РД 10-249-98. Госгортехнадзор россии
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
9.2.3.Последовательность выполнения расчетов на прочность Расчет на прочность мембранных конструкций выполняется после выбора основных размеров. Исходя из сложившейся практики проектирования и расчетов котлов, а также из-за необходимости последовательного учета основных видов нагрузок, определяющих надежность эксплуатации, в основу методики положен принцип разделения поверочного расчета прочности мембранных конструкций на два этапа: расчет на статическую прочность и расчет на циклическую прочность. Для опертых мембранных конструкций выполняется расчет на устойчивость. Выполняется расчет на статическую прочность от воздействия механических нагрузок, причем на этом этапе должны быть учтены не только статические нагрузки, но и максимальные значения нагрузок от хлопка, аварийного разрежения и сейсмики, одноразовое воздействие которых может привести к недопустимым пластическим деформациям или к разрушению всей мембранной конструкции. В результате расчета определяются условно-упругие мембранные напряжения в стенках труб и в ребрах (проставках), а также изгибные напряжения, условно приведенные к мембранным, с учетом соотношения между упругим и пластическим моментом сопротивления и производится проверка условий прочности для расчетных сечений 1-2, 3-4, 5-6 оребренных труб (см. рисунок 9.2). Расчет на циклическую прочность предназначен для оценки усталостной прочности при механических и температурных воздействиях. В результате расчета определяются амплитуды знакопеременных условно-упругих напряжений в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 (см. рисунок 9.2) оребренных труб и производится проверка условий прочности. На основании поверочного расчета определяется расчетный ресурс мембранных поверхностей нагрева котла в соответствии с заданным числом пусков из холодного и горячего состояний. При проведении поверочного расчета на прочность мембранных экранов необходимо учитывать допуски на изготовление, а также утонение стенок труб от коррозионно-эрозионного износа и влияние внутренних отложений в трубах. 9.2.4. Расчетные режимы Основным расчетным режимом при оценке статической прочности (этап 1) является стационарный режим при номинальной производительности и параметрах пара котла. Дополнительные режимы: работа при повышенной теплопроизводительности котла до 110%, с выключенными подогревателями высокого давления (ПВД), на скользящем давлении. Расчетными режимами при оценке циклической прочности (этап 2) являются нестационарные режимы, вызванные циклическими изменениями расчетных параметров в период работы котла, в том числе пусками из холодного, горячего и промежуточных состояний и остановами, включая аварийные. 9.2.5. Расчетные зоны и узлы Расчетными зонами являются наиболее напряженные зоны топки (газохода): зоны стыковых сварных соединений, разъемы экранов, сопряжения панелей с разной температурой среды, места расположения и размеры отверстий под горелки, лазы, смотровые лючки, обдувочные аппараты, зоны опорных и подкрепляющих элементов (включая антисейсмические), места расположения подвесок, а также другие конструктивные особенности. Проверке подлежат сечения с наибольшими весовыми нагрузками: верхний ярус горелок, разъемы экранов, места крепления подвесок, сечения с максимальными тепловыми потоками, а также сечения на уровнях антисейсмического раскрепления котла. Расчетные сечения, как правило, принимаются на уровне пояса жесткости и посередине между поясами. При использовании ЭВМ расчет выполняется для всей конструкции с автоматическим контролем напряжений в наиболее нагруженных элементах и с последующим уточнением результатов для отдельных зон. 9.2.6. Расчетные температуры На первом этапе расчета на прочность для оребренной трубы вводятся три расчетных сечения (1-2, 3-4 и 5-6 на рисунке 9.2). Под расчетной температурой в каждом сечении следует понимать среднюю температуру, по которой определяется допускаемое напряжение, а также принимаются характеристики металла t, Еt, t, 2 для оребренной трубы. На втором этапе рассматриваются напряжения в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 оребренной трубы (указанных трех расчетных сечений). Под расчетной температурой в каждой точке следует понимать максимальную температуру в каждом расчетном цикле, при которой производится расчет на циклическую прочность. Значения расчетных температур определяются на основании тепловых расчетов или по результатам испытаний с учетом повышения этих температур за счет внутренних отложений в межпромывочный период. Под допустимой температурой металла следует понимать наибольшее значение температуры, для которой допустимо применение в оребренной трубе данной марки стали. Для металла труб допустимая температура установлена в разделе 1 Норм. Для металла ребра (проставки) допустимая температура указана в таблице 9.2. Таблица 9.2
В случае выполнения оребрения вваркой проставки электродуговой сваркой или токами высокой частоты допускается использование для трубы и ребра стали разных марок одной группы. 9.2.7. Расчетные нагрузки 9.2.7.1. Под расчетными нагрузками, действующими на оребренную трубу, понимают внутренние усилия (силы и моменты) в мембранных экранах, возникающие в результате действия на мембранную конструкцию силовых и температурных нагружающих факторов. К основным нагружающим факторам относятся: внутреннее давление в трубах; весовые нагрузки (с учетом присоединенного оборудования); избыточное давление или разрежение в топке (газоходе); температурные воздействия. Кроме указанных могут иметь место дополнительные нагружающие факторы, возникающие при нарушении нормальных условий эксплуатации и учитываемые отдельно: хлопок, аварийное разрежение, вибрация, ветер, сейсмическое воздействие. В зависимости от характера воздействия и конструктивных особенностей расчетные нагрузки подразделяются на общие, действующие по всему поперечному сечению и (или) по всей длине труб мембранной конструкции, и на локальные, действующие на ограниченном участке. Неравномерное распределение температуры по площади мембранной конструкции приводит к возникновению общих нагрузок в плоскости экранов, а температурный градиент между лобовой и тыльной поверхностями экрана - к возникновению общих изгибных нагрузок. Неравномерное распределение температуры по сечению оребренной трубы приводит к возникновению локальных нагрузок в плоскости трубы и локальных изгибных нагрузок. В зависимости от характера изменения нагружающих факторов расчетные нагрузки могут иметь статический или циклический характер. К статическим, относятся нагрузки, изменения которых в процессе эксплуатации не превосходят 15% от средних значений; к циклическим относятся нагрузки, размах колебаний которых превышает 15%. При поверочном расчете принимается такое сочетание одновременно действующих нагрузок, при котором возникают наибольшие суммарные напряжения. 9.2.7.2. В зависимости от работы котла - под избыточным давлением (наддувом) или под разрежением - следует проверить мембранную конструкцию на заданное избыточное давление или разрежение. Эти расчеты проводятся для основного расчетного режима при расчетных температурах, соответствующих номинальной теплопроизводительности котла. Если величина в топке (газоходе) не более 510-4МПа, то расчет мембранной конструкции на разрежение допускается не производить. При работе котла под разрежением расчетное давление в топке (газоходе) принимается как для хлопка. При работе котла под избыточным давлением расчетное давление в топке (газоходе) для хлопка принимается увеличенным по сравнению с максимальным рабочим давлением на величину, указанную в таблице 9.3. Таблица 9.3
В обоих случаях проверка прочности мембранной конструкции при хлопке производится на базе расчетной температуры, равной температуре среды при номинальной теплопроизводительности котла. Величина аварийного разрежения, возникающего в топке (газоходе) при аварийном останове котла 300, 500, 800 и 1200 МВт в момент отключения горелок, принимается равной: для газомазутных котлов pa =6,510-3 МПа, для пылеугольных котлов рa=5,010-3 МПа. 9.3. Напряжения в мембранной конструкции 9.3.1. Классификация напряжений Для мембранной конструкции используется декартовая система координат X, Y, Z (см. рисунок 9.1). Компоненты напряжений обозначаются в соответствии с принятыми индексами координатных осей. При проведении расчетов на прочность используются категории общих (мембранных и изгибных) и локальных (мембранных и изгибных) напряжений, т.е. соответственно напряжений, распределенных по всему сечению экрана, и напряжений, сосредоточенных в некоторой ограниченной зоне экрана и перераспределяющихся в случае перегрузки на внешнюю его область, окружающую данную локальную зону. Под мембранными понимаются напряжения в расчетном сечении мембранной конструкции, равномерно распределенные (средние) по толщине стенки оребренной трубы. Под общими мембранными напряжениями m понимаются напряжения, действующие по всему сечению и (или) по всей высоте мембранного экрана и равные средним напряжениям по сечению мембранной конструкции. Например, напряжения, возникающие в углу топки от хлопка, относятся к категории общих, так как действуют по всей высоте конструкции; напряжения, возникающие в разъемах экранов, относятся к категории общих, так как действуют по всей ширине экрана. Под локальными мембранными напряжениями ml понимаются напряжения, действующие в локальной области: в одной или нескольких оребренных трубах или на некотором ограниченном участке по длине труб мембранной конструкции. Локальными считаются напряжения, возникающие в оребренных трубах, расположенных в зонах приложения локальных нагрузок или в зонах возникновения местных реактивных усилий, а также в зонах неравномерного действия механических нагружающих факторов, если их максимальные (минимальные) значения отличаются от средних по всему сечению более чем на 15% (на основании практики проведения расчетов). Так, например, к категории локальных относятся напряжения, возникающие в экранах в зоне крепления подвесок, в районах приварки косынок, поясов жесткости, опорных элементов и др. Под изгибными общими b и локальными bl напряжениями следует понимать соответственно напряжения, возникающие во всем сечении экрана в результате общего и (или) локального изгиба. Изгибные напряжения в рассматриваемом расчетном сечении оребренной трубы изменяются от максимального положительного значения до минимального отрицательного. Расчет напряжений от усилий должен производиться с учетом коэффициентов прочности сварных соединений, которые принимаются согласно подразделу 9.3.3. 9.3.2 Допускаемые напряжения 9.3.2.1. Основным допускаемым напряжением, которое используется для оценки прочности трубы при статическом нагружении, является номинальное допускаемое напряжение []т, значения которого принимаются по характеристикам прочности с соответствующим запасом прочности согласно разделу 2 Норм. 9.3.2.2. При расчете мембранных стенок, выполненных из гладких труб со вставками из стали разных марок, допускаемые напряжения следует принимать отдельно для трубы и ребра (проставки). Номинальные допускаемые напряжения для ребра (проставки) []р для расчетного срока службы 105 ч принимаются по таблице 9.4. Таблица 9.4
Коэффициент запаса устойчивости ny при расчете мембранной конструкции на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать равным 2,4 для рабочих условий. 9.3.3. Коэффициенты прочности сварных соединений На первом этапе поверочного расчета при определении напряжений в расчетных сечениях 3-4 и 5-6 оребренной трубы и в поперечных сварных швах принимаются следующие значения коэффициентов прочности сварных соединений w: для сталей ВСт3сп, ВСт3пс, 10, 20, 12ХМ, 12МХ, 15ХМ, хролой при определении напряжений от внутреннего давления, а также усилий Рz, Рх w=1; при определении напряжений от изгибающих моментов Mzy, Мxy w= 0,9; для стали 12Х1МФ при определении напряжений от внутреннего давления, а также от усилия Рz для расчетных температур до 510°С w=1, для расчетной температуры 530°С и выше w=0,7; при определении напряжений от усилия Px для расчетной температуры до 510°С w=1,0, для расчетной температуры 530°С и выше w=0,8; при определении напряжений от изгибающих моментов Мzу, Мxу для расчетной температуры до 510°С w=0,9 , для расчетной температуры 530°С и выше w=0,6. В интервале температур между 510 и 530°С коэффициенты прочности определяются линейной интерполяцией между указанными значениями. На втором этапе поверочного расчета коэффициенты прочности 2w сварных соединений при определении напряжений (x) в расчетных точках 3, 4 и 5 оребренной трубы и в поперечных сварных швах принимаются согласно таблице 9.5. Таблица 9.5
9.4. Выбор основных размеров | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||