【国家标准】 水管锅炉 第4部分：受压元件强度计算

ICS27.060.30
CCS J98
中华人民共和国国家标准
GB/T16507.4—2022
代替GB/T16507.4—2013
水管锅炉
第4部分：受压元件强度计算
Water-tube boilers-
Part 4 :Strength calculation of pressure parts2022-03-09发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2022-10-01实施
GB/T16507.4—2022
规范性引用文件
术语和定义
基本要求
许用应力
计算壁温
计算压力
减弱系数
元件厚度
计算厚度
开孔补强
厚度附加量
最高允许压力
附加应力校核
结构限制和要求
附录A（规范性）
附录B（规范性）
附录C（规范性）
附录D（资料性）
附录E（资料性）
参考文献
锅筒低周疲劳寿命计算.
确定元件最高允许工作压力的试验和有限元分析验证法设计附加压力（△p.)取值
工艺附加厚度取值
开孔减弱截面的抗弯截面模量(Wx）的近似算法10
GB/T16507.4—2022
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件为GB/T16507《水管锅炉》的第4部分。GB/T16507已经发布了以下部分：第1部分：总则；
第2部分：材料；
—第3部分：结构设计；
第4部分：受压元件强度计算；
-第5部分：制造；
第6部分：检验、试验和验收；
第7部分：安全附件和仪表；
第8部分：安装与运行。
本文件代替GB/T16507.4一2013《水管锅炉第4部分：受压元件强度计算》，与GB/T16507.4一2013相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：更改了受压元件的范围，增加了启动（汽水）分离器（见第1章，2013年版的第1章）；更改并增加了本部分用到的术语和定义（见第3章，2013年版的第3章）；一更改了低周疲劳寿命计算的使用范围，允许启动（汽水）分离器参照使用（见4.2，2013年版的4.2);
增加了相邻温度之间的材料许用应力值用算术内插法确定和材料许用应力值应舍去小数点后的数字的规定（见5.2.1）；
更改了确定计算压力的相关条款（见7.3，2013年版的7.3）；增加了凸形封头开孔补强计算规定（见10.3.8、11.2、11.3.6、11.5.6、11.5.8)；增加了承受外压的凸形封头的计算方法（见10.3.9）；-增加了弯管或弯头和圆弧形集箱筒体计算厚度公式的适用范围（见10.6.5）；增加了开孔补强接管的焊缝高度规定（见11.4.2、11.5.8）；更改了三通的尺寸要求（L，、hmin、r）、规格范围、结构要求（见15.3.12～15.3.28，2013年版的16.3.18~16.3.37)；
删除了凸型封头人孔密封面切口部位径向最小剩余厚度的规定（见2013年版的16.3.11）；——更改了“锅筒低周疲劳寿命计算”的内容（见附录A，2013年版的附录A）；更改了确定元件最高允许工作压力的验证法相关内容（见附录B，2013年版的第12章）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC262)提出并归口。本文件起草单位：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、东方电气集团东方锅炉股份有限公司、上海锅炉厂有限公司、北京巴布科克·威尔科克斯有限公司、武汉锅炉股份有限公司、无锡华光环保能源集团股份有限公司、杭州锅炉集团股份有限公司、哈电发电设备国家工程研究中心有限公司、四川川锅锅炉有限责任公司、济南锅炉集团有限公司、西安热工研究院有限公司、中国特种设备检测研究院、江联重工集团股份有限公司。本文件主要起草人：李立人、王慧文、张宇音、辛娜娜、骆声、许国华、朱清、林贞宇、赵伟民、王红方、张强军、马红、钱林峰、吴祥鹏、盛建国、陈玮、毛荷芳、徐勇敏。I
GB/T16507.4—2022
本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：-1996年首次发布为GB/T16507—1996；-2013年第一次修订时，将水管锅炉和锅壳锅炉内容分开，各由8个部分组成，水管锅炉为GB/T16507.1—2013~16507.8—2013《水管锅炉》，锅壳锅炉为GB/T16508.1—2013~GB/T16508.8—2013《锅壳锅炉》，本文件为GB/T16507.4—2013《水管锅炉第4部分：受压元件强度计算》，同时本文件部分代替GB/T9222一2008《水管锅炉受压元件强度计算》（GB/T9222—2008的历次版本发布情况为：GB/T9222—1988）；一本次为第二次修订。
GB/T16507.4—2022
GB/T16507《水管锅炉》是全国锅炉压力容器标准化技术委员会（以下简称“委员会”)负责制修订和归口的锅炉通用建造标准之一。其制定遵循了国家颁布的锅炉安全法规所规定的安全基本要求，设计准则、材料要求、制造检验技术要求、验收标准和安装要求均符合TSG11《锅炉安全技术规程》的相应规定。GB/T16507为协调标准，满足TSG11《锅炉安全技术规程》的基本要求，同时也符合TSG91《锅炉节能环保技术规程》的要求。GB/T16507旨在规范锅炉的设计、制造、检验、验收和安装，由8个部分构成。
第1部分：总则。目的在于确定水管锅炉范围界定、锅炉参数、建造规范以及节能和环保等建造水管锅炉的通用技术要求。
一第2部分：材料。目的在于确定水管锅炉受压元件和非受压元件、受力构件、锅炉钢结构和焊接材料等的选材和用材要求。
一一第3部分：结构设计。目的在于确定水管锅炉结构设计的基本要求、焊接连接要求、开孔和各元（部)件的具体设计要求。
一第4部分：受压元件强度计算。目的在于确定水管锅炉受压元件的计算壁温、计算压力、许用应力取值及强度设计计算方法。一一第5部分：制造。目的在于确定水管锅炉在制造过程中的标记、冷热加工成形、胀接、焊接和热处理要求。
一第6部分：检验、试验和验收。目的在于确定水管锅炉受压元件和与其直接连接的承受载荷的非受压元件的检验、试验和验收要求。一第7部分：安全附件和仪表。目的在于确定水管锅炉安全附件和仪表的设置和选用要求。一第8部分：安装与运行。目的在于确定水管锅炉本体和锅炉范围内管道的安装、调试、质量验收以及运行要求。
由于GB/T16507没有必要、也不可能囊括适用范围内锅炉建造和安装中的所有技术细节，因此，在满足TSG11《锅炉安全技术规程》所规定的基本安全要求的前提下，不禁止GB/T16507中没有特别提及的技术内容。
GB/T16507不限制实际工程设计和建造中采用能够满足安全要求的先进技术方法。对于未经委员会书面授权或认可的其他机构对标准的宣贯或解释所产生的理解歧义和由此产生的任何后果，本委员会将不承担任何责任。m
1范围
水管锅炉
第4部分：受压元件强度计算
GB/T16507.4—2022
本文件规定了水管锅炉受压元件强度计算的基本要求，许用应力、计算壁温、计算压力、减弱系数、元件厚度、计算厚度、开孔补强、厚度附加量、最高允许压力的设计计算方法，附加应力校核以及结构限制和要求，并规定了确定元件最高允许工作压力的试验和有限元分析验证方法。本文件适用于GB/T16507.1界定的受压元件，包括锅筒筒体、启动（汽水）分离器筒体、集箱筒体、管子、管道、弯管、弯头、圆弧形集箱筒体、凸形封头、平端盖及盖板和三通等元件。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T150.3压力容器第3部分：设计GB/T16507.1水管锅炉第1部分：总则GB/T16507.2
第2部分：材料
水管锅炉
第3部分：结构设计
GB/T16507.3水管锅炉
GB/T16507.5水管锅炉第5部分：制造GB/T16507.6水管锅炉
第6部分：检验、试验和验收
GB/T16507.7水管锅炉第7部分：安全附件和仪表GB/T16507.8水管锅炉第8部分：安装与运行5电站钢制对焊管件
DL/T695
DL/T5366
3术语和定义
发电厂汽水管道应力计算技术规程GB/T16507.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
腐蚀裕量corrosionallowancethickness设计使用期内，元件考虑腐蚀减薄需要的附加厚度。3.2
requiredthicknessWww.bzxZ.net
计算厚度
理论计算公式确定的受压元件厚度。注：必要时，计算厚度还计人其他载荷所需厚度。3.3
设计厚度designthickness
计算厚度与厚度附加量之和。
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名义厚度
nominalthickness
设计厚度向上圆整至钢材标准规格的厚度。注：即图样标注厚度。
有效厚度
effectivethickness
名义厚度减去腐蚀裕量、钢材厚度下偏差和工艺附加厚度后的厚度。3.6
Elowertoleranceofthickness
厚度下偏差
材料标准规定的厚度允许下偏差负值的绝对注：无负值取0。
工艺附加厚度
元件在冲压
process additional thickness学制或弯制过程中制造工艺所允许的材料厚度最大减薄值最小需要厚度
minimumrequiredthickness
元件承载计算压力、算温度等载荷并老患减
热挤压三通
hot extrusion tee
用无缝钢管经多套模，
直型三通
主流通道
straight fee
直线形的
注：通常支管直径不大于主
鼓型三
drumtee
主流通道呈鼓型的三通。
三通主管段经锻缩而成，通常支管直径大于主管。注：由等径直型
vertical section
纵截面
最小值
过主管回转轴线，且过主管平均直径圆弧面与接管或孔的回转轴线相交点的平面。3.13
横截面
cross section
与主管回转轴线垂直，且过主管平均直径圆弧面与接管或孔的回转轴线相交点的平面。4基本要求
4.1按本文件设计计算的锅炉受压元件，其结构、材料、制造、安装、使用、修理及改造，应符合GB/T16507.1、GB/T16507.2、GB/T16507.3、GB/T16507.5、GB/T16507.6、GB/T16507.7和GB/T16507.8的有关规定，
4.2用于调峰负荷等参数波动较大、或波动较频繁的机组的锅炉，其受压元件应进行疲劳强度校核。锅筒的疲劳强度校核按照附录A进行计算，启动（汽水)分离器的疲劳强度校核也可按照附录A进行计算。
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4.3不满足本文件正文各章条规定适用条件或未列人本文件的特殊受压元件，按照附录B确定元件的最高允许工作压力。
5许用应力
5.1符号
本章使用下列符号：
-元件承受的最大热流密度，单位为千瓦每平方米（kW/m2）；qmax
修正系数；
[α]——许用应力，单位为兆帕(MPa)。5.2许用应力的取用
受压元件的材料许用应力（[c]），应按GB/T16507.2选取，处于所列计算温度之间的材料许用5.2.1
应力值，由邻近计算温度的许用应力值，按算术内插法确定，并应舍去小数。5.2.2外壁受热的锅筒、集箱筒体、三通和等径叉形管的许用应力（[c])应取材料许用应力值与表1修正系数（n）的乘积。
表1修正系数
工作条件
烟温≤600℃，或透过管束的辐射热流不大且筒体壁面不受烟气的强烈冲刷，或qmax≤30kW/m2烟温>600℃
6计算壁温
6.1符号
本章使用下列符号：
热流均流系数；
锅炉额定压力，单位为兆帕（MPa）；元件外壁承受的最大热流密度，单位为于瓦每平方米（kW/m）：金属壁温，单位为摄氏度（℃）；计算壁温，单位为摄氏度（℃）；金属内壁温度，单位为摄氏度（℃）；工质额定平均温度，单位为摄氏度（℃）；金属外壁温度，单位为摄氏度（℃）；计算压力对应的工质饱和温度（热水锅炉为出口水温），单位为摄氏度（℃）：温度偏差，单位为摄氏度（℃）；工质混合系数；
内壁对工质的换热系数，单位为千瓦每平方米每摄氏度[kW/（m2。℃)]；按名义厚度确定的外径与内径的比值；圆筒体的名义厚度，单位为毫米（mm）；材料导热系数，单位为千瓦每米每摄氏度[kW/（m·℃)]。n
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金属壁温
受压元件的各点金属壁温按照公式（1)计算：tb:
6.3元件计算壁温
t;+t。
6.3.1计算壁温（ta)应取受压元件各点金属壁温中的最大值。（1)
6.3.2计算壁温（ta）根据元件受热条件和结构特性由传热计算确定。圆筒体计算壁温按照公式（2）计算：
ta=tm+Jqmax
1000p+1
工质混合系数（X）：锅筒筒简体取0；管子取1；集箱筒体取0.5，当工质从端部进人时，取0。（2）
集箱筒体和管子的△t取值不小于10℃；不受热过热蒸汽集箱筒体的X△t取值不小于10℃。锅筒简体和集箱筒体的热流均流系数（J)取1。锅筒的工质额定平均温度（tm）取计算压力下工质的饱和温度（热水锅炉为出口水温）。计算壁温（t。)不计人锅炉出口过热蒸汽温度在设计允许范围内的波动值。封头、平端盖和三通等元件的计算壁温，参照相连简体或管道（管子）确定。计算壁温（ta)也可由表2、表3和表4直接选取。表2锅筒和启动(汽水)分离器计算壁温单位为摄氏度
受热条件
不受热
不绝热
元件位置
烟道外
烟道内
炉膛内
透过管束的辐射热流不大且筒体壁面不受烟气的强烈冲刷，或元件承受的热流密度9mx≤30kW/m2
烟温600℃的对流烟道内
600℃<烟温<900℃的对流烟道内烟温≥900℃的对流烟道或炉内
注：对于外壁受热的锅简，t㎡指水空间温度3管子和管道的计算壁温
沸腾管
省煤器管
p.≤13.7MPa及qmx≤407kW/m2
对流式省煤器
辐射式省煤器
单位为摄氏度
过热器管
内部工质
水或汽水混合物
饱和蒸汽
过热蒸汽
不受热
不绝热
不受热
不绝热
不受热
不绝热
管子和管道的计算壁温
（续）
对流式过热器
辐射式或半辐射式(屏式)过热器烟道外
集箱和防焦集箱计算壁温
工作条件
烟道外
烟道内
烟温≤600℃的对流烟道内
600℃<烟温<900℃的对流烟道内烟温≥900℃的对流烟道或炉膛内烟道外
烟道内
烟温≤600℃的对流烟道内
600℃<烟温<900℃的对流烟道内烟道外
烟道内
烟温≤600℃的对流烟道内
600℃<烟温<900℃的对流烟道内注：对于外壁受热的汽水混合物集箱和防焦箱筒体，t指不出现自由水面时的温度。7
计算压力
本章使用下列符号：
元件计算压力，单位为兆帕（MPa)；元件工作压力，单位为兆帕（MPa）；锅炉额定压力，单位为兆帕（MPa)；设计附加压力，单位为兆帕（MPa)；工质流动阻力，单位为兆帕（MPa）；液柱静压力，单位为兆帕（MPa）。元件工作压力
工作压力按照公式（3)计算：
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单位为摄氏度
tm+100
单位为摄氏度
tm+110
tm+XAt
tm+25+X△t
tm+40+XAt
tm+60+XAt
GB/T16507.4—2022
p。=p.+△p+ph
7.2.2工质流动阻力（Apt)取锅炉最大出口流量时，计算元件至锅炉出口之间的压力降。7.2.3当元件底部液柱静压值不大于3%（p.十△p.十△力)时，则液柱静压值可不考虑。7.3
3元件计算压力
元件计算压力按照公式（4)确定：≥P。+pa
7.3.2元件设计附加压力（Ap。)按附录C确定。8减弱系数
8.1符号
本章使用下列符号：
C、Cy
斜向孔桥横向距离（取中径弧长），单位为毫米（mm）；斜向孔桥纵向距离，单位为毫米（mm）；三通结构系数；
三通主管的平均直径，单位为毫米（mm）；圆筒体、封头的内径，单位为毫米（mm）；三通主管外径，单位为毫米（mm）；开孔直径，单位为毫米（mm）；凹座开孔的沉孔直径，单位为毫米（mm）；三通支管的平均直径，单位为毫米（mm）；相邻两孔平均当量直径，单位为毫米（mm）；孔的当量直径，单位为毫米（mm）；第一孔的当量直径，单位为毫米（mm）；第二孔的当量直径，单位为毫米（mm）；焊制或锻制三通支管内径，单位为毫米（mm）；具有凹座开孔的沉孔深度，单位为毫米（mm）；斜向孔桥的换算系数；
孔桥减弱系数线算图中的参数；b与a的比值；
锅炉额定压力，单位为兆帕（MPa）；相邻孔节距（横向取中径弧长），单位为毫米（mm）；相邻孔的临界节距，单位为毫米（mm）；·（3）
（4）
横截面内非径向孔的轴线与圆筒体径向（既在纵截面内，又在横截面内）的夹角，单位为度()；
按名义厚度确定的外径与内径的比值；按计算厚度确定的外径与内径的比值；圆筒体的名义厚度，单位为毫米（mm）；接管的名义厚度，单位为毫米（mm）；
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