關(guān)于ASME壓力容器的幾個設(shè)計要點(diǎn)

1、關(guān)于ASME壓力容器的幾個設(shè)計要點(diǎn)VIII-1卷的設(shè)計方法VIII-1卷的設(shè)計要求根據(jù)： 所采用的制造方法； 所使用的材料。使用條件的要求 用戶必須說明使用條件的類型、以及其它有關(guān)情況，否則，可能造成制造廠不能滿足規(guī)范 對 特定使用條件 提出的有關(guān)要求。設(shè)計公式 如果規(guī)范公式適合于具體一個元件的計算，那么，該公式的運(yùn)用是強(qiáng)制性的。 使用條件的類型VIII-1卷提到使用條件有以下5個：1.有毒介質(zhì)2.低溫3.非受火蒸汽鍋爐4.直接受火容器5.其它（UW-2中未提到的容器） 設(shè)計載荷VIII-1卷列出了以下幾類載荷，在設(shè)計時都必須考慮到：壓力 溫度梯度 容器和介質(zhì)的重量 疊加載荷（如：靜壓頭） 局

2、部應(yīng)力*循環(huán)和動載荷（如：疲勞考慮） 風(fēng)載*地震載荷*如果存在的話。注：VIII-1提供的設(shè)計法則僅適合于壓力載荷的計算，對于其它載荷，任何適用的工程方法 都可使用。確定設(shè)計參數(shù)的責(zé)任在“ASME體系”里涉及到的幾個單位之間存在著接口，為每個單位規(guī)定了職責(zé)或要做的工 作。每個單位負(fù)責(zé)進(jìn)行他們自己的工作，ASME持證單位僅負(fù)責(zé)確保符合ASME規(guī)范的所有 相關(guān)要求。用戶的責(zé)任 用戶應(yīng)向制造廠提供以下數(shù)據(jù)，以便使所設(shè)計的容器滿足預(yù)期的使用條件：設(shè)計壓力和溫度載荷腐蝕余量使用要求附加的PWHT或RTVIII-1卷容器的設(shè)計可以由用戶或其設(shè)計代理、ASME持證單位或其分供方進(jìn)行， 但是， 給 容器打鋼印

3、的ASME持證單位必須對設(shè)計符合ASME規(guī)范的要求負(fù)責(zé)。VIII-1卷對設(shè)計人員的資格沒有要求。接頭形式及限制接頭類別(Joi nt Category)接頭類別是按接頭在容器上的位置定義的注：D類接頭可以是角接接頭，也可以是對接接頭。平封頭上拼接焊縫為A類接頭焊接接頭除類別外，規(guī)范還用類型(Type)來描述接頭。Type是焊接接頭結(jié)構(gòu)的定義。Type 1Type 2Type 3Type 4Type 5Type 6關(guān)于焊接類型的限制接頭類型Type環(huán)縫縱縫厚度直徑注厚度注1所有所有所有2所有，但誥/8 ”對于Offset所有所有空8 in 對于球封頭3茁/8 ”空 4” O.D.不允許4益/8

4、”所有益/8 ”5封頭1/2 ”空 4” O.D不允許用于球封頭不允許夾套殼體書/8 ”所有6凸面受壓封頭所有所有封頭5/8”Type 1或2C類無限制D類無限制射線探傷RT的類型100%抽檢無射線探傷要求要求RTUW-11(a)(1)規(guī)定，用于有毒介質(zhì)的殼體和封頭，其上面的所有對接焊縫必須做RT檢查。UW-11(a)(2)規(guī)定，除了容器的使用條件要求進(jìn)行RT外,對接焊縫的厚度超過一定的尺寸時，也要求RT檢查， 如Table UCS-57、還有UHA-57要求對所有Type 1接頭作RT檢查?？蛇xRT當(dāng)規(guī)范沒有規(guī)定要作RT時，RT檢驗的程度由設(shè)計者選擇，并取決于所期望的焊縫系數(shù)和/或質(zhì)量系數(shù)。

5、見UW-11和12。UW-12焊縫系數(shù)當(dāng)規(guī)范沒有規(guī)定RT時，RT便成為設(shè)計的選項。設(shè)計者可以通過選擇附加的RT，以使用較高 的焊縫系數(shù)。按UW-12，這一選項可以運(yùn)用在整臺容器上，也可以運(yùn)用在具體一部分焊縫上。幾個定義:a)應(yīng)力乘數(shù)：“E”是應(yīng)力乘數(shù)，它可以是焊縫系數(shù)，也可以是質(zhì)量系數(shù)。除UW-11(a )(5)外，應(yīng)力乘數(shù)運(yùn)用于接頭，而不是容器筒節(jié)。設(shè)計者可按每個接頭 來使用應(yīng)力乘數(shù)。b)質(zhì)量系數(shù)：對于不符合UW-11(a)(5)(b) RT抽檢的無縫部件，應(yīng)使用應(yīng)力乘數(shù)0.85。注意：焊制管必須符合此要求，也就是說，除了Section II Part D中已對許用應(yīng)力運(yùn)用了15%應(yīng)力降低系

6、數(shù)外，還要運(yùn)用質(zhì)量系數(shù)0.85。c)焊縫增量：一個焊工在一臺容器上焊接的50 ft.(15 m)焊縫，如果是多臺一致 的容器，此焊縫增量可以是一臺或多臺容器上的焊縫。 焊縫增量的定義見UW-52, 目的在于規(guī)定一張抽檢RT片子代表的焊縫長度，一張抽檢片子必須包括每一焊 工焊接的焊縫。UW-11(a) 100% RT以下焊縫必須按UW-51對其全長進(jìn)行RT檢查： 筒節(jié)或封頭上的所有A類和D類對接焊縫，當(dāng)接頭或部件取UW-12(a)允許的焊 縫系數(shù)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)作全長RT檢查。接管、及與容器相連的壓力腔殼體(Commu nicat ing Chamber)上的對接焊縫， 當(dāng)其超過NPS10或1-1

7、/8 in.厚度時，應(yīng)作全長RT檢查。與A類對接焊縫相交、或連接無縫筒體或封頭的B類或C類對接焊縫，至少應(yīng) 滿足按UW-52的RT抽檢要求。本條要求的RT抽檢不可用來滿足運(yùn)用于其它焊 縫增量的RT抽檢要求。符合此要求的容器應(yīng)打上RT2鋼印。注：要滿足打RT1鋼印的要求，上述焊縫須進(jìn)行全長RT探傷。UW-11(b) RT抽檢如果筒體或封頭的設(shè)計使用UW-12(b)允許的焊縫系數(shù)時，其上的焊縫應(yīng)按UW-52進(jìn)行RT檢 查。RT抽檢是質(zhì)量控制檢驗的一種手段，抽檢的范圍應(yīng)包括：每50ft(15 m)焊縫增量或不足此增量的焊縫長度抽檢6 in.(150 mm)長； 每59 ft(15 m)焊縫增量必須包

8、括足夠數(shù)量的抽檢，以檢查每個焊工的工作質(zhì) 量;RT抽檢的部位由AI選定； 滿足其它條款而要求的RT不得用來滿足此條的抽檢要求；UW-51(a)的要求同樣適合RT抽檢(RT-3)。厚度方面的考慮 設(shè)計-一般要求UG-16(b)殼體和封頭成形后的允許最小厚度，不管是什么材料形式，去除腐蝕余量后應(yīng)為1/16”(1.6mm)。以下情況例外：1)對于板式換熱器的換熱板不適用。2)對于殼-管式換熱器中的管子不適用。3)非受火蒸汽鍋爐的殼體和封頭的去除腐蝕余量后的最小厚度為1/4”(3.2 mm)。4)用于壓縮空氣的殼體和封頭，如用UCS材料制成，去除腐蝕余量后，其最小厚 度應(yīng)為3/32”(2.4 mm)。

9、UG-16(c)板材鋼廠負(fù)偏差為訂購厚度的6%，但最大不超過0.01 ”(0.3 mm)。UG-16(d)管子負(fù)偏差：如果管子按公稱厚度訂購，除按UG-37和UG-40計算管接頭壁厚補(bǔ)強(qiáng)面積要求 外，都應(yīng)考慮到壁厚的制造負(fù)偏差。大多數(shù)情況下，管子的負(fù)偏差為12.5%。UG-16(e)腐蝕余量：用于計算公式中的尺寸不包括腐蝕余量。UG-23最大許用應(yīng)力UG-23(a)最大許用應(yīng)力應(yīng)從Section II Part D中的有關(guān)表里(如表1A或1B)查取，應(yīng)在考慮承載條件 下金屬預(yù)期保持的溫度下取值。UG-23(b)最大許用縱向壓應(yīng)力應(yīng)取以下較小值：1)最大許用拉應(yīng)力；2)按UG-23(b)(2)確

10、定的B值。UG-23(c)由UG-22所列載荷同時作用產(chǎn)生的最大總體一次薄膜應(yīng)力不超過Section II Part D中的最大許 用應(yīng)力值。對于產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的載荷，最大一次薄膜應(yīng)力加上一次彎曲應(yīng)力不超過Secti on IIPart D中的最大許用應(yīng)力的1.5倍。UG-23(d)地震或風(fēng)載與UG-22所列的其它載荷組合作用下，總體一次薄膜應(yīng)力不應(yīng)超過UG-23(a)、b)、(c)允許的最大許用應(yīng)力值。環(huán)向應(yīng)力和縱向應(yīng)力對于無縫的薄壁圓形筒體，環(huán)向應(yīng)力基本上是縱向應(yīng)力的2倍。在大多數(shù)情況下，計算厚度時，UG-27中的環(huán)向應(yīng)力公式起確定作用，但也有少數(shù)情況，縱向應(yīng)力起確定作用，口：非 常高的立式

11、容器在風(fēng)載和地震載荷作用下、鞍座支撐的臥式長容器。UG-31允許用管子制造筒體，并可用管子材料有無縫和電阻焊管(ERW)兩種，如SA-53-b，它們的許用應(yīng)力是不一樣的。球體殼符號-殼體的最小要求厚度(in.)設(shè)計內(nèi)壓(psi.)內(nèi)徑(Ri)外徑眾大許用應(yīng)力(psi.)應(yīng)該注意，如果圓形筒體既有環(huán)縫、又有縱縫，UG-27縱向應(yīng)力公式只有在環(huán)焊縫的焊縫系 數(shù)小于0.5時、或當(dāng)附加載荷(UG-22)使得縱向彎曲或拉伸與內(nèi)壓一起作用時，才起確定作 用。內(nèi)壓下殼體厚度計算公式圓形筒體環(huán)向應(yīng)力(縱向焊縫)R用內(nèi)徑表示(t或P 0.385 SE)2t =廿或P =江SE-0.6PR 0.6tUG-27(c

12、)R用外徑表示(t或P _0.385SE)t =或P =SE 0.4PRO-0.4t1-1(a)(1)縱向應(yīng)力(環(huán)向焊縫)R用內(nèi)徑表示(t-或P R/2或P 0.385SE考慮環(huán)向應(yīng)力（縱向焊縫），見1-2，當(dāng)“P”已知，求t時:如果“t”已知，計算P:圭寸頭設(shè)計 半球形封頭 橢圓圭寸頭 碟形封頭 錐殼 折邊錐殼式中：Z =SE PSE Pt =式中：P(f)HV式中：Z=()2=(:)2RORo-t)2R(Z12平封頭球凸形封頭（螺栓連接封頭）ASME規(guī)范條文UG-32和附錄1-4，凹面受壓（受內(nèi)壓）成形封頭和錐殼，即非螺栓連接成形封頭如：半球形封 頭、橢圓形圭寸頭、碟形圭寸頭、錐殼和折邊錐

13、殼。注意：Code Case 2260合出了設(shè)計封頭的另一方法。UG-33,凸面受壓（受外壓）成形封頭。附錄1-5,內(nèi)壓下錐殼封頭和過渡段與圓形筒體連接處的補(bǔ)強(qiáng)計算。UG-34，無拉撐平封頭和平封蓋（圓形或非圓形、焊接、螺栓連接、螺紋連接等形式的平封蓋、盲法蘭等）。UG-35,其它類型的封蓋。如：附錄1-6,球凸形封頭；UG-35（b），快開式封蓋。UG-47,拉撐面或有拉撐平封頭。t=D=長軸長度；錐殼封頭考慮點(diǎn)處垂直于軸線的內(nèi)直徑Do=h=L=半徑。r=a=Di=成形后封頭的最小要求厚度。封頭直邊的內(nèi)徑；橢圓封頭的內(nèi)表面外徑（與內(nèi)徑相似）。橢圓封頭短軸長度的1/2。碟形圭寸頭和半球形圭寸頭

14、球或冠的內(nèi)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。錐殼中心夾角的1/2。折邊錐殼封頭轉(zhuǎn)角與錐殼相切處與對于最低抗拉強(qiáng)度超過80,000 psi的材料，碟形封頭的計算應(yīng)使用室溫下許用應(yīng)力psi,并按最大許用應(yīng)力隨溫度降低成比例降低的許用應(yīng)力。非標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭 附錄1-4(d )給出了非標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭的計算公式:PLM2SE -0.2P2SEtLM 0.2t軸線相垂直的內(nèi)直徑P2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭D -2r （1-cos：）設(shè)計內(nèi)壓短軸是長軸的一半：D=22h可以作為近似2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(見0.90D。對于非2:1的橢圓封頭，附錄1-4(c)給出了計算公式:品或P小碟形封頭標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭LrD0=直邊的外徑；6%L=球冠內(nèi)半徑的6

15、%6%D0=直邊外徑的6%；此標(biāo)準(zhǔn)碟形封0.885PLSE -0.1PSEt0.885L0.1tS = 20,000UG-32(j)對于任何無拉撐封頭，其球冠內(nèi)半徑L不得大于直邊的外直徑Do。對于碟形封頭，內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑不小于封頭直邊外直徑的6%,但決不得小于封頭厚度的3倍Maximum LMi nimum r=直邊外徑Do=直邊外徑Do的6%，但不小于封頭厚度的3倍。對L給出最大值是限制封頭的平度，增大L使封頭更接近平板。對r給出最小值是控制曲率，曲率越小，曲面的變化越陡。使用較大的r是為了減緩這一變化。斜坡過度UG-32(l)所有厚度大于筒體的成形封頭，如采用對接焊縫連接，應(yīng)具有足夠長的直邊，

16、以滿足Fig.UW-13.1中關(guān)于3:1坡度和中心線對中偏差的要求。所有厚度小于或等于筒體厚度的封頭，如采用對接焊縫連接，可不必具有整體直邊。當(dāng)帶有 直邊，其厚度應(yīng)不小于相同直徑無縫筒體的要求厚度，即直邊部位應(yīng)按無縫筒體對待。斜坡過度Fig. UW-13.1In all cases, the projected length of taper戈shallbe rot less than 3y. Thf sheL platecenterline maybe on. either side of the head plate centet lineIn ill Gas語5窗hall not ksf

17、 than whsu t e猛聽ds t鑒WIimmm length of skirt is 3 tut加日not1-1/2 izi. excepl wheniLecessaiy to pravide required length, ofiaper.When % is equal 1o or拒潞than 1 25tg, the lengt h of skirt shall be suflijcieiit for any required taperLength of required, taper S may include the width of the weld. The shell

18、plale centeiline maybe oneither side of the Read pkte center lme.Fig UW-13.1 Heads Attached to SheUs (contd) Se Table UW12 forLimitation厚度要求UG-32(a)和UG-32(b)對于成形圭寸頭(橢圓圭寸頭、碟形圭寸頭、半球形圭寸頭和折邊錐殼)，要求的厚度是指成形后最薄處的厚度。通常使用較厚的板材，以補(bǔ)償成形操作過程中可能引起的減薄(見腳注18)。無拉撐橢圓封頭或碟形封頭的厚度不得小于無縫半球形封頭的要求厚度除于封頭與筒體的焊 縫系數(shù)。半球形封頭UG-32(f)

19、當(dāng)半球形封頭的厚度不超過0.356L、或P不超過0.665SE,貝U:對于厚壁球殼，見附錄1-3的公式。薄壁半球形封頭的材料利用率最高，承受相同內(nèi)壓壁厚最薄。由于環(huán)向和縱向應(yīng)力相等，因 此最大限度地利用了材料。一般來說，半球形封頭的厚度大約是圓形筒體厚度的一半。封頭計算舉例PL2SE -0.2PSEtL 0.2tA）標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，其球冠內(nèi)半徑等于直邊外直徑，轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑等于球冠半徑的6%P=設(shè)計壓力（psi） = 150 psiL=球冠內(nèi)半徑（in.） = 72 in.S=許用應(yīng)力（psi） = 12 ksi （SA-516-70在800 F下）E=封頭上的最低焊縫系數(shù)=1.00.885 159

20、 7212000 1.0 0.1 150B）80/10碟形封頭，即球冠內(nèi)半徑為直邊外徑的80%、轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑為直邊外徑的 的碟形封頭。M =碟形封頭的系數(shù)，它取決于封頭L/r的尺寸比值，r是轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。其它數(shù)據(jù)和上例相同L72 80% 57.6二二 _二8 r 72 10% 7.2M = 1.46見表1-4.2150 57.6 1.462 12000 1.0 -0.2 150C） 2:1橢圓封頭150(72*2)根據(jù)UG-32(e):0.885PLSE -0.1P二0.798 in.10%根據(jù)附錄1-4：PLM2SE -0.2P=0.527 in.根據(jù)UG-32(d):PD2SE -0.2P15

21、0漢722 12000 1.0 -0.2 150二0.450 in.D）半根據(jù)UG-32(f):PL2SE -0.2P=0.225 in.2 12000 1.0 -0.2 150E)L = 0.90D和r = 0.17D的碟形封頭(近似于2:1橢圓封頭)根據(jù)UG-32(d)和附錄1-4(d):=0.90D = 0.9 72= 64.8 =0.17D = 0.17 72M/2 in.begreater thin 3/4in.C =03ttiCmi嚴(yán)0.7ts0.71-54叮G- S4fFig UO34 j角接焊接接頭UW-13(e)Fig. UW-13.2，典型無拉撐平封蓋UW-13.2 (a)1Jnot less than tUW-13.2(b)tp not less than the smallerof tc or 1/4 in.a + b not lessthan 2tcUW-13.2 (d)UW-13.2(g)a + b not lessthan2t(1 = 0)引not less than