РД 10-249-98. Госгортехнадзор россии
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Раздел расчета прочности заклепочных соединений не изменился. Следует отметить, что в то время заклепочные швы для вновь проектируемых котлов более не применялись. В Нормы прочности ЦКТИ 1950 г. был введен новый раздел - "Металл котлостроения и его свойства", в котором были даны рекомендации по выбору полуфабрикатов (листовая сталь, бесшовные стальные трубы, поковки, стальное литье, стали для анкерных связей, шпилек, болтов и гаек), марок сталей с указанием ГОСТ или ТУ, указаны области применения с ограничением внутреннего давления и температуры для барабанов, сосудов, котлов и установок. Были даны основные характеристики применяемых сталей по величинам условных пределов текучести, ползучести и длительной прочности для углеродистых марок сталей (МСт 2, МСт 3, МСт 4, 10, 15, 15К, 20, 20К, 25, 25К, 30 и 35), а также для низколегированных теплоустойчивых сталей (15ХМ, 20ХМ и 12МХ). Установленные Нормами значения дополнительных напряжений учитывали различные виды напряженного состояния, а также конструктивные особенности элементов и условия их работы. В Нормах прочности 1950 года были приняты следующие запасы прочности: по пределу прочности для изолированных сварных и бесшовных барабанов и коллекторов без вальцовочных соединений, а также для необогреваемых труб 4,0; для изолированных сварных и бесшовных барабанов и коллекторов с вальцовочными соединениями, а также для обогреваемых труб 4,25; для неизолированных сварных и бесшовных барабанов и коллекторов 4,5; по условному пределу текучести - соответственно 1,8; 1,9 и 2,0; по условному пределу ползучести - во всех случаях 1,0. При действии изгибных напряжений нормативные запасы прочности были понижены: по пределу прочности до 2,9, по пределу текучести труб от 1,4 до 1,2 и пределу ползучести до 0,9. Нижние пределы этих величин принимались в тех случаях, когда повышенные изгибные напряжения имели местный характер либо являлись релаксирующими, например в выпуклых днищах, в неукрепленных отверстиях, в самокомпенсирующихся трубах и т.п. В приложении к Нормам был дан нормативный расчет трубопроводов на самокомпенсацию при тепловом расширении. В некоторых разделах Норм прочности были даны требования к конструкции котлов. В связи с интенсивным развитием отечественного энергомашиностроения и производства оборудования промышленной и тепловой энергетики с улучшенными технико-экономическими показателями в 50-х годах был выполнен широкий комплекс экспериментальных и теоретических работ, результаты которых были использованы при разработке нового поколения нормативно-технической документации по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации поднадзорного оборудования с учетом требований безопасности. В эти годы были созданы котлоагрегаты следующей ступени мощности и параметров пара. В 1953 г. в эксплуатацию вводится котел ТП-240, рассчитанный на давление в барабане 185 атм. В 1956 г. Госгортехнадзором утверждены разработанные ЦКТИ "Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность", а в 1957 г. были введены новые "Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов". В Нормы прочности ЦКТИ 1956 г. были включены новые разделы по учету внешних нагрузок (изгибающий и крутящий моменты) и расчету толщин стенок в гибах труб. Величины запасов по пределам прочности и текучести были приняты соответственно 3,0 и 1,65. Расчетная величина предела длительной прочности устанавливалась по средним значениям, полученным из результатов испытания длительностью не менее 7000 ч на образцах, взятых из нескольких партий полуфабрикатов разных плавок. Запас по пределу длительной прочности принимался равным 1,65, если расчетный предел длительной прочности определялся по испытаниям образцов, отобранных не менее чем из трех разных плавок; 1,85 - если характеристика длительной прочности определена на двух плавках; 2,0 - если характеристика длительной прочности определена по одной плавке. В Нормах прочности 1956 г. была приведена таблица номинальных допускаемых напряжений для углеродистых (Ст2, 10, Ст3, 15, 15К, Ст4, 20, 20К, 25, 25К, 22К) и теплостойких легированных сталей (16МХ, 12МХ, 15ХМ, 12МХФ, 12ХМФ, 12Х2МФБ, 1Х18Н12Т). Обоснование выбора расчетных формул и величин коэффициентов запаса прочности было выполнено на базе результатов экспериментальных стендовых исследований длительной прочности трубчатых образцов при сложном напряженном состоянии (внутреннее давление, внутреннее давление + изгиб, внутреннее давление + одноосное растяжение). Головные образцы котлов на давление пара 140 атм. к энергоблокам мощностью 150 и 200 МВт были введены в эксплуатацию в 1959 г. и в 1960 г. соответственно. Разработка и создание энергетического оборудования большой единичной мощности на повышенные параметры пара привели к разработке ЦКТИ новых "Норм расчета элементов паровых котлов на прочность", утвержденных Госгортехнадзором в 1965 г., и к выходу новых Правил по устройству и безопасной эксплуатации паровых котлов в 1966 г. Научный подход к проблемам экстраполяции результатов испытаний на длительную прочность и ползучесть теплоустойчивых сталей позволили внести корректирующие поправки к величинам допускаемых напряжений. В середине 60-х годов были снижены параметры энергооборудования с критическими и сверхкритическими параметрами пара. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ЦКТИ по проблемам прочности элементов, находящихся под давлением, позволили усовершенствовать расчет ряда котельных элементов с целью повышения надежности их эксплуатации. В основу принятых в Нормах методов расчета котельных деталей положена оценка прочности по несущей способности (предельной нагрузке), а не по наибольшим местным напряжениям, что определяется достаточным ресурсом пластичности материалов котлов и трубопроводов. Кроме предельной нагрузки принималась во внимание и разрушающая нагрузка. При выводе теоретических формул для вычисления предельной нагрузки применены как условие пластичности Мизеса-Губера-Генки, по которому эквивалентное напряжение при многоосном напряженном состоянии принимается равным интенсивности касательных напряжений, так и условие Сен-Венана-Треска, по которому эквивалентное напряжение принимается равным наибольшему касательному напряжению. Для обоснования расчета деталей, работающих при высокой температуре, вызывающей ползучесть металла, использовались результаты теоретических и экспериментальных исследований. Было показано, что расчет ползучести и длительной прочности деталей при многоосном напряженном состоянии по формулам для определения несущей способности с заменой в них предела текучести металла при одноосном растяжении соответствующими характеристиками ползучести или длительной прочности обеспечивает приемлемые для практического применения результаты. В качестве основной нагрузки, по которой должна определяться толщина стенки котельных элементов, в Нормах принято давление рабочей среды (внутреннее или наружное), величина которого задается при проектировании котла. Дополнительные внешние нагрузки (осевые усилия, изгибающие и крутящие моменты), действующие постоянно на рассчитываемый элемент, регламентируются соответствующими предельными значениями. Эти предельные значения установлены исходя из некоторого снижения общего запаса прочности детали по сравнению с запасом, принятым при расчете ее по основной нагрузке - давлению среды. Нагрузки от температурных напряжений учтены в расчете трубопроводов, в котором регламентированы предельные значения дополнительных напряжений от самокомпенсации температурных расширений. Характеристики прочности котельных сталей, на основе которых выбраны допускаемые напряжения, уточнены по результатам испытаний, проведенных после издания норм 1956 г. Включены данные по сталям новых марок, допущенных Госгортехнадзором к применению. Были приняты следующие запасы прочности: по пределу текучести и длительной прочности 1,5; по временному сопротивлению 2,6. В Нормах не регламентируется запас к условному пределу ползучести (деформация 1% за время 100000 ч), так как при соблюдении необходимого запаса по длительному разрушению котельных деталей не было оснований рассматривать деформацию ползучести в 1% как предельно допустимую по конструктивным соображениям, что имело место для высокотемпературных роторов, дисков и лопаток турбин. Сопротивляемость ползучести стали принимается во внимание при выборе допускаемых напряжений. Вместе с тем следует отметить, что значение деформационных характеристик в условиях ползучести может возрастать при сверхбольших сроках эксплуатации. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в 1959 - 1964 гг., ЦКТИ создан "Расчет трубных досок теплообменных аппаратов на прочность" ("Руководящие указания", вып. 12. Л., 1965). в основу которого положен принцип предельных нагрузок. В 70-е - начале 80-х годов ЦКТИ разработал ряд нормативных документов по методам расчета на прочность (в том числе ГОСТы, ОСТы и РТМ по расчету на прочность жаротрубных котлов, по оценке долговечности колен трубопроводов и др.). ЦКТИ был разработан ОСТ 108.031.02-75 «Котлы стационарные паровые и водогрейные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность», согласованный с Госгортехнадзором в 1975 г. В Нормах введен новый раздел - «Поверочный расчет на дополнительные нагрузки», в котором приведена методика поверочного расчета элементов от действия внутреннего давления, осевой силы и изгибающего и крутящего моментов. Приведены критерии прочности для конструктивных элементов от действия внутреннего давления и весовых нагрузок, а также от действия внутреннего давления, весовых нагрузок и самокомпенсации тепловых расширений. В Нормах введено рекомендуемое приложение «Поверочный расчет на усталость», в котором представлена методика поверочного расчета на усталость барабанов, сепараторов, коллекторов, трубопроводов и других деталей под действием переменных нагрузок. Приведена кривая допускаемой амплитуды переменных напряжений для углеродистой и легированной сталей при температуре 20°С, а также дана таблица (число циклов - амплитуда напряжений) для углеродистой стали при расчетной температуре стенки не более 400°С и для легированной стали при температуре не более 450°С. Широкое применение цельносварных газоплотных экранов в котлах на сверхкритические параметры пара поставило перед отраслью задачу создания методики их расчета на прочность. На основании проведенных ЦКТИ натурных исследований напряженного состояния мембранных экранов прямоточного котла ТГМП-324 и барабанного котла БКЗ 420-140 НГМ был разработан РТМ 108.031.108-78 «Расчет на прочность цельносварных газоплотных экранов» (исполнители НПО ЦКТИ, ЗиО, ПО "Красный котельщик"). Опыт, накопленный ЦКТИ при разработке и применении методов теплового моделирования, аэродинамических и гидравлических расчетов котлов, норм расчета на прочность, был широко использован при реализации проектов создания атомного оружия и впоследствии при создании первой атомной электростанции. Решением руководства страны ЦКТИ был включен в число головных организаций по созданию проектов атомного оружия, а Нормы прочности ЦКТИ легли в основу Норм прочности оборудования АЭС. Это относится в первую очередь к расчетам на прочность и устойчивость различных конструктивных элементов, к расчетным характеристикам материалов и методам экстраполяции характеристик жаропрочности, к расчетам трубопроводов. Например, на основе НТД и Правил по трубопроводам ЦКТИ совместно с БЗЭМ был разработан сортамент трубопроводов и сборочных единиц для тепловой и атомной энергетики. При разработке Норм прочности оборудования АЭС был учтен опыт сотрудничества ЦКТИ с ИМАШ им. акад. А.А. Благонравова РАН и с другими организациями страны. Можно упомянуть следующие нормативные документы, разработанные ЦКТИ применительно к трубопроводам, которые являются базовыми документами Правил по трубопроводам Госгортехнадзора России: РТМ 24.038.11-72 «Расчет прочности трубопроводов энергоустановок для условий нестационарных температурных режимов»; РТМ 24.038.08-72 «Расчет трубопроводов энергоустановок на прочность»; РТМ 108.038.101-77 «Трубопроводы стационарных паровых и водогрейных котлов. Расчет на самокомпенсацию»; ОСТы «Детали и сборочные единицы из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей для трубопроводов пара и горячей воды с давлением р>4МПа тепловых электростанций» и ОСТы «Детали и сборочные единицы из хромомолибденованадиевых сталей для паропроводов тепловых электростанций» (исполнители НПО ЦКТИ и БЗЭМ, 1982 г.). В 1985 г. НПО ЦКТИ по согласованию с Госгортехнадзором были разработаны ОСТ 108.031.08-85 - ОСТ 108.031.10-85 "Котлы стационарные паровые и водогрейные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность". В этих Нормах введена новая методика расчета толщины стенки колен и змеевиков на внешней, внутренней и нейтральной сторонах. Было также переработано рекомендуемое приложение Норм прочности 1975 г. «Поверочный расчет на усталость» и приведены расчетные кривые малоцикловой усталости углеродистых сталей, низколегированных сталей и аустенитных хромоникеливых сталей. В Нормы прочности введены допускаемые напряжения (рекомендуемые) на 300 тыс. ч. и допускаемые напряжения для стали 10Х9МФБ. Практическое значение Норм прочности связано в первую очередь с тем, что в них аккумулирован многолетний отечественный опыт разработки и эксплуатации объектов котлонадзора, интегрированы и взаимно согласованы методы расчетов на прочность и требования к материалам и полуфабрикатам, к технологиям изготовления, монтажа и ремонта, учтен опыт разработки и применения зарубежных нормативных документов (ASME Pressure Vessels and Boiler Codes, TRD и др.). Нормы прочности лежат в основе требований к техническому освидетельствованию и диагностированию, к сертификации безопасности отечественного и импортного оборудования тепловой промышленной и коммунальной энергетики, к продлению ресурса энергооборудования. Они должны дополняться и расширяться при разработке оборудования на новые параметры, например на суперсверхкритические параметры пара. Наличие отечественной нормативно-технической базы оборудования теплоэнергоснабжения является одним из важнейших аспектов защиты отечественных интересов и обеспечения научно-технической, технологической и промышленной безопасности страны, поэтому разработанная НПО ЦКТИ новая редакция "Норм прочности котлов и трубопроводов пара" (РД 10-249-98 Госгортехнадзора России) имеет исключительно важное значение для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования с большими сроками наработки и экспертизы промышленной безопасности производимого в России и импортируемого оборудования. Решение вышеуказанных задач в современных условиях потребовало повышения статуса документа с уровня отраслевых стандартов до руководящего документа Госгортехнадзора России - Уполномоченного федерального органа по промышленной безопасности. Разработка Норм прочности 1998 г. согласуется с задачами по обеспечению выполнения требований федерального Закона о промышленной безопасности и с другими нормативными актами, связанными с введением этого закона в действие. Канд. техн. наук B.C. Котельников Профессор Ю.К. Петреня Госгортехнадзор России АООТ "НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова" Член-корреспондент РАН профессор Н.А. Махутов ИМАШ им. акад. А.А. Благонравова РАН СОДЕРЖАНИЕ
|