整理压力容器标准.docx

1、整理压力容器标准一、标准的产生 2二、ASME规范 2三、GB150和JB4732标准 33.1 GB150标准33.2JB4732标准 4四、ASME和GB150JB4732的区别44.1主要压力容器标准的对应关系44.2两种压力容器标准对应关系44.3材料54.4标准制、修订和管理54.5设计思想和安全系数64.6焊接接头及接头系数74.7强度计算84.8外压圆筒加强圈的设置94.9开孔和开孔尺寸94.10焊工考试和管理 94.11焊后热处理 104.12产品试板 11五、学习体会 11一、标准的产生 美国ASME 锅炉及压力容器规范是由美国机械工程师学会(ASME) 的锅炉及压力容器委员

2、会(BPVC) 制定的,是世界上应用最早的标准之一,现已被公认为世界上技术内容最为完整、应用最为广泛的压力容器标准。经过几十年来压力容器设计、制造经验的积累总结和完善, 我国也已形成以GB 150 1998钢制压力容器为核心的一系列压力容器产品标准、基础标准和零部件标准,并以此构成了压力容器标准体系的基本框架。压力容器安全技术监察规程(以下简称容规) 主要解决安全技术监督问题,而不是产品标准。我国作为产品的设计和制造者,遵守容器安全技术监察规程和标准是一致的。如果标准与容规中的规定相抵触时,应以后者为准。目前,国内压力容器标准体系在大多数领域内都有与国外标准相对应的标准,技术内容在总体上也达到

3、了国际先进标准的水平随着我国经济融入全球经济一体化进程的不断深入,外商在华投资或承包国内外项目时,或国内公司承包国外项目时,出现了许多要求压力容器按照国外标准进行设计制造,并要求监检单位按国外标准监检的情况。此外还经常遇到一些要求设备由国内设计制造,而安装使用在国外的情况,这些涉外项目经常遇到压力容器使用标准的问题。对于相关的工程技术人员来说, 将我国的压力容器标准与ASME 规范进行比较、分析,有助于项目实施过程中对两种标准体系的理解和运用。二、ASME规范ASME的内容及与压力容器有关的标准： 目前，ASME规范共有十二篇，包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容：动力锅

4、炉铸造规则。：材料。：核设施部件建造规则。：采暖锅炉建造规则。：无损检测。：采暖锅炉维护和运行推荐规则。：动力锅炉维护推荐指南。：压力容器建造规则。：焊接和钎接工艺，焊工、钎焊工、焊接和钎接操作工评定标准（焊接和钎接评定标准）。：纤维增强塑料压力容器建造规则。：核电站部件运行中检测标准。：运输罐的铸造和连续使用规则。篇幅庞大，内容丰富，且修订更新及时，全面包括了锅炉和压力容器质量保证的要求，ASME规范每三年出版一个新的版本，每年有两次增补。在形式上，ASME规范分为4个层次，即规范（Code）、规范案例（Code Case）、条款解释（Interpretation）及规范增补（Addenda

5、）。ASME规范中与压力容器设计有关的主要是第篇材料、第篇核电厂部件建造规则、第篇无损检测、第篇压力容器、第篇玻璃纤维增强塑料压力容器、第篇核电厂部件在用检测规则和第篇移动式容器建造和连续使用规则。第篇包括核1级部件、核2级部件、核3级部件、混凝土安全壳、乏燃料和高放射性肥料储运运用容器等。第篇又分为三册：第1册压力容器，第2册压力容器另一规则和第3册高压容器另一规则，以下分别简称为ASME-1、ASME-2和ASME-3。三、GB150和JB4732标准3.1 GB150标准GB150-2011为GB150-1998的最新代替版，名称亦由钢制压力容器更改为压力容器（Pressure vess

6、els），并于2012年3月1日实施。内容由通用要求，材料，设计，制造、检验和验收四部分组成。GB150.1-2011为第一部分：通用要求。GB150.2-2011为第二部分：材料GB150.3-2011为第三部分：设计GB150.4-2011为第四部分：制造、检验和验收。本书2011-11-21发布，2012-03-01实施。本标准适用的设计压力：钢制容器不大于35Mpa，其他金属材料制容器按相应引用标准确定。设计温度范围为-269900摄氏度，钢制容器不得超过按GB150.2中列入的材料允许使用温度范围，其他金属材料制容器岸本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定。下列容器不在本标准

7、范围内：1） 设计压力低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；2） 移动式压力容器安全监察规程管辖的容器；3） 旋转或往复运动机械设备中子程序整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；4） 核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；5） 直接火焰加热的容器；6） 内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的容器；7） 搪玻璃容器和制冷空调行业中另有国家标准的容器。3.2 JB4732标准JB4732是中国第一部压力容器分析设计的行业标准，该标准与GB150同时实施，在满足各自要求的前提下，设计者可以选择其

8、中之一适用，但不得混用。与GB150相比，JB4732允许采用较高的设计应力强度，在相同的设计条件下，容器厚度可以减薄，重量可以减轻，一般推荐用于质量大、结构复杂、操作系数较高的压力容器设计。做疲劳分子的压力容器，必须采用分析设计。四、ASME和GB150JB4732的区别4.1主要压力容器标准的对应关系如表4-1表4-1 主要压力容器标准的对应关系我国主要压力容器标准ASME规范（1） GB150钢制压力容器（2） JB4734 100 MPa第卷第三分册 70 MPaJB 4708 2000钢制压力容器焊接工艺评定第卷JB/ T 47301147301 6 2005承压设备无损检测第V 卷

9、4.3 材料虽然GB150、容规、ASME规范中都有专门章节对压力容器用材的标准、牌号及要求进行规定, 但在体系上有很大的差别。 (1)构成体系： ASME规范把压力容器用材标准列为规范第二卷,是规范的一个重要组成部分。我国标准按照不同的类型、用途分别编制了不同的钢材标准,并形成了一个较为完整的体系,其中主要有GB66541996压力容器用钢板、GB35311996 低温压力容器用低合金钢板、GB816387输送流体用无缝钢管,GB/T42371992不锈钢热轧钢板、GB/T30771999合金结构钢、GB/T32741988碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带等标准。钢材的牌号、等级少于

10、ASME规范,GB150在材料的选用方面进行了补充。(2)使用范围： ASME21规定,非本卷许可的其它材料不得采用,而GB150允许使用标准以 外的材料,只要其符合规定的成分和技术要求就可以使用。(3)生产许可：ASME规范的前言明确地指出,按认可的材料标准生产的材料对其生产国家没有限制;采用国内生产的经认可的材料或按照国内标准设计有利于降低制造成本。4.4 标准制、修订和管理我国的压力容器国家标准是由全国压力容器标准化技术委员会负责编制、修订工作,由各地安全监察部门依据国家锅炉压力容器安全监察局的有关法规、规程来控制、监督压力容器的设计、制造和检验各环节,保证产品质量和安全使用。我国标准更

11、强调结构设计能力和制造厂的总体生产装备能力,重视产品的最终检验。 BPVC定期召开会议,研究ASME规范的修订 工作,安全监察和管理工作是通过授权检验机构对建造方取证审查、授权检查和注册登记工作,配合使用压力容器产品的有关法令、法规、行业规定等完成的。美国的标准法规给制造厂以较多的选择,强调生产经验和过程责任,重视压力容器生产过程控制程序和质量体系。4.5 设计思想和安全系数ASME 规范中将设计作为独立的一方,规范中提及的设计是作为压力容器建造方工作的一个环节,是容器制造厂工作内容的一部分,而不是建造方以外的另一方。GB 150 和容规中明确地把设计作为独立于制造的另一方,实行设计许可证制度

12、,标准中规定了设计单位的职责。 设计思想和许用应力GB 150 和ASME 都采用了一次薄膜应力或最大直接应力不得超过许用应力这一设计思想。但两个标准中规定的安全系数有所不同,主要依据的是经验、试验证据和理论评估,同时与其规定的材料标准、计算方法、制造要求和检验要求相适应。GB 150 与ASME 规范所使用的许用应力差别见表2 。表中,b 为钢材标准抗拉强度下限值,s(0. 2 ) 为钢材标准常温屈服强度(或0. 2 %屈服强度) ,ts(t012 ) 为钢材在设计温度下的屈服强度(或者0. 2 %屈服强度) ,tD为设计温度下钢材经10 104 h断裂的持久强度的平均值,tn为钢材在设计温

13、度下经10 104 h 蠕变率为1 %的蠕变极限,MPa 。S T 为室温下规定的最小抗拉强度, S Y 为室温下规定的最小屈服强度, Stc为设计温度下产生(0. 01/ 1000) h 蠕变率的平均应力; St012 为钢材在设计温度下0. 2 %的最小屈服强度, StY 为设计温度下规定的最小屈服强度, StR 为设计温度下10 104 h 断裂的持久强度的平均值,ksi 。如表4-3表4-3 许用应力对比MPa材料标准许用应力取下列各值中的最小值碳钢GB 150b/3.0 s/1.6 st/1.6 Dt/1.5 tn/1.0低合金钢ASME -规划编制单位对规划环境影响进行跟踪评价，应

14、当采取调查问卷、现场走访、座谈会等形式征求有关单位、专家和公众的意见。ST/3.5 SY/1.5 StY/1.5 StR/1.5 StC/1.0综合性规划 （1）土地利用的有关规划；高合金钢GB 150 ASME -b/3.0 0.2/1.5 t0.2/1.5 tD/1.5 tn/1.0 ST/3.5 S0.2/1.5 St0.2/1.5 StR/1.5 Stc/1.0（3）公众对规划实施所产生的环境影响的意见；目前，获得人们的偏好、支付意愿或接受赔偿的意愿的途径主要有以下三类：从直接受到影响的物品的相关市场信息中获得；从其他事物中所蕴含的有关信息间接获得；通过直接调查个人的支付意愿或接受赔偿

15、的意愿获得。压力容器的基本设计思想是一次薄膜应力或最大直接应力不得超过需用应力。计算应力依据的理论是最大应力理论。各国压力容器标准中都应用了这一设计思想，标准中公布的需用应力的安全系数，它比测定的性能值低：a应力评估方法的复杂程度；b一定程度的应力集中及其类型；c材料一定程度的不均匀性；d集合因素；e焊接接头中存在缺陷。市场价格在有些情况下（如对市场物品）可以近似地衡量物品的价值，但不能准确度量一个物品的价值。三者的关系为：各国标准中规定的安全系数有所不同，主要依据的是经验、实验数据和理论评估，同时与其规定的材料标准、计算方法、制造要求您要求相适应。1.依法评价原则；我国压力容器标准与ASME

16、规范所使用的安全系数差别见下表4-4：2）规划实施可能对环境和人群健康产生的长远影响。 表4-4 安全系数对比定量安全评价方法有：危险度评价法，道化学火灾、爆炸指数评价法，泄漏、火灾、爆炸、中毒评价模型等。标准（1）规划和建设项目环境影响评价。材料2）规划实施可能对环境和人群健康产生的长远影响。安全系数标准材料安全系数GB150碳钢、低合金钢、高合金钢3.0ASME规范第卷第一分册碳钢、低合金钢高合金钢3.5JB4732碳钢、低合金钢、高合金钢2.6ASME规范第卷第二分册碳钢、低合金钢、高合金钢3.04.6焊接接头及接头系数ASME和GB150对焊接接头的分类是一样 的,均为A、B、C、D这

17、4类,针对不同接头型式的焊 接接头系数和检验要求有所区别。 ASME规范中,焊接接头系数仅取决于该焊接接头型式和无损检测程度,而与任何其他接头的无损检测程度无关,即1台容器不同的接头可以使用不同的焊接接头系数,对A、B、C、D这4类焊接接 头都规定了焊接接头系数,同时允许采用降低焊接 接头系数而免除无损检测要求。GB150中,焊接接头系数特指A、B类焊接接头,且以射线和超声检测为准,不允许降低焊接接头系数而免除无损检测要求,产品制造完成后必须对A、B类接头进行射线或超声检测,C、D类焊接接头 只要求在限定条件下进行磁粉或渗透检测。现以母材为钢的焊接接头为对象作比较,见下表4-5：表4-5 焊接

18、接头的比较名称接头型式无损检测程度100%检测局部检测无检测我国标准双面焊或相当于双面焊全焊透的对接焊缝钢铝钢铝钢铝单面焊对接焊缝（带金属垫板）1.00.850.900.850.800.85-0.900.800.850.800.700.80-ASME规范双面焊或相当于双面焊全焊透的对接焊缝1.00.750.70单面焊对接焊缝（带金属垫板）0.90.800.65单面焊对接焊缝（不带金属垫板）-0.60双面满角焊搭接接头-0.55单面满角焊搭接接头（加塞焊）-0.50单面满角焊搭接接头（不加塞焊）-0.454.7强度计算在压力容器设计时，主要考虑了两种失效理论：一是过量的弹性变形，包括基于弹性理论

19、的弹性 失稳；另一个是由于过量的弹性变形和塑性失稳，即增量跨塌，设计时通常假定弹性失效。弹性失效是假定当材料已经达到弹性极限时发生的失效，超过这一极限将会发生过量变形或断裂破坏。对于金属材料，弹性极限是以拉伸强度、屈服强度和断裂强度三项来测定。测定弹性失效的三个通用理论是最大主应力理论、最大剪应力理论和变形能理论。各国压力容器标准都应用了上述强度理论用于压力容器的设计，但具体的计算公式却存在着差异。现将国 GB150和ASME规范第卷第一分册有关受内压时的设计计算公式作一比较如下表4-6：表4-6 设计计算公式比较比较项目GBl50ASME第卷第一册圆筒形壳体=PcDi/(2t-Pc)t=PR

20、/(SE-0.6P),环向应力 t=PR/(2SE+0.6P)，纵向应力环形壳体=PcDi/(4t-Pc)t=PR/(2SE-0.2P)椭圆形封头=PcDi/(2t-0.5Pc)，标准型 =KPcDi/(2t-0.5Pc)，非标准型t=PD/(2SE-0.6P)碟形封头=MPcDi/(2t-Pc)t=0.885PL/(SE-0.1P)半球形封头=QPcDi/(2t-Pc)t=PL/(2SE-0.2P)锥段和锥形封头=PcDc/(2t-Pc)Cosat=PD/2Ccsa(SE-0.6P)注：Pc计算压力；Di-内直径； t设计温度下材料的许用应力；-计算厚度；-焊接接头系数；K、M、旷-相关的形

21、状系数，a-锥壳半顶角，t-最小需要厚度，P-设计内压力，R-所计算的内半径，S-最大许用应力值，St-容器设计温度下材料的应力值，E焊接接头系数，L-球形或碟形封头球面部分的内半径，Sm试验温度下材料的应力强度值，Smt-容器设计温度下材料的应力强度值。4.8外压圆筒加强圈的设置 加强圈可设置在容器的内部或外部，应整圈围绕在圆筒的圆周上，容器内部的构件如塔盘等，若设计成起加强作用时，也可作加强圈用。加强圈与圆筒之间可采用连续或间接的焊接，当加强圈设置在容器外面时，加强圈每侧间断焊接的总长度应不少于圆筒外圆周长的12，当设置在容器里面时，应不少于圆筒内周长的13。对于上述加强圈设置准则，我国压

22、力容器标准与ASME规范是一致的。ASME规范中规定每段填角焊缝的长度应不小于51mm，相邻两段之间的最大净距为：外加强圈8t，内加强圈12t，t为加强圈连接外壳体的壁厚。在符合ASME规范的有关条件时还允许加强圈一侧填角焊缝为连续的焊接，另一侧为间断焊的焊接，焊接段的长度应不小于51mm，相邻两焊段间的最大净距应为24t。而在我国压力容器标准中，并未规定每段填角焊缝的长度，同时也未建议使用一侧连续焊，而另一侧为间断焊。 4.9开孔和开孔尺寸 我国GBl50规定壳体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形，当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长径与短径之比应不大于20，而ASME规范第卷第一分册则允许

23、孔的长径与短径之比大于2，0，但应增强短径方向的补强以避免扭转力矩产生的过度变形，且形状不仅限于圆形、椭圆形和长圆形，但其所有转角应具有适当的半径。同时两者在开孔尺寸的限制上存在着差异，见表4-7。 表4-7 开孔尺寸的限制对比对比项GBl50ASME规范第卷第一分册圆筒上开孔Di1500mm时，开孔最大直径dDi/2,且d520mmDi1520mm时，开孔最大直径dDi/2,且d508mm开孔尺寸也可超出前面的限制，但需按大开孔进行补强Di1500mm时，开孔最大直径dDi/3,且d1000mmDi1520mm时，开孔最大直径dDi/3,且d1000mm凸形封头dDi/2经正确朴强后开孔尺寸

24、不加限制锥壳dDi/34.10焊工考试和管理 焊接压力容器的焊工必须经焊接技能评定或考试，取得焊工合格证后，才能在有效期内担任合格项目范围内的焊接工作。最新出版的锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则与ASME规范第卷在许多方面的要求是一致的，但也存在一些差别，见下表4-8： 表4-8 焊工考试和管理对比项 目锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则ASME规范第卷焊工考试(评定)组织、实施单位经所在地市级(及以上)安全监察机构批准，报省级安全监察机构备案的焊工考试委员会持有ASME认证证书的压力容器制造厂考试(评定)内容基本知识理论考试和焊接操作技能考试焊接操作技能考试焊工合格证有效期三年，在

25、合格项目有效期满前3个月由焊工考委会安排复考或免考等事宜(50岁以上焊工不能免考)，中断受监察设备焊接6个月的需重考。未规定有效期限，但焊工或焊接 操作工某一焊接方法在6个月或更长时间内没有操作过，则他的 该项资格被中止评定方法和检验项目对试件进行外观检查、射线透照、弯曲试验对试件进行射线透照，或对试件进行弯曲试验，或对其首次产品焊缝进行射线透照合格证有效使用区域有效期内的焊工合格证，在全国各地同等有效仅在负责考试（评定）的压力容器制造厂内有效4.11焊后热处理 ASME按照焊接母材的分组号分别详细规定了 各组材料必须进行热处理和非强制性热处理的范围,以及各组材料在不同厚度时的热处理要求。GB

26、150 则概括性地规定了须热处理的范围以及热处理的方法,但基本涵盖了各种情况对材料热处理的要求。二者焊后热处理方法的具体规定略有差异,见下表4-9：表4-9 热处理方法比较比较项GB150ASME进炉时炉温400427400以上时加热速率(5000/)/h, 且不大于200/h(10160/)/h, 且不大于222/h升温时各部分温度差任意5000mm长度内不大于120任意4600mm长度 内不大于139升温时各部分最高与最低温度差6583400以上时炉内降温速率(6500/)/h, 且不大于260/h(12700/)/h,且不大于278/h 注:为焊接接头处钢材厚度,mm。 4.12 产品试板为了检验产品焊接接头和其他受压元件的力学性能和弯曲性能,容规里明确规定对压力容器纵焊缝应制作焊接试板,制取试样进行拉伸、冷弯和必 要的冲击试验,凡属下列情况之一的压力容器应每 台制作产品焊接试板:(1)移动式压力容器(批量生产的除外)。(2)设计压力大于10MPa的压力容器。(3)现场组焊的球形储罐。(4)使用有色金属制造的中、高压容器或使用b 540MPa的高强度钢制造的压力容器。(5)异种钢(不同组别)焊接的压力容器。 (6)设计图样上或用户要求按台制作产品焊接试板的压力容器。 (7)GB150中规定应每台制作产品焊接试板的压力容器。 而ASME规范第卷第一分册对常规经过焊接工艺评定合