第7章(完)锅炉受压元件强度计算资料
锅炉强度计算
算式来源或说明 pdw/70+1.5
计算结果 51 2.10 3
锅炉强度计算书 序号 参数名称 4 结论 八、 斜、长直拉杆的强度计算 序号 参数名称 1 计算压力 2 计算壁温 3 基本许用应力 4 基本应力修正系数 5 许用应力 6 7 8 9 10 直拉杆拉撑截面积 直拉杆最小需要截面积 直拉杆取用截面积 斜拉杆拉撑截面积 斜拉杆最小需要截面积 符号 算式来源或说明 t>tmin,满足要求。 算式来源或说明 取筒体 GB/T16508-1996,3.4.1， 表1，材质20 表3 η *[σ ]J 计算图 PA1/[σ ] 圆钢（直径30mm） 计算圆 PA2/[σ ] 圆钢（直径30mm） F>Fmin,满足要求。 算式来源或说明 按设计 GB/T16508-1996,3.4.1， 表1，材质20
计算结果 0.72 260 123 400 600 620 610 1998 0.39 156 2.5 3 194120 1.5 3.45 8.1 8.2 8.2 10
B tmin1 tmin2 tmin t
20 结论 六、 炉胆封头的强度计算 序号 参数名称 1 计算压力 2 计算壁温 3 基本许用应力 4 基本应力修正系数 5 许用应力 6 7 8 9 10 假想圆直径 系数 最小需要厚度 取最大值 取用厚度 考核
共7页 第 5页 计算结果
符号 P tbi [σ ]J η [σ ] A1 Fmin F A2 Fmin F
计算结果 0.72 250 125 0.55 68.75 305.7 3.20 7.065 369.7 3.80 7.065
11 斜拉杆取用截面积 12 结论 九、 短直拉杆的强度计算 序号 参数名称 1 计算压力 2 计算壁温 3 基本许用应力
锅炉受压元件强度计算书
1.04
23
斜向孔桥当量减弱系 数
φC
/
kφ″=1.04×0.71
0.74
24
焊缝减弱系数
φh
∕
表5
1.0
25
最小减弱系数
φmin
/
φ、φH、φhφC中的最小值
0.74
26
筒壳理论厚度
tL
mm
5.3
27
腐蚀减薄附厚度
C1
mm
按4.4.1条
0.5
28
钢板下偏差的附加厚 度
C2
mm
按GB713—1997中3.1条和3.2条
受压元件强度计算书
编号：
编制：
审核：
xx
xx
根据
GB/T16508-1996
强度计算书
共7页第1页
计算依据
1、安全阀计算按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》
2、强度计算按GB/T16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》
计算书目录
1、锅炉规范
2、筒壳强度计算
3、管板强度计算
4、集箱强度计算
5、安全阀排放能力计算
kg
/
按规表7—1
1.0
6
入口蒸汽比容修正系数
k
/
k= kpkg
1
7
安全阀理论
排放量
E
kg/h
E=0.235A(10.2P+1)k
2570.5
=0.235×1295.1×(10.2×0.73+1)×1
8
锅炉最大连续
蒸发量
Dmax
kg/h
1.1D=1.1×2000
2200
9
各种受压元件的强度计算
§15-3 各种受压元件的强度计算一. 强度计算的基本公式在锅炉受压元件强度计算中，将壳体内的应力简化为两向应力状态，并且假定应力沿壁厚均匀分布，这种应力称为薄膜应力。
对于锅炉范围内的受压元件，只要其壁厚相对于直径很小，或外径与内径之比β不是很大（β=1～2），薄膜应力模型是足够精确的。
当量应力采用第三强度理论进行计算，元件强度计算的基本公式或强度条件为][31d σ≤σ-σ=σ（15-13） 式中 σd 为当量应力，σ1和σ3分别为最大和最小主应力，[σ]为许用应力。
σ1和σ3取决于受压元件的几何形状。
如图15.7所示，对于圆筒形元件，在忽略径向应力σr 后，周向应力σh 和轴向应力σz分别为S2pDh =σ （15-14）S4pD z =σ（15-15）式中，P 为计算压力，D 为筒体的平均直径（内径与外径的平均值），S 为壁厚。
比较式（15-14）和（15-15）可以看出，周向应力σh 是轴向应力σz 的2倍。
因此，σ1=σh ，σ3=σr =0。
将式（15-14）代入式（15-13）即可得到圆筒形元件的强度计算基本公式][S2pDh 31d σ≤=σ=σ-σ=σ （15-16）二. 管子和管道强度计算1. 理论计算壁厚锅炉范围内的无缝钢管属于圆筒形受压元件，由式（15-16）可以导出其理论壁厚计算式[]p2pD S wL +=σ（15-17）式中，P 为计算压力，MPa ；D w 为管子的外径，mm ；S L 称为理论计算壁厚；[σ]为许用应力，MPa2. 附加壁厚由式（15-17）确定的壁厚称为理论壁厚，该壁厚还不能作为管子的实际取用壁厚，因为锅炉在使用过程中管壁会不断腐蚀而减薄，另外实际钢管的壁厚都存在一定的负偏差。
因此钢管的最小需要壁厚应在理论壁厚的基础上再加上一定的附加壁厚C S S L m in +=（15-18）其中，S min 为最小需要壁厚，mm ；C 为附加壁厚，mm ；按下式确定21C C C +=（15-19）式中，C 1为腐蚀余量，mm ，一般取0.5mm ，腐蚀严重时按实际情况取值；C 2为壁厚负偏差图15.7 圆筒形元件的应力状态（或下偏差），mm ，根据钢管的负偏差率m 按下式确定L L 2S A S m100mC ⋅=-=（15-20）3. 最高允许计算压力[P]由式（15-16）也可以导出校核计算时管子的最高允许计算压力计算式[]y w y2[]S P D S σ=- （15-21）式中，[P]为最高允许计算压力，MPa ；S y 为管子的有效壁厚，mm ，等于名义壁厚S 减去附加壁厚y S S C =-（15-22）校核计算时附加壁厚按下式计算A S 0.5C 1A⋅+=+ （15-23）其中系数A 同式（15-20），S 为钢管的名义壁厚。
锅炉压力容器强度分析
（1）强度
ζ
它是指在外力作用下，对变形或断裂的抗
力， ζ p 、 ζ e、 ζ s 、ζ b 。 屈强比 γ ζ s ζ b ， γ 值小，材料可靠 性高，因为一旦超载，也能由于塑性变形使金
γ 属强度提高而不致于破坏，若
b e p
s
k
大，则可靠性 0
ε
不高，一般碳素钢在0.6左右，低合金钢 0.65~0.75，合金钢0.85。
表现为强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性下降。一般的合金元素都会
提高钢的加工硬化程度。 5.2.2锅炉压力容器常用钢材 5.2.2.1锅炉压力容器钢材的基本要求 1）使用性能要求 （1）较高的强度
（2）良好的塑性、韧性和较低时效敏感性。 材料在冷加工塑性变形后，长期放置，其强度上升，塑性、韧性下降， 冲击韧性明显降低，这就是应变时效。
2）塑性失效准则
该准则又称为极限载荷法，它认为，当应力沿截面分布不均匀 时，一点的当量应力达到屈服点，整个结构并不失效，只有当整个
截面上的当量应力均达到屈服点时，结构才算失效。
显然弹性失效准则偏于安全和保守，我国锅炉强度控制采用塑 性失效原则，一般压力容器强度控制采用弹性失效准则。 5.1.5 安全系数
（3）较低的缺口敏感性
（4）良好的抗腐蚀性能及组织稳定性。 2）加工工艺性能要求
（1）良好的冲压性能（冷塑性形变能力）；
（2）较好的可焊性； （3）适宜的热处理性能； 清除加工过程冲产生的残余应力。 5.2.2.2 低碳钢 低碳钢中的含碳量在0.25%以下，它具有良好的塑性和韧性，可焊性 良好，低碳钢价格便宜，经济性好，是锅炉压力容器中使用最多的钢材。 尤以20号钢板及钢管使用最为广泛。
—材料的许用应力。
水管锅炉受压元件强度计算2013版
b1
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
序号
钢号
用于蒸汽管道 用于受热面管道 备 注
1 20、20g
2 15MoG、16Mo
3
12CrMoG、 15CrMoG
4 10CrMo910
[σ]j取三者最小值
其中：σb ―常温抗拉强度 Mpa σt s ―计算壁温下屈服强度 Mpa σt D ―计算壁温下持久强度 Mpa
σb和σt s取最低保证值或实验值下限。 σt 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： бs、 бb （Rel 、 Rm ） • 高温强度：бts、бtD （Rtel 、 RtD ） • 塑性： δ、ψ（A、Z） • 韧性： ： Ak 、 ɑk (KU2、KV2)
5 12Cr2MoWVTiB
425 ℃ 500℃ 510 ℃ 570 ℃
450 ℃ 530 ℃ 540 ℃ 580 ℃ 600 ℃
P22 102钢
6 X20CrMoV121
560 ℃
610(过)、650(再) F12
7 1Cr18Ni9Ti 8 T91、P91
600 ℃
610 ℃
18-8钢
625 (过)、650 (再)
压力容 器
ASME-Ⅰ 4
4 1.5 1.5 1.5(平均值) 1.0(平均值) 美国
ISO831 2.7
1.6
1.6(平均值) 1.25(最小值)
国际标准 化组织
TRD300 2.4
1.5
1.0(2×105h平 均值)
强度计算书
0.36027最小允许减弱系数 [j ]/p (D n + d y ) / (2[s ]d y ) 1.92228最高允许计算压力 [ p ]MPa 2j J [s ]d y / (D n + d y ) 1.0329按有效厚度算的外径与内径比b /1 + 2d y / D n 1.02030按理论计算厚度算的外径与内径比b L/1 + 2d L / D n3.02531最高允许的水压试验压力 [ p sw ]MPa0.45j sw s s (b 2 - 1) / b 20.35632获取最大允许直径的系数K/式94,pD n / (2[s ] - p )d y 1188033获取最大允许直径的参数D n d y mm 2D n × d y锅筒强度总结：按照08标准6.2.1条，δ≥δs，满足要求16234未加强孔的最大允许直径 [d ]mm 08标准，11.2.3条，图18、19按照08标准6.2.3条，p≤[ p]，满足要求按照08标准6.2.4条，βL≤1.3，满足要求按照08标准6.6.1条，δ≥6，满足要求按照08标准6.2.2条，φmin≥[φ]，满足要求//按照08标准6.7.1条，psw≤[psw]，满足要求(二) 孔桥纵向孔桥/1孔桥类型/2单孔的类型//圆孔/4单孔的类型//圆孔51.55圆孔的直径d 2mm 界面输入51.56两个孔的平均直径d p mm (d 1+d 2)/21107相邻两孔的节距s mm 界面输入277.7398可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距s 0mm 0.5329纵向孔桥的减弱系数j/(s - d p ) / s孔桥强度总结：圆孔的直径d 1mm 界面输入第一个孔的参数第二个孔的参数51.53dd )(2n p ++D d斜向孔桥/1孔桥类型//(四) 孔桥按照08标准6.4.3条，s=110mm ≤ s 0=277.739mm ，d 1=51.5mm ，d 2=51.5mm ≤ [d]=162mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数(三) 孔桥1孔桥类型//横向孔桥/圆孔/第一个孔的参数界面输入51.52单孔的类型3圆孔的直径d 1mm //第二个孔的参数4单孔的类型//圆孔/6两个孔的平均直径d p mm 5圆孔的直径d 2mm 界面输入51.5(d 1+d 2)/251.5界面输入71.78277.7397相邻两孔的节距8可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距s 0mm s mm 2j(s - d p ) / s 0.283孔桥强度总结：0.5659横向孔桥的减弱系数j /按照08标准6.4.3条，s=71.78mm ≤s 0=277.739mm ，d 1=51.5mm ，d 2=51.5mm ≤[d]=162mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数92倍的横向孔桥的减弱系数j'/dd )(2n p ++D d08标准，表71详见本节下文“孔桥”0.12721锅筒筒体焊缝减弱系数22锅筒筒体孔桥的最小减弱系数φ/j h/24锅筒筒体的理论计算厚度d L mm 23锅筒筒体最小减弱系数j min /08标准，6.4.1条0.127pD n / (2j min [s ] - p )13.16d L +C 113.66d L +C13.9625锅筒筒体成品的最小需要厚度26锅筒筒体设计计算厚度d smm d min mm 28最高允许计算压力 [ p ]MPa 27最小允许减弱系数 [j ]/p (D n + d y ) / (2[s ]d y )0.2282j J [s ]d y / (D n + d y )0.7251 + 2d y / D n 1.051 + 2d L / D n1.08529按有效厚度算的外径与内径比30按理论计算厚度算的外径与内径比b L/b /32获取最大允许直径的系数K/31最高允许的水压试验压力 [ p sw ]MPa0.45j sw s s (b 2 - 1) / b 21.122式94,pD n / (2[s ] - p )d y 0.224D n × d y2224.808标准，11.2.3条，图18、1916233获取最大允许直径的参数34未加强孔的最大允许直径 [d ]mm D n d y mm 2按照08标准6.6.1条，δ≥6，满足要求不满足要求锅筒强度总结：不满足要求不满足要求(二) 孔桥不满足要求按照08标准6.2.4条，βL≤1.3，满足要求1孔桥类型//纵向孔桥/第一个孔的参数2单孔的类型//圆孔/界面输入134第二个孔的参数3圆孔的直径d 1mm圆孔/界面输入584单孔的类型5圆孔的直径d 2mm //7相邻两孔的节距s mm 6两个孔的平均直径d p mm (d 1+d 2)/296界面输入110196.717(s - d p ) / s0.1278可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距9纵向孔桥的减弱系数j/s 0mm (三) 孔桥孔桥强度总结：按照08标准6.4.3条，s=110mm ≤ s 0=265.004mm ，d 1=51.5mm ，d 2=51.5mm ≤ [d]=162mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数横向孔桥/圆孔/第一个孔的参数1孔桥类型//界面输入51.52单孔的类型3圆孔的直径d 1mm //d 2mm 第二个孔的参数4单孔的类型//圆孔/界面输入51.56两个孔的平均直径d p mm (d 1+d 2)/251.55圆孔的直径8可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距s 0mm 7相邻两孔的节距s mm 界面输入71.78152.217(s - d p ) / s 0.2832j0.5659横向孔桥的减弱系数92倍的横向孔桥的减弱系数j'/j /(四) 孔桥孔桥强度总结：按照08标准6.4.3条，s=71.78mm ≤s 0=265.004mm ，d 1=51.5mm ，d 2=51.5mm ≤[d]=162mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数dd )(2n p ++D d dd )(2n p ++D d36获取最大允许直径的参数K/p (D w - 2d y ) / (2[s ] - p )d y 0.132按照08标准7.2.3条，p =1.664MPa ≤ [p ]=4.14MPa ，满足要求按照08标准7.2.4条，βL =1.015 ≤ 1.5，满足要求按照08标准7.8条，p sw =1.5MPa ≤ [p sw ]=6.322MPa ，满足要求按照08标准7.2.1条，δ=8mm ≥ δs =2.478mm ，满足要求按照08标准7.7.2条，δ=8mm ≤ 15mm ，满足要求按照08标准7.2.2条，φmin =0.542 ≥ [φ]=0.136，满足要求集箱强度总结：38未加强孔的最大允许直径 [d ]mm 37获取最大允许直径的参数D n d y mm 208标准，11.2.3条，图18、19200D w / (D w - 2d L )1.0150.45j sw s s (b 2 - 1) / b 26.320(D w - 2d ) × d y1319.534按理论计算厚度算的外径与内径比b L/35最高允许的水压试验压力 [ p sw ]MPa32最高允许计算压力33按有效厚度算的外径与内径比b / [ p ]MPa d L +C2.478p (D w - d y ) / (2[s ]d y )0.136D w / (D w - 2d y ) 1.06330集箱筒体设计计算厚度d smm 2j J [s ]d y / (D w - d y ) 4.14431最小允许减弱系数 [j ]/28集箱的有效厚度29集箱筒体成品的最小需要厚度d min mm d ymmm d / 1001C 1+C'2+C'31.5d L +C 12.16826校核计算考虑钢管下偏差负值的附加厚度C '3mm d -C' 6.527校核计算总附加厚度C 'mm 24设计计算总附加厚度25校核计算考虑工艺减薄的附加厚度C '2mm C mm 08标准，7.5.3条，取值为0.00m (d L +C 1) / (100 -m )0.31008标准，7.6.3条，取值为0.0022设计计算考虑工艺减薄的附加厚度C 2mm C 1+C 2+C 30.81023设计计算考虑钢管下偏差负值的附加厚度C 3mm 20腐蚀减薄的附加厚度21钢管厚度负偏差与取用厚度的百分比m %C 1mm 08标准，7.4条0.542pD w / (2j min [s ] + p )1.668界面输入12.518集箱筒体最小减弱系数j min /08标准，7.5.2条，取为0.5mm 0.519集箱的理论计算厚度d L mm16集箱取用厚度17集箱筒体孔桥的最小减弱系数φ/dmm 详见本节下文“孔桥”0.542界面输入8单孔的类型/界面输入41孔桥类型//3沉孔的孔直径d mm 2/孔桥强度总结：j/按照08标准6.4.3条，s =100mm ≤s 0=127.983mm ，d =41mm ，d '=52mm ≤[d ]=200mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数9可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距s 0mm (s - d p ) / s0.54210纵向孔桥的减弱系数127.983横向孔桥/沉孔/8相邻两孔的节距s mm 界面输入100d d45.8136沉孔当量直径7两个孔的平均直径d p mm d d mm d + h (d' - d ) / d 45.8135沉孔的凹座高度h mm 界面输入3.5d mm 界面输入414沉孔的凹座孔直径d'mm 界面输入52(二) 孔桥11孔桥类型//纵向孔桥/单孔的类型//沉孔/3沉孔的孔直径12(三) 孔桥2dd )(2n p ++D d按照08标准6.4.3条，s ′=73.653mm ≤s 0=127.983mm ，d =41mm ，d '=52mm ≤[d ]=200mm ，符合计算孔桥减弱系数的要求，且未进行孔桥补强，仍按孔桥计算减弱系数8相邻两孔的夹角u °界面输入402(s ′- d p ) /s ′0.756孔桥强度总结：13双倍横向孔桥的减弱系数2j '/d d45.8132πR p u/36073.653可不按孔桥计算的相邻两孔的最高限制节距s 0mm 127.983R p mm 10相邻两孔的周向节距s ′mm 筒体中径912h mm 7两个孔的平均直径d p mm 界面输入52d + h (d' - d ) / d 45.8135沉孔的凹座高度6沉孔当量直径d d mm 界面输入3.54沉孔的凹座孔直径d'mm 21考虑腐蚀减薄的附加厚度C 1mm(4R + D w ) / (4R + 2D w )0.931K d L0.19719弯管形状系数Kmm 08标准，7.5.2条，取为0.5mm0.520弯管外侧的理论计算厚度d wLmm 17管子的焊缝减弱系数18直管理论计算厚度d Lmm j h /界面输入51界面输入5pD w / (2j h [s ] + p )0.21115管子外径D wmm 08标准，8.4条，取值为1.0116管子取用厚度d mm 12许用应力13管子类型// [s ]MPa 08标准，表112508标准，表31钢管弯成的弯管/10基本许用应力[s ]JMPa h [s ]J12511基本许用应力的修正系数h /08标准，表12258管子材料9材料的屈服极限s sMPa //20-GB30877计算壁温t bi ℃水和蒸汽特性18408标准，表6250MPa 6对应压力下介质饱和温度t b ℃界面输入 1.00p g + D p a 1.044设计附加压力5计算压力p MPa D p a0.04 p e 0.043工作压力 p g MPa 界面输入 1.00界面输入2锅炉额定压力 p e MPa 第五章: 管子 φ51*5(一) 管子 φ51*5界面输入105.5 R mm 界面输入1601“管子 φ51*5”的图号//界面输入YR340702-5-1-114弯头中心线半径dd )(2n p ++D d1“端盖”的图号//界面输入YR340702-35-2-24平端盖的制造方式//界面输入钢锭锻造6基本许用应力的修正系数7许用应力 [s ]MPah /08标准，表222508标准，表2及注释，对表中的基本许用应力做系数为0.9的修正112.5h [s ]J112.53材料的屈服极限s sMPa08标准，表1715基本许用应力[s ]JMPa 2501平端盖材料//界面输入20/GB/T6992计算壁温℃取“分配集箱”的计算壁温t bi32最高允许计算压力 [ p ]MPa 2j J [s ]d y / (D w - d y )11.962D w / (D w - 2d y ) 1.101D w / (D w - 2d L )1.00833按有效厚度算的外径与内径比34按理论计算厚度算的外径与内径比b L/b /36获取最大允许直径的参数K/35最高允许的水压试验压力 [ p sw ]MPa0.45j sw s s (b 2 - 1) / b 217.649p (D w - 2d y ) / (2[s ] - p )d y 0.083(D w - 2d y ) × d y199008标准，11.2.3条，图18、19200[d ]mm 37获取最大允许直径的参数38未加强孔的最大允许直径D n d y mm 2(一) 端盖按照08标准7.2.2条，φmin =1 ≥ [φ]=0.087，满足要求第十一章: 端盖按照08标准7.2.4条，βL =1.008 ≤ 1.5，满足要求按照08标准7.8条，p sw =1.5MPa ≤ [p sw ]=17.649MPa ，满足要求按照08标准7.2.3条，p =1.04MPa ≤ [p ]=11.962MPa ，满足要求集箱强度总结：按照08标准7.2.1条，δ=12mm ≥ δs =1.608mm ，满足要求。
SZL20-1.25-AⅡ强度计算书
技术文件号: 共 23 页 第 10 页
名
称
符号
计
算
依
据
数
值
(三): 孔桥2 1 孔桥类型 2 孔类型 3 孔直径 4 圆周上的节距 5 横向孔桥减弱系数 (四): 孔桥3 1 孔桥类型 2 第一只孔类型尺寸 3 孔类型 4 孔直径 5 第二只孔类型尺寸 6 孔类型 7 孔直径 8 相邻两孔的平均直径 9 圆周上的节距 10 轴线上的节距 11 斜向孔桥换算系数 12 斜向孔桥减弱系数 13 斜向孔桥当量减弱系数 (五): 孔桥4 1 孔桥类型 2 第一只孔类型尺寸 3 孔类型 4 孔直径 5 第二只孔类型尺寸 6 孔类型 7 孔直径 8 相邻两孔的平均直径 9 圆周上的节距 d dp a mm mm mm 设计取定 设计取定 设计取定 圆孔 90 71 116.16 d mm 设计取定 设计取定 圆孔 52 斜向孔桥 d dp a b k
计
算
依
据
数
值 0.498 0.648
7 斜向孔桥减弱系数 8 斜向孔桥当量减弱系数 (六): 孔桥5 1 孔桥类型 2 孔类型 3 孔直径 4 圆周上的节距 5 轴线上的节距 6 斜向孔桥换算系数 7 斜向孔桥减弱系数 8 斜向孔桥当量减弱系数 (七): 孔桥6 1 孔桥类型 2 孔类型 3 孔直径 4 圆周上的节距 5 横向孔桥减弱系数 (八): 单孔1(加强) 1 孔类型 2 孔直径 (九): 孔加强1 1 加强类型 2 加强圈(管接头)壁厚 3 加强圈(管接头)焊脚高度 4 伸入筒体内长度 5 加强圈(管接头)附加壁厚 6 加强圈(管接头)有效壁厚 7 筒体理论壁厚 8 管接头内径
S01 mm h F F1 F2 F4 mm mm^2 mm^2 mm^2 mm^2 mm^2 mm^2
2194水管锅炉受压元件强度计算
2194水管锅炉受压元件强度计算在燃煤锅炉受压元件中，2194水管是一个非常关键的部件。
它承受着锅炉内高温高压水蒸气的作用，因此其强度计算显得尤为重要。
本文将从深度和广度两个方面，探讨2194水管锅炉受压元件强度计算的相关内容，并共享一些个人观点和理解。
1. 强度计算的基本原理水管锅炉受压元件的强度计算基于材料力学原理和受力分析。
在进行强度计算时，需考虑到水管在高温高压下的受力情况，以及其所承受的压力、温度等外部因素。
还需要考虑到水管在运行中可能出现的疲劳、腐蚀等因素，从而确保其安全可靠地运行。
2. 强度计算的相关公式在进行水管锅炉受压元件强度计算时，需要采用一系列与受力、材料力学相关的公式进行计算。
其中包括受力分析中的张力、剪切力、压力等的计算公式，以及考虑到高温高压环境下材料的变形、蠕变等影响的计算公式。
3. 2194水管的特殊性2194水管在水管锅炉中具有其特殊的位置和作用。
由于承受着高温高压水蒸气的作用，因此在进行强度计算时需要考虑到其特殊的受力情况和材料变形情况。
另外，由于长期运行可能出现的磨损、腐蚀等问题，也需要在强度计算中加以考虑。
4. 个人观点和理解在进行水管锅炉受压元件强度计算时，我认为应该十分重视对2194水管的特殊性的理解和考虑。
只有深入了解其受力情况、材料特性等相关因素，才能够做出准确、可靠的强度计算。
另外，随着科技的不断发展，也需要不断更新强度计算的方法和标准，以确保水管锅炉的安全运行。
结语通过对2194水管锅炉受压元件强度计算的全面探讨，相信大家对这一有价值的主题有了更深入的了解。
在实际应用中，我们应该注重理论和实践相结合，不断提升自身的专业知识和技能，以确保水管锅炉的安全稳定运行。
以上就是对2194水管锅炉受压元件强度计算的相关内容的探讨和个人观点的共享。
希望能对您有所帮助和启发。
感谢阅读！水管锅炉是一种常见的燃煤锅炉，其受压元件中的2194水管扮演着非常关键的角色。
《蒸汽锅炉安全技术监察规程》劳部发﹝1996﹞276号
蒸汽锅炉安全技术监察规程第一章总则第二章一般要求第三章材料第四章结构第五章受压元件的焊接(一)一般要求（二)焊接工艺要求和焊后热处理(三)外观检查(四)无损探伤检查(五)焊接接头的力学性能试验（六）金相检验和断口检验(七)水压试验(八)焊接接头的返修(九)用捍接方法的修理第六章胀接第七章主要附件和仪表（一）安全阀(二)压力表(三)水位表(四)排污和放水装置(五)测量温度的仪表(六)保护装置(七)主要阀门及其他第八章锅炉房第九章使用管理第十章检验第十一章附则关于颁发《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的通知劳部发﹝1996﹞276号各省、自治区、直辖市劳动（劳动人事）厅（局）、国务院有关部委、直属机构，高检院，高法院，解放军总后勤部，新疆生产建设兵团：随着我国国民经济的发展、科学技术的进步和管理水平的提高，我国锅炉行业从设计制造到使用运行水平都发生了较大变化。
因此，原劳动人事部颁布的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（劳人锅﹝1987﹞4号）已不能适应当前安全技术检查的需要。
为此，我们广泛调研、征求意见的基础上，对原规程进行了全面修订。
现将新修订的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》印发给你们，请从1997年1月1日起执行，原《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（劳人锅﹝1987﹞4号）同时废止。
我部已有规定若与新规程不一致，一律以新规程为准。
各级劳动部门及有关单位要组织有关人员认真学习和贯彻执行新规程。
执行中有何问题，请及时告我部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局。
劳动部一九九六年八月十九日蒸汽锅炉安全技术监察规程第一章总则第1条为了确保锅炉安全运行，保护人身安全，促进国民经济的发展，根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》的有关规定，制定本规程。
第2条本规程适用于承压的以水为介质的固定式蒸汽锅炉及锅炉范围内管道的设计、制造、安装，使用;检验、修理和改造。
改造。
汽水两用锅炉除应符合本规程的规定外，还应符合《热水锅炉安全技术监察规程)的有关规定。
锅炉强度计算书
校核计算工艺减薄附加厚度
C’2
表160.09(δ-C3)
0.09(14-0.3)
1.233
校核计算附加厚度
C’
C1+C’2+C3
0.5+1.233+0.3
2.03
设计计算厚度
δS
㎜
δL+C
7.73+1.62
9.35
有效壁厚
δy
㎜
δ-C'
14-2.03
11.97
直段部分计算厚度
δzL
㎜
3.85
5、上集箱强度计算………………………………………………06
6、左右下集箱强度计算…………………………………………08
7、前(后）拱上(下)集箱强度计算………………………………10
8、安全阀排放量计算……………………………………………12
说明:
本强度计算书按GB/T9222－2008《水管锅炉受压元件强度计算》标准计算
114.13
换算系数
K
1.102
斜向减弱系数
"
0.537
斜向当量减弱系数
d
K "
1.102*0.537
0.59
焊缝减弱系数
h
查表7
1.0
最小减弱系数
min
取以上最小值
纵向孔桥减弱系数
0.356
理论计算壁厚
δL
㎜
15.15
腐蚀减薄的附加壁厚
C1
㎜
6.5.2
0.5
工艺减薄附加厚度
C2
㎜
表8
冷卷冷校
0
钢板厚度负偏差
两倍横向减弱系数
锅炉及锅炉房设备 课件 第七章 锅炉受压元件的强度计算
一、圆筒形元件应力分析
1．分析条件 1） 两端封闭的没有减弱的薄壁容器，S<<D 2） 承受内压力的作用且主要产生轴向伸长和径向胀大的变形 3） 破坏变形主要以塑性流动和剪切的破坏 4） 以切向、轴向和径向三种应力进行分析
2．应力分析
1）切向应力
21lS PDnl
2）轴向应力
2Dn
S
P
4
Dn2
；
t
d
K
K
t d t
t a2 b2 a 1 n2
K
1
0.75 1
(1 n)2
nb a
§7.3 锅筒、集箱、管子及管道的强 度计算
第七章
2）不等径孔桥 的计算采用 d pj
d pj
d1
d2 2
3）具有凹形管座的开孔孔桥 的计算采用采用 dd
dd
d1
h S
(d1'
d1)
4）非径向孔孔桥 的计算采用采用 dd
4．确保锅炉安全可靠运行的措施
第七章
§7.1 锅炉受压元件计算的规定
4．确保锅炉安全可靠运行的措施 1）根据国家或有关法规，对现有锅炉进行受压元件的检测 及强度校核计算； 2）根据强度计算结果及经济性，合理的选用材质计合理的 壁厚； 3）根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件
第七章
§7.2 圆筒形元件应力分析及第三 强度理论
（3） , 为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大，
1
3
2
为常量。
（4）内壁应力状态最为严重，运行时应特别注意内壁的应力集
中状态。
第七章
§7.2 圆筒形元件应力分析及第三 强度理论
二、应用第三强度理论建立壁厚计算公式
蒸汽锅炉用钢与受压元件强度分析
蒸汽锅炉用钢与受压元件强度分析【摘要】蒸汽锅炉受压元件的强度问题之间关系到蒸汽锅炉的安全性。
特别是蒸汽锅炉的主要受压元件钢材的运用。
钢材的厚度、原材料、特性都直接关系到蒸汽锅炉受压强度的影响。
如果盲目的增加蒸汽锅炉钢材的厚度，一方面对于钢材会造成巨大的浪费。
另外一方面，如果强度达不到国家标准，就会对蒸汽锅炉的安全性和经济性造成很大的影响。
这种代价是蒸汽锅炉改变受压元件的强度不能承受的。
所以，按照国家规定的标准，严格计算蒸汽锅炉用钢和受压元件强度之间的关系，对蒸汽锅炉的安全生产和安全应用都有巨大的好处。
【关键词】锅炉用钢受压元件受压强度1 蒸汽锅炉用钢型号分析锅炉蒸气管道和受热面钢管常用钢号、特性、主要应用范围及中外钢材对照。
钢号与技术条件特性主要应用范围类似钢号20（20g）gb699-88（gb5310-95）。
该钢具有良好的工艺性能，在530℃以下具有满意的抗氧化性能，但在470～480℃高温下长期运行过程中，会发生珠光体化和石墨化，当hb=137～174 时，相对加工性为65%，该钢无回火脆性。
ct20 壁温≤ 425℃的蒸汽管道，集箱，壁温≤450℃的受热面管子及省煤器管等。
下面，就集中比较有代表性的、常用的蒸汽锅炉用钢型号进行分析。
（1）12x m；t2，p2（a s m e，astm）12crmo195（din）15cd2（法国）15crmog（gb5310-95），该钢正火后的组织为铁素体，贝氏体和部分马氏体；正火，回火后的组织为铁素体，贝氏体和回火马氏体，其冷加工性能和焊接性能良好，无石墨化倾向，在520℃以下，具有较高的持久强度和良好的抗氧化性能，但超过550℃以后，蠕变极限将显著降低，长期在500～550℃运行，会发生碳化物球化，强度下降。
壁温≤ 510 ℃的蒸汽管道；集箱，，壁温≤540℃的受热面管子。
（2）10crmo910（bqb，din）s t b a24，s t pa24（j i s）t22，p22（asme，astm）ht3（sandvik）12crmov（gb3077-88）。
第7章(完) 锅炉受压元件强度计算
工 艺 加 大
受 压 元 件 构 架 钢 耗 增 加 不利因素
有利因素
一般情况下安全性上升，有时会下降
S S min S L C
2016/9/6
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
减弱系数：在无减弱情况下将许用应力打个折扣
焊缝减弱h 孔桥减弱：
：对焊接工艺的不信任程度，与焊接方法、
工艺、坡口形式、残余应力有关
无减弱判定
取值
横向 ' 、纵向
min
、斜向 d min , 2 ',d ,h
F F1 F2 d d S y S0
安全系数提高
壁厚增大 温 度 应 力 增 加 热 疲 劳 寿 命 缩 短
介 质 压 力 引 起 的 应 力 下 降
疲 劳 寿 命 增 长
高 温 蠕 变 寿 命 增 长
均 匀 磨 损 寿 命 增 长
磨 损 寿 命 延 长
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
7.1.2计算壁温
确定 j 依据，取最高温处内外壁平均温度 tbi≮250℃
7.1.3计算压力：表压MPa
P Pg Pa；Pa 0.02 （Pe 1.27MPa）orPa 0.04P （ e P e 1.27~3.82MPa） Pg Pe Pz Psz
2016/9/6
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
强度计算公式
max
;
2
受力分析：σ1、σ2
、σ 3
第三强度理论：对于像低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验
时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件 在横截面上的正应力就是材料的屈服极限，而在试件斜截面上的最 大剪应力(即45°斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半
锅炉强度计算
锅炉强度计算书 一、 序号 1 2 3 4 二、 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 锅炉设计参数 参数名称 额定蒸发量 额定工作压力 给水温度 额定蒸汽温度 校核呼吸空位 参数名称 炉胆外壁与烟管外壁之间的最小距离 校核 炉胆外壁与锅壳筒体内壁之间的最小距离 校核 直拉杆边缘与烟管外壁之间的最小距离 校核 锅壳筒体内壁与烟管外壁之间的最小距离 校核 直拉杆边缘与炉胆外壁之间的最小距离 校核 L6 L7 L8 L9 L5 L4 L3 L2 符号 L1 算式来源或说明 设计 满足8.2.2不小于0.05Dn=0.05*1300=65和50mm的较大值 设计 满足8.2.2不小于0.05Dn=0.05*1300=65和50mm的较大值 设计 满足8.2.3不小于100mm 设计 满足8.2.4不小于40mm 设计 满足8.2.5DW=1312<1400mm, 炉胆长度2100<3000,不小于150 设计 满足8.2.6不小于0.03Dn=0.03*1300=39和50mm的较大值 设计 满足8.2.7不小于0.7*100=70mm 设计 满足7.3.5不小于6mm的要求 设计 满足7.3.6不小于6mm的要求 符号 D Pe ts te 算式来源或说明 按设计 按设计 给定 给定
符号 P tbi [σ ]J η [σ ] dj K tmin
算式来源或说明 按3.5.1Pe+△P+△PZ+△PSZ=1.0+0.02 GB/T16508-1996,3.4.2，tj+90 表1，材质Q245R 表3 η *[σ ]J 计算圆 三拉杆 Kdj(P/[σ ])0.5+1
计算结果 1.02 275 118 0.8 94.4 250 0.43 11.70 11.70 12.00
受压件强度校核计算书
20oC抗拉强度
NORMAL
TEMPERATURE
TENSILE STRENGTH 安全系数 SAFETY COEFFICIENT 计算温度下屈服强度 MIDDLE TEMPERATURE YIELD LIMIT 安全系数 SAFETY COEFFICIENT
许用应力计算值 ALLOWABLE STRESS VALUE 许用应力 ALLOWABLE STRESS 比值 RATIO
节距 PITCH OF HOLE 当量直径
t1 mm
EQUIVALENT DIA. 纵向减弱系数
dAa mm
COEFFICIENCY OF
LIGAMENT OF
(tl-dAa)/tl
LONGITUDINAL BRIDGE
VL
/ (TRD301.5)
1.3.2 周向孔桥减弱系数 COEFFICIENCY OF LIGAMENT OF TRANSVERSE BRIDGE
VLmin
/
NO ADDITIONAL WALL THICKNESS
壁厚负偏差附加量
So/Vlmin SV mm (TRD301.5)
59.7/0.909
ADDITIONAL WALL
THICKNESS FOR
UNDERTOLERANCE
C1 mm
4+0.3
结果 RESULT
20G 100
59.70 1.00
/ 0.001<Sv/da<0.1 177.3/1780
结论 CONCLUSION
σVB MPa
570
SB
/ ACCORDING TO TRD300 TABLE 5
2.4
σVS MPa
水管锅炉受压元件强度计算
• 《蒸汽锅炉安全技术监察规程》劳部发 ﹝1996﹞276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)。
计算压力：p P=PR+ ΔPa PR =Pe+ ΔPz+ ΔPsz 其中： PR ―工作压力 MPa ΔPa―设计附加压力 MPa Pe―锅炉额定压力 MPa ΔPz ―介质流动阻力附加压力 MPa ΔPsz―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Δ Pa 按以下规定计算： ⑴ Pe≤0.8MPa时，ΔPa＝0.03MPa ⑵ 0.8MPa ＜Pe≤ 5.9MPa时， ΔPa＝0.04Pe ⑶ Pe＞5.9MPa时，ΔPa＝0.05Pe 2. ΔPZ取最大流量时计算元件至锅炉出口 之 间的压力降。 • 3. ΔPsz ：当锅筒筒体所受液柱静压力不大于 （ Pe+ ΔPa+ ΔPz ）的3％时，ΔPsz＝0
美国
国际标准 化组织 德国
ISO831 TRD300
1.0(2×105h平 均值)
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B1 2.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，并取最小值。 3. 计算时σ b、σ t s和σ 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[σ]j≤ σ b/ n b 和式[σ]j≤ σ t s / n s计算，不必 考虑式[σ]j≤ σ t D / n D。 6.基本许用应力表中相邻计算壁温数值之间的[σ]j可用算术 内插法确定，但需舍弃小数点后的数字。
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2 Sy
Dw Sy
Dn
被减弱的圆筒形元件的强度计算
孔桥减弱
无减弱判定 t0 dpj 2 (Dn S)S
横向 、' 纵向 、斜向 d
焊缝减弱 h
取值 min , 2 ',d ,h min
强度计算公式
锅筒
SL
PDn
2min
P
管子和集箱
SL
PDw
2min
P
取用壁厚
P
取用壁厚：S1 SLmin
2
最高计算压力： P
S1 KDn
2020/5/22
§7-4孔的加强
单孔加强
未加强孔的最大开孔直径
3
d 8.13 DnSy 1s
；s
PDn
2 P
Sy ；s 0.4加强
单孔的加强
等截面积加强原则 F1 F2 F3 F4 F
F1 起加强作用的焊缝面积mm2 F2 起加强作用的管接头多余面积mm2 F3 起加强作用的垫板面积mm2 F4 起加强作用的筒体多余面积mm2 加强所需面积的2/3布置在离孔边1/4孔径的范围内
2020/5/22
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
强度计算公式
max
;
2
受力分析：σ1、σ2 、σ3
第三强度理论：对于像低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验
时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件 在横截面上的正应力就是材料的屈服极限，而在试件斜截面上的最 大剪应力(即45°斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半
第7章 锅炉受压元件强度计算
锅炉强度计算的目的：安全性和经济性的最优化问题
标准：
《水管锅炉受压元件强度计算》（GB9222）
《锅壳锅炉受压元件强度计算》（GB/T16508） 确保锅炉安全可靠运行的措施
根据国家或有关法规，对现有锅炉进行受压元件的检测及 强度校核计算；
根据强度计算结果及经济性，合理的选用材质计合理的壁 厚；
取值 min min, 2 ',d ,h
附加壁厚：C=C1+C2
腐蚀减薄C1=0.5mm C2=负偏差+工艺减薄量
壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
附加壁厚C=C1+C2 腐蚀减薄C1=0.5mm C2负偏差+工艺减薄量 对于锅筒：壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
基本概念
7.1.1许用应力与安全系数
要求：屈服极限（强度极限）、蠕变极限（持久极限） 蠕变：高温恒压、塑变↑
2020/5/22
持久强度：在规定时间内（105h）不发生蠕变破裂的最大应力
我国强度指标
计算温度时的屈服极限σs‘
第7章 锅炉受压元件强度计算 本章主要内容
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定 §7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算 §7-3 承受内压力的封头强度计算 §7-4 孔的加强计算
2020/5/22
第7章 锅炉受压元件强度计算
概述
强度的定义：在规定的寿命内，在正常的运行条件下，受压元
件不失效的能力
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
第三强度理论：材料发生塑性流动或剪断破坏时，是由
于载荷在任意一点(最危险点)的最大剪切应力 到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值。
max 达
许用剪应力 [ ] 与单向拉伸的许用拉应力 关系为：
强度条件为：max
2
受压元件的应力分析
2
P 2
分析
1 ， 2 均为拉应力， 3 为压应力
1 2 2 ，且 1 2 3
1 ,
量。
2为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大， 3 为常
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
取用壁厚 应用条件
S
Smin
Swl
C
PDw
2
P
C;P
Dw ; 1.2、 1.5、 2.0
锅炉的工作条件：高温、高压、腐蚀、磨损 承受的载荷：介质压力、附加荷载、温度应力、工艺应力 锅炉受压元件可能的失效形式：
低周（塑性）疲劳破坏：机械应力和热应力→焊缝，水垢 高周（弹性）疲劳破坏：交变热应力→汽水分界面
塑性破坏：超压 蠕变破坏：高温条件下，变形随时间不断增加的现象 苛性脆化：晶间腐蚀、腐蚀沿着金属晶粒的边界进行 结构失稳： 应力松弛：法兰连接、胀接，随时间应力减少的现象 腐蚀破坏
2020/5/22
§7-3 承受内压力的封头强度计算
凸形封头
计算公式
理论壁厚：S L
PDnY
2 P
封头系数：Y
1 6
2
Dn 2hn
2
取用壁厚：S Smin SL C
附加壁厚：C C1 C2
开孔要求
§7-3 承受内压力的封头强度计算
圆形平端盖
理论计算壁厚：SLmin KDn
max
1
3
2
2
未减弱圆筒形元件强度计算公式：
S wl
PDn
2
P
; or
S wl
PDw
2
P
应力分析
切向应力
2σ1lS PDnl
；
1
PDn 2S
MPa
Hale Waihona Puke ❖轴向应力2Dn S
P
4
Dn2
；
2
PDn 4S
MPa
径向应力
内壁： 3max P
外壁： 3 min 0
3
3max
3min
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
7.1.2计算壁温
确定
j
依据，取最高温处内外壁平均温度
tbi≮250℃
7.1.3计算压力：表压MPa
P Pg Pa；Pa 0.0（2 Pe1.27MPa）orPa 0.04P（e Pe 1.27~3.82MPa） Pg Pe Pz Psz
S Smin SL C
2020/5/22
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
减弱系数：在无减弱情况下将许用应力打个折扣
焊缝减弱h ：对焊接工艺的不信任程度，与焊接方法、
工艺、坡口形式、残余应力有关 孔桥减弱：
无减弱判定 t0 d pj 2 (Dn S)S
横向 ' 、纵向 、斜向 d
常温（20℃）的抗拉强度σb‘
计算温度时的持久强度
t D
安全系数：材料本身的强度特性与实际元件真实的强度特性间的差
异（裕度），ns=1.5、 ns=2.7、 nD=1.5
基本许用应力： 许用应力
j
t s
ns
、
t b
nb
、
t D
nD
min
； 考虑元件型式和工作条件后的修正 j