[VIP专享]怎样做一名合格的锅炉设计员

怎样做一名合格的锅炉设计员
要做一名合格的锅炉设计员，必须懂得如何做好以下三方面的工作，尤其是搞本体设计的设计员。

1、锅炉设计的特点
1.1涉及多学科
锅炉属动力机械，其设计与通用机械、运输机械、农业机械、金属切削机械等的设计不相同，这是因为它涉及物理、化学、力学、断裂力学（应力分析）、金属学、工艺学、传热学、流体力学等等多门学科，设计中必须懂得并应用这些学科的一些基本知识，并用以解决设计中的一些客观存在的实际问题。

1.2必要的安全可靠性
锅炉的安全可靠性体现在锅炉在运行中不出事，尤其是大事故，能长期安全稳定地运行。

特别是受压件，它们里面流动的是高温高压的介质。

一旦出事就可能造成人身伤害。

因此，设计结构必须可靠，设计用材必须可靠，不容有半点疏忽，如此强调锅炉的安全可靠性，绝不是说上述各种机械不要安全可靠性或没有完全可靠性，而是说上述机械的安全可靠性更多的或主要的表现在用户的正确使用上，锅炉结构本身必须足够安全可靠，说必要的安全可靠性是针对有的人盲目的片面的去追求它，不顾一切地去用好材料、去用管壁厚的管材，因为这样有时会不必要的增加制造成本。

1.3适当的经济合理性
任何商业行为都要讲经济性或说以赚钱为目的，都力图以尽可能小的代价去追求尽可能大的经济效益。

锅炉制造业要获得很大的经济利益是不大现实的，一是市场有限，二是受这安全可靠性限制，三是受标准规范限
制，因此绝不能牺牲安全可靠性为代价去追求所谓的经济性，只能是在保证安全可靠性前提下，减小钢材耗量、在降低制造成本上多动脑筋，如设计的产品结构尽可能简单，易于制造，材质能低档的应低档，壁厚能薄的应薄，只要工作细了，这些是完全能做到的。

1.4设计的规范化
建厂40年来，锅炉设计积累了丰富的经验，设计已经规范化，主要有以下三方面
1.4.1设计标准
在整个设计过程中，都要按标准办事，没有人可以例外，只不过有些人在设计中应用了BG，JB.DL.SD.DG中的某些标准自己还不知道而已, 300MW四角炉的设计还要用到一些CE标准。

要想搞好锅炉设计必须了解熟悉并正确应用这些标准是很多人的弱项，应努力提高。

1.4.2设计依据
任何一个组（部）件的设计都必须有根有据，不得随意发挥，在这个问题上是没有什么自由的。

设计依据体现在以下技术文件：如任务书、合同、技术协议、会谈纪要、通知、内部工作联第单（或信息传递单）至今为止，内部工作联系单（或信息传递单）制度执行不是很好，有的人在结构上做了改动，涉及到其他人或其他专业也不通知，引起配合问题时有发生。

1.4.3用户要求
用户要求是搞好锅炉设计的重要方面，是锅炉设计的重要依据之一，用户要求往往都是很具体的，只要是答应了的，就应在结构设计中体现出来。

2、锅炉设计的要点
作为一名合格的锅炉设计员，就必须具有必备的业务素质，这些素质包括：能根据燃料特性选型和方案设计（或技术设计）根据参数选材用材并能解决制造过程中的材料代用，懂得材料间的匹配关系，能熟练处理设计、制造、安装过程中的实际问题，要懂得影响锅炉参数的一些因素和对策，要做一名合格的锅炉设计员也不难，就是要抓住锅炉设计的要点，这些要点其实就是96年版《安规》第34条中的基本要求。

2.1强度要足够
强度要足够是一个既重要又容易被忽视的问题。

强度足够是指常温下的抗拉强度σb，工作温度下的屈服强度σ和持久强度σs t要足够，强度足够不是凭观察更不是凭想象，应由计算结果说话，技术设计时要强度核算，施工设计时也要进行强度核算；不少人处于一种“说起来重要，做起来次要，忙起来不要”的状态，强度足够是保证锅炉安全可靠性的大事，千万不能怕麻烦。

只有进行了正确的计算，强度是否足够自有明确的结论。

2.2冷却要可靠
这里所说的冷却要可靠包括以下两方面的内容：一是布置在炉膛和对流烟道内的受热面处于高温烟气中，管内的介质必须要有足够的质量流速，对管壁进行可靠的冷却，否则，受热面管壁温度就可能超过管材的最高允许使用温度，从而引发爆管，故可靠冷却也是保证锅炉安全可靠性的一个重要措施，但应清楚，质量流速不能太高，太高要使阻力急剧增加。

二是结构件的冷却，结构件受不到介质的冷却，处于干烧状态，结构件的冷却是靠它所用的材料来保证的，即新选材料的最高允许使用温度应高于或等
于当地的烟温。

2.3用材要正确
如何选材和材料代用是很多同志的又一个弱项，股分公司设计处也是
如此。

正确用材对锅炉的安全可靠长期运行是十分重要的。

《安规》用了23条的篇幅来讲材料，可见材料的重要性。

要知道并掌握材料方方面面的知
识的确比较难，但根据我的经验应逐步积累，做到七个“要知道”也并不难。

2.3.1要知道我国及我们使用较多的常用外材的几个国家的钢材牌号的编号方法。

2.3.1.1中国(GB)
（1）碳钢：平均含碳量的万分数
（2）合金钢：平均含碳量的万分数十各合金元素及其平均含量的百分数，
合金元素按从多到少排序，很直观。

2.3.1.2美国
美国的钢材标准很多，各行业都有自己的标准，如AlSI-美国钢铁学会，ASTM-美国材料试验学会，ASME-美国机械工程师学会，SAE-美国汽车工程
学会，ACL-美国混凝土学会等等，这里只简单介绍一下ASME材料的编号方法：
ASME材料牌号编号方法为：技术条件+等级（或级别或类型）对于不熟
悉ASME材料的编号方法的人来说要认识它的确很难，因为从牌号本身，没
有反映出什么信息，但接触多了通过研究分析、对比，还是可以找到一些
带规律性的东西如：牌号中不带T.P（或TP的）是碳，带T.P的为管材，
带TP的是不锈钢。

2.3.1.3德国(DIN即Deutsche Industrie Normen)
1．碳钢：ST+×××，×××为该钢材的最低抗拉强度kgf/mim2为保证值。

2. 低合金钢：平均含碳量的万分数+合金元素含量多到少的排序+阿拉伯数，
最后的阿拉伯数字表示合金元素平均含量×系数a，如10GM0910。

3. 高合金钢：表示方法与低合金钢基本相同，但有两点区别，一为在最前
面加×，二为合金元素平均含量不乘系数a，如×10GNiTi1892。

表一合金元素含量表示方法
合金元素系数a
Cr.Co.Mn.Ni.Si.W4
Al.Cu.Mo.Np.Ta.Ti,V10
C N.P.S100
2.3.1.4日本(JIS)
1．碳钢 SB+××× SB表示Steel Boiler的缩写，××与德国相同。

SS+×× 为轧制结构钢，有时末尾加P：F.A.B以表示种类。

STB×× STB表示Steel Tube Boiler的缩写，××同上，
为用于锅炉、热交器的碳钢管。

2.合金钢STBA+×× STBA表示Steel Tube Boiler，用于锅炉、热交
器的合金钢管，但××并不表示最低抗拉强度，
而是表示种类，如11，12为钼钢钢管，21～26表
示铬钼钢管。

3.不锈钢：SUS+×× SUS表示Steel use stainlees用于锅炉、热交器
的不锈钢钢管××表示种在其后往往带有HTB英
文字母或H。

2.3.2要知道钢材的优劣
这个问题相对来说容易掌握，知道了谁优谁劣，有利于设计时的正确选材，有助于材料代用的正确决择。

2.3.3要知道正确选用材料的原则
受压件选材的原则是根据壁温计算选材质，根据强度计算选壁厚，结构件选材原则是：结构件一般都不承压、不承载，没有强度要求的特点，若结构件在通常情况下炉内，要受热，又得不到介质冷却；则可根据此结构件工作点可能出现的最高烟温（查热和计算汇总）选用最高使用温度与该处烟温相近的材料即可，有的用户对结构件的使用寿命还有要求，也不可强求。

同时，还应清楚，不管是受压件用材还是结构件用材材料等级要当低则低，不能为了所谓的“安全”一味选用好材料，而不顾其他原则。

2.3.4要知道材料的匹配关系
高参数，大容量锅炉的高温管屏，每根管子几乎无一例外地是由两种或两种以上的材料组成的。

它们间如何匹配是应重点关注的问题之一。

股份公司经多年摸索和实践，受热面用材早已系列化。

即20G-（15M03G）-15CrM0G x-12G1M0VG-12Cr2M0WVTiB-SA-213TP304H(或SA-213TP347H所谓匹配关系是指上述系列中，相邻两种材料的对接，已做过焊接工艺评定，已有成熟的焊接工艺和焊接规范，对接焊缝的各种性能能得到保障，已在多台锅炉上得到成功应用，设计时不要随便跳档。

集箱筒体材产与集箱上管座的材料也有匹配关系，详情请看股份公司工艺处焊接室出版发行的“锅炉受压部件异种钢接头的设计原则”。

同时还要知道管子（道）规格也有匹配关系，主要体现在D0上。

2.3.5要知道国内外钢材的对应关系
国内外钢材的对应关系，也是很多同志的弱项，要弄清这种对应关系，只有靠多看资料，逐步积累，不断去丰富，充实自己的知识宝库。

别无他法。

但要知道两点：①对应关系多指它们的最高使用温度相近，而在其一温度下的许用应力并不会等；②对应关系不是对等或等同关系，是否能互代还要进行必要的计算。

2.3.6要知道受压件用材的要求也格外严格，这些要求在一些标准、规范和资料中都零星提到，但还未见专门论述。

这里将我搜集到的有关资料介绍给各位，有以下5条：
2.3.6.1受压件要用镇静钢
1996年版《安规》第22条规定：制造锅炉元件的金属材料必须是镇静钢。

因为镇静钢在精炼过程中脱氧完全，在凝固中无CO气体产生，是在静态中凝固的，故气孔、夹杂物极少，没有明显的化学成分偏析，质地均匀，质量好。

2.3.6.2强度要足够
受压件都要承压，强度必须足够，否则锅炉的安全可靠性将受到严重威胁，2.1节已有叙述。

2.3.6.3一级抗氧化
一级抗氧化（或完全抗氧化性）是指受热面管子，因受热面管外壁接触的是高温烟气，要受到一定程度的氧化腐蚀，其管壁在工作温度下要不断减薄，根据腐蚀率（或腐蚀速度）R（㎜/y）的大小，将金属材料的抗氧化性分成5级，详见表二。

表二抗氧化分级
级别R（㎜/y）抗氧化分类
1≤0.1完全抗氧化性
常用受热面管材在最高使用温度下R 的测试或计算值在很多资料上都能看到。

对于超临界及超超临界锅炉，过热器高温受热面在高温高压下蒸汽对管子内壁的氧化减薄用10万小时的减薄量h105表示，很多资料也给出了这一数据，集团公司做超临界还为时太早，这里不列出。

受热面管材在R≤0.1的温度t k 称为抗氧化温度，根据我的理解，受热
面管材的一级抗氧化是通过控制管了中壁温度（即强度计算壁温）t bi 来实现的，计算受热面管壁温度t bi 的目的和意义就在于此，即通过t bi 选用的管材，工作时的外壁温度t w 应满足t w =t bi +△t 这样就能保证t w ≤t k ，△t 取决于管子规格、材质、工作点的烟温，管内介质的质量流速等因素。

因此，我们在根据t bi 选材时应留有一定余量，不要用得太满。

2.3.6.4延长率δ5
受压件往往都要通过弯制、捲制冲压等加工工艺成形，这就要求受压件用材除必须是镇静钢外，还要留有变形能力强而不被破坏的能力，即钢材在常温下，要有足够的塑性、韧性、延长率δ5，断面收缩率ψ和“V”形缺口冲击吸收功能是反映钢材塑性和韧性的性能指标。

各国对钢才的δ5都有要求和或规定，详见表3表3 一些国家对δ5的要求
2.3.6.5断面收缩率ψ我国的标准或规范对ψ值没有一个总的具体的规定，但每一种钢材所提供的各种性能值中都有ψ值，股份公司的钢材采购标准DB18××中对2＞0.1～1.0抗氧化性3＞1.0～3.0次抗氧化性4＞3.0～10弱抗氧化性5＞10不抗氧化性国家标准或规范δ5（%）中国《安规》或规范≥18德国TRD300-75≥14英国BS1113-85≥16法国NFE32-103-78≥16前苏联COCT108.03.031.02-75≥20
ψ也都是有要求的。

据本人统计，股份公司常用钢材在常温下的ψ因材料而异，最小值为45%，可以认为，锅炉常用钢材的ψ值为ψ≥45%
2.3.6.6夏比冲击吸收〆kv
1996年版《安规》规定〆kv≥27J
2.4膨胀要自由
锅炉受压件用材都是金属材料，都要遵循热胀冷缩的有关原则，尽管大家都知道，但在处理具体结构时并不十分明白，甚至忘记了这个问题的存在，应掌握以下六点基本知识或要点处理问题才会得心应手。

①牢记钢材热胀冷缩是不可能回避的客观存在的事实，必须妥善处理，膨胀问题处理不好，会造成设备损坏，甚至会影响到锅炉的安全可靠性；
②要懂得膨胀三要素：膨胀中心（或膨胀零点）、膨胀方向及膨胀量；
③膨胀中心是人为确定的膨胀中心，在工程上，自然膨胀中心是不实用的；
④膨胀方向是三维的，应按设计预定的方向自由膨胀；
⑤要会膨胀量的计算：△l=a△tl；
⑥要熟悉解决膨胀问题的措施和手段。

2.5承载能力要足够
当炉膛里的可燃悬浮物或可燃气体的浓度达到某一特定值（爆炸极限）时，就可能产生爆燃，使可燃气体混合物的体积瞬间急剧膨胀而产生巨大的冲击力对设备造成破坏，承载能力要足够是指水冷壁炉膛结构要有足够的承载能力，一旦炉膛发生爆炸（燃）能大大减轻对炉膛的破坏程度，但炉膛结构本身是做不到这一点的，它要通过钢结构（如刚性梁）才能实现，刚性梁断面越大，承载能力越强，但耗钢量要增大，成本上升。

在我国，
一般都按DL435-91规定，按瞬间最大抽力±4KPa设计。

有时，用户要求我们用高于±4.0KPa的压力设计，这无疑要增加钢耗，要慎重对待。

据本人查图汇总，股份公司电站锅炉炉膛刚性梁（折焰角以下）见表4
表4 股份公司电站锅炉炉膛刚性梁系列
蒸发量
（t/H）
3575(65)120(30)220(230,300)410670(680)1025
刚性梁断面I25a I32a I36a I45a I45a H450×200
9／14H600×200 11／17
2.6 炉膛、燃烧结构和布置要与燃煤特性相匹配
此条要求是1996年版《安规》新增加的内容，这是因为1993年3月10日，宁波北仑港600MW炉炉膛发生爆炸造成23人死亡、设备遭受严重破坏、带来巨大损失。

尽管对事故原因有两种不同的观点，但有一点是统一的，就是炉膛和燃烧结构及布置与燃用的煤质特性不匹配。

3．锅炉设计的难点
这里所说的锅炉设计的难点，并不是说锅炉设计的难度很大（当然有难有易），而是说常出现一些常见病多发病而难以杜绝，主要有以下8个方面：
3.1 配合
锅炉是一个系统工程，设计、制造、运输、安装、运行、维修等诸多环节之间往往存在相互配合的问题，配合清楚了，配合的问题解决了，才能正式出图。

不少新同志十分缺乏配合意识，他们接受任务后，马上借出相关的其他工程的图就要开工，不管可不可以借用，也不管有没有什么改动，一律照抄，这种方法不可取，这样做就很可能会出错，要结构尺寸真的完全相同，那就不用重新出图而可以全套借用了。

总之，搞清弄懂是前提，抄要抄得有理，改要改得明白，只有这样，才能避免出错，尤其是大
错。

才能提高图纸质量。

配合是多方面的，有公司与设计院、配套厂家的配合，有设计与工艺的配合，有各专业之间的配合，甚至设计员所设计的组（部）件之间的配合，这些配合都很重要，没有主次之分。

都必须认真对待，妥善解决。

配合失误带来的麻烦事已经够多了，该警醒了，时时想到配合，主动搞好配合，绝对必要。

工程负责人的职责是什么？除解决设计过程中某些具体结构配合外，还要协调对外的配合。

3.2正反（左右）
3.2.1正反的由来
为了减少图纸工作量，常将完全对称的两个零件或组（部）件在一张图纸上用正反表示出来，正向用粗实线，反向用双点划线；集箱筒体、集箱上的长管接头、连接管常会有正反，有时结构件也会出现正反；
3.2.2正反的表示
正反是人为确定的，但在施工图上往往以按序号的某一元件或组（部）件的工作位置为正，反向也就随之而定，在图纸的技术要求中还要写明按图制造（组装）正反；
3.2.3正反的数量
大多数情况下，正反数量是相等的，但也有不等的时候，不管相等与否都应在图纸明细表的备注栏交待清楚，如正反各半，正1反2等等；
3.2.4螺纹的正旋反旋（或左旋右旋）在吊挂装置中，当采用花篮吊时吊杆
螺纹有正旋反旋之别，旋向不对，就要报废。

3.3粗细
3.3.1吊杆（或螺栓）和与之相匹的螺母的螺纹，有粗牙、细牙之分，选配
时，必须粗配粗，细配细；
3.3.2粗细牙间并无本质上的差别，不规格、材质相同时，承载能力只有些
差异（细牙略大），重要吊杆应选细牙；
3.3.3粗牙细牙很容易从表达方式上加以区别，细牙表达为规格×2（或
3，4，5，6）粗牙不乘，其中2，3，4，5，6……为螺距。

3.4碰撞
3.4.1碰撞是最容易犯的错误之一，同时也是经常犯的错误之一；
3.4.2碰撞有两种情况，一是冷时就碰撞，二是运行时才碰撞，这种碰撞危
害最大；
3.4.3碰撞会使安装无法进行，严重时还会使设备损坏；
3.4.4避免碰撞的方法有三：一是思想上要重视，要念念不忘；二是画图时
要用双点划线按同一比例示出左邻右舍的零（部）件；三是要进行
必要计算（在计算管道等膨胀量时，应考虑保温层的厚度）是避免
碰撞最重要的方法。

3.5总结
3.5.1总结的内容：
任务完成后写总结（或小结）是很多同志不愿去做，甚至想都不愿去想的事，总觉得没什么可写的。

其实，可写的题材不是很多的。

如：回顾您的任务是如何完成好，碰到过什么问题，这些问题是怎么解决的，其他工程的这类组（部）件情况怎么样，您所作的组（部）件的用材情况，为什么用这种（些）材料，这种（些）材产的性能（如物理性能、力学性能、焊接性能、热处理性、搞氧化性能等等），根据什么选材，组（部）件的特点是什么？该组（部）件的工作环境（工质参数、烟气温度等）
3.5.2总结的好处
写总结可能有些麻烦甚至感到枯燥无味，但写总结确实是好处多多，
且有付出总会有收获，通过总结，能不断提高自己的业务水平和工作能力，解决设计中、生产中及安装过程中的问题就是提高的过程也是积累经验的
过程。

通过总结可以锻炼自己的写作能力和思考问题的能力，并为将来技
术职称的晋升打下基础，因为总结写多了，写论文就会易如反掌，而论文
是晋职考核的必备项目。

通过总结，会加深您对所作组（部）件的认识，
如果本体范围的组（部）件您都做过了并总结了，那么您好对锅炉整体的
认识就会更加深，并会有一种成就感。

3.6方法
干任何事情都要通过一定的方式解决、方法才能完成锅炉设计也不例处，方法对路、正确，就可能节省时间，提高质量少出错误或避免错误，
下面介绍一下我作受热面设计的一些体会或方法：
①弄清所做组（部）件与相邻组（部）件的关系、热力参数，解决配合问
题，并根据这些关系，参数进行必要的计算，解决膨胀是否受阻或是否相碰，强度是否足够的问题；
②确定具体结构后画总图，再根据各管屏或蛇形管排间的差异再画分组件
图；
③确认总图，分组件图正确无误后再画单根管子的弯管制造图；在此阶段，
弯管半径R的选用犹为重要，R小虽然可使结构紧凑，但太小又会影响弯管质量，如弯头外侧严重减薄，内侧起包，中低压炉的弯管尤应注意，可参照（1）式选用
R≥9.25dw 0.2-s/dw
式中dw—管子名义外径，mm；
S—管子取用壁厚，mm
（1）式虽为经验公式，也很粗略，但仍有参考价值。

（1）式来自参考资料。

④一个组（部）件一般来说管子规格是相同的（有的壁厚可能有差异）只宜选用一种R ,尤其是单根弯管，更不能选两种或以上。

这就为我们计算弯管弧长提供了方便。

我的作法是：利用计算器的功能，求出每度弧长
f=πR∕180°后紧接着连按两次×键（这时，显示屏上会出现K）输入弯管角度按＝键，再输入弯管角按＝键，如此反复，该组（部）件所有弯管角的弧长很快就会一一求解了。

⑤逐一求出每根弯管的展开长li后，按上条所述方法单重a(kg∕m)×li,集中求出每根弯管的重量，单重a按（2）式计算。

a=0.024661502s(dw-s)kg∕m……(2)式中，dw—管子公称外径，mm;
s —管子公称壁厚，mm.
⑥（2）式的物理意义
也许有人会问为什么用（2）式来算管子的单重（kg∕m）？准确吗？我的回答是，只要是铁基合金，绝对正确。

因为通常认为：铁基合金的密度P1＝7850kg∕m3 ，πP1就只能是0.024661502（需换算），显然，如果为铜、铝等合金管，则系数0.024661502变为0.024661502×P2∕P1(P2为铜、铝的密度)，（2）式的实质很清楚，就是将dwx3的管材变成按中径（dw-s）展开长宽、厚度为s,长度为lm的板材进行计算，仍是重量＝体积×密度的概念，岂有不对之理；
⑦请审计：0.024661502s(dw-s),此式非常有用，还可用它计算吊杆（圆钢）的单重（kg∕m）,此时只需将该算式变为0.024661502r2(r为圆
钢半径)即可，将来作300MW炉时，将其变形后还可以用来计算内螺纹管的单重；
⑧正确对待参考图，顾名思义，参考图仅起参考作用，不能依赖，不能合盘照抄，我的任务我主张，关键是要熟悉基本的典型结构，要敢于吃螃蟹。

3.7法制
从合同签字生效开始，设计过程中可能会有很多谈判，其中一些谈判设计员也要参与，谈判对象主要是设计院、用户，还可能是配套厂家，谈判内容会很多。

谈判是一项十分重要的工作，对对方提出的要求和问题要作出是与否的回答并不容易，回答是，执行应没有问题，回答否，要能说理由，初参加谈判的人往往会因心中无数而心里打鼓只有当收音机的份。

因此，设计人员必须要有相当的知识储备和谈判技巧，不断武装自己，要熟悉结构，熟悉制造，熟悉材料和设计方方面面的问题，才能雄得起，我是过来人，有这个体会。

3.8依赖
很多工作时间不长的设计人员都有依赖思想，主要表现在有些东西拿捏不准，又不愿去问，去搞清楚，脑子里却在想：后面还有人把关呢！设计的想：后面的还有校对的呢！校对的想：后面还有审核的呢！可能审核也在想后面还有审定呢，但这种想法是不切合实际的。

因为图纸到这些人手里时间都很晚了，不可能全面的，仔细的审图，审结构，多数情况是打一下总体尺寸就签字，应把质量牢牢地把握在自己手中，这才是最可靠的，
要各自把好自己的关，不要靠别人。

冉启昆。