ASME规范强度计算对比分析

ASME规范强度计算对比分析

A Contrast Analysis to Strength Calculation Standards

of ASME BPV Code Et Al

东方锅炉（集团）股份有限公司 刘建成 袁 红 许静贤

Dongfang Boiler Group Co., Ltd. LIU Jiancheng YUAN Hong XU Jingxian

四川 自贡 643001 [Zigong Sichuan 643001]

摘 要：重点对比分析了ASME规范第I卷规定的锅炉强度计算标准与我国锅炉强度计算标准GB9222《水管锅炉受压元件强度计算》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的差异，并针对这些差异提出了相应的建议，作为采用ASME规范的引导和参考资料。对于强度计算的有关规定，ASME规范和国内标准两者之间存在的差异之处比较多，但总的来说，ASME规范的规定更为全面、合理和严密，故建议借鉴ASME规范有关条款对GB9222等国内标准进行修订和完善，提高其适应性和先进性。

关键词：蒸汽锅炉/建议措施/对比分析/ASME规范/强度计算 中图分类号：TK222

Abstract: The differences between the strength calculation standard of ASME BPV Code and the Chinese national standard GB9222 Strength Calculation Standard for pressure parts of water tube boilers and Technical Supervision Regulation for Safety of Steam Boilers are contrasted and analyzed. And some

作者简介：刘建成（1966 -），男，四川仁寿人，1986年学士毕业于武汉理工大学，2001年硕士毕业于电子科技大学，高级工程师，东方锅炉（集团）股份有限公司标准化工程师，主要从事锅炉技术标准化工作。

致 谢：感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见。 E-mail: dbcljc@163.com

1

recommended measures for these differences are presented to be the guidance and reference to adopt ASME Code. As for the relative stipulations of strength calculation, there are many differences between ASME Code and the Chinese standards. However, in general, the stipulations of ASME Code are more complete, reasonable and rigor. So it is suggested to revise and consummate the Chinese standards such as GB9222 etc. by using the relative clauses of ASME Code as reference, to promote their adaptability and progressiveness.

Keywords: steam boilers, suggested measures, contrast analysis, ASME Code, strength calculation

2

0 引 言

美国机械工程师协会（ASME）《锅炉及压力容器规范》，是全世界公认的最具权威的国际规范，它较之ISO/R831《固定式锅炉建造规范》、英国标准BS、德国标准TRD，以及我国劳动部《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（简称《蒸规》）等，内容更丰富、更全面，体系更具体、更严密。因此，受到世界各国的重视，成为最可靠的动力锅炉和压力容器设计、制造和检验的依据。

早在1980年代初期，东锅标准化技术人员便对ASME BPV CODE进行了分析、研究，并就制造、检验方面的规定与国内当时《蒸规》、工厂（公司）标准进行对比并部分地应用到当时的出口产品中。随后，工厂（公司）经过几年的努力，于1987年申请并获得了美国机械工程师协会的审查认可，取得了该协会的S、U、U2钢印和授权证书，并于1990年、1993年、1996年、1999年、2002年、2005年6次成功换证。到2008年，公司将迎来ASME钢印授权证书第7次换证。

随着市场经济的不断发展，近二十年来，已经有越来越多的国内、国外用户要求按ASME BPV CODE设计、制造大型锅炉和容器产品或要求生产ASME钢印产品。

1 研究背景及说明

为了让更多的科技人员、经销人员、工人及管理人员全面、系统地了解ASME规范，熟练地掌握和贯彻ASME规范，以适应市场经济条件下，来自各方面的不同需求，东方锅炉于1994年组织了一些有丰富实践经验的专业技术人员按ASME的分篇内容与我国有关标准（包括工厂标准）进行了分析、对照，找出它们之间的不同点，对一些ASME规范要求设计、制造、检验执行的强制性条款内容，而国内标准又没有明确规定的，以及一些先进的、合

3

理的技术要求，提出工厂的实施意见或处理办法，作为工厂内部采用ASME规范的引导和参考资料。

十多年过去了，当时分析、对比所依据的ASME规范版本已多次更新，内容发生了很大变化，有必要按照ASME规范最新版和更新后的有关国内标准（包括工厂（公司）标准）重新进行分析、对比，以增强其对实际工作的指导意义。现就本分析、对比资料有关事项说明如下：

（1）本分析、对比仅针对2004版（包括2004增补）ASME BPV CODE和ASME B31.1蓝本进行，今后将根据ASME规范最新版，按实际需要进行修订。

（2）本分析、对比仅供实际工作时参考或引导，不作为合法的标准依据。如需正式采用ASME规范有关技术内容，请根据规范原文要求进行工作。

（3）由于缺乏做类似分析、对比工作的经验，掌握的可供借鉴的资料有限，加上两个国家、两种规范在编制上本身存在着极大差异，因此，本分析、对比资料难免偏颇疏漏之处，欢迎读者提出指正和修改意见。

（4）为减少篇幅，文中不列ASME规范和有关标准详细条目。

2 ASME规范强度计算对比分析

2.1 分析对象

ASME BPV Code：2004版ASME《锅炉及压力容器规范》第I卷《动力锅炉建造规则》（以下简称ASME）；ASME B31.1－2004《动力管道》；国内标准：1996版劳动部《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（以下简称《蒸规》）。GB9222-88《水管锅炉受压元件强度计算》（以下简称GB9222-88）。

2.2 适用范围

ASME规范与国内标准两者适用范围不完全一样：（1）ASME规范不仅适用于介质为水、水蒸汽的锅炉，而且适用于其它蒸汽锅炉；《蒸规》主要适用于介质为水的蒸汽锅炉和锅炉范围内管道。（2）ASME规范规定了压力和

4

温度参数要求；而《蒸规》没有规定压力和温度参数要求①。

2.3 材料

ASME规定除特别许可外，受压件材料均应符合第II卷中某一材料标准的要求，不得采用第II卷D篇各表以外的其他材料；第II卷材料，除另有说明外，在生产方法上不受限制；如使用第I卷未包括的材料，须将有关资料报送ASME委员会，任何未能按本规范许可采用的材料标准正确全面标志的材料，如果满足PG-10中规定的要求，可在锅炉建造中使用；ASME对尺寸限制和偏差也作了一些规定。《蒸规》规定受压件材料和焊材应符合有关国家标准和行业标准；同时金属和焊材在使用条件下具有规定的力学性能；受压件必须是镇静钢，且对板材在20℃时的伸长率和碳素钢、碳锰钢在室温时的夏比冲击吸收功做出了规定。此外，《蒸规》第6条规定：有关单位若采用新结构、新工艺、新材料等新技术，如与本规程不符时，须将所做试验的条件和数据或者有关的技术资料和依据送省级安全监察机构审核同意后，报劳动部安全监察机构审批。总之，关于材料的一般要求，二者有较多相似之处，也有一些明显的不同，设计时应考虑执行各自不同的规定。

板材：ASME PG-6.1任何承受压力的锅炉部件所用的钢板，无论其是否暴露于火焰或燃烧产物中，均应符合以下压力容器用钢某一材料标准的要求：SA-202、SA-204、SA-240、SA-285、SA-299、SA-302、SA-387、SA-515、SA-516、SA/AS 1548、SA/EN-10028-2、SA/JIS G3118；《蒸规》第23条 用于锅炉受压元件的金属材料按如下规定选用：钢板：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D、15、20、20R、20g、22g、12Mng、16Mng、16MnR；DG2602-2001锅炉钢板尚有：19Mn6、DIWA353、13MnNiCrMoNbg。

注释1：《蒸规》是我国的技术安全法规，同等的法规还有《热水锅炉安全技术监察规程》（简称《热水规》，它们构成了我国的锅炉安全技术法规体系。《热水规》适用于同时符合下列条件的以水为介质的固定式热水锅炉：⑴ 额定热功率大于或等于0.1MW。⑵ 额定出水压力大于或等于0.1MPa（表压）。汽水两用锅炉应符合《蒸规》，并应符合《热水规》。

5

锻件：AMSE PG-7.1 按照SA-166碳钢和SA-336合金钢制造的无缝锅筒钢锻件均可用于锅炉上规定或允许采用压力容器用钢的任何部件。PG-7.2 对于锻造的法兰、管配件、管接头、阀门以及锅炉的其它受压件，所采用材料应符合PG-9中所列的某一锻件材料标准的要求。《蒸规》第23条 用于锅炉受压元件的金属材料按如下规定选用：锅炉用锻件：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D、20、25 、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、30CrMo、35CrMo、25Cr2MoVA。

公称管、管子和其它受压件：ASME PG-9.1 锅炉的部件应只限于采用以下标准中的材料（共21类）：SA-53、SA-105、SA-106、SA-178、SA-181、SA-182、SA-192、SA-209、SA-210、SA-213、SA-216、SA-217、SA-234、SA-250、SA-266、SA-268、SA-335、SA-336、SA-423、SA-660、SA-731；PG-9.2 过热器部件应采用PG-9.1所列的某一标准或以下标准中的材料（共34类）：SA-182、SA-213、SA-240、SA-249、SA-250、SA-312、SA-336、SA-351、SA-369、SA-376、SA-430、SA-479、SA-731、SB-163、SB-166、SB-167、SB-168、SB-366、SB-407、SB-408、SB-409、SB-423、SB-424、SB-425、SB-435、SB-514、SB-515、SB-516、SB-517、SB-564、SB-572、SA-619、SA-622、SA-626；PG-9.3 当温度大于406℉（208℃）时，无论其用途如何，锅炉本体内不得采用铜和铜合金公称管和管子……《蒸规》第23条 用于锅炉受压元件的金属材料按如下规定选用：1．钢板：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D、15、20、20R、20g、22g、12Mng、16Mng、16MnR、19Mn6、DIWA353、13MnNiCrMoNbg；钢管：10、20、20G、12CrMoG、15CrMoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB；DG2601-2001锅炉钢管尚有：1Cr18Ni9TiSA-106CSA-213M TP347H SA213M TP304H SA213M T91 SA-210C。ABB-CE公司为山东石横电厂设计的300MW锅炉分别按ASME规范材料和中国材料进行计算。其主要材料如下：ASME规范材料：连接管与集箱：SA-106B、SA-387 12C1.2（钢板压制）、SA515 70（钢板压制）、SA387 22C1.1（钢板压制）、SA335 P12、SA-335 P22、SA-105；过热器管与再热器管：SA-210 A-1、SA209 T-1、SA213

6

T11、SA213 T22、SA-213 T91、SA213 TP304H、SA-213 TP347H；省煤器管：SA-210 A-1；水冷壁管：SA-178C（有缝管）、SA-210C；下降管：SA-106C；汽包：SA-299。中国材料：20G、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB用于过热器、再热器、省煤器与部分连接管。

按非本卷许可采用的材料标准标志或生产的材料以及标志不完整的材料（PG-10）：国内标准没有相应条款。按非本卷许可采用的材料标准标志或生产的材料以及标志不完整的材料，在提供必要的证明资料供AI审查认可后，可视为ASME许可材料。

2.4 最小壁厚等

ASME与GB9222-88对锅炉钢板的限制基本相同。ABB-CE公司规定，过热器集箱与再热器集箱管接头壁厚大于对应的蛇形管壁厚0.04in.（1mm）。1990年代我公司300MW锅炉再热器集箱管接头壁厚比对应的φ60x4蛇形管壁厚大1mm。ASME PG-16.4规定了板材的下偏差；GB9222-88 无相应条款。ASME的这条规定对GB9222-88是不允许的。对于验证性水压试验（PG-18），ASME和GB9222-88都有类似的条款。对于奥氏体材料的冷加工成型（PG-19），GB9222-88 无此条款；ASME的该条款具有一定的合理性，建议国内标准增加该条款。

2.5 最高允许工作压力、荷载及许用应力

（1）按ASME汽包锅炉蒸汽与水汽系统用同一个压力计算受压元件强度（表1另有规定除外）；按GB9222，受压元件按各自不同的工作压力确定计算压力计算强度。（2）“在超压保护器件不动作”意味着最高允许工作压力不能小于安全阀最低整定压力，但不考虑安全阀动作后，压力继续升高的值。（3）《蒸规》允许的超压幅度大于ASME约5%左右。按ASME设计锅炉时，可按ABB-CE公司有关设计导则选取设计压力，见表1。

关于荷载，按ASME《规范》要求，液柱静压一般都要计算，而按GB9222-88是有条件的。GB9222-88对载荷也有考虑，但计算方法不完全一样。ASME《规范》与GB9222-88两种方法相互作为比较，有些情况可通过管道应力计

7

表1 受压元件设计压力 受压元件名称 设计压力 备 注 汽包、水冷壁、过热器系统（蛇按汽包设计压力 与FW公司、B&W形管与集箱）、水冷壁上集箱及汽包设计压力=1.05×汽包工作压力（不计公司同 汽水连接管 液柱静压） 再热器系统（蛇形管与集箱） 按再热器系统入口设计压力 1、 见备注2 再热器系统入口设计压力=1.12×再热器2、 FW公司为入口 系统入口工作压力（不计液柱静压） 压力+100psi 省煤器（蛇形管与集箱） 按省煤器入口设计压力 省煤器入口设计压力=汽包设计压力+（（省煤器压降+液柱静压）或（50psi）取两者中大者） 下降管、水冷壁下集箱 设计压力=汽包设计压力+液柱静压 备 注：1、用于后面的PG-27公司中的最高允许工作压力基本相当于中国GB9222之计算压力、相当于ABB-CE之设计压力。2、再热器计算压力的选取，GB9222与ABB-CE不同。如果要求既要符合ASME《规范》，又要符合GB9222，建议两者中选大者。这样，一般来讲，入口按GB9222，出口按ABB-CE。

算校核强度。ASME《规范》与我国GB9222－88的许用应力计算方法不同，详见ASME附件A－125。按ASME《规范》设计锅炉并使用中国材料20G、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWTiB时，使用原一机部提供给ABB－CE的许用应力。

2.6 承受内压的圆筒形元件 2.6.1 计算公式的比较

（1）ASME《规范》与GB9222－88受内压的圆筒形受压件计算公式之理论依据不同，ASME《规范》为最大拉应力强度理论（第一强度理论），GB9222－88为最大剪应力强度理论（第三强度理论），所以公式不完全一样。管道、汽包和集箱计算公式的分母中比GB9222－88多2?。最小需要壁厚t与Smin两者不一样，Smin已考虑各种壁厚附加值，包括壁厚负偏差。实际上Smin是最小需要平均壁厚，而t尚未考虑壁厚负偏差。西方国家锅炉图样中的管子壁厚习惯上表示最小壁厚。如按商业习惯以公称壁厚订货时，则应计算壁厚的负偏差。按SA-450《碳钢、铁素体合金钢和奥氏体合金钢管子通用要求》，对外径≥2in.（50.8mm）、壁厚≥0.22 in.（5.6mm）的无缝管子，壁厚负偏差为10%，按SA-530《专门用途碳钢和合金钢公称管通用要求》，管道壁厚负偏差为

8

12.5 %。

（2）PG27.2.1 外径≯5in.管子（tube）的计算公式中的最高允许工作压力（计算压力或设计压力）P按PG-27.4注10，无需计入PG-22中所规定的静压头载荷。

（3）ASME规范的焊缝减弱系数对焊接方法与焊缝型式不作限制，而GB9222-88表6焊缝减弱系数的焊缝型式却有8种之多。

（4）E＝1.00，对无缝或焊接圆筒，或=PG-52或PG-53的孔桥减弱系数，对开孔间的孔桥。

（5）ABB－CE公司将公式中P定义为设计压力。

（6）PG-27.2.1公式中“0.005D”项为ASME按经验决定的附加壁厚，按PG-27.2.1公式计算管子壁厚时，除该项外，不另加附加壁厚（包括弯管减薄附加值），这点与GB9222不同。ABB－CE公司使用这个公式时，弯管质量制定了外径6in.（152.4mm）以下管子（tube）的弯管偏差标准（标准号：11.3.2No.40-71-3），对外径3.5in.（88.9mm）以下的管子弯头椭圆度要求≯10%，否则要解剖弯头，其壁厚减薄不应大于10%。

（7）按PG27.2.2公式计算管道、锅筒和集箱壁厚时要考虑附加壁厚C，它主要考虑管端螺纹加工与胀管等，不考虑弯管减薄，且附加值相对较小（详见PG-27.4注3）。GB9222的壁厚附加值C所考虑的内容不完全相同，且其数值相对较大。

东方锅炉曾对22种不同管径、不同弯曲半径与不同材料的管子进行弯管试验。从测试数据看，20种弯头质量符合ABB-CE标准。为了留有裕量，建议按PG27.2.1公式计算得到的水冷壁管和省煤器管壁厚增加0.5mm裕量。

2.6.2 设计壁温

ASME《规范》与GB9222－88中的计算壁温均为内外壁温的算术平均值，而按中国方法或ABB-CE方法计算得到的壁温是管壁中点的温度，一般比管壁平均壁温略高。如碳钢水冷壁管约高5℉（2.8℃），合金钢水冷壁管还要高（见ABB-CE性能设计标准No.74-016-A-3）按ASME《规范》设计锅炉时，

9

推荐计算壁温参照ABB-CE《设计壁温》计算，见表2。表2中规定为设计压力下介质的饱和温度，与GB9222-88第1.1条规定的计算压力的介质饱和温度意义相同。

2.6.3 厚度大于0.5倍元件内半径的情况

ASME《规范》与GB9222-88不同，后者对外径与内径之比?L的限制相对较松，但超过规定后未提供计算公式，而前者提供了。要对圆筒形受压元件的外径与内径之比进行核算。

表2 设计壁温 受压元件名称 过热器与再热器 受热面管 集箱与连接管 设计壁温 用ABB-CE程序电算（我厂编号JJ2301，参考SZ01-91壁温设计导则，而壁再管、顶棚管、包墙管与夹持定位管按ABB-CE有关标准手算） 减温器前设计壁温＝蒸汽最高温度＋（减温器允许裕量或20℉，取两者中大者）。如按全切高加时的蒸汽温度，则不加减温器允许裕量或20℉。 减温器后设计壁温＝蒸汽最高温度＋20℉ 出口集箱设计壁温＝蒸汽最高温度＋30℉ 出口导管设计壁温＝蒸汽最高温度＋10℉ 省煤器 蛇形管或烟道内集箱设计壁温＝设计压力下的饱和温度＋50℉（但≮700℉），如（含饱和蒸汽集箱与包烟温＜饱和温度＋50℉时，采用烟温或700℉两者中大者。 墙集箱） 设计壁温＝设计压力下的饱和温度，（但≮650℉）。 烟道外集箱（含饱和蒸汽集箱与包墙集箱） 水循环系统 水冷壁管 按ABB-CE炉膛水冷壁管壁温计算方法（“WATER METAL 汽包、集箱、下降TEMPERATURE CALCULATIONS-FURNACE TUBES”）。管与汽水连接管 设计壁温＝设计压力下的饱和温度。 2.7 凸形封头 PG-29.1。GB9222-88无相应条款。ASME规范的规定较为合理。建议GB9222增加该条款。

PG-29.2。GB9222-88无相应条款。ASME规范的规定较为合理。建议GB9222相应增加该条款。

PG-29.3。ASME《规范》指的距离是弧长，而GB9222-88指的是投影距离。

PG-29.4。ASME规范的规定较为合理。建议GB9222增加该方面的条款。 PG-29.5。GB9222-88中无相应条款。建议GB9222增加类似条款。 PG-29.6。ASME《规范》对球形封头壁厚与筒体壁厚的关系不作限制，

10

而GB9222-88要作限制。建议对球形封头壁厚与筒体壁厚的关系作限制。

PG-29.7。GB9222-88中无相应条款。建议GB9222增加相应条款。 PG-29.8。GB9222-88中无相应条款。建议GB9222增加相应条款。 PG-29.9。GB9222-88中无相应条款。建议GB9222增加相应条款。 PG-29.11。（1）GB9222-88凸形封头计算方法较简单，计算公式中? 已考虑了开孔的封头本体加强，因此不需专门补强计算，凸形封头上开孔应遵守5.3.1条的条件。（2）ASME《规范》的椭球形封头之壁厚计算公式不同，而GB9222-88则相同。（3）ASME《规范》不要求封头附加壁厚。建议采用GB9222的相应条款。

PG-29.12。GB9222-88中无相应规定。建议GB9222增加相应条款。 PG-29.13。GB9222-88中无相应条款。分析结论：（1）按ASME《规范》计算得到的为最小需要壁厚，公式中未包括减薄附加壁厚，选取钢板壁厚时要考虑减薄量，主要是工艺减薄量与钢板壁厚负偏差，而GB9222-88第5.2.1条壁厚计算公式中已包括这些减薄量。（2）ASME《规范》的这个条款要求封头冲压后，其任何部分包括冲压成形的最薄部分都不小于最小需要壁厚，要求较高，而GB9222-88没有相应的规定。措施建议：（1）最小需要壁厚的计算建议采用GB9222的相应条款；（2）对封头冲压的有关要求建议采用ASME的相应条款。

2.8 无支撑的平封头和盖板

（1）平端盖上的单孔如符合PG-32.1.3、PG-32.1.4与PG-32.1.5可不验算其补强，否则按PG-32.1.2及图PG-32校核最大允许开孔。如实际开孔超过最大允许开孔，则按PG-35进行补强计算。

（2）对圆形平端盖，ASME《规范》计算公式与GB9222–88基本相同，但我国的系数K 转换为平方根后，其值一般比ASME《规范》的C系数值为大，计算得到的最小需要壁厚相对较厚。

（3）GB9222-88有孔平端盖的计算方法与ASME《规范》不同，前者计算简单，仅有孔平端盖的系数K与无孔平端盖不同，而后者要补强计算。

11

（4）ASME《规范》对平端盖直段壁厚与筒体壁厚关系未作规定，而GB9222-88第6.2.8条作了规定。

（5）东方锅炉集箱平端盖在ASME《规范》第I卷图PG-31中没有完全相同的型式，系数C不好直接选用，但我厂集箱端盖为圆形，用氩弧焊打底，是全焊透结构，符合PG-31要求，可选用图PG-31中相当型式计算。FW公司的利港电厂350MW锅炉省煤器与水装冷壁集箱平端盖型式与我厂相同。FW公司按相当于PG-31图（g）计算。

我公司300MW炉集箱平端盖按ASME《规范》第I卷图PG-31(g)选取C。 备注：采用螺栓连接的平端盖、非圆形平端盖等的壁厚计算公式，因为这些平端盖未使用。（1）对有孔平端盖的手孔尺寸限制见下面有关部分。（2）我厂集箱平端盖见下图：

图1. 东方锅炉集箱平端盖

Fig. 1 The flat end covers for headers of DBC

2.9 开孔和补强 2.9.1 总则

PG-32.1.2。ASME《规范》与GB9222-88计算最大允许开孔的上限基本相同，ASME为203.2mm，GB9222-88为200mm。PG-32.1.3.1国内标准无对应条款。建议GB9222或DG标准增加相应条款。PG-32.1.3.2 国内标准无对应条款。建议GB9222或DG标准增加相应条款。

（1）GB9222-88 有孔平端盖的孔径≯0.8平端盖内径时，以及符合其它一些规定时，不需补强计算(GB9222-88中未列出平端盖开孔的补强计算方法)。ASME《规范》根据开孔大小，按几种方法进行补强计算，且允许补强

12

的开孔较小。相比之下，GB9222-88计算方法比较简化，尺度较宽。（2）对封头上开孔位置的限制，两个标准是不完全相同的。（3）ASME《规范》之球形封头最大允许开孔直径比其它型式封头或对应的筒体的最大允许开孔直径为大（因为球形封头之K值按K式计算得到数值的一半取），虽然最大允许开孔的上限（203.2mm）是相同的。相应的措施建议为：（1）对分析结论第一条，建议采用GB9222的相应条款；（2）对分析结论第二条，建议结合两个标准作出相应规定；（3）对分析结论第三条，建议采用ASME规范的相应标准。

在开孔尺寸的限制方面，对较大直径筒体，GB9222-88比ASME《规范》严格。 建议采用GB9222的相关规定。（1）加强面积分布范围的要求两者相同。但ASME《规范》为建议，GB9222-88为规定，两者又不相同。（2）根据《锅炉受压元件强度》（标准分析）一书分析，此2/3条件自然满足，不需进行校核。建议采用GB9222的规定。

2.9.2 筒体和成型封头上开孔所需的补强

GB9222-88 无相应条款。ASME《规范》的这条条款很严谨。建议采用ASME的相应条款。对于PG-33.2规定的所需补强面积：（1）ASME《规范》与GB9222-88均采用等面积加强法。所需补强面积的算法基本一致。（2）GB9222-88对孔的加强计算中没有类似于在ASME《规范》中出现的加强计算所在截面与筒体轴线的夹角修正系数F的条款。GB9222-88中只有在孔桥加强计算部分才出现类似的计算。（3）GB9222-88第5.2.6条 封头壁厚与减弱系数?（与1?dDn有关），即有孔封头采用整体加强方法进行自然加强，不

存在开孔加强问题，因此，GB9222-88中没有凸形封头的加强计算。这一点与ASME《规范》有明显差别。措施建议：（1）对于分析结论第2条，建议采用ASME的相关条款；（2）对于分析结论第3条，建议采用GB9222的相关条款。

2.9.3 成型封头上的内扳边开孔

GB9222-88 无相应条款。建议GB9222增加相应条款。

13

2.9.4 平封头上开孔所需的补强

（1）GB9222-88第6.2.1条 封头壁厚与计算公式中的系数K有关，有孔平端盖将K增大，增加平端盖壁厚，达到增加整体强度的目的，这实属整体加强法。所以GB9222-88中没有再单独列出平端盖的加强计算方法。ASME《规范》也采用增加壁厚的整体加强方法。如PG-35.2.1条。（2）ASME《规范》对平端盖开孔的限制为0.5d，即不大于平端盖内径的一半，而GB9222-88为0.8d，前者限制较严。（3）我厂DG3318-2003中?273有孔平端盖的开孔大于1/2平端盖内径，不符合ASME《规范》要求。相应的措施建议：（1）建议东锅标准DG3318-2003平端盖标准中修改?273有孔平端盖的开孔，采用小尺寸手孔，或增加一个品种。（2）缺《螺栓法兰连接规程》。目前我厂平端盖设计中应暂不考虑开孔大于1/2平端盖内径情况。备 注：小手孔装置可以参考FW公司3in.手孔（图号：0-1014-104H）。

2.9.5 金属的有效补强范围

（1）ASME《规范》与GB9222-88的补强范围的思路相似，但具体数值不完全相同。（2）ASME《规范》的补强范围适用筒体与封头，而GB9222-88仅适用于筒体。建议采用ASME的有关条款。

GB9222-88第7.4.3条 仅适用于单孔的加强计算。见第7.5.3条：用于加强孔桥的管接头应符合下述条件：F1?F2?(F/S0?[d]d)Sy；而PG-36.4节条

款既适合单孔又适合孔桥。ASME《规范》对孔桥的有效补强面积包括筒体、封头与管接头的多余壁面金属面积和增加的补强金属面积；而GB9222-88，第7.5.3条公式左边仅为F1?F2，即焊缝与管接头壁面多余金属面积，但公式右边的[d]d反映了也利用筒体壁厚多余金属部分，因此补强原理是相同的。建议采用ASME的相应条款。

对于PG-36.4.1的规定，建议采用ASME条款。对于PG-36.4.2：（1）GB9222-88中之F2与F3相当ASME《规范》中之A2。（2）GB9222-88规定伸入器壁以内管接头高度h1＜h，h为有效高度，而ASME未作限制。但编者认

14

为，亦应符合PG36.3的规定。建议综合ASME和GB9222的相关条款，并对伸入器壁以内管接头高度作出限制。对于PG-36.4.3：ASME《规范》这项补强面积中除了焊缝面积外还包括管接头多余金属面积，而GB9222-88没有考虑这些。建议采用ASME条款。

2.9.6 补强件的强度

（1）对补强件的强度，ASME《规范》与GB9222-88的规定相同，都不计算许用应力较高的补强件的强度增加的影响，对于许用应力较低的补强件都按两者许用应力的反比进行换算。（2）对焊缝，ASME《规范》计算方法与GB9222-88不同，前者按焊缝相对于筒体、管接头或垫板所处情况不同分别加以区别，而后者均按筒体许用应力计算。

要按ASME《规范》第PG-37节核算补强件的强度（包括按ASME《规范》和按GB9222-88设计的锅炉）。因为GB9222-88没有这部分内容。

PG-37.2 GB9222-88 无相应条款。我国强度计算标准中有待增补这部分内容。建议采用ASME条款。

PG-37.3 GB9222-88 无相应条款。我国强度计算标准中有待增补这部分内容。建议采用ASME条款。

PG-37.4 GB9222-88 无相应条款。我国强度计算标准中有待增补这部分内容。建议采用ASME条款。

2.9.7 孔的补强

（1）PG-38.1这一条款说明，当相邻两孔有效补强范围重叠时，其有效补强面积不能重复计算，而需要的补强面积却不变。（2）GB9222-88未对有效补强范围重叠问题作明确说明。建议采用ASME条款。对于PG-38.2：（1）PG-38.2的规定相当于?min≮1/3，中国过去的强度计算标准规定不宜小于0.3，目前的标准改为对胀接管孔孔桥减弱系数一般不宜小于0.3。（2）GB9222-88之[?]＜3/4?w相当于ASME《规范》相邻两孔中心距≮平均直径的113，两者实际是同一问题，即两相邻管孔间距不能过小，但两个标准限制的方式与控制值都不同。建议综

15

合ASME和GB9222的相应要求。对于PG-38.3：ASME《规范》的规定相对较松。建议采用GB9222的相关规定。对于PG-38.4：PG-38.2条是限制相邻两孔中心距的，PG-38.4条是限制相邻两孔间的净截面积的，而GB9222-88第7.5.1条仅限制两相邻管孔的距离。但公式右边的[d]d反映了也利用筒体壁厚多余金属部分，补强原理相同。建议采用ASME条款。

2.10 管接头厚度

（1）PG-43.2中的标准壁厚公称管为重量级别为标准级的管子，这条规定主要对压力较低的锅炉，对300MW以上锅炉不存在问题。（2）ASME《规范》PG-43着重从开孔补强度提出对管壁厚度要求。经过比较，GB9222-88要求的最小壁厚比ASME《规范》更厚。 建议采用ASME条款。

2.11 按一定格式排列的孔排

对安装在国内的按ASME《规范》设计的锅炉，计算不等节距纵向孔桥减弱系数时，建议不按ASME《规范》的公式，以避免不必要的麻烦。

对PG-52.3：横向孔桥的纵向应力与纵向孔桥的横向应力的关系均为1/2，但按ASME《规范》PG-52.3规定，横向孔桥强度不得小于纵向孔桥强度，限制了横向减弱系数的值，而GB9222-88中没有相应的规定。建议采用ASME条款。PG-52.4斜向孔排：ASME规范GB9222-88两者计算方法不一样，但结果是相同的。建议采用GB9222规定的方法。对于PG-52.5：GB9222-88第2.4.1条 最小减弱系数?min取?h、?、2?'与?d之最小值，采取整体比较考虑。而ASME《规范》则不一样，采取分组比较考虑：（1）纵向减弱系数不得小于确定最高允许工作压力时采用的减弱系数；（2）横向减弱系数不小于1/2纵向的；（3）斜向孔桥区采用斜向孔桥减弱系数。这与某些厂家有时采用不同壁厚钢板分区段做筒体有关，又和它分组按平均节距计算减弱系数有关。建议采用ASME条款。PG-52.6：两者规定相同。

2.12 不按一定格式排列的孔排

PG-53：GB9222-88无相应条款。（1）不规则排列孔排的孔桥减弱系数在

16

一定条件下可以小于按规则排列孔排计算得到的孔桥减弱系数。（2）ASME《规范》PG-53不规则排列的孔排这一节，也应用平均孔桥减弱的概念，在一定条件下，不以局部最小的孔桥减弱系数计算筒体壁厚。相应的措施建议：由于GB9222-88不允许采用平均的孔桥减弱系数，对于安装在国内的按ASME《规范》设计的锅炉，建议不执行PG-53不规则排列的孔排的有关 2.13 支承件和支吊件

PG-55《蒸规》中无相应条款。（1）可用中国材料。（2）我厂（公司）吊耳与吊杆的焊缝型式符合要求，但计算方法应按PG-55.2要求。（3）有缝钢管我公司正考虑使用。相应的措施建议：吊耳与吊杆的焊缝计算按ASME《规范》PG-55.2进行。

2.14 锅炉外部管道与锅炉本体的连接

锅炉范围外管道的设计计算应按ASME B31.1《动力管道》第II章“设计”的要求与公式执行。建议采用ASME条款。

3 对比分析结论

ASME规范要求的材料主要为美国材料，另有少量的欧盟和日本材料；国内标准要求的材料主要为中国材料，另有少量的德国等外国材料。我们应立足国情，主要选用国产材料，并争取尽量多地将ASME材料引入我国标准中。对ASME材料既应加强国产化，也应与国际知名生产商积极合作，努力改善进口条件。对于强度计算的有关规定，ASME规范和国内标准两者之间存在的差异之处比较多，但总的来说，ASME规范的规定更为全面、合理和严密，故建议借鉴ASME规范有关条款对GB9222等国内标准进行修订和完善，提高其适应性和先进性。

2008年8月28日修改

17

作者简介：

刘建成，男，汉族，四川仁寿人，1966年1月生，MBA，1986年学士毕业于武汉理工大学，2001年硕士毕业于电子科技大学，高级工程师，东方锅炉（集团）股份有限公司标准化工程师，主要从事锅炉技术标准化工作。通信地址：四川省自贡市五星街黄桷坪路150号，邮编：643001；电话：0813-4734276（O），0813-4735376（H）；传真：0813-2203200；手机：13890005997；

E-mail：dbcljc@163.com。

18

参考文献：

[1］ASME锅炉及压力容器委员会动力锅炉分委员会编著（中国《ASME规范产品》协作网（CACI）翻译）：ASME锅炉及压力容器规范第I卷：动力锅炉建造规则[M]，2004版，北京，中国石化出版社，2005年9月，pp 1-34

[2］ASME压力管道委员会编著（中国《ASME规范产品》协作网（CACI）翻译）：ASME压力管道规范B31.1：动力管道[M]，2004版，北京，中国石化出版社，2005年9月，pp 1-51

[3] 国家技术监督局：GB 9222－88 水管锅炉受压元件强度计算[M]，北京，机械工业出版社，1989年9月，pp 1-91

[4] 中华人民共和国劳动部：蒸汽锅炉安全技术监察规程及部分条款修订说明（1996）[M]，北京，劳动部中国锅炉压力容器安全杂志社，1996年8月，pp 1-23

[5] 史进渊，邹军，沈海华，等. 电站设备易损件寿命评定与寿命管理技术的研究[J].动力工程，2008，28（2）：225-228.

19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nxw8.html