6.ASME标准简介系列六---中国压力容器标准GB150与ASME-BPVC标准的比较

ASME标准简介系列（六）---邱建彰ASME标准简介系列包括:•ASME标准简介之一------概论•ASME标准简介之二------标准目录分类•ASME标准简介之三------锅炉及压力容器(BPVC)•ASME标准简介之四------压力管道(ASMEB31.X)•ASME标准简介之五------ASME认证及取证•ASME标准简介之六------中国压力容器标准GB150与ASME-BPVC标1111111111111111111111准的比较ASME标准简介之六-----《中国压力容器标准GB150与ASME-BPVC标准的比较》•一、中国压力容器标准GB150概述•二、美国ASME锅炉及压力容器规范概述•三、中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范1111的比较•四、ASME规范在实际运用中与GB150不同之处一、中国压力容器标准GB150概述中国压力容器标准GB150概述•我国于1982年颁布了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及实施细则，明确了劳动部作为政府的主管部门，负责立法和管理工作。1985年正式发行的《钢制压力容器设计规定》标志着我国开始形成统一的压力容器标准，1989年发行的GB150—89《钢制压力容器》标志着我国已开始形成以强制性标准GB150—89为核心的压力容器标准体系框架，经过十多年的发展，我国的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了国际先进标准的水平。中国压力容器标准GB150概述•为了使我国的压力容器产品能顺利进入国际市场，1984年兰州石油化工机器厂首家取得ASME认证证书后，全国较有实力的压力容器制造厂陆续取得ASME认证证书，现已有百余家企业通过ASME认证。但从总体上看，我国只有少数企业真正制造过ASME钢印产品，绝大多数企业仅仅处于证书阶段。二、美国ASME锅炉及压力容器规范概述美国ASME锅炉及压力容器规范概述•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。•美国机械工程师学会于1911年成立了锅炉与压力容器委员会(BPVC)，编制了锅炉压力容器的建造安全规则。1914年出版了动力锅炉规范、1925年增加了压力容器规范、1965年又增加核动力装置规范。这套ASME规范自1977年成为美国国家标准,不仅在美国和加拿大各州在法律上承认和采用它,在西方许多国家都作为参照标准来执行。三、中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较一．中国、美国主要压力容器标准的对应关系二．中国、美国主要压力容器标准的编制、修订三．中国、美国主要压力容器标准的设计思想和安全系数四．中国、美国主要压力容器标准的焊接接头系数五．中国、美国主要压力容器标准的强度计算六．中国、美国主要压力容器标准外压圆筒加强圈的设置七．中国、美国主要压力容器标准关于开孔和开孔尺寸的要求八．中国、美国主要压力容器标准关于焊工的考试和管理九．中国、美国主要压力容器标准关于产品的试板十.中国、美国主要压力容器标准关于无损检测的要求十一.中国、美国主要压力容器标准关于焊接返修的要求十二.中国、美国主要压力容器标准关于压力试验的要求十三.结束语中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较一．中国、美国主要压力容器标准的对应关系•我国的压力容器标准分类相对较细，基本上是按压力容器类型及容器主体材料来分别制订相应标准，如钢制压力容器、铝制压力容器、卧式容器、塔式容器、球形储罐等。而ASME规范并不按容器类型分别制定相应的标准，只是在设计中引用不同的载荷规范，如设计压力小于20MPa的选用ASME规范第Ⅷ卷第一分册，设计压力小于70MPa的选用ASME规范第Ⅷ卷第二分册，设计压力大于70MPa的选用ASME规范第Ⅷ卷第三分册。两者主要压力容器标准的对应关系如表一。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较二.中国、美国主要压力容器标准的编制、修订•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，经国家质量技术监督局批准后颁发。相关行业标准是由各行业标准化委员会负责编制、修订工作，经原国家经贸委各部门审批、颁发。标准实施后，由各地安全监察部门根据国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》和相关标准的规定来控制、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各标准化委员会根据了解、收集的标准使用意见和建议，负责组织标准修订工作，并经原审批部门审批后颁发、实施。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较•ASME锅炉及压力容器委员会(BPVC)定期召开会议，研究ASME规范的修订工作，经BPVC批准的规范修订建议将提交美国国家标准协会(ANSI)，并在美国《MechanicalEngineering》上发表，以公开征询所有关心此问题人士的意见，修订建议在规定的公开征询意见期满并经ASME最终批准后，在每年一次出版的ASME规范增补中予以公布。规范修订条款经ASME批准后，可从《增补》所示出版日期起开始使用，除第Ⅱ卷A、B两篇中的材料标准的修订外，次年的7月1日成为强制性的要求，但在此之前签订的合同除外。材料标准的修订由美国材料试验学会(ASTM)和其他认可的国家机构或国际机构进行，ASME通常采纳这些修订。但压力容器制造厂家需要注意的是，凡使用相对于原要求有所放宽的修订条款时，必须确信压力容器安装地的管辖机关对它们已经认可，否则不得使用。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较三.中国、美国主要压力容器标准的设计思想和安全系数•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许用应力。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，标准中公布的许用应力计入了安全系数，它比测定得到的性能值低是考虑到：–(1)应力评估方法的复杂程度；–(2)一定程度的应力集中及其类型；–(3)材料一定程度的不均匀性；–(4)几何因素；–(5)焊接接头中存在的缺陷。•各国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。•我国压力容器标准与ASME规范所使用的安全系数差别见表二。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较四.中国、美国主要压力容器标准的焊接接头系数•在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，即一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四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。•而在我国GB150中，焊接接头系数特指A、B类焊接接头，不允许采用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。现以母材为钢和铝的焊接接头为对象作一比较，见表三。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较五.中国、美国主要压力容器标准的强度计算•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。现将我国GB150和ASME规范第Ⅷ卷第一分册有关受内压时的设计计算公式作一比较，见表四。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较六.中国、美国主要压力容器标准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1／2，当设置在容器里面时，应不少于圆筒内周长的1／3。对于上述加强圈设置准则，我国压力容器标准与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。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较七.中国、美国主要压力容器标准关于开孔和开孔尺寸的要求•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2.0，而ASME规范第Ⅷ卷第一分册则允许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，见表五。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较八.中国、美国主要压力容器标准关于焊工的考试和管理•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Ⅸ卷在许多方面的要求是一致的，但也存在一些差别，见表六。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较九.中国、美国主要压力容器标准关于产品的试板•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，我国《容规》里明确规定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每台压力容器应制作产品焊接试板：–(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σb大于等于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。中国压力容器标准GB150与美国ASME锅炉及压力容器规范的比较•而ASME规范第Ⅷ卷第一分册对常规经焊接工艺评定合格的不要求做产品焊接试板，而下述情况则要求按规范规定制作产品焊接试板：–(1)对于焊接接头系数不大于0.8，以ASME规范给定的任一压焊焊接方法(电阻焊除外)制作的接头，在其容器或零件上此类焊缝应制作产品焊接试板，试样可取自壳体本身或取自纵焊缝的延长部位，容器无纵焊缝时可取自容器相同材质、相同厚度且按相同工艺焊制的试板，并裁取一件小截面拉伸试样和两件侧弯试样进行试验。–(2)若焊接工艺评定要求做焊缝及热影响区冲击试验时，容器冲击试板应从用于