РД 10-249-98

РУКОВОДЯЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ГОСГОРТЕХНАДЗОРА РОССИИ


НОРМЫ РАСЧЕТА
НА ПРОЧНОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ПАРА И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

     
     
Дата введения 2001-09-01

     
     
     УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.1998 N 50
     
     Редакционная коллегия: В.С.Котельников, Н.А.Хапонен, А.А.Шельпяков (Госгортехнадзор России)
     
     Ю.К.Петреня, Е.Э.Гильде, А.В.Судаков, А.А.Чижик, И.А.Данюшевский, П.В.Белов, А.М.Рейнов (АООТ НПО ЦКТИ им. И.И.Ползунова)
     
     
     Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды распространяются на паровые котлы и паропроводы с избыточным рабочим давлением более 0,07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей воды с температурой свыше 115 °С.
     
     Допускается применение Норм при расчете сосудов энергомашиностроения и корпусов арматуры тепловых электростанций и других установок.
     
     Нормы не распространяются на котлы, трубопроводы, встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры, устанавливаемые на морских и речных судах и на других плавучих средствах или объектах подводного применения, а также на подвижном составе железнодорожного, автомобильного и гусеничного транспорта, и на котлы с электрическим обогревом.
     
     Для котлов и трубопроводов, находящихся в эксплуатации, в процессе монтажа или изготовления или оконченных проектированием до введения настоящих Норм, переоформление расчетов на прочность в соответствии с новыми нормами не требуется.
     
     Текст настоящего издания Норм включает Изменение N 1 (РДИ 10-413(249)-01), утвержденное постановлением Госгортехнадзора России от 13.07.01 N 31.
     
     

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

     
     Настоящие Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды распространяются на паровые котлы и паропроводы с рабочим давлением более 0,07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей воды с температурой свыше 115 °С:
     
     на котлы с топкой, котлы-утилизаторы, энерготехнологические котлы и др.;
     
     на встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры;
     
     на трубопроводы пара и горячей воды в пределах котла, включая опускные трубы, соединительные трубы и стояки;
     
     на трубопроводы пара и горячей воды любого назначения;
     
     на сосуды, подключенные к тракту котла (пароохладители, сепараторы и др.).
     
     Допускается применение Норм при расчете сосудов энергомашиностроения и корпусов арматуры тепловых электростанций и других установок.
     
     Нормы не распространяются на котлы, трубопроводы, встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры, устанавливаемые на морских и речных судах и на других плавучих средствах или объектах подводного применения, а также на подвижном составе железнодорожного, автомобильного и гусеничного транспорта, и на котлы с электрическим обогревом.
     
     Нормы должны применяться совместно с Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПГК-93), Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды (ПГТ-94) и Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96).
     
     Для котлов и трубопроводов, находящихся в эксплуатации, в процессе монтажа или изготовления или оконченных проектированием до введения настоящих Норм, переоформление расчетов на прочность в соответствии с новыми нормами не требуется.
     

1.1. Основные условные обозначения

     1.1.1. В формулах приняты следующие обозначения, представленные в табл.1.1.
     
     

Таблица 1.1

1.2. Область применения

     1.2.1. Приведенные в Нормах методы расчета на прочность применимы при соблюдении следующих условий:
     
     конструкция, материалы, изготовление, контроль, монтаж и ремонт котла, трубопровода и их деталей, работающих под давлением, удовлетворяют соответствующим требованиям Правил (ПГК-93, ПГТ-94, ПБ 10-115-96);
     
     эксплуатация котла и трубопровода удовлетворяет требованиям не ниже требований правил технической эксплуатации, согласованных с Госгортехнадзором России (далее - госгортехнадзором), например "Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей";
     
     при монтаже, эксплуатации и ремонте обеспечено выполнение инструкций и указаний предприятия-изготовителя.
     
     1.2.2. При расчете деталей, конструкция которых, способы изготовления и условия эксплуатации отличаются от общепринятых, установленных соответствующими Правилами, необходимо вводить коррективы, учитывающие особенности изготовления и эксплуатации. Для деталей, подверженных частым сменам нагрузки или колебаниям температуры, должны выполняться поверочные расчеты на малоцикловую усталость.
     
     1.2.3. Прочность деталей, методы расчета которых в Нормах не приводятся, должна быть подтверждена изготовителем в результате проведения испытаний моделей или образцов либо расчетами на прочность, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями. При этом должно быть обеспечено соблюдение запасов прочности не менее установленных настоящими Нормами.
     
     1.2.4. Методика расчетов на прочность, приведенная в Нормах, предусматривает выполнение расчетов в прямом и обратном порядке. При прямом порядке расчетов определяется номинальная или допустимая толщина стенки по заданному или принятому расчетному давлению, при обратном порядке расчета определяется величина допустимого давления по фактической или номинальной толщине стенки. Обратный порядок расчета может быть назван контрольным расчетом. Выбор порядка расчета должен производиться организацией, выполняющей расчет.
     
     В Нормах не приводятся последовательность и методика поверочного расчета, основной задачей которого является обоснование расчетного ресурса эксплуатации. Однако в поверочном расчете должны использоваться значения номинальных допускаемых напряжений и основные расчетные формулы и зависимости, приведенные в разделах 3, 4 данных Норм.
     

1.3. Расчетное давление

     1.3.1. Под расчетным давлением  следует понимать избыточное давление рабочей среды, по которому производится расчет на прочность данной детали.
     
     Расчетное давление должно приниматься конструкторской организацией в целях обеспечения расчетом на прочность, выполняемым этой организацией, надежности детали в условиях испытаний и эксплуатации.
     
     Расчетное давление должно быть равно максимальному давлению рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации, или больше его. Необходимость превышения расчетного давления над рабочим, а также размеры этого превышения должны определяться конструкторской организацией с учетом особенности конструкции котла и его комплектации (например, предохранительными клапанами), назначения котла и опыта эксплуатации котла данного типа.
     
     1.3.2. Расчетное давление детали котла  следует принимать равным расчетному давлению рабочей среды на выходе из котла (перегревателя), увеличенному на потерю давления от гидравлического сопротивления на участке между расчетной деталью и выходом рабочей среды из котла. Потеря давления должна определяться при максимальном расходе среды.
     
     Для элементов, заполненных водой, следует прибавить гидростатическое давление столба воды, расположенного над нижней частью расчетного элемента.
     
     Гидростатическое давление и потери гидравлического сопротивления принимаются в расчет, если их сумма равна или более 3% расчетного давления.
     
     1.3.3. Расчетное давление рабочей среды на выходе из котла должно приниматься равным номинальному давлению при номинальной температуре и паропроизводительности (или номинальном расходе воды для водогрейного котла), увеличенному на положительное отклонение, вызванное регулированием величины номинального давления, если это отклонение превышает 3%.
     
     1.3.4. Расчетное давление в трубах поверхностей нагрева или трубопроводах принимается равным давлению рабочей среды на входе в рассчитываемый пакет или трубопровод (в соответствующем коллекторе, барабане котла или полости теплообменника).
     
     1.3.5. Расчетное давление в чугунных экономайзерах следует определять в соответствии с п.1.3.2; при этом оно должно быть не менее расчетного давления в котле, увеличенного на 25%.
     
     1.3.6. Кратковременное повышение давления при полном открытии предохранительных клапанов в расчете допускается не учитывать, если при максимальной производительности котла оно не превышает 10% рабочего давления. Если это условие не соблюдается, то расчетное давление должно приниматься равным 90% давления при полном открытии предохранительных клапанов.
     
     1.3.7. Расчетное давление в трубопроводах воды после насосов должно приниматься равным 90% максимального давления, создаваемого насосами при закрытых задвижках.
     
     1.3.8. Во всех случаях величина расчетного давления должна приниматься не менее 0,2 МПа.
     

1.4. Расчетная температура

     1.4.1. Под расчетной температурой стенки  следует понимать температуру металла, по которой выбирается величина допускаемого напряжения для рассчитываемой детали котла или трубопровода.
     
     1.4.2. Расчетную температуру стенки деталей, не обогреваемых горячими газами или надежно изолированных от обогрева извне, следует принимать равной температуре содержащейся в ней рабочей среды без учета допусков по отклонению температуры рабочей среды от номинальной, установленных ГОСТ 3619, ГОСТ 21563, ГОСТ 22530.
     
     Детали считаются надежно изолированными, если обеспечены условия, при которых повышение средней температуры стенки от тепловосприятия извне не будет превышать 5 °С.
     
     Для экранов это условие соблюдается, если просвет между экранными трубами или между плавниками труб не превышает 3 мм.
     
     1.4.3. За расчетную температуру стенки обогреваемых деталей следует принимать среднеарифметическое значение температур наружной и внутренней поверхности стенки в наиболее нагретой части детали, определенных теплотехническим расчетом или измерением.
     
     1.4.4. Расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов следует принимать равной температуре среды на входе в расчетный элемент (при отсутствии внутри детали греющих теплообменников или при размещении в ней охлаждающего теплообменника) или равной температуре среды на выходе из детали (при размещении в ней греющих теплообменников).
     
     1.4.5. Если избыточное давление горячих газов превышает 0,1 МПа, то расчетная температура стенки обогреваемых деталей должна приниматься по тепловому расчету или по данным измерений температуры.
     
     1.4.6. Расчетную температуру стенки деталей котлов и трубопроводов в пределах котла следует принимать не менее 250 °С.
     
     Допускается принимать расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов ниже 250 °С по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     

1.5. Толщина стенки и прибавки

     1.5.1. Расчетная толщина стенки , вычисленная по формулам раздела 3 настоящих Норм, должна определяться по заданным значениям расчетного давления и номинального допускаемого напряжения с учетом ослабления отверстиями и (или) сварными соединениями.
     
     1.5.2. Номинальная толщина стенки  должна приниматься по расчетной толщине стенки с учетом прибавок, указанных в пп.1.5.5 и 1.5.6, с округлением до ближайшего большего размера, имеющегося в сортаменте толщин соответствующих полуфабрикатов. Допускается округление в меньшую сторону не более 3% принятой окончательно номинальной толщины стенки.
     
     1.5.3. Допустимая толщина стенки [] должна определяться по расчетной толщине стенки с учетом эксплуатационной прибавки , определяемой согласно пп.1.5.5 и 1.5.7.
     
     1.5.4. Фактическая толщина стенки , полученная непосредственными измерениями толщины готовой детали при операционном и (или) эксплуатационном контроле, должна быть не менее допустимой толщины стенки. Точность измерительного прибора, используемого при определении , следует учитывать, если его погрешность превышает 1%.
     
     1.5.5. По назначению прибавки к расчетной толщине стенки следует подразделять:
     
     на прибавку  (производственная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;
     
     на прибавку  (эксплуатационная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа (эрозии) и др.
     
     Утонение в результате абразивного износа труб учтено в приводимых значениях прибавки  только при выборе скорости газов, ограничивающих чрезмерный износ согласно "Тепловому расчету котельных агрегатов. Нормативный метод" (далее - "Тепловой расчет"). При большем износе прибавка на утонение из-за абразивного износа должна приниматься согласно "Тепловому расчету".
     
     Сумма прибавок  должна быть не менее минимальных значений, указанных в разделе 3 и относящихся к расчету конкретных деталей.
     
     1.5.6. Производственная прибавка  состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение , и технологической прибавки .
     
     Значение прибавки  следует определять по предельному минусовому отклонению толщины стенки, установленному стандартами или техническими условиями на полуфабрикаты; значение прибавки  должно определяться технологией изготовления детали и принимается по техническим условиям на изделие.
     
     Для прямых труб и обечаек, подвергающихся на предприятии-изготовителе механической обработке, ; для деталей, деформирование которых при изготовлении не приводит к ослаблению стенки заготовки, .
     
     1.5.7. Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне  и со стороны газов .
     
     Значение прибавки  для всех обогреваемых и необогреваемых деталей из аустенитных сталей, а также для труб наружным диаметром 32 мм и менее из углеродистой и теплоустойчивой сталей равно нулю. Для остальных деталей (труб наружным диаметром более 32 мм, коллекторов, барабанов, фасонных деталей и трубопроводов и других, изготовляемых из углеродистой и теплоустойчивой сталей) значение прибавки  на расчетный ресурс 10 ч должно определяться по табл.1.2.
     
     

Таблица 1.2

Прибавка , мм

          
     Примечание. Для гибов опускных, водоперепускных и необогреваемых труб для пароводяной смеси и насыщенного пара наружным диаметром более 76 мм при рабочем давлении котла от 8 до 20 МПа следует принимать прибавку  от 1 до 3 мм в зависимости от опыта эксплуатации котла данного типа; для труб наружным диаметром 133 мм и более использование прибавки  менее 3 мм должно быть согласовано со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     
     
     При расчетном ресурсе более 10 ч прибавку  следует увеличить с учетом скорости коррозии; при ресурсе до 2·10 ч допускается принимать (впредь до уточнения) значение этой прибавки такой, как при ресурсе 10 ч.
     
     При расчетном ресурсе менее 10 ч прибавку  допускается принимать уменьшенной пропорционально ресурсу.
     
     Значение прибавки  для необогреваемых деталей равно нулю.
     
     Значение прибавки  для обогреваемых деталей должно приниматься в зависимости от температуры наружной поверхности детали, вида топлива и металла детали. Для определения прибавки  температура наружной поверхности детали должна сравниваться с допустимой температурой, значения которой приведены в табл.1.3. Расчетная температура наружной поверхности обогреваемых деталей, определяемая по тепловому расчету с учетом тепловой и гидравлической неравномерности, но без учета временного увеличения неравномерности обогрева, не должна превышать значений допустимой температуры [].
     
     

Таблица 1.3

Допустимая температура наружной поверхности с учетом
продуктов сгорания [], °С

          
     Примечание. Допустимая температура наружной поверхности экранных труб из стали 12Х1МФ, расположенных в зоне максимальных тепловых нагрузок более 407 кВт/м (350·10 ккал/(м·ч), при сжигании сернистых мазутов не должна превышать 545 °С с учетом запаса на межпромывочный период.
     
     
     Для необогреваемых участков труб из стали марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ, соединяющих трубы поверхности нагрева из аустенитной стали с коллекторами из легированной стали, допускается температура стенки до 600 °С.
     
     Значение прибавки  для ресурса 10 ч должно приниматься минимальным из условий:
     
     при температуре наружной поверхности  °С
     

 мм;

     при температуре согласно условию  
     

мм.

     Для обогреваемых углеродистых труб общего назначения (например, из стали марки Ст3) прибавка  должна приниматься не менее 0,4 мм независимо от температуры стенки, марки стали и категории качества.
     
     Для стали марки 12Х18Н12Т при сжигании высокосернистых и сернистых мазутов и для сталей марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ при сжигании эстонских сланцев допускается температура наружной поверхности деталей выше допустимой, но не более значений температуры, установленных для остальных энергетических топлив, при условии увеличения значения прибавки  на 0,5 мм в первом случае и на 0,3 мм во втором на каждые 10 °С повышения температуры.
     
     Для ресурса эксплуатации менее 10 ч значение прибавки  к фактической толщине стенки допускается принимать пропорционально отношению данного ресурса к ресурсу в 10 ч.
     
     При выборе расчетной температуры наружной поверхности труб экранов котлов сверхкритических параметров следует учитывать повышение этой температуры в течение межпромывочного периода.
     
     Для труб, находящихся в теплом ящике энергетического котла, значения прибавки  должны приниматься равными 0,5 значения, определяемого для обогреваемых труб при той же расчетной температуре наружной поверхности.
     
     Расчетная температура стенок труб в теплом ящике должна приниматься равной температуре рабочей среды с учетом неравномерностей ее распределения.
     
     1.5.8. При вычислении и измерении толщины стенки в документацию следует записывать значение с округлением до 0,1 мм.
     
     

2. ДОПУСКАЕМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

     
     2.1. Под номинальным допускаемым напряжением [] следует понимать величину напряжения, используемую для определения расчетной толщины стенки детали или допустимого давления по принятым исходным данным и марке металла.
     
     Приведенные в настоящих Нормах допускаемые напряжения и указания по их выбору применимы при использовании металлов и полуфабрикатов, которые разрешены Правилами госгортехнадзора.
     
     Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтвержден статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции не реже одного раза в 5 лет и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями Правил госгортехнадзора.
     
     2.2. Номинальные допускаемые напряжения для катаной или кованой стали марок, широко используемых в котлах и трубопроводах, следует принимать по табл.2.1-2.5.
     
     

Таблица 2.1

Номинальные допускаемые напряжения [] для углеродистой и
марганцовистой сталей, не зависящие от расчетного ресурса, МПа

     
     
Таблица 2.2

Номинальные допускаемые напряжения []
для углеродистой и марганцовистой сталей, МПа

     
Продолжение табл.2.2

     
     Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
     2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10 и 2·10 ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
     
     3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
     
     

Таблица 2.3
    

 Номинальные допускаемые напряжения [] для теплоустойчивой стали, МПа

     
Продолжение табл.2.3

          
     Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
     
     2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10, 2·10 и 3·10 ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
     
     3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
     
     

Таблица 2.4

Номинальные допускаемые напряжения []
для высокохромистой и аустенитной сталей, МПа

          
     Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
     
     2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10, 2·10 и 3·10 ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
     
     3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
     
     

Таблица 2.5
Рекомендуемая
  

Номинальные допускаемые напряжения [] для стали 10Х9МФБ, МПа

          
     Примечания: 1. Выше черты приведены значения допускаемых напряжений, определяемых по пределу текучести в зависимости от температуры.
     
     2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10и 2·10ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
     
     3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
     
     4. Значения допускаемых напряжений со знаком * получены экстраполяцией с малых по времени баз испытаний и должны быть откорректированы с учетом требований подраздела 2.1.
     
     
     Для промежуточных значений ресурса эксплуатации, указанных в таблицах, значение допускаемого напряжения разрешается определять линейной интерполяцией ближайших значений между ресурсами с округлением до 0,5 МПа в меньшую сторону, если разница между этими значениями не превышает 20% их среднего значения. В остальных случаях должно применяться "логарифмическое" интерполирование.
     
     Экстраполяция значений допускаемых напряжений для ресурса менее 10 не допускается без согласования со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     
     Допускаемые напряжения для сталей иностранных марок, допущенных к применению Госгортехнадзором России, должны устанавливаться специализированными научно-исследовательскими организациями. Для стали 2.1/4 Сг1Мо (10СrМо910 для труб по ДИН 17175 и для листа по ДИН 17155) могут быть использованы значения допускаемых напряжений, приведенные в табл.2.6.
     
     

Таблица 2.6

Номинальные допускаемые напряжения для стали 2.1/4 Сr1Мо
(10СrМо910) на расчетный ресурс 10 ч

     
     
     2.3. Для сталей марок, не приведенных в табл.2.1-2.4, и для других металлов, допущенных к применению Госгортехнадзором России, номинальное допускаемое напряжение следует принимать равным наименьшему из приведенных в табл.2.7 значений, полученных в результате деления соответствующей расчетной характеристики прочности металла при растяжении на соответствующий запас прочности по данной характеристике.
     
     

Таблица 2.7

Формулы для определения номинального допускаемого напряжения [],
не зависящего от расчетного ресурса, или для расчетного ресурса 10 ч

___________

     * Для углеродистой и теплоустойчивой стали повышенной прочности ( > 490 МПа и минимальное относительное удлинение < 20%) запас прочности по пределу текучести следует увеличить на 0,025 на каждый процент уменьшения относительного удлинения ниже 20%.
     
     ** Характеристики прочности должны определяться без учета термического и механического упрочнения. Условие неприменимо для деталей, в которых недопустима пластическая деформация (фланцы, шпильки). Допускается использовать минимальное значение условного предела текучести при остаточной деформации 0,2% с запасом 1,15.
     
     *** При расчете на изгиб допускаемые напряжения принимаются уменьшенными на 50%.
     
     **** Условие используется, если в стандартах или технических условиях на металл отсутствуют гарантируемые значения .
     
     
     При выполнении контрольных расчетов деталей, изготовленных из стали 12ХМФ, допускается использовать значения допускаемых напряжений, приведенных в табл.2.1-2.4. для стали 12Х1МФ.
     
     2.4. В качестве расчетных характеристик прочности металла следует принимать:
     
     временное сопротивление при растяжении ;
     
     предел текучести  или условный предел текучести ;
     
     условный предел длительной прочности  
     
     условный предел ползучести .
     
     Значения характеристик  следует принимать равными минимальным значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.
     
     Значения характеристик и  следует принимать равными средним значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.
     
     Отклонения характеристик в меньшую сторону допускаются не более чем на 20% от среднего значения.
     
     Допускается использование  вместо , если в стандартах или технических условиях на металл нормированы значения  и отсутствуют нормированные значения .
     
     Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтвержден статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями Правил госгортехнадзора.
     
     2.5. Для стальных отливок номинальное допускаемое напряжение следует принимать равным следующим величинам:
     
     85% значений допускаемого напряжения, определенного согласно табл.2.1-2.4 для одноименной марки катаной или кованой стали, если отливки подвергаются сплошному неразрушающему контролю;
     
     75% от указанных в табл.2.1-2.4. значений, если отливки не подвергаются сплошному неразрушающему контролю.
     
     2.6. Для стальных деталей, работающих в условиях ползучести при разных за расчетный ресурс расчетных температурах, за допускаемое разрешается принимать напряжение , вычисленное по формуле
     

,

где  - длительность периодов эксплуатации деталей с температурой стенки соответственно , ч;

           - номинальные допускаемые напряжения для расчетного ресурса при температурах , МПа;
     
      - общий расчетный ресурс, ч;
     
      - показатель степени в уравнении длительной прочности стали.
     
     Для углеродистых, низколегированных хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых, а также аустенитных сталей допускается принимать 8. Периоды эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по интервалам температуры 5 или 10 °С.
     
     Определение эквивалентных напряжений по приведенной упрощенной методике рекомендуется принимать для интервала температур не более 30 °С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30 °С следует использовать среднее значение показателя степени согласно данным экспериментальных исследований с базой испытаний не менее 0,1 от ресурса, но не менее 10 ч.
     
     2.7. Расчетные характеристики прочности и номинальные допускаемые напряжения следует принимать для расчетных температур стенки, определенных согласно п.1.4.
     
     2.8. При определении допустимой величины пробного давления допускаемое напряжение должно приниматься согласно табл.2.8.
     
     

Таблица 2.8

Формулы для определения допускаемого напряжения
при вычислении пробного давления

___________

     * Условие используется, если в стандартах или технических условиях на металл характеристики нормированы.
     
     
     2.9. При расчете стальных деталей, работающих под наружным давлением, допускаемое напряжение должно быть уменьшено в 1,2 раза по сравнению со случаем, когда используются формулы расчета по внутреннему давлению (например, для дымогарных труб).
     
     

Таблица 2.9
Рекомендуемая

Номинальные допускаемые напряжения []
для расчетного ресурса 4·10 ч

     
3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЭЛЕМЕНТОВ,
РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

     
3.1. Условные обозначения

     
     3.3.1. В Нормах приняты условные обозначения, представленные в табл.3.1.
     
     

Таблица 3.1

3.2. Цилиндрические барабаны и коллекторы

     
3.2.1. Расчет толщины стенки

     
     3.2.1.1. Номинальная толщина стенки обечаек барабана (корпуса котла) или цилиндрической части коллектора должна быть не менее определенной по формуле
     

     
где   если расчет выполняется по наружному диаметру, и

     
         если расчет выполняется по внутреннему диаметру.
     
     Формулы пригодны при соблюдении следующих условий:
     
     для барабанов и коллекторов, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар:
     

 или ;

     
     для коллекторов, содержащих перегретый пар:
     

     
     Для криволинейных и торовых коллекторов при  расчет толщины стенки должен производиться с учетом п.3.3.2.
     
     3.2.1.2. Расчетные коэффициенты прочности  обечаек барабанов и цилиндрической части коллекторов с отверстиями и (или) со сварными соединениями следует определять согласно разделу 4.
     
     3.2.1.3. Для барабанов, изготовляемых из листов разной толщины и соединяемых продольными швами при стыковке листов по совпадению средних диаметров, расчет толщины стенки должен производиться для каждого листа с учетом имеющихся в нем ослаблений.
     
     При стыковке листов разной толщины по внутреннему диаметру требуется дополнительно проверить местные напряжения в месте стыка листов по методике расчета на прочность, согласованной со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     
     3.2.1.4. Суммарная прибавка  должна приниматься согласно разделу 1.
     
     Для обечаек барабанов и коллекторов, свариваемых из листа, а также кованых с последующей механической обработкой при номинальной толщине стенки более 20 мм допускается принимать 0. Если наибольшее минусовое отклонение по толщине листа превышает 3%, то в прибавке  следует учесть это превышение.
     
     Для коллекторов, изготовляемых из труб, прибавка  должна определяться по формуле
     

     
если неизвестна номинальная толщина стенки, и по формуле

     
если номинальная толщина стенки известна или предварительно принята.

     
     Для обечаек барабанов и прямолинейных коллекторов 0.
     
     Для криволинейных коллекторов при  значение прибавки  должно приниматься так же, как для колен.
     
     Для обечаек барабанов из стали повышенной прочности при  МПа и рабочем давлении более 8 МПа прибавка  должна предусматривать возможность удаления коррозионно-усталостных дефектов без заварки; она принимается в зависимости от условий и опыта эксплуатации котла данного типа, что должно согласовываться со специализированными научно-исследовательскими организациями; значение прибавки должно быть не менее 5 мм. Прибавка менее 5 мм должна согласовываться со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     
     3.2.1.5. При выборе номинальной толщины стенки необходимо учитывать следующее:
     
     номинальная толщина стенки барабана или коллектора, изготовляемых из листа, должна быть не менее 6 мм; допускается для котлов паропроизводительностью менее 1 т/ч при рабочем давлении не более 0,5 МПа принимать номинальную толщину стенки не менее 4 мм;
     
     номинальная толщина стенки коллектора при изготовлении и фактическая толщина стенки коллектора при эксплуатации должны быть не менее значений, указанных в табл.3.2, но не менее значений, полученных в результате расчетов на прочность;
     
     

Таблица 3.2

     
     
     толщину стенок барабанов и коллекторов, к которым присоединяются трубы при помощи развальцовки, рекомендуется принимать не менее 16 мм; применение стенок толщиной менее 13 мм не допускается;
     
     толщина стенок обогреваемых барабанов и коллекторов без изоляции должна быть не более следующей:
     
     22 мм для барабанов и 10 мм для коллекторов, расположенных в топке;
     
     30 мм для барабанов и 13 мм для коллекторов, расположенных в газоходах при температуре газов не выше 900 °С;
     
     50 мм для барабанов и 20 мм для коллекторов, расположенных в газоходах при температуре газов не выше 600 °С.
     
     Указанные толщины могут быть увеличены, если это будет обосновано соответствующими расчетами, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями, с учетом местных температурных напряжений на внутренней и наружной поверхности.
     
     3.2.1.6. Для коллекторов, изготовляемых из одной или нескольких бесшовных труб, на концах прямых участков, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки до минимальной расчетной толщины стенки прямой трубы, определяемой по формуле     

     
     Расстояние между выходом расточки (обточки) под сварку и кромкой ближайшего отверстия по продольной оси коллектора должно быть не менее . Если это условие не соблюдается (но выполняются требования Правил госгортехнадзора по расположению отверстий), то вместо  следует принять . Коэффициент прочности  в этом случае допускается определять согласно п.4.3.3.10, где полная площадь должна приниматься на длине, равной расстоянию между центрами отверстий при двух отверстиях с расположением сварного соединения между ними, или на длине, равной  от оси отверстия по направлению к оси сварного шва при расположении вблизи сварного соединения одного отверстия.
     

3.2.2. Допустимое давление

     
     3.2.2.1. Допустимое рабочее давление в барабанах и коллекторах при контрольных расчетах должно быть не более значений, полученных по одной из следующих формул:     

     
если расчет выполняется по наружному диаметру;

если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

     
     Примечания: 1. Коэффициент прочности  следует принимать в соответствии с п.3.2.1.2.
     
     2. Значение прибавки  следует принимать в соответствии с п.3.2.1.4, при этом
     
     
     3.2.2.2. При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо  следует применять . Величина  должна приниматься равной наименьшему значению из четырех измерений толщины по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном сечении при числе проверяемых сечений не менее одного на каждые два метра длины барабана (коллектора), но не менее чем в трех сечениях для всего барабана (коллектора).
     
     3.2.2.3. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно пп.3.2.2.1 и 3.2.2.2 при замене допускаемого напряжения [] на .
     
     3.2.2.4. Величина допускаемого рабочего или пробного давления в барабане или коллекторе не должна превышать соответственно рабочего или пробного давления, допускаемого по условиям прочности для остальных деталей данного барабана или коллектора, в частности для днищ.
     

3.2.3. Приведенное напряжение

     
     3.2.3.1. Приведенное напряжение в барабанах и коллекторах должно определяться по одной из следующих формул:     

     
если расчет выполняется по наружному диаметру;

если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

     
     При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо  следует применять  согласно п.3.2.2.2.
     
     Значения коэффициентов прочности  и прибавки  следует принимать согласно пп.3.2.1.2 и 3.2.1.4 соответственно.
     

3.2.4. Расчетная температура стенки

     
     3.2.4.1. Расчетную температуру стенки барабанов и охлаждающих топку слоевого сжигания панелей из углеродистой или теплоустойчивой стали, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар, допускается определять без теплотехнических расчетов по упрощенным формулам для средней температуры стенки:
     
     для барабанов, вынесенных из газохода, надежно изолированных или защищенных другим надежным способом от обогрева извне:     

     
     для неизолированных барабанов, расположенных в конвективных газоходах:
     
     при температуре газов не выше 600 °С
     

;

     
     при температуре газов более 600 °С, но не выше 900 °С
     

;

     
     для неизолированных барабанов и охлаждающих панелей, подверженных лучеиспусканию факела или горящего слоя топлива:
     

.

     
     3.2.4.2. Расчетную температуру стенки коллекторов экранов, экономайзеров и перегревателей допускается определять по упрощенным формулам:
     
     для необогреваемых (вынесенных из газохода или надежно изолированных) коллекторов экономайзеров и экранов и коллекторов насыщенного пара котлов с естественной и принудительной циркуляцией, а также входных коллекторов экономайзеров прямоточных котлов     

     
     для необогреваемых коллекторов (за исключением входных) экономайзеров прямоточных котлов и коллекторов перегревателей (кроме насыщенного пара) котлов всех типов     

     
     для обогреваемых коллекторов из углеродистой и теплоустойчивой стали, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар:
     
     при температуре в газоходе не выше 600 °С     

     при температуре в газоходе от 600 до 900 °С     

     
     при температуре в газоходе выше 900 °С
     

     Величина  не должна приниматься выше расчетной температуры газов в сечении газохода, в котором расположен коллектор.
     
     Температуру среды  при определении расчетной температуры стенки для коллекторов экономайзеров (кроме входных), экранов котлов с естественной и принудительной циркуляцией и коллекторов насыщенного пара следует принимать равной температуре насыщенного пара при расчетном давлении в данном коллекторе. Для входных коллекторов экономайзеров котлов с естественной и принудительной циркуляцией температура среды должна приниматься равной температуре воды на входе в экономайзер (с учетом подогрева в пароохладителе в случае возврата воды после пароохладителя на вход в экономайзер и смешения при рециркуляции воды). Для коллекторов экономайзеров и переходных зон прямоточных котлов, а также для коллекторов перегревателей котлов всех типов она должна приниматься равной температуре среды.
     
     Величина разверки температур во включенном в коллектор пучке  должна приниматься по тепловому расчету или по данным испытаний, но не менее 10 °С. Коэффициент , учитывающий перемешивание среды до входа в коллектор или в нем, должен приниматься равным 0,5, за исключением случаев, когда среда подводится к торцу коллектора; в этих случаях допускается принимать 0.
     
     3.2.4.3. Для обогреваемых коллекторов из аустенитной стали расчетная температура стенки должна приниматься средней из значений температур на внутренней и наружной поверхностях.
     

3.2.5. Требования к конструкции

     
     3.2.5.1. Барабаны и коллекторы, имеющие отверстия, должны удовлетворять соответствующим требованиям к конструкции, изложенным в разделе 4.
     
     3.2.5.2. В барабанах, изготовленных из листов стали разной толщины, средние линии обечаек должны совпадать.
     
     Допускается совмещать обечайки по внутреннему диаметру, если выполняется условие п.3.2.1.3.
     

3.3. Трубы поверхностей нагрева и трубопроводов

     
3.3.1. Расчет толщины стенки прямых труб

     
     3.3.1.1. Номинальная толщина стенки прямой трубы поверхности нагрева или трубопровода должна быть не менее определенной по формуле
     

     
где  

     
     Формула пригодна при соблюдении условия
     
     Коэффициент прочности продольного или спирального сварного соединения  должен приниматься в соответствии с разделом 4. Для бесшовных труб коэффициент прочности 1,0. Коэффициент прочности поперечных сварных соединений в расчете на внутреннее давление учитывать не следует.
     
     3.3.1.2. Величина прибавки  должна приниматься в соответствии с п.3.2.1.4.
     
     3.3.1.3. Номинальная толщина стенки труб при изготовлении и фактическая толщина стенки труб при эксплуатации должны быть не менее значений, указанных в табл.3.3, но не менее значений, полученных в результате расчетов на прочность.
     
     

Таблица 3.3

     
     
     Номинальная толщина стенок труб, обогреваемых газами с температурой выше 900 °С, должна быть не более 8 мм, а при непосредственном воздействии лучистого тепла топки - не более 6,5 мм.
     
     Допускается применение обогреваемых труб с большей толщиной стенки, если это будет обосновано соответствующими расчетами, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями, с учетом местных температурных напряжений на внутренней и наружной поверхности.
     
     3.3.1.4. На концах прямых участков бесшовных труб, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки до минимальной расчетной толщины прямой трубы, определяемой по формуле

     
     Допускается уменьшение толщины стенки в месте расточки прямых труб под сварку до 0,95 при условии, что суммарная длина расточенного участка по продольной оси трубы после сварки не будет превышать меньшую из величин: 5 или 0,5.
     

3.3.2. Расчет толщины стенки колен и змеевиков

     
     3.3.2.1. Расчетная толщина стенки на внешней, внутренней и нейтральной сторонах (участках) колена и змеевика должна быть не менее определенной по формуле
     

 (1, 2, 3).

     
     Расчетная толщина стенки прямой трубы  должна определяться согласно п.3.3.1.1. Для участка колена, где продольный сварной шов отсутствует, коэффициент прочности сварного шва 1,0.
     
     Расчеты на прочность колен по приведенной ниже методике являются обязательными при учете изменения направления от прямолинейного более чем на 15°.
     
     3.3.2.2. Торовый коэффициент для внешней, внутренней и нейтральной сторон колена должен определяться соответственно по формулам:
     

     
     Нейтральная сторона колена составляет участок колена, расположенный под углом 15° в оба направления от продольного среднего сечения колена.
     
     3.3.2.3. Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, температура стенки которых не превышает 350, 400, 450 °С соответственно, значения коэффициентов формы следует определять по формулам:
     

     
где  

      
     3.3.2.4. Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, температура которых выше 400, 450, 525 °С соответственно, значения коэффициентов формы следует определять по формулам:
     

     
     Значения  и  должны приниматься согласно п.3.3.2.3 с учетом п.3.3.2.6.
     
     3.3.2.5. Для колен, расчетная температура которых более указанной в п.3.3.2.3, но менее указанной в п.3.3.2.4, коэффициенты  должны определяться линейным интерполированием в зависимости от значения температуры. При этом в качестве опорных величин должны приниматься значения коэффициентов, соответствующие указанным граничным температурам.
     
     3.3.2.6. При выполнении расчетов по формулам, приведенным в пп.3.3.2.3 и 3.3.2.4, должны выполняться следующие условия:
     
     если значения коэффициентов  (1, 2, 3) получаются по расчету менее единицы, то следует принимать 1;
     
     если вычисленное значение  превышает единицу, то следует принимать =1;
     
     при  значения коэффициентов формы  и поправочного коэффициента  следует принимать равными их значению при ;
     
     допускается принимать 1 для труб поверхностей нагрева, если 76 мм и 10%; если в указанном случае  51 мм, то допускается принимать 0,95.
     
     3.3.2.7. Номинальную толщину стенки колена следует принимать наибольшей из значений, полученных для указанных трех участков колена, согласно условию (1, 2, 3).
     
     Значение расчетной толщины стенки  следует принимать по пп.3.3.2.1-3.3.2.6.
     
     Для секторных колен, изготовленных из бесшовных труб, номинальную толщину стенки следует выбирать по внутренней стороне колена, где
     
     Если секторное колено изготовляется из сварных труб и коэффициент прочности сварного шва <1, то следует проверить значение номинальной толщины стенки по участку расположения сварного шва.
     
     3.3.2.8. Значение прибавки  следует определять согласно п.3.3.1.2, а прибавку  для каждой из указанных в п.3.3.2.2 трех сторон следует принимать по техническим условиям (ТУ) на изделие, согласованным со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     
     В случае отсутствия в ТУ на изготовление колен данных по технологическому утонению стенки колен при определении прибавки  для колен, изготовляемых указанными широко известными способами, необходимо учесть следующее:
     
     для гибов из труб, изготовляемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор, прибавка  к  должна быть не менее определенной по формулам:
     
     для необогреваемых труб     

     
     для труб поверхностей нагрева     

     
     для штампованных колен, изготовляемых в закрытых штампах, или для гибов, изготовляемых на станках с нагревом токами высокой частоты и осевым поджатием, прибавка  к  должна приниматься в пределах от 0,05 до 0,1; в этих двух случаях (для гибов из труб, изготовляемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор, и для штампованных колен) прибавка  к  равна нулю, а расчет по внутренней стороне гиба не производится;
     
     для колен, изготовляемых на рогообразном сердечнике, прибавка  равна нулю;
     
     для секторных колен прибавка  равна нулю;
     
     для штампосварных колен с расположением двух продольных сварных швов по внутренней и внешней стороне колена прибавка  к  должна приниматься в пределах от 0,05 до 0,1 с учетом , если его значение менее единицы;
     
     для штампосварных колен с расположением поперечного сварного шва в середине длины колена прибавка  к  равна нулю, а прибавка к  должна приниматься в пределах от 0,05 до 0,1; в этом случае расчет по внутренней стороне колена не производится, так как на этой стороне колено имеет утолщение стенки более значительное, чем величина коэффициента
     
     Если определение прибавки  производится, когда окончательно не выбрана номинальная толщина стенки колена, то следует задаться ее значением, например, равным значению номинальной толщины стенки прямой трубы согласно пп.3.3.1.1-3.3.1.3, с последующей проверкой по окончательно выбранному значению номинальной толщины стенки колена.
     
     3.3.2.9. Допустимая толщина стенки [] должна быть не менее определенной по формулам:
     
     для колен
     
     для прямых труб
     
     При определении [] в условиях эксплуатации значение прибавки , определяемое согласно разделу 1, допускается уменьшить пропорционально планируемому ресурсу эксплуатации до замены детали или до очередного контроля толщины стенки.
     
     Для тонкостенных колен паропроводов, трубопроводов и наружных перепускных труб диаметром более 200 мм при  прибавку  следует принимать в пределах от 1 до 3 мм в зависимости от опыта эксплуатации. Применение прибавки менее 3 мм для труб наружным диаметром 500 мм и более должно быть согласовано со специализированными научно-исследовательскими организациями.
     

3.3.3. Допустимое давление

     
     3.3.3.1. Допустимое рабочее давление в коленах труб котлов и в прямых трубах трубопроводов следует определять по формуле
     

     При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо  следует применять
     
     Коэффициент прочности  следует принимать согласно разделу 1.
     
     Коэффициенты и  следует определять согласно пп.3.3.2.2-3.3.2.6.
     
     Расчет по приведенным формулам следует производить для всех характерных участков колена (1, 2, 3). Значение прибавки  следует принимать согласно пп.3.2.1.4 и 3.3.2.8. При этом прибавка  должна определяться по номинальной толщине стенки.
     
     В качестве допустимого давления должно приниматься минимальное из вычисленных значений. Для прямых труб
     
     3.3.3.2. При выполнении контрольных расчетов фактическая толщина стенки для прямых труб должна определяться согласно п.3.2.2.2; для колен следует выявить наименьшее значение толщины стенки в каждом характерном участке колена, т.е. на внешней, внутренней стороне и по нейтральной линии. Измерения следует производить не менее чем в трех поперечных сечениях колена, одно из которых должно делить колено на две равные части; на каждом из участков следует производить измерения не менее чем в четырех точках.
     
     3.3.3.3. Величина пробного давления при гидравлическом испытании колен и прямых труб котлов и трубопроводов не должна превышать значения, полученного согласно п.3.3.3.1 при замене допускаемого напряжения  на .
     
     3.3.3.4. Величина допустимого рабочего или пробного давления в трубе или трубопроводе должна приниматься равной минимальному значению соответственно рабочего и пробного давления, полученного для прямого участка трубы или рассматриваемых участков каждого из имеющихся колен.