水管鍋爐講義

1、就目前而言，強度計算標準掌握到以下程度即可：鍋筒筒體、集箱筒體、封頭厚度計算，單孔補強計算。進行這些計算需要掌握的知識主要有：1、厚度（84頁）：名義厚度、設計厚度、計算厚度、有效厚度2、厚度附加量(98頁)：腐蝕裕量、制造減薄量、鋼材厚度負偏差3、壓力（79頁）：額定壓力、工作壓力、計算壓力、工質流動阻力、液柱靜壓力、設計附加壓力4、鋼材許用應力的修正系數(shù)（76頁）5、計算壁溫（77頁）6、開孔補強條件（93頁）7、孔的補強結構（92頁）8、相鄰兩孔的臨界節(jié)距（81頁）9、未補強孔最大允許直徑（91頁）10減弱系數(shù)（80頁）：對接焊縫減弱系數(shù)、縱向、橫向、斜向孔橋減弱系數(shù)、最小減弱系數(shù)11、

2、筒體厚度計算公式適用范圍（85頁）12、不絕熱筒體最大允許厚度（103頁）一、鍋筒筒體厚度計算1、名義厚度：即圖樣標注厚度，由設計厚度向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度。即名義厚度設計厚度，例如：設計厚度為16.5，名義厚度取為18?？刹少彽降腻仩t鋼板厚度一般為偶數(shù)，個別有奇數(shù)，如25mm。2、設計厚度： ：計算厚度，mmC：厚度附加量，mm，C = C1+ C2+ C3C1：腐蝕裕量，一般情況取為0.5mm。20mm時，取C1=0C2：制造減薄量，按附錄C中的表C.1選取。按卷筒時的熱卷和冷卷不同工藝選取，我廠目前產(chǎn)品采用冷卷冷校，制造減薄量取為0。C3：鋼材厚度負偏差，取鋼板標準規(guī)定的厚度負偏差

3、。按GB/T709熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差，規(guī)定為0.3 mm。一般情況下，C = 0.5+0+0.3 = 0. 8mm3、計算厚度： P：計算壓力，MPaDi：筒體內(nèi)徑，mm：最小減弱系數(shù)：許用應力，MPa3.1計算壓力：P =P0 +PaP0：工作壓力，MPaPa：設計附加壓力，MPa3.1.1工作壓力：P0 = Pr+Pf+Ph3.1.1.1鍋爐額定壓力Pr，MPa，鍋爐銘牌上標注的額定工作壓力。3.1.1.2工質流動阻力Pf，MPa，鍋筒與鍋爐出口之間的壓力降。飽和蒸汽鍋爐由于鍋爐出口也在鍋筒，因此對飽和蒸汽鍋爐來說，工質流動阻力為0。過熱蒸汽鍋爐，銘牌上標注的額定工

4、作壓力是指過熱器出口集箱壓力，在確定鍋筒工作壓力時，應加上鍋筒與過熱器出口集箱之間的壓差，一般取10%的額定壓力。熱水鍋爐銘牌上標注的額定工作壓力是指出水壓力。在確定鍋筒工作壓力時，對于從鍋筒進水的強制循環(huán)熱水鍋爐而言，應加上鍋筒與出水集箱之間壓力差，其值按水阻力計算確定。3.1.1.3液柱靜壓力Ph，MPa，鍋筒底部液柱靜壓。小于等于3%（Pr+Pf+Pa）時，液柱靜壓力不計。除了雙鍋筒鍋爐的下鍋筒外，鍋筒一般位于鍋爐最高位置，因此液柱靜壓都不計。例題1：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，計算鍋筒工作壓力。P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0+0=1.25 例題2：額定壓力1.25

5、MPa的過熱蒸汽鍋爐，計算鍋筒工作壓力。P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0.11.25+0=1.375 3.1.2設計附加壓力，MPa，是考慮安全閥整定壓力即開啟壓力，在工作壓力之上附加的壓力。安全閥的整定壓力不能是工作壓力，必須比工作壓力高一些，才能保證鍋爐在工作壓力下運行，否則安全閥在工作壓力下就開啟了。因此鍋筒的計算壓力應考慮在安全閥開啟時，壓力超出工作壓力的部分。安全閥數(shù)量一般為2個，符合規(guī)定條件可裝1個。安全閥整定壓力，規(guī)定值見GB/T16507.7表2和表3，表2適用蒸汽鍋爐，按額定壓力分3檔，給出整定值。表3適用熱水鍋爐，只1種整定值。注意表中的工作壓力是安全閥裝置地點的

6、工作壓力。例題1：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，確定安全閥整定壓力。2只安全閥都裝在鍋筒上，前例已計算P0 = 1.25 查GB/T16507.7表2，整定壓力最低值為1.041.25 =1.3，最高值為1.061.25 =1.325例題2：額定壓力1.25MPa的過熱蒸汽鍋爐，確定安全閥整定壓力。2只安全閥1只裝在鍋筒上，1只裝在過熱器出口集箱上。鍋筒上的安全閥按較高整定壓力調(diào)整，前例已計算P0 =1.375查GB/T16507.7表2，整定壓力為：1.061.375=1.46過熱器上的安全閥按較低整定壓力調(diào)整，P0 = Pr+Pf+ Ph=1.25+0+0=1.25查GB/T165

7、07.7表2整定壓力為：1.041.25 =1.3例題3：額定壓力1.25MPa的自然循環(huán)熱水鍋爐，確定安全閥整定壓力。2只安全閥都裝在鍋筒上，P0 = Pr+Pf+Ph=1.25 +0+0=1.25 查GB/T16507.7表3，整定壓力最低值為1.101.25 =1.3751.25+0.07=1.32；最高值為1.121.25 =1.41.25+0.1=1.35設計附加壓力Pa確定方法有2種：第1種方法：安全閥整定壓力（較低值）與工作壓力之差。第2種方法：按附錄B的表B.1選取。表中，蒸汽鍋爐按額定壓力分3檔給出Pa，熱水鍋爐統(tǒng)一為0.1MPa。例題：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，

8、確定鍋筒計算壓力。前例已計算 P0 = 1.25 前例已計算安全閥整定壓力較低值為：1.3Pa=1.3 -1.25 =0.05 P =P0 +Pa=1.25+0.05=1.33.2許用應力：為GB/T16507.2表2鍋爐常用鋼板的許用應力相應材料的選取值與表1修正系數(shù)的乘積。GB/T16507.2表2鍋爐常用鋼板的許用應力，按鋼板牌號、厚度、溫度列出許用應力值。表1按鍋筒工作條件和煙氣溫度，給出修正系數(shù)值。當查GB/T16507.2表2時，需首先確定鍋筒的計算壁溫。鍋筒除了不受熱外，一般情況下，計算壁溫既不是工質溫度，也不是煙氣溫度，高于工質溫度低于煙氣溫度，其值由鍋筒工作條件決定。確定計算

9、壁溫有2種方法，計算和查表。可按表2鍋筒計算壁溫td選取。表中按鍋筒工作條件列出了計算方法，tm為鍋筒的平均工質溫度，對蒸汽鍋爐取計算壓力下的工質飽和溫度，對熱水鍋爐取出口水溫。例題：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，鍋筒不絕熱，在600900的對流煙道內(nèi)，名義厚度18 mm，材料Q245R，確定許用應力。計算壓力p，前例已計算，p=1.3MPa查干飽和蒸汽以及飽和線上的水的比容和焓表，該表按壓力列出了飽和溫度、飽和水的比容、飽和蒸汽比容、飽和水焓、飽和蒸汽焓、汽化潛熱。是我們經(jīng)常使用的表。注意表中的壓力值是絕對壓力，計算時的工作壓力是表壓，要加0.1變成絕對壓力。P =1.4MPa ts

10、=195.04查表2，td = tm +50 =195.04 + 50 = 245.04查GB/T16507.2表2，許用應力112.29MPa（內(nèi)插法確定）查表1，=0.9 =0.9112.29=101.06 MPa3.3最小減弱系數(shù)：取縱向焊縫減弱系數(shù)、孔橋減弱系數(shù)中的最小值。3.3.1縱向焊縫減弱系數(shù)：根據(jù)焊縫形式及無損檢測比例，按表5選取。焊縫減弱系數(shù)只考慮縱向焊縫，不考慮環(huán)向焊縫。這是因為作用于環(huán)向焊縫上的是軸向應力，z=；作用于縱向焊縫上的是環(huán)向應力，?？梢钥闯觯h(huán)向應力是軸向應力的2倍。因此，只考慮縱向焊縫對鍋筒強度的減弱。3.3.2孔橋減弱系數(shù)：鍋筒上一般都有成排的開孔，相鄰兩

11、孔構成孔橋。開孔使材料截面積減小，筒體強度減弱。孔橋減弱系數(shù)即表示筒體強度的減弱程度。計算相孔橋減弱系數(shù)的條件：鄰兩孔直徑均小于、等于未補強孔最大允許直徑，且兩孔的節(jié)距（縱向、橫向、斜向）小于相鄰兩孔的臨界節(jié)距時，開孔按孔橋處理，計算孔橋減弱系數(shù)。如果相鄰兩孔節(jié)距大于等于臨界節(jié)距時，可視作單孔；如果相鄰兩孔中有一孔大于最大允許直徑，該孔按單孔補強，補強后按無孔處理；如果相鄰兩孔均大于最大允許直徑，則不能按本標準計算?？讟驕p弱系數(shù)有縱向、橫向、斜向之分，計算按表6。3.3.2.1縱向孔橋減弱系數(shù)：S：縱向節(jié)距，mm。dae：相鄰兩孔平均當量孔徑，mm。d1e：第1孔的當量孔徑，mm。d2e：第2

12、孔的當量孔徑，mm。當量孔徑按表7計算，我廠產(chǎn)品都是徑向開孔，當量孔徑等于開孔直徑。3.3.2.2橫向孔橋減弱系數(shù)：S：橫向節(jié)距，mm，取筒體平均直徑圓周上的弧長。3.3.2.3斜向孔橋減弱系數(shù)：S：斜向節(jié)距，mm，取筒體平均直徑圓周上的弧長。K：斜向孔橋的換算系數(shù)， b：斜向孔橋兩孔間在筒體軸線方向上的距離。a：斜向孔橋兩孔間在筒體平均直徑圓周上的弧長。3.3.3未補強孔最大允許直徑d：鍋筒上開孔大小有相應的規(guī)定，超過一定孔徑的開孔需采取補強措施，如用接管、墊板補強，未補強孔最大允許直徑d，按以下公式確定。e：有效厚度，mm，e=- Ck：筒體結構特性系數(shù)，當d200mm時，取d=200mm

13、。即鍋筒上未補強的孔，最大不能超過200mm。3.3.4相鄰兩孔的臨界節(jié)距：按以下公式計算：例題：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，鍋筒內(nèi)徑900mm，不絕熱，在600900的對流煙道內(nèi)，名義厚度18 mm，材料Q245R，焊接采用雙面坡口自動焊，100%無損探傷，孔排開孔直徑52mm,縱向節(jié)距97mm，橫向節(jié)距72.1mm（按筒體平均直徑計算），計算最小減弱系數(shù)。由前例計算已知：P=1.3MPa C=0.8mm =101.06MPae=-C=18-0.8=17.2=0.340.4開孔不需補強dae=52=120.86=309.1S、S、S均小于Sc，按孔橋處理縱向孔橋減弱系數(shù)：橫向孔橋減

14、弱系數(shù)：=斜向孔橋減弱系數(shù)：=查表5，=1.0最小減弱系數(shù)取焊縫減弱系數(shù)、縱向孔橋、橫向孔橋、斜向孔橋減弱系數(shù)中最小值：=0.464、筒體厚度計算公式適用范圍：按表10，筒體厚度計算公式適用的t1.30之所以要對公式適用范圍做出限定，是因為筒體厚度計算公式的推導，是假設筒體是薄壁圓筒，即環(huán)向應力沿壁厚均勻分布而且徑向應力為零。實際上，鍋筒筒體環(huán)向應力和徑向應力沿壁厚分布都不均勻，環(huán)向應力內(nèi)壁最大，徑向應力內(nèi)壁最小。越大，即t越大，鍋筒筒體內(nèi)壁實際應力狀態(tài)比薄壁圓筒越危險。因此應用厚度計算公式時，對t做出了限定。5、不絕熱筒體最大允許厚度額定壓力2.5MPa的鍋筒可以采用不絕熱結構，其厚度不應大

15、于表16的規(guī)定值。表16按工作條件分2檔，對最大允許厚度做出了規(guī)定。鍋筒筒體受火焰或煙氣加熱時，筒體內(nèi)壁產(chǎn)生環(huán)向熱應力，它與內(nèi)壓力產(chǎn)生的內(nèi)壁環(huán)向應力相疊加，有可能達到不允許的程度，即產(chǎn)生低周疲勞。熱應力隨筒體厚度增大而增大，為防止低周疲勞產(chǎn)生，對不絕熱筒體厚度做出了限制。例題1：額定壓力1.25MPa的飽和蒸汽鍋爐，鍋筒內(nèi)徑900mm，不絕熱，在600900的對流煙道內(nèi)，名義厚度18 mm，材料Q245R，焊接采用雙面坡口自動焊，100%無損探傷，孔排開孔直徑52mm,縱向節(jié)距97mm，橫向節(jié)距72.1mm（按筒體平均直徑計算），校核其強度。由前例已計算：P=1.3MPa C=0.8mm =1

16、01.06MPa=0.46 =12.76=12.76+0.8=13.56 =18dc=13.56 強度滿足=1+212.76/900=1.0281.30 滿足厚度計算公式使用范圍例題2、校核我公司生產(chǎn)的SZS201.6/260Q蒸汽鍋爐的上鍋筒強度。計算參見總圖和上鍋筒圖。Pr=1.6Pf=0.11.6=0.16Ph=0P0 = Pr+Pf+Ph=1.6+0.16+0=1.76查附錄B表B.1，Pa=0.06 P0=0.061.76=0.11P= P0+Pa=1.76+0.11=1.87按絕對壓力1.97查干飽和蒸汽以及飽和線上的水的比容和焓表，飽和溫度為211.6 由總圖可知鍋筒不絕熱，在爐

17、膛內(nèi)煙溫900，查表2，td = tm +90 =211.6 + 90 =301.6由上鍋筒圖可知，上鍋筒材質為Q345R=20，查GB/T16507.2表2，溫度301.6，許用應力142.68按煙溫600，查表1，=0.9=0.9142.68=128.41C1=0.5查附錄C表C.1，冷卷冷校，C2=0查GB/T709熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差，C3=0.3C = C1+ C2+ C3=0.5+0+0.3=0.8e=-C=20-0.8=19.2由上鍋筒圖可知,Di=1200=0.46=187.69主汽閥開孔d=221d ，需要補強，其它開孔均不需補強。孔橋1：=91 =91

18、縱向孔橋=403.41S=800Sc，不需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋2：=161 =58斜向孔橋=b=82.5 a=266.2=278.69，需計算孔橋減弱系數(shù)=1.63=0.99孔橋3：=161 =161橫向孔橋=161+=473.41S=266.2+266.2=532.4sc，不需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋4：=161 =52/44凹座孔斜向孔橋h=1 d2e=44.4=415.11b=166 a=532.4=557.68sc，不需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋5：=52/44 =52/44凹座孔縱向孔橋前已計算，d1e=d2e=44.4=44.4+=356.81s=95sc，需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋6：=52/

19、44 =52/44凹座孔橫向孔橋前已計算356.81S=106.4sc，需計算孔橋減弱系數(shù)=1.161，取=1孔橋7：=52/44 =52/44凹座孔斜向孔橋前已計算，356.81b=95 a=106.4=142.64，需計算孔橋減弱系數(shù)= =1.31=0.90孔橋8：= =52縱向孔橋=52+=364.41s=95sc，需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋9：= =52橫向孔橋前已計算，364.41=95.82，需計算孔橋減弱系數(shù)=0.91孔橋10：= =52斜向孔橋前已計算，364.41b=95 a=95.82=134.93，需計算孔橋減弱系數(shù)= =1.27=0.78孔橋11：d1=110 d2=66非

20、徑向孔斜向孔橋b=450 a=366.7 =34.44，不需計算孔橋減弱系數(shù)對接焊縫減弱系數(shù)查表5，單面坡口焊縫，100%無損檢測，取對接焊縫減弱系數(shù)、縱向、橫向、斜向孔橋減弱系數(shù)中最小值，0.46 =1+219.26/1200=1.031.30，滿足厚度計算公式使用范圍二、集箱筒體厚度計算1、名義厚度：即圖樣標注厚度，由設計厚度向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度。即名義厚度設計厚度，例如：設計厚度為9.5，名義厚度取為10。集箱筒體制造材料是鋼管，可采購到的鍋爐鋼管厚度偶數(shù)奇數(shù)都有，偶數(shù)為多。2、設計厚度： ：計算厚度，mmC：厚度附加量，mm，C = C1+ C2+ C3C1：腐蝕裕量，一般情況

21、取為0.5mm。C2：制造減薄量，按附錄C選取。直集箱筒體制造減薄量取為0。C3： 或者 m：鋼管厚度負偏差的百分比值，%，可查GB3087低中壓鍋爐用無縫鋼管標準。從我公司進料情況看，一般外徑108mm，是冷拔管，查表3，外徑108mm，是熱軋管，查表2。表2按鋼管外徑和管子壁厚與外徑比值，分4檔給出了偏差值。表3按管子壁厚分2檔給出了偏差值。 例題：集箱采用2198的鋼管，材質為20 GB3087確定其厚度附加量C。C1=0.5 C2=0 按熱軋管，查GB3087表2，S/D =0.040.05 m=15% C3 =8 =1.2 C = C1+ C2+ C3= 0.5+ 0 + 1.2 =

22、 1.73、計算厚度： 與鍋筒計算公式不同之處在于鍋筒筒體直徑是按內(nèi)徑，而集箱筒體直徑是按外徑計算，相應分母由減號變成加號。3.1計算壓力：P =P0 +Pa3.1.1工作壓力按以下公式計算：P0 = Pr+Pf+Ph3.1.1.1鍋爐額定壓力Pr，MPa，鍋爐銘牌上標注的額定工作壓力。3.1.1.2工質流動阻力Pf，MPa，集箱與鍋爐出口之間的壓力降。其確定原則與鍋筒相同。3.1.1.3液柱靜壓力Ph，MPa，集箱底部液柱靜壓。小于等于3%（Pr+Pf+Pa）時，液柱靜壓力不計。上集箱與鍋筒相同，位置較高，液柱靜壓力不計，下集箱位置較低，一般需計算液柱靜壓。3.1.2設計附加壓力的確定設計附

23、加壓力Pa，確定方法與鍋筒相同。3.2許用應力：為GB/T16507.2表5鍋爐常用鋼管的許用應力相應材料的選取值與表1修正系數(shù)的乘積。GB/T16507.2表5鍋爐常用鋼管的許用應力，按鋼管牌號、厚度或熱處理狀態(tài)、溫度列出許用應力值。表1按集箱工作條件和煙氣溫度，給出修正系數(shù)值。當查GB/T16507.2表5時，需首先確定集箱的計算壁溫，可按表3集箱和防焦箱計算壁溫td選取。表3與鍋筒計算壁溫表2有所不同，表2是按鍋筒工作條件查取，表3除了按集箱工作條件外，還要按集箱內(nèi)部工質查取。對工質為水或汽水混合物的集箱，tm為集箱的平均工質溫度。tm視具體情況而定，對蒸汽鍋爐來說，除了省煤器集箱，其它

24、集箱的tm都是飽和溫度，省煤器集箱的tm應是給水或出水溫度。對熱水鍋爐來說，集箱的tm根據(jù)具體情況確定。對工質為飽和蒸汽的集箱，為計算壓力對應的飽和溫度。對工質為過熱蒸汽的集箱，tm為過熱蒸汽平均溫度，X為工質混合系數(shù)，一般取為0.5，t為溫度偏差，取t10。不受熱過熱蒸汽集箱取Xt10。3.3最小減弱系數(shù)：取縱向焊縫減弱系數(shù)、孔橋減弱系數(shù)中的最小值。3.3.1縱向焊縫減弱系數(shù)：集箱一般采用鋼管，無縱向焊縫，取=13.3.2孔橋減弱系數(shù)：相鄰兩孔直徑均小于、等于未補強孔最大允許直徑，且兩孔的節(jié)距（縱向、橫向、斜向）小于相鄰兩孔的臨界節(jié)距時，開孔按孔橋處理，計算孔橋減弱系數(shù)。計算方法與鍋筒相同。

25、3.3.3未補強孔最大允許直徑d：集箱筒體上開孔大小有相應的規(guī)定，超過一定孔徑的開孔需采取補強措施，未補強孔最大允許直徑d，按圖4或以下公式確定。，注意公式中用的是內(nèi)徑。e：有效厚度，mm，e=- Ck：集箱筒體結構特性系數(shù)，與鍋筒筒體結構特性系數(shù)計算公式有所不同，當d200mm時，取d=200mm。3.3.4相鄰兩孔的臨界節(jié)距：按以下公式計算：，注意公式中用的是內(nèi)徑。如果兩孔節(jié)距大于、等于臨界節(jié)距，可不考慮孔橋的減弱，按孤立的單孔處理。4、筒體厚度計算公式適用范圍：表10分2檔給出厚度計算公式適用的t值，分別為t1.50和t2.00。對于內(nèi)部工質為水、汽水混合物、飽和蒸汽的集箱，t1.50。

26、對于內(nèi)部工質為過熱蒸汽的集箱，t2.00。計算公式與鍋筒計算公式不同，5、不絕熱筒體最大允許厚度2.5MPa的不絕熱集箱筒體厚度不應大于表17規(guī)定值。表17按煙氣溫度分2檔，對最大允許厚度做出了規(guī)定。2.5MPa的不絕熱集箱筒體厚度不應大于表18規(guī)定值。同樣，表18按煙氣溫度分2檔，對最大允許厚度做出了規(guī)定。（標準該處有印刷錯誤）例題：校核我公司生產(chǎn)的SZS201.6/260Q蒸汽鍋爐的過熱器出口集箱強度。計算參見總圖和過熱器出口集箱圖。Pr=1.6Pf=0Ph=0P0 = Pr+Pf+Ph=1.6+0+0=1.6查附錄B表B.1，Pa=0.06 P0=0.061.6=0.096P= P0+P

27、a=1.6+0.096=1.70按絕對壓力1.80查干飽和蒸汽以及飽和線上的水的比容和焓表，飽和溫度為207.10 由總圖可知集箱不受熱，tm=260查表3，取Xt=10td = tm + Xt =260+ 10 =270由集箱圖可知，集箱材質為20GB3087 =8，查GB/T16507.2表5，溫度270，許用應力107.4按不受熱，查表1，=1=1107.4=107.4C1=0.5查附錄C，C.2.4條，直集箱筒體，C2=0查GB3087低中壓鍋爐用無縫鋼管，按D=273 S=8 熱軋管S/D =0.0290.05 m=15% C3 =8 =1.2 C = C1+ C2+ C3= 0.5+ 0 + 1.2 = 1.7e=-C=8-1.7=6.3=0.330.4，開孔不需補強孔橋1：=202 =25.5縱向孔橋=S=300Sc 不需計算孔橋減弱系數(shù)孔橋2：=25.5 =91縱向孔橋=S=