第7章(完)锅炉受压元件强度计算
锅炉受压元件按ASME规范要求的强度计算简介(一)
下简 称英 制 ） 或Ｓ Ｉ 单 位制 （ 以下 简称 公制 ） ： 如 果是 地 区性 通 用 单位 制 ， 则 其 换算 系 数 需 要 授权 检 验 师认 可 。 英 制和 公 制 单位 的转 换
等 效值 和换算 系 数参照 ＡＳ ＭＥ — Ｉ 规范 《 非 强 制 性 附 录 Ａ》 中 的 Ａ 一 ３ ９ ２和 Ａ． ３ ９ ３ 。 例 如 在
１ 前 言
下兼顾 经济 性 （ 制造 成本 ） 的要 求 。
本文 根 据 ＡＳ ＭＥ规范 第 １ 卷２ ０ １ ５版对
大 多 数 锅 炉 出 口产 品要 求采 用 ＡＳ ＭＥ 锅 炉 及 压 力 容器 规 范 （ Ａ Ｓ ＭＥ Ｂ Ｐ Ｖ Ｃ）进 行 设计、 制造 和检验。 从２ ０ １ ５年 开 始 ， 每 两 年 出版 新 版 的 ＡＳ ＭＥ规 范 ， 新 签 订 的 合 同 需 要 按 新 版 规 范 执 行 。Ａ Ｓ ＭＥ锅 炉 及 压 力 容 器规范 （ ＡＳ ＭＥ Ｂ Ｐ ＶＣ）对 锅 炉 本 体 、 锅 炉外 部 管 道和 接 头 具 有 全 部 管 辖 权 （ 见 图 Ｐ Ｇ． ５ ８ － ３ ． １ ） 。 锅 炉 本 体 受 压 元 件 主 要 包 括 受 热面 管 子 、 集箱、 锅 筒和 锅 炉 本体 管 道 ， 应 按 ＡＳ ＭＥ规 范 第 １ 卷 《 动 力 锅 炉建 造 规 则 》【 １ （ 以下简称 ＡＳ ＭＥ ． Ｉ 规 范 ）进 行建 造 ； 锅 炉
个公式， 其结果都是 设 计计 算 法 。 下 面通 过
一
个 例 子 来说 明两种 方 法 的计 算 过程 。 假 设
不考 虑 单 孔补 强 和 多孔 补 强 ， 对 于承 受 内压
的圆 筒形 元 件 中的锅 筒 筒 体 ， 使用公式 Ｐ Ｇ 一
蒸汽锅炉安全技术监察规程(劳部发﹝1996﹞276号)
关于颁发《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的通知劳部发﹝1996﹞276号各省、自治区、直辖市劳动（劳动人事）厅（局）、国务院有关部委、直属机构，高检院，高法院，解放军总后勤部，新疆生产建设兵团：随着我国国民经济的发展、科学技术的进步和管理水平的提高，我国锅炉行业从设计制造到使用运行水平都发生了较大变化。
因此，原劳动人事部颁布的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（劳人锅﹝1987﹞4号）已不能适应当前安全技术检查的需要。
为此，我们广泛调研、征求意见的基础上，对原规程进行了全面修订。
现将新修订的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》印发给你们，请从1997年1月1日起执行，原《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（劳人锅﹝1987﹞4号）同时废止。
我部已有规定若与新规程不一致，一律以新规程为准。
各级劳动部门及有关单位要组织有关人员认真学习和贯彻执行新规程。
执行中有何问题，请及时告我部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局。
劳动部一九九六年八月十九蒸汽锅炉安全技术监察规程第一章总则第1条为了确保锅炉安全运行，保护人身安全，促进国民经济的发展，根据《锅炉压力容器安全监察暂行条例》的有关规定，制定本规程。
第2条本规程适用于承压的以水为介质的固定式蒸汽锅炉及锅炉范围内管道的设计、制造、安装，使用;检验、修理和改造。
改造。
汽水两用锅炉除应符合本规程的规定外，还应符合《热水锅炉安全技术监察规程)的有关规定。
本规程不适用于水容量小于30L的固定式承压蒸汽锅炉和原子能锅炉。
第3条各有关单位及其主管部门必须执行本规程的规定。
县级以上各级人民政府劳动行政部门负责锅炉安全监察工作。
各级劳动行政部门锅炉压力容器安全监察机构(劳动行政部门锅炉压力容器安全监察机构以下简称安全监察机构)负责监督本规程的执行。
第4条本规程的规定是锅炉安全管理和安全技术方面的基本要求。
有关技术标准的要求如果与本规程的规定不符时，应以本规程为准。
第5条进口固定式蒸汽锅炉或国内生产企业(含外商投资企业)引进国外技术按照国外标准生产且在国内使用的固定式蒸汽锅炉，也应符合本规程的基本要求。
锅炉受压元件强度计算书
1.04
23
斜向孔桥当量减弱系 数
φC
/
kφ″=1.04×0.71
0.74
24
焊缝减弱系数
φh
∕
表5
1.0
25
最小减弱系数
φmin
/
φ、φH、φhφC中的最小值
0.74
26
筒壳理论厚度
tL
mm
5.3
27
腐蚀减薄附厚度
C1
mm
按4.4.1条
0.5
28
钢板下偏差的附加厚 度
C2
mm
按GB713—1997中3.1条和3.2条
受压元件强度计算书
编号：
编制：
审核：
xx
xx
根据
GB/T16508-1996
强度计算书
共7页第1页
计算依据
1、安全阀计算按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》
2、强度计算按GB/T16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》
计算书目录
1、锅炉规范
2、筒壳强度计算
3、管板强度计算
4、集箱强度计算
5、安全阀排放能力计算
kg
/
按规表7—1
1.0
6
入口蒸汽比容修正系数
k
/
k= kpkg
1
7
安全阀理论
排放量
E
kg/h
E=0.235A(10.2P+1)k
2570.5
=0.235×1295.1×(10.2×0.73+1)×1
8
锅炉最大连续
蒸发量
Dmax
kg/h
1.1D=1.1×2000
2200
9
水管锅炉受压元件强度计算2013版
《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。
• 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 1 钢 20、20g 号 用于蒸汽管道 425 ℃ 用于受热面管道 450 ℃ 备 注
2
3 4 5 6 7 8
15MoG、16Mo
12CrMoG、 15CrMoG 10CrMo910 12Cr2MoWVTiB X20CrMoV121 1Cr18Ni9Ti T91、P91
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。
• 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)。
2.与强度计算有关的参数
• 理论计算壁厚基本公式：
PDn L 2 min [ ] 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 η ―修正系数 MPa
GB T 16507 16508宣贯解析
三、标准的主要变化
2、增加了“结构设计”要求： 1）锅炉受压元件、部件的结构应按GB/T 16507.3
进行设计，支承式和悬吊式锅炉钢结构的设计应当符 合GB/T 22395的要求，设计时应符合下列基本要求： a）各部分在运行时应当能够按照设计预定方向自 由膨胀； b）锅炉蒸发系统应当能够保证锅炉在设计负荷变 化范围内水动力特性的稳定可靠性，保证所有受热 面都应当得到可靠的冷却。受热面布置时，应当合 理地分配工质流量，尽量减小热偏差； c）凡属非受热面的元件，壁温可能超过该元件所 用材料的许用温度时，应当采用冷却或绝热措施；
GB/T16507《水管锅炉》 GB/T16508《锅壳锅炉》 学习与交流
郑州锅炉股份有限公司 贾金岭
主 要 内 容 一、标准修订背景 二、标准的修订原则
三、标准内容的变化
一、标准修订背景
两个标准颁布之前，中国锅炉行业在设计、制造、 检验安装等方面主要依据是《锅规》、原机械部标准等 一）《锅规》的历史演变 最早的锅炉规程是原劳动部1960年颁布的60版《蒸 汽锅炉安全规程》，基本上是前苏联规程翻版。 1965年原劳动部颁布了65版《蒸汽锅炉安全监察规 程》。 1980年国家劳动总局颁布了80版《蒸汽锅炉安全监 察规程》。 1983年劳动人事部颁布了83版《热水锅炉安全监察 床层 规程》。 1987年劳动人事部颁布了87版《蒸汽锅炉安全技术 监察规程》。 1991年劳动部颁布了91版《热水锅炉安全技术监察 规程》。
一、标准修订背景
二）机械部标准 1978年改革开放之前，特别是“文革”之前，有关锅 炉的专业技术标准非常少，到1983年由国家机械工业部颁 布修订了锅炉系列专业技术标准。 该系列专业技术标准于1993年进行了修订，就是大家 熟悉的JB/T16xx-1993系列标准。 三）GB/T16507-1996《固定式锅炉建造规程》 1、改革开放后，我国经济高速发展，与世界各国的 经济贸易往来日益频繁，标准化工作面临着新的机遇和严 峻挑战，在国际贸易和市场经济的推动下，并受到美国 床层 ASME标准的影响和启发，我国锅炉大规范的指导思想逐步 形成，广大工程技术人员也希望有一部中国锅炉大规范。 从1989年开始，到1996年12月，我国第一部锅炉大规 范GB/T16507-1996《固定式锅炉建造规程》颁布实施。
锅炉设计基础
锅炉设计基础
b.集中下降管的管孔不得开在焊缝上。其 他焊接管孔亦应避免开在焊缝上及其热 影响区。如不能避免时，在管孔周围 60mm(若管孔直径大于60mm，则取孔径 值)范围内的焊缝经射线或超声波探伤合 格，并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣， 管接头焊后经热处理消除应力的情况下， 方可在焊缝上及热影响区开孔。
– 1.扶梯和平台的布置应保证操作人员能顺利通向需 要经常
– 2.扶梯和平台应防滑，平台应有防火设施。 – 3.扶梯、平台和需要操作及检查的炉顶周围，都应
有铅直高度不小于1000mm的栏杆、扶手和高度不 小于80mm的挡脚板。 – 4.扶梯的倾斜角度以45°- 50°为宜。如布置上有困 难时，倾斜角度可以适当增大。
（14）装有可分式铸铁省煤器的锅炉， 宜采用旁路烟道或其他有效措施，同时 应装设旁通水路。装有不可分式省煤器 的锅炉，应装设再循环管或采取其他措 施防止锅炉启动点火时省煤器烧坏;
锅炉设计基础
（15）膜式水冷壁鳍片与管子材料的膨 胀系数应相近，鳍片宽度应保证鳍片各 部分在锅炉运行中的温度不超过所用材 的许用温度;
锅炉设计基础
锅炉设计基础
一、概述 1、锅炉设计的几个主要方面 （ 1 ）锅炉结构设计 （ 2 ）锅炉燃烧系统设计 （ 3 ）锅炉燃烧计算 （ 4 ）锅炉热力计算 （ 5 ）管壁温度计算 （ 6 ）锅炉强度计算 （ 7 ）锅炉水动力计算（含流动阻力计算） （ 8 ）锅炉空气动力计算
膛的空气量均大于理论空气量，其比值称为 过量空气系数。一般取1.2左右，根据燃料特 性选取。
R041劳动部关于印发《修订后的〈热水锅炉安全技术监察规程〉有关章节》的通知
【标题】劳动部关于印发《修订后的〈热水锅炉安全技术监察规程〉有关章节》的通知【颁布单位】劳动部【颁布日期】 19970314【实施日期】 19970314【文号】劳部发(1997)74号【题注】【章名】通知各省、自治区、直辖市劳动（劳动人事）厅（局）。
《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（劳部发〔１９９６〕２７６号，以下简称《蒸规》）已于１９９７年１月１日开始执行，为使《热水锅炉安全技术监察规程》（劳锅字〔１９９１〕８号，以下简称《水规》）与《蒸规》在安全技术要求上协调一致，我们对《水规》有关章节进行了相应的修订，现将修订后的《水规》的有关章节印发给你们，请结合《水规》的其他章节一并执行。
执行中有何问题，请及时告我部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局。
【名称】修订后的《热水锅炉安全技术监察规程》有关章节【题注】【章名】第一章总则一、《热水锅炉安全技术监察规程》适用范围包括电加热热水锅炉和锅炉范围内管道。
二、进口固定式热水锅炉或国内生产企业（含外商投资企业）引进国外技术，按照国外标准生产且在国内使用的固定式热水锅炉，也应符合本规程的基本要求。
特殊情况如与本规程基本要求不符时，应事先征得劳动部锅炉压力容器安全监察机构同意。
【章名】第二章一般要求锅炉安装质量的分段验收和水压试验，由锅炉安装单位和使用单位共同进行。
总体验收时，除锅炉安装单位和使用单位外，一般还应有劳动部门锅炉压力容器安全监察机构派员参加。
【章名】第三章材料用于锅炉的主要材料如锅炉钢板、锅炉钢管和焊接材料等，锅炉制造厂应按有关规定进行入厂验收，合格后才能使用。
用于额定热功率小于或等于４．２ＭＷ且额定出水温度小于１２０℃锅炉的主要材料如原始质量证明书齐全，且材料标记清晰、齐全时，可免于复验。
对于质量稳定并取得劳动部锅炉压力容器安全监察机构产品安全质量认可的材料，可免于复验。
否则，不能免于复验。
【章名】第四章钢制锅炉的结构一、受压元件上开胀接管孔应符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第５１条的规定。
锅炉远程培训习题答案水管锅炉、锅壳锅炉标准
下载文档后，选择整篇文档，将字体颜色改为黑色或红色，部分答案就会显示！！切记！！一、单选题【本题型共92道题】1.燃烧器点火火焰点燃的安全时间，即（），允许点火燃料控制阀处于开启状态的最长时间。
rA.无点火火焰形成时rB.着火后rC稳燃后rD.点火器打开后正确答案：[A]2.机械损伤深度大于管壁厚度负偏差时，应进行焊补和修磨。
不应采用机械损伤深度大于管壁厚度（）的管子。
rA.1/2rB.1/3rC.1/4rD.1/5正确答案：[B]3.某型号为XG-75/3.82-M锅炉锅筒，其选材较为合理的为（）。
B.20rA.Q235BC．Q245RD.15CrMoR正确答案：[C]4.下列哪种情况不能只装设一个安全阀。
（）rA.额定蒸发量小于或等于0.5t/h的蒸汽锅炉；rB.额定蒸发量小于4t/h且装设有可靠的超压联锁保护装置的蒸汽锅炉；rC.额定热功率小于或等于2.8MW的热水锅炉；rD.额定热功率小于或等于2.8MW的有机热载体锅炉。
正确答案：[D]5.直流蒸汽锅炉过热器系统安全阀最高整定压力不高于（）倍安装位置过热器工作压力。
rA.1.0rB.1.04rC.1.06rD.1.1正确答案：[D]6.烟管与管板装配时，对于与600℃以上的烟气接触的管板，焊接连接的烟管和拉撑管应采取消除管板与管孔壁的间隙，且管子超出其与管板连接焊缝的长度应符合下列规定：当烟温大于600℃时，不应大于（）mm；rA.1.0rB.1.5rC.3D.5正确答案：[]7.请查表，采用Q235B材料制作锅壳筒体，其最高运行工作压力为（）MPa。
rA.0.8rB. 1.0rC. 1.6rD. 3.8正确答案：[C]8.进行强度计算时，确定一个承压部件的计算压力主要包括（）。
rA.工作压力rB.流动阻力rC.水柱静压力rD.以上都是正确答案：[D]9.锅炉某部件管子，采用①51x4管子进行弯管后，经测量其弯头最大外径为55,最小外径为45,请计算其椭圆度（）。
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； 考虑元件型式和工作条件后的修正 j
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
7.1.2计算壁温
确定
j
依据，取最高温处内外壁平均温度
tbi≮250℃
7.1.3计算压力：表压MPa
P Pg Pa；Pa 0.0（2 Pe1.27MPa）orPa 0.04P（e Pe 1.27~3.82MPa） Pg Pe Pz Psz
2
受压元件的应力分析
max
1
3
2
2
未减弱圆筒形元件强度计算公式：
S wl
PDn
2
P
; or
S wl
PDw
2
P
应力分析
切向应力
2σ1lS PDnl
；
1
PDn 2S
MPa
轴向应力
2Dn
S
P
4
Dn2
；
2
PDn 4S
MPa
横向 、' 纵向 、斜向 d
焊缝减弱 h
取值 min , 2 ',d ,h min
强度计算公式
锅筒
SL
PDn
2min
P
管子和集箱
SL
PDw
2min
P
取用壁厚
S Smin SL C
2019/11/24
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
第三强度理论：材料发生塑性流动或剪断破坏时，是由
于载荷在任意一点(最危险点)的最大剪切应力 到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值。
max 达
许用剪应力 [ ] 与单向拉伸的许用拉应力 关系为：
强度条件为：max
件不失效的能力
锅炉的工作条件：高温、高压、腐蚀、磨损 承受的载荷：介质压力、附加荷载、温度应力、工艺应力 锅炉受压元件可能的失效形式：
低周（塑性）疲劳破坏：机械应力和热应力→焊缝，水垢 高周（弹性）疲劳破坏：交变热应力→汽水分界面
塑性破坏：超压 蠕变破坏：高温条件下，变形随时间不断增加的现象 苛性脆化：晶间腐蚀、腐蚀沿着金属晶粒的边界进行 结构失稳： 应力松弛：法兰连接、胀接，随时间应力减少的现象 腐蚀破坏
2 P
Sy ；s 0.4加强
单孔的加强
等截面积加强原则 F1 F2 F3 F4 F
F1 起加强作用的焊缝面积mm2 F2 起加强作用的管接头多余面积mm2 F3 起加强作用的垫板面积mm2 F4 起加强作用的筒体多余面积mm2 加强所需面积的2/3布置在离孔边1/4孔径的范围内
第7章 锅炉受压元件强度计算 本章主要内容
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定 §7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算 §7-3 承受内压力的封头强度计算 §7-4 孔的加强计算
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第7章 锅炉受压元件强度计算
概述
强度的定义：在规定的寿命内，在正常的运行条件下，受压元
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
减弱系数：在无减弱情况下将许用应力打个折扣
焊缝减弱h ：对焊接工艺的不信任程度，与焊接方法、
工艺、坡口形式、残余应力有关 孔桥减弱：
无减弱判定 t0 d pj 2 (Dn S)S
横向 '、纵向 、斜向 d
取值 min min, 2 ',d ,h
径向应力
内壁： 3max P
外壁： 3 min 0
3 3max
3min
2
P 2
分析
1 ， 2 均为拉应力， 3 为压应力
1 2 2 ，且 1 2 3
1 ,
量。
2为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大， 3 为常
§7-3 承受内压力的封头强度计算
凸形封头
计算公式
理论壁厚：S L
PDnY
2 P
封头系数：Y
1 6
2
Dn 2hn
2
取用壁厚：S Smin SL C
附加壁厚：C C1 C2
开孔要求
§7-3 承受内压力的封头强度计算
F S0
d d
Sy
安全系数提高
壁厚增大
介
质
压 力 引 起 的 应 力
疲 劳 寿 命 增 长
下
降
高
均
温
匀
磨
蠕
磨
损
变
损
寿
寿
寿
命
命
命
延
增
增
长
长
长
有利因素
温
度
受
压
元
工
件
艺
构
加
架
大
钢
耗
增
加
应 力 增 加 热 疲 劳 寿 命 缩 短
不利因素
一般情况下安全性上升，有时会下降
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
取用壁厚 应用条件
S
Smin
Swl
C
PDw
2
P
C;P
Dw ; 1.2、 1.5、 2.0
2 Sy
Dw Sy
Dn
被减弱的圆筒形元件的强度计算
孔桥减弱
无减弱判定 t0 dpj 2 (Dn S)S
根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
基本概念
7.1.1许用应力与安全系数
要求：屈服极限（强度极限）、蠕变极限（持久极限） 蠕变：高温恒压、塑变↑
持久强度：在规定时间内（105h）不发生蠕变破裂的最大应力
我国强度指标
计算温度时的屈服极限σs‘
圆形平端盖
理论计算壁厚：SLmin KDn
P
取用壁厚：S1 SLmin
2
最高计算压力： P
S1 KDn
2019/11/24
§7-4孔的加强
单孔加强
未加强孔的最大开孔直径
3
d 8.13 DnSy 1s
；s
PDn
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§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
强度计算公式
max
;
2
受力分析：σ1、σ2 、σ3
第三强度理论：对于像低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验
时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件 在横截面上的正应力就是材料的屈服极限，而在试件斜截面上的最 大剪应力(即45°斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半
第7章 锅炉受压元件强度计算
锅炉强度计算的目的：安全性和经济性的最优化问题
标准：
《水管锅炉受压元件强度计算》（GB9222）
《锅壳锅炉受压元件强度计算》（GB/T16508） 确保锅炉安全可靠运行的措施
根据国家或有关法规，对现有锅炉进行受压元件的检测及 强度校核计算；
根据强度计算结果及经济性，合理的选用材质计合理的壁 厚；
常温（20℃）的抗拉强度σb‘
计算温度时的持久强度
t D
安全系数：材料本身的强度特性与实际元件真实的强度特性间的差
异（裕度），ns=1.5、 ns=2.7、 nD=1.5
基本许用应力： 许用应力
j
nsst
、
t b
nb
、
t D
nD
min
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§7-4 孔的加强
孔桥的加强
管接头加强允许的最小孔桥减弱系数
最大允许当量直径
4 3
w
纵向孔桥：d d
1 t
横向孔桥：d d
1
2
t
斜向孔桥：d d
1
K
t
加强原则
F1
F2
附加壁厚：C=C1+C2
腐蚀减薄C1=0.5mm C2=负偏差+工艺减薄量
壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
附加壁厚C=C1+C2 腐蚀减薄C1=0.5mm C2负偏差+工艺减薄量 对于锅筒：壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
2019/11/24