孙军

（哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150046）

1 概述

美国机械工程师协会（ASME）《锅炉及压力容器规范》，是全世界公认的最具权威的国际规范，其内容丰富、全面，体系具体、严密，受到世界各国的重视，成为最可靠的动力锅炉和压力容器设计、制造和检验的依据。随着我国国民经济的快速发展，我国发电设备的装机容量正以较快的速度在逐年递增。我国引进国外的锅炉技术也越来越多。这就要求科技人员掌握和贯彻ASME规范。现对ASME规范第I卷规定的标准受内压的圆筒型元件的强度计算一般方法和基本要求进行分析。

2 承受内压的圆筒形元件强度计算

2.1 计算公式

2.1.1 管子外径 D≤125mm

管子最小需要壁厚按下式计算：

管子最高允许工作压力按下式计算：

2.1.2 管子外径 D＞125mm的管道、集箱和锅筒（根据强度最小的筒节）

管道、集箱和锅筒最小需要壁厚按下式计算：

管道、集箱和锅筒最高允许工作压力按下式计算：

其中：t：最小需要壁厚 mm；P：最高允许工作压力MPa；D：圆筒外径mm；R：圆筒半径mm；E：减弱系数；e：胀接管端部处的厚度因子；S：在金属设计温度下的最大许用应力MPa；C：考虑螺纹加工和结构稳定性的最小裕量mm；y：温度系数

2.2 设计压力

元件的设计压力ASME标准第Ⅰ卷没有做出具体规定，应由制造厂、工程设计人员或用户根据第Ⅰ卷中规定的许用压力、设计规则和尺寸确定。

引进美国CE公司的300MW、600WM锅炉的设计压力确定如下（仅供参考）：（1）汽包的设计压力要高于汽包的最大工作压力的1.05倍，汽包的最大工作压力取锅炉出口压力加上过热器系统的压力降。（2）过热器系统的管子、集箱的设计压力均取汽包压力。（3）再热器系统的设计压力要高于最大再热器入口压力的1.12倍。（4）省煤器系统的设计压力等于汽包设计压力加省煤器压力降和静水压力。（5）集中下水管系统中管道和集箱的设计压力等于汽包设计压力加汽水压力加相应的循环泵压头。（6）水冷壁系统的设计压力取汽包压力。

温度系数y表

2.3 设计温度

用于选取许用应力值所依据的元件设计温度不得低于元件壳壁所预期的最高平均壁温。

引进美国CE公司的300MW、600WM锅炉的设计压力确定如下（仅供参考）：（1）末级过热器和末级再热器出口集箱的设计温度取预期的平均蒸汽温度加16.7℃，末级过热器和末级再热器管道的设计温度取预期的平均蒸汽温度加5.6℃。（2）中间过热器和再热器的入口和出口集箱、中间过热器和再热器管道的设计温度取预期的平均蒸汽温度加11.1℃两者中较大值，如果在控制载荷下预期的平均蒸汽温度加11.1℃大于满载荷时计算的设计温度，则采用控制载荷的设计温度。（3）饱和介质集箱、省煤器集箱和它们的管道的设计温度如果置于烟道外，则取设计压力下的饱和温度，但不得低于343℃，如果置于烟道内，则取设计压力下的饱和温度加28℃，但不得低于371℃。（4）汽包的设计温度取设计压力下的饱和温度加28℃。（5）对于火焰管屏区域的水冷壁管，设计温度取饱和温度加55.6℃，对于火焰管屏区以外的水冷壁管，设计温度取饱和温度加28℃。

2.4 附加厚度C

附加厚度C包括材料负公差、工艺减薄和腐蚀裕量，可以加在壁厚的外侧、内侧或者内外两侧。设计人员在使用这些公式时，有责任根据附件厚度所在的部位和大小选择适宜的直径或半径。当应用以上公式中压力或应力有关的各项时，应采用无附加壁厚或象限附加壁厚全部除去时具有的直径或半径和剩余壁厚。如果公称管按行业习惯以其公称壁厚订货，必须计入公称管壁厚的偏差。

2.5 减弱系数E

对于无缝无孔桥减弱的圆筒或无孔桥减弱的焊接圆筒E=1,对于有孔桥减弱的圆筒按ASME标准第Ⅰ卷PG-52、PG-53进行孔桥减弱系数计算，并取孔桥减弱系数中的最小值。

2.6 温度系数y

2.7 胀接管端部处的厚度因子e

e=0.04（1.0）对于胀入管座的管子附加厚度的长度至少等于管座长度加1in（25mm），但对于管端长度大于管座长度加1in（25mm）的胀入管座的管子，若壁厚不小于下列数值，可取e=0：

对于外径大于2in（50mm）和不大于3in（75mm）的管子，最小壁厚为0.120in（3.05mm）。

对于外径大于3in（75mm）和不大于4in（100mm）的管子，最小壁厚为 0.135in（3.43mm）。

对于外径大于4in（100mm）和不大于5in（125mm）的管子，最小壁厚为 0.150in（3.81mm）。

对采用承载焊缝焊接至集箱和锅筒的管座e=0。

3 结束语

以上分析ASME规范第I卷规定的受内压的圆筒型元件的强度计算一般方法和基本要求。

[1]陈建存.异性零部件设计计算[J].化工设备设计，1985.