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1、水管锅炉受压元件强度计算 GB/T 9222-2008,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,强度标准由简易计算公式和结构上的规定两部分组成。 本规程给出了最简易的计算公式。 载荷只计算介质压力，并用安全系数计入未考虑周全的其它各种影响强度的不利因素。 必须辅以一些结构上的限定，不至于使不利因素超出简易计算方法所控制的限度。因此，结构限定与计算公式同样重要。,理论计算壁厚基本公式：,1锅筒： mm； MPa； 2集箱： mm； MPa； 3管子及管道： mm； MPa；,理论基础与实践经验对强度标准都非常
2、重要。 强度标准不仅是建立在理论分析基础之上，而且包含在基础理论指导下的科学实验成果和经验累积的总结。 尽管强度标准中某些规定和个别计算方法至今尚无严格理论基础，但它们已沿用了几十年，实践证明它们是安全可靠的，可以信赖的。,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,蒸汽锅炉：,蒸汽锅炉是生产规定参数和品质的蒸汽的锅炉。 电站蒸汽锅炉是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽，去驱动汽轮机旋转做功。
3、,热水锅炉,采暖和供热水的锅炉，有时也可作为热电站的高峰供热锅炉，以调节热网负荷。 热水锅炉内的水温低于饱和温度，与蒸汽锅炉相比，热水锅炉的烟气与水的温差较大,水垢少,传热情况较好。 出水温度在 130以上的称为高温热水锅炉，低于 130的称为低温热水锅炉。,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输送流体用无缝钢管 JB/T 6734-1993锅炉角焊缝强度计算方法 TSG G
4、0001-2012锅炉安全技术监察规程,规范性引用文件（标准）,文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。 凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 鼓励根据本标准达成协议的各方使用这些文件的最新版本。,总则,按本标准计算的锅炉受压元件，应符合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)。,举例:锅规关于结构的有关规定,第3.4条 1各受压部件应有足够的强度; 2受压元、部件结构的形式、开孔
5、和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中; 3.保证各循环回路的水循环正常，所有受热面都应得到可靠的冷却； 4凡属非受热面的元件，如由于冷却不够，壁温可能超过该元件所用材料的许用温度时，应予绝热。 5. 各部分在运行时应能按设计预定方向自由膨胀。,锅规关于结构的有关规定,第3.5条 对于水管锅炉，在任何情况下锅筒筒体的取用壁厚不得小于6mm;当受热面管与锅筒采用胀接连接时，锅筒筒体的取用壁厚不得小于12mm。 第3.7条 锅炉主要受压元件的主焊缝（锅筒、集箱的纵向和环向焊缝、封头、管板拼接焊缝等）应采用全焊透的对接焊接。,钢管焊缝根部未焊透处裂纹,材料：,材料应符合GB 713，GB 3
6、087，GB5310, GB/T 3274,，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未列入的材料应符合锅炉安全技术监察规程的有关规定。 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(A)应不小于18%,锅规关于材料的有关规定,第2.2条 制造锅炉受压元件的钢材必须是镇静钢。 对于板材其20时的伸长率(A)应不小于18。 钢材室温时的夏比冲击吸收能量(KV2)不低于27J。 第1.6条 采用新结构、新工艺、新材料、新技术时，若与本规程不符，应将新钢号材料的技术资料提交国家质检总局特种设备安全技术委员会评审，报国家质检总局核准后，才能进行试制、试用。,
7、锅规关于材料的有关规定,第2.6条 锅炉受压元件采用国外钢材 : 应当是境外锅炉用材料标准中的牌号，或者化学成分、力学性能、工艺性能与国内锅炉用材料相类似的材料牌号，或者成熟的锅炉用材料牌号。 首次使用前，应当进行焊接工艺评定和成型工艺试验。 应当采用该材料的技术标准或者技术条件所规定的性能指标进行强度计算。,2.与强度计算有关的参数,理论计算壁厚基本公式：,2.与强度计算有关的参数,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：j,j b/ n b j t s / n s j t D / n D j取三者最小值 其中：b 常温抗拉强度
8、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。,金属材料的力学性能,常温强度： s、 b （Rel 、 Rm ） 高温强度：ts、tD （Rtel 、 RtD ） 塑性： 、（A、Z） 韧性： ： Ak 、 k (KU2、KV2),拉伸试验机,标准拉伸试样（短）,屈服强度的确定:,安全系数,n b =2.7 n s =1.5 n D =1.5 各国许用应力比较,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B1 2.表中未列的材料如符合规程规定，基本许用应力按公式计
9、算，并取最小值。 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。,关于基本许用应力的几点说明：,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/ nb 和式j t s / ns计算， 不必考虑式j t D / nD。,算数内插法：,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？,
10、关于基本许用应力的几点说明：,7. 铸钢件的基本许用应力取表中数值的0.7倍。 8.锻钢件：型钢锻造取表中数值。 钢锭锻造取表中数值0.9倍。,常用钢材的最高使用温度,修正系数：,根据受压元件工作特点选取：P7表3。 一般情况不受热取1，受热取0.90.95 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：tbi,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。,计算壁温：tbi,确定基本许用应力J时，需要已知受压元件的计算壁温t
11、bi 。 确定计算壁温时，锅炉出口过热蒸汽温度在允许范围内的波动不予考虑。 受压元件的计算壁温可查表，也可按公式计算。,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 。,例1：用算数内插法计算基本许用应力 已知：12Cr1MoV钢过热器管 求：计算壁温为553
12、时的基本许用应力J=？,例2：确定汽包的许用应力 已知：汽包材质BHW35(13MnNiMoNb5) 常温性能指标：b =570740MPa 、=18% 、AK=31J s 高温性能：ts、tD Pe16.7MPa 求：当tbi=350、=120mm时，=？,3.锅筒筒体强度计算,筒体理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 mm,无减弱强度计算公式：,以内径表示 以外径表示,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。 即强度计算公式不适用于厚壁容器。,筒
13、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 取值规定：规程P15第6.5条,计算压力：p,P=Pg+ Pa Pg =Pe+ Pz+ Psz 其中： Pg 工作压力 MPa Pa设计附加压力 MPa（锅炉出口安全阀最低始启压力与额定压力差值） Pe锅炉额定压力 MPa Pz 介质流动阻力附加压力 M
14、Pa（流动阻力） Psz计算元件所受液柱静压力 MPa（水柱压力）,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,计算中的取值规定：,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第6.
15、4条。,孔桥减弱：,等径孔桥 （1）纵向开孔孔桥 （2）横向开孔孔桥 （3）斜向开孔孔桥,几点说明：,S 轴向相邻两孔之间的节距。 环向相邻两孔之间的节距，取筒体平均 直径圆周上的弧长。 斜向相邻两孔之间的节距。 当n2.4时，可取K1，则 当 1时，取 1。 也可按线算图（图4）直接查取。,几点说明：,不等径孔桥 的计算：若相邻两孔直径不同，计算孔桥减弱系数时，孔的直径d应以相邻两孔直径的平均值dp代入。,几点说明：,椭圆孔计算孔桥减弱系数时，孔径d按该孔沿相应节距方向的尺寸确定。,焊缝减弱：,一般与焊接方式、坡口形势、检测手段、残余应力消除手段和程度、工艺掌握及钢材类别等因素有关，按P11表7取用。 孔桥开在焊缝上，该处减弱系数取孔桥减弱系数和焊缝减弱系数之积。,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。第6.2.3条,水压试验：,锅筒筒体的水压试验压力psw按有关锅炉制造技术条件取用，但应满足以下要求： 水压试验压力 Psw Psw Psw水
