水管锅炉受压元件强度计算

1、水管锅炉受压元件强度计算GB/T 9222-2008内蒙古电力科学研究院 张少军2009年10月目录 1.前言 2.与强度计算有关的参数 3.锅筒筒体强度计算 4.集箱筒体强度计算 5.管道强度计算 6.开孔补强1.前言 标准适用范围： 额定压力0.10MPa 固定式 水管蒸汽锅炉 水管热水锅炉 满足以上条件的受压元件强度计算目前引用文件的最新版本： GB 713-2008锅炉和压力容器用钢板 GB 3087-2008低中压锅炉用无缝钢管 GB 5310-2008高压锅炉用无缝钢管 GB/T 3274-2007碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB/T 8163-2008输送流体用无缝

2、钢管 JB/T 6734-1993锅炉角焊缝强度计算方法 蒸汽锅炉安全技术监察规程劳部发1996276号 热水锅炉安全技术监察规程劳部发(1997)74号总则 按本标准计算的锅炉受压元件，应符合蒸汽锅炉安全技术监察规程、热水锅炉安全技术监察规程及有关锅炉制造技术条件及标准。 对于调峰负荷机组等参数波动较大的锅炉，还应进行疲劳强度校核(锅筒疲 劳强度校核按附录A计算)。材料： 材料应符合GB 713,GB 3087,GB/T 274,GB 5310,GB/T 8163和锅炉行业有关材料采购规范的规定。 使用本标准中表1，表2未列人的材料应符合蒸汽锅炉安全技术监察规程或热水锅炉安全技术监察规程的有

3、关规定 用于制造锅炉受压元件的板材应具有良好的塑性，其伸长率5应不小于18%2.2.与强度计算有关的参数与强度计算有关的参数许用应力：许用应力：计算公式：= j其中：许用应力 MPa j基本许用应力 Mpa 修正系数 基本许用应力：jj b/ n b 、j t s / n s 、j t D / n Dj取三者最小值其中： b 常温抗拉强度 Mpa t s 计算壁温下屈服强度 Mpa t D 计算壁温下持久强度 Mpa b和 t s取最低保证值或实验值下限。 t D取大量试验结果的平均值。安全系数n b =2.7 n s =1.5 n D =1.5 各国许用应力比较 nbntbnsntsntDn

4、tc(蠕变变形蠕变变形)备注备注GB92222.71.51.5(平均值平均值)锅炉锅炉GB1503.01.61.61.5(平均值平均值) 1.25(最小值最小值)压力容压力容器器ASME-441.51.51.5(平均值平均值)1.01.0(平均值平均值)美国美国ISO8312.71.61.6(平均值平均值) 1.25(最小值最小值)国际标准国际标准化组织化组织TRD3002.41.51.0(2105h平平均值均值) 德国德国日本基本参照美国日本基本参照美国关于基本许用应力的几点说明：1.常用锅炉钢材基本许用应力见表1、表2、表B12.表中未列的材料如符合符合规程规定，基本许用应力按公式计算，并

5、取最小值。3. 计算时 b、 t s和 t D应取相应钢号的最低保证值。4.只有在没有保证值时，才可用钢材抽样试验。并将试验结果乘以0.9作为计算取用值。5. 低碳钢、低碳锰钢及低碳锰钒钢使用温度在350以下，其他低合金热强钢使用温度在400以下，其基本许用应力一般只需按式j b/ n b 和式j t s / n s计算，不必考虑式j t D / n D。6.基本许用应力表中相邻计算壁温数值之间的j可用算术内插法确定，但需舍弃小数点后的数字。算数内插法：算术内插法基本公式： i是i1与i2之间的一个数，b1与b2是与i1、i2对应的已知数据，求b是多少？ 121121bbbbiiii11212

6、1bbbiiiib常用钢材的最高使用温度 序号 钢 号用于蒸汽管道用于受热面管道备 注120、20g425 450 215MoG、16Mo500530 312CrMoG、15CrMoG510 540 410CrMo910570 580 P22512Cr2MoWVTiB600 102钢6X20CrMoV121560 610(过)、650(再)F1271Cr18Ni9Ti610 18-8钢8T91、P91600 625 (过)、650 (再)10Cr9Mo1VNb修正系数： 根据受压元件工作特点选取：P6表3。 对于电站锅炉，一般取1。 额定压力16.7MPa的锅筒和封头，取0.95。计算壁温：t

7、bi 定义： tbi：计算壁温，用于确定钢材基本许用应力的受压元件金属壁温。 tJ：介质额定平均温度。 tb：对应于计算压力下的介质饱和温度。 t：温度偏差。 X：介质混合程度系数。 关于计算壁温的几点说明 1.计算壁温取受压元件内外壁温算术平均值中的最大值。 2.若受压元件的计算壁温低于250时，取250。 3.受压元件的计算壁温可查表，也可按公式计算。 4.温度偏差 t，在 任 何情况下不应小于10。 5.介质混合程度系数X ，对于集箱，一般可取0 .5 ， 当 介质从集箱端部进人时，允许取为0。 6. 对于不受热的过热蒸汽集箱，即使完全混合，也应取Xt=10 。3.锅筒筒体强度计算筒体理

8、论计算厚度计算公式：其中： p计算压力 Mpa Dn 筒体内径 mm 最小孔桥减弱系数 锅筒筒体理论计算厚度 mmminL p -2pDminnL公式适用范围：L L按锅筒筒体理论计 算 厚 度 算出的外径与内径的比值。 当L 1.3时，理论计算公式适用。nLLD21筒体成品最小需要厚度： min =L +C1筒体设计计算厚度： s =L +C筒体取用厚度： s筒体有效厚度： y = C (筒体有效厚度也可取筒体实际 最小厚度减去腐蚀减薄值C1)附加厚度：C 筒体附加厚度 C=C1+C2+C3 C1考虑腐蚀减薄的附加厚度C2考虑钢板工艺减薄的附加厚度C3考虑钢板厚度负偏差的附加厚度单位：mm取

9、值规定：规程P15计算压力：pP=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中： PR 工作压力 MPaPa设计附加压力 MPa Pe锅炉额定压力 MPaPz 介质流动阻力附加压力 MPaPsz计算元件所受液柱静压力 MPa计算中的取值规定： 1.设计附加压力Pa 按以下规定计算： Pe0.8MPa时，Pa0.03MPa 0.8MPa Pe 5.9MPa时， Pa0.04Pe Pe5.9MPa时，Pa0.05Pe 2. PZ取最大流量时计算元件至锅炉出口 之间的压力降。 3. Psz ：当锅筒筒体所受液柱静压力不大于（ Pe+ Pa+ Pz ）的3时，Psz0减弱系数： 纵向焊缝减弱系数 纵

10、向孔桥减弱系数 两倍横向孔桥减弱系数 斜向孔桥当量减弱系数 最小减弱系数 取以上4个减弱系数中的最小值。 各减弱系数取值见规程P11。 minh2d校核计算： 校核计算时，锅筒筒体最高允许计算压力： 其中：p校核计算最高允许计算压力 J 校核部位的减弱系数 y 锅筒筒体有效厚度取值规定见规程P10。 ynyJDp24.集箱筒体强度计算集箱筒体理论计算厚度计算公式：其中：p计算压力 MpaDw集箱筒体外径 mm 最小减弱系数 集箱筒体理论计算厚度 mm p 2pDminwLminL公式适用范围：L L按集箱筒体理论计 算 厚 度 算出的外径与内径的比值。 L Dw/(Dw-2L) 当L满足下列条

11、件时，理论计算公式适用： 对于汽水混合物或饱和蒸汽集箱： L 1.50 对于过热蒸汽集箱筒体： L 2.00直集箱筒体成品最小需要厚度： min =L +C1集箱筒体设计计算厚度： s =L +C集箱筒体取用厚度应满足： s计算压力：p集箱的压力计算与锅筒的计算方法相同。P=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中： PR 工作压力 MPaPa设计附加压力 MPa Pe锅炉额定压力 MPaPz 介质流动阻力附加压力 MPaPsz计算元件所受液柱静压力 Mpa 再热蒸汽集箱筒体计算压力p取锅炉在额定压力时再热蒸汽集箱中介质工作压力的1.15倍。减弱系数： 集箱筒体的减弱系数 与锅筒的减弱系

12、数计算方法相同。 minmin附加厚度：CC 集箱筒体附加厚度 C=C1+C2+C3 C1考虑腐蚀减薄的附加厚度C2考虑钢板工艺减薄的附加厚度C3考虑钢板厚度负偏差的附加厚度单位：mm取值规定：规程P19校核计算： 校核计算时，集箱筒体最高允许计算压力： 其中：p校核计算最高允许计算压力 J 校核部位的减弱系数 y 集箱筒体有效厚度取值规定见规程P18。 ywyJDp-25.管道强度计算集箱筒体理论计算厚度计算公式：其中： p计算压力 Mpa Dw管道外径 mm 焊缝减弱系数L 直管道理论计算厚度 mm p 2pDhwLh公式适用范围：L L按管子或管道理论计 算 厚 度 算出的外径与内径的比

13、值。 当L满足L 2.00条件时，理论计算公式适用。 L Dw/(Dw-2L)直管道：直管成品最小需要厚度： min =L +C1直管设计计算厚度： s =L +C直管取用厚度应满足： s弯管： 由钢管弯成的弯管： 弯管外弧侧理论计算厚度： wL =KL K弯管形状系数 R弯管中心线的半径 mmww244DRDRK由钢管弯成的弯管：弯管成品外弧侧最小需要厚度： wmin =wL +C1弯管设计计算厚度： ws =wL +C直管取用厚度应满足： ws焊接弯管和铸造弯管： 由钢板压制的焊接弯管（R/Dw 3.5）和铸造弯管的厚度按直管计算。 但是： 焊接弯管的附加厚度C=C1+C2+C3 铸造弯管

14、的附加厚度C=A1L+2 A1系数2)/(41w1DRA 计算压力：p管子的压力计算与锅筒的计算方法相同。P=PR+ PaPR =Pe+ Pz+ Psz其中：PR 工作压力 MPaPa设计附加压力 MPaPe锅炉额定压力 MPaPz 介质流动阻力附加压力 MPaPsz计算元件所受液柱静压力 Mpa 再热蒸汽管子计算压力p取锅炉在额定压力时再热蒸汽管子中介质工作压力的1.15倍。焊缝减弱系数： 对于无缝钢管 对于由钢板压制的焊接弯管，焊缝减弱系数与锅筒取值相同。P11，表7。h1h附加厚度：C 1.直管附加厚度C=C1+C3 2.钢管完成弯管和钢板压制的焊接弯管附加厚度C=C1+C2+C3 3.

15、铸造弯管附加厚度C=A1L+2C1考虑腐蚀减薄的附加厚度C2考虑钢板工艺减薄的附加厚度C3考虑钢板厚度负偏差的附加厚度单位：mm取值规定：规程P22校核计算： 校核计算时，直管最高允许计算压力： 其中：p直管校核计算最高允许计算压力 h 焊缝减弱系数 y 直管有效厚度 Dw 管子外径取值规定见规程P23。 ywyhDp-2弯管校核计算： 校核计算时，弯管最高允许计算压力： 其中：pw弯管校核计算最高允许计算压力 h 焊缝减弱系数 wy 弯管外弧侧的有效厚度 K 弯管形状系数取值规定见规程P23。 ywwywhwKDp-26.开孔补强 1.开孔补强条件： d/Dn 0.8，且d130103mm2

16、时， 按Dny 130103mm2查取；.当d 200mm时， 取d200mm。 即：未加强孔的最大允许直径按图表 查取，但最大200mm。6.孔的补强结构：当锅炉额定压力pe 2.5MPa时，允许使用以下方式补强：6.孔的补强结构：当锅炉额定压力pe 2.5MPa时，采以下方式补强：7.孔的补强计算：1.当K 0.4时，且开孔直径大于未加强孔的最大允许直径时必须进行开孔补强。2.当K 0.4时，不必进行补强。3.有效补强高度：1/dn 0.19时,取h=2.51和h= 2.5 二者较小值。1/dn 0.19时，,取4.有效加强宽度：b=2dn。5.对于椭圆孔：dn为纵截面上的尺寸。 其中：d

17、n管子内径 1管接头厚度 锅筒、集箱取用厚度11)(ndh7.孔的补强面积范围：8.开孔加强应满足的条件：A1 A2 A3 A4 A且补强所需面积的2/3应分布在离孔边1/4 孔径的范围内。A纵截面上补强所需的面积；A1 纵截面内起补强作用的焊缝面积；A2 纵截面内起补强作用的管接头面积；A3 纵截面内起补强作用的垫板面积；A4 纵截面内起补强作用的筒体面积。当补强元件钢材的许用应力大于被补强元件材料的许用应力时，则按被补强元件材料的许用应力计算。即选用许用应力小的偏于安全。9.孔桥加强计算：A1 A2（A/S0-dd）y对于纵向孔桥：dd (1 )s；对于横向孔桥：dd (1 /2 )s；对于斜向孔桥：dd (1