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1、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
2、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
3、、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
4、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
5、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-I
6、II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
7、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 - 混凝土承压设备 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 A
8、SME 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ASM
9、E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
10、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
11、 NB、NC、ND、NF、NG和技术附各分卷基本引用了 ASME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 第一册各分卷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
12、言 - 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 - 材料选择及质量要求 (见简介的第三章) 3000 设计 - 设计规则 (见简介的本章) 4000 制造和安装 - 制造与安装的通则 (见简介的第四章) 5000 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) 7000 超压保护 * 这是ASME特有的压力容器规定, RCC-M 将其 归入系统设计的范围, 不在设备设计中 8000 铭牌、印记和报告 - 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,
13、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) 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 钢材厚 应 钢材厚 应 力 力 分 分 析 析 报 报 告 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
14、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, 使一级设备要比二、三级设备的壁厚薄 25%,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 Q 。峰
15、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: 应力限制准则 。设计工况采用级应力限制 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
16、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级与级应力限制 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 、不要求计算 。事故工况采用级应力限制 此工况仅为假设工况, 不计其疲劳效应,
17、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
18、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 。标准型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
19、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/
20、 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 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 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
21、范围与 附录P 验收标准 交付文件要求 ASME-III 技术条件 ASME-V 卷 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 :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; : 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,由规定;: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:ASME-V 对材料检验必须采用的方法;: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 NX-2000 材料章的结构 2100 材料的通用要求 2110 基本术语 2120 承压材料 ASME 仅适用于承压边界 2130 材料合格证书
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