孫軍

（哈爾濱哈鍋鍋爐工程技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

1 概述

美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）《鍋爐及壓力容器規(guī)范》，是全世界公認(rèn)的最具權(quán)威的國(guó)際規(guī)范，其內(nèi)容豐富、全面，體系具體、嚴(yán)密，受到世界各國(guó)的重視，成為最可靠的動(dòng)力鍋爐和壓力容器設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的依據(jù)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)發(fā)電設(shè)備的裝機(jī)容量正以較快的速度在逐年遞增。我國(guó)引進(jìn)國(guó)外的鍋爐技術(shù)也越來(lái)越多。這就要求科技人員掌握和貫徹ASME規(guī)范?，F(xiàn)對(duì)ASME規(guī)范第I卷規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)受內(nèi)壓的圓筒型元件的強(qiáng)度計(jì)算一般方法和基本要求進(jìn)行分析。

2 承受內(nèi)壓的圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算

2.1 計(jì)算公式

2.1.1 管子外徑 D≤125mm

管子最小需要壁厚按下式計(jì)算：

管子最高允許工作壓力按下式計(jì)算：

2.1.2 管子外徑 D＞125mm的管道、集箱和鍋筒（根據(jù)強(qiáng)度最小的筒節(jié)）

管道、集箱和鍋筒最小需要壁厚按下式計(jì)算：

管道、集箱和鍋筒最高允許工作壓力按下式計(jì)算：

其中：t：最小需要壁厚 mm；P：最高允許工作壓力MPa；D：圓筒外徑mm；R：圓筒半徑mm；E：減弱系數(shù)；e：脹接管端部處的厚度因子；S：在金屬設(shè)計(jì)溫度下的最大許用應(yīng)力MPa；C：考慮螺紋加工和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最小裕量mm；y：溫度系數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)壓力

元件的設(shè)計(jì)壓力ASME標(biāo)準(zhǔn)第Ⅰ卷沒(méi)有做出具體規(guī)定，應(yīng)由制造廠、工程設(shè)計(jì)人員或用戶根據(jù)第Ⅰ卷中規(guī)定的許用壓力、設(shè)計(jì)規(guī)則和尺寸確定。

引進(jìn)美國(guó)CE公司的300MW、600WM鍋爐的設(shè)計(jì)壓力確定如下（僅供參考）：（1）汽包的設(shè)計(jì)壓力要高于汽包的最大工作壓力的1.05倍，汽包的最大工作壓力取鍋爐出口壓力加上過(guò)熱器系統(tǒng)的壓力降。（2）過(guò)熱器系統(tǒng)的管子、集箱的設(shè)計(jì)壓力均取汽包壓力。（3）再熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力要高于最大再熱器入口壓力的1.12倍。（4）省煤器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力等于汽包設(shè)計(jì)壓力加省煤器壓力降和靜水壓力。（5）集中下水管系統(tǒng)中管道和集箱的設(shè)計(jì)壓力等于汽包設(shè)計(jì)壓力加汽水壓力加相應(yīng)的循環(huán)泵壓頭。（6）水冷壁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力取汽包壓力。

溫度系數(shù)y表

2.3 設(shè)計(jì)溫度

用于選取許用應(yīng)力值所依據(jù)的元件設(shè)計(jì)溫度不得低于元件殼壁所預(yù)期的最高平均壁溫。

引進(jìn)美國(guó)CE公司的300MW、600WM鍋爐的設(shè)計(jì)壓力確定如下（僅供參考）：（1）末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器出口集箱的設(shè)計(jì)溫度取預(yù)期的平均蒸汽溫度加16.7℃，末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器管道的設(shè)計(jì)溫度取預(yù)期的平均蒸汽溫度加5.6℃。（2）中間過(guò)熱器和再熱器的入口和出口集箱、中間過(guò)熱器和再熱器管道的設(shè)計(jì)溫度取預(yù)期的平均蒸汽溫度加11.1℃兩者中較大值，如果在控制載荷下預(yù)期的平均蒸汽溫度加11.1℃大于滿載荷時(shí)計(jì)算的設(shè)計(jì)溫度，則采用控制載荷的設(shè)計(jì)溫度。（3）飽和介質(zhì)集箱、省煤器集箱和它們的管道的設(shè)計(jì)溫度如果置于煙道外，則取設(shè)計(jì)壓力下的飽和溫度，但不得低于343℃，如果置于煙道內(nèi)，則取設(shè)計(jì)壓力下的飽和溫度加28℃，但不得低于371℃。（4）汽包的設(shè)計(jì)溫度取設(shè)計(jì)壓力下的飽和溫度加28℃。（5）對(duì)于火焰管屏區(qū)域的水冷壁管，設(shè)計(jì)溫度取飽和溫度加55.6℃，對(duì)于火焰管屏區(qū)以外的水冷壁管，設(shè)計(jì)溫度取飽和溫度加28℃。

2.4 附加厚度C

附加厚度C包括材料負(fù)公差、工藝減薄和腐蝕裕量，可以加在壁厚的外側(cè)、內(nèi)側(cè)或者內(nèi)外兩側(cè)。設(shè)計(jì)人員在使用這些公式時(shí)，有責(zé)任根據(jù)附件厚度所在的部位和大小選擇適宜的直徑或半徑。當(dāng)應(yīng)用以上公式中壓力或應(yīng)力有關(guān)的各項(xiàng)時(shí)，應(yīng)采用無(wú)附加壁厚或象限附加壁厚全部除去時(shí)具有的直徑或半徑和剩余壁厚。如果公稱管按行業(yè)習(xí)慣以其公稱壁厚訂貨，必須計(jì)入公稱管壁厚的偏差。

2.5 減弱系數(shù)E

對(duì)于無(wú)縫無(wú)孔橋減弱的圓筒或無(wú)孔橋減弱的焊接圓筒E=1,對(duì)于有孔橋減弱的圓筒按ASME標(biāo)準(zhǔn)第Ⅰ卷PG-52、PG-53進(jìn)行孔橋減弱系數(shù)計(jì)算，并取孔橋減弱系數(shù)中的最小值。

2.6 溫度系數(shù)y

2.7 脹接管端部處的厚度因子e

e=0.04（1.0）對(duì)于脹入管座的管子附加厚度的長(zhǎng)度至少等于管座長(zhǎng)度加1in（25mm），但對(duì)于管端長(zhǎng)度大于管座長(zhǎng)度加1in（25mm）的脹入管座的管子，若壁厚不小于下列數(shù)值，可取e=0：

對(duì)于外徑大于2in（50mm）和不大于3in（75mm）的管子，最小壁厚為0.120in（3.05mm）。

對(duì)于外徑大于3in（75mm）和不大于4in（100mm）的管子，最小壁厚為 0.135in（3.43mm）。

對(duì)于外徑大于4in（100mm）和不大于5in（125mm）的管子，最小壁厚為 0.150in（3.81mm）。

對(duì)采用承載焊縫焊接至集箱和鍋筒的管座e=0。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上分析ASME規(guī)范第I卷規(guī)定的受內(nèi)壓的圓筒型元件的強(qiáng)度計(jì)算一般方法和基本要求。

[1]陳建存.異性零部件設(shè)計(jì)計(jì)算[J].化工設(shè)備設(shè)計(jì)，1985.