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摘 要：文章介绍了ASME设计规范在集箱设计上应用，通过实例解析在利用ASME规范设计集箱时与GB/TT9222<<水管锅炉受压元件强度计算>>的不同.
关键词：ASME；集箱；GB/T9222
ASME简介
ASME是American Society of Mechanical Engineers（美国机械工程师协会）的英文缩写。美国机械工程师协会成立于1880年，在世界各地建有分部，是一个有很大权威和影响的国际性学术组织。ASME设计规范作为一项国际性标准正被世界各国广泛认可和采用。
而且随着全球经济的发展，世界各国之间的贸易往来日益频繁，我国的锅炉的出口项目也逐年增多。这些项目多要求按ASME标准设计。但是ASME设计规范与GB/T9222标准无论是在排版上还是在内容上都有很大的区别，这给国内的设计人员在理解和应用标准上造成一定的困难。本文利用ASME规范对集箱筒体的设计及强度计算的进行实践，给出了采用ASME设计集箱的具体操作。体现了ASME规范与GB/TT9222 <<水管锅炉受压元件强度计算>>的不同.以供设计者参考。
一、设计工况参数
设计压力（包括静压头）： 4.355Mpa
工作温度： 255.0℃
设计温度： 257.0℃
介质： 饱和蒸汽
除了静压头和集箱自身重量不包括其他压力
因为集箱两支撑点的距离为2550mm.所以由于集箱本身自重产生的弯曲应力可以不必计算。如下图：
二、集箱筒体壁厚计算（根据规范条款PG-27.2.2）[1]
在ASME规范中进行集箱筒体设计时采用的公式与GB/T9222中7.2.1公式（34）所采用的参数相似，都是从集箱的外径、计算压力、减弱系数、许用应力等参数的影响进行计算集箱筒体的设计壁厚，然后以筒体取用壁厚大于设计壁厚为原则选取筒体的实际壁厚。在ASME规范条款PG-27.2.2中考虑了不同材料在不同温度下的影响系数y见PG-27.4注释6.而在GB/T9222中7.2.1公式（34）中仅对于额定压力大于2.5MPa，和不大于2.5MPa的锅炉，在不绝热集箱和防焦箱筒体的最大允许厚度做了限制。具体如下：
材料l SA-106M Gr. B
计算压力 =4.355MPa
外径，D =426mm
取用厚度，t =28mm
最大允许应力，S =118MPa at 257℃（规范第II卷D篇表1A）
温度系数，y =0.4（PG-27.4注释6）
附加厚度，C =0mm
孔桥系数，E =1mm（根据PG-27.4注释1）
筒体允许最大开孔之径
dmax=8.08*[D*t*（1-K）]^1/3
=8.08*[426*28*（1-0.31）]^1/3
=163.14
筒体上开孔直径为32，72 因为筒体上的开孔直径没有超过最大允许开孔直径163.14mm，开孔不需要补强
参数Ls1=2X1 （PG-32.1.3）
X1=MAX（d，r+t+t1） （PG-36.2）
d1：开孔直径 32mm
r1：开孔的半径 16mm
t：筒体取用壁厚 28mm
t接管1：接管I取用壁厚 7.14mm
L1：两个开孔之间的距离400mm
X1=MAX（32， 16+28+7.14）=51.14
2X1=2*51.14=102.28
LS1=400>L1=102.28
因此φ32的开孔是单孔
参数，Ls2=2X2 （PG-32.1.3）
X2=MAX（d，r+t+tj2） （PG-36.2）
d2：开孔直径 72mm
r2：开孔半径 36mm
t：取用壁厚 28mm
t接管2：接管2取用壁厚 7.14mm
L2：两孔之间的间距600mm
X2=MAX（72，36+28+7.14）=72
Ls2=2X2=2*72=144
L2=600>Ls2=144
所以φ72的开孔是单孔
因此孔桥减弱系数为E=1
t=4.355*426/（2*118*1+2*0.4*4.355）+0=7.7mm
筒体最小需要壁厚为=7.7mm
集箱筒体取用壁厚28mm.
集箱筒体材料最小需要壁厚tmin=t×0.875=28×0.875 =24.5mm>t=7.7mm，
参照PG-16.3，集箱筒体最小厚度必须大于6mm.
所以集箱筒体取用厚度满足要求.
三、开孔的补强计算
确定φ48.3和φ88.9管座开孔补强的有效性.
参照PG-32.1.3和PG-32.1.4此两个管座的开孔不需要进行补强。
四、管座壁厚计算（根据规范条款PG-27，PG-43）
在ASME规范中根据公称管径的大小给出了公式PG-27.1.2和PG-27.2.2。其中公式： t=PD/（2SW+P）+0.005D+e（PG-27.1.2）适用于公称直径小于等于DN125的情况；公式：t=PD/（2SE+2yP）+C（PG-27.2.2）适用于公称直径大于DN125的情况。而且根据上述公式计算结果确定最小需要壁厚时PG-43中做了进一步的规定： 1.管接头（包括出入孔和检验孔）的最小厚度不应小于所施加荷载的所需的厚度。
2.管接头（不包括出入孔和检验孔）的最小厚度不应小于以下两值中的较小值：
a）装设此管接头的无缝筒体或封头的最小所需壁厚.
b）ASME B36.10M的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度.
在GB/T9222中6.10.4条款中，对管接头取用厚度δ给出了公式：0.015dw+3.2。对管径的大小没做具体的限制。[2]
一）管座I壁厚计算
采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005D+e（PG-27.2.1）
管子材料SA-106MGr.B
计算压力=4.355MPa
管子外径，D=48.3mm
取用壁厚，t=7.14mm
最大允许应力，S=118MPa at 257℃ （规范第II卷D篇 表1A）
壁厚减弱系数e=0（PG-27.4 .4Note 4）
焊缝减弱系数W=1.0
t=4.355*48.3/（2*118*1+ 4.355）+0.005*48.3+0 =1.1 mm
即管座（1）的最小需要壁厚t min =1.1 mm
根据PG-43管子的最小需要壁厚不应小于以下两条的最小值：
1）装设此管接头集箱筒体最小需要厚度tr=7.7mm
2）ASME B36.10M 的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度tstmin=1.65 mm
管子的取用壁厚为7.14mm>min（1.65，7.7）
而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚1.1mm和管材的最小标准厚度1.65mm，所以管子取用壁厚为7.14是正确的。
二）φ88.9的管座壁厚计算
采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005D+e （PG-27.2.1）
材料SA-106M Gr. B
计算压力=4.355MPa
外径，D=88.9mm
取用壁厚，t=7.14mm
最大允许应力，S=118 MPa at 257℃ （参照规范第II卷D篇 表1A）
焊缝接头减弱系数W=1.0
胀接管端部位处的厚度因子e=0（PG-27.4. 4Note 4）
t=4.355*88.9/（2*118*1+4.355）+0.005*88.9+0=2.05 mm
即
管座II最小需要壁厚为2.05mm
根据PG-43管子的最小需要壁厚不应小于以下两条的最小值：
1）装设此管接头集箱筒体最小需要厚度tr=7.7mm
2）ASME B36.10M的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度tstmin=2.11mm
管子的取用壁厚为7.14mm>min（2.11，7.7）
而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚2.05mm和管材的最小标准厚度2.11mm，所以管子取用壁厚为7.14是正确的。
五、管子与集箱焊角计算（PW-16）
在GB/T9222中除了需要补强的焊缝需要进行焊缝强度计算外，对于不需要补强的焊缝的焊角尺寸没有进行焊缝尺寸强度计算，其大小由设计人员根据JB/T1625 表3和实际情况选取。但在ASME规范中在进行集箱设计时对管接头与集箱筒体的焊角需要进行强度校核计算如下：
1）管座I与集箱筒体的焊接采用参照PW-16.1（a），根据PW-16.2：
焊角的最小尺寸取19mm和相连两部件的壁厚的较小值的最小值即tmin=mim{19，7.14}=7.14mm
0.7tmin=0.7×7.14=5mm
实际焊角 tc=8/1.414=5.66mm >5 mm，
所以管座（1）与集箱筒体的焊角合理.
2）管座II与集箱筒体的焊接采用参照PW-16.1（a），根据PW-16.2：
焊角的最小尺寸取19mm和相连两部件的壁厚的较小值的最小值即tmin=mim{19，7.14}=7.14mm
0.7tmin=0.7×7.14=5mm
实际焊角tc=8/1.414=5.66mm >5 mm，
所以管座（2）与集箱筒体的焊角合理.
六、水压试验
水压试验依据PW-54进行.
试验压力为PT=1.5×4.35
=6.53MPa
结论：
通过以上计算得知ASME规范是集设计、焊接等标准于一体的综合性规范，适用的范围更广，考虑的影响因素较多。在应用ASME规范进行部件或锅炉设计时需要对规范的各条款深刻理解，前后章节应用时能够融会贯通。
参考文献：
[1].GB/T9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》.
[2].ASME第I卷《动力锅炉建造规范》2010版，2011增补.
关键词：ASME；集箱；GB/T9222
ASME简介
ASME是American Society of Mechanical Engineers（美国机械工程师协会）的英文缩写。美国机械工程师协会成立于1880年，在世界各地建有分部，是一个有很大权威和影响的国际性学术组织。ASME设计规范作为一项国际性标准正被世界各国广泛认可和采用。
而且随着全球经济的发展，世界各国之间的贸易往来日益频繁，我国的锅炉的出口项目也逐年增多。这些项目多要求按ASME标准设计。但是ASME设计规范与GB/T9222标准无论是在排版上还是在内容上都有很大的区别，这给国内的设计人员在理解和应用标准上造成一定的困难。本文利用ASME规范对集箱筒体的设计及强度计算的进行实践，给出了采用ASME设计集箱的具体操作。体现了ASME规范与GB/TT9222 <<水管锅炉受压元件强度计算>>的不同.以供设计者参考。
一、设计工况参数
设计压力（包括静压头）： 4.355Mpa
工作温度： 255.0℃
设计温度： 257.0℃
介质： 饱和蒸汽
除了静压头和集箱自身重量不包括其他压力
因为集箱两支撑点的距离为2550mm.所以由于集箱本身自重产生的弯曲应力可以不必计算。如下图：
二、集箱筒体壁厚计算（根据规范条款PG-27.2.2）[1]
在ASME规范中进行集箱筒体设计时采用的公式与GB/T9222中7.2.1公式（34）所采用的参数相似，都是从集箱的外径、计算压力、减弱系数、许用应力等参数的影响进行计算集箱筒体的设计壁厚，然后以筒体取用壁厚大于设计壁厚为原则选取筒体的实际壁厚。在ASME规范条款PG-27.2.2中考虑了不同材料在不同温度下的影响系数y见PG-27.4注释6.而在GB/T9222中7.2.1公式（34）中仅对于额定压力大于2.5MPa，和不大于2.5MPa的锅炉，在不绝热集箱和防焦箱筒体的最大允许厚度做了限制。具体如下：
材料l SA-106M Gr. B
计算压力 =4.355MPa
外径，D =426mm
取用厚度，t =28mm
最大允许应力，S =118MPa at 257℃（规范第II卷D篇表1A）
温度系数，y =0.4（PG-27.4注释6）
附加厚度，C =0mm
孔桥系数，E =1mm（根据PG-27.4注释1）
筒体允许最大开孔之径
dmax=8.08*[D*t*（1-K）]^1/3
=8.08*[426*28*（1-0.31）]^1/3
=163.14
筒体上开孔直径为32，72
参数Ls1=2X1 （PG-32.1.3）
X1=MAX（d，r+t+t1） （PG-36.2）
d1：开孔直径 32mm
r1：开孔的半径 16mm
t：筒体取用壁厚 28mm
t接管1：接管I取用壁厚 7.14mm
L1：两个开孔之间的距离400mm
X1=MAX（32， 16+28+7.14）=51.14
2X1=2*51.14=102.28
LS1=400>L1=102.28
因此φ32的开孔是单孔
参数，Ls2=2X2 （PG-32.1.3）
X2=MAX（d，r+t+tj2） （PG-36.2）
d2：开孔直径 72mm
r2：开孔半径 36mm
t：取用壁厚 28mm
t接管2：接管2取用壁厚 7.14mm
L2：两孔之间的间距600mm
X2=MAX（72，36+28+7.14）=72
Ls2=2X2=2*72=144
L2=600>Ls2=144
所以φ72的开孔是单孔
因此孔桥减弱系数为E=1
t=4.355*426/（2*118*1+2*0.4*4.355）+0=7.7mm
筒体最小需要壁厚为=7.7mm
集箱筒体取用壁厚28mm.
集箱筒体材料最小需要壁厚tmin=t×0.875=28×0.875 =24.5mm>t=7.7mm，
参照PG-16.3，集箱筒体最小厚度必须大于6mm.
所以集箱筒体取用厚度满足要求.
三、开孔的补强计算
确定φ48.3和φ88.9管座开孔补强的有效性.
参照PG-32.1.3和PG-32.1.4此两个管座的开孔不需要进行补强。
四、管座壁厚计算（根据规范条款PG-27，PG-43）
在ASME规范中根据公称管径的大小给出了公式PG-27.1.2和PG-27.2.2。其中公式： t=PD/（2SW+P）+0.005D+e（PG-27.1.2）适用于公称直径小于等于DN125的情况；公式：t=PD/（2SE+2yP）+C（PG-27.2.2）适用于公称直径大于DN125的情况。而且根据上述公式计算结果确定最小需要壁厚时PG-43中做了进一步的规定： 1.管接头（包括出入孔和检验孔）的最小厚度不应小于所施加荷载的所需的厚度。
2.管接头（不包括出入孔和检验孔）的最小厚度不应小于以下两值中的较小值：
a）装设此管接头的无缝筒体或封头的最小所需壁厚.
b）ASME B36.10M的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度.
在GB/T9222中6.10.4条款中，对管接头取用厚度δ给出了公式：0.015dw+3.2。对管径的大小没做具体的限制。[2]
一）管座I壁厚计算
采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005D+e（PG-27.2.1）
管子材料SA-106MGr.B
计算压力=4.355MPa
管子外径，D=48.3mm
取用壁厚，t=7.14mm
最大允许应力，S=118MPa at 257℃ （规范第II卷D篇 表1A）
壁厚减弱系数e=0（PG-27.4 .4Note 4）
焊缝减弱系数W=1.0
t=4.355*48.3/（2*118*1+ 4.355）+0.005*48.3+0 =1.1 mm
即管座（1）的最小需要壁厚t min =1.1 mm
根据PG-43管子的最小需要壁厚不应小于以下两条的最小值：
1）装设此管接头集箱筒体最小需要厚度tr=7.7mm
2）ASME B36.10M 的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度tstmin=1.65 mm
管子的取用壁厚为7.14mm>min（1.65，7.7）
而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚1.1mm和管材的最小标准厚度1.65mm，所以管子取用壁厚为7.14是正确的。
二）φ88.9的管座壁厚计算
采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005D+e （PG-27.2.1）
材料SA-106M Gr. B
计算压力=4.355MPa
外径，D=88.9mm
取用壁厚，t=7.14mm
最大允许应力，S=118 MPa at 257℃ （参照规范第II卷D篇 表1A）
焊缝接头减弱系数W=1.0
胀接管端部位处的厚度因子e=0（PG-27.4. 4Note 4）
t=4.355*88.9/（2*118*1+4.355）+0.005*88.9+0=2.05 mm
即
管座II最小需要壁厚为2.05mm
根据PG-43管子的最小需要壁厚不应小于以下两条的最小值：
1）装设此管接头集箱筒体最小需要厚度tr=7.7mm
2）ASME B36.10M的表2中所列的标准壁厚公称管的最小厚度tstmin=2.11mm
管子的取用壁厚为7.14mm>min（2.11，7.7）
而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚2.05mm和管材的最小标准厚度2.11mm，所以管子取用壁厚为7.14是正确的。
五、管子与集箱焊角计算（PW-16）
在GB/T9222中除了需要补强的焊缝需要进行焊缝强度计算外，对于不需要补强的焊缝的焊角尺寸没有进行焊缝尺寸强度计算，其大小由设计人员根据JB/T1625 表3和实际情况选取。但在ASME规范中在进行集箱设计时对管接头与集箱筒体的焊角需要进行强度校核计算如下：
1）管座I与集箱筒体的焊接采用参照PW-16.1（a），根据PW-16.2：
焊角的最小尺寸取19mm和相连两部件的壁厚的较小值的最小值即tmin=mim{19，7.14}=7.14mm
0.7tmin=0.7×7.14=5mm
实际焊角 tc=8/1.414=5.66mm >5 mm，
所以管座（1）与集箱筒体的焊角合理.
2）管座II与集箱筒体的焊接采用参照PW-16.1（a），根据PW-16.2：
焊角的最小尺寸取19mm和相连两部件的壁厚的较小值的最小值即tmin=mim{19，7.14}=7.14mm
0.7tmin=0.7×7.14=5mm
实际焊角tc=8/1.414=5.66mm >5 mm，
所以管座（2）与集箱筒体的焊角合理.
六、水压试验
水压试验依据PW-54进行.
试验压力为PT=1.5×4.35
=6.53MPa
结论：
通过以上计算得知ASME规范是集设计、焊接等标准于一体的综合性规范，适用的范围更广，考虑的影响因素较多。在应用ASME规范进行部件或锅炉设计时需要对规范的各条款深刻理解，前后章节应用时能够融会贯通。
参考文献：
[1].GB/T9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》.
[2].ASME第I卷《动力锅炉建造规范》2010版，2011增补.