰ卷PW-28.7中有详细规定,可供参考。需要指出;PW-28.7的检验要求是进行弯曲试验而非金相检验,这可能是因为闪光对焊的体积性和组织性缺陷尚无适用的合格标准。
2.4.4对我国标准的反思
JB/T2636《锅炉受压元件焊接接头金相和断口检验方法》对金相检验的规定来自G0305-61《焊缝金相检验标准》对断口检验的规定来自SDJ51-77《电力建设施工及验收技术规范焊接篇》。发布后虽经两次修订,但内容基本相同。几十年的实践证明,现行规定需改进的内容主要有三项:
a) 与焊接评定试件的衔接
在起草JB/T4420《锅炉焊接工艺评定》时,对T形接头管-管试件列入标准的问题,经反复讨论后达成共识,一致认为:ASME规范第Ⅸ卷对工艺评定要求由熟练焊工施焊,目的是为了排除焊工技能对试件焊接质量的影响。管接头与筒体的交线,不仅形状复杂,而且焊缝厚度变化较大。如果用T形接头板一板试件进行管接头焊缝的工艺评定,难以保证焊接质量。
b) 合格标准的繁琐
把气孔和夹渣的指标细化为径向、轴向和周向,既无依据也无意义,特别是断口检验,由于对用氩弧焊焊接或氩弧焊打底手工电弧焊盖面的焊缝可免做断口检验,因此,断口检验对气孔和夹渣数量的规定,更无必要如此细化。
c) 与射线检验合格标准的协调
由于工作原理不同,破坏性检验方法确定体积性缺陷的位置和尺寸的能力与射线检测是不一样的,同为破坏性检验方法,宏观检验与断口检验也不同。尽管观和断口检验仍采用与射线检测相同的合格标准,其原因可理解为:一个是试样的代表性远低于产品焊缝,另一个是射线检测即使是抽查,检出缺陷的机率也高于试样。
2.4.5对修订原则的建议
《锅规》报批稿按集约化的原则,取消了产品焊缝金相检验和断口检验的强制性要求,有利于节约资源。为此,本标准的修订原则应当是:转(生产)方式,调(标准)结构,具体有以下三项:
标准定位的转换
本标准的服务对象,过去主要是产品,现在需要转换到主要为焊接评定和失效分析服务,在需要时,制造厂也可按本标准来检验产品焊缝。
检验试件的修改补充
金相检验主要补充管接头焊缝,常用式虽有二、三十种之多,但可分为三类,即:角焊缝、部分焊透型和全焊透型焊缝。断口检验建议改按美国石油协会(API)相应标准,试样断面较为平整,有利于观察。
处理好合格标准间的关系
两个关系,一个是宏观检验与射线检测合格标准要协调,另一个是断口检验与宏观检验合格标准要有区别。
2.4.6对 GB/T16507.5的建议
补充管接头焊缝的焊接评定要求和奥氏体钢焊接工艺评定的晶间腐蚀敏感性试验。
2.4.7对 GB/T16507.6的建议
补充金相检验和断口检验,试验方法按JB/T 2636,补充奥氏体钢焊缝晶间腐蚀敏感性试验,试验方法按GB/T 4334.1《不锈钢10%草酸浸蚀试验方法》,因这种方法能检验焊缝的腐蚀。
2.4.8对JB/T2636的建议
a)金相检验
补充全焊透型焊缝试件。按现行的承压设备射线检测标准对缺陷评定的要求,修改本标准中气孔和夹渣的合格标准。
b)断口检验
按API1104《管道及与其有关设备的焊接》中的nisk-break test试样,由于该标准用于管道而非管子,因此试件宽度建议由25mm改为外径D并且不大于25mm,刻槽深度改按壁厚的1/2并且不大于3mm。气孔和夹渣的合格标准建议参考 API1104第5.6.3.3条的规定并结合各厂经过进行修改。
2.5锅筒锅炉水压试验压力
2.5.1概述
JB/T 1612《锅炉水压试验技术条件》对锅筒锅炉水压试验压力的规定非常繁琐,亟待改进。
100多年前,在无强度计算、无失效理论、无无损检测的三无条件下,水压试验是防止锅炉爆炸的唯一手段。随着由三无发展到三有,水压试验在防止锅炉失效方面的作用早已退居二线。不仅如此,还发展了一些保证水压试验时保护人员和财产安全的规定。
2.5.2俄罗斯法规的规定
我国法规的相应规定来自前苏联法规1957年版,这个规定是按零部件试验压力大于整体试验压力的原则制订的。主要目的是防止零部件上的接头在整体水压试验时泄露。前苏联法规1988年版对水压试验压力的规定作了重大修改,一是将直流锅炉的试验压力与锅筒锅炉分开,以适应两者流动阻力相差较大的需要,二是取消前述的原则,零部件改按整体水压试验压力打水压,以适应在当时的质量管理条件下简化生产管理的需要。俄罗斯法规2006年版的规定与此相同。
2.5.3对修订原则的建议
以我国原有规定为基础,参考国外先进经验予以简化。
a) 保留项目共两个:一个是零部件试验压力不小于整体试验压力,另一个是超压系数仍按原来规定,因为第Ⅰ卷的1.5和EN12952-3的1.45,对我国均不适用。
b) 修改项目共两个:一个是将基准压力由工作压力改为最高允许工作压力,以适应技术标准国标化的需要,另一个是将零部件的基准压力取等于整台锅炉的基准压力,即锅炉的最高允许工作压力,此规定对蒸汽和热水锅炉均适用,使锅筒锅炉水压试验压力的类别大幅度简化,但直流锅炉零部件试验时的基准压力仍按该零部件的最高允许工作压力。
对我国锅炉最高允许工作压力的建议见本刊2012年No.1。
2.5.4对我国标准的建议
对GB/T 16507.6中锅筒锅炉的水压试验压力建议如下:
a) 将零部件试验压力取等于该锅炉的整体试验压力。
b) 整体试验的超压系数C,锅炉额定压力不大于0.7MPa时,C=1.5,大于0.7MPa时,C=1.25。
c) 整体试验的基准压力,由锅筒工作压力改为锅炉的最高允许工作压力。

3市场化
3.1概述

3.1.1定义
《现代汉语规范词典》对计划经济和市场经济分别给出以下释义:
——计划经济:在生产资料社会主义公有制的基础上由国家按统一制定的计划来控制和管理国民经济的经济体制。
——市场经济:以商品市场为基本调节手段来进行资源配置、调节国民经济的经济体制。
1992年党的十四大以来,从理论到实践都证实了市场经济体制既可以姓资,也可以姓社。
3.1.2市场经济体制标准化工作的特点
与计划经济体制相比,市场经济体制的标准化工作有三个主要特点:
a) 经济关系市场化:有利于供需双方根据具体情况协商合理并且经济的要求。例如第Ⅰ卷PW-11第2段,供需双方可在PW-11对焊缝无损检测要求之外协商附加要求。
b) 企业行为自主化有利于企业通过科技进步来提高竞争力,从而提高标准水平。在这方面,ASME规范是比较突出的例子,每年的增补、案例都来自制造厂的试验研究。
c)
行政管理法治化有利于保护企业的合法权益。例如有知识产权的设计制造技术。
为此,需要在锅炉标准体系中建立一批贸易型标准,包括:产品标准、参数标准、安全标准和验收试验标准。贸易与生产型标准之间最重要的区别是:标准中是否留有由供需双方协商的空间。
3.2技术标准国际化

我国于2001年加入WTO标志着我国的市场经济地位已取得世界各国的认同。我国锅炉产品出口已在对外贸易中占有一定的比例。以火电设备为例,汽轮机可以按GB/T 5578(修改采用IEC 6005-1)《汽轮机规范》签合同,而锅炉只能按欧、美国家的安全标准。八十年代初,某厂按我国锅炉标准生产的出口锅炉,当地的检验人员提出许多需改进的意见,非常被动。锅炉作为承压设备,技术标准国际化的任务比其他工业产品更加重要(涉及安全)、更加迫切(长期未解决)、更加艰巨(要素多并且需与法规一致)。
3.3 ISO 16528
ISO/TC11于1997年在东京会议提出制订承压设备新标准的工作草案。其后,经四次会议,废止了ISO/R 831和ISO 5730并通过了ISO 16528《锅炉及压力容器》系列标准,第1部分为性能要求,第2部分为满足该标准要求所需要的程序。
与ISO/R 831和ISO 5730相比,ISO 16528的特点是具体要求少、原则性规定多。特别是增加了对失效模式的规定,并要求在第2部分的校核清单中对防止各种失效模式作具体说明。应考虑的失效模式是2004年巴黎会议新增内容,至少需考虑5种,2006年北京会议取消了其中的蠕变断裂,正式标准中为4种:脆性断裂、塑性断裂、失稳和接头泄漏。这应理解为:对锅炉来说,仍应考虑蠕变断裂。
技术要求包括对材料、设计、制造、检验、最终检验和试验、产品标志6种要素中应考虑的项目,但未规定具体指标,便于各国根据自己的经验自定,例如对设计裕量,只规定应按预定的失效模式来选用,并未规定安全系数的具体数值,对最终检验,只规定当可能时建议采用水压试验,但如何确定水压试验压力则不作规定,对产品标志,虽规定了应给出最高允许压力,但对确定该压力的方法无规定。
3.4JB/T 6696
3.4.1概述
JB/T 6696《电站锅炉技术条件》中的技术要求是以八十年代初期对进口锅炉技术谈判和引进技术中的技术要求为基础,水平较高,但由于产品的适用范围是高压50MW至亚临界300MW,不仅两头不讨好,中间也不一定合适。由此不难理解为什么欧、美甚至前苏联也没有类似标准的原因。
3.4.2 SD 268
SD 268《燃煤电站锅炉技术条件》是在原能源部《进口大容量火力发电设备技术谈判指南》的基础上给合《电站锅炉技术条件》报批稿制定的,因此标准的定位是订货技术条件,而JB/T 6696则是产品技术条件,这是两个标准的根本性区别。以供需双方相互提供的设计数据为例,SD 286的规定较为详细而JB/T 6696则过于简单。
3.4.3对JB/T6696的建议
作为贸易型的产品标准,标准的定位应转型为订货技术条件,作为招、投标和订货时的指南。这不仅能适应市场化的需要,而且还可以从根本上解决由于产品适用范围广造成技术要求顾此失彼的问题。
修订方案建议以VGB/R 101He《大中容量锅炉订货技术条件》为框架,结合各厂的实践,补充JB/T 6696和SD 268中的具体内容。以VGB/R 101He为框架的理由如下:
该标准对供需双方的责任和权利都有明确规定,并且该标准对产品质量的要求有利于供需双方达成共识。
3.5再热器压降
3.5.1概述
对再热器压降的规定始于SDJ 1-84《火力发电厂设计技术规程》第6.1.2条,“宜为高压缸排汽压力的5%”。根据该标准的编制说明,此数值是“参照国外的有关资料及国内的实际情况”。现行的GB 50660《大中型火力发电厂设计技术规范》第8.1.2条仍为5%,但条文说明中的以下的文字值得探讨:“可以在锅炉技术规范中要求锅炉制造厂将再热器压降限定在高压缸排汽压力的3.5%~4.5%”。
《火力发电设备技术手册》第二卷汽轮机篇,第2-9页对再热蒸汽管道和再热器压降的数值是:通常取再热前压力的8%~12%。给出范围是因为此压降与再热温度、再热蒸汽流量等因素有关。以25MPa/600℃/600℃的汽轮机为例,按上述手册中再热压力的最佳范围,取等于主蒸汽压力的20%,高压缸排汽压力为5MPa,再热器压降仅0.25MPa。该手册还指出:再热温度提高10℃,汽轮机热耗率可降低2%~3%。
3.5.2建议
修订JB/T 6696时建议注意以下两个问题:
a) 为什么SD 286-88没有这个规定?
b) 主蒸汽压力相同时,再热蒸汽温度由540℃提高到600℃时,汽轮机热耗可降低6×0.2%=1.2%,再热蒸汽管道长度基本不变,但再热器管的长度增加很多。不分再热温度高低,把再热系统压降硬性平分的规定公平合理吗?
3.6出厂资料
3.6.1概述
我国在计划经济时期,锅炉的出厂资料与制造厂的设备和产品一样,都是国家财产,也称人民财产。出厂资料的类别和范围由国家通过安全技术法规作出强制性规定。实行市场经济体制后,根据经济关系市场化的特点,不仅财产的性质改变,而且要保护制造厂的知识产权。因此,根据行政管理法治化的特点,安全技术法规对出厂资料的规定也必须不违背国家对保护知识产权的相应规定。
3.6.2国际和国外文件的规定
a) 法规性规定
ISO 16528:至少应提供受压元件的图纸和装配图、受压元件结构尺寸的计算书和经制造厂签字的符合有关标准规定的声明。
第Ⅰ卷:制造厂数据报告。
EN 12952:焊接评定资料、检验报告和水压试验文件。EN 12953的规定比EN 12952更为简单。
俄罗斯法规:出厂证书、图纸、强度计算书、安全阀出厂证书和测量仪表清单。
b) 合同性规定
VGB/R101He:第1.3.4条对出厂资料的规定是:需通过专门协议来提供图纸和计算书。还指出:此类图纸和计算书属于制造厂的知识产权。
注:VGB是德国大型动力设备用户协会的德文缩写,相当于我国的中电联。
3.6.3提供出厂资料的两原则
出厂资料的提供应符合以下两原则:
a) 兼容性原则:在符合法规要求的基础上兼顾供需双方的合法权益。当前,提供出厂资料的难点在蒸汽锅炉的水动力特性计算结果,因为计算方法尚无我国自己的计算标准,各厂按有知识产权的计算方法进行计算。因此,必须按兼容性原则来解决这个问题。
b) 继承和发展并重的原则:作为市场经济体制,应当在向用户提供优良产品的同时还需提供优良服务。因此,建议以SD 268中的相应要求为基础进行修改补充。
3.6.4出厂资料的类别
出厂资料可按其目的分为两类:
a) 证明性资料:证明产品符合有关法规和标准要求的资料,例如锅炉质量证明书等。
b) 服务性资料:为安装、运行和维修提供服务的资料,例如图纸和热力计算资料。锅炉的温度测点需以热力计算资料作为运行监督的依据。
至于强度计算资料,既是受压元件强度的证明性资料,又是安装和维修时的服务性资料。
3.6.5水动力计算的目的
水动力计算包括锅筒锅炉的水循环计算和强制流动锅炉的水动力计算。
水动力计算的目的有两个:一个是计算汽水阻力,另一个是计算蒸发受热面中工质的流动特性,包括流速和流动稳定性,对热水锅炉还要计算出口水温以防止汽化,对亚临界及以上锅炉,还要对防止传热恶化进行校核。
3.6.6水动力计算资料的性质
水动力计算资料属于证明性资料,这是因为:
a) 必要性:锅炉运行中并不需要对水动力计算结果进行监督,只有在发生故障(例如水冷壁爆管)时,需参考水动力计算结果进行失效分析。
b) 可能性:以水循环计算结果为例,验证循环倍率需测定下降管流速,需在下降管中装设液体测速管,它的感压孔需装在管子的中心并对准轴线,技术要求较高,如需验证停滞、倒流和传热恶化,还需测定含汽率,这更是一项专门的测试技术。因此,只有在供需双方有约定时才进行相应的试验并加装所需要的测试设备,试验结束后还需取出并补焊所开设的管孔。
3.6.7现行规定需完善的内容
现行规定需完善的内容有以下三项:
a) 增加强制流动蒸汽锅炉水动力计算的要求:用以证明亚临界及以上锅炉的安全性能。
b) 简化水动力和水循环计算资料的内容:将水动力和水循环计算书或者计算结果汇总表改为主要计算结果,理由已见前述,即:水循环或水动力计算资料属于证明性资料,制造厂只需提供计算的主要结果作为证明文件,不需将计算程序中各项计算数据一一列出。
c) 修改蒸汽锅炉提供水动力计算资料的锅炉参数:由额定蒸汽压力不小于3.8MPa改为不小于9.8MPa,理由是:仍按《蒸规》1996年版。
3.6.8水动力计算主要计算结果举例
水动力计算主要计算结果举例如下:
a) 热水锅炉:根据JB/T 8659《热水锅炉水动力计算方法》,至少应提供最低水速和出口水温的计算结果,自然循环锅炉还应提供整台锅炉循环倍率的计算结果。
b) 蒸汽锅炉:以强制流动锅炉为例,参考已废止的JB/Z 201和正在起草的《超(超)临界煤粉锅炉水动力设计技术要求》,至少应提供对流动稳定性(即多值性)、脉动和双相流体热偏差的校核结果,对额定压力不小于16.7MPa的锅炉,还应提供传热恶化的校核结果。

4结束语
2006年标准网会议时曾对锅炉标准的现状和发展方向作了发言,由于对现状若明若暗,对发展方向更是缺少调查研究,因此言不及义。其后结合《锅规》修订,以党方针政策为导向,参考国际和国外文件,对我国锅炉标准的有关规定进行解剖、学习和分析,编写本文供行业标准化工作参考。
我国锅炉标准的发展方向,首先需要使安全监察部门、用户和制造厂的相互关系,由经济关系国有化时期的关系向符合经济关系市场化要求的方向发展。在技术要求方面,应当随着对客观规律的认识而相应发展。在经营方式方面,应当由粗放型向集约型的方向发展。三种发展可归结到一点:即需要转型发展

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