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ASME规范简介


ASME 规范鼎鼎大名,是目前世界上普遍遵循的规范之一。可以毫不夸张地说,RCCM 是其 衍生产品,并对其进行了部分精简,有后来居上的感觉,但是美国人也很认真,不断地进行 规范的升版,丝毫不敢懈怠,因为在这个全球化的时代,谁拥有了普适的标准的所有权,谁 就有话语权,由此,便形成了生产力。 下面就 ASME 的结构和主要内容进行介绍,以方便学习工作中使用。
ASME 简介

1 概述 1.1 前言 1.2 ASME 锅炉压力容器规范的构成及与核动力装置相关的内容 1.3 ASME-III 规范的性质 1.4 ASME 核动力设备相关规范涉及范围 1.5 设备与部件分级 1.6 持证者遵守 ASME 规范的责任与义务和授权检验机构 1.7 ASME-III 规范与设备规格书 1.8 RCC-M 与 ASME 的同异 2 第一册各分卷 2.1 概述 2.2 NX 各分卷的结构及其与其它各卷的关系 2.3 NX 各级设备的设计规定的特点 2.4 分析设计 -- 一级设备与二、三级设备的根本差别之一 2.5 分析法设计的基本概念 2.6 NF 设备支承结构 3 材料 3.1 概述 -材料相关的卷、册和章及其使用 3.2 材料的通则 -- NX2000 材料章 3.3 不同级核材料要求的差异 4 制造、安装、检验与试验 4.1 概述 4.2 焊接评定 - IX 卷概要 4.3 无损检验方法 - V 卷概要 5 动力管道 5.1 概述 5.2 管道支承件 5.3 管道的装配与安装 6. 小结 概述 ( ASME-III NCA 分卷) 1.0 前言 美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers 简称 ASME)于 1911 年成立 了锅炉与压力容器委员会(BPVC)编制锅炉压力容器的建造安全规则(所谓建造是一个概括性的术语, 它包 括设备在制造和安装中要求的材料、设计、制造、安装、检验、试验、检查和鉴定),规定了敁强制性的最 低要求,以及维护和运行的建议。1914 年出版了动力锅炉规范、1925 年增加了压力容器规范、1965 年 又增加核动力装置规范,同时,每年都有修改和增补,并纳入第二年的新版。这套 ASME 规范自 1977 年 成为美国国家标准,不仅在美国和加拿大各州在法律上承认它,采用它,在西方许多国家都作为参照标准来执 行。在核动力装置卷册,在世界上有较高的权威,往往直接采用。法国的 RCC-M 规范和德国的 KTA 规

范 也直接收入了其最重要方面,再加上本国的实践而制定的。 1.2 ASME 锅炉压力容器规范的构成及与核动力装置相关的内容 ASME 锅炉压力容器规范的总目录 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 第 I 卷 动力锅炉 ┃ ┃ # 第 II 卷 材料技术条件 ┃ ┃ A 篇 铁基材料(钢铁材料) ┃ ┃ B 篇 非铁基材料(有色金属材料) ┃ ┃ C 篇 焊条、焊丝及填从金属 ┃ ┃ # 第 III 卷 核动力装置 ┃ ┃ NCA 分卷 -- 第一、二册的总要求 ┃ ┃ 第一册 ┃ ┃ NB 分卷 -- 一级设备 ┃ ┃ NC 分卷 -- 二级设备 ┃ ┃ ND 分卷 -- 三级设备 ┃ ┃ NE 分卷 -- MC 级设备 (适用钢制安全壳) ┃ NF 分卷 -- 设备支承 (适用于各级别支承) ┃ ┃ NG 分卷 -- 堆芯支承 (适用于 CS 级) ┃ 附录 ┃ ┃ 第二册 ┃ ┃ 混凝土反应堆容器与安全壳规则 ┃ ┃ 第 IV 卷 采暖锅炉 ┃ ┃ # 第 V 卷 无损检验 ┃ ┃ 第 VI 卷 采暖锅炉维护和运行的推荐规则 ┃ ┃ 第 VII 卷 动力锅炉维护的推荐规则 ┃ ┃ 第 VIII 卷 压力容器 ┃ ┃ 第一册 ┃ ┃ 第二册 -- 另一规则 ┃ ┃ # 第 IX 卷 焊接与钎焊评定 ┃ ┃ 第 X 卷 玻璃纤维增强塑料压力容器 ┃ ┃ # 第 XI 卷 核动力装置在役检验规则 ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ * 与核电设备安装相关的还有 ASME B31.1 《动力管道》 1.3 ASME-III 规范的性质 众所周知, 核电安全关系到广大人民生命和财产安全,必须严格地遵循一系列的法规(令)规则(范)和 标准。 法规或法令是政府颁布的强制性条款规定, 是最高层次的,HAF 的安全规定就是属于这个层次,也包括 了安全导则和准则; 规范或规则属于安全相关的专业工业标准, 直接对某类产品提出强制性技术要求, 以满足且支承了 法规, ASME-III 规范是属 于这层次,法国的 RCC 德国的 KTA 也是属这种核电专门规范。 第三层次是通用工业标准, 它补充并支承规范, 是基础的工业技术标准, 如 ASME 指定的 ANSI、 ASTM、AWS 相关的标准。上一 层次的规则,常常引用或在这些标准的基础上追加某些特殊规定。我国也 有相当的标准如 GB、YB、JB、EB 等,但与上述的国外标准等效性尚待验证。

这三个层次的规定构成核电安全基础的重要方面。 规则与标准不仅有利于标准化, 也为需方、供方提供了认同的合同技术基础, 反过来也同时约束供需 双方。也是安全当局安全监督和或第三方检验机构的监督检查的重要技术依据。 1.4 ASME 核动力设备相关规范涉及范围 ASME-III 涉及设备的范围 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ -- 承压设备: ┏━━┓ ┃ ┃ 。容器 ┃注 1┃左列的设备中 ASME-III┃ ┃ 。换热器 ┗━━┛也仅对其承压边界适用┃ ┃ 。泵 ┏━━┓ ┃ ┃ 。管道 ┃注 2┃泵与阀的驱动机构、 ┃ ┃ 。阀 ┗━━┛控制和指示结构等, ┃ ┃ -- 设备支承 泵的叶片、叶轮等内 ┃ ┃ -- 堆内构件 部结构均不适用。 ┃ ┃ -- 钢制安全壳 ┏━━┓ ┃ ┃ -- 混凝土成压设备 ┃注 3┃泵、阀的功能试验与 ┃ ┃ 。反应堆压力容器 ┗━━┛合格鉴定试验不在其中┃ ┃ 。安全壳 规定 ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 不属 ASME-III 规定范围的设备 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ -- 装卸、起重和输送设备, 如燃料装卸料机、各类吊车等 ┃ ┃ -- 通风系统设备, 如风机、风管及其附件等 ┃ ┃ -- 安全壳钢内衬、密闭气闸等 ┃ ┃ -- 其它机械设备与装置, 如柴油机等 ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 1.5 设备与部件分级 ASME 规范指出, 设备与部件的分级是核电用户的责任,用户必须按设备与部件所在系统的安全功能分级 的准则进行分级,设备与部件的规范级必须等于或严于设备所在系统的安全级。我国 HAF0201 规定了系 统的安全分级。 第一个表给出各卷册适用的设备与部件级。 * 某些特殊情况: -- 焊缝的级别: 连接两个不同级的部件的焊缝取高级别; -- 非承压部件与承压部件间的焊缝, 按承压件的级别; -- 由于某些考虑, 设备(部件)技术规格书在低级的部件的建造可以采用高级的规范,不承压的设 备、零 部件也可考虑采用 ASME 中的合适规定。同样, 部件的制造或安装承担方可以用高一级的规则来 替代较低级部件。 1.6 持证者遵守 ASME 规范的责任与义务和授权检验机构 经过 ASME 机构的审查合格, 核产品的材料、设计、制造、安装、检验活动的单位将被授予 N、NPT 或 NA 证书,成为证书的持有者,只有持证者方能进行上述的活动, 也有其相应的责任与义务。 总体上,这些作法与我国实施许可证制度有相近之处, 持证者遵守责任与义务也很接近。但由于美国 情况不同, ASME 规定了由授权检验师进行范围较广、较深的审查、监督与检验,而这种机构可能是属 于 某个州或市的,也可能属某个承担该产品保险的保险公司。 1.7 ASME-III 规范与设备规格书

(Specification) 在订货或安装委托合同的技术部分中包含两个方面: -- 要求供货或安装设备的规格书(在我国俗称技术条件) -- 规格书中指定的规范或其支承标准。 规格书明确指出具体的规范标准, 它详细规定了某个设备或某类设备的技术要求,说明产品、服务、 材料或工艺必须满足的各种要求,并明确达到这些要求是所必须的验证的要求。通常,包括了供应 或服务 的范围、引用规范与标准、设计、材料与采购、加工、检验与试验、验收、包装与运输和工地安装等项。 从这个角度看, 技术规格书是规范标准在某个设备设计、制造、安装方面的索引。 1.8 RCC-M 与 ASME 的同异 RCC-M 仅是 ASME 的法国化, 仅适用于法马通模式的百万(包括 140 万和 150 万) 千瓦级压水堆电站的 核岛设备的建造。 其重要的部分, 包括第一册的 NB、 NC、 ND、 NG 和技术附各分卷基本引用了 ASME NF、 的全部内容, 仅有极少的变动。 由于 RCC-M 堆秦山二期和广东二期的运用有重要作用。 总的说来, ASME-III 总结了美国几十年的核与非核的经验, 经过数十次的修改补充, 全面地提出核承 压设备的安全要求, 适用面更宽,更具权威,对我们迈出国门会更有价值。 2 2.1 概述 ASME-III 的第一册从材料、设备、制造安装和检验试验等全面规定核设备与部件要求,也是使用其 它各卷册的指南。 2.2 NX 各分卷的结构及其与其它各卷的关系 第一册的各分卷的结构与编排均相同, 有下列的目录: ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 章号 章名称 相关卷册 内容 ┃ ┃ 1000 引言 ---> <ASME-III NCA 分卷> 给定 NX 分卷适用范围: ┃ ┃ 1/ 承压边界完整性相关 ┃ ┃ 2/ 材料温度限制 ┃ ┃ 3/ 设备的边界划分 ┃ ┃ 2000 材料 ---> <ASMSE-II A 篇与 B 篇> 材料选择及质量要求 ┃ ┃ (见简介的第三章) ┃ ┃ 3000 设计 ---> <ASME-III 附录 > 设计规则 ┃ ┃ (见简介的本章) ┃ ┃ 4000 制造和安装 ---> <ASME-IX 焊接评定> 制造与安装的通则 ┃ ┃ (见简介的第四章) ┃ ┃ 5000 检验 ---> <ASME-V 无损检验> 检验通则(见简介第五章) ┃ ┃ 6000 试验 试验通则(见简介的第五章) ┃ 归入系统设计的范围, 不在设备设计中} ┃ ┃ ┃ 7000 超压保护 * { 这是 ASME 特有的压力容器规定, RCC-M 将其┃ ┃ 8000 铭牌、印记和报告 --> <ASME-III NCA 分卷> ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 2.3 NX 各级设备的设计规定的特点 对 NBNC 和 ND 各级设备的 3000 章均为设计, 其中各节如下: 3100 设计总则 ┌─NB 3200 分析法设计 3200 分析法设计─┼─NC 3200 容器的另一种设计规则 3300 容器设计 └─ND 3200 (无) 第一册各分卷

3400 泵设计 3500 阀门设计 3600 管道设计 由此可见, 分析法设计是对一级设备强制性要求, 而二级设备则可用分析法设计来替代规则法设计, 三 无此要求。 2.4 分析设计 -- 一级设备与二、三级设备的根本差别之一 一级设备 * # 二、三级设备 力 分 析 报 告 ┃钢材厚 ┃ 应 ┃ ┃ 钢材厚 应 ┃ ┃ 力 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 分 ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃ 析 ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃ 报 ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃ 告 ┃ ┃ ┃┃ ┃ “壁 厚” ┃ ┃ “壁

厚” ┃

┠───────┨ ┠───────┨ * 包括 NC3200 # 不包括 NC3200 由于设计中选用的许用应力值不同, 铁素体钢,一级设备是 1/3 的抗拉强度, 二、三级设备为 1/4 的拉强度, 两者相差 75%。设计方法的改变, 使敁一级设备要比二、 三级设备的壁厚薄 25%,敋这意 味着 与一级设备的设计要求相称, 其材料、制造以及检验试验也要比二、三级严格得多,相应的质量保证 要求也高。同时, 由于一级设备本身的安全可靠性、结构的复杂性要求,进一步增加了其难度。 2.5 分析法设计的基本概念 -- 分析法基于第三强度理论, 材料最大剪应力破坏, 允许有局部的塑性变形; -- 分析法认为, 应力对材料破坏的重要程度是不同的, 必须对应力进行分类; 。总体一次薄膜应力 Pm 。局部一次薄膜应力 Pl 。一次弯曲应力 Pb 。二次应力 。峰值应力 F 。膨胀应力 Pe # 各应力值需按设备在各个工况的全部载荷进行分析和叠加基础上; # 以上应力可以按 ASME-III 第一册的技术附录的非限定性附录 A 或其它经核安全当局认可的其它计 算机程序进行分析。 -- 为确保设备的承压边界的完整性, 分析法在设备的不同运行工况中, 对材料在各工况下的不同应 力与应力组合, 按其对材料破坏的重要程度作出不同的应力限制: Q

应力限制准则 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 。设计工况采用O级应力限制 ┃ ┃ ┃ 设计工况是留有裕度的静态工况,仅需防止过度变形和塑性失稳破坏 ┃ 总体一次薄膜应力 Pm ≤ Sm ┃



局部一次薄膜应力 Pl ≤ 1.5Sm ┃

┃ 总体一次薄膜应力 Pm + 一次弯曲应力 Pb ≤ 1.5Sm ┃ ┃ 局部一次薄膜应力 Pl + 一次弯曲应力 Pb ≤ 1.5Sm ┃ ┃ 。正常工况与扰动工况采用A级与B级应力限制 ┃ ┃ 此工况必须防止低周疲劳破坏,以及渐进性变形破坏,限制一次与 ┃ ┃ 二次应力变化幅度最不利情况叠加 ≤ 3Sm, 即 ┃ ┃ △ (Pl + Pb + Pe + Q )≤3Sm ┃ ┃ * 该幅度超过时, 必须采用弹塑性分析以及作疲劳分析, 即 ┃ ┃ △ (Pl + Pb + Pe + Q + F )≤2Sa ┃ ┃ 。紧急工况采用C级应力限制 ┃ ┃ 此工况极少发生, 可不计其疲劳效应, 仅对应力值本身作限制 ┃ ┃ Pm ≤ 1.2 Sm ┃ ┃ Pl ≤ 1.8 Sm ┃ ┃ Pm + Pb ≤ 1.8 Sm ┃ ┃ Q、F不要求计算 ┃ ┃ 。事故工况采用D级应力限制 ┃ ┃ 此工况仅为假设工况, 不计其疲劳效应, 仅对应力值本身限制,只需┃ ┃ 保证承压变界不破坏, 但允许有局部的塑性变形, ┃ ┃ ┃ 采用技术附录 XIV (规定性附录) ┃ Pm ≤ 0.9 Sy ┃

┃ Pm + Pb ≤ (2.15-1.2Pm) ┃ ┃ Pl + Pb + Pe + Q ≤ 3.0 Sm 需计疲劳时的水压试验应力限制 ┃ ┃ 。突然断裂强度 ┃ ┃ 按技术附录 G (非规定性附录) ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 由上述梗概的介绍得知,由于分析法设备全面而深入分析应力, 又对各种应力破坏在不同工况下进行 了详细分析与合理的限制,如同对结构各处的应力-应变情况作出全工作环境下的仿真分析, 再加上保守地 选用材料的许用应力强度和疲劳强度, 确保了设备在任何情况下的完整性。 2.6 NF 设备支承结构 1/ 概述 -- 设备支承的功能: 维持设备与部件在各种运行与停运时的正确位置, 以保证设备承压边界的完整性; 包括支/吊两大类。 -- 支承结构的分级: 与被支承设备同级; -- 支承结构的种类 主要有三大类: 。板壳型 。标准型 - 由板材构成的筒体支承件,如裙座和鞍座; 。线型-承受单方向力的支承件,如支/吊杆或缆索、支承梁或柱、各种承受弯曲的 框架 -是美国阀门与配件工厂标准协会编的 MSSSP-58 《管道支吊架》的标 准支承件。我国 有相近的产品,如火电厂的设计标准 DS《汽水管道支吊架》和《煤 粉管道支吊架》。其中,包括允许热 膨胀而限制地震冲击的一种液压式和机械式的 阻尼器(或称缓冲器)和振动阻尼器。 2/ 支承结构的用材 按设备规格书要求及第一册的附录 I 的技术条件。 由于其与核设备的承压边界的完整 性安全功能相

关, 同样必须遵守核材料的各项规定 NF2000, 但从材料的质量要求和验 收严格程度看,均低于被其支承 的设备用材。例如,冲击指标仅相当于三级承压设备 用材要求。 3/ 支承结构的设计 由于支承结构的多样性和级别的不同, 设计方法是多种的, 但板壳型于设备构成整体结 构, 为设备承压边 界的一部分, 要求: - 一级的板壳型支承结构要按 NF3200 的最大剪应力理论的弹性分析法; - 二三级板壳型支承结构要按 NF3300 最大应力理论的弹性分析法; - 其中结构的设计应采用 NF3300 最大应力理论的弹性分析法; 4/ 支承结构检验与验收 焊缝检验: 1/ 一级支承的全焊透对接焊缝-射线照相,支承的重要承载焊缝--磁粉或渗 透,次要焊缝 目检 2/ 二级支承的全焊透和重要承载焊缝 - 磁粉或渗透其它主要结构的所有焊 缝 - 目检 3/ 三级支承: 要求再降低,原型抗震阻尼器的合格鉴定试验敋 -- 需在地震试验台经受规定的单方向地震力的考验, 并证明能有给定的支承能力(吨)。 3 材料 3.1 概述 - 材料相关的卷、册和章及其使用 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ASME-III 卷 1│2 ASME-II 卷 │ASME -III 附录┃ ┃NX 2000 章 │ A 篇 钢铁材料 │附录 I&III ┃ ┃通则 │ B 篇 有色金属 │ 3┃ ┃1/ 适用范围 │ C 篇 焊材 │规格号及其设计┃ ┃2/ 供货先决条件 │ │用许用应力值 ┃ ┃3/ 检验范围与 │ │附录 P ┃ ┃ 验收标准 │ │交付文件要求 ┃ ┃─────────┤ ├───────┃ ┃ASME-III 5│技术条件 │ASME-V 卷 4┃ ┃NX4122 │1/化学、尺寸、力学│无损检验 ┃ ┃材料的标识 │等要求 │关于材料检验: ┃ ┃ │2/质量试验项目 │A 篇:检验方法 ┃ ┃ │3/引用标准 │B 篇:推荐性验收┃ ┃ │ │ 标准 ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 1:ASME-III 中各分卷的 NX2000 章是使用材料的基础, 起指导作用, 不同级别设备用材的 不同要求 分别在 NB、NC、ND、NE、NF 和 NG 的 2000 章中给出; 2: ASME -II 是按设备规格书的规定, 不同等级的各个零件选用材料的具体质量指标, 但 进行哪些项目 检验及验收标准,由1规定; 3:ASME-III 的第一册附录给出指定材料的规格编号, 以便和 ASME-II 中材料技术条件 对应。 该附 录还给予材料出厂是应交付的文件要求 4:ASME-V 对材料检验必须采用的方法; 5:ASME-III NX4122 节提出对材料做标识的要求。 3.2 核材料的通则 -- NX2000 材料章 ┃2100 材料的通用要求 ┃ ┃ 2110 基本术语 ┃ NX-2000 材料章的结构 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓

┃ 2120 承压材料 ── ─── ── ┬ ──> ASME 仅适用于承压边界 ┃ ┃ 2130 材料合格证书 │ ┃ ┃ 2140 焊接材料 ──────────┘ ┃ ┃ 2150 材料标识 ┃ ┃ 2160 材料使用中的变质 ───────> 近堆芯区的 Cu 和 P 含量控制┃ ┃ 2170 提高冲击韧性的热处理 ───────> 承压边界考虑 <─ ─┐ ┃ ┃ 2180 材料热处理规程 │ ┃ ┃2200 铁素体材料的试件和试样憗 ──────┐ │ ┃ ┃ 2210 热处理要求 ├─> 考虑试样的代表性 │ ┃ ┃ 2220 淬火和回火材料试件和试样的制备规程 ┘ │ ┃ ┃2300 材料的断裂韧性要求─────┬───── ────────┘ ┃ ┃ 2310 作冲击试验的材料 │ # 与常规压力容器一样, 对承压材料┃ ┃ 2320 冲击试验规程 │ 及其焊缝的冲击韧性规定更为严格┃ ┃ 2330 试验要求和验收标准 │ Cv 值与RTndt 值; ┃ 2350 复验 │ 并在整个运行期间进行辐射监督 ┃ ┃ 2360 仪表和设备的校核 ─────┘ ┃ ┃2400 焊接材料和钎焊材料 ───┬─────────────┐ ┃ ┃ 2410 通用要求 │ 还应满足:1/ IX 卷的焊接评定 │ ┃ ┃ 2420 试验项目 │ 2/ II 卷的 C 篇焊材技术条件 │ ┃ ┃ 2430 焊缝金属试验 │# 本节给出不同级的设备焊接的质 │ ┃ ┃ 2440 焊材的管理 │ 量要求, 规定焊接材料验收所必需 │ ┃ ┃ 2450 钎焊材料 ────────┘ 的试验及其合格标准。 ┃ ┃2500 承压材料的检验与修补───┬─────────────── ┃ ┃ 2510 承压材料的检验 │1/规定了各级各类材料必需的检验阶段、┃ ┃ 2520 淬火和回火后的检验 │ 检验项目、检验规程及其验收标准; ┃ ┃ 2530 板材的检验与修补 │2/规定了各级各类材料不同缺陷清除、修┃ ┃ 2540 锻件和棒材的检验与修补 │ 补方法、补后的检验与验收标准; ┃ ┃ 2550/2560 管材的检验与修补 │ ┃ ┃ 2570 铸件的检验与修补 │ ┃ ┃ 2580 螺纹连接件的检验与修补 ─┘ ┃ ┃2600 质保大纲──────── ┃2700 尺寸标准 ── 对不同级别的大尺寸材料的QA和材料┃ 对标准材料产品的规定 评定的要求┃ ┃ ┃ 2340 冲击试验的次数要求 │ # 对于堆芯区, 必须进行辐照试验, ┃

┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ * 不同级别的材料要求的差异主要在本章中规定。 3.3 不同级核材料要求的差异 由于不同级的设备在安全功能上的差异, 形成对不同级的设备