ASME第VIII-1卷设计要求培训教程

哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码31/27目的本课程结束后，你将对设计要求及其运用有初步了解，知道怎样为具体情况确定适用的要求，并确定所要使用的有关参数。课程概况VIII-1卷的设计方法确定设计参数的责任接头形式和要求射线探伤厚度方面的考虑封头设计的一些限制VIII-1卷的设计方法VIII-1卷的设计要求根据：所采用的制造方法；所使用的材料。使用条件的要求用户必须说明使用条件的类型、以及其它有关情况，否则，可能造成制造厂不能满足规范对特定使用条件提出的有关要求。设计公式如果规范公式适合于具体一个元件的计算，那么，该公式的运用是强制性的。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码32/27使用条件的类型VIII-1卷提到使用条件有以下5个：1.有毒介质2.低温3.非受火蒸汽锅炉4.直接受火容器5.其它（UW-2中未提到的容器）设计载荷VIII-1卷列出了以下几类载荷，在设计时都必须考虑到：压力温度梯度容器和介质的重量叠加载荷（如：静压头）局部应力*循环和动载荷（如：疲劳考虑）风载*地震载荷**如果存在的话。注：VIII-1提供的设计法则仅适合于压力载荷的计算，对于其它载荷，任何适用的工程方法都可使用。确定设计参数的责任在“ASME体系”里涉及到的几个单位之间存在着接口，为每个单位规定了职责或要做的工作。每个单位负责进行他们自己的工作，ASME持证单位仅负责确保符合ASME规范的所有相关要求。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码33/27用户的责任用户应向制造厂提供以下数据，以便使所设计的容器满足预期的使用条件：设计压力和温度载荷腐蚀余量使用要求附加的PWHT或RTVIII-1卷容器的设计可以由用户或其设计代理、ASME持证单位或其分供方进行，但是，给容器打钢印的ASME持证单位必须对设计符合ASME规范的要求负责。VIII-1卷对设计人员的资格没有要求。接头形式及限制接头类别（JointCategory）接头类别是按接头在容器上的位置定义的。注：D类接头可以是角接接头，也可以是对接接头。平封头上拼接焊缝为A类接头。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码34/27焊接接头除类别外，规范还用类型（Type）来描述接头。Type是焊接接头结构的定义。Type1Type2Type3Type4Type5Type6关于焊接类型的限制接头类型Type环缝纵缝厚度直径注厚度注1所有所有所有2所有，但5/8”对于Offset所有所有3/8in对于球封头35/8”24”O.D.不允许45/8”所有3/8”5封头1/2”24”O.D不允许用于球封头不允许夹套壳体5/8”所有6凸面受压封头所有所有封头24”O.D.特殊容器UW-2(a)有毒介质当容器按有毒介质设计时，所有的焊接接头必须100%RT。各类接头必须是：A类Type1哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码35/27B类Type1或2C类Type1或2，但允许Fig.UW-13.5所示的焊接结构。（见UW-2(c)(a)）D类全焊透UW-2(b)低温下列情况属于低温容器：按UG-68，碳钢、低合金钢容器的MDMT小于-55F（-48C）；高合金钢容器，按UHA-51要求对母材或焊缝金属进行冲击试验。各类接头必须是：A类Type1（对于某些奥氏体不锈钢及其焊缝，可以使用Type1或2）B类Type1或2C类全焊透（法兰必须采用全焊透连接，不使用平焊法兰）。D类全焊透，但以下情况可采用不焊透结构：-UHA-51(d)(1)(a)和(b)、UHA-51(d)(2)(a)的材料，MDMT-320F。-UHA-51(d)(1)(c)和UHA-51(d)(2)(b)的材料，MDMT-50F。UW-2(c)非受火蒸汽锅炉非受火蒸汽锅炉（如：废热锅炉）的设计压力超过50psi（0.34Mpa）时，各类接头必须是：A类Type1B类Type1或2C类无限制D类无限制UW-2(d)直接受火容器压力容器或部件直接承受燃料（固体、液体或气体）燃烧火焰，其制造不属SectionI、III、或IV的范围，此类容器上的各类焊缝必须是：A类Type1B类（t5/8”）Type1或2C类无限制哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码36/27D类无限制射线探伤RT的类型100%抽检无射线探伤要求要求RTUW-11(a)(1)规定，用于有毒介质的壳体和封头，其上面的所有对接焊缝必须做RT检查。UW-11(a)(2)规定，除了容器的使用条件要求进行RT外，对接焊缝的厚度超过一定的尺寸时，也要求RT检查，如TableUCS-57、还有UHA-57要求对所有Type1接头作RT检查。可选RT当规范没有规定要作RT时，RT检验的程度由设计者选择，并取决于所期望的焊缝系数和/或质量系数。见UW-11和12。UW-12焊缝系数当规范没有规定RT时，RT便成为设计的选项。设计者可以通过选择附加的RT，以使用较高的焊缝系数。按UW-12，这一选项可以运用在整台容器上，也可以运用在具体一部分焊缝上。几个定义：a)应力乘数：“E”是应力乘数，它可以是焊缝系数，也可以是质量系数。除UW-11(a)(5)外，应力乘数运用于接头，而不是容器筒节。设计者可按每个接头来使用应力乘数。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码37/27b)质量系数：对于不符合UW-11(a)(5)(b)RT抽检的无缝部件，应使用应力乘数0.85。注意：焊制管必须符合此要求，也就是说，除了SectionIIPartD中已对许用应力运用了15%应力降低系数外，还要运用质量系数0.85。c)焊缝增量：一个焊工在一台容器上焊接的50ft.（15m）焊缝，如果是多台一致的容器，此焊缝增量可以是一台或多台容器上的焊缝。焊缝增量的定义见UW-52，目的在于规定一张抽检RT片子代表的焊缝长度，一张抽检片子必须包括每一焊工焊接的焊缝。UW-11(a)100%RT以下焊缝必须按UW-51对其全长进行RT检查：筒节或封头上的所有A类和D类对接焊缝，当接头或部件取UW-12(a)允许的焊缝系数进行设计时，应作全长RT检查。接管、及与容器相连的压力腔壳体（CommunicatingChamber）上的对接焊缝，当其超过NPS10或1-1/8in.厚度时，应作全长RT检查。与A类对接焊缝相交、或连接无缝筒体或封头的B类或C类对接焊缝，至少应满足按UW-52的RT抽检要求。本条要求的RT抽检不可用来满足运用于其它焊缝增量的RT抽检要求。符合此要求的容器应打上RT2钢印。注：要满足打RT1钢印的要求，上述焊缝须进行全长RT探伤。UW-11(b)RT抽检如果筒体或封头的设计使用UW-12(b)允许的焊缝系数时，其上的焊缝应按UW-52进行RT检查。RT抽检是质量控制检验的一种手段，抽检的范围应包括：每50ft（15m）焊缝增量或不足此增量的焊缝长度抽检6in.（150mm）长；每59ft（15m）焊缝增量必须包括足够数量的抽检，以检查每个焊工的工作质量；RT抽检的部位由AI选定；满足其它条款而要求的RT不得用来满足此条的抽检要求；UW-51(a)的要求同样适合RT抽检（RT-3）。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码38/27厚度方面的考虑设计-一般要求UG-16(b)壳体和封头成形后的允许最小厚度，不管是什么材料形式，去除腐蚀余量后应为1/16”（1.6mm）。以下情况例外：1）对于板式换热器的换热板不适用。2）对于壳-管式换热器中的管子不适用。3）非受火蒸汽锅炉的壳体和封头的去除腐蚀余量后的最小厚度为1/4”（3.2mm）。4）用于压缩空气的壳体和封头，如用UCS材料制成，去除腐蚀余量后，其最小厚度应为3/32”（2.4mm）。UG-16(c)板材钢厂负偏差为订购厚度的6%，但最大不超过0.01”（0.3mm）。UG-16(d)管子负偏差：如果管子按公称厚度订购，除按UG-37和UG-40计算管接头壁厚补强面积要求外，都应考虑到壁厚的制造负偏差。大多数情况下，管子的负偏差为12.5%。UG-16(e)腐蚀余量：用于计算公式中的尺寸不包括腐蚀余量。UG-23最大许用应力UG-23(a)最大许用应力应从SectionIIPartD中的有关表里（如表1A或1B）查取，应在考虑承载条件下金属预期保持的温度下取值。UG-23(b)最大许用纵向压应力应取以下较小值：1）最大许用拉应力；哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码39/272）按UG-23(b)(2)确定的B值。UG-23(c)由UG-22所列载荷同时作用产生的最大总体一次薄膜应力不超过SectionIIPartD中的最大许用应力值。对于产生弯曲应力的载荷，最大一次薄膜应力加上一次弯曲应力不超过SectionIIPartD中的最大许用应力的1.5倍。UG-23(d)地震或风载与UG-22所列的其它载荷组合作用下，总体一次薄膜应力不应超过UG-23(a)、(b)、(c)允许的最大许用应力值。环向应力和纵向应力对于无缝的薄壁圆形筒体，环向应力基本上是纵向应力的2倍。在大多数情况下，计算厚度时，UG-27中的环向应力公式起确定作用，但也有少数情况，纵向应力起确定作用，如：非常高的立式容器在风载和地震载荷作用下、鞍座支撑的卧式长容器。应该注意，如果圆形筒体既有环缝、又有纵缝，UG-27纵向应力公式只有在环焊缝的焊缝系数小于0.5时、或当附加载荷（UG-22）使得纵向弯曲或拉伸与内压一起作用时，才起确定作用。哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码310/27内压下壳体厚度计算公式圆形筒体环向应力（纵向焊缝）用内径表示(t2R或P0.385SE)t=PSEPR6.0或P=tRSEt6.0UG-27(c)(1)用外径表示(t2R或P0.385SE)t=PSEPRO4.0或P=tRSEtO4.01-1(a)(1)纵向应力（环向焊缝）用内径表示(t2R或P1.25SE)t=PSEPR4.02或P=tRSEt4.02UG-27(c)(2)用管子制成的筒体–UG-31UG-31允许用管子制造筒体，并可用UG-27给出的公式计算厚度。在订购管子时，必须注意，管子材料有无缝和电阻焊管(ERW)两种，如SA-53-b，它们的许用应力是不一样的。球体壳用内径表示t=PSEPR2.02或P=tRSEt2.02UG-27(d)用外径表示t=PSEPRO8.02或P=tRSEtO8.021-1(a)(2)符号哈佛蒸汽锅炉检验与保险公司ASME规范第VIII-1卷--压力容器设计要求课程页码311/27t–壳体的最小要求厚度(in.)P–设计内压(psi.)R–内径(Ri)R–外径S–最大许用应力(psi.)E–圆筒或球体壳的焊缝系数、孔桥系数，取较低值。流体静压头对压力容器设计的影响UG-22载荷较高立式容器(塔器)、或低设计压力的容器要考虑的因素。如果流体静压头仅在水压试验时存在，设计时可不必考虑流体静压头，可以有以下选择：1)在水平位置进行水压试验，以使静水压头降为最低。2)用气压试验代替水压试验。3)计算水压试验中静压头引起的附加应力。水压试验压力没有上限，见UG-99(d)，但是，如果容器发生明显的永久变形，AI有权拒收容器。静压头引起的附加压力：P(f)=H式中：P(f)=静压头引起的附加压力。H=流体柱的高度。=流体密度。厚壁圆筒的计算公式Appendix1–