王立

（普爾利斯（中國(guó)）環(huán)保分離設(shè)備制造有限公司)

GB150—2011與ASMEⅧ-1 2013開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的差異

王立*

（普爾利斯（中國(guó)）環(huán)保分離設(shè)備制造有限公司)

容器開(kāi)孔后需要考慮對(duì)開(kāi)孔部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。分析和討論了GB 150—2011與ASME BPVCⅧ-1 2013中關(guān)于開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)部分的主要差異。

壓力容器 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) GB 150 ASME 面積 差異

0 前言

新版GB 150—2011《壓力容器》于2012年3月1日正式實(shí)施了，而ASME BPVC 2013版也于2013年7月發(fā)布，2014年1月1日強(qiáng)制實(shí)施了。眾所周知，GB 150—2011主要是參照ASMEⅧ-1規(guī)范編寫(xiě)的，但這兩套標(biāo)準(zhǔn)又存在著較多的差異。對(duì)于目前在國(guó)內(nèi)壓力容器行業(yè)使用最廣的這兩套標(biāo)準(zhǔn)，非常有必要對(duì)其不同之處進(jìn)行分析討論，以便加深對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，更好地在實(shí)際中運(yùn)用。

為了滿足工藝上的要求以及容器制造、安裝、檢驗(yàn)和維修等方面的要求，對(duì)壓力容器進(jìn)行開(kāi)孔設(shè)計(jì)是不可避免的。容器開(kāi)孔后就需要考慮對(duì)開(kāi)孔部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。因此，本文將對(duì)GB 150—2011和ASMEⅧ-1 2013版規(guī)范中關(guān)于開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的差異進(jìn)行分析討論。

后續(xù)文章中如無(wú)特殊說(shuō)明，GB 150都指的是GB 150—2011《壓力容器》，ASME或ASMEⅧ-1都指的是ASME BPVCⅧ-1 2013版。

1 符號(hào)說(shuō)明

A——開(kāi)孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)截面積，mm2

A1——?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A2——接管壁多余厚度的有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A3——接管內(nèi)伸到容器壁以內(nèi)時(shí)的有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A41——外伸接管焊縫有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A42——外加元件焊縫有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A43——內(nèi)伸接管焊縫有效補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2

A5——外加補(bǔ)強(qiáng)材料作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積，mm2

a——橢圓長(zhǎng)軸，mm

B——補(bǔ)強(qiáng)有效寬度，mm

b——橢圓短軸，mm

C——厚度附加量，mm

Di——圓筒內(nèi)直徑，mm

d——開(kāi)孔直徑，mm

d1，d2——相鄰兩開(kāi)孔的直徑，mm

E1——開(kāi)孔及補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的焊接接頭系數(shù)

F——校正系數(shù)，用于補(bǔ)償相對(duì)于容器軸線不同平面上內(nèi)壓應(yīng)力的變化

fr——強(qiáng)度削弱系數(shù)，接管材料與筒體或封頭材料許用應(yīng)力比值，不大于1

h——接管實(shí)際高度，mm

h1——外伸接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm

h2——內(nèi)伸接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm

P——設(shè)計(jì)壓力，MPa

Rm——鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值，MPa

θ——開(kāi)孔中心連線與殼體縱軸間的夾角，（°）

δ——?dú)んw或封頭計(jì)算厚度，mm

δA-A——?dú)んw或封頭上截面A-A所需計(jì)算厚度，mm

δB-B——?dú)んw或封頭上截面B-B所需計(jì)算厚度，mm

δe——?dú)んw或封頭有效厚度，mm

δet——接管有效厚度，mm

δnt——接管名義厚度，mm

SV——ASME規(guī)范中容器許用應(yīng)力值，MPa

t——ASME規(guī)范中容器壁有效厚度，mm

te——ASME規(guī)范中補(bǔ)強(qiáng)元件的厚度或高度，mm

tj——ASME規(guī)范中內(nèi)伸接管壁有效厚度減去一個(gè)腐蝕余量之后的厚度，mm

tn——ASME規(guī)范中接管壁有效厚度，mm

tr——ASME規(guī)范中采用E=1時(shí)殼體或封頭計(jì)算厚度，mm

W——連接焊縫傳遞的總載荷，N

2 等面積法適用的開(kāi)孔范圍差異

GB 150和ASME都采用了等面積法用于開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，但其適用的開(kāi)孔范圍是有差別的。表1對(duì)照列出了GB 150與ASMEⅧ-1等面積法適用的開(kāi)孔范圍。

由表1可知，在圓筒、封頭、錐形殼體等部件上，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)允許的最大開(kāi)孔尺寸大體一致，但也存在一些明顯的差異，尤其是在圓筒所允許的開(kāi)孔上。相比較ASMEⅧ-1而言，GB 150存在明顯的不合理性。按照GB 150的規(guī)定，當(dāng)圓筒Di=1500 mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑的上限是d=520 mm；而當(dāng)筒體內(nèi)徑Di=1530 mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑的上限反而只有510 mm。這一規(guī)定顯然和圓筒直徑越大，所允許開(kāi)孔的直徑越大的原則相悖。這是由于老版本的GB 150所適用的開(kāi)孔范圍是引自于ASMEⅧ-1早期版本的英制尺寸（ASMEⅧ-1早期無(wú)公制尺寸，2004版及以后才有公制尺寸），并經(jīng)換算圓整后得到的，但此次新版的GB 150依然是沿用老版的數(shù)據(jù)，沒(méi)有隨著ASME的更新而進(jìn)行相應(yīng)的更正。

3 開(kāi)孔豁免補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的差異

在GB 150和ASME中都允許一些開(kāi)孔可以免于補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，但兩者相關(guān)的定義以及使用條件上都存在明顯的區(qū)別。GB 150規(guī)定的是不另行補(bǔ)強(qiáng)，認(rèn)為在一定壓力時(shí)由于容器產(chǎn)品的殼體厚度和接管的最小壁厚超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度需要，在這種情況下，殼體和接管裕量可看作對(duì)開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)，能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求而不必另行補(bǔ)強(qiáng)。ASME則指的是不需要結(jié)構(gòu)自補(bǔ)強(qiáng)外的其他補(bǔ)強(qiáng)（do not require reinforcement other than that inherent in the construction），即表示在規(guī)定的直徑、接管頸部厚度和殼體厚度時(shí)，由于開(kāi)孔直徑較小和接管與殼體的厚度較接近，使二者的變形較為協(xié)調(diào)，導(dǎo)致高應(yīng)力區(qū)以及高應(yīng)力值都較小，其應(yīng)力集中系數(shù)基本上不會(huì)大于經(jīng)正確補(bǔ)強(qiáng)的大孔的相應(yīng)值，所以不必進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，更不需補(bǔ)強(qiáng)。

表1 等面積法最大開(kāi)孔尺寸對(duì)照

GB 150與ASME對(duì)于不需經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的開(kāi)孔，具有明顯的區(qū)別，具體如下如述。

在GB 150中規(guī)定，當(dāng)殼體開(kāi)孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：

（a）設(shè)計(jì)壓力p≤2.5 MPa。

（b）兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對(duì)于3個(gè)或以上相鄰開(kāi)孔，任意兩孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的2.5倍。

（c）接管外徑小于或等于89 mm。

（d）接管壁厚滿足表2的要求，表2中接管壁厚的腐蝕裕量為1 mm。當(dāng)需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚。

表2 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管外徑與接管壁厚關(guān)系（單位:mm）

（e）開(kāi)孔不得位于A、B類焊接接頭上。

（f）鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm≥540 MPa時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。

在ASMEⅧ-1 UG36(C)(3)中則規(guī)定了對(duì)于壓力無(wú)急劇波動(dòng)的容器上的開(kāi)孔，在下列情況下，不需要結(jié)構(gòu)自補(bǔ)強(qiáng)外的其他補(bǔ)強(qiáng)：

（a）用焊接、釬焊和翻邊的連接件，滿足相應(yīng)的規(guī)則，其已完工的開(kāi)孔不大于直徑89 mm（在最小需要厚度為10 mm或更小的容器殼體或封頭上），或直徑60 mm（在最小需要厚度為10 mm以上的容器殼體或封頭上）。

（b）螺紋、螺栓或脹接的連接件，其在殼體或封頭上切出的開(kāi)孔不大于直徑60 mm。

（c）符合上面（a）或（b）的、不補(bǔ)強(qiáng)的兩個(gè)單獨(dú)的開(kāi)孔，其中心距應(yīng)不小于它們直徑之和。

（d）符合上面（a）或（b）的、不補(bǔ)強(qiáng)的三個(gè)或更多的開(kāi)孔群，它們中任意兩孔的中心距L應(yīng)不小于下列數(shù)值，即符合式（1）或式（2）的關(guān)系:

對(duì)圓筒形殼體或錐殼為

對(duì)兩個(gè)曲面組成的殼體和成型封頭或平封頭為

相比較而言，GB 150不需補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的開(kāi)孔限制條件較多，如GB 150規(guī)定不另行補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔不能位于A、B類焊縫上，且在GB 150.4的第10.3.2條還規(guī)定了對(duì)于不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管，自開(kāi)孔中心、沿容器表面的最短長(zhǎng)度等于開(kāi)孔直徑的范圍內(nèi)的焊接接頭（A、B類接頭）需要100%射線或超聲檢測(cè)。而在ASME中則規(guī)定，不需補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的開(kāi)孔雖不能開(kāi)在A類接頭上，但允許開(kāi)在B類或C類對(duì)接接頭上，同時(shí)考慮到實(shí)際存在的高應(yīng)力區(qū)和焊縫相遇或相鄰可能引起的問(wèn)題，還要求以開(kāi)孔為中心，三倍于開(kāi)孔直徑范圍內(nèi)的B類和C類焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)。

4 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算差異

容器殼體上由于開(kāi)孔的存在導(dǎo)致垂直于應(yīng)力方向受載截面積的削弱，在補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中需要計(jì)算這部分削弱的面積，即標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所需補(bǔ)強(qiáng)面積A，以便核算補(bǔ)強(qiáng)的面積是否能夠滿足要求。

GB 150規(guī)定的計(jì)算公式如下：

ASME中規(guī)定了計(jì)算公式如下：

式（3）中的δ指的是按照實(shí)際的焊接接頭系數(shù)計(jì)算的殼體厚度，而式（4）中tr則是假定焊接接頭系數(shù)為1時(shí)的殼體計(jì)算厚度。因此在同等條件下，GB 150需要補(bǔ)強(qiáng)的面積較大，計(jì)算較為保守。

式（3）和式（4）另一個(gè)明顯的差異就是，ASME在計(jì)算時(shí)引入了校正系數(shù)F，GB 150則沒(méi)有，這也就意指各個(gè)所考慮平面上的應(yīng)力校正系數(shù)都是為1（即F=1），即各個(gè)不同平面的應(yīng)力水平都相等，但實(shí)際上不同平面的應(yīng)力水平是不一致的，如筒體縱向截面應(yīng)力與橫向截面應(yīng)力。正是由于垂直于各個(gè)截面的應(yīng)力是不一致的，導(dǎo)致各個(gè)平面的所需計(jì)算厚度也是不一致的。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所考慮的補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)該是綜合考慮各個(gè)截面的削弱面積，取其最大值所在截面作為補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算基準(zhǔn)截面。一般而言，對(duì)于在徑向開(kāi)孔的圓形孔，如沒(méi)有較大的附加軸向截荷作用(如塔設(shè)備的風(fēng)彎矩、地震彎矩，或臥式容器因自重引起的軸向彎矩等)時(shí)，計(jì)算厚度是由壓力引起的周向應(yīng)力所確定，且又由于通過(guò)軸線的各個(gè)截面的開(kāi)孔直徑d是一致的，因此沒(méi)有校正系數(shù)或者說(shuō)默認(rèn)F=1，其計(jì)算結(jié)果是沒(méi)有問(wèn)題的。但當(dāng)存在橢圓形或長(zhǎng)圓形開(kāi)孔時(shí)，由于是非圓形開(kāi)孔，不同截面上各有不同的開(kāi)孔直徑。

按照GB 150.3的6.3.3.1款的規(guī)定，對(duì)于橢圓形或長(zhǎng)圓形開(kāi)孔，其開(kāi)孔直徑d取所考慮截面上的尺寸（弦長(zhǎng)）加2倍的厚度附加量，也就是說(shuō)不應(yīng)沿某一固定截面（如縱向截面）來(lái)測(cè)量其弦長(zhǎng)，而應(yīng)是對(duì)所考慮的截面來(lái)測(cè)量其弦長(zhǎng)。

為了確定需要考慮的截面，應(yīng)視開(kāi)孔的布置方位對(duì)所有可疑截面都進(jìn)行計(jì)算。如圖1所示的橢圓形開(kāi)孔，在長(zhǎng)軸所在的截面A-A上需要補(bǔ)強(qiáng)的面積應(yīng)該是此截面的計(jì)算厚度與該截面的開(kāi)孔直徑（長(zhǎng)軸a加2倍的厚度附加量C）之積；而殼體縱軸所在的截面B-B上需要補(bǔ)強(qiáng)的面積應(yīng)該是此截面的計(jì)算厚度與該截面的開(kāi)孔直徑[ab(a2sin2θ+ b2cos2θ）-1/2+2C]之積，即如下所述（為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)fr=1，C=0）：

圖1 橢圓形開(kāi)孔

截面A-A開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)

截面B-B開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)

假設(shè)此圓筒只受內(nèi)壓作用，按照薄膜應(yīng)力理論，圓筒的計(jì)算厚度δ是由周向應(yīng)力，即垂直于截面B-B的應(yīng)力所決定。因此按照GB 150所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算公式，則可認(rèn)為此橢圓形開(kāi)孔所考慮的截面是截面B-B。但對(duì)于其它截面由于不知其所需的計(jì)算厚度，就無(wú)法確定其需要的補(bǔ)強(qiáng)面積值，也就不能保證截面B-B就是此橢圓形開(kāi)孔削弱面積最大的所在截面，如圖1中橢圓長(zhǎng)軸所在的截面AA，由于無(wú)法得知計(jì)算厚度δA-A，也就不能確定A2與A1的大小。這顯然是不符合等面積法補(bǔ)強(qiáng)要求的。同樣的道理，對(duì)于非徑向斜開(kāi)孔以及多個(gè)開(kāi)孔都涉及到相同的問(wèn)題。

ASME通過(guò)引入校正系數(shù)F則有效地解決了該問(wèn)題。ASME規(guī)范中根據(jù)內(nèi)壓圓筒上已知的兩向應(yīng)力關(guān)系，由莫爾圓原理導(dǎo)出了在任意截面上的最大應(yīng)力值，并由應(yīng)力校正系數(shù)F來(lái)表示這些應(yīng)力值與圓筒的周向應(yīng)力的比值，由此就可以確定各個(gè)截面上的計(jì)算厚度。校正系數(shù)F如圖2所示。

圖2 校正系數(shù)F線算圖

由上述討論可知，GB 150開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積雖總體上參照ASMEⅧ-1，但未引入ASMEⅧ-1的應(yīng)力校正系數(shù)F，當(dāng)遇到圓筒上的非圓形斜開(kāi)孔以及圓筒或錐殼上的多個(gè)開(kāi)孔時(shí)是存在問(wèn)題的。

5 有效補(bǔ)強(qiáng)截面積計(jì)算差異

5.1 關(guān)于有效補(bǔ)強(qiáng)面積A1

對(duì)于殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的有效補(bǔ)強(qiáng)面積A1，GB 150的計(jì)算公式如下：

ASME的計(jì)算公式如下：

相比而言，ASME計(jì)算公式中增加了校正系數(shù)F和焊接接頭系數(shù)E1。校正系數(shù)F的含義在上章已經(jīng)闡述過(guò)了，這里就不再贅述。如式（8）所示，ASME在提及殼體多余厚度時(shí)加入了焊接接頭系數(shù)E1，表明開(kāi)孔是允許在焊縫上的，包括A類焊縫（見(jiàn)UW-14(a)）。而在GB 150.3的6.1.4條中提出，容器上的開(kāi)孔宜避開(kāi)容器焊接接頭。當(dāng)開(kāi)孔通過(guò)或鄰近容器焊接接頭時(shí)，則應(yīng)保證在開(kāi)孔中心的2d范圍內(nèi)的接頭不存在任何超標(biāo)缺陷。在GB 150釋義中指出，考慮到當(dāng)前設(shè)備大型化，有些大接管無(wú)法避開(kāi)A、B類焊接接頭。對(duì)于無(wú)法避開(kāi)焊接接頭的補(bǔ)強(qiáng)開(kāi)孔，針對(duì)開(kāi)孔附近接頭提出了接頭質(zhì)量的要求。這也就是說(shuō)，GB 150也是允許開(kāi)孔通過(guò)或鄰近A、B類焊縫的，但卻沒(méi)有相應(yīng)地引入焊接接頭系數(shù)。如開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)通過(guò)A、B類焊縫，則殼體或封頭實(shí)際有效厚度應(yīng)該是E1δe，殼體或封頭多余厚度有效補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)該按照ASME的公式更為準(zhǔn)確。因此在國(guó)標(biāo)容器設(shè)計(jì)中，為了規(guī)避計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不一致，如開(kāi)孔通過(guò)或鄰近焊接接頭系數(shù)不為1的A、B類焊縫時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中注明開(kāi)孔中心的2d范圍內(nèi)的焊縫應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，射線檢測(cè)合格級(jí)別不低于Ⅱ級(jí)或超聲檢測(cè)合格級(jí)別不低于Ⅰ級(jí)，即達(dá)到焊接接頭系數(shù)為1時(shí)的檢測(cè)要求，保證不存在任何超標(biāo)缺陷。

5.2 接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度的差異

對(duì)于接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度，在GB 150中規(guī)定如下：

ASME則有不同的規(guī)定：

在接管內(nèi)伸與外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度上，GB 150與ASME是完全不一樣的，而且需要特別指出的是ASME中外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度h1沒(méi)有提到實(shí)際高度h，也就是意味著在補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)默認(rèn)接管實(shí)際高度h是不少于上述式（11）值的，但如果h小于上述式（11）值時(shí)，外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度應(yīng)該是實(shí)際外伸高度，因此ASME的外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度改為如式（13）所示更為合理：

在現(xiàn)行ASME標(biāo)準(zhǔn)下，計(jì)算時(shí)要特別注意核算外伸實(shí)際高度與有效補(bǔ)強(qiáng)高度的大小。

6 接管最小厚度差異

開(kāi)孔處的接管不僅要計(jì)及壓力作用，還要計(jì)及接管和殼體連接的附加應(yīng)力，如變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的附加應(yīng)力。因此ASMEⅧ-1在UG-45節(jié)專門(mén)描述了接管頸部最小厚度要求。ASME規(guī)定，對(duì)于僅用于出入和檢查的接管，頸部厚度應(yīng)不小于在內(nèi)壓和外壓作用下所需要的最小頸部厚度加上腐蝕余量。對(duì)于其他開(kāi)孔則要求除去腐蝕余量后的厚度應(yīng)不小于開(kāi)孔連接處的筒體或封頭在壓力作用下的計(jì)算厚度與表3中接管尺寸對(duì)應(yīng)的最小壁厚的較小者，且不小于在內(nèi)壓和外壓作用下所需要的最小接管壁厚。但GB 150除了在接管外伸補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算公式中提到了接管計(jì)算厚度δet外，通篇都沒(méi)有明確提出對(duì)于接管的壁厚要求，也就意指接管壁厚只需有壓力設(shè)計(jì)即可，而沒(méi)有像ASME一樣，對(duì)于筒體與接管連接的附加應(yīng)力進(jìn)行相應(yīng)的考慮，這顯然是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

在GB 150中雖然沒(méi)有明確提出對(duì)接管壁厚的核算，但壓力作用下的壁厚要求是不言而喻的，因此有必要對(duì)接管尤其是不另行補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔接管進(jìn)行強(qiáng)度核算，保證接管的有效壁厚能夠滿足壓力作用。

7 焊縫強(qiáng)度要求的差異

接管與筒體通常都是采用焊接連接形式，GB 150除了在第三章的附錄D列出了接管與殼體連接的典型焊接結(jié)構(gòu)外，全篇都未提及如不按附錄中的結(jié)構(gòu)尺寸是否需要對(duì)焊縫進(jìn)行強(qiáng)度校核，如果需要，又該如何校核。而ASME不僅對(duì)連接焊縫的位置和最小尺寸提出了具體要求，還提出了焊縫強(qiáng)度校核的方式方法。ASME規(guī)定除以下三種情況外，對(duì)于承受壓力載荷的接管與主殼體的連接焊縫都必須按承載途徑對(duì)焊縫進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（a）圖UW-16.1中部分特定的焊接結(jié)構(gòu)。

（b）不需補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔。

（c）按規(guī)范設(shè)計(jì)的孔橋開(kāi)孔。

在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，坡口焊縫強(qiáng)度根據(jù)其承受剪切或拉伸的面積而定，角焊縫強(qiáng)度根據(jù)其承受剪切的面積而定。焊縫的實(shí)際連接強(qiáng)度不應(yīng)小于總的焊縫載荷和所考慮的單個(gè)或多個(gè)補(bǔ)強(qiáng)件橫斷面的抗拉強(qiáng)度（對(duì)于典型的管頸插入容器壁的接管，強(qiáng)度途徑如圖3所示）的較小者。

表3 接管最小壁厚要求

圖3 接管連接焊縫載荷和所需考慮的焊縫強(qiáng)度途徑

同時(shí)，ASME綜合了端部及側(cè)向組合載荷、剪切強(qiáng)度的削減因素以及相應(yīng)的焊接接頭系數(shù)，規(guī)定了坡口焊縫或角焊縫的許用應(yīng)力值為容器材料的許用應(yīng)力值乘以下列的百分比:

坡口焊縫拉伸74%

坡口焊縫剪切60%

角焊縫剪切49%

由以上可知，ASME在規(guī)定了詳細(xì)的焊接節(jié)點(diǎn)圖的同時(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)靥岢隽藢?duì)連接焊縫進(jìn)行校核和具體的校核方法。

8 結(jié)語(yǔ)

GB 150和ASME的等面積補(bǔ)強(qiáng)法主要在以下七個(gè)方面存在差異：

（1）GB 150與ASME規(guī)范適用的開(kāi)孔范圍有較大差異。GB 150適用的開(kāi)孔范圍中，對(duì)于內(nèi)徑Di≤1500 mm時(shí)開(kāi)孔最大直徑上限與Di＞1500 mm時(shí)開(kāi)孔最大直徑下限存在不一致。

（2）GB 150不需補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的開(kāi)孔限制條件較多，且不另行補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔不能位于A、B類焊縫上，而在ASME中則規(guī)定不需補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的開(kāi)孔雖不能開(kāi)在A類接頭上，但允許開(kāi)在B類或C類對(duì)接接頭上。

（3）GB 150開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積雖總體上參照ASMEⅧ-1，但未引入ASMEⅧ-1的應(yīng)力校正系數(shù)F，當(dāng)遇到圓筒上的非圓形斜開(kāi)孔，以及圓筒或錐殼上的多個(gè)開(kāi)孔時(shí)無(wú)法計(jì)算。

（4）由于GB 150對(duì)于殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的有效補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算沒(méi)有引入接頭焊縫系數(shù)，因此對(duì)于通過(guò)或鄰近開(kāi)孔的A類、B類焊縫需要保證其焊縫在一定范圍內(nèi)沒(méi)有超標(biāo)缺陷存在。

（5）GB 150和ASME在接管外伸和內(nèi)伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度上計(jì)算方法完全不一致。對(duì)于接管外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度，ASME沒(méi)有考慮接管實(shí)際高度，在計(jì)算時(shí)需要校核。

（6）GB 150只要求接管壁厚滿足壓力作用即可，沒(méi)有如ASME一樣對(duì)附加應(yīng)力進(jìn)行考慮。

（7）GB 150只列出了接管與筒體典型的焊接結(jié)構(gòu)，而ASME還要求對(duì)連接焊縫進(jìn)行強(qiáng)度校核，并規(guī)定了具體的校核方法。

[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 150—2011壓力容器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]ASMEⅧRules for Construction of Pressure Vessels Division 1[S].2013 Edition.ASME,New York.

[3]丁伯民.GB 150—1998與ASME—1的某些差異[J].化工設(shè)備設(shè)計(jì)，1999(2).

[4]壽比南，楊國(guó)義.GB 150—2011壓力容器標(biāo)準(zhǔn)釋義[M].北京：新華出版社，2012.

Differences about Reinforcement for Opening between GB 150-2011 and ASMEⅧ-1 2013

Wang Li

After openings in vessels,reinforcement for opening must be considered by designer.The major differences about reinforcement for opening in vessels between GB 150-2011 and ASMEⅧ-1 2013 are analyzed and discussed.

Pressure vessel;Reinforcement for opening;GB 150;ASME;Area;Difference

TQ 050.2

2014-05-10）

*王立，男，1987年生，工程師。鎮(zhèn)江市，212021。