GB/T 16508-1996 锅壳锅炉受压元件强度计算

ICS27.060.30

J98霭暴

中华人民共和国国家标准

Gs/T16508一1996

锅壳锅炉受压元件强度计算

Strengthcalculationofpressurepartsforshellboilers

1996一09一03发布1996一12一01实施

国家技术监督局发布

目次

1主题内容与适用范围···········”····“························”····················”···········…·…(1)

2引用标准········“························“····“·”···················”·····················”·······……(1)

3材料、许用应力和计算压力············“··”····················”···································……(1)

4承受内压力的圆筒形元件···”··”····················”··················”····”···················一(4)

5承受外压力的圆筒形炉胆、冲天管、烟管和其他元件··········································…·…(12)

6凸形封头、炉胆顶、半球形炉胆和凸形管板”·····················································……(22)

7有拉撑(加固)的平板和管板·············”·················································……(27)

8拉撑件和加固件·······”·················“··························································……(34)

9矩形集箱····························“·······························································”…(39)

10集箱端盖、内置孔盖·······················”·”····································”······……(43)

11下脚圈”·”·”············“·“··”······”················”·································“·“·…(46)

12孔和孔的加强“·“·“·······················“·································“······”·”·……(47)

附录A铸铁锅炉受压元件(补充件)····················“···”·················“······”·”·······……(56)

附录B例题(参考件)卜..”..”..·.”..·.”..·..·.·..·.“..“.·.”..·.”..·.”..·.”..·.”..·..·”...·.·..“.·..“.·..·.“.”..·.”..·.”..·..·.·(58)

附录C单位换算(参考件)”·”····“·“·”·”·”·”·”·········“·”·”··········“·“·”·”·············……(94)

中华人民共和国国家标准

GB/T16508一1996

锅壳锅炉受压元件强度计算

代替JB3622-84

Strengthcalculationofpressurepartsforshellboilers

主题内容与适用范围

1.1本标准规定了由低碳钢或低碳锰钢焊制的有烟管和(或)炉胆的固定式锅壳锅炉受压元件和铸铁

锅炉受压元件的强度计算方法与有关结构规定。

1.2本标准适用于额定蒸汽压力不大于2.5MPa的燕汽锅炉及额定出水压力不小于。.1MPa的热水

锅炉，但额定出水压力小于。1MPa的热水锅炉也可参照使用。

1.3锅炉的设计、制造、安装、使用、修理、改造应符合国家现行的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、热《水

锅炉安全技术监察规程》、有关锅炉制造技术条件及其他有关国家标准。

2引用标准

GB699优质碳素结构钢技术条件

GB709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差

GB711优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带

GB713锅炉用碳素钢和低合金钢钢板

GB1576低压锅炉水质标准

GB3087低中压锅炉用无缝钢管

GB3274碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带

GB8163输送流体用无缝钢管

GB9222水管锅炉受压元件强度计算

材料、许用应力和计算压力

!符号说明

本章所用符号的意义和单位如下:

ab—常温抗拉强度,MPa;

a.—常温屈服点，MPa;

a;—计算壁温时的屈服点，MPa;

SS—常温伸长率，%;

[。〕—许用应力，MPa;

叶I—基本许用应力，MPa;

11—基本许用应力修正系数;

tbi—计算壁温，℃;

t,—计算压力(绝对压力)下介质饱和温度或热水锅炉额定出水温度，℃;

国家技术监督局1996一09一03批准1996一12一01实施

Gs/T16508一1996

p—计算压力(表压),MPa;

P,-锅炉额定压力(表压),MPa;

Ap-附加压力，MPa;

Ap.—最大流量时计算元件至锅沪出口之间的压力降，MPa;

△丸:—计算元件所受水柱静压力，MPa;

Cpl—最高允许计算压力(表压),MPa;

EPI.锅炉出口处的最高允许工作压力，MPa,

3.2材料

3.2.1锅壳锅炉受压元件应采用符合有关国家标准或行业标准所规定的锅炉用低碳钢或低碳锰钢。

使用本标准未列入的上述材料中某些钢号时，应符合国家现行蒸《汽锅炉安全技术监察规程》和《热

水锅炉安全技术监察规程》的有关规定。

3.2.2用于制造受压元件的钢板应具有良好的塑性，其常温伸长率S。应不低于18Y..

3.3许用应力

3.3.1材料的许用应力按下式计算:

。〔〕=7/1.1,，’················”··············……(1)

3.3.2锅壳锅炉常用钢材的基本许用应力仁司;取表1所列值。对于表1未列出的但符合3.2要求的钢

材，基本许用应力[司」按下列公式计算，取两者较小值。

。〕〔，、2a.b7……。.。..……。·.·····……(2)

Call、1a.;5(3)

计算时，ab}a'取相应钢号的保证值;当缺乏保证值时，可用钢材抽样试验所得的。b.6.最小值乘以。.9

作为计算取用值，抽样试验应按有关标准进行。

如无o;数据，可根据。、的保证值，如无。保‘证值时，可根据钢材抽样试验所得。。的最小值乘以

0.9，利用表2列出的a;/ab比值换算出a;,

表1常用钢材基本许用应力司〔;MPa

GB/T16508一1996

注:①相邻计算壁温数值间的司〔j采用算术内插法确定。

②对于20g,16Mng钢板，当厚度大干16mm时，o-o.值按GB713确定，但司〔j仍按表中所列数值取用

表2低碳钢或低碳锰钢的o;/06最小值

计算壁温

250275300325350

℃

a;/ay最小值0.400.380.360.340.33

注:相邻两个数值间的d,/on采用算术内插法确定。

3.3.3基本许用应力修正系数I按表3确定。

表3基本许用应力修正系数，

元件型式及工作条件甲

承受内压力的锅壳筒体和集箱筒体

不受热(在烟道外或可靠绝热)1.00

受热(烟温簇6000C)0.95

受热(烟温>6000C)0.90

管子(管接头)、孔圈1.00

波形炉胆0.6

凸形封头、炉胆顶、半球形炉胆、凸形管板、

立式无冲天管锅炉与干汽室的凹面受压的凸形封头1.00

立式无冲天管锅炉凸面受压的半球形炉胆0.30

立式无冲天管锅炉凸面受压的炉胆顶0.40

立式冲天管锅炉凸面受压的炉胆顶0.50

立式冲夭管锅护凹面受压的凸形封头0.65

卧式内燃锅炉凹面受压的凸形封头0.80

凹面受压的凸形管板0.85

有拉撑的平板、烟管管板0.85

拉撑件(拉杆、拉撑管、角撑板)0.55

加固横梁1.00

孔盖1.00

圃形集箱端盖(见表17)

矩形集箱1.25

矩形集箱端盖0.75

3.4计算壁温

3.4.1用于强度计算的计算壁温取元件温度最高部位内外壁温的算术平均值。

任何情况下锅炉受压元件的计算壁温取不低于250"Ce

3.4.2计算壁温A,;按表4确定。

GB/T16508一1996

表4计算壁温tbi℃

灌BXkSu5M}mBtanA}lf.tA`}.#`Y}T%#'}lfn42AASfA}4习

往:表中列出的hi值仅适用于锅炉给水质量符合GB1576标准的情况。

3.5计算压力

3.5.，设计计算时，计算压力按下式计算:

户=p。十△P+AP,+41P..··············”·”········……(4)

附加压力△P按以下原则确定:

额定压力小于1.25MPa时，Op=0.02MPa;

额定压力不小于1.25MPa时，AP=O.04(P=+Ap:十△p..),

当△p..<3写(P.+仰+Ap,)时，可取仰。等于零。

3.5.2校核计算时，算得的元件最高允许计算压力助〕包括PE]..AP.Ap:和△P.:四项压力之和，锅炉

出口处最高允许工作压力P〔I。取各元件中的最小值。

4承受内压力的圆筒形元件

1符号说明

本章所用符号的意义和单位如下:

t,—理论计算厚度，mm;

tm—最小需要厚度，mm;

t—取用厚度(简称“厚度)，’、实际测量厚度,mm;

t,—相连封头或扳边元件的厚度，mm;

t,—有效厚度，mm;

。—考虑腐蚀减薄、材料厚度下偏差(为负值时)和工艺减薄的附加厚度，mm;

c,—考虑腐蚀减薄的附加厚度，mm;

c2—考虑材料厚度下偏差(为负值时)的附加厚度，mm;

c,—考虑工艺减薄的附加厚度，mm;

D锅壳筒体内径、大横水管内径，mm;

DW集箱筒体外径，mm;

P—计算压力(表压),MPa;

CPS—最高允许计算压力(表压),MPa;

。「〕—许用应力，MPa;

91—焊缝减弱系数;

4一纵向孔桥减弱系数;

TI-横向孔桥减弱系数;

}11—斜向孔桥减弱系数;

P,—斜向孔桥当量减弱系数;

GB/T16508一1996

P,—校核部位的当量减弱系数;

P,.—最小减弱系数;

x斜向孔桥换算系数;

a斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距在圆筒圆周方向上的投影长度，mm;

b—斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距在圆筒纵轴方向上的投影长度，mm;

n-b与a的比值(b/a);

a—孔的轴线偏离筒体径向的角度，o();

so—不考虑孔间影响的相邻两孔的最小节距,mm;

，—纵向(轴向)相邻两孔的节距,mm;

s'横向(环向)相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距，mm;

尹—斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距，mm;

d—孔的直径、坡口型角焊管子或孔圈的内径、非受热部位插入式双面角焊管子或孔圈的内径，

mm;

dd—孔的当量直径，mm;

dp—相邻两孔直径的平均值，mm;

d.管子外径，mm;

，—管子厚度下偏差(为负值时)与管子公称厚度的百分比绝对值，%;

A—系数;

A,—系数;

n,—管子弯曲半径与管子外径的比值。

4.2计算公式

4.2.1锅壳筒体理论计算厚度按下式计算:

pD0

(5)

2P_[a〕一p

锅壳筒体最小需要厚度按下式计算:

tm,0=t+c(6)

2集箱筒体理论计算厚度按下式计算:

pD.

t,=(7)

291-j.Ca]+p

其最小需要厚度‘。按式(6)计算。

3校核计算时，锅壳筒体及集箱筒体的最高允许计算压力按下列公式计算:

冲夕1

D--+

锅壳筒体仁pl0(8)

坤夕

一刀二

集箱筒体仁p〕=(9)

式中:有效厚度t，按下式计算:

ty=t一c··································……(10)

当t，按式((10)计算时，取91,等于PPi.:t，也可取为校核部位的实际测量厚度减去以后可能的腐蚀减

薄量，此时应以各校核部位相应的Ti和t，乘积的最小值代入式(8)或式((9)。此外，由式(8),(9)算得的

最高允许计算压力还应满足第12章孔的加强要求。

4.2.4承受内压力管子的理论计算厚度按下式计算:

pd...…。.。·..·……(11

2[a]+p

其最小需要厚度‘。按式((6)计算。

Gs/T16508一1996

2.5校核计算时，承受内压力管子的最高允许计算压力按下式计算:

2[alt,

Cr](12)

d，一t,

6立式锅炉大横水管取用厚度和最高允许计算压力按下列公式计算:

PD.，。

t).4了宁。13)

44(t一3)

[P]=14)

D

上述公式适用于管子内径D。为102-300mm的情况。

4.3减弱系数

4.3.1式(5)和式(7)中的最小减弱系数P;。取纵向焊缝减弱系数46、纵向孔桥减弱系数fl、两倍横向孔

桥减弱系数29,'(当2p'>1时，取2p'=1.00)及斜向孔桥当量减弱系数9'a(当9'a>1时，取Pd=1.00)中

的最小值。若孔桥位于焊缝上，应按4.6.2有关规定处理。

4.3.2按锅炉制造技术条件检验合格的焊缝，其减弱系数9按表5选取。若环向焊缝上无孔，则环向

焊缝减弱系数可不予考虑。

表5对接焊缝减弱系数L9

焊接方法焊缝型式讯

双面焊0.95

手工电焊焊缝根部有垫板的单面焊0.80

单面焊0.70

双面焊

熔剂层下的自动焊单面焊;::

4.3.3相邻两孔的节距(纵向、横向或斜向)不小于按下式计算的值时，孔桥减弱系数可不必计算。

s。一d,+2丫(D+，)‘··························…·…(15)

式中:d，按式(21)确定。

4.3.4相邻两孔的节距小于按式(15)确定的s。值，且两孔直径均小于按12.2.4确定的未加强孔最大

允许直径时，应按4.3.6^4.3.13的规定计算孔桥减弱系数。

若相邻两孔中的一个孔的直径大于按12.2.4确定的未加强孔最大允许直径，应在满足12.6.1所

要求的条件下，按12.2.5-12.2.7的规定进行加强，加强后按无孔处理。

4.3.5对于立式锅炉筒体上的加煤孔、出渣孔等，均应按12.2.5^-12.2.7的规定进行加强，加强后按

无孔处理。加煤孔圈、出渣孔圈等最小需要厚度按12.3.4确定。

4.3.6等直径纵向相邻两孔(图1)的孔桥减弱系数按下式计算:

s一d

(16)

p=一s

等直径横向相邻两孔(图2)的孔桥减弱系数按下式计算:

5子一d

‘I(17)

GB/T16508一1996

护

筒体轴线幸·

图1纵向孔桥图2横向孔桥

4.3.8等直径斜向相邻两孔(图3)的孔桥当量减弱系数按下式计算:

乳=Kp"(18)

力"

。

筒体轴线

图3斜向孔桥

斜向孔桥换算系数K按下式计算:

K二—(19

1二(10+.7n52)`

当n)t.4时，可取K=1，此时PIa=fl".

斜向孔桥减弱系数T11按下式计算:

犷一‘d

s"

式中:s0=a不n,

当9a>1时，取Pd二1.00,

Pa也可按线算图(图4)直接查取。

GB/T16508一1996

一门-1，-1二二二习

L如水、长目~~二”一-~~一~叫尸竺州~，月.一，—1「l

下口仄不不产盯反卜日

一籙r名一，1，叫洲‘曰叫巴当二臼二二

}一产「反不卜口队口曰_0.25.J产一1尸一匕一二二二三日二当

卜一一卜尸‘竺1

一肠]曰州卜曰叫..州

卜「作『反下口不口曰卜-尸.州尸州尸甲二二二J一叫一十~勺曰

产石习尸~州认.白l~卜叫)一.尸任二习声二别尸，.二二卜一问

厂产盯压「反口阵口匕}‘一卜州}一.r二习二口‘州一州下尸二二舀{

卜夏厂一1一，r~r气厂一广又之r尸「，引/:诀。月，‘些斗1州1二二乒二尸一1二习二;产叫二二沐钊目

1~与阳卜卜司以一.止~二二二奋口州尸~厂_‘训卜口口尸气习创口州一门仁二决沪曰叫一」

气砚

卜卜味日味巳户目国耳辱斗二匕阵日口旧州月曰习三

卜反广阵反尸阵阵不日目厄口闷巳闯了巨曰诬

厂厂阵口口卜日目耳曰曰国斗巳口云百月日月日墓

产阵口币曰日尸口曰口压圣

杖口曰习匡于仑

口口产曰不国目曰户五粉曰刁汤乙所口多刁砂获民压参

「卜阵目阵阵耳曰氏启‘乙厄口乙牙巨耳多了多于隆昆军

口厂门不二口团几召巨口刁曰巨巨巨医国了了多多曰

「户厅日厂尼日乙尾尸口口乙子子乙乙了多多尸曰

『压巨呀尸「口厅尺只叱叼只尾尾名不尸厂

尸门曰曰二曰口之才乡卜口歹乡少少氏陀户{

}二口巨尸「夕阳砚一礴窑区ZZ弓乙子子r曰

门盯)尸口阳不阶才势石夕多匕之厂}曰

匹巨曰匡尸口日才，}

口巨口尸口门//浏///又Z吩下‘}

口尸门少门四/叼1应夕Z压扩}{-}广}门

0.20.40.60.81。61。R202.22.4

注:图中虚线为各条曲线极小值的连线。

容

丁

||

寥寸1一弩

卜一-一一·

筒体轴线

图4确定礼值的线算图

4.3.9若相邻两孔直径不同，在计算孔桥减弱系数时，式1()6、(17)及(2。)中的直径d取相邻两孔的

平均值dp，即

d;+d:

···········..··...……(21

2

4.3.10计算凹座开孔(图)5的孔桥减弱系数时，式1()6、(1)7及(2)0中的直径d以当量直径成代入，

禹按下式计算:

h，，

ad=a，十丁又a，一a，)“’“’‘..”’“’‘..’..’..’..’””’又艺艺

4.3.11如孔排中的孔为非径向孔(图)6，计算孔桥减弱系数时，式1()6、(1)7及(2)0中的直径d以当

量直径成代人，禹按如下规定确定:

cps/T16508一1996

纵向孔桥二d

d

横向孔桥d.=

Cos口

斜向孔桥d,一、了n'fl

a不应大二干450,

非径向孔宜经机械加工或仿形气割成形

图5具有凹座的孔图6非径向孔

43-12对F椭圆孔，计井孔桥减弱系数时，孔径d按该孔沿相应节距方向上的尺寸确定。

4.3.13孔桥减弱系数可借助坡口u3角焊结构的管接头多余厚度的加强作用r-以提高其应用条件、结

构要求与计切方法见12.6,

4.4附加厚度

4.4.1锅壳筒体的附加厚度‘按下式it算:

‘=41十c2+叭··································……(25)

考虑腐蚀减薄的附加厚度‘一般取。.5mm.若腐蚀减薄斌超过。5mm，则取实际可能的腐蚀减

薄值。

考虑材料厚度下偏差(为负值时)的附加厚度:‘按有关材料标准确定。

考虑工艺减薄的附加厚度‘应根据;圳本工艺情况而定一般情况下.冷卷后冷校的锅壳筒体.叮取

为零;冷卷后热校的锅壳筒体叮取为1mm;热卷后热校的锅壳筒体，可取为2mm,

4.4.2直集箱筒体和直水管的附加厚度

4.4.2.，设计计劝时，直集箱筒体和直水管的附加厚度按式(251计S7其中.‘按4.4.1原则处理.‘

取为零、吮按1:式计"s7:

汇:二月1‘···········，···············……(26)

式中:系数了1按下式计钟

“一而100rr-irrt

A值也可按表6选取

GBIT16508一1996

表6系数A

4.2.2校核计算时，直集箱筒体和直水管的附加厚度按‘下式计算:

一

At+c,

1+A

环形集箱筒体和弯水管的附加厚度

;一:.;设计计算时，环形集箱筒体和弯水管的附加厚度按式(25)计算，其中:、按4.4.1原则处理，c,

+c:按下式计算:

c2+c3‘A,t,

式中:系数A,按下述规定选取:

a.n,<1.8时，A，按下式计算:

50

十m

n,(4n,+1)

A,=

100一m

b.1.S-<n成3.5时，A，按表7选取。

表7系数A,

巧12.5

-

些

22

A1.18260.180.150.090.03

c.n,>3.5时,A，按表6中的A选取。

4.4-3.2校核计算时，环形集箱筒体和弯水管的附加厚度c按下式计算:

A,t+c,

1十A,

4.5厚度限制

4.5.1锅壳内径D。大于1000mm时，锅壳筒体的取用厚度不宜小于6mm;锅壳内径D。不大于

1000mm时，锅壳筒体的取用厚度不宜小于4mm,

4.5.2立式锅炉大横水管的取用厚度不宜小于6mm,

4.5.3不绝热的锅壳置于烟温不小于600℃的烟道或炉膛内时，取用厚度不应大于表8所列数值。

表8不绝热锅壳的最大允许厚度

工作条件最大允许厚度

在烟温大于900℃的烟道或炉膛内62

-

在烟温为600'C-900℃之间的烟道内03

4.6结构要求

4.6.1对于胀接管孔，孔桥减弱系数P,9'及‘P哟不应小于。.3;胀接管孔中心与焊缝边缘的距离不应

小于。.8d，且不小于。.5d+12mm;在纵焊缝上不得有胀接管孔，若需在环缝上开胀接管孔应符合“锅

炉安全技术监察规程”的要求。

4.6.2焊接管孔应尽量避免开在主焊缝上，并避免管孔焊缝边缘与相邻主焊缝边缘的净间距小于

10mm。如不能避免时，应满足下列二条要求:

距管孔中心1.5倍管孔直径(当管孔直径小于60mm时，为。.5d+60mm)范围内的主焊缝

经射线探伤合格，且孔周边不应有夹渣;

b.管子或管接头焊后经热处理或局部热处理消除残余应力。

此时，该部位的减弱系数取孔桥减弱系数与焊缝减弱系数的乘积。

Gs/T16508一1996

相邻焊接管孔焊缝边缘的净间距不宜小于6mm，如焊后经热处理或局部热处理，则不受此限。

4.6.3锅壳筒体与扳边的平管板或凸形封头的连接型式如图7所示。

4.6.4锅壳筒体与平管板采用坡口型角焊连接时，应符合如下规定:

a.锅炉的额定压力应不大于1.6MPa;

b.烟温不大于600℃部位(不受烟气冲刷部位，且采用可靠绝热时，可不受此限);

c.必须采用全焊透且经机械加工的坡口型式(参见图8);

d连接焊缝应全部位于筒体上;

e.连接焊缝的厚度应不小于管板的厚度，且其焊缝背部能封焊的部位均应封焊，不能封焊的部位

应采用氢弧焊打底，并应保证焊透;

L焊缝应按规定进行超声波探伤;

g采用此种结构时，应遵守国家锅炉监察部门的有关规定。

扳边元件的厚度扳边元件直段长度扳边内半径对接边缘偏差

lr8

t,

<10)25

平板或管板见7.2.11;

10^-20it,+巧提0.1t,f-1，且镇4

扁球形封头见6.3.7

>20)0.5t,t25

注:当8超过表中规定值时，应进行削薄，削薄长度不应小于削薄厚度的4倍(见图).

图7锅壳筒体与扳边的平管板或凸形封头的连接

cs/T16508一1996

00

。

闭。闭

之之

瞬的

简休筒体

r为1o对应最小角度lo*

，为5对应最大角度2o0

图8锅壳筒体与平管板连接的坡口型角焊结构(参考图)

5承受外压力的圆筒形炉胆、冲天管、烟管和其他元件

5.1符号说明

本章所用符号的意义和单位如下:

,t..—最小需要厚度，MM;

t—取用厚度(简称厚“度”)、实际测量厚度，mm;

t;—加强圈厚度，mm;

h,—加强圈高度，mm;

几—炉胆平均直径、波形炉胆平直部分的平均直径,mm;

D-炉胆、冲天管内径，mm;

Dw-炉胆外径，mm;

h炉胆顶外高度，mm;

d,.—烟管外径，mm;

L—计算长度，MM;

X—计算长度增值，mm;

a—孔的轴线偏离筒体径向的角度，(。);

p—计算压力(表压),MPa;

Cpl—最高允许计算压力(表压),MPa;

[。〕—许用应力，MPa;

ab—常温抗拉强度，MPa;

a,.—计算壁温时的屈服点，MPa;

E'—计算壁温时的弹性模量,MPa;

u—圆度百分率;

o.—最小减弱系数;

，:—强度安全系数;

、—稳定安全系数，

几—波纹截面对其自身中性轴的惯性矩，MM',

I;—加强圈对其自身中性轴的惯性矩，mm';

几—膨胀环对其自身中性轴的惯性矩，mm';

11、Il’、1邢—所需要的惯性矩，mm';

s—波形炉胆的波纹节距，mm;

W-波形炉胆的波纹深度，MM;

GB/T16508一1996

Ra—波形炉胆的波纹中半径，mm;

r—波形炉胆的波纹内半径，mm;

R—波形炉胆的波纹外半径，mm;

a—半夹角，rad(弧度);

a—中性轴X-X与通过圆心的轴线X,,-x。的距离，mm,

5.2圆筒形炉胆

5.2.1平直炉胆

5.2.1.1卧式平直炉胆最小需要厚度按下列公式计算，取两者较大值。

_B11+后不0.12D葬{二。

m，一‘2{'VBI+‘击)j’‘

PD,ul

式中:

2a;(1+盖)

Dp.6(1p.L73uEz'l。“+1

5.2.1.2校核计算时，卧式平直炉胆的最高允许计算压力按下列公式计算，取两者较小值。

D

1十下专