对新版GB150(和ASME_Ⅷ-1对照)的解读

对新版GB150(和ASMEⅧ-1对照)的解读(和设计相关的内容)华东理工大学丁伯民2012.5.12-13兰州前言(1)本班称为解读班，是在大家熟悉原GB150以及对ASMEⅧ-1也有一定熟悉的基础上对新GB150的解读，包括主要修改(因旧版有误或因故所作的调整)、主要补充、某些和《容规》不符内容的分析以及对某些问题的分析和讨论。并非培训，更不是宣贯。毋庸讳言，从1967年版的《钢制化工容器设计规定》，到各版的《钢制石油化工压力容器设计规定》、1989和1998年版的《钢制压力容器》到本版，都主要参照相应年代的ASMEⅧ-1和Ⅷ-2，其中所参照内容和ASME规范有所出入者，系由于技术政策的不同、或漏引或误引所致。本人对征求意见稿、报审稿和报批稿以邮件和向容标委会领导当面讨论的方式提了多条意见，大部分已吸取，但仍留下一些可予商榷的内容。前言(2)本人在向容标委会提出书面意见时表示:标准存在一些问题，并不是对某一元件一定会出事故，但可能出现事故和潜在事故的机率肯定増大，我也听到了一些反映，且在国际同行交流中也会引起一些影响。据此，可能涉及对标准某些内容的商榷，但这些可商榷之处都以其基本原理和参所照规范ASMEⅧ-1相应内容为依据，望大家对照查阅，但仅作为业内参考，在执行时则应以GB150为准。本班仅对涉及新版GB150和ASMEⅧ-1相关的修改或可商榷内容联系ASMEⅧ-1或其它标准进行解读，并非对GB150和ASMEⅧ-1的系统讲解。前言(3)本版GB150《压力容器》，总体上要求按照新《容规》，其编排方式和国际接轨，分为通用要求，材料，设计，制造、检验与验收要求等4篇，每篇都有相应的附录。本版在通用要求中增添了“以验证性爆破试验确定容器设计压力的规定”、“对比经验设计的原则要求”、“局部结构应力分析计算和评定的原则要求”、“风险评估报告”等内容。徐工并寿、杨二位秘书长:对GB150所存在的问题，多年来我通过各种途径提出意见并建议，现趁此修订之机，再次提出。毋庸讳言，GB150主要引自ASMEⅧ-1，之所以存在些问题，主要是并未仔细学习、理解ASMEⅧ-1所致。8年前我应你们所约，详细整理了GB150和ASMEⅧ-1的对照，其中列了不少在下面意见表中所列的问题，但由于种种原因，此件并未约请有关专家讨论，也一直未见下文，在本标准中也无反映。我也清楚，标准存在一些问题，并不是对某一元件一定会出事故，但可能出现事故的机率肯定増大，我也听到了一些反映，且在国际同行交流中也会引起一些影响。所以应予重视。十余年前寿秘书长曾通知我要整理一些关于低温容器设计方面国内外标准的对照(因我已写了这方面的文章并即将发表，所以我告知寿秘书长不再另写，可参见拙文)，我本以为领导对低温容器设计方面已予重视，会努力趕上国际水平。十多年过去了，本标准稿对此不仅不动，反因为某些内容的移动而更引起不协调(详见以下意见)。至于开孔补强章所引起的种种问题，我也多次提出，此次修改稿也无反映。开孔补强设计应用甚广，如存在问题其影响甚大，请予重视。将带夹套的容器称为外压容器也引起了诸多问题。新容規已实施，GB150要及时更新这一点是大家都理解的。但不要因时间紧迫而草率走过场，影响到下一个若干年。这几年国内对ASME等国外标准日益关心，我经常应约介绍，接触了不少同行，并和他们讨论，我也直言GB150和ASMEⅧ-1、JB4732和ASMEⅧ-2的关系、区别，以及引起区别的原因，大家都只能表示感慨而已。由于固定式压力容器分技术委员会未发文要我提意见，我只是作为业内一员提出，也未及详细阅读推敲。对以下意见，如有不妥，请予包涵。如有未说清楚之处，请通过各种途径和我联系。匆匆，即致近安丁伯民2010.4.28国家标准《固定式压力容器》(GB150.1～GB150.4)征求意见表标准征求意见总第号标准号和标准名称GB150《固定式压力容器》单位华东理工大学邮政地址邮编200237姓名丁伯民电话[phone]传真/[e-mail]适用范围(ASME规范)ASMEⅧ-1是压力容器建造规范，包括各种材料和制造方法在内的强制性要求，特殊的禁止要求和非强制性的指导。ASMEⅧ-1除膨胀节外并未涉及疲劳设计，但条款解释07-47号明确表示，如元件要作疲劳设计，可按Ⅷ-2实施。ASMEⅧ-2第4篇为按规则设计，第5篇为按分析设计，但在第4篇中说明，如要进行疲劳分析，可按第5篇实施。EN13445仅一册，包括了疲劳分析的内容。原GB150为《钢制压力容器》，新GB150虽改为《压力容器》，但实际上对非铁材料，还要见其它标准。ASME规范对“建造”一词的解释本版GB150对ASME规范的引用部分适用范围(GB150)本版在通用要求篇中补充了本标准的适用温度范围:-269°C～900°C，并在材料篇中补充了本标准所列钢材的适用温度范围:-253°C～800°C。原GB150规定:要求作疲劳分析的容器不属于本标准的范围(而不是“本标准未包括疲劳设计的规定，如要求疲劳分析，可按JB4732进行”)，使设计员为难。新GB150改为:“对于有成功使用经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责人批准，可按本标准设计，并按JB4732附录C补充疲劳分析和评定，同时满足其相关制造要求(.1，4.3.1)”，“对于按JB4732的两种方法判别要求作疲劳分析的容器进行由.1附录D的对比经验设计时，说明书中应补充疲劳分析的内容”，使设计单位技术负责人为难。(.1，D.6.3)98版GB150的规定2011版GB150的规定设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(1)●设计压力(独立容器:内压容器，真空容器，组合容器—独用元件、公用元件，按独立容器设计，按压差设计)UG-21，UG-99，UG-19,附录3-2●设计温度(最高、最低MDMT)UG-20，UCS-66●压力试验(目的:检查并考验宏观强度、焊缝的致密性和密封件的密封性。试验压力，试验温度，试验压力上限)(内压容器，真空容器，独立容器，组合容器—其公用元件按独立容器设计、按压差设计)UG-99，UG-100，气压试验时的注意点(UW-50)●液压试验温度，建议为尽量減小脆断的危险，液压试验时金属温度至少保持在(铭牌上允许的)最低设计金属温度以上17℃，但无需超过48℃。设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(2)气压试验时的危险性是不言而喻的，所以规范在UW-50中规定，在试验前应对围绕开孔的全部焊缝(应理解为包括对接和角接焊缝)、以及包括角焊缝厚度大于6mm的非受压件与受压件在内的所有全部焊缝(当然也应理解为包括对接和角接焊缝)的全长应予检测，并通过加注说明，对于角接焊缝，如为铁磁性材料时用磁粉或液体渗透检测，非铁磁性材料时用液体渗透检测。并通过UG-100规定了和液压试验时同样的温度限定。设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(3)设计压力，最大允许工作压力，由计算求得的试验压力，后二者都指成品容器，区别仅在于前者扣除、后者未扣除腐蚀裕量、所用许用应力的对应温度以及所涉及除压力以外的载荷(如风、地震和液柱静压等)(UG-99)。最大许用工作压力:成品容器顶部所允许承受的最大表压力，是按规范的规则对任何受压范围内的元件确定的内压或外压的最低值，包括静压头。采用不包括腐蚀裕量的公称厚度，并考虑了在相应温度下可能发生的各种载荷组合影响(UG-98，附录3-2)。试验压力的上限:本册并不规定液压试验压力的上限，但当液压试验压力无论有意或无意地超过规定值，并使容器出现明显的塑性变形时，检验师有权拒收[UG-99(d)]。设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(4)独立容器:内压PT=1.3PS/ST(原理分析)真空PT=1.3P(原理分析)(11a允许真空试验)组合容器:组合容器的独用元件或组合容器按独立容器设计时：和独立容器压力试验相同设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(5)比值S/ST为构成该容器各元件中的最小值ASMEⅧ-1(附录S，UG-99):螺栓安全系数很大，不必担心屈服，即使在压力试验时因超压而引起泄漏，也只要在卸压后再次上紧螺栓。2010年版已明确除非确定螺栓许用应力的安全系数小于1.44(经換算而得)，否则不包括螺栓。ASMEⅧ-2(8.2.1节)已明确不包括螺栓。EN13445也明确不包括螺栓(Part5，10.2.3.3节)设计参数和有关的问题(ASMEⅧ-1)(6)组合容器(不按独立容器设计时)的公用元件：ΔP＜max(P1，P2)，即P1、P2同号时[UG-99(e)(2)]:先内筒或夹套(应是较高压力受压室)PT=1.3(P2-P1)S/ST再两侧同时P1侧:PT=1.3P1S/STP2侧:PT=1.3P2S/ST此时要控制两室压差不超过内筒或夹套的试验压力值ΔP＞max(P1，P2)，即P1、P2异号时[UG-99(e)(1)]:先内筒PT=1.3P1(按真空容器，内压方式)再夹套PT=max[1.3P2S/ST，(P2-P1)S/ST]设计参数和有关的问题本版调整的内容安全系数的调低据《容规》，以Rm为基础的安全系数由3.0调低为2.7，以ReL为基础的安全系数由1.6调低为1.5，相应提高了许用应力和常用钢材的夏比V冲击功。设计参数和有关的问题因旧版有误而使本版修改的内容及其分析(1)对外压容器的阐述以及组合容器的压力试验原标准一直认为带夹套的容器为外压容器(从77版到85版的设计规定都这样称，至89和98版GB150则迴避，但容标委所编压力容器设计工程师培训教程P.169明确带夹套容器即为外压容器)，并引用了ASMEⅧ-1中关于“真空容器以内压进行液压试验”的规定而改为“外压容器和真空容器以内压进行液压试验”从而导致如前图所示带夹套的容器在进行液压试验时引起了问题。内容器常压，夹套(0.8MPa)，把内容器视为外压容器，按PT=1.25P2试验，则按常压设计的封头和法兰承受不了，如封头和法兰按P2(0.8MPa)设计，则增加了成本;如按多腔容器试验，则在夹套中试压时内筒壁受不了外压，如两侧同时充压，又无法检漏。设计参数和有关的问题因旧版有误而使本版修改的内容及其分析(2)如内容器为真空，夹套为0.2MPa，则内容器带夹套部分设计压力为0.3MPa。内容器如按真空(或多腔)容器PT=1.25P1试内压，为0.125MPa，夹套按内压容器试压，为0.25MPa，试压结果尚达不到0.3MPa的设计压力，压力试验走过场。在压力容器行业中实际上并无真正意义上的外压容器。新GB150改为“外压容器(例如真空容器、液下容器和埋地容器)以内压进行液压试验”即不再把外压容器和真空容器看作不同的两种容器[.1,4.3.3c)]。对于两个或两个以上压力室组成的多腔容器，每个压力室的试验压力按其设计压力确定，各压力室分别进行耐压试验。(未明确设计压力是容器还是公用元件的，且从未提及公用元件的设计和试验压力)(.1，4.6.1.7)设计参数和有关的问题因旧版有误而使本版修改的内容及其分析(3)压力试验前的应力校核原GB150规定:压力试验前，应校核圆筒应力，并以不大于0.9Φσs为满足(液压)。此规定实际上由原ASMEⅧ-2引来(新ASMEⅧ-2在4.1.6.2节已改为0.95倍)。问题是:(1)Ⅷ-2和Ⅷ-1不一样，前者是由应力分类及其评定原理得出，所以试验压力如超过规定值要对Pm和Pb和二者的组合进行校核;后者并非如此，所以对液压试验压力值的规定是规范的最低要求，试验压力如超过规定值，只要不出现明显的永久变形，它并不规定试验压力的上限(UG-99)。(2)Ⅷ-2规定如试验压力如超过规定值才要校核，并未规定按试验压力时也要校核。(3)为何只对圆筒进行应力校核，对封头等元件则不必校核？如也规定，对某些封头如何确定其Pm？才ASMEⅧ-1.UG-99的规定设计参数和有关的问题因旧版有误而