水管锅炉讲义

1、就目前而言，强度计算标准掌握到以下程度即可：锅筒筒体、集箱筒体、封头厚度计算，单孔补强计算。进行这些计算需要掌握的知识主要有：1、厚度（84页）：名义厚度、设计厚度、计算厚度、有效厚度2、厚度附加量(98页)：腐蚀裕量、制造减薄量、钢材厚度负偏差3、压力（79页）：额定压力、工作压力、计算压力、工质流动阻力、液柱静压力、设计附加压力4、钢材许用应力的修正系数（76页）5、计算壁温（77页）6、开孔补强条件（93页）7、孔的补强结构（92页）8、相邻两孔的临界节距（81页）9、未补强孔最大允许直径（91页）10减弱系数（80页）：对接焊缝减弱系数、纵向、横向、斜向孔桥减弱系数、最小减弱系数11、

2、筒体厚度计算公式适用范围（85页）12、不绝热筒体最大允许厚度（103页）一、锅筒筒体厚度计算1、名义厚度：即图样标注厚度，由设计厚度向上圆整至钢材标准规格的厚度。即名义厚度设计厚度，例如：设计厚度为16.5，名义厚度取为18。可采购到的锅炉钢板厚度一般为偶数，个别有奇数，如25mm。2、设计厚度： ：计算厚度，mmC：厚度附加量，mm，C = C1+ C2+ C3C1：腐蚀裕量，一般情况取为0.5mm。20mm时，取C1=0C2：制造减薄量，按附录C中的表C.1选取。按卷筒时的热卷和冷卷不同工艺选取，我厂目前产品采用冷卷冷校，制造减薄量取为0。C3：钢材厚度负偏差，取钢板标准规定的厚度负偏差

3、。按GB/T709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差，规定为0.3 mm。一般情况下，C = 0.5+0+0.3 = 0. 8mm3、计算厚度： P：计算压力，MPaDi：筒体内径，mm：最小减弱系数：许用应力，MPa3.1计算压力：P =P0 +PaP0：工作压力，MPaPa：设计附加压力，MPa3.1.1工作压力：P0 = Pr+Pf+Ph3.1.1.1锅炉额定压力Pr，MPa，锅炉铭牌上标注的额定工作压力。3.1.1.2工质流动阻力Pf，MPa，锅筒与锅炉出口之间的压力降。饱和蒸汽锅炉由于锅炉出口也在锅筒，因此对饱和蒸汽锅炉来说，工质流动阻力为0。过热蒸汽锅炉，铭牌上标注的额定工

4、作压力是指过热器出口集箱压力，在确定锅筒工作压力时，应加上锅筒与过热器出口集箱之间的压差，一般取10%的额定压力。热水锅炉铭牌上标注的额定工作压力是指出水压力。在确定锅筒工作压力时，对于从锅筒进水的强制循环热水锅炉而言，应加上锅筒与出水集箱之间压力差，其值按水阻力计算确定。3.1.1.3液柱静压力Ph，MPa，锅筒底部液柱静压。小于等于3%（Pr+Pf+Pa）时，液柱静压力不计。除了双锅筒锅炉的下锅筒外，锅筒一般位于锅炉最高位置，因此液柱静压都不计。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，计算锅筒工作压力。P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0+0=1.25 例题2：额定压力1.25

5、MPa的过热蒸汽锅炉，计算锅筒工作压力。P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0.1×1.25+0=1.375 3.1.2设计附加压力，MPa，是考虑安全阀整定压力即开启压力，在工作压力之上附加的压力。安全阀的整定压力不能是工作压力，必须比工作压力高一些，才能保证锅炉在工作压力下运行，否则安全阀在工作压力下就开启了。因此锅筒的计算压力应考虑在安全阀开启时，压力超出工作压力的部分。安全阀数量一般为2个，符合规定条件可装1个。安全阀整定压力，规定值见GB/T16507.7表2和表3，表2适用蒸汽锅炉，按额定压力分3档，给出整定值。表3适用热水锅炉，只1种整定值。注意表中的工作压力是安全

6、阀装置地点的工作压力。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，确定安全阀整定压力。2只安全阀都装在锅筒上，前例已计算P0 = 1.25 查GB/T16507.7表2，整定压力最低值为1.04×1.25 =1.3，最高值为1.06×1.25 =1.325例题2：额定压力1.25MPa的过热蒸汽锅炉，确定安全阀整定压力。2只安全阀1只装在锅筒上，1只装在过热器出口集箱上。锅筒上的安全阀按较高整定压力调整，前例已计算P0 =1.375查GB/T16507.7表2，整定压力为：1.06×1.375=1.46过热器上的安全阀按较低整定压力调整，P0 = Pr+Pf+

7、Ph=1.25+0+0=1.25查GB/T16507.7表2整定压力为：1.04×1.25 =1.3例题3：额定压力1.25MPa的自然循环热水锅炉，确定安全阀整定压力。2只安全阀都装在锅筒上，P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0+0=1.25 查GB/T16507.7表3，整定压力最低值为1.10×1.25 =1.3751.25+0.07=1.32；最高值为1.12×1.25 =1.41.25+0.1=1.35设计附加压力Pa确定方法有2种：第1种方法：安全阀整定压力（较低值）与工作压力之差。第2种方法：按附录B的表B.1选取。表中，蒸汽锅炉按额定压力分3

8、档给出Pa，热水锅炉统一为0.1MPa。例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，确定锅筒计算压力。前例已计算 P0 = 1.25 前例已计算安全阀整定压力较低值为：1.3Pa=1.3 -1.25 =0.05 P =P0 +Pa=1.25+0.05=1.33.2许用应力：为GB/T16507.2表2锅炉常用钢板的许用应力相应材料的选取值与表1修正系数的乘积。GB/T16507.2表2锅炉常用钢板的许用应力，按钢板牌号、厚度、温度列出许用应力值。表1按锅筒工作条件和烟气温度，给出修正系数值。当查GB/T16507.2表2时，需首先确定锅筒的计算壁温。锅筒除了不受热外，一般情况下，计算壁温既不是

9、工质温度，也不是烟气温度，高于工质温度低于烟气温度，其值由锅筒工作条件决定。确定计算壁温有2种方法，计算和查表。可按表2锅筒计算壁温td选取。表中按锅筒工作条件列出了计算方法，tm为锅筒的平均工质温度，对蒸汽锅炉取计算压力下的工质饱和温度，对热水锅炉取出口水温。例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒不绝热，在600900的对流烟道内，名义厚度18 mm，材料Q245R，确定许用应力。计算压力p，前例已计算，p=1.3MPa查干饱和蒸汽以及饱和线上的水的比容和焓表，该表按压力列出了饱和温度、饱和水的比容、饱和蒸汽比容、饱和水焓、饱和蒸汽焓、汽化潜热。是我们经常使用的表。注意表中的压力值

10、是绝对压力，计算时的工作压力是表压，要加0.1变成绝对压力。P =1.4MPa ts=195.04查表2，td = tm +50 =195.04 + 50 = 245.04查GB/T16507.2表2，许用应力112.29MPa（内插法确定）查表1，=0.9 =0.9×112.29=101.06 MPa3.3最小减弱系数：取纵向焊缝减弱系数、孔桥减弱系数中的最小值。3.3.1纵向焊缝减弱系数：根据焊缝形式及无损检测比例，按表5选取。焊缝减弱系数只考虑纵向焊缝，不考虑环向焊缝。这是因为作用于环向焊缝上的是轴向应力，z=；作用于纵向焊缝上的是环向应力，。可以看出，环向应力是轴向应力的2倍

11、。因此，只考虑纵向焊缝对锅筒强度的减弱。3.3.2孔桥减弱系数：锅筒上一般都有成排的开孔，相邻两孔构成孔桥。开孔使材料截面积减小，筒体强度减弱。孔桥减弱系数即表示筒体强度的减弱程度。计算相孔桥减弱系数的条件：邻两孔直径均小于、等于未补强孔最大允许直径，且两孔的节距（纵向、横向、斜向）小于相邻两孔的临界节距时，开孔按孔桥处理，计算孔桥减弱系数。如果相邻两孔节距大于等于临界节距时，可视作单孔；如果相邻两孔中有一孔大于最大允许直径，该孔按单孔补强，补强后按无孔处理；如果相邻两孔均大于最大允许直径，则不能按本标准计算。孔桥减弱系数有纵向、横向、斜向之分，计算按表6。3.3.2.1纵向孔桥减弱系数：S：

12、纵向节距，mm。dae：相邻两孔平均当量孔径，mm。d1e：第1孔的当量孔径，mm。d2e：第2孔的当量孔径，mm。当量孔径按表7计算，我厂产品都是径向开孔，当量孔径等于开孔直径。3.3.2.2横向孔桥减弱系数：S：横向节距，mm，取筒体平均直径圆周上的弧长。3.3.2.3斜向孔桥减弱系数：S：斜向节距，mm，取筒体平均直径圆周上的弧长。K：斜向孔桥的换算系数， b：斜向孔桥两孔间在筒体轴线方向上的距离。a：斜向孔桥两孔间在筒体平均直径圆周上的弧长。3.3.3未补强孔最大允许直径d：锅筒上开孔大小有相应的规定，超过一定孔径的开孔需采取补强措施，如用接管、垫板补强，未补强孔最大允许直径d，按以下

13、公式确定。e：有效厚度，mm，e=- Ck：筒体结构特性系数，当d200mm时，取d=200mm。即锅筒上未补强的孔，最大不能超过200mm。3.3.4相邻两孔的临界节距：按以下公式计算：例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒内径900mm，不绝热，在600900的对流烟道内，名义厚度18 mm，材料Q245R，焊接采用双面坡口自动焊，100%无损探伤，孔排开孔直径52mm,纵向节距97mm，横向节距72.1mm（按筒体平均直径计算），计算最小减弱系数。由前例计算已知：P=1.3MPa C=0.8mm =101.06MPae=-C=18-0.8=17.2=0.340.4开孔不需补强d

14、ae=52=120.86=309.1S、S、S均小于Sc，按孔桥处理纵向孔桥减弱系数：横向孔桥减弱系数：=斜向孔桥减弱系数：=查表5，=1.0最小减弱系数取焊缝减弱系数、纵向孔桥、横向孔桥、斜向孔桥减弱系数中最小值：=0.464、筒体厚度计算公式适用范围：按表10，筒体厚度计算公式适用的t1.30之所以要对公式适用范围做出限定，是因为筒体厚度计算公式的推导，是假设筒体是薄壁圆筒，即环向应力沿壁厚均匀分布而且径向应力为零。实际上，锅筒筒体环向应力和径向应力沿壁厚分布都不均匀，环向应力内壁最大，径向应力内壁最小。越大，即t越大，锅筒筒体内壁实际应力状态比薄壁圆筒越危险。因此应用厚度计算公式时，对t

15、做出了限定。5、不绝热筒体最大允许厚度额定压力2.5MPa的锅筒可以采用不绝热结构，其厚度不应大于表16的规定值。表16按工作条件分2档，对最大允许厚度做出了规定。锅筒筒体受火焰或烟气加热时，筒体内壁产生环向热应力，它与内压力产生的内壁环向应力相叠加，有可能达到不允许的程度，即产生低周疲劳。热应力随筒体厚度增大而增大，为防止低周疲劳产生，对不绝热筒体厚度做出了限制。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒内径900mm，不绝热，在600900的对流烟道内，名义厚度18 mm，材料Q245R，焊接采用双面坡口自动焊，100%无损探伤，孔排开孔直径52mm,纵向节距97mm，横向节距72

16、.1mm（按筒体平均直径计算），校核其强度。由前例已计算：P=1.3MPa C=0.8mm =101.06MPa=0.46 =12.76=12.76+0.8=13.56 =18dc=13.56 强度满足=1+2×12.76/900=1.0281.30 满足厚度计算公式使用范围例题2、校核我公司生产的SZS201.6/260Q蒸汽锅炉的上锅筒强度。计算参见总图和上锅筒图。Pr=1.6Pf=0.1×1.6=0.16Ph=0P0 = Pr+Pf+Ph=1.6+0.16+0=1.76查附录B表B.1，Pa=0.06 P0=0.06×1.76=0.11P= P0+Pa=1.

17、76+0.11=1.87按绝对压力1.97查干饱和蒸汽以及饱和线上的水的比容和焓表，饱和温度为211.6 由总图可知锅筒不绝热，在炉膛内烟温900，查表2，td = tm +90 =211.6 + 90 =301.6由上锅筒图可知，上锅筒材质为Q345R=20，查GB/T16507.2表2，温度301.6，许用应力142.68按烟温600，查表1，=0.9=0.9×142.68=128.41C1=0.5查附录C表C.1，冷卷冷校，C2=0查GB/T709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差，C3=0.3C = C1+ C2+ C3=0.5+0+0.3=0.8e=-C=20-0.

18、8=19.2由上锅筒图可知,Di=1200=0.46=187.69主汽阀开孔d=221d ，需要补强，其它开孔均不需补强。孔桥1：=91 =91纵向孔桥=403.41S=800Sc，不需计算孔桥减弱系数孔桥2：=161 =58斜向孔桥=b=82.5 a=266.2=278.69，需计算孔桥减弱系数=1.63=0.99孔桥3：=161 =161横向孔桥=161+=473.41S=266.2+266.2=532.4sc，不需计算孔桥减弱系数孔桥4：=161 =52/44凹座孔斜向孔桥h=1 d2e=44.4=415.11b=166 a=532.4=557.68sc，不需计算孔桥减弱系数孔桥5：=5

19、2/44 =52/44凹座孔纵向孔桥前已计算，d1e=d2e=44.4=44.4+=356.81s=95sc，需计算孔桥减弱系数孔桥6：=52/44 =52/44凹座孔横向孔桥前已计算356.81S=106.4sc，需计算孔桥减弱系数=1.161，取=1孔桥7：=52/44 =52/44凹座孔斜向孔桥前已计算，356.81b=95 a=106.4=142.64，需计算孔桥减弱系数= =1.31=0.90孔桥8：= =52纵向孔桥=52+=364.41s=95sc，需计算孔桥减弱系数孔桥9：= =52横向孔桥前已计算，364.41=95.82，需计算孔桥减弱系数=0.91孔桥10：= =52斜向

20、孔桥前已计算，364.41b=95 a=95.82=134.93，需计算孔桥减弱系数= =1.27=0.78孔桥11：d1=110 d2=66非径向孔斜向孔桥b=450 a=366.7 =34.44°，不需计算孔桥减弱系数对接焊缝减弱系数查表5，单面坡口焊缝，100%无损检测，取对接焊缝减弱系数、纵向、横向、斜向孔桥减弱系数中最小值，0.46 =1+2×19.26/1200=1.031.30，满足厚度计算公式使用范围二、集箱筒体厚度计算1、名义厚度：即图样标注厚度，由设计厚度向上圆整至钢材标准规格的厚度。即名义厚度设计厚度，例如：设计厚度为9.5，名义厚度取为10。集箱筒体

21、制造材料是钢管，可采购到的锅炉钢管厚度偶数奇数都有，偶数为多。2、设计厚度： ：计算厚度，mmC：厚度附加量，mm，C = C1+ C2+ C3C1：腐蚀裕量，一般情况取为0.5mm。C2：制造减薄量，按附录C选取。直集箱筒体制造减薄量取为0。C3： 或者 m：钢管厚度负偏差的百分比值，%，可查GB3087低中压锅炉用无缝钢管标准。从我公司进料情况看，一般外径108mm，是冷拔管，查表3，外径108mm，是热轧管，查表2。表2按钢管外径和管子壁厚与外径比值，分4档给出了偏差值。表3按管子壁厚分2档给出了偏差值。 例题：集箱采用219×8的钢管，材质为20 GB3087确定其厚度附加量

22、C。C1=0.5 C2=0 按热轧管，查GB3087表2，S/D =0.040.05 m=15% C3 =×8 =1.2 C = C1+ C2+ C3= 0.5+ 0 + 1.2 = 1.73、计算厚度： 与锅筒计算公式不同之处在于锅筒筒体直径是按内径，而集箱筒体直径是按外径计算，相应分母由减号变成加号。3.1计算压力：P =P0 +Pa3.1.1工作压力按以下公式计算：P0 = Pr+Pf+Ph3.1.1.1锅炉额定压力Pr，MPa，锅炉铭牌上标注的额定工作压力。3.1.1.2工质流动阻力Pf，MPa，集箱与锅炉出口之间的压力降。其确定原则与锅筒相同。3.1.1.3液柱静压力Ph，

23、MPa，集箱底部液柱静压。小于等于3%（Pr+Pf+Pa）时，液柱静压力不计。上集箱与锅筒相同，位置较高，液柱静压力不计，下集箱位置较低，一般需计算液柱静压。3.1.2设计附加压力的确定设计附加压力Pa，确定方法与锅筒相同。3.2许用应力：为GB/T16507.2表5锅炉常用钢管的许用应力相应材料的选取值与表1修正系数的乘积。GB/T16507.2表5锅炉常用钢管的许用应力，按钢管牌号、厚度或热处理状态、温度列出许用应力值。表1按集箱工作条件和烟气温度，给出修正系数值。当查GB/T16507.2表5时，需首先确定集箱的计算壁温，可按表3集箱和防焦箱计算壁温td选取。表3与锅筒计算壁温表2有所不

24、同，表2是按锅筒工作条件查取，表3除了按集箱工作条件外，还要按集箱内部工质查取。对工质为水或汽水混合物的集箱，tm为集箱的平均工质温度。tm视具体情况而定，对蒸汽锅炉来说，除了省煤器集箱，其它集箱的tm都是饱和温度，省煤器集箱的tm应是给水或出水温度。对热水锅炉来说，集箱的tm根据具体情况确定。对工质为饱和蒸汽的集箱，为计算压力对应的饱和温度。对工质为过热蒸汽的集箱，tm为过热蒸汽平均温度，X为工质混合系数，一般取为0.5，t为温度偏差，取t10。不受热过热蒸汽集箱取Xt10。3.3最小减弱系数：取纵向焊缝减弱系数、孔桥减弱系数中的最小值。3.3.1纵向焊缝减弱系数：集箱一般采用钢管，无纵向焊

25、缝，取=13.3.2孔桥减弱系数：相邻两孔直径均小于、等于未补强孔最大允许直径，且两孔的节距（纵向、横向、斜向）小于相邻两孔的临界节距时，开孔按孔桥处理，计算孔桥减弱系数。计算方法与锅筒相同。3.3.3未补强孔最大允许直径d：集箱筒体上开孔大小有相应的规定，超过一定孔径的开孔需采取补强措施，未补强孔最大允许直径d，按图4或以下公式确定。，注意公式中用的是内径。e：有效厚度，mm，e=- Ck：集箱筒体结构特性系数，与锅筒筒体结构特性系数计算公式有所不同，当d200mm时，取d=200mm。3.3.4相邻两孔的临界节距：按以下公式计算：，注意公式中用的是内径。如果两孔节距大于、等于临界节距，可不

26、考虑孔桥的减弱，按孤立的单孔处理。4、筒体厚度计算公式适用范围：表10分2档给出厚度计算公式适用的t值，分别为t1.50和t2.00。对于内部工质为水、汽水混合物、饱和蒸汽的集箱，t1.50。对于内部工质为过热蒸汽的集箱，t2.00。计算公式与锅筒计算公式不同，5、不绝热筒体最大允许厚度2.5MPa的不绝热集箱筒体厚度不应大于表17规定值。表17按烟气温度分2档，对最大允许厚度做出了规定。2.5MPa的不绝热集箱筒体厚度不应大于表18规定值。同样，表18按烟气温度分2档，对最大允许厚度做出了规定。（标准该处有印刷错误）例题：校核我公司生产的SZS201.6/260Q蒸汽锅炉的过热器出口集箱强度

27、。计算参见总图和过热器出口集箱图。Pr=1.6Pf=0Ph=0P0 = Pr+Pf+Ph=1.6+0+0=1.6查附录B表B.1，Pa=0.06 P0=0.06×1.6=0.096P= P0+Pa=1.6+0.096=1.70按绝对压力1.80查干饱和蒸汽以及饱和线上的水的比容和焓表，饱和温度为207.10 由总图可知集箱不受热，tm=260查表3，取Xt=10td = tm + Xt =260+ 10 =270由集箱图可知，集箱材质为20GB3087 =8，查GB/T16507.2表5，温度270，许用应力107.4按不受热，查表1，=1=1×107.4=107.4C1=0.5查附录C，C.2.4条，直集箱筒体，C2=0查GB3087低中压锅炉用无缝钢管，按D=273 S=8 热轧管S/D =0.0290.05 m=15% C3 =×8 =1.2 C = C1+ C2+ C3= 0.5+ 0 + 1.2 = 1.7e=-C=8-1.7=6.3=0.330.4，开孔不需补强孔桥1：=202 =25.5纵向孔桥=S=300Sc 不需计算孔桥减弱系数孔桥2：=25.5