GB_T 16507.4-2022 水管锅炉 第4部分：受压元件强度计算.docx

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1、Ics 27 . 060 . 30ccs J 98中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准GBT 16507 . 4 2022 代替 GBT16507 . 4 2013水管锅炉第 4部分：受压元件强度计算water-tubeboilerspart4：strengthcalculationofpressureparts2022-03-09发布2022-10-01实施国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发 布GBT 16507 . 4 2022目 次前言 引言 1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义 14 基本要求 25 许用应力 36 计算壁温 37 计算压力 58 减弱系数

2、69 元件厚度 1010 计算厚度 1111 开孔补强 1712 厚度附加量 2213 最高允许压力 2314 附加应力校核 2515 结构限制和要求 26附录 A（规范性） 锅筒低周疲劳寿命计算 33附录 B（规范性） 确定元件最高允许工作压力的试验和有限元分析验证法 40附录 C（规范性） 设计附加压力(狆a )取值 44附录 D（资料性） 工艺附加厚度取值 45附录 E（资料性） 开孔减弱截面的抗弯截面模量（Wx1 )的近似算法 47参考文献 49GBT 16507 . 4 2022前 言本文件按照 GB/T1 . 1 2020标准化工作导则 第 1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定

3、 起草。本文件为 GB/T16507水管锅炉的第 4部分。 GB/T16507已经发布了以下部分： 第 1部分：总则； 第 2部分：材料； 第 3部分：结构设计； 第 4部分：受压元件强度计算； 第 5部分：制造； 第 6部分：检验、试验和验收； 第 7部分：安全附件和仪表； 第 8部分：安装与运行。本文件代替 GB/T16507 . 4 2013水管锅炉 第 4部分：受压元件强度计算，与 GB/T16507 . 4 2013相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下： 更改了受压元件的范围，增加了启动（汽水）分离器（见第 1章，2013年版的第 1章）； 更改并增加了本部分用到的术语和

4、定义（见第 3章，2013年版的第 3章）； 更改了低周疲劳寿命计算的使用范围，允许启动（汽水）分离器参照使用（见 4 . 2,2013年版的 4 . 2); 增加了相邻温度之间的材料许用应力值用算术内插法确定和材料许用应力值应舍去小数点后 的数字的规定（见 5 . 2 . 1); 更改了确定计算压力的相关条款（见 7 . 3,2013年版的 7 . 3); 增加了凸形封头开孔补强计算规定（见 10 . 3 . 8、11 . 2、11 . 3 . 6、11 . 5 . 6、11 . 5 . 8); 增加了承受外压的凸形封头的计算方法（见 10 . 3 . 9); 增加了弯管或弯头和圆弧形集箱筒

5、体计算厚度公式的适用范围（见 10 . 6 . 5); 增加了开孔补强接管的焊缝高度规定（见 11 . 4 . 2、11 . 5 . 8); 更改了三通的尺寸要求（L1 、hmin 、r）、规格范围、结构要求（见 15 . 3 . 1215 . 3 . 28,2013年版的 16 . 3 . 1816 . 3 . 37); 删除了凸型封头人孔密封面切口部位径向最小剩余厚度的规定（见 2013年版的 16 . 3 . 11); 更改了“锅筒低周疲劳寿命计算”的内容（见附录 A,2013年版的附录 A); 更改了确定元件最高允许工作压力的验证法相关内容（见附录 B,2013年版的第 12章）。 请

6、注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。本文件起草单位：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、东方 电气集团东方锅炉股份有限公司、上海锅炉厂有限公司、北京巴布科克 威尔科克斯有限公司、武汉锅 炉股份有限公司、无锡华光环保能源集团股份有限公司、杭州锅炉集团股份有限公司、哈电发电设备国 家工程研究中心有限公司、四川川锅锅炉有限责任公司、济南锅炉集团有限公司、西安热工研究院有限 公司、中国特种设备检测研究院、江联重工集团股份有限公司。本文件主要起草人：李立人、王慧文

7、、张宇音、辛娜娜、骆声、许国华、朱清、林贞宇、赵伟民、王红方、 张强军、马红、钱林峰、吴祥鹏、盛建国、陈玮、毛荷芳、徐勇敏。GBT 16507 . 4 2022本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为： 1996年首次发布为 GB/T16507 1996; 2013年第 一 次修订时，将水管锅炉和锅壳锅炉内容分开，各由 8个部分组成，水管锅炉为 GB/T16507 . 1 201316507 . 8 2013水 管 锅 炉，锅 壳 锅 炉 为 GB/T 16508 . 1 2013 GB/T16508 . 8 2013锅壳锅炉，本文件为 GB/T16507 . 4 2013水管锅炉 第 4部分

8、：受 压元件强度计算，同时本文件部分代替 GB/T9222 2008水管锅炉受压元件强度计算(GB/T9222 2008的历次版本发布情况为：GB/T9222 1988); 本次为第二次修订。GBT 16507 . 4 2022引 言GB/T16507水管锅炉是全国锅炉压力容器标准化技术委员会（以下简称“委员会”）负责制修订 和归口的锅炉通用建造标准之一 。其制定遵循了国家颁布的锅炉安全法规所规定的安全基本要求，设 计准则、材料要求、制造检验技术要求、验收标准和安装要求均符合 TSG11锅炉安全技术规程的相应 规定。 GB/T16507为协调标准，满足 TSG11锅炉安全技术规程的基本要求，同

9、时也符合 TSG91 锅炉节能环保技术规程的要求。 GB/T16507旨在规范锅炉的设计、制造、检验、验收和安装，由 8个 部分构成。 第 1部分：总则。 目的在于确定水管锅炉范围界定、锅炉参数、建造规范以及节能和环保等建 造水管锅炉的通用技术要求。 第 2部分：材料。 目的在于确定水管锅炉受压元件和非受压元件、受力构件、锅炉钢结构和焊 接材料等的选材和用材要求。 第 3部分：结构设计。 目的在于确定水管锅炉结构设计的基本要求、焊接连接要求、开孔和各 元（部）件的具体设计要求。 第 4部分：受压元件强度计算。 目的在于确定水管锅炉受压元件的计算壁温、计算压力、许用 应力取值及强度设计计算方法。

10、 第 5部分：制造。 目的在于确定水管锅炉在制造过程中的标记、冷热加工成形、胀接、焊接和热 处理要求。 第 6部分：检验、试验和验收。 目的在于确定水管锅炉受压元件和与其直接连接的承受载荷的 非受压元件的检验、试验和验收要求。 第 7部分：安全附件和仪表。 目的在于确定水管锅炉安全附件和仪表的设置和选用要求。 第 8部分：安装与运行。 目的在于确定水管锅炉本体和锅炉范围内管道的安装、调试、质量验 收以及运行要求。由于 GB/T16507没有必要、也不可能囊括适用范围内锅炉建造和安装中的所有技术细节，因此， 在满足 TSG11锅炉安全技术规程所规定的基本安全要求的前提下，不禁止 GB/T1650

11、7中没有特别 提及的技术内容。GB/T16507不限制实际工程设计和建造中采用能够满足安全要求的先进技术方法。对于未经委员会书面授权或认可的其他机构对标准的宣贯或解释所产生的理解歧义和由此产生的 任何后果，本委员会将不承担任何责任。GBT 16507 . 4 2022水管锅炉第 4部分：受压元件强度计算1 范围本文件规定了水管锅炉受压元件强度计算的基本要求，许用应力、计算壁温、计算压力、减弱系数、 元件厚度、计算厚度、开孔补强、厚度附加量、最高允许压力的设计计算方法，附加应力校核以及结构限 制和要求，并规定了确定元件最高允许工作压力的试验和有限元分析验证方法。本文件适用于 GB/T16507

12、. 1界定的受压元件，包括锅筒筒体、启动（汽水）分离器筒体、集箱筒体、 管子、管道、弯管、弯头、圆弧形集箱筒体、凸形封头、平端盖及盖板和三通等元件。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T150 . 3 压力容器 第 3部分：设计GB/T16507 . 1 水管锅炉 第 1部分：总则GB/T16507 . 2 水管锅炉 第 2部分：材料GB/T16507 . 3 水管锅炉 第 3部分：结构设计GB/T16507 . 5

13、水管锅炉 第 5部分：制造GB/T16507 . 6 水管锅炉 第 6部分：检验、试验和验收GB/T16507 . 7 水管锅炉 第 7部分：安全附件和仪表GB/T16507 . 8 水管锅炉 第 8部分：安装与运行DL/T695 电站钢制对焊管件DL/T5366 发电厂汽水管道应力计算技术规程3 术语和定义GB/T16507 . 1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1腐蚀裕量 corrosionallowancethickness设计使用期内，元件考虑腐蚀减薄需要的附加厚度。3.2计算厚度 requiredthickness理论计算公式确定的受压元件厚度。注：必要时，计算厚度还计入其

14、他载荷所需厚度。3.3设计厚度 designthickness计算厚度与厚度附加量之和。1GBT 16507 . 4 20223.4名义厚度 nominalthickness设计厚度向上圆整至钢材标准规格的厚度。注： 即图样标注厚度。3.5有效厚度 effectivethickness名义厚度减去腐蚀裕量、钢材厚度下偏差和工艺附加厚度后的厚度。3.6厚度下偏差 lowertoleranceofthickness材料标准规定的厚度允许下偏差负值的绝对值。注：无负值取 0。3.7工艺附加厚度 processadditionalthickness元件在冲压、卷制或弯制过程中制造工艺所允许的材料厚度最

15、大减薄值。3.8最小需要厚度 minimum requiredthickness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。 3.9热挤压三通 hotextrusiontee用无缝钢管经多套模具热挤压成型的直型或鼓型三通。3 . 10直型三通 straighttee主流通道呈直线形的三通。注：通常支管直径不大于主管。3 . 11鼓型三通 drum tee主流通道呈鼓型的三通。注： 由等径直型三通主管段经锻缩而成，通常支管直径大于主管。3 . 12纵截面 verticalsection过主管回转轴线，且过主管平均直径圆弧面与接管或孔的回转轴线相交点的平面。 3 . 13

16、横截面 crosssection与主管回转轴线垂直，且过主管平均直径圆弧面与接管或孔的回转轴线相交点的平面。4 基本要求4 . 1 按 本 文 件 设 计 计 算 的 锅 炉 受 压 元 件，其 结 构、材 料、制 造、安 装、使 用、修 理 及 改 造，应 符 合 GB/T16507 . 1、GB/T 16507 . 2、GB/T 16507 . 3、GB/T 16507 . 5、GB/T 16507 . 6、GB/T 16507 . 7 和 GB/T16507 . 8的有关规定。4 . 2 用于调峰负荷等参数波动较大、或波动较频繁的机组的锅炉，其受压元件应进行疲劳强度校核。 锅筒的疲劳强度

17、校核按照附录 A进行计算，启动（汽水）分离器的疲劳强度校核也可按照附录 A进行 计算。2GBT 16507 . 4 20224 . 3 不满足本文件正文各章条规定适用条件或未列入本文件的特殊受压元件，按照附录 B确定元件的 最高允许工作压力。5 许用应力5 . 1 符号本章使用下列符号：qmax 元件承受的最大热流密度，单位为千瓦每平方米(kW/m2 ); 修正系数； 许用应力，单位为兆帕(MPa) 。5 . 2 许用应力的取用5 . 2 . 1 受压元件的材料许用应力(),应按 GB/T16507 . 2选取，处于所列计算温度之间的材料许用 应力值，由邻近计算温度的许用应力值，按算术内插法确

18、定，并应舍去小数。5 . 2 . 2 外壁受热的锅筒、集箱筒体、三通和等径叉形管的许用应力()应取材料许用应力值与表 1修 正系数()的乘积。表 1 修正系数工作条件烟温 600,或透过管束的辐射热流不大且筒体壁面不受烟气的强烈冲刷，或qmax 30kW/m20 . 95烟温 600 0 . 906 计算壁温6 . 1 符号本章使用下列符号：J 热流均流系数；pr 锅炉额定压力，单位为兆帕(MPa);qmax 元件外壁承受的最大热流密度，单位为千瓦每平方米(kW/m2 );tb 金属壁温，单位为摄氏度();ttttd 计算壁温，单位为摄氏度();i 金属内壁温度，单位为摄氏度();tm 工质额

19、定平均温度，单位为摄氏度();o 金属外壁温度，单位为摄氏度();s 计算压力对应的工质饱和温度（热水锅炉为出口水温），单位为摄氏度();t 温度偏差，单位为摄氏度();X 工质混合系数；h 内壁对工质的换热系数，单位为千瓦每平方米每摄氏度kW/(m2 ); 按名义厚度确定的外径与内径的比值； 圆筒体的名义厚度，单位为毫米(mm); 材料导热系数，单位为千瓦每米每摄氏度kW/(m )。3GBT 16507 . 4 20226 . 2 金属壁温4受压元件的各点金属壁温按照公式(1)计算：tb ti 十 to2( 1)6 . 3 元件计算壁温6 . 3 . 1 计算壁温（td )应取受压元件各点金

20、属壁温中的最大值。6 . 3 . 2 计算壁温（td ) 根据元件受热条件和结构特性由传热计算确定。 圆筒体计算壁温按照公式(2) 计算：td tm 十Jqmax ( 十 1 ) 十Xt ( 2)6 . 3 . 3 工质混合系数（X）：锅筒筒体取 0;管子取 1;集箱筒体取 0 . 5,当工质从端部进入时，取 0。6 . 3 . 4 集箱筒体和管子的 t取值不小于 10;不受热过热蒸汽集箱筒体的 Xt取值不小于 10 。6 . 3 . 5 锅筒筒体和集箱筒体的热流均流系数（J）取 1。6 . 3 . 6 锅筒的工质额定平均温度（tm )取计算压力下工质的饱和温度（热水锅炉为出口水温）。6 .

21、3 . 7 计算壁温（td )不计入锅炉出口过热蒸汽温度在设计允许范围内的波动值。6 . 3 . 8 封头、平端盖和三通等元件的计算壁温，参照相连筒体或管道（管子）确定。6 . 3 . 9 计算壁温（td )也可由表 2、表 3和表 4直接选取。表 2 锅筒和启动（汽水）分离器计算壁温单位为摄氏度受热条件元件位置取值不受热烟道外tm绝热烟道内tm +10炉膛内tm +40不绝热透过管束的辐射热流不大且筒体壁面不受烟气的强烈冲刷，或元件承受的热流密度 qmax 30kW/m2tm +20烟温 600的对流烟道内tm +30600烟温 900的对流烟道内tm +50烟温 900的对流烟道或炉膛内t

22、m +90注：对于外壁受热的锅筒，tm 指水空间温度。表 3 管子和管道的计算壁温单位为摄氏度元件条件取值沸腾管pr 13 . 7MPa及 qmax 407kW/m2ts +60省煤器管对流式省煤器tm +30辐射式省煤器tm +605表 3 管子和管道的计算壁温（续）GBT 16507 . 4 2022单位为摄氏度元件条件取值过热器管对流式过热器tm +50辐射式或半辐射式（屏式）过热器tm +100管道烟道外tm表 4 集箱和防焦集箱计算壁温单位为摄氏度内部工质工作条件取值水或汽水混合物不受热烟道外tm绝热烟道内tm +10不绝热烟温 600的对流烟道内tm +30600烟温 900的对流

23、烟道内tm +50烟温 900的对流烟道或炉膛内tm +110饱和蒸汽不受热烟道外ts绝热烟道内ts +25不绝热烟温 600的对流烟道内ts +40600烟温 900的对流烟道内ts +60过热蒸汽不受热烟道外tm +xt绝热烟道内tm +25+xt不绝热烟温 600的对流烟道内tm +40+xt600烟温 （ ）862 无缝钢管焊制三通的结构减弱系数（ ）按表 确定。GBT 16507 . 4 2022表 8 焊制三通结构减弱系数计算壁温结构参数补强型式t低于由持久 强度确定许 用应力的起 始温度1 . 051 . 10蝶式0 . 90pr 2 . 5MPa、1 . 051 . 10、Do

24、 273 mm厚度取公式(8)值的 2/31 . 10且 t 1 . 50蝶式0 . 90单筋0 . 80厚度按照公式(8)计算不低于由持 久强度确定 许用应力的 起始温度1 . 051 . 10蝶式按照公式(8)计算pr 2 . 5MPa、1 . 051 . 10、Do 273 mm厚度取公式(8)值的 2/31 . 101 . 25且 273mmDo 813 mm蝶式或单筋按照公式(8)计算1 . 101 . 25且 Do 273 mm蝶式或单筋0 . 701 . 25且 t 2 . 00厚度按照公式(8)计算1 . 25且 t 1 . 50蝶式或单筋0 . 708 . 7 等径叉形管结构

25、减弱系数等径叉形管的结构减弱系数(t )按表 9确定。表 9 等径叉形管结构减弱系数计算壁温t低于由持久强度确定许用应力的起始温度0 . 7等于或高于由持久强度确定许用应力的起始温度0 . 69 元件厚度9 . 1 符号本章使用下列符号：C 厚度附加量，单位为毫米(mm);C1 腐蚀裕量，单位为毫米(mm); 名义厚度，单位为毫米(mm);dc 设计厚度，单位为毫米(mm);e 有效厚度，单位为毫米(mm);min 最小需要厚度，单位为毫米(mm);t 计算厚度，单位为毫米(mm) 。9 . 2 最小需要厚度最小需要厚度按照公式(10)计算：min t 十C1 ( 10)10GBT 16507

26、 . 4 2022119 . 3 设计厚度设计厚度按照公式(11)计算：dc t 十C9 . 4 名义厚度名义厚度应符合公式(12)的规定：dc 9 . 5 有效厚度有效厚度按照公式(13)计算：e -C( 11)( 12)( 13)10 计算厚度10 . 1 符号本章使用下列符号：Dc 盖板的计算直径（椭圆时取短轴），单位为毫米(mm);Di 圆筒体、封头或三通主管内径，单位为毫米(mm);Do 圆筒体、弯管、弯头、圆弧形集箱筒体、封头、三通主管或等径叉形管外径，单位为毫米(mm); d 开孔直径，单位为毫米(mm);di 接管或三通支管内径，单位为毫米(mm);do 接管或三通支管外径，单

27、位为毫米(mm);di max 热挤压三通满足过渡区强度要求的支管最大允许内径，单位为毫米(mm); hi 封头内高度，单位为毫米(mm);hmin 三通支管最小高度，单位为毫米(mm);Kc 盖板结构特性系数；Kf 平端盖结构特性系数；Ki 弯管、弯头或圆弧形集箱筒体内弧形状系数；Ko 弯管、弯头或圆弧形集箱筒体外弧形状系数；Ks 凸形封头结构形状系数；L1 三通主管最小半长，单位为毫米(mm);l 平端盖直段部分的长度，单位为毫米(mm);p 计算压力，单位为兆帕(MPa);pr 锅炉额定压力，单位为兆帕(MPa);R 弯管、弯头或圆弧形集箱筒体中心线的曲率半径，或热挤压三通外壁肩部过渡半径，单 位为毫米(mm);R 不等厚圆筒体薄壁处内半径，单位为毫米(mm);R 不等厚圆筒体厚壁处内半径，单位为毫米(mm);r 平端盖或三通的过渡圆弧半径，单位为毫米(mm);yc 盖板形状系数；GBT 16507 . 4 2022 等径叉形管主管与接管中心轴线的夹角，单位为度();t 按计算厚度确定的外径与内径的比值； 圆筒体、焊制和锻制三通主管或凸形封头的名义厚度，单