水管锅炉受压元件强度计算2013版

• 2.若受压元件的计算壁温低于250℃时，取250℃。
• 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X△t=10℃ 。
• 例1：用算数内插法计算基本许用应力


钢管焊缝根部未焊透处裂纹
材料：
• 材料应符合GB 713，GB 3087， 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2.6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：
PDn L 2 min [ ] P
2.与强度计算有关的参数 许用应力：[σ] 计算公式：[σ]=η [σ]j 其中：[σ]―许用应力 η ―修正系数 MPa
[σ]j―基本许用应力 Mpa
基本许用应力：[σ]j
[σ]j≤ σb/ n b [σ]j≤ σt s / n s [σ]j≤ σt D / n D [σ]j取三者最小值
《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。
• 求：当tbi=350℃、δ =120mm时，[σ ]=？
3.锅筒筒体强度计算
筒体理论计算厚度计算公式：
L
2min - p pDn
其中： p―计算压力 Mpa Dn ―筒体内径 mm min ―最小孔桥减弱系数 L ―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
500℃
510 ℃ 570 ℃
530 ℃
540 ℃ 580 ℃ 600 ℃ P22 102钢 F12 18-8钢 10Cr9Mo 1VNb
560 ℃
610(过)、650(再) 610 ℃
600 ℃
625 (过)、650 (再)
修正系数：η • η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0.9~0.95
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。
L w
j y
w y
min
w
y
y
• 3．管子及管道： 2 [ ] PD • mm； [ P ] D MPa；
L
2 min [ ] P
w
h
y
w
y
• 理论基础与实践经验对强度标准都非 常重要。 • 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。
• 理论计算壁厚基本公式：
PDn L 2 min [ ] P
• 1．锅筒： P( D 2 [ ] PD [ ] [P] 2[ ] D MPa； • 2 [ ] P mm；
L n
j y
n
y
)
min
n
y
y
• 2．集箱： P( D ) 2 [ ] PD [ ] [P] • mm ； MPa ； 2[ ] D 2 [ ] P
PDn W L 2[ ] P
• •
以外径表示
PDw W L 2[ ] P
公式适用范围：βL
• βL―按锅筒筒体理论计 算 厚 度 算出的外径 与内径的比值。
L 1 2
L
Dn
• 当βL ≤ 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。
筒体成品最小需要厚度： δmin =δL +C1 筒体设计计算厚度： δs =δL +C 筒体取用厚度： δ ≥δs 筒体有效厚度： δy =δ – C (筒体有效厚度也可取筒体实际
• 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 1 钢 20、20g 号 用于蒸汽管道 425 ℃ 用于受热面管道 450 ℃ 备 注
2
3 4 5 6 7 8
15MoG、16Mo
12CrMoG、 15CrMoG 10CrMo910 12Cr2MoWVTiB X20CrMoV121 1Cr18Ni9Ti T91、P91
• 已知：12Cr1MoV钢过热器管
• 求：计算壁温为553℃时的基本许用应力
[σ ]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：б
b
=570~740MPa 、δ=18% 、AK=31J
• б
s
• 高温性能：б
t
s、б
t
D
• Pe<16.7MPa
1.5(平均值) ≥1.5(平均值) ≥1.25(最小值)
ntc(蠕变变形)
备注 锅炉 压力容 器
2.7 ≥3.0
4
2.7 2.4
4
1.5
1.5
1.6 1.5
1.5(平均值)
1.6(平均值) 1.25(最小值) 1.0(2×105h平 均值)
1.0(平均值)
美国
国际标准 化组织 德国
ISO831 TRD300
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。
• 塑性： δ 、ψ （A、Z）
• 韧性： ： Ak 、 ɑk (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
nb
GB9222 GB150
ASME-Ⅰ
ntb ns
≥1.6
nts
1.5 ≥1.6
ntD
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规程规定，基本许用应
力按公式计算，并取最小值。
3. 计算时σb、σt s和σt 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。
《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。
算术内插法基本公式：
i i1 b b1 i2 i1 b2 b1
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？
i i1 b b2 b1 b1 i2 i1
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。
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：
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
[σ]j≤ σb/ nb 和式[σ]j≤ σt s / ns计算，
不必考虑式[σ]j≤ σt 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[σ]j 可用算术内插法确定，但需舍弃小数点后的数 字。
• 对于电站锅炉，η一般取1。
• 额定压力≥16.7MPa的锅筒和封头，η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。 • Δ t：温度偏差。 • X：介质混合程度系数。
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。
Fra Baidu bibliotek 金属材料的力学性能
• 常温强度： б s、 б • 高温强度：б
t s、б t
b D
（Rel 、 Rm ） （Rtel 、 RtD ）
• 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 G0001-2012《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)。
计算壁温：tbi
• 确定基本许用应力[б]J时，需要已知受
压元件的计算壁温tbi 。
• 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。 • 3.受压元件的计算壁温可查表，也可按公式计算。
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。
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