2002年ASME规范技术研讨会讲稿
华东理工大学丁伯民

本篇文章是丁伯民教授2002年11月在2002’北京ASME规范产品研讨会上的讲演稿提纲。讲演的主要内容是介绍2001版美国ASME规范第VIII卷有关压力容器设计方面的最新发展及与过去版本的不同之处。实际讲演中还穿插介绍了许多ASME规范设计思想的演变和最新发展动态,对理解ASME规范有很大的帮助,本稿中未收录。

一、VIII-12000A的修改,主要有:
       1)UG-16(b),“壳体和封头的最小厚度”改为“承压部件的最小厚度”,并相应增加(b)(5)节(a)、(b)、(c)、(d),即包括了某些管子,也要满足最小厚度要求。
       2)UG-22,载荷中增加由爆燃引起的各种异常压力。
       3)UG-35.2(b)(1)(a),“盖板松开”改为“封闭件松开”。
       4)UG-40(a),补强范围中增加“所有尺寸都是指已腐蚀后的状态”。
       5)增加UG-44(j),关于锻制接管法兰的规定。
       6)修改1-7(b)(1)的编排,似无实质性改动。
       7)1-8(b)第一步[1-8(c)第一步],增加:如FL(FS)为负值,则应按U-2(g)设计*。
       1-8(b)第五步[1-8(c)第五步],增加:当B值对应有多个A值、例如当B值落在曲线的水平部分时,则应采用最小的A值。
       8)3.2,修改公称厚度的定义。
       9)修改13-5注(2)
       13-9,对式(15)、式(39)勘误。
       13-17(d),对I11、I21式勘误。
       10)修改23-1,23-2,23-5
       11)修改24-1(e)
,允许对不同类型的卡箍使用经修正后的公式。
       修改24-3中对AbL的说明以及符号We。
       12)修改26-3(a)式(4)中由内压产生的弯曲和薄膜应力之和为0.7倍。
       修改26-3(b)中疲劳寿命的有关公式。
       由于上面的修改,对26-8的实例作了相应修改。
       13)A-2中增加对S的说明并修改Sa的说明。
       14)AA、特别是AA-2有较多的修改。
       15)增加附录H:应对爆燃产生的载荷的指南。

二、VIII-1 2001版的修改
       见2001版的修改一览表。以下就主要修改作出分析。
       1)UG-32(e),附录1-4的注(1),80000PSi改为70000PSi。
       分析:因nb由4.0改为3.5,但此类封头的应力水平不能提高。
       另外,98有误译。
       2)UG-45,增加开头的一段。
       分析:明确接管颈部厚度应同时满足强、刚度和最小厚度要求,并校核剪切应力。
       相应在附录L 的举例中作了全面补充。
       3)UG-46(g)(1),修改人孔尺寸(加大)。
       4)13-8(d),修改并增加(4)。
       分析:对于带加强的矩形截面容器,提醒用户注意在过渡转角区存在局部高应力,即不能把W/2的侧板用于组合截面。但并未提供具体的设计方法。
       5)14-3(a)(1),对大开孔平板套用法兰的力学模型时,对其中的某些项目作了说明,如hg=0, MG=0,无接管时,SH=SR=0。
       14-5,增加了两个算例,对“有接管”和“无接管”作出示例。
       分析:关于“有接管”和“无接管”,在现译本中加译注说明。
       6)26-3(d),为防止膨胀节的扭曲失稳,要求进行的试验压力,由1.5PW改为按UG-99或UG-100的压力。
       分析:因nb修改而引起的相应修改。
       7)27-5,对搪玻璃容器的低温操作作了补充。
       分析:主要补充了不锈钢容器的冲击试验要求和规定。
       8)L-9,确定MDMT的实例,因许用应力修改(nb由4改为3.5),所以几乎全部修改。
       9)增加L-10,管子对管板焊缝的强度计算。

三、VIII-12001版译文的修改
       对我所分工部分2001版译文的主要修改意见,已刊在《ASME在中国》2002№1这些意见是由我向校者交译稿时一并提交作为参考的,正式译文都予采用了,说明校者对此不持异议。现择其要者分析如下:
       1)Construction,98及以前大多译为制造,现译为建造,以区别于Fabrication。
       2)Reinforcement,98及以前并未正确区分补强及加强,现对涉及开孔者译为补强,涉及大、小端圆筒连接时译为加强,涉及焊接结构时译为余高。
       3)Failure,原意为失效,98及以前译为破坏,恐不甚达意,因失效了的不一定破坏(如法兰连接件的泄漏),破坏了的则一定失效。现对Failure,Fracture (Break) Burst严格区分。
       4)UG-37(a),对tr的定义,98及以前译为“对所用的压力按本册规则计算得的基于周向应力的无缝壳体或成型封头所需的厚度”。
       按此定义,基于周向应力的成型封头所需的厚度就无从算起。
       故现译为“基于周向应力计算所得的无缝壳体所需厚度或成型封头按本册规则计算得的所需厚度。
       5)UG-37(C),承受内压时的设计,98及以前译为“承受内压的壳体或成型封头,任何给定平面上的开孔所需的补强总面积A……”。
       按照此译文前后的理解,在壳体或成型封头任何给定平面上开孔的A值按规范所列公式计算,计算公形式中包括了系数F,F则根据开孔结构型式由图UG-37查取,而图UG-37中的夹角θ以及F定义中的“不同平面”当然也就顺理成章地理解为在壳体或成型封头上的任何给定平面。这样就引起了一系列错误,也影响到了国内的有失标准。
       故现译为“对于承受内压的壳体或成型封头,通过开孔的任何给定平面上所需的补强面积A……”。
       这样,在图UG-37中的夹角θ当然也顺理成章地理解为通过开孔(中心)的任何平面与壳体纵轴的夹角;在F定义中的“不同平面”同样理解为通过开孔(中心)相对于容器纵轴的不同平面。
       6)附录1-5(d)和附录1-8(b)的标题,98及以前译为“对于锥形封头和无过渡段的变径段,……,则应在锥体与大筒体连接处进行补强”。意指对于锥形封头,不论是否有过渡段(即折边)必要时都应在连接处进行加强。这显然和ASME原意不符。
       故现译为“对于无过渡段的锥形封头和变径段,……,则应在锥壳与大筒体连接处进行加强”。
       7)附录2-5(b-1)和(b-2),98及以前分别译为“并确定螺栓欲使连接分开Am1数值的两个要求之一”和“并确定螺栓Am2数值的两个要求中的一个”。
       照译文理解,不论是操作状态的Am1或预紧状态的Am2,都有两个要求。把螺栓截面积数值Am有Am1和Am2两个要求曲解为Am1和Am2各有两个要求,显然和ASME原意不符。
       故对2-5(b-1)和(b-2)分别现译为“并确定螺栓数值两个要求之一,即Am1”和“并确定螺栓数值的两个要求中的另外一个,即Am2”。
       8)附录L-7的注,98及以前译为“但对所有通过圆筒形壳体的开孔F值都取1.0……”。
       由此译文并联系UG-37对F的定义,使用户难以理解。故现译为“但对圆筒形壳体上通过开孔的所有平面的F值都取1.0,……。”
       以下是未向校者提出,即未在《ASME在中国》刊出者。
       9)UG-36注23,99A已做出修改,但98译文未照99A。99A对注23删除了其中的“安全系数在4-5范围内所取得的经验而制订的”部分。恐主要和安全系数nb的修改有关。
       10)附录2-3,附录2-5(C)(2)对Wm1的说明,98及以前译为“对U形管式换热器浮头管板的法兰或其它类似的设计,……”未正确表达ASME的原意,故现译为“对于成对法兰中夹一浮头管板、U形管换热器管板或任何其它类似的设计,……”。
       11)附录3-2,容器壁公称厚度,99A已作出修改,但98译文未照99A。其要点是板材的公称厚度根据制造厂的选择而定。
       12)附录9,98及以前译为“夹套容器”,且对其适用范围(a)译为“附录9的规则包括压力容器的夹套部件对设计、制造和检验的最低要求。容器的夹套部件定义为内壁、外壁……”。易使用户误解为仅是夹套,且将夹套作为容器设计。故现译为“带夹套的容器”,其适用范围(a)相应译为“附录9的规则包括对压力容器带夹套部分的设计、制造和检验的最低要求,容器的带夹套部分定义为内筒壁,外筒壁……”。
       13)附录26-1(a),关于膨胀节的轴向变形量,98及以前译为“膨胀节装配到压力容器上所形成的角偏差和(或)侧向偏差,只要其偏差量在膨胀节设计中已考虑到,是可以允许的”。此段漏译一重要的前提,故现译为“……,只要其偏差量是确定的且在设计中已考虑到,是可以允许的”。
       14)附录26-3(a),关于膨胀节设计中对Sa的定义,98版译为“交变压力和位移分量在柔性元件中产生的最大组合经向薄膜应力幅和弯曲应力幅。”对疲劳设计中所采用的应力范围(Stress range)误译为其一半,即应力幅(Stressamplitude),以致可能引起计算出错。故现译为“压力和位移的交变分量在柔性元件中产生的最大组合的经向薄膜和弯曲应力范围”。
       15)附录AA-2.1(a),关于危险工况,98版译为“一般来说,不可能通过观察来确定最危险的压差条件(由于Ps和Pt)和管子与壳体之间的热膨胀差(由于г)条件”。如果果然是译文所表示的最危险的压差条件和最危险的热膨胀差条件,则是可以通过观察来确定的。问题在于,对固定式管板而言,危险工况不是由压差或热膨胀差单独确定,而应由压差和热膨胀差综合确定。故现译为“一般来说,不可能通过观察来确定同时发生的压差(由于Ps和Pt)和管子与壳体之间的热膨胀差(由于г)的最危险条件”。

四、对VIII-1 2001版某些译文的商榷
       因工作需要接触了一些并非分工予我的译文,发觉有些可能会曲解ASME原意而引起误用之处,故择其要者提出商榷。
       1) UG-80(b)(3)(b),关于求取带有纵向搭接接头受外压容器的最大允许偏差e值时所用的t,2001及以前译为“对于纵向搭接容器,t=公称板厚加上允许偏差,即t+e”。本节旨在求取允许偏差e值,为此,先要确定L、Do、t,故对各种结构壳体的L,Do和t分别作出规定。根据2001及以前的译文,t=公称厚度加上允许偏差,即t+e,这样就进入了“鸡和蛋”的逻辑性死循环,使用户无法解决。
故建议改译为“带有纵向搭接接头的容器,t=公称厚度,且允许偏差为t+e”。
       2) UG-84(C)(5)(a),关于冲击试验的试样尺寸和试验温度,2001及以前译为“若试样能得到的最大缺口宽度小于0.315in.(8mm),则试验温度应比最小设计金属温度低,其值见表……”。从译文的理解,其值应是指试验温度,这样就引起了误解。故建议改译为“……,所低的值见表……”。
       3) UG-84(h)(3),关于焊接工艺评定的冲击试验取样,2001及以前译为“……,其工艺评定试验应取三组试样,一组热影响区的试样应按上面(g)(2)所述取样。两组冲击试样应靠近材料一侧表面[1/16in.(1.6mm)以内]取样,一组如上面(g)所述在材料另一侧面与厚度中心两者中间部位取样”。使人不清楚究竟取三组还是四组试样;为何两组试样都要在材料同一侧表面取样。故建议改译为“……。两组冲击试样应取自焊缝,其中一组应靠近材料一侧表面[1/16in.(1.6mm)以内]取样,一组如上面(g)所述在材料另一侧表面与厚度中心两者尽可能靠近中间部位处取样”。
       4) UG-84(i)(2),关于容器(产品)的冲击试板,2001及以前译为“……焊接工艺的要求做冲击试验时应制备容器(产品)的冲击试板……”。译文并未说明应在容器的哪个部位制备试板,如为焊缝处,则是哪类焊缝处。故建议改译为“……,焊接工艺的要求做冲击试验时应对全部焊接接头制备容器(产品)的冲击试板……”。
       5) UG-99(d),关于液压试验时检验师的拒收,2001及以前译为“但当液压试验压力无论有意或无意识地超过了(C)规定的数值,并使容器出现明显的塑性变形时,检验师有权拒绝接受该容器”。此处把permanent distortion译为“塑性变形”恐有所不妥,故建议改译为“……超过了(C)规定的数值,其程度使容器出现明显的残留(或永久)变形时……”。
       6) UG-99(i),关于容器液压试验时的注意点,2001及以前译为“在容器的最高部位应设排气口,……。”因液压试验时涉及立试或卧试,故建议改译为“在容器试验状态的最高部位应设排气口,……”。
       7) UG-101(j)(3),关于验证试验时材料力学性能的确定,从98版开始就漏译“当采用薄板材时,取自用于验证性试验、满足本节各项要求的元件同一卷板材上切下的另一块试样”。
       8) UW-11(a)(5)(b),关于射线透照程度和焊接接头系数的关系,当要求最高的焊接接头系数,对相关的焊接接头提出检测要求时,2001及以前译为“与容器筒节或封头A类对接焊缝相交的或与无缝的容器筒节或封头连接的B或C类焊缝[但不包括接管或连通室的B或C类焊缝,上述(a)(2)要求者除外]应符合(作为最低要求)UW-52抽样透照检测的要求”。
由于C类焊缝有对接和角接之分,此处笼统地只提C类焊缝,当然就理解为包括对接和角接,这样就曲解了ASME的原意,ASME在此处仅指C类对接焊缝才有此要求,C类角接焊缝则无此要求。所以,建议将“B或C类焊缝(二处)”改译为“B类或C类对接焊缝”。
       9) UW-13(g),关于接管颈与管道的连接节点,2001及以前译为“对于接管颈与壁厚比它薄的管道相连接的情况[见U-1(e)(1)(a)],即使过渡区壁厚比本篇所需壁厚还薄……”,致使在阅读该结构图即图UW-13.4时引起矛盾。译文中“过渡区”系“管道”的误译。
       10) UW-18(d),关于角焊缝的结构尺寸和载荷校核,2001及以前译为“除了本册其它节已给出的基本尺寸外,角焊缝的许用载荷应等于……三者的乘积”。按此译文,也可理解为角焊缝除应满足其它各节已给出的基本尺寸外,还应按……三者的乘积校核其许用载荷。这就曲解了ASME的原意。ASME 的意思是,对满足本册其它各节已给出基本尺寸的焊缝,不需再作强度校核,否则,则应作强度校核。故建议改译为“除非本册其它各节已给出基本尺寸(而不需要校核许用载荷)外,角焊缝的许用载荷应等于……三者的乘积”。
       11) UW-20(a)(1),关于管子对管板连接焊缝中全强度焊缝的定义,2001版译为“该焊缝也要保证管子对接头不泄漏”。意指管子接头不泄漏并不是全强度焊缝的特性,而是应对之提出的要求。ASME原文并非此意,而是指管子接头不泄漏是全强度焊缝的特性。故建议改译为“该焊缝也保持了管子连接处不泄漏”。
       12) UW-20(a)(2),关于管子对管板连接焊缝中部分强度焊缝的定义,2001版译为“部分强度焊缝是根据管子轴向(在两个方向之一机械和热的载荷确定强度。该载荷按实际的设计条件确定。焊缝轴向的许用载荷可按照附录A或UW-18(d)确定。该焊缝也要保证管子接头不泄漏”。译文除存在和UW-20(a)(1)同样的误译外,还误译、漏译了某些相当重要的内容。故建议改译为“部分强度焊缝是指其设计强度系以管子轴向拉伸或压缩的机械或温差载荷为基础,而这些载荷是由真实设计条件确定的。此焊缝的最大许用轴向载荷可以按照下面(d)款,附录A或UW-18(d)确定。当管子对管板连接处的焊缝符合下面(d)款的各项要求时,这种部分强度焊缝及其连接不需要作剪切载荷试验评定。该焊缝处也保持了管子连接处不泄漏。
       13) UCS-66(a)(1)(a),关于焊接件对接接头的控制厚度,2001及以前译为“为最厚件的公称厚度”。照此译文并对照图UCS-66.3的简图(a),发现二者是矛盾的,导致用户不知该取何值。故建议改译为“为最厚焊接接头的公称厚度”。
       14) UCS-66(a)(1)(d),关于组焊件的控制厚度,2001及以前译为“应确定每个单独焊件的控制厚度和……”,“凡被焊件控制厚度超过4in.且……”。照此译文并对照图UCS-66.3的简图(b),也发现二者是矛盾的,导致用户不知该取何值。故建议改译为“应确定每个单独焊接接头的控制厚度和……”“凡在任何焊接接头处的控制厚度超过4in.且……”。
       15) UCS-66(d),关于对低强度、小尺寸管子材料冲击试验的免除,2001及以前译为“材料厚度和规定最低屈服强度值(SMYS)不低于下表所列值时,允许免做冲击试验”。
译文明确表示为允许免做冲击试验的条件是厚度大,SMYS值高,这和ASME的原意恰好相反。
故建议改译为“也允许在厚度不大于下表规定材料最小屈服强度的对应值时免做冲击试验”。
       16) UCS-66(b)(1)(a),关于低应力元件MDMT的降低,2001及以前译为“对于这类元件和对于MDMT不低于-55℉(-48℃)的元件,根据(a)款……予以降低”。译文明确指出是两类元件,据前后文的理解,为比值小于1的元件和MDMT不低于-55℉(-48℃)的元件。显然和ASME的原意不符。
故建议改译为“对于这类元件且MDMT不低于-55℉(-48℃)者,根据(a)款……予以降低”。
       17) UCS-67(a)(2),关于用填充金属制造的焊缝需作冲击试验的情况,2001及以前译为“连接的母材按UCS-66(g)或图UCS-66中曲线C或D,且MDMT低于-20℉(-29℃)但不低于-55℉(-48℃)可免做冲击试验,而所用的焊接材料按其SFA标准规定的冲击试验温度分类高于MDMT的”。标题是需做冲击试验的情况,但内容却是“免做冲击试验”,使用户难以理解。
故建议改译为“当按UCS-66(g)或图UCS-66中曲线C或D免做冲击试验的连接母材,且MDMT低于-20℉(-29℃)但不低于-55℉(-48℃)时,除非采用了按适用SFA标准在不高于MDMT的冲击试验做了分类的焊接材料。

五、对VIII-1的某些疑问及讨论
1.关于附录EE半管式夹套
       半管式夹套首次列于1991A,并查到1994年,M·H·Jawad发表的基础性分析文章。包括1992版在内,并未谈及容器属于正压或负压操作,但根据其基础文章的应力分析原理可知,应可应用于正压或负压。从98(或95)版起,增加了一个总则,说明仅适用于壳体或封头内均为正压、夹套内也为正压的两种情况共存状态。这样就把半圆夹套能用于负压容器的可能性予以排除。此点似可讨论。此外,如也可用于负压,则也未计及半圆夹套对容器能起的加强作用,也似可予讨论。

2.关于压力试验压力值的调整系数
       关于液压(或气压)试验时的试验压力值,各版都取1.3(1.1)Pw并乘以试验温度对设计温度时许用应力的比值,并说明该许用应力的材料是建造容器的材料。
       问题在于,建造容器的材料中除筒身、封头、接管等以外,是否也包括连接螺栓。因为对于一般板材、锻件,管子而言,常取nb =3.5, ns =1.5,而对于螺栓,则常取nb =5,ns =4,所以是否有必要包括螺栓在内,可予讨论。
《ASME在中国》2001,№3刊登了解答,认为应包括螺栓,但未说明原因。

3.关于外压锥壳上的加强图设计
       在图UG-33.1中列有设置加强圈的外压锥壳,但仅对锥壳的设计作出规定而未提及加强圈的设计方法,有人认为可照外压圆筒上加强圈的同样方法设计,是这样吗?

4.关于壳体在成形后的尺寸允差
       以圆筒为例,在UG-80中规定,内压圆筒:Dmax — Dmin≤1%D,外压圆筒:除和内压圆筒相同外,还要控制e值,e值由规定尺寸的样板测量,并由规定的图表查取,二者都和L/Do、D0/t有关。
       问题在于,为何不再控制棱角值,而VIII-2中为何对内压壳体还要控制棱角值?

5.关于凸形封头上的直边段
       VIII-1一直规定:内压封头厚度大于圆筒厚度时应设置直边段,小于圆筒厚度时可以任意。直边段的长度则根据制造要求确定,为3th,且不小于3Y,但不超过1?in.。外压封头和内压封头要求相同。
       VIII-2在2001版前则对内压封头要求从封头切线起在的距离内不小于th,对外压封头则仅从制造要求出发,和VIII-1规定相同。但这一规定从2000A(或99A)起已予取消。
       问题在于:直边段究竟起何作用?是制造需要还是应力分析(边缘应力)需要?对国内标准而言,如何对待不满足直边段长度的封头?

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