水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算

1、水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算GB/T 9222-2008內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院 張少軍2009年10月目錄 1.前言 2.與強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的參數(shù) 3.鍋筒筒體強(qiáng)度計(jì)算 4.集箱筒體強(qiáng)度計(jì)算 5.管道強(qiáng)度計(jì)算 6.開孔補(bǔ)強(qiáng)1.前言 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍： 額定壓力0.10MPa 固定式 水管蒸汽鍋爐 水管熱水鍋爐 滿足以上條件的受壓元件強(qiáng)度計(jì)算目前引用文件的最新版本： GB 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板 GB 3087-2008低中壓鍋爐用無縫鋼管 GB 5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管 GB/T 3274-2007碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶 GB/T 8163-2008輸送流體用無縫

2、鋼管 JB/T 6734-1993鍋爐角焊縫強(qiáng)度計(jì)算方法 蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程勞部發(fā)1996276號(hào) 熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程勞部發(fā)(1997)74號(hào)總則 按本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的鍋爐受壓元件，應(yīng)符合蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及有關(guān)鍋爐制造技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于調(diào)峰負(fù)荷機(jī)組等參數(shù)波動(dòng)較大的鍋爐，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核(鍋筒疲 勞強(qiáng)度校核按附錄A計(jì)算)。材料： 材料應(yīng)符合GB 713,GB 3087,GB/T 274,GB 5310,GB/T 8163和鍋爐行業(yè)有關(guān)材料采購規(guī)范的規(guī)定。 使用本標(biāo)準(zhǔn)中表1，表2未列人的材料應(yīng)符合蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程或熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的有

3、關(guān)規(guī)定 用于制造鍋爐受壓元件的板材應(yīng)具有良好的塑性，其伸長率5應(yīng)不小于18%2.2.與強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的參數(shù)與強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)的參數(shù)許用應(yīng)力：許用應(yīng)力：計(jì)算公式：= j其中：許用應(yīng)力 MPa j基本許用應(yīng)力 Mpa 修正系數(shù) 基本許用應(yīng)力：jj b/ n b 、j t s / n s 、j t D / n Dj取三者最小值其中： b 常溫抗拉強(qiáng)度 Mpa t s 計(jì)算壁溫下屈服強(qiáng)度 Mpa t D 計(jì)算壁溫下持久強(qiáng)度 Mpa b和 t s取最低保證值或?qū)嶒?yàn)值下限。 t D取大量試驗(yàn)結(jié)果的平均值。安全系數(shù)n b =2.7 n s =1.5 n D =1.5 各國許用應(yīng)力比較 nbntbnsntsntDn

4、tc(蠕變變形蠕變變形)備注備注GB92222.71.51.5(平均值平均值)鍋爐鍋爐GB1503.01.61.61.5(平均值平均值) 1.25(最小值最小值)壓力容壓力容器器ASME-441.51.51.5(平均值平均值)1.01.0(平均值平均值)美國美國ISO8312.71.61.6(平均值平均值) 1.25(最小值最小值)國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織化組織TRD3002.41.51.0(2105h平平均值均值) 德國德國日本基本參照美國日本基本參照美國關(guān)于基本許用應(yīng)力的幾點(diǎn)說明：1.常用鍋爐鋼材基本許用應(yīng)力見表1、表2、表B12.表中未列的材料如符合符合規(guī)程規(guī)定，基本許用應(yīng)力按公式計(jì)算，并

5、取最小值。3. 計(jì)算時(shí) b、 t s和 t D應(yīng)取相應(yīng)鋼號(hào)的最低保證值。4.只有在沒有保證值時(shí)，才可用鋼材抽樣試驗(yàn)。并將試驗(yàn)結(jié)果乘以0.9作為計(jì)算取用值。5. 低碳鋼、低碳錳鋼及低碳錳釩鋼使用溫度在350以下，其他低合金熱強(qiáng)鋼使用溫度在400以下，其基本許用應(yīng)力一般只需按式j(luò) b/ n b 和式j(luò) t s / n s計(jì)算，不必考慮式j(luò) t D / n D。6.基本許用應(yīng)力表中相鄰計(jì)算壁溫?cái)?shù)值之間的j可用算術(shù)內(nèi)插法確定，但需舍棄小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字。算數(shù)內(nèi)插法：算術(shù)內(nèi)插法基本公式： i是i1與i2之間的一個(gè)數(shù)，b1與b2是與i1、i2對(duì)應(yīng)的已知數(shù)據(jù)，求b是多少？ 121121bbbbiiii11212

6、1bbbiiiib常用鋼材的最高使用溫度 序號(hào) 鋼 號(hào)用于蒸汽管道用于受熱面管道備 注120、20g425 450 215MoG、16Mo500530 312CrMoG、15CrMoG510 540 410CrMo910570 580 P22512Cr2MoWVTiB600 102鋼6X20CrMoV121560 610(過)、650(再)F1271Cr18Ni9Ti610 18-8鋼8T91、P91600 625 (過)、650 (再)10Cr9Mo1VNb修正系數(shù)： 根據(jù)受壓元件工作特點(diǎn)選?。篜6表3。 對(duì)于電站鍋爐，一般取1。 額定壓力16.7MPa的鍋筒和封頭，取0.95。計(jì)算壁溫：t

7、bi 定義： tbi：計(jì)算壁溫，用于確定鋼材基本許用應(yīng)力的受壓元件金屬壁溫。 tJ：介質(zhì)額定平均溫度。 tb：對(duì)應(yīng)于計(jì)算壓力下的介質(zhì)飽和溫度。 t：溫度偏差。 X：介質(zhì)混合程度系數(shù)。 關(guān)于計(jì)算壁溫的幾點(diǎn)說明 1.計(jì)算壁溫取受壓元件內(nèi)外壁溫算術(shù)平均值中的最大值。 2.若受壓元件的計(jì)算壁溫低于250時(shí)，取250。 3.受壓元件的計(jì)算壁溫可查表，也可按公式計(jì)算。 4.溫度偏差 t，在 任 何情況下不應(yīng)小于10。 5.介質(zhì)混合程度系數(shù)X ，對(duì)于集箱，一般可取0 .5 ， 當(dāng) 介質(zhì)從集箱端部進(jìn)人時(shí)，允許取為0。 6. 對(duì)于不受熱的過熱蒸汽集箱，即使完全混合，也應(yīng)取Xt=10 。3.鍋筒筒體強(qiáng)度計(jì)算筒體理

8、論計(jì)算厚度計(jì)算公式：其中： p計(jì)算壓力 Mpa Dn 筒體內(nèi)徑 mm 最小孔橋減弱系數(shù) 鍋筒筒體理論計(jì)算厚度 mmminL p -2pDminnL公式適用范圍：L L按鍋筒筒體理論計(jì) 算 厚 度 算出的外徑與內(nèi)徑的比值。 當(dāng)L 1.3時(shí)，理論計(jì)算公式適用。nLLD21筒體成品最小需要厚度： min =L +C1筒體設(shè)計(jì)計(jì)算厚度： s =L +C筒體取用厚度： s筒體有效厚度： y = C (筒體有效厚度也可取筒體實(shí)際 最小厚度減去腐蝕減薄值C1)附加厚度：C 筒體附加厚度 C=C1+C2+C3 C1考慮腐蝕減薄的附加厚度C2考慮鋼板工藝減薄的附加厚度C3考慮鋼板厚度負(fù)偏差的附加厚度單位：mm取

9、值規(guī)定：規(guī)程P15計(jì)算壓力：pP=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中： PR 工作壓力 MPaPa設(shè)計(jì)附加壓力 MPa Pe鍋爐額定壓力 MPaPz 介質(zhì)流動(dòng)阻力附加壓力 MPaPsz計(jì)算元件所受液柱靜壓力 MPa計(jì)算中的取值規(guī)定： 1.設(shè)計(jì)附加壓力Pa 按以下規(guī)定計(jì)算： Pe0.8MPa時(shí)，Pa0.03MPa 0.8MPa Pe 5.9MPa時(shí)， Pa0.04Pe Pe5.9MPa時(shí)，Pa0.05Pe 2. PZ取最大流量時(shí)計(jì)算元件至鍋爐出口 之間的壓力降。 3. Psz ：當(dāng)鍋筒筒體所受液柱靜壓力不大于（ Pe+ Pa+ Pz ）的3時(shí)，Psz0減弱系數(shù)： 縱向焊縫減弱系數(shù) 縱

10、向孔橋減弱系數(shù) 兩倍橫向孔橋減弱系數(shù) 斜向孔橋當(dāng)量減弱系數(shù) 最小減弱系數(shù) 取以上4個(gè)減弱系數(shù)中的最小值。 各減弱系數(shù)取值見規(guī)程P11。 minh2d校核計(jì)算： 校核計(jì)算時(shí)，鍋筒筒體最高允許計(jì)算壓力： 其中：p校核計(jì)算最高允許計(jì)算壓力 J 校核部位的減弱系數(shù) y 鍋筒筒體有效厚度取值規(guī)定見規(guī)程P10。 ynyJDp24.集箱筒體強(qiáng)度計(jì)算集箱筒體理論計(jì)算厚度計(jì)算公式：其中：p計(jì)算壓力 MpaDw集箱筒體外徑 mm 最小減弱系數(shù) 集箱筒體理論計(jì)算厚度 mm p 2pDminwLminL公式適用范圍：L L按集箱筒體理論計(jì) 算 厚 度 算出的外徑與內(nèi)徑的比值。 L Dw/(Dw-2L) 當(dāng)L滿足下列條

11、件時(shí)，理論計(jì)算公式適用： 對(duì)于汽水混合物或飽和蒸汽集箱： L 1.50 對(duì)于過熱蒸汽集箱筒體： L 2.00直集箱筒體成品最小需要厚度： min =L +C1集箱筒體設(shè)計(jì)計(jì)算厚度： s =L +C集箱筒體取用厚度應(yīng)滿足： s計(jì)算壓力：p集箱的壓力計(jì)算與鍋筒的計(jì)算方法相同。P=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中： PR 工作壓力 MPaPa設(shè)計(jì)附加壓力 MPa Pe鍋爐額定壓力 MPaPz 介質(zhì)流動(dòng)阻力附加壓力 MPaPsz計(jì)算元件所受液柱靜壓力 Mpa 再熱蒸汽集箱筒體計(jì)算壓力p取鍋爐在額定壓力時(shí)再熱蒸汽集箱中介質(zhì)工作壓力的1.15倍。減弱系數(shù)： 集箱筒體的減弱系數(shù) 與鍋筒的減弱系

12、數(shù)計(jì)算方法相同。 minmin附加厚度：CC 集箱筒體附加厚度 C=C1+C2+C3 C1考慮腐蝕減薄的附加厚度C2考慮鋼板工藝減薄的附加厚度C3考慮鋼板厚度負(fù)偏差的附加厚度單位：mm取值規(guī)定：規(guī)程P19校核計(jì)算： 校核計(jì)算時(shí)，集箱筒體最高允許計(jì)算壓力： 其中：p校核計(jì)算最高允許計(jì)算壓力 J 校核部位的減弱系數(shù) y 集箱筒體有效厚度取值規(guī)定見規(guī)程P18。 ywyJDp-25.管道強(qiáng)度計(jì)算集箱筒體理論計(jì)算厚度計(jì)算公式：其中： p計(jì)算壓力 Mpa Dw管道外徑 mm 焊縫減弱系數(shù)L 直管道理論計(jì)算厚度 mm p 2pDhwLh公式適用范圍：L L按管子或管道理論計(jì) 算 厚 度 算出的外徑與內(nèi)徑的比

13、值。 當(dāng)L滿足L 2.00條件時(shí)，理論計(jì)算公式適用。 L Dw/(Dw-2L)直管道：直管成品最小需要厚度： min =L +C1直管設(shè)計(jì)計(jì)算厚度： s =L +C直管取用厚度應(yīng)滿足： s彎管： 由鋼管彎成的彎管： 彎管外弧側(cè)理論計(jì)算厚度： wL =KL K彎管形狀系數(shù) R彎管中心線的半徑 mmww244DRDRK由鋼管彎成的彎管：彎管成品外弧側(cè)最小需要厚度： wmin =wL +C1彎管設(shè)計(jì)計(jì)算厚度： ws =wL +C直管取用厚度應(yīng)滿足： ws焊接彎管和鑄造彎管： 由鋼板壓制的焊接彎管（R/Dw 3.5）和鑄造彎管的厚度按直管計(jì)算。 但是： 焊接彎管的附加厚度C=C1+C2+C3 鑄造彎管

14、的附加厚度C=A1L+2 A1系數(shù)2)/(41w1DRA 計(jì)算壓力：p管子的壓力計(jì)算與鍋筒的計(jì)算方法相同。P=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中：PR 工作壓力 MPaPa設(shè)計(jì)附加壓力 MPaPe鍋爐額定壓力 MPaPz 介質(zhì)流動(dòng)阻力附加壓力 MPaPsz計(jì)算元件所受液柱靜壓力 Mpa 再熱蒸汽管子計(jì)算壓力p取鍋爐在額定壓力時(shí)再熱蒸汽管子中介質(zhì)工作壓力的1.15倍。焊縫減弱系數(shù)： 對(duì)于無縫鋼管 對(duì)于由鋼板壓制的焊接彎管，焊縫減弱系數(shù)與鍋筒取值相同。P11，表7。h1h附加厚度：C 1.直管附加厚度C=C1+C3 2.鋼管完成彎管和鋼板壓制的焊接彎管附加厚度C=C1+C2+C3 3.

15、鑄造彎管附加厚度C=A1L+2C1考慮腐蝕減薄的附加厚度C2考慮鋼板工藝減薄的附加厚度C3考慮鋼板厚度負(fù)偏差的附加厚度單位：mm取值規(guī)定：規(guī)程P22校核計(jì)算： 校核計(jì)算時(shí)，直管最高允許計(jì)算壓力： 其中：p直管校核計(jì)算最高允許計(jì)算壓力 h 焊縫減弱系數(shù) y 直管有效厚度 Dw 管子外徑取值規(guī)定見規(guī)程P23。 ywyhDp-2彎管校核計(jì)算： 校核計(jì)算時(shí)，彎管最高允許計(jì)算壓力： 其中：pw彎管校核計(jì)算最高允許計(jì)算壓力 h 焊縫減弱系數(shù) wy 彎管外弧側(cè)的有效厚度 K 彎管形狀系數(shù)取值規(guī)定見規(guī)程P23。 ywwywhwKDp-26.開孔補(bǔ)強(qiáng) 1.開孔補(bǔ)強(qiáng)條件： d/Dn 0.8，且d130103mm2

16、時(shí)， 按Dny 130103mm2查取；.當(dāng)d 200mm時(shí)， 取d200mm。 即：未加強(qiáng)孔的最大允許直徑按圖表 查取，但最大200mm。6.孔的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：當(dāng)鍋爐額定壓力pe 2.5MPa時(shí)，允許使用以下方式補(bǔ)強(qiáng)：6.孔的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：當(dāng)鍋爐額定壓力pe 2.5MPa時(shí)，采以下方式補(bǔ)強(qiáng)：7.孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：1.當(dāng)K 0.4時(shí)，且開孔直徑大于未加強(qiáng)孔的最大允許直徑時(shí)必須進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。2.當(dāng)K 0.4時(shí)，不必進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。3.有效補(bǔ)強(qiáng)高度：1/dn 0.19時(shí),取h=2.51和h= 2.5 二者較小值。1/dn 0.19時(shí)，,取4.有效加強(qiáng)寬度：b=2dn。5.對(duì)于橢圓孔：dn為縱截面上的尺寸。 其中：d

17、n管子內(nèi)徑 1管接頭厚度 鍋筒、集箱取用厚度11)(ndh7.孔的補(bǔ)強(qiáng)面積范圍：8.開孔加強(qiáng)應(yīng)滿足的條件：A1 A2 A3 A4 A且補(bǔ)強(qiáng)所需面積的2/3應(yīng)分布在離孔邊1/4 孔徑的范圍內(nèi)。A縱截面上補(bǔ)強(qiáng)所需的面積；A1 縱截面內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的焊縫面積；A2 縱截面內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的管接頭面積；A3 縱截面內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的墊板面積；A4 縱截面內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的筒體面積。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)元件鋼材的許用應(yīng)力大于被補(bǔ)強(qiáng)元件材料的許用應(yīng)力時(shí)，則按被補(bǔ)強(qiáng)元件材料的許用應(yīng)力計(jì)算。即選用許用應(yīng)力小的偏于安全。9.孔橋加強(qiáng)計(jì)算：A1 A2（A/S0-dd）y對(duì)于縱向孔橋：dd (1 )s；對(duì)于橫向孔橋：dd (1 /2 )s；對(duì)于斜向孔橋：dd (1