第２期 锅炉制造 Ｎｏ．２ ２０１８年３月 ＢＯＩＬＥＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ Ｍａｒ．２０１８ 两种计算集箱最小壁壁厚方法探讨 肖 琦 （哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００４６） 摘要：本文对ＡＳＭＥ第１卷中的集箱最小壁厚强度计算的两个公式进行分析比较，两公式随着Ｗ值的增加， 两公式的计算最小壁厚差别越来越大。对于Ｗ值的增大，采用数值模拟计算，根据ＡＳＭＥ标准对集箱进行评 定，两公式计算的集箱最小壁厚都满足强度要求。 关键词：最小壁厚；数值模拟；集箱 中图分类号：ＴＫ２２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：ＣＮ２３—１２４９（２０１８）０２—０００７—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｉｎｉｍｕｍ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｈｅａｄｅｒ Ｘｉａｏ Ｑｉ （Ｈａｒｂｉｎ Ｂｏｉｌｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｄｅｒ ｉｎ Ｖｏｌｕｍｅ １ ｏｆ ＡＳＭＥ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｆｏｒｍｕｌａ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ｗ，ｔｈｅ ｍｉｎｉ— ｍｕｍ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｌａｒｇｅｒ ａｎｄ ｌａｒｇｅｒ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ｗ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ－ ｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｈｅａｄｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ＡＳＭＥ ｃｏｄｅ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｃａｌ－ ｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｗｏ ｆｏｒｍｕｌａ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｉｎｉｍｕｍ ｗａｌｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｈｅａｄｅｒ ０ 引言 将２０１３版本中的ＰＧ一２７．２．３厚壁计算公式Ａ一 １２５进行删除，并替换为Ａ一３１７公式，针对此次 在材料力学及弹性理论中，筒体壁厚公式一 公式变化，本文对此变化进行探讨。 般区分成薄壁公式和厚壁公式两种，因此在强度 计算标准中也都区分薄壁公式和厚壁公式。 １ 筒体最小壁厚公式ｌ１ Ｊ 薄壁筒体因壁薄，内外壁在受内压Ｐ作用 本文首先介绍薄壁最小壁厚计算和厚壁最小 下，应力相差不是很大，一般就按平均应力来计 壁厚计算公式。本文只对外径最小壁厚公式进行 算壁厚，采用弹性失效准则来控制最小壁厚，一 分析比较。 旦平均应力达到屈服就失效，就要增加壁厚。 １．１ ＰＧ一２７．２．２公式 这种弹性失效准则以及由此推导出最小壁厚公 根据标准，管道、锅筒、筒体和集箱根据强度 式一直在各国标准中应用。ＡＳＭＥ也是用这种 最小的筒节按照以下公式 Ｊ： 公式从百年前沿用至今，成为传统理论。这理 ｆ＝ ＰＤｏ （１） 论既用在薄壁简体（如汽包）也可用在厚壁简体 上（如联箱）。 式中符号： ＡＳＭＥ第一卷《动力锅炉建造规则》２０１５版 Ｐ——设计压力，ＭＰａ； 收稿日期：２０１７—０８—２３ 作者简介：肖 琦，男，２００８年毕业于哈尔滨工程大学工程力学专业，从事锅炉设计及管道应力分析工作。 锅·炉制造 ８· ｓ——在金属设计温度Ｆ的鼓 叶 二 下的最大许用 ’ Ｅ——减弱系数； 最小需要壁厚，ｍｍ；————温度系数（见表１）。 —４－８０５１０ ５４０ ５６ ５ ５ ９５ ６２ ０６５０ ６／￣ —温度系数Ｙ 一Ａ－３１７２￣．旧七昆妊淮厘霄大于０．５倍部件内半径时。 。７田０５ ．４。Ｆ（３７４．１ｑＣ）］，应按卜夕Ｕ公 删肚州 圆筒｜ 。 癸 驱鳢 澎 一 § ￡＝Ｄ （ …～，／ 了。 第２期 肖 琦：两种汁算集箱最小壁壁厚方法探讨 ·９· 一１０６Ｃ，设计温度Ｔ＝３７ｌ ｃ（＝，设计温度下的许用 应力【ｏｒ］ ＝１２５．４ＭＰａ １４］，集箱规格采用表２ 所列数据进行数值模拟。模型只对直管进行计 算，因管子为对称结构，我们只取四分之一模型 （ 图２、３）进行计算。 根据数值模拟计算结果（见图４、５，为了与式 （１）和式（２）计算结果进行比较，本文数值模拟计 算评判标准仍采用第三强度理论），我们可以看 ｝｛Ｊ，集箱内壁在Ｗ＝０．４１７时已经出现超过许用 应力的现象，我们采用线性化对最大应力处进行 处理，结果见图６ 图２ Ｗ＝０．４１７时模型 图３ Ｗ＝０．４１７时网格划分 图４ Ｗ＝０．４１７时式１计算结果 图５ Ｗ＝０．４１７时式２计算结果 一， ·一一 — 一 式ｒ ２ 萼篝霄句Ｍｐａ ～式ｆ ２，磋船耷趣童 南Ｍ１）ａ 一－－式（１ｌ骥里力Ｍｐａ —ｎ或 １）耩 ０弯酶巍 力Ｍｐａ 图６两公式计算结果 通过图６及其他计算图片（Ｗ从０．１到１）的 计算结果，我们可以看出，当Ｗ＝０．４１７时集箱内 壁已经超过许用应力，接近屈服限（１．５倍许用应 力）。式（１）的计算内壁为１７５．７ＭＰａ，并未达到 屈服限，是因为在公式计算中温度系数Ｙ＝０．４， 小于上文所计算得出的Ｙ＝０．５３３。随着Ｗ值的 增大，式（２）计算的膜应力要大于式（１）计算的膜 应力，但根据评定标准 ，上述两公式所计算的 结果都满足强度要求。随着Ｗ值的增大，沿壁厚 方向的膜加弯曲应力逐渐增大，即沿壁厚方向的 径向应力已经不能忽略，这也符合上述计算结果。 经过以上分析，为了充分利用材料的力学性 能，随着壁厚的增加，集箱内壁虽然已经屈服，但 根据标准仍是满足强度要求。 ３ 结论 通过以上的分析，我们得出以下结论： １）两计算公式在介质温度不大于临界压力 下饱和蒸汽温度［７０５．４下（３７４．１℃）］时，两公 式都能满足集箱的强度要求，式（１）比较保守。 ２）随着Ｗ值的增大，两公式计算的所需最小 壁厚的偏差逐渐增大，式（１）计算的最小壁厚要 大于式（２）。 ［下转第１】页］ 第２期 杨磊：浅析燃气工业蒸汽锅炉安装技术要点控制 １．２现场监督 环节，只有经过烘炉才能避免锅炉本体及保温 层内的水分迅速蒸发和逸出受阻，从而防止压 现场监督是锅炉安装的必经过程，只有通过 现场监督才能发现锅炉安装过程中的实际问题， 在锅炉安装动焊前，监检人员应核对现场焊接人 员的焊工证，应满足现场焊接材质、厚度、位置的 要求；锅炉房的设计应满足图纸要求；锅炉所用的 力过大而造成锅炉本体和保温层的变形和开 裂。烘炉的方式主要有蒸汽烘炉、燃烧烘炉、热 风烘炉，具体的烘炉方式应根据实际情况而定， 一般烘炉时间为７２ｈ。烘炉结束后，要进行煮 阀门等级应满足锅炉使用要求；管道的布置符合 管道的设计图纸。 １．３水压试验 炉，因为受热面往往会出现较多油渍、铁锈和水 垢，只有这样才能使锅炉运行的汽水品质良好， 一般煮炉时间为４８ｈ。 为了检验锅炉受压元件的强度、焊缝的质量 １．５热态调试 以及各机械连接部位的密封性，因而要进行水压 试验。在水压试验前，监检人员应审查锅炉基础 验收记录、隐蔽工程验收记录、锅炉管道安装记 烘煮炉完成后紧接着是热态调试，它是保证 锅炉正常运行的基础。热态调试主要是对安全 附件辅机以及连锁装置进行调试验，保证其正 录、支吊架安装记录、以及其安全附件辅机安装记 录，同时，安装单位应向特种设备检验检测机构提 常运行。１）锅炉水位表显示正常，远传与直读 水位表显示一致，连锁装置正常；２）锅炉压力表 显示正常，远传与直读压力表显示一致，连锁装 供附件合格证明（安全阀校验证明、压力表校验 证明）、管材证明、焊材证明、焊缝质量检查记录、 无损检测布片图、无损检测报告、合格的水质检测 置正常；３）锅炉温度计显示正常，远传与直读温 度计显示一致，连锁装置正常；４）点火程序控 制、熄火保护装置的功能正常；５）锅炉安全阀起 跳回座正常；６）送引风机、水泵、阀门以及辅机 运行正常。 证明、水压试验方案，当安装单位所提供的资料经 审查符合要求能方能进行水压实验。水压试验 时，用户单位、安装单位、监检单位三方现场见证， 水压试验过程严格按照水压实验方案进行，在工 作压力保压检查时，重点检查焊缝、法兰、阀门等 部位，当受压元件金属壁和焊缝上没有水珠和水 ２ 结束语 目前，我国燃气工业蒸汽锅炉安装过程中依 然还存在许多问题，这些问题对锅炉的安全运行 有着极大的影响，也关于着我们财产和人身安全。 雾里，胀口处不滴水珠且锅炉没有明显残余变形 时，水压试验则为合格。 １．４烘煮炉 因而，我们要加强锅炉安装过程中质量的把控，提 高锅炉安装质量，保证锅炉安全运行。 烘炉是新安装的锅炉在投入使用前的重要 ［上接第９页］ ３）式（２）是充分利用的材料的力学性能，允 ［２］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．水管 锅炉第４部分：受压元件强度计算：ＧＢ／Ｔ １６５０７．４ —许集箱内壁有一定的屈服。 ４）两公式计算使用的是第三强度理论，而目 前评判标准已经使用第四强度理论，第三强度理 论计算结果要比第四强度理论计算过大７％左 右，即我们使用两公式仍有７％左右的安全余量。 ２０１３．北京：中国标准出版社，２０１４． ［３］ 肖忠华．ＡＳＭＥ ＣＯＤＥ Ｉ卷中圆筒体壁厚的计算式： ２００９，２３（２）．四川自贡：东方电气评论，２００９． ［４］ ＡＳＭＥ锅炉及压力容器材料委员会．ＡＳＭＥ锅炉及 压力容器规范国际规范Ⅱ：材料Ｄ篇性能一２０１５． 北京：中国石化出版社，２０１６． 参考文献 ［１］ ＡＳＭＥ锅炉及压力容器材料委员会．ＡＳＭＥ锅炉及 压力容器规范国际规范Ｉ：动力锅炉建造规则一 ２０１５．北京：中国石化出版社，２０１６． ［５］ＡＳＭＥ锅炉及压力容器压力容器委员会．ＡＳＭＥ锅 炉及压力容器规范国际规范Ⅷ：第二册压力容器建 造另一规则一２０１５．北京：中国石化出版社，２０１６．
