水管锅炉受压元件强度计算2013版

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也应取X△t=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℃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:бb =570~740MPa 、δ=18% 、AK=31J • бs
• 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 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。
《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。
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 2.7
ntb ns
nts ntD
1.5 1.5(平均值)
ntc(蠕变变形) 备注
锅炉
GB150 ≥3.0
≥1.6
≥1.6
≥1.5(平均值) ≥1.25(最小值)
• 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,
《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。
计算压力:p
P=Pg+ ΔPa Pg =Pe+ ΔPz+ ΔPsz 其中:
Pg ―工作压力 MPa
ΔPa―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 ΔPz ―介质流动阻力附加压力 MPa(流动阻力) ΔPsz―计算元件所受液柱静压力 MPa(水柱压力)
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
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
《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。
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。
2.与强度计算有关的参数
• 理论计算壁厚基本公式:
L
PDn
2min [ ]
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 MPa [σ]j―基本许用应力 Mpa η ―修正系数
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
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。
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?
b
i i1 i2 i1
b2
b1
• X:介质混合程度系数。
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。
• 高温性能:бts、бtD
• Pe<16.7MPa
• 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
pDn
2min -
p
其中:
p―计算压力 Mpa Dn ―筒体内径 mm
m in―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:
[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)
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)
德国
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 B1
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。
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%
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
• 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:
L
PDn
2min [ ]
P
• 1.锅筒:
• mm; MPa; L
PDn 2min [ ]
P
[P] 2 j[ ] y Dn y
[ ] P(Dn y ) 2[ ] y
• 2.集箱:
• mm; MPa; L
PDw
2min [ ]
P
[P] 2 j[ ] y Dw y
[ ] P(Dw y ) 2[ ] y
• 3.管子及管道:
• mm; L
PDw 2min [ ]
P
[P] 2h[ ] y Dw y
MPa;
• 理论基础与实践经验对强度标准都非 常重要。
• 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)。
• 以内径表示
W L
PDn
2[ ]
P

• 以外径表示
W L
PDw
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:
• 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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ炉,以调节热网 负荷。
10Cr9Mo 1VNb
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 • 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。 • Δt:温度偏差。
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。
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。
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)
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