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  • ASME Ⅷ -1 与 GB/T151 技术对比 —— — 热交换器设计

    2020年3月20日 11:03 作者:lunwenchina
    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.

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