三通宣貫講稿(曹雷生)

1、異型元件修訂說明修改、增加三通計(jì)算符號(hào)定義(1988版8.1；本版12.1)1、修改焊制、鍛造三通和等徑叉形管壁厚定義無縫鋼管焊制三通壁厚定義分為理論計(jì)算壁厚、成品最小需要壁厚、設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚、取用壁厚。附加壁厚計(jì)算方法同集箱。鍛造三通、熱擠壓三通和等徑叉形管壁厚定義分為理論計(jì)算壁厚、成品最小需要壁厚。定義見第三章。2、增加熱擠壓三通計(jì)算符號(hào)定義熱擠壓三通支管的成品最小需要壁厚，熱擠壓直型三通主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚、或鼓型三通縮口前主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚，熱擠壓直型三通主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三通縮口后主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三

2、通縮口后主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三通縮口前主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓三通滿足過渡區(qū)強(qiáng)度要求的支管最大內(nèi)徑，熱擠壓三通支管最小高度，熱擠壓三通肩部最大過渡半徑，熱擠壓三通主管限制開孔最小長度，熱擠壓三通主管最小半長，調(diào)整焊制計(jì)算公式的適用范圍(1988版；本版12.2.3)焊制三通主管和支管理論計(jì)算厚度、最高允許計(jì)算壓力的計(jì)算公式適用范圍，由主管外徑660mm，擴(kuò)大到813mm。本標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大的主要原因是引進(jìn)機(jī)組中已大量應(yīng)用813mm的焊接三通。隨著大口徑焊接三通在電站鍋爐上的廣泛應(yīng)用，目前國產(chǎn)機(jī)組，如哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界600MW機(jī)組鍋爐上，應(yīng)

3、用了最大口徑達(dá)813mm的大口徑焊接三通。其低溫過熱器出口集箱用焊接三通主管尺寸為81314，材質(zhì)為15CrMo，設(shè)計(jì)壓力20.62MPa，設(shè)計(jì)溫度418；末級再熱器集箱用焊接三通主管尺寸為76262，材質(zhì)SA-335 P22，設(shè)計(jì)溫度557，設(shè)計(jì)壓力4.34MPa。另外，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 6951999電站鋼制對焊管件中已允許用主管尺寸為812.821的焊接三通（材質(zhì)為20G，用于低溫再熱器上，設(shè)計(jì)壓力為4.52MPa，設(shè)計(jì)溫度為342）。國外日本三菱重工，日本石川島播磨公司也大量應(yīng)用大型焊接三通。只末過用鍛造或熱擠壓三通。修正部分焊制三通減弱系數(shù)(1988版；本版12.2.6)1、修訂

4、說明這里的“修正部分焊制三通減弱系數(shù)”，是針對原標(biāo)準(zhǔn)表21的表注1）（本版表20腳注a）進(jìn)行的修改。原標(biāo)準(zhǔn)加此表注的用意是：由于對0.8的開孔，不能采用孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，而只能采用焊接三通強(qiáng)度計(jì)算方法?？墒?，在焊制三通章節(jié)又規(guī)定對于1.051.10三通，必須進(jìn)行蝶式補(bǔ)強(qiáng)。此要求實(shí)際上限制了在這類受壓元件上開0.8的孔。為了放寬對這類受壓元件的限制，原標(biāo)準(zhǔn)增加了此表注。但是，本次標(biāo)準(zhǔn)修訂中，通過對2002005（1.05）、22022010（1.1）、24024020（1.2）、26026030（1.3）、28028040（1.4）、30030050（1.5）、34034070（1.

5、7）、400400100（2.0）八種規(guī)格焊制三通的有限元應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)1.3時(shí)，焊制三通一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度大于其材料設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度1.5倍（一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限），一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不合格，且焊制三通一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度占許用極限的百分比分別為165.9%（1.05）、138.2%（1.1）、118.3%（1.2）、104.6%（1.3）。當(dāng)1.1時(shí)，焊制三通同時(shí)存在一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度大于其材料設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度3倍（一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限），一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度不合格，且焊制三通一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度占許用極限的百分比分別為121.6%（1.05）、105.8%（1.1）。雖然國標(biāo)G

6、B/T 9222焊接三通的減弱系數(shù)比理論減弱系數(shù)減小20%，可是這也不能保證低值焊制三通強(qiáng)度的合格。因此，本標(biāo)準(zhǔn)在焊制三通使用溫度小于鋼材持久強(qiáng)度對基本許用應(yīng)力起控制作用的溫度下，對于1.051.10、 2.5MPa的鍋爐無縫鋼管焊制三通，當(dāng)主管外徑273mm、采用厚度補(bǔ)強(qiáng)型式時(shí)，為增加其理論計(jì)算厚度，減小了減弱系數(shù)，由原標(biāo)準(zhǔn)的按規(guī)定公式計(jì)算改為取規(guī)定公式計(jì)算值的三分之二。2、修訂前后算例對比例如：1）焊制三通，。按GB9222-88表21注1)計(jì)算，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，不合格。，不合格。2）焊制三通，。按GB9222-88表21注1)計(jì)算，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，

7、不合格。，合格。為保證表21注1）計(jì)算的焊制三通的強(qiáng)度合格，經(jīng)有限元應(yīng)力分析，將注1）的減弱系數(shù)修改為取式（84）計(jì)算值的三分之二。例如：1）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。2）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。3、=2時(shí)，GB9222中計(jì)算方法的可靠性當(dāng)G=0.81.0時(shí),GB9222的減弱系數(shù)與ASME B31.1動(dòng)力管道和哈鍋計(jì)算方法相當(dāng),圖中是ASME B31.1動(dòng)力管道的折算減弱系數(shù)，是GB9222-88的減弱系數(shù)，是哈鍋計(jì)算方法的折算減弱系數(shù)。即當(dāng)=2時(shí)，GB9222中的焊制三通強(qiáng)度計(jì)算方法是保守的、可行的。有限元應(yīng)力分

8、析也證明時(shí)GB9222中的計(jì)算方法是可靠的。例如：1）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。四、取消原條。焊制三通自然應(yīng)該滿足鍋爐制造技術(shù)條件，沒必要在此強(qiáng)調(diào)。五、修改三通開孔規(guī)定和確定減弱系數(shù)原則(1988版；本版12.2.11)在用原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)三通時(shí)，對帶孔橋的三通，其減弱系數(shù)必須取不帶孔橋三通的減弱系數(shù)和孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積。這就造成了帶孔橋三通的減弱系數(shù)下降很多，設(shè)計(jì)的三通安全裕度過大，厚度太厚。給制造帶來困難。為此本標(biāo)準(zhǔn)修改為，對帶孔橋的三通，其減弱系數(shù)取不帶孔橋三通的減弱系數(shù)和孔橋減弱系數(shù)兩者中的小者。這樣即保證了帶孔橋三通的強(qiáng)度又避免了其厚度太厚給制造帶

9、來困難的問題。原標(biāo)準(zhǔn)對三通上開孔的限制太嚴(yán)格，給開孔布置帶來困難。原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若在三通上必須開孔，則孔邊緣至焊接三通焊縫邊緣（或鍛造三通內(nèi)壁相貫線）的距離不應(yīng)小于2倍的三通主管取用厚度。這樣規(guī)定不適應(yīng)目前大容量高參數(shù)機(jī)組的厚壁三通設(shè)計(jì)。參考德國標(biāo)準(zhǔn)TRD301蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)國內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果及鍋爐制造廠家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本標(biāo)準(zhǔn)改為，接管焊縫的外邊緣至焊接三通焊縫的外邊緣（或鍛造三通內(nèi)壁相貫線）的距離不應(yīng)小于20mm。并為保守計(jì)，考慮鍋爐焊接三通大多數(shù)開孔情況，規(guī)定焊接三通開孔布置應(yīng)與鍛造三通要求一致，開孔布置在標(biāo)準(zhǔn)中圖示的弧長范圍內(nèi)。增加若必須開孔“則應(yīng)布置在弧長l范圍內(nèi)”?！翱走吘?/p>

10、至焊縫邊緣的距離不應(yīng)小于2。若為孔橋,則式(75)和(80)中的可取按 條確定的和按至條確定的孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積，或按第9章的方法確定三通的最高允許計(jì)算壓力。”改為“接管焊縫的外邊緣至三通焊縫的外邊緣的距離應(yīng)不小于20mm。若為孔橋，則在采用式(106)、式(113)確定三通理論計(jì)算壁厚和最高允許計(jì)算壓力時(shí)，取由條確定的及參照6.4條規(guī)定求得的最小孔橋減弱系數(shù)中的小者”。哈鍋在用GB9222-88設(shè)計(jì)焊制三通時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題，一個(gè)是少量三通顯得太厚，制造起來比較困難；再一個(gè)就是焊制三通上開孔的限制特別嚴(yán)格，有些情況很難布置。第一個(gè)問題是由于本條中規(guī)定“若為孔橋，則式（75）和（80）中的可

11、取按條確定的和按2.4.5至2.4.12條確定的孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積”造成的。為此修改為“若為孔橋，則三通的理論計(jì)算壁厚取按式（75）和按式（30）計(jì)算壁厚的較大值?！边@樣修改后，與哈鍋取用壁厚接近。經(jīng)有限元應(yīng)力分析證明，在焊制三通上部不開孔的情況下，這樣修改也能保證焊制三通的強(qiáng)度合格。再考慮鍋爐三通大多數(shù)開孔情況，并與鍛造三通和熱擠壓三通開孔要求一致，規(guī)定在弧長l范圍內(nèi)可開孔，不允許在焊制三通上部開孔下列四表是GB9222-88修訂前后及與哈鍋取用壁厚的對比。需要說明的是和兩三通取用壁厚與修訂后的GB9222計(jì)算壁厚差別較大的原因是哈鍋取一機(jī)部電工總局批轉(zhuǎn)的（81）電研材字第051號(hào)文中的

12、許用應(yīng)力，而修訂后的標(biāo)準(zhǔn)取自GB9222-88的許用應(yīng)力。如果取一樣的許用應(yīng)力，則結(jié)果相當(dāng)。表一三通規(guī)格1.42材質(zhì)計(jì)算溫度418計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果139.2哈鍋?zhàn)钚”诤?14本版標(biāo)準(zhǔn)95.6(114) 表二三通規(guī)格1.75材質(zhì)計(jì)算溫度557計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果122.5哈鍋?zhàn)钚”诤?14本版標(biāo)準(zhǔn)106.6(124.4) 表三三通規(guī)格1.2材質(zhì)SA-335P22計(jì)算溫度557計(jì)算壓力4.3488標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果蝶式或單筋99.7哈鍋?zhàn)钚”诤?2本版標(biāo)準(zhǔn)蝶式或單筋60.8 表四三通規(guī)格1.58材質(zhì)SA-335P22計(jì)算溫度517計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果137.

13、3哈鍋?zhàn)钚”诤?07本版標(biāo)準(zhǔn)115.2 第二個(gè)問題是由于條規(guī)定“孔邊緣至焊縫邊緣的距離不應(yīng)小于2S。”這樣規(guī)定對于超高壓以上鍋爐在三通區(qū)很難布置接管，這樣規(guī)定太保守了。參考TRD301 3.6條，當(dāng)基本筒體壁厚時(shí)，支管的邊緣與焊縫的邊緣的距離為，當(dāng)時(shí)，此距離應(yīng)不小于50mm，有效壁厚。哈工大高廣安教授根據(jù)試驗(yàn)，建議小接管全焊透結(jié)構(gòu)的接管焊縫邊緣和三通焊縫外邊緣相距20mm以上。這個(gè)尺寸哈鍋是按20mm設(shè)計(jì)的。因此這條改為“接管焊縫的外邊緣和三通焊縫的外邊緣的距離不應(yīng)小于20mm。六、修改焊制三通水壓試驗(yàn)壓力取用原則(1988版；本版12.2.12) “取與其相連元件的水壓試驗(yàn)最高允許壓力值”改

14、為“按有關(guān)鍋爐制造條件取用”。與標(biāo)準(zhǔn)其它章節(jié)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)一致。七、修改鍛造三通控制壁厚、開孔規(guī)定和確定減弱系數(shù)原則(1988版、8.3.5；本版12.3.1、12.3.5)1、按焊制三通的條修訂8.3.5條?！翱走吘壷寥▋?nèi)壁相貫線的距離不應(yīng)小于”改為“接管焊縫的外邊緣至三通內(nèi)壁相貫線的距離不應(yīng)小于20mm”。確定開孔減弱系數(shù)同焊接三通。2、因?yàn)榭刂棋懺烊ㄈ∮帽诤駸o法實(shí)現(xiàn),改為控制成品最小需要壁厚,圖21中的S改為Smin, S1改為S1min。8.3.1中的鍛造三通壁厚該為鍛造三通成品最小需要壁厚。八、增加熱擠壓三通計(jì)算方法(本版12.4) 1、增加的必要性隨著引進(jìn)型300MW、600M

15、W亞臨界機(jī)組數(shù)量的增加，在該類機(jī)組鍋爐中大量使用的熱擠壓三通，以引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)的熱擠壓三通厚度最簿、經(jīng)濟(jì)性最好?，F(xiàn)在東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司、上海鍋爐廠有限公司和河北宏潤管道集團(tuán)有限公司已完全能按引進(jìn)技術(shù)要求生產(chǎn)熱擠壓三通。這種熱擠壓三通制造方法是采用直徑補(bǔ)償方法，將大口徑無縫鋼管加熱，經(jīng)十套左右的模具擠壓而成。這種熱擠壓三通成型好，流動(dòng)阻力小，正越來越廣泛地應(yīng)用于電站鍋爐管道中，且大有取代其他三通之勢。因此，作為水管鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)有熱擠壓三通強(qiáng)度計(jì)算方法。2、與國外熱擠壓三通強(qiáng)度計(jì)算方法的對比美國ASME B31.1動(dòng)力管道有整體補(bǔ)強(qiáng)的擠壓翻邊出口接頭的強(qiáng)度計(jì)算方法，該方法為等面積補(bǔ)

16、強(qiáng)法。成型要求比引進(jìn)技術(shù)低，但比引進(jìn)技術(shù)保守。哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司從意大利進(jìn)口的熱擠壓三通是用這種方法計(jì)算的。其質(zhì)量比引進(jìn)技術(shù)的熱擠壓三通多約 50%。德國TRD 301蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)程有模鍛三通，采用壓力面積法計(jì)算，也比引進(jìn)技術(shù)保守。電廠使用的進(jìn)口斜三通多采用此法。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5054-1996火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定中擠壓三通也采用壓力面積法。總之，這兩種方法，比引進(jìn)技術(shù)保守，成型要求低，強(qiáng)度計(jì)算較粗糙。3、對引進(jìn)技術(shù)公式的簡化基本是應(yīng)用整套引進(jìn)技術(shù)，只是計(jì)算公式為與原GB9222-88形式一致，作了偏于保守的簡化。對于Dw 660 mm的三通。 由2y=0.81.4

17、變?yōu)?2y=1, 產(chǎn)生的誤差為 4%7% 。這個(gè)誤差是比較極端情況，許用應(yīng)力為44MPa，設(shè)計(jì)壓力為20.6MPa情況下計(jì)算的結(jié)果。為此取，即把系數(shù)1.25變?yōu)?.3。增加4%的裕度，這樣公式（85）比引進(jìn)技術(shù)公式計(jì)算的壁厚增加011%。同樣對于Dw.660mm的三通由于省略5.1P和取2y=1,產(chǎn)生的誤差為-4%8%。誤差的計(jì)算同D660mm的情況。為此取,系數(shù)1.25變?yōu)?.3，增加裕度4%。這樣公式（87）比引進(jìn)技術(shù)公式計(jì)算的壁厚增加012%?？傊?，本標(biāo)準(zhǔn)熱擠壓三通計(jì)算方法基本是應(yīng)用整套引進(jìn)技術(shù)，只是計(jì)算公式為保持與標(biāo)準(zhǔn)形式一致，作了偏于保守的簡化。對于660 mm的熱擠壓三通，本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)

18、算公式比引進(jìn)公式計(jì)算的厚度增加011%；對于660 mm的熱擠壓三通，比引進(jìn)公式計(jì)算的厚度增加012%。4、三通開孔限制的說明為與焊制三通和鍛造三通開孔要求一致，比引進(jìn)技術(shù)偏于保守地規(guī)定三通區(qū)的開孔直徑不應(yīng)大于，而且以60mm為限。熱擠壓三通開孔限制對比區(qū)域名稱沈根榮哈鍋東鍋建議ABB-CEA可以開孔可以開孔入口三通不允許開孔A：對于直型三通可以開孔；對于鼓型三通，出口三通可以開孔，入口三通只能開在內(nèi)徑為常數(shù)的部分。C、E禁止開孔C、E：禁止開孔不允許開孔。直型三通，在A、B、F區(qū)域無法布置時(shí)，可將管接頭布置在“C”區(qū)域作為最后的選擇，但以布置一根，且最大外徑為50.8mm的管接頭為限。不允許開孔。但對于直型三通，作為最后選擇，允許在入口和出口三通“C”區(qū)域布置一根最大直徑為2英寸的管座。B、F可以少量開孔B、F：盡可能不開孔。在無法避免的情況下，勉強(qiáng)可在三通的F區(qū)和入口三通的B區(qū)開孔，出口三通的B區(qū)不可以開孔。在推薦長度范圍內(nèi)，管座不應(yīng)該布置在水平中心線以上區(qū)域（B、F區(qū)域）。如果無法執(zhí)行該規(guī)定，人口三通可布置于“B”區(qū)域，出、入口三通都可布置于“F”區(qū)域