ASME培訓(xùn)Lesson3設(shè)計(jì)要求

1、目的本課程結(jié)束后，你將對(duì)設(shè)計(jì)要求及其運(yùn)用有初步了解，知道怎樣為具體情況確定適用的要求，并確定所要使用的有關(guān)參數(shù)。課程概況l VIII-1卷的設(shè)計(jì)方法l 確定設(shè)計(jì)參數(shù)的責(zé)任l 接頭形式和要求l 射線檢測(cè)l 厚度方面的考慮l 封頭設(shè)計(jì)的一些限制VIII-1卷的設(shè)計(jì)方法VIII-1卷的設(shè)計(jì)要求根據(jù)：l 所采用的制造方法；l 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(duì)特定使用條件提出的有關(guān)要求。設(shè)計(jì)公式如果規(guī)范公式適合于具體一個(gè)元件的計(jì)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(gè)：1. 有毒介質(zhì)2

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(jì)載荷VIII-1卷列出了以下幾類載荷，在設(shè)計(jì)時(shí)都必須考慮到：l 壓力l 溫度梯度l 容器和介質(zhì)的重量l 疊加載荷（如：靜壓頭）l 局部應(yīng)力*l 循環(huán)和動(dòng)載荷（如：疲勞考慮）l 風(fēng)載*l 地震載荷*如果存在的話。注：VIII-1提供的設(shè)計(jì)法則僅適合于壓力載荷的計(jì)算，對(duì)于其它載荷，任何適用的工程方法都可使用。確定設(shè)計(jì)參數(shù)的責(zé)任在“ASME體系”里涉及到的幾個(gè)單位之間存在著接口，為每個(gè)單位規(guī)定了職責(zé)或要做的工作。每個(gè)單位負(fù)責(zé)進(jìn)行他們自己的工作，ASME標(biāo)志符持有人僅負(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

3、用戶應(yīng)使用KK表格向制造廠提供以下數(shù)據(jù)，以便使所設(shè)計(jì)的容器滿足預(yù)期的使用條件：l 設(shè)計(jì)壓力和溫度l 載荷l 腐蝕余量l 使用要求l 附加的PWHT或RTl 主體材料、簡(jiǎn)圖和制造的公差。VIII-1卷容器的設(shè)計(jì)可以由用戶或其設(shè)計(jì)代理、ASME標(biāo)志符持有人或其分供方進(jìn)行，但是，給容器打鋼印的ASME標(biāo)志符持有人必須對(duì)設(shè)計(jì)符合ASME規(guī)范的要求負(fù)責(zé)。VIII-1卷對(duì)設(shè)計(jì)人員的資格沒有規(guī)定,只要雇主認(rèn)定就可。焊接接頭形式及限制（UW）接頭類別（Joint 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(duì)接接頭。平封頭上拼接焊縫為A類接頭。焊接接頭除類別外，

4、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5/8”對(duì)于Offset所有所有3/8 in對(duì)于球封頭35/8”24” O.D.不允許45/8”所有3/8”5封頭 1/2”24”O(jiān).D不允許用于球封頭不允許夾套殼體5/8”所有6凸面受壓封頭所有所有封頭24”O(jiān).D.特殊容器UW-2(a) 有毒介質(zhì)當(dāng)容器按有毒介質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，所有的焊接接頭必須100%RT。各類接頭必須是：l A類Type 1l B類Type 1或2l

5、C類Type 1或2，但允許Fig. UW-13.5所示的焊接結(jié)構(gòu)。（見UW-2(c)(a)）l D類全焊透UW-2(b) 低溫下列情況屬于低溫容器：l 按UG-68，碳鋼、低合金鋼容器的MDMT小于-55F（-48C）；l 高合金鋼容器，按UHA-51要求對(duì)母材或焊縫金屬進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。各類接頭必須是：l A類Type 1（對(duì)于某些奧氏體不銹鋼及其焊縫，可以使用Type 1或2）l B類Type 1或2l C類全焊透（法蘭必須采用全焊透連接，不使用平焊法蘭）。l D類全焊透，但以下情況可采用不焊透結(jié)構(gòu)：- UHA-51(d)(1)(a)和(b)、UHA-51(d)(2)(a)的材料，MDMT-

6、320F。- UHA-51(d)(1)(c)和UHA-51(d)(2)(b)的材料，MDMT-50F。UW-2(c) 非受火蒸汽鍋爐非受火蒸汽鍋爐（如：廢熱鍋爐）的設(shè)計(jì)壓力超過50 psi（0.34 Mpa）時(shí)，各類接頭必須是：l A類Type 1l B類Type 1或2l C類無限制l D類無限制UW-2(d) 直接受火容器壓力容器或部件直接承受燃料（固體、液體或氣體）燃燒火焰，其制造不屬Section I、III、或IV的范圍，此類容器上的各類焊縫必須是：l A類Type 1l B類（t5/8”）Type 1或2l C類無限制l D類無限制射線檢測(cè)RT的類型l 全部（100%）l 局部（抽

7、檢）l 無射線檢測(cè)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(duì)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(duì)接焊縫的厚度超過一定的尺寸時(shí)，也要求RT檢查，如Table UCS-57、還有UHA-57要求對(duì)所有Type 1接頭作RT檢查。可選RT當(dāng)規(guī)范沒有規(guī)定要作RT時(shí)，RT檢驗(yàn)的程度由設(shè)計(jì)者選擇，并取決于所期望的焊縫系數(shù)和/或質(zhì)量系數(shù)。見UW-11和12。UW-12 焊縫系數(shù)當(dāng)規(guī)范沒有規(guī)定RT時(shí)，RT便成為設(shè)計(jì)的選項(xiàng)。設(shè)計(jì)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(xiàng)可以運(yùn)用在整臺(tái)容器上，也可以

8、運(yùn)用在具體一部分焊縫上。幾個(gè)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(jì)者可按每個(gè)接頭來使用應(yīng)力乘數(shù)。b) 質(zhì)量系數(shù)：對(duì)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(duì)許用應(yīng)力運(yùn)用了15%應(yīng)力降低系數(shù)外，還要運(yùn)用質(zhì)量系數(shù)0.85。c) 焊縫增量：一個(gè)焊工在一臺(tái)容器上焊接的50 ft.（15 m）焊縫，如果是多臺(tái)一致的容器，此焊縫增量可以是一臺(tái)或多臺(tái)容器上的焊縫。焊縫增量的定義見UW

9、-52，目的在于規(guī)定一張抽檢片子代表的焊縫長(zhǎng)度，一張抽檢片子必須包括每一焊工所焊接的焊縫。UW-11(a) 100% RT以下焊縫必須按UW-51對(duì)其全長(zhǎng)進(jìn)行RT檢查：l 筒節(jié)或封頭上的所有A類和D類對(duì)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(jì)時(shí)，應(yīng)作全長(zhǎng)RT檢查。l 接管、及與容器相連的壓力腔殼體（Communicating Chamber）上的對(duì)接焊縫，當(dāng)其超過NPS10或1-1/8 in.厚度時(shí)，應(yīng)作全長(zhǎng)RT檢查。l 與A類對(duì)接焊縫相交、或連接無縫筒體或封頭的B類或C類對(duì)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

10、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(zhǎng)RT探傷。UW-11(b) RT抽檢如果筒體或封頭的設(shè)計(jì)使用UW-12(b)允許的焊縫系數(shù)時(shí)，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(yàn)的一種手段，抽檢的范圍應(yīng)包括：l 每50 ft（15 m）焊縫增量或不足此增量的焊縫長(zhǎng)度抽檢6 in.（150 mm）長(zhǎng)；l 每59 ft（15 m）焊縫增量必須包括足夠數(shù)量的抽檢，以檢查每個(gè)焊工的工作質(zhì)量；l RT抽檢的部位由AI選定；l 滿足其它條款而要求的RT不得用來滿足此條的抽檢要求；l UW-51(a)的要求同樣適合RT抽檢（RT-3）。厚度

11、方面的考慮設(shè)計(jì)-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”（1.6 mm）。以下情況例外：1） 對(duì)于板式換熱器的換熱板不適用。2） 對(duì)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）。UG-16(c)板材鋼廠負(fù)偏差為訂購(gòu)厚度的6%，但最大不超過0.01”（0.25 mm）。UG-16(d)管子負(fù)偏差：如果管子按公稱厚度訂購(gòu)，除按UG-37和UG-40計(jì)算管接

12、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(jì)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)確定的B值。UG-23(c)由UG-22所列載荷同時(shí)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(duì)于產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的載荷，最大一次薄

13、膜應(yīng)力加上一次彎曲應(yīng)力不超過Section II Part 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(duì)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(jì)算厚度時(shí)，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，如：非常高的立式容器在風(fēng)載和地震載荷作用下、鞍座支撐的臥式長(zhǎng)容器。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(shí)、或當(dāng)附加載荷（UG-22）

14、使得縱向彎曲或拉伸與內(nèi)壓一起作用時(shí)，才起確定作用。內(nèi)壓下殼體厚度計(jì)算公式（僅供參考，以最新版的規(guī)范為準(zhǔn)）圓形筒體環(huán)向應(yīng)力（縱向焊縫）用內(nèi)徑表示 (t 或 P 0.385 SE)t = 或 P = UG-27(c)(1)用外徑表示 (t 或 P 0.385SE)t = 或 P = 1-1(a)(1)縱向應(yīng)力（環(huán)向焊縫）用內(nèi)徑表示 (t 或 P 1.25SE)t = 或P = UG-27(c)(2)用管子制成的筒體 UG-31UG-31允許用管子制造筒體，并可用UG-27給出的公式計(jì)算厚度。在訂購(gòu)管子時(shí)，必須注意，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。

15、球體殼用內(nèi)徑表示t = 或 P = UG-27(d)用外徑表示t = 或 P = 1-1(a)(2)符號(hào)t 殼體的最小要求厚度(in.)P 設(shè)計(jì)內(nèi)壓(psi.)R 內(nèi)徑(Ri)R 外徑S 最大許用應(yīng)力(psi.)E 圓筒或球體殼的焊縫系數(shù)、孔橋系數(shù)，取較低值。流體靜壓頭對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)的影響- UG-22載荷- 較高立式容器(塔器)、或低設(shè)計(jì)壓力的容器要考慮的因素。- 如果流體靜壓頭僅在水壓試驗(yàn)時(shí)存在，設(shè)計(jì)時(shí)可不必考慮流體靜壓頭，可以有以下選擇：1) 在水平位置進(jìn)行水壓試驗(yàn)，以使靜水壓頭降為最低。2) 用氣壓試驗(yàn)代替水壓試驗(yàn)。3) 計(jì)算水壓試驗(yàn)中靜壓頭引起的附加應(yīng)力。水壓試驗(yàn)壓力沒有上限，見UG

16、-99(d)，但是，如果容器發(fā)生明顯的永久變形，AI有權(quán)拒收容器。靜壓頭引起的附加壓力：P(f) = Hg式中：P(f) = 靜壓頭引起的附加壓力。H = 流體柱的高度。g = 流體密度。厚壁圓筒的計(jì)算公式Appendix 1 其它設(shè)計(jì)計(jì)算公式如果t 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(shí)：t = 式中：Z = 如果“t”已知，計(jì)算P：t = 式中：Z = 封頭設(shè)計(jì)半球形封頭橢圓封頭碟形封頭錐殼折邊錐殼平封頭球凸形封頭(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

17、圓形封頭、碟形封頭、錐殼和折邊錐殼。注意：Code Case 2260給出了設(shè)計(jì)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(jì)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。典型封頭的主要尺寸（見Fig 1-4）t= 成形后封頭的最小要求厚度。D= 封頭直邊的內(nèi)徑；橢圓封頭的內(nèi)表面長(zhǎng)軸長(zhǎng)度；錐殼封頭考慮點(diǎn)處垂直于軸線的內(nèi)直徑。D0=外徑(與內(nèi)徑相似)。h

18、=橢圓封頭短軸長(zhǎng)度的1/2。L=碟形封頭和半球形封頭球或冠的內(nèi)半徑。r=轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。a=錐殼中心夾角的1/2。Di=折邊錐殼封頭轉(zhuǎn)角與錐殼相切處與軸線相垂直的內(nèi)直徑。=D 2r(1-cosa)P=設(shè)計(jì)內(nèi)壓2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭短軸是長(zhǎng)軸的一半：可以作為近似2:1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(見UG-32(d)：轉(zhuǎn)角半徑r = 0.17D；球冠半徑L = 0.90D。UG-32(d)給出了最小要求厚度或MAWP的計(jì)算公式： 或 其它橢圓封頭對(duì)于非2:1的橢圓封頭，附錄1-4(c)給出了計(jì)算公式： 或 碟形封頭標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭L=D0= 直邊的外徑；r=6%L= 球冠內(nèi)半徑的6%=6%D0= 直邊外徑的6%；此標(biāo)準(zhǔn)碟形封

19、頭的厚度和壓力計(jì)算公式(UG-32(e)： 或 對(duì)于最低抗拉強(qiáng)度超過80,000 psi的材料，碟形封頭的計(jì)算應(yīng)使用室溫下許用應(yīng)力S = 20,000 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(jì)算公式： 或 式中：UG-32(j)對(duì)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D0。對(duì)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 L= 直邊外徑D0Minimum r= 直邊外徑D0的6%，但不小于封頭厚度的3倍。對(duì)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(duì)r給

20、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(duì)接焊縫連接，應(yīng)具有足夠長(zhǎng)的直邊，以滿足Fig. UW-13.1中關(guān)于3:1坡度和中心線對(duì)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(duì)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(duì)待。斜坡過度Fig. UW-13.1厚度要求UG-32(a)和UG-32(b)對(duì)于成形封頭(橢圓封頭、碟形封頭、半球形封頭和折邊錐殼)，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

21、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)當(dāng)半球形封頭的厚度不超過0.356L、或P不超過0.665SE，則： 或 對(duì)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(jì)算舉例A) 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%。根據(jù)UG-32(e)：P= 設(shè)計(jì)壓力(psi) = 150 psiL= 球冠內(nèi)半徑(in.) = 7

22、2 in.S= 許用應(yīng)力(psi) = 12 ksi (SA-516-70在800F下)E= 封頭上的最低焊縫系數(shù) = 1.0 in.B) 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10%的碟形封頭。根據(jù)附錄1-4：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。M = 1.46 見表1-4.2 in.C) 2:1橢圓封頭根據(jù)UG-32(d)： in.D) 半球形封頭根據(jù)UG-32(f)：= 0.225 in.E) 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)：L= 0.90D = 0.972 = 64.8R= 0.17D = 0.1772 = 12.24上述計(jì)算中，為簡(jiǎn)化起見，在確定球冠半徑和轉(zhuǎn)角半徑時(shí)直邊的外徑看成與直邊的內(nèi)徑相等。由于相對(duì)于直徑，元件的厚度較薄，它們的差別可忽略不計(jì)。平封蓋UG-34無拉撐平封頭、封蓋、盲法蘭。圓形和非圓形平封蓋。焊接和螺栓連接。計(jì)算公式是根據(jù)平板的彈性、小變形理論推導(dǎo)得出。邊界條件或邊緣的影響用系數(shù)C來表示。對(duì)于焊接平封