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专 业 英 语 翻 译(楠 哥)Reading Material 16Pressure Vessel CodesHistory of Pressure Vessel Codes in the United States Through the late 1800s and early 1900s,explosions in boilers and pressure vessels were frequent.A firetube boiler explosion on theMississippi River steamboat Sultana on April 27,1865,resulted in the boat,s sinking within 20minutes and the death of 1500 soldiers going home after the Civil War.This type of catastrophecontinued unabated into the early 1900s.In 1905,a destructive explosion of a firetube boiler in ashoe factory in Brockton,Massachusetts,killed 58 people,injured 117 others,and did$400000 inproperty damage.In 1906,another explosion in a shoe factory in Lynn,Massachusetts,resulted indeath,injury,and extensive property damage.After this accident,the Massachusetts governordirected the formation of a Board of Boiler Rules.The first set of rules for the design andconstruction of boilers was approved in Massachusetts on August 30,1907.This code was threepages long.In 1911,Colonel E.D.Meier,the president of the American Society of Mechanical Engineers,established a committee to write a set of rules for the design and construction of boilers andpressure vessels.On February 13,1915,the first ASME Boiler Code was issued.It was entitled“Boiler Construction Code,1914 Edition.v This was the beginning of the various sections of theASME Boiler and Pressure Vessel Code,which ultimately became Section 1,Power Boiler.The first ASME Code for pressure vessels was issued as u Rules fbr the Construction ofUnfired Pressure Vessels,“Section V I I I,1925 edition.The rules applied to vessels over 6 in.indiameter,volume over 1.5 ft3,and pressure over 30 psi.In December 1931,a Joint API-ASMECommittee was formed to develop an unfired pressure vessel code for the petroleum industry.Thefirst edition was issued in 1934.For the next 17 years,two separated unfired pressure vessel codesexisted.In 1951,the last API-ASME Code was issued as a separated document.In 1952,the twocodes were consolidated into one code-the ASME Unfired Pressure Vessel Code,Section V U I.Thiscontinued until the 1968 edition.At that time,the original code became Section V I I I,Division 1,Pressure Vessels,and another new part was issued,which was Section V I I I,Division 2,AlternativeRules for Pressure Vessels.The ANSI/ASME Boiler and Pressure Vessel Code is issued by the American Society ofMechanical Engineers with approval by the American National Standards Institute(ANSI)as anANSI/ASME document.One or more sections of the ANSI/ASME Boiler and Pressure Vesselcode have been established as the legal requirements in 47 states in the United States and in allprovinces of Canada.Also,in many other countries of the world,the ASME Boiler and PressureVessel Code is used to construct boilers and pressure vessels.Organization of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code The ASME Boiler and PressureVessel Code is divided into many sections,divisions,parts,and subparts.Some of these sectionsrelate to a specific kind of equipment and application;others relate to specific materials andmethods for application and control of equipment;and others relate to care and inspection ofinstalled equipment.The following Sections specifically relate to boiler and pressure vessel designand constmction.Section I Power Boilers(1 volume)Section IIIDivision 1 Nuclear Power Plant Components(7 volumes)Division 2 Concrete Reactor Vessels and Containment(1 volume)Code Case Case 1 Components in Elevated Temperature service(in Nuclear Code N-47Case book)Section IV Heating Boilers(1 volume)Section V D IDivision 1 Pressure Vessels(1 volume)Division 2 Alternative Rules for Pressure Vessels(1 volume)Section X Fiberglass-Reinfbrced Plastic Pressure Vessels(1 volume)A new edition of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code is issued on July 1 every threeyears and new addenda are issued every six months on January 1 and July 1.the new edition of thecode becomes mandatory when it appears.The addenda are permissive at the date of issuance andbecome mandatory six months after that date.Worldwide Pressure Vessel Codes In addition to the ASME Boiler and Pressure VesselCode,which is used worldwide,many other pressure vessel codes have been legally adopted invarious countries.Difficulty often occurs when vessels are designed in one country,built inanother country,and installed in still a different country.With this worldwide construction this isoften the case.The following list is a partial summary of some of the various codes used in differentcountries:Australia Australian Code for Boilers and Pressure Vessels,SAA Boiler Code(SeriesAS 1200):AS 1210,Unfired Pressure Vessels and Class 1 H,Pressure Vessels of Advanced Designand Construction,Standards Association of Australia.France Construction Code Calculation Rules for Unfired Pressure Vessels,SyndicatNational de la Chaudronnerie et de laTuyauterie Industrielle(SNCT),Paris,France.United Kingdom British Code BS.5500,British Standards Institution,London,England.Japan Japanese Pressure Vessel Code,Ministry of LABOR,PUBLISHED BY J叩 an BoilerAssociation,Tokyo,Japan;Japanese Standard,Construction of Pressure Vessels,JIS B GasControl Law,Ministry of International Trade and Industry,published by The Institution for Safetyof High Pressure Gas Engineering,Tokyo,Japan.Italy Italian Pressure Vessel Code,National Association for combustion Control(ANCC),Milan,Italy.Belgium Code for Good Practice for the Construction of Pressure Vessels,Belgian StandardInstitute(IBN),Brussels,Belgium.Sweden Swedish Pressure Vessel Code,Tryckkarls Kommissioner,the Swedish PressureVessel Commission,Stockholm,Sweden.压 力 容 器 规 范 美 国 压 力 容 器 规 范 的 历 史 从 19世 纪 末 到 2 0世 纪 初，锅 炉 和 压 力 容 器 的 爆 炸 是 常 有 发 生。1865年 4 月 2 7日，在 密 西 西 比 河 轮 船 Sultana号 上，一 个 火 管 锅 炉 爆 炸 导 致 船 在 二 十 分 钟 内 沉 没，使 内 战 后 回 家 的 1500名 士 兵 死 亡。这 种 灾 难 在 二 十 世 纪 初 仍 未 减 少。1905年，在 马 塞 诸 塞 州 布 鲁 克 市 的 一 家 制 鞋 厂 里，一 个 火 管 锅 炉 的 毁 灭 性 爆 炸 造 成 5 8人 死 亡，117人 受 伤 和 400000美 元 的 财 产 损 失。1906年，马 塞 诸 塞 州 林 恩 市 的 一 家 制 鞋 厂 里 的 另 一 次 爆 炸，造 成 死 亡，受 伤 和 大 量 财 产 损 失。在 这 次 事 故 之 后，马 塞 诸 塞 州 州 长 指 挥 成 立 了 锅 炉 规 范 委 员 会。1907年 8 月 3 0日，设 计 和 建 造 锅 炉 的 第 一 套 规 范 在 马 塞 诸 塞 州 得 到 批 准。这 个 规 范 总 共 有 三 页。1911年，美 国 机 械 工 程 师 学 会 主 席 Colonel E.D.M eier成 立 了 一 个 委 员 会，专 门 起 草 锅 炉 和 压 力 容 器 设 计 和 建 造 的 规 范。1915年 2 月 1 3日，第 部 锅 炉 规 范 ASME被 颁 布。它 被 提 名 为 锅 炉 建 造 规 范：1914版。这 是 ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范 各 篇 的 开 始，最 后 变 成 了 第 一 篇 动 力 锅 炉。第 一 个 压 力 容 器 的 规 范 A S M E,是 以 1925版 第 VIH篇“不 用 火 加 热 压 力 容 器 的 建 造 规 则”的 名 称 颁 布 的。该 规 则 适 用 于 直 径 大 于 6 英 寸，容 积 大 于 1.5f 和 压 力 高 于 30Pa的 容 器。1931年 12月，为 了 发 展 适 合 于 石 油 工 业 不 用 火 加 热 的 容 器 规 范，专 门 成 立 了 API一 ASME联 合 委 员 会。第 一 版 本 在 1934年 颁 布。在 随 后 的 17年 时 间 里，存 在 两 个 独 立 的 不 用 火 加 热 容 器 规 范。1951年，最 后 的 API ASME规 范 以 独 立 的 文 件 颁 布。1952年，两 个 规 范 合 并 成 一 个 规 范 ASM E不 用 火 加 热 压 力 容 器 规 范（第 V IH篇）。这 部 规 范 一 直 延 续 到 1968版。那 时，原 来 的 规 范 变 为 第 一 分 篇 压 力 容 器（第 V H I篇），第 二 分 篇 压 力 容 器 另 一 规 则（第 V H I篇）作 为 另 外 新 的 部 分 被 颁 布。经 美 国 国 家 标 准 局（ANSI）批 准，美 国 机 械 工 程 师 学 会 以 ASNI/ASME文 件 的 形 式，颁 布 了 ASN1/ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范。ASNI/ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范 的 一 篇 或 多 篇，已 经 在 美 国 的 4 7个 州 和 加 拿 大 的 所 有 省 中，以 法 律 的 形 式 确 立。同 样，在 世 界 的 许 多 其 他 国 家，ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范，也 被 用 来 建 造 锅 炉 和 压 力 容 器。ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范 的 组 成 ASM E锅 炉 和 压 力 容 器 规 范 分 成 许 多 篇,分 篇，部 分 和 辅 助 部 分。在 这 些 篇 中，一 些 涉 及 到 特 定 类 型 的 设 备 和 应 用；另 外 的 涉 及 特 定 的 材 料 和 设 备 应 用 与 控 制 的 方 法；其 余 的 涉 及 安 装 的 设 备 的 维 护 和 检 修。下 面 各 篇 特 别 涉 及 锅 炉 和 压 力 容 器 个 设 计 和 建 造。第 一 部 分 动 力 锅 炉（1卷）第 三 部 分 第 1节 核 电 厂 部 件（7 卷）第 2 节 混 凝 土 反 应 容 器 和 控 制（1卷）标 准 容 器 案 例 1升 温 装 置 中 的 部 件（在 核 规 范 N-47案 例 书 中）第 三 部 分 加 热 锅 炉 第 八 部 分 第 1节 压 力 容 器（1卷）第 2 节 力 容 器 另 一 规 则（1卷）第 X 部 分 玻 璃 纤 维 强 化 塑 料 压 力 容 器（1卷）新 版 ASME锅 炉 和 压 力 容 器 规 范，每 3 年 于 7 月 1 日 颁 布，新 附 录 每 6 个 月 于 1 月 1日 和 7 月 1 日 颁 布。新 版 规 范 一 问 世，就 成 为 强 制 的 规 范。在 颁 布 日 期 匕 附 录 是 可 以 选 择 的，半 颁 布 日 期 定 了 以 后，它 就 是 强 制 性 的。世 界 压 力 容 器 规 范 除 了 在 全 世 界 使 用 的 A SM E锅 炉 和 压 力 容 器 规 范 外，许 多 不 同 的 压 力 容 器 规 范，已 经 在 不 同 的 国 家 得 到 法 律 上 的 采 纳。当 容 器 在 一 个 国 家 设 计，在 另 一 个 国 家 建 造，并 且 在 不 同 的 国 家 安 装 时，就 会 产 生 困 难。由 于 这 种 世 界 范 围 的 建 造 的 存 在，这 种 案 例 是 经 常 有 的。下 面 所 列 举 的 是 一 些 在 不 同 国 家 中 使 用 的 各 种 规 范 的 部 分 摘 要：澳 大 利 亚 澳 大 利 亚 锅 炉 与 压 力 容 器 标 准，SA A锅 炉 标 准（AS1200系 ij）：AS1210,非 火 加 热 类 压 力 容 器 和 分 类 1 H,改 进 后 的 设 计 与 制 造 压 力 容 器，澳 大 利 亚 协 会 标 准。法 国 不 用 火 加 热 压 力 容 器 建 造 规 范 计 算 规 则，法 国 巴 黎 市 SNCT结 构。英 国 英 国 规 范 BS.55OO）,英 国 伦 敦 市 英 国 标 准 协 会。日 本 日 本 压 力 容 器 规 范，劳 动 部，制 定），日 本 东 京 市 日 本 锅 炉 协 会 出 版；JISB 8243 日 本 标 准，压 力 容 器 建 造，日 本 东 京 市 日 本 标 准 协 会 出 版；日 本 高 压 气 体 控 制 法,国 际 贸 易 与 产 业 部（制 定），日 本 东 京 高 压 气 体 工 程 安 全 协 会 出 版。意 大 利 意 大 利 压 力 容 器 规 范，意 大 利 米 兰 市 国 家 燃 烧 控 制 协 会（ANCC）。比 利 时 压 力 容 器 构 造 可 靠 实 践 规 范，比 利 时 布 鲁 塞 尔 市 比 利 时 标 准 协 会（IBN）o瑞 典 瑞 典 压 力 容 器 规 范，瑞 典 斯 德 哥 尔 摩 市 瑞 典 压 力 容 器 委 员 会。Reading Material 17Stress CategoriesThe various possible modes of failure which confront the pressure vessel designer are:(1)Excessive elastic deformation including elastic instability.(2)Excessive plastic deformation.(3)Brittle fracture.(4)Stress rupture/creep deformation(inelastic).(5)Plastic instability-incremental collapse.(6)High strain-low cycle fatigue.(7)Stress corrosion.(8)Corrosion fatigue.In dealing with these various modes of failure,we assume that the designer has at hisdisposal a picture of the state of stress within the part in question.This would be obtained eitherthrough calculation or measurements of the both mechanical and thermal stresses which couldoccur throughout the entire vessel during transient and steady state operations.The question onemust ask is what do these numbers mean in relation to the adequacy of the design?Will theyinsure safe and satisfactory performance of a component?It is against these various failure modesthat the pressure vessel designer must compare and interpret stress values.For example,elasticdeformation and elastic instability(buckling)cannot be controlled by imposing upper limits to thecalculated stress alone.One must consider,in addition,the geometry and stiffness of a componentas well as properties of the material.The p la s tic deform ation mode of f a ilu re can,on the other hand,be c o n tro lledby imposing lim its on ca lc u la te d s tre s se s,but unlike the fa tig u e and s tre s scorrosion modes of fa ilu re,peak s tre s s does not t e l l the whole story.C arefulcon sid eratio n must be given to the consequences of yielding,and th erefo re the typeof loading and the d is trib u tio n of s tre s s re s u ltin g therefrom must be c a re fu llystudied.The designer must consider,in ad d itio n to s e ttin g lim its fo r allow ables tre s s,some adequate and proper fa ilu re theory in order to define how the variouss tre s s e s in a component re a c t and c o n trib u te to the stren g th of th a t p art.As mentioned previously,d iffe re n t types of s tr e s s req u ire d iffe re n t 1im its,and before e sta b lish in g these lim its i t was necessary to choose the s tre s s categ o riesto which lim its should be applied.The c a teg o ries and sub-categories chosen wereas follow s:A.Primary S tress.(a)General primary membrane s tre s s.(b)Local primary membrane s tre s s.(c)Primary bending stre s s.B.Secondary S tress.C.Peak S tress.The major s tr e s s categ o ries are primary,sec9ondary,and peak.Their ch iefc h a ra c te r is tic s may be described b rie fly as follow s:(a)Primary s tre s s is a s tr e s s developed by the imposed loading which isnecessary to s a tis fy the laws of equilibrium between ex tern al and in te rn a l forcesand moments.The basic c h a ra c te ris tic of a primary s tr e s s is th a t i t is nots e lf-lim itin g.I f a primary s tre s s exceeds the y ield stren g th of the m aterial throughthe e n tire thickness,the prevention of fa ilu re is e n tire ly dependent on thestra in-h a rd e n i ng p ro p e rtie s of the m aterial.(b)Secondary stress is a stress developed by the self-constraint of a structure.It must satisfyan imposed strain pattern rather than being in equilibrium with an external load.The basiccharacteristic of a secondary stress is that it is self-limiting.Local yielding and minor distortioncan satisfy the discontinuity conditions or thermal expansions which cause the stress to occur.(c)Peak stress is the highest stress in the region under consideration.The basiccharacteristic of a peak stress is that it causes no significant distortion and is objectionable mostlyas a possible source of fatigue failure.The need for dividing primary stress into membrane and bending components is that,aswill be discussed later,limit design theory shows that the calculated value of a primary bendingstress may be allowed to go higher than the calculated value of a primary membrane stress.Theplacing in the primary category of local membrane stress produced by mechanical loads,however,requires some explanation because this type of stress really has the basic characteristics of asecondary stress.It is self-limiting and when it exceeds yield,the external load will be resisted byother parts of the structure,but this shift may involve intolerable distortion and it was felt thatmust be limited to a lower value than other secondary stresses,such as discontinuity bendingstress and thermal stress.Secondary stress could be divided into membrane and bending components,just as wasdone for primary stress,but after the removal of local membrane stress to the primary category,kitappeared that all the remaining secondary stresses could be controlled by the same limit and thisdivision was unnecessary.Thermal stress are never classed as primary stresses,but they appear in both of the othercategories,secondary and peak.Thermal stresses which can produce distortion of the mostcomplete suppression of the differential expansion,and thus cause no significant distortion,areclassed as peak stresses.One of the commonest types of peak stress is that produced by a notch,which might be asmall hole or a fillet.The phenomenon of stress concentration is well-known and requires nofurther explanation here.Many cases arise in which it is not obvious which category a stress should be placed in,and considerable judgment is required.In order to standardize this procedure and use the judgmentof the writers of the Code rather than the judgment of individual designers,a table was preparedcovering most of the situations which arise in pressure vessel design and specifying whichcategory each stress must be placed in.The potential failure modes and various stress categories are related to the Code provisionsas follows:(a)The primary stress limits are intended to prevent plastic deformation and to provide anominal factor of safety of the ductile burst pressure.(b)The primary plus secondary stress limits are intended to prevent excessive plasticdeformation leading to incremental collapse,and to validate the application of the elastic analysiswhen performing the fatigue evaluation.(c)The peak stress limit is intended to prevent fatigue failure as a result of cyclic loading.(d)Special stress limits are provided for elastic and inelastic instability.Protecti