ASME Ⅷ -1 与 GB/T151 技术对比 —— — 热交换器设计

伍龙燕

（东方电气（广州）重型机器有限公司设计部 广东 广州 511455）摘 要：对比了 ASME Ⅷ -1 与 GB/T151 在技术指标上的主要差别，并对对比结果进行了进一步分析，提高技术人员对不同标准的理解及运用。

关键词：GB/T151；ASME Ⅷ -1；热交换器；设计

1 前言

工程设计人员在设计热交换器时经常用到ASME Ⅷ -1与 GB/T151。为了理清差异，分别从适用设计范围、失效准则和许用应力、焊接接头系数、强度计算、开孔补强、无损检测、焊后热处理、压力试验等方面进行对比，以供参考。

2 适用的设计范围

2.1适用的换热器类别

GB/T 151的1.7条明确规定了不属于本标准的热交换器，包括直接火焰加热的热交换器及烟道式余热锅炉等。ASME Ⅷ -1中也考虑了不属于本标准适用范围的热交换器。

2.2适用的压力范围

GB/T 151适用于DN≤ 4000mm、PN≤ 35MPa且设计压力和公称直径的乘积不大于2.7× 104 MPa.mm。ASME Ⅷ -1是基于所设计容器的压力不超过20MPa的容器。对于压力超过20MPa的情况，一般需应用变更和增补规范的规则。

3 失效准则和许用应力

GB /T151和ASME Ⅷ -1都是基于弹性失效准则，采用最大应力理论来建立强度条件，采用的许用应力计入了安全系数，GB/T151的许用应力其安全系数选取按GB150.1中的表1和表2。ASME Ⅷ -1则对轧（锻）制、铸造、焊制材料以及螺栓材料对各项力学性能分别规定以不同的安全系数，详见ASME标准。

4 焊接接头系数

ASME Ⅷ -1中规定与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。GB/T 151中，特指A、B类焊接接头，不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。

5 强度计算

GB 150和ASME Ⅷ -1都应用最大主应力理论进行设计，但公式有差异，见表1。

表1 内压壳体设计计算公式比较

6 开孔补强

表2 开孔尺寸的限制差异

GB150规定壳体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形，孔的长径与短径比应不大于2.0，而ASME Ⅷ -1则允许孔的长径与短径比应大于2.0。两者在开孔尺寸的限制上存在差异。 GB150：圆筒上开孔，Di≤ 1500时，开孔最大直径d≤ Di/2,且d≤ 520；大开孔：应力分析方法。ASME Ⅷ -1：圆筒上开孔，Di≤ 1500时，开孔最大直径d≤ Di/2,且d≤ 500；大开孔：按强制性附录Appendix 1-7进行计算。

两者在补强范围上存在差异，见表2。ASME Ⅷ -1对补强所考虑的各平面视其和壳体轴线的夹角而引入应力校正系数F，以及各个不同平面的不同的应力水平，合情合理；而GB150未引入应力校正系数，即各个平面的应力水平相当且等于1，简单但显得保守。

7 无损检测

从以下对比中可以看出GB/T151中的无损检测要求要比ASME Ⅷ -1更严格。

(1)检测比例:：GB/T151：100%RT或UT；局部RT或UT，50%且不小于250mm（低温容器）；局部RT或UT，20%且不小于250mm。ASME Ⅷ -1：

100%RT；抽样RT，每15.2m焊缝做一个抽样检测，一处抽样射线底片最小长度为150mm。

（2）评定标准：GB151：按NB/T 47013评定；100%RT，不低于 Ⅱ 级；局部RT，不低于 Ⅲ 级；100%UT， Ⅰ 级；局部UT，不低于 Ⅱ 级。ASME规范不划分Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 级别，100%RT和抽样RT对气孔、夹渣和圆形显示的控制有所不同，总体评定标准比GB151要低。

(3) 需100%RT或UT的条件：GB151：Pd≥ 1.6MPa的第 Ⅲ 类容器；采用气压或气液组合耐压试验的容器；φ =1.0的容器；使用后需要但是无法进行内部检验的容器；奥氏体型不锈钢、碳素钢、Q345R、Q370R及其配套锻件的焊接接头厚度大于30mm者；设计温度低于-40度的或者焊接接头厚度大于25mm低温容器；18MnMoNbR、13MnNiMoR、12MnNiVR及其配套锻件的焊接接头厚度大于20mm者；15Cr1MoR、14Cr1MoR、08Ni3DR、奥氏体一铁素体型不锈钢及其配套锻件的焊接接头厚度大于16mm者；铁素体型不锈钢、其他Cr-Mo低合金钢制容器；标准抗拉强度下限值Rm≥ 540MPa的低合金钢制容器；盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；图样规定须100%检测的容器。ASME Ⅷ -1:内容为致死物时，筒体及封头的对接接头；本体的对接接头板厚超过38mm；或超过UCS-57，UNF-57，UHA-33，U-CL-35及UCL-36所额外规定的最小板厚；或与UHT-57、ULW-51、ULW-52（d）、ULW-54及ULT-57所额外规定情况；进行气压试验的容器；焊接接头为1.0的对接接头

8 焊后热处理

关于焊后热处理，GB151及ASME Ⅷ -1均由以下条件确定：材质及厚度，冷成形

或中温成形，盛装介质的危害程度，应力腐蚀状况以及图样规定等方面，区别在于具体的参数不同。

9 压力试验

GB/T 151液压试验按1.25 P× [σ ]/[σ ]t；气压试验按1.1P× [σ ]/[σ ]t；介质毒性程度为极度、高度危害或不允许有微量泄漏的容器，还应进行泄漏试验。ASME Ⅷ -1液压试验按1.3P × S/St；气压试验按1.1P × S/St；关于S ／ St 值，ASME Ⅷ -1认为，法兰螺栓材料的安全系数远大于其它受压元件材料的安全系数。故其取值为按最大主应力进行设计的筒体、封头、接管等元件而不必包含螺栓等紧固件。GB/T 151则明确规定，容器各元件(筒体、封头、接管、法兰及紧固件等)所用材料不同时，应取各元件材料比值之最小值。

10 总结

通过以上的比较分析，结论如下：

(1)ASME Ⅷ -1在安全系数、水压试验的取值上要高于GB/T 151；而GB/T151无损检测、热处理、开孔补强等的要求上严于ASME Ⅷ -1。工程应用表明，这些变化都是与本国的材料供应、制造、检验水平相适应的结果，在安全性能上两者是相当的。

(2)作为两个独立、完整的标准体系，设计中可以相互参考、借鉴，但不应简单地对比、套用，要注重对标准的准确理解和运用。■参考文献

[1] GB/T151-2014 热交换器.

[2] GB150.1~150.4-2011 压力容器.

[3] 洪晓德，丁伯民，戴季煌，朱红松. 压力容器设计与实用数据速查. 机械工业出版社，2010.