水管锅炉讲义

1就目前而言，强度计算标准掌握到以下程度即可：锅筒筒体、集箱筒体、封头厚度计算，单孔补强计算。进行这些计算需要掌握的知识主要有：1、厚度（84页）：名义厚度、设计厚度、计算厚度、有效厚度2、厚度附加量(98页)：腐蚀裕量、制造减薄量、钢材厚度负偏差3、压力（79页）：额定压力、工作压力、计算压力、工质流动阻力、液柱静压力、设计附加压力4、钢材许用应力的修正系数（76页）5、计算壁温（77页）6、开孔补强条件（93页）7、孔的补强结构（92页）8、相邻两孔的临界节距（81页）9、未补强孔最大允许直径（91页）10减弱系数（80页）：对接焊缝减弱系数、纵向、横向、斜向孔桥减弱系数、最小减弱系数11、筒体厚度计算公式适用范围（85页）12、不绝热筒体最大允许厚度（103页）2一、锅筒筒体厚度计算1、名义厚度δ：即图样标注厚度，由设计厚度向上圆整至钢材标准规格的厚度。即名义厚度≥设计厚度，例如：设计厚度为16.5，名义厚度取为18。可采购到的锅炉钢板厚度一般为偶数，个别有奇数，如25mm。2、设计厚度：Ctdct：计算厚度，mmC：厚度附加量，mm，C=C1+C2+C3C1：腐蚀裕量，一般情况取为0.5mm。δ＞20mm时，取C1=0C2：制造减薄量，按附录C中的表C.1选取。按卷筒时的热卷和冷卷不同工艺选取，我厂目前产品采用冷卷冷校，制造减薄量取为0。C3：钢材厚度负偏差，取钢板标准规定的厚度负偏差。按GB/T709《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，规定为0.3mm。一般情况下，C=0.5+0+0.3=0.8mm3、计算厚度：pPDitmin2P：计算压力，MPaDi：筒体内径，mmmin：最小减弱系数：许用应力，MPa3.1计算压力：P=P0+△PaP0：工作压力，MPa△Pa：设计附加压力，MPa33.1.1工作压力：P0=Pr+△Pf+△Ph3.1.1.1锅炉额定压力Pr，MPa，锅炉铭牌上标注的额定工作压力。3.1.1.2工质流动阻力△Pf，MPa，锅筒与锅炉出口之间的压力降。饱和蒸汽锅炉由于锅炉出口也在锅筒，因此对饱和蒸汽锅炉来说，工质流动阻力为0。过热蒸汽锅炉，铭牌上标注的额定工作压力是指过热器出口集箱压力，在确定锅筒工作压力时，应加上锅筒与过热器出口集箱之间的压差，一般取10%的额定压力。热水锅炉铭牌上标注的额定工作压力是指出水压力。在确定锅筒工作压力时，对于从锅筒进水的强制循环热水锅炉而言，应加上锅筒与出水集箱之间压力差，其值按水阻力计算确定。3.1.1.3液柱静压力△Ph，MPa，锅筒底部液柱静压。小于等于3%（Pr+△Pf+△Pa）时，液柱静压力不计。除了双锅筒锅炉的下锅筒外，锅筒一般位于锅炉最高位置，因此液柱静压都不计。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，计算锅筒工作压力。P0=Pr+△Pf+△Ph=1.25+0+0=1.25例题2：额定压力1.25MPa的过热蒸汽锅炉，计算锅筒工作压力。P0=Pr+△Pf+△Ph=1.25+0.1×1.25+0=1.3753.1.2设计附加压力，MPa，是考虑安全阀整定压力即开启压力，在工作压力之上附加的压力。安全阀的整定压力不能是工作压力，4必须比工作压力高一些，才能保证锅炉在工作压力下运行，否则安全阀在工作压力下就开启了。因此锅筒的计算压力应考虑在安全阀开启时，压力超出工作压力的部分。安全阀数量一般为2个，符合规定条件可装1个。安全阀整定压力，规定值见GB/T16507.7表2和表3，表2适用蒸汽锅炉，按额定压力分3档，给出整定值。表3适用热水锅炉，只1种整定值。注意表中的工作压力是安全阀装置地点的工作压力。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，确定安全阀整定压力。2只安全阀都装在锅筒上，前例已计算P0=1.25查GB/T16507.7表2，整定压力最低值为1.04×1.25=1.3，最高值为1.06×1.25=1.325例题2：额定压力1.25MPa的过热蒸汽锅炉，确定安全阀整定压力。2只安全阀1只装在锅筒上，1只装在过热器出口集箱上。锅筒上的安全阀按较高整定压力调整，前例已计算P0=1.375查GB/T16507.7表2，整定压力为：1.06×1.375=1.46过热器上的安全阀按较低整定压力调整，P0=Pr+△Pf+△Ph=1.25+0+0=1.25查GB/T16507.7表2整定压力为：1.04×1.25=1.3例题3：额定压力1.25MPa的自然循环热水锅炉，确定安全阀整定压力。52只安全阀都装在锅筒上，P0=Pr+△Pf+△Ph=1.25+0+0=1.25查GB/T16507.7表3，整定压力最低值为1.10×1.25=1.375＞1.25+0.07=1.32；最高值为1.12×1.25=1.4＞1.25+0.1=1.35设计附加压力△Pa确定方法有2种：第1种方法：安全阀整定压力（较低值）与工作压力之差。第2种方法：按附录B的表B.1选取。表中，蒸汽锅炉按额定压力分3档给出△Pa，热水锅炉统一为0.1MPa。例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，确定锅筒计算压力。前例已计算P0=1.25前例已计算安全阀整定压力较低值为：1.3△Pa=1.3-1.25=0.05P=P0+△Pa=1.25+0.05=1.33.2许用应力：为GB/T16507.2表2《锅炉常用钢板的许用应力》相应材料的选取值与表1修正系数η的乘积。GB/T16507.2表2《锅炉常用钢板的许用应力》，按钢板牌号、厚度、温度列出许用应力值。表1按锅筒工作条件和烟气温度，给出修正系数η值。当查GB/T16507.2表2时，需首先确定锅筒的计算壁温。锅筒除了不受热外，一般情况下，计算壁温既不是工质温度，也不是烟气温度，高于工质温度低于烟气温度，其值由锅筒工作条件决定。确定计算壁温有2种方法，计算和查表。可按表2《锅筒计算壁温td》选取。表中按锅筒工作条件列出了计算方法，tm为锅筒的平均6工质温度，对蒸汽锅炉取计算压力下的工质饱和温度，对热水锅炉取出口水温。例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒不绝热，在600～900℃的对流烟道内，名义厚度18mm，材料Q245R，确定许用应力。计算压力p，前例已计算，p=1.3MPa查《干饱和蒸汽以及饱和线上的水的比容和焓》表，该表按压力列出了饱和温度、饱和水的比容、饱和蒸汽比容、饱和水焓、饱和蒸汽焓、汽化潜热。是我们经常使用的表。注意表中的压力值是绝对压力，计算时的工作压力是表压，要加0.1变成绝对压力。P=1.4MPats=195.04查表2，td=tm+50=195.04+50=245.04查GB/T16507.2表2，许用应力112.29MPa（内插法确定）查表1，η=0.9=0.9×112.29=101.06MPa3.3最小减弱系数min：取纵向焊缝减弱系数、孔桥减弱系数中的最小值。3.3.1纵向焊缝减弱系数w：根据焊缝形式及无损检测比例，按表5选取。焊缝减弱系数只考虑纵向焊缝，不考虑环向焊缝。这是因为作用于环向焊缝上的是轴向应力，σz=4pD；作用于纵向焊缝上的是环向应力，2pD。可以看出，环向应力是轴向应力的2倍。因此，只考虑纵向焊缝对锅筒强度的减弱。73.3.2孔桥减弱系数：锅筒上一般都有成排的开孔，相邻两孔构成孔桥。开孔使材料截面积减小，筒体强度减弱。孔桥减弱系数即表示筒体强度的减弱程度。计算相孔桥减弱系数的条件：邻两孔直径均小于、等于未补强孔最大允许直径，且两孔的节距（纵向、横向、斜向）小于相邻两孔的临界节距时，开孔按孔桥处理，计算孔桥减弱系数。如果相邻两孔节距大于等于临界节距时，可视作单孔；如果相邻两孔中有一孔大于最大允许直径，该孔按单孔补强，补强后按无孔处理；如果相邻两孔均大于最大允许直径，则不能按本标准计算。孔桥减弱系数有纵向、横向、斜向之分，计算按表6。3.3.2.1纵向孔桥减弱系数：sdsaeS：纵向节距，mm。dae：相邻两孔平均当量孔径，mm。221ededdaed1e：第1孔的当量孔径，mm。d2e：第2孔的当量孔径，mm。当量孔径按表7计算，我厂产品都是径向开孔，当量孔径等于开孔直径。3.3.2.2横向孔桥减弱系数：sdsae2S＇：横向节距，mm，取筒体平均直径圆周上的弧长。3.3.2.3斜向孔桥减弱系数：sdsKae8S〞：斜向节距，mm，取筒体平均直径圆周上的弧长。K：斜向孔桥的换算系数，22175.011nKabnb：斜向孔桥两孔间在筒体轴线方向上的距离。a：斜向孔桥两孔间在筒体平均直径圆周上的弧长。3.3.3未补强孔最大允许直径［d］：锅筒上开孔大小有相应的规定，超过一定孔径的开孔需采取补强措施，如用接管、垫板补强，未补强孔最大允许直径［d］，按以下公式确定。311.8kDdeiδe：有效厚度，mm，δe=δ-Ck：筒体结构特性系数，eippDk2当［d］＞200mm时，取［d］=200mm。即锅筒上未补强的孔，最大不能超过200mm。3.3.4相邻两孔的临界节距：按以下公式计算：iaecDds2例题：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒内径900mm，不绝热，在600～900℃的对流烟道内，名义厚度18mm，材料Q245R，焊接采用双面坡口自动焊，100%无损探伤，孔排开孔直径52mm,纵向节距97mm，横向节距72.1mm（按筒体平均直径计算），计算最小减弱系数。9由前例计算已知：P=1.3MPaC=0.8mm[σ]=101.06MPaδe=δ-C=18-0.8=17.2eippDk2=2.173.106.10129003.1=0.34＜0.4开孔不需补强dae=25252=52s=221.7297=120.86iaecDds2=1818900252=309.1S、S＇、S〞均小于Sc，按孔桥处理纵向孔桥减弱系数：46.0975297sdsae横向孔桥减弱系数：56.01.72521.7222sdsae35.11.7297abn22175.011nK=05.135.1175.01122斜向孔桥减弱系数：sdsKae=60.086.1205286.12005.1查表5，w=1.0最小减弱系数取焊缝减弱系数、纵向孔桥、横向孔桥、斜向孔桥减弱系数中最小值：min=0.464、筒体厚度计算公式适用范围：按表10，筒体厚度计算公式适用的βt≤1.30ittD/21之所以要对公式适用范围做出限定，是因为筒体厚度计算公式的10推导，是假设筒体是薄壁圆筒，即环向应力沿壁厚均匀分布而且径向应力为零。实际上，锅筒筒体环向应力和径向应力沿壁厚分布都不均匀，环向应力内壁最大，径向应力内壁最小。itD/越大，即βt越大，锅筒筒体内壁实际应力状态比薄壁圆筒越危险。因此应用厚度计算公式时，对βt做出了限定。5、不绝热筒体最大允许厚度额定压力≤2.5MPa的锅筒可以采用不绝热结构，其厚度不应大于表16的规定值。表16按工作条件分2档，对最大允许厚度做出了规定。锅筒筒体受火焰或烟气加热时，筒体内壁产生环向热应力，它与内压力产生的内壁环向应力相叠加，有可能达到不允许的程度，即产生低周疲劳。热应力随筒体厚度增大而增大，为防止低周疲劳产生，对不绝热筒体厚度做出了限制。例题1：额定压力1.25MPa的饱和蒸汽锅炉，锅筒内径900mm，不绝热，在600～900℃的对流烟道内，名义厚度18mm，材料Q245R，焊接采用双面坡口自动焊，100%无损探伤，孔排开孔直径52mm,纵向节距97mm，横向节距72.1mm（按筒体平均直径计算），校核其强度。由前例已计算：P=1.3MPaC=0.8mm[σ]=101.06MPamin=0.46pPDitmin2=3.106.10146.0290