РД 10-249-98. Госгортехнадзор россии

• Название: Госгортехнадзор россии
• Дата: 18.12.2022
• Размер: 1.39 Mb.
• Имя файла: РД 10-249-98.docx
• Тип: Документы; #850282
• страница: 22 из 28

9.4.1. Оребренная труба

9.4.1.1.Номинальная толщина стенки оребренной трубы определяется согласно разделу 3 Норм из заданных значений расчетного внутреннего давления и номинального допускаемого напряжения. В качестве номинальной толщины стенки принимается максимальное из двух значений, соответствующих расчетным сечениям 1-1 и 3-4 оребренной трубы.

9.4.1.2. Допустимая высота [h] ребра (проставки) при одностороннем q⁽¹⁾_L и двухстороннем q⁽²⁾_L обогревах экрана должна определяться по номограмме (рисунок 9.3). На чертеже приняты следующие обозначения:





9.4.2. Пояса жесткости

9.4.2.1. Пояса жесткости воспринимают изгибную нагрузку, возникающую в мембранном экране от действия избыточного давления или разрежения в топке (газоходе).

9.4.2.2.Расстояние между поясами жесткости 2L при их расположении перпендикулярно направлению экранных труб должно приниматься по наименьшему из двух значений:

в середине экрана для расчетного сечения 1-2 оребренной трубы



в углу топки (газохода) для расчетного сечения 5-6 оребренной трубы



где ₁, ₂ - коэффициенты, определяемые по рисункам 9.4 и 9.5;

 - среднее окружное напряжение от внутреннего давления в трубе, МПа.

Профиль и размеры балок поясов жесткости определяются из условия прочности и допустимого прогиба.



Рисунок 9.3

9.4.2.3.Максимальные изгибные напряжения _b в балке жесткости мембранного экрана определяются по формуле



где      - максимальный изгибающий момент в балке при шарнирных связях в углу топки, Нмм;

 - максимальный изгибающий момент в бандаже (в жестко связанных между собой балках жесткости), Нмм;

                        - коэффициент;

                           I_A, I_B - момент инерции балок жесткости по ширине экрана А и В, мм⁴.



Рисунок 9.4

По условиям прочности изгибные напряжения должны быть:

при нормальных условиях эксплуатации _b1,7[];

при хлопке и аварийном разрежении _b2,2[].



Рисунок 9.5

9.4.2.4.Касательные напряжения в балке жесткости определяются по формуле



где b - ширина сечения балки, мм.

Для двутавровых балок жесткости максимальные касательные напряжения в стенке определяются по формуле



где Q=2p_TxL - поперечная сила, H;

b - ширина полки, мм;

h₁ - высота балки, мм;

h₂ - высота стенки, мм;

t₂ - толщина стенки, мм.

Условие прочности по касательным напряжениям:

при нормальных условиях эксплуатации 0,7[];

при хлопке и аварийном разрежении [].

Если балка жесткости находится под изоляцией, то температура стенки принимается равной температуре среды t_m, а если вынесена за изоляцию, то температура стенки принимается равной 20°С.

9.4.2.5. Максимальный относительный прогиб w_b/2x балки жесткости при шарнирных связях в углу топки не должен превышать:



где 

В случае использования бандажей проверка величины относительного прогиба может не производиться. При применении бандажей необходимо выполнение конструктивных решений, позволяющих компенсировать разницу температурных расширений балки и мембранного экрана.

9.4.2.6. Устойчивость плоской формы изгиба двутавровых балок жесткости обеспечивается при выполнении условия



где Р_кр=p_ТxL - критическое усилие, Н;

 - геометрический фактор жесткости при чистом кручении, мм⁴;

b - ширина полки, мм;

t₁ - средняя толщина полки, мм;

h₂ - высота стенки, мм;

t₂ -толщина стенки, мм.

Для котлов сверхкритического давления допускается использование ферм в качестве поясов жесткости. В этом случае относительные прогибы поясов жесткости и максимальные напряжения в элементах определяются расчетными методами; кроме того, производится проверка устойчивости сжатых элементов.

Располагать поперечные сварные соединения труб под поясом жесткости не допускается. Расстояние между сварным стыком панелей и средним сечением пояса жесткости рекомендуется принимать не менее 1м. Расстояние от потолочного экрана или пода до ближайшего пояса жесткости должно быть не больше расстояния между поясами жесткости, вычисленного по приведенным формулам.

9.4.2.7. Растягивающая погонная нагрузка от избыточного давления (хлопка), а также сжимающая от разрежения передаются на экраны, при этом должно выполняться условие



где у - коэффициент, определяемый из уравнения



Приведенное трансцендентное уравнение решается методом последовательного приближения заданием величины [р_x]_i с погрешностью



где у_i, - минимальное значение положительного корня квадратного уравнения при [р_x]_i.

Первым приближением [р_x]_i=1 может служить значение [р] соответствующее решению квадратного уравнения без учета внутреннего давления (р=0).

Если указанное условие не выполняется, то погонная нагрузка должна передаваться на стягивающую полосу, необходимое сечение которой определяется по формуле



где   -номинальное допускаемое напряжение для стали полосы, МПа, принимается согласно таблице 9.4 при расчетной температуре стенки, равной максимальной температуре среды в экране.

9.4.2.8. В прямоточных котлах имеют место разверки температур, вызванные многоходовым движением среды. Разность температур среды в соседних трубах в любом из расчетных сечений мембранной конструкции регламентируется расчетом суммарных напряжений, определяемых по этапу 2 поверочного расчета.

При выборе основных размеров принимается, что указанная разность не должна превышать 70°С при номинальной теплопроизводительности котла и 90°С при теплопроизводительности от 70% и ниже. Разности температур, превышающие приведенные значения, должны быть обоснованы расчетом на циклическую прочность, выполняемым на этапе технического проектирования.

9.5. Требования к этапу 1 поверочного расчета на прочность

9.5.1. Определяются условно-упругие напряжения от расчетных нагрузок в расчетных сечениях стенки трубы (сечения 1-2 и 3-4 на рисунке 9.2) и ребра (сечение 5-6). Расчет производится для основного расчетного режима на ресурс 10⁵ ч.

9.5.2. Напряжения для выбранных зон конструкций определяются в зависимости от нагружающих факторов с учетом коэффициентов неравномерности и суммируются основным направлениям:

для трубы - по окружному , осевому Z и радиальному r;

для ребра - по поперечному Х и осевому Z.

9.5.3. Значения коэффициентов неравномерности в каждом конкретном случае зависят от конструктивных особенностей рассматриваемых узлов и определяются расчетными или экспериментальными методами.

Коэффициент неравномерности осевых напряжений от действия нагрузок от массы на кромках отверстий горелок в экранах мощных котлов принимается равным К_н=3,0.

Коэффициент неравномерности осевых напряжений от действия нагрузок от массы в разъеме экрана принимается:

при двухступенчатой схеме К_н=2,01;

при трехступенчатой схеме К_н=1,5.

9.5.4. По суммарным напряжениям в расчетных сечениях оребренной трубы определяются главные напряжения ₁, ₂, ₃.

9.5.5. Для расчетных сечений 1-2 и 3-4 с учетом радиального напряжения _r в трубе главные напряжения определяются по формулам:

при наличии усилий сдвига





₃=_r,

при отсутствии усилий сдвига





9.5.6. Для расчетного сечения 5-6 ребра главные напряжения определяются по формулам:

при наличии усилий сдвига





₃=0,

при отсутствии усилий сдвига





9.5.7. Эквивалентные напряжения _e, сопоставляемые с допускаемыми по соответствующей категории напряжений, определяются по главным напряжениям. Для каждой категории напряжений следует найти наибольшее значение эквивалентного напряжения при возможных сочетаниях изгибных напряжений с учетом знаков:

_e=₁-₃.

9.5.8. Условия прочности для рассматриваемого этапа расчета в зависимости от нагружающих факторов и расчетных сечений 1-2, 3-4 и 5-6 оребренной трубы представлены в таблице 9.6.

9.5.9. На каждой стадии оценки статической прочности в соответствии с таблицами 9.6 и 9.7 проводится проверка условия по общим напряжениям, а затем при наличии локальных напряжений - проверка условия по локальным напряжениям.

9.5.10. Котлы, сооружаемые в сейсмических районах, должны быть дополнительно рассчитаны с учетом воздействия сейсмических нагрузок. Расчет проводится на статическое нагружение при совместном действии внутреннего давления в трубах, нагрузок от массы, избыточного давления или разрежения в топке (газоходе) и сейсмических сил.

Расчет мембранных конструкций от ветровых и сейсмических сил производится раздельно (см. таблицы 9.6. и 9.7).

9.5.11. Для деталей опорно-подвесной системы котла и элементов крепления мембранной конструкции, а также каркаса, которые не нагружены непосредственно внутренним давлением и температура которых превышает 50°С, расчет на прочность допускается выполнять только по этапу 1.

Условия прочности для этих деталей должны выполняться в соответствии с таблицей 9.6 с увеличением коэффициента при номинальном допускаемом напряжении на 10% и с округлением в меньшую сторону.

При проверке деталей на смятие средние напряжения не должны превышать:

для подвижных шарниров, катков _sm1,5[];

для неподвижных шарниров, катков _sm2,5[].

При проверке деталей на срез от действия нагрузок в шарнирах, сварных швах, болтах и др. средние касательные напряжения не должны превышать _sr0,7[].

При расчете указанных деталей с учетом сейсмических нагрузок разрешается увеличение допускаемых напряжений: смятие на 50% и срез на 20%.

Таблица 9.6

Последовательность оценки статической прочности для расчетных сечений 1-2 и 3-4 оребренной трубы

Последовательность проверки	Нагружающие факторы	Нагрузки	Условия по общим напряжениям	Условия по локальным напряжениям
Оценка по мембранным напряжениям	Внутреннее давление + нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры	p, Pzq, Pxq, Mzyq, Mzyn, Mxyn	()11,1[]	()1L1,5[]
	То же + сейсмическая нагрузка или аварийное разрежение	p, Pz, Px, Mzy, Mxy	()1s1,5[]	()1sL2,0[]
Оценка по мембранным и изгибным напряжениям	Внутреннее давление + нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры + ветровая нагрузка	p, Pz, Px, Mzy, Mxy	()21,5[]	()2l2,0[]
	Внутреннее давление + весовая нагрузка + хлопок	p, Pz, Px, Mzy, Mxy	()21,5[]	-
	Внутреннее давление + нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры + сейсмическая нагрузка или аварийное разрежение	p, Pz, Px, Mzy, Mxy	()2s2,0[]	-

Таблица 9.7

Последовательность оценки статической прочности для расчетного сечения 5-6 оребренной трубы

Последовательность проверки	Нагружающие факторы	Нагрузки	Условия no общим напряжениям	Условия по локальным напряжениям
Оценка по мембранным напряжениям	Нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры	Pzq, Pxq	()11,2[]	()1L1,6[]
	То же + сейсмическая нагрузка или аварийное разрежение	Pz, Px, Mzys, Mxys,	()1s1,6[]	()1sL2,2[]
Оценка по мембранным и изгибным напряжениям	Нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры + ветровая нагрузка	Pz, Px, Mzy, Mxy	()21,6[]	()2L2,2[]
	Нагрузка от массы + реакция опоры + хлопок	Pz, Px, Mzy, Mxy	()21,6[]	-
	Нагрузка от массы + наддув (разрежение) + реакция опоры + сейсмическая нагрузка или аварийное разрежение	Pz, Px, Mzy, Mxy	()2s2,2[]	-

9.6. Требования к этапу 2 поверочного расчета на прочность

9.6.1. При поверочном расчете на циклическую прочность (малоцикловую усталость) определяются местные условно-упругие напряжения в расчетных точках 1, 2, 3, 5 оребренной трубы (см. рисунок 9.2).

Напряжения могут определяться либо численными методами, либо с использованием приближенных зависимостей согласно рекомендуемым приложениям.

Расчет должен проводиться с учетом всех расчетных нагрузок и температурных полей для всех расчетных режимов.

9.6.2. При расчете на малоцикловую усталость должны учитываться следующие нагружающие факторы:

изменение внутреннего давления в трубах при пуске-останове котла;

колебания внутреннего давления в трубах при изменении эксплуатационных режимов;

изменение избыточного давления, включая хлопки, или разрежения в топке и газоходе при пуске-останове котла;

колебания избыточного давления или разрежения в топке и газоходах при изменении эксплуатационных режимов;

изменение нагрузки от массы на трубы от влияния подвесок и при зашлаковке пылеугольных котлов;

температурные изменения при пуске-останове, включая колебания при изменении эксплуатационных режимов;

температурные колебания при пульсации факела, шлаковании экранов и водяной очистке экранов;

вибрация мембранной конструкции.

9.6.3. Расчетные напряжения вычисляются в зависимости от нагружающих факторов и суммируются по основным направлениям. Главные напряжения ₁, ₂, ₃ следует определять в расчетных точках оребренной трубы. По вычисленным главным напряжениям определяются эквивалентные напряжения в заданные моменты времени для каждого расчетного режима согласно разделу 5 Норм.

9.6.4. Составляющие главных напряжений ₁, ₂, ₃ в расчетных точках оребренной трубы определяются с учетом местных концентраторов. Значения коэффициентов концентрации в каждом конкретном случае зависят от конструктивных особенностей рассматриваемых оребренных труб и узлов и определяются расчетными или экспериментальными методами.

9.6.5. Расчет на малоцикловую усталость производится по амплитудам условных напряжений согласно разделу 5 Норм.

9.6.6. Если температура металла в расчетных точках оребренной трубы ниже температуры начала интенсивной ползучести металла (для углеродистых сталей до t400°С и теплоустойчивых сталей до 480°С), допустимая амплитуда напряжений определяется по графикам (рисунки 5.2 и 5.3 раздела 5 Норм).

Если температура металла в расчетных точках оребренной трубы выше температуры начала интенсивной ползучести металла, оценку долговечности следует производить по формуле, учитывающей ползучесть согласно разделу 5 Норм.

9.6.7. Если в процессе эксплуатации при изменении каких-либо нагружающих факторов, перечисленных в п. 9.6.2 , возникают дополнительные колебания, частота которых больше частоты рассматриваемого цикла, то оценку долговечности следует производить согласно разделу 12 Норм.

9.6.8. Цельносварная топка котла должна быть рассчитана на общее количество [N] пусков и остановов за весь срок службы, которое не должно быть меньше значений, указанных в таблице 9.8, если в техническом задании на проектирование не установлено другое количество циклов.

Таблица 9.8

Условия пуска-останова котла	Количество пусков и остановов котла в зависимости от мощности и режима работы, не менее
	500 МВт и более		300 МВт и менее
	базисный	полупиковый	базисный	полупиковый
Из холодного и неостывшего состояний	700	1500	1100	1500
Из горячего состояния	300	6000	900	6000
Разгрузки до нижнего предела регулировочного диапазона нагрузок	2104	104	2104	104

Примечания:

1. Для содорегенерационных котлов (СРК) и котлов для сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) за весь срок службы принимается:

при пуске из холодного и неостывшего состояний - 800 пусков-остановов;

разгрузки до нижнего предела регулировочного диапазона нагрузок - 1000 циклов.

2. Для котлов охладителей конверторных газов (ОКГ) за срок службы принимается:

для подъемного и опускного газоходов - 8010³ плавок;

для кессона - 4010³ плавок при 40 плавках в сутки.

3. Цельносварная топка и газоходы должны быть рассчитаны на 1500 хлопков за весь срок службы, если в техническом задании на проектирование не установлено другое количество хлопков.

4. Под числом пусков-остановов из неостывшего и горячего состояний понимается число пусков-остановов после остановки котла на нерабочие дни (24 - 55ч) и на ночь (5 - 8ч) соответственно при последующем пуске без расхолаживания оборудования.

9.6.9. Допускаемая амплитуда напряжений для расчетной точки 3 (см. рисунок 9.2) в случае вварки вставок между гладкими трубами и для точки 5 для плавниковых труб определяется по формуле



ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рекомендуемое

РАСЧЕТ УСЛОВНО-УПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОРЕБРЕННОЙ ТРУБЕ ОТ СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ