锅壳锅炉第3部分:设计与强度计算(征求意见稿).pdf
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1、ICS 27.060.30 J98 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 GB/T 16508.3XXXX 代替 GB/T 16508.32013 锅壳锅炉 第 3 部分:设计与强度计算 Shell boilers Part 3:Design and strength calculation “在提交反馈意见时,请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。” (征求意见稿) XXXX - XX - XX 发布 XXXX - XX - XX 实施 GB/T 16508.3XXXX I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 .
2、 1 3 术语和定义 . 1 4 符号和单位 . 2 5 设计基本要求 . 2 6 承受内压力的圆筒形元件 . 6 7 承受外压力的圆筒形炉胆、冲天管、烟管和其他元件 . 16 8 凸形封头、炉胆顶、半球形炉胆和凸形管板 . 27 9 有拉撑、加固的平板和管板 . 32 10 拉撑件和加固件 . 38 11 平端盖及盖板 . 45 12 下脚圈 . 48 13 孔和孔的补强 . 50 14 焊制三通 . 59 15 决定元件最高允许工作压力的验证法 . 61 附录 A(资料性附录) 铸铁锅炉受压元件设计计算 . 66 附录 B(资料性附录) 矩形集箱设计计算 . 67 附录 C(资料性附录)
3、水管管板设计计算 . 71 GB/T 16508.3XXXX II 前 言 GB/T 16508锅壳锅炉分为以下8个部分: 第 1 部分:总则; 第 2 部分:材料; 第 3 部分:设计与强度计算; 第 4 部分:制造、检验和验收; 第 5 部分:安全附件和仪表; 第 6 部分:燃烧系统; 第 7 部分:安装; 第 8 部分:运行。 本部分为GB/T 16508的第3部分。 本部分按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本部分代替GB/T 16508.32013,本部分与GB/T 16508.32013相比,主要技术变化如下: 增加了本部分用到的名词术语(见 3.1、3.2、3.3、3.
4、4); 修改了设计附加压力的注释,增加了基本许用应力符号;(见第 4 章,2013 年版的第 4 章); 增加了设计基本要求。删除了采用试验或者其他计算方法确定锅炉受压元件强度的评审要求 (见 5.1,2013 年版的 5.1.2); 修改了设计结构要求(见 5.2,2013 年版的 5.1); 删除了锅炉性能、热效率、排放要求(见 2013 年版的 5. 2、5.3、5.4); 增加了焊接接头系数的选取方法(见 5.4); 增加了相邻温度之间的许用应力数值可用算术内插法确定并应舍去小数点后的数值的规定 (见 5.5); 增加了烟管计算温度的确定要求(见表 4); 修改了设计附加压力的相关条款
5、,明确了设计附加压力的计算方法,增加了蒸汽锅炉、热水锅 炉和单独设计锅炉部件的设计附加压力的计算方法和取值方法(见 5.7.5、5.7.6,2013 年版 的 5.7); 修改了允许采用 T 型接头的锅炉适用范围(见 6.9.5,2013 年版的 6.9.5); 修改了卧式锅壳锅炉烟管的压力适用范围(见 7.1,2013 年版的 7.1); 增加了烟管计算厚度的方法(见 7.6.2); 修改了管接头补强的要求(见 13.7.2,2013 年版的 13.7.2)。 本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC 262)提出并归口。 本部分负责起草单位: 上海工业锅炉研究所有限公司、上海
6、市特种设备监督检验技术研究院等。 本部分参与起草单位: 本部分主要起草人: 本部分所代替标准的历次版本发布情况为: GB/T 165081996; GB/T 16508.32013。 GB/T 16508.3XXXX 1 锅壳锅炉 第 3 部分:设计与强度计算 1 范围 1.1 GB/T 16508 的本部分规定了锅壳锅炉基本受压元件的设计基本要求和强度计算方法,并给出了铸 铁锅炉(附录 A)、矩形集箱(附录 B)和水管管板(附录 C)的设计基本要求。 1.2 本部分适用于承受内(外)压圆筒形元件、封头、管板、拉撑件、端盖、下脚圈等的设计计算。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必
7、不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 150 压力容器 GB/T 985.1 气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 GB/T 985.2 埋弧焊的推荐坡口 GB/T 1576 工业锅炉水质 GB/T 2900.48 电工名词术语 锅炉 GB/T 9252 气瓶压力循环试验方法 GB/T 12145 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量 GB/T 16507.3 水管锅炉 第3部分:结构设计 GB/T 16508.1 锅壳锅炉 第1部分:总则 GB/T 16508.2 锅壳锅炉
8、第2部分:材料 GB/T 16508.4 锅壳锅炉 第4部分:制造、检验和验收 NB/T 47013 承压设备无损检测 TSG G0001 锅炉安全技术监察规程 3 术语和定义 GB/T 16508.1和GB/T 2900.48界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 腐蚀裕量 corrosion allowance thickness 设计使用期内,元件考虑腐蚀减薄需要附加的厚度。 3.2 厚度负偏差 minus tolerance of thickness 材料标准规定允许厚度负偏差的下限值的绝对值。 3.3 工艺附加厚度 process additional thickness 元
9、件在冲压、卷制或弯制过程中制造工艺所允许的材料厚度最大减薄值。 GB/T 16508.3XXXX 2 3.4 最小需要厚度 minimum required thickness 元件承载计算压力、计算温度等载荷,并考虑腐蚀减薄因素所需厚度的最小值。 4 符号和单位 本标准中各章节通用的符号含义和单位如下: 1 C受压元件腐蚀裕量,mm; 2 C受压元件工艺附加厚度,mm; 3 C受压元件钢材厚度负偏差,mm; t E 计算温度时材料的弹性模量,MPa; p计算压力,MPa; p校核计算最高允许工作压力,MPa; r p锅炉额定压力,MPa; o p工作压力,MPa; st对应于计算压力下的工质
10、饱和温度(热水锅炉为额定出水温度),; c t计算温度,; mave t工质额定平均温度,; a p设计附加压力,(考虑安全阀整定压力(低启),MPa; h p受压元件所受液柱静压力,MPa; f p工质流动阻力附加压力,MPa; 修正系数; J 基本许用应力,MPa; 许用应力,MPa。 5 设计基本要求 5.1 基本要求 5.1.1 锅炉设计应采用先进的技术,使产品满足安全、可靠、高效、经济和环保的要求。锅炉设计的 基本原则应符合 GB/T 16508.1 的规定。 5.1.2 设计时应按本部分的规定和GB/T 16508.1的要求确定所需考虑的计算载荷及所需进行的载荷计 算。 5.1.3
11、 设计时应保证元件壁温不超过所用材料的许用温度,并考虑受热面管子内外壁温差及内壁抗蒸 汽氧化等因素,材料的选用应满足 GB/T 16508.2 的要求。 5.1.4 设计时应按本部分中的有关强度计算公式或应力分析计算公式和规定,确定受压元件的设计厚 度。也可采用试验或其他计算方法确定锅炉受压元件强度。 5.1.5 锅炉结构的设计应考虑便于安装、运行操作、检修和清洗内外部。 5.2 结构要求 5.2.1 各受压元件应有足够的强度。受压部件(元件)结构的型式、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。 5.2.2 筒体、炉胆壁厚和长度应符合下列要求: GB/T 16508.3XXXX
12、3 a) 当锅壳内径大于 1000 mm 时,锅壳的取用壁厚应不小于 6 mm;当锅壳内径不超过 1000 mm 时, 锅壳筒体的取用壁厚应不小于 4 mm; b) 炉胆内径应不超过 1800 mm,其取用壁厚应不小于 8 mm,并且不大于 22 mm;当炉胆内径小于 或等于 400 mm 时,其取用壁厚应不小于 6 mm;卧式内燃锅炉的回燃室,其筒体的取用壁厚应 不小于 10 mm,且不大于 35 mm; c) 胀接连接的筒体、管板,取用壁厚应不小于 12 mm;外径大于 89 mm 的管子不应采用胀接结构 设计; d) 卧式锅壳锅炉平直炉胆的计算长度应不超过 2000 mm;当炉胆两端与管
13、板扳边对接连接时,平 直炉胆的计算长度可放大至 3000 mm。 5.2.3 蒸汽锅炉的最低安全水位应高于最高火界 100 mm,但锅壳内径不大于 1500 mm 的卧式锅壳锅炉 的最低安全水位应高于最高火界 75 mm。锅炉的最低及最高安全水位应在图样上标明。 5.2.4 焊接连接应符合下列要求: a) 锅炉主要受压元件的主焊缝(锅壳、炉胆、回燃室、集箱等的纵向和环向焊缝,以及封头、管 板、炉胆顶和下脚圈的拼接焊缝等)应采用全焊透的对接接头;锅炉受压元件的焊缝不应采用 搭接结构;拉撑件不应采用拼接。 b) 当强度计算要求全焊透的加强结构型式时, 管接头与锅壳、 集箱的连接应采用全焊透的接头型
14、 式。 c) 锅炉受压元件人孔圈、头孔圈与筒体、管板的连接应采用全焊透结构。 d) 对接焊接接头型式,可参照 GB/T 985.1、GB/T 985.2 的规定。管子或管接头与筒体、集箱的 焊接连接允许采用的型式,可参照 GB/T 16507.3 的规定。承受主要载荷的吊耳与受压元件之 间的焊接连接允许采用的型式,可参照 GB/T 16507.3 的规定。 e) 对需要进行无损检测的焊接接头,应设计成能够满足进行无损检测所要求的型式。 5.2.5 焊缝布置应符合下列要求: a) 锅壳(筒体壁厚不相等的除外)和炉胆上相邻两筒节的纵向焊缝,以及封头、管板、炉胆顶或 下脚圈的拼接焊缝与相邻筒节的纵向
15、焊缝, 都不应彼此相连。 其焊缝中心线间距离 (外圆弧长) 至少为较厚钢板厚度的 3 倍,且不小于 100 mm。 b) 锅炉受热面管子(异种钢接头除外)以及管道直段上,对接焊缝中心线间的距离L应满足表 1 的要求。当锅炉结构难以满足表 1 要求时,对接焊缝的热影响区不应重合,且L50 mm。 表1 对接焊缝中心线间的距离L 外径 o D / mm o D 159 o D 159 对接焊缝中心线间的距离L / mm L2 o D L300 c) 锅炉受热面管子(异种钢接头除外)以及管道上, 每根管子全长的拼接焊缝总数 N 应不超过表 2 的规定。 表2 管子拼接焊缝数量 管子全长L / m L
16、2 2L5 5L10 10L15 L15 N 不应拼接 1 2 3 4 d) 每根(排)蛇形管全长平均每 4 m 允许有一条拼接焊缝,拼接管子的长度不宜小于 2500 mm, 最短长度不小于 500 mm。 e) 锅炉受热面管子及管道对接焊缝位置应满足以下规定: GB/T 16508.3XXXX 4 1) 受热面管子及管道(盘管及成型管件除外)对接焊缝应位于管子直段上; 2) 受热面管子的对接焊缝中心线至锅筒(锅壳)及集箱外壁、管子弯曲起点、管子支吊架边 缘的距离至少为 50 mm, 对于额定工作压力大于或等于 3.8 MPa 的锅炉该距离至少为70 mm, 对于管道该距离应不小于 100 m
17、m。 f) 受压元件主要焊缝及其邻近区域应避免焊接附件。 如果不能够避免, 则焊接附件的焊缝可穿过 主要焊缝,而不应在主要焊缝及其邻近区域终止。 g) 胀接管孔不应布置在锅壳筒体的纵向焊缝上,也尽量避免布置在环向焊缝上。 h) 集中下降管的管孔不应开在焊缝上,其他焊接管孔亦应避免开在焊缝及其热影响区上。 i) 对于名义内径大于 1800 mm 的锅壳,每节筒体纵向拼接焊缝应不多于 3 条;名义内径不大于 1800 mm 的锅壳及炉胆,每节筒体纵向拼接焊缝应不多于两条。每节筒体纵向焊缝间外圆弧长 应不小于 300mm。 j) 筒体拼接时,锅壳、炉胆任一筒节长度应不小于 300 mm,集箱筒体任一
18、筒节长度应不小于 500 mm。 k) 名义内径大于 2200 mm 的管板和封头的拼接焊缝不应多于两条,名义内径不大于 2200 mm 的管 板和封头的拼接焊缝应不多于 1 条。 l) 封头的拼接焊缝离封头中心线的距离应不大于封头名义内径的 30 ,且不应通过扳边人孔, 也不应布置在人孔扳边圆弧上。 m) 平管板的整条拼接焊缝不应布置在扳边圆弧上,且不应通过扳边孔。 n) 拱型管板拼接焊缝与平直部分和凸形部分相交线的距离不应超过当量内径的 30 (中心线按 边缘烟管管排中心线算起)。 o) 下脚圈的拼接焊缝应径向布置,两焊缝中心线间的最短外圆弧长应不小于 300 mm。 5.2.6 锅壳内径
19、大于 1000 mm 时,应在筒体或封头(管板)上开设人孔;由于结构限制导致人员无法 进入锅炉时,可只开设头孔;对锅壳内布置有烟管的锅炉,人孔和头孔的布置应兼顾锅壳上部和下部的 检修需求;锅壳内径为 800 mm1000 mm 的锅壳锅炉,至少应在筒体或封头(管板)上开设一个头孔; 立式锅壳锅炉(电加热锅炉除外)下部开设的手孔数量应满足清理和检验的需要,其数量应不少于 3 个。 5.2.7 奥氏体不锈钢元件不应直接焊接或螺纹连接到铁素体集箱和管子上。 5.3 腐蚀裕量 腐蚀裕量应根据如下要求进行确定: a) 对于 20 mm 的元件以及平直部件,取 C10 mm; b) 对于 20 mm 的元
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