Срок введения в действие с 1 сентября 2001 г.
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
| Символ | Название | Единица измерения |
| 1 | 2 | 3 |
| р | Расчетное давление | МПа |
| р_h | Пробное давление | МПа |
| t | Расчетная температура стенки | °С |
| t_а | Температура наружной поверхности детали | °С |
| [t] | Допустимая температура наружной поверхности детали | °С |
| [сигма] | Номинальное допускаемое напряжение при расчетной температуре стенки | МПа |
| [сигма]_h | Допускаемое напряжение при гидравлическом испытании | МПа |
| сигма_В/t; сигма_В | Временное сопротивление металла разрыву при расчетной температуре и при 20°С соответственно | МПа |
| сигма_0,2/t; сигма_0,2 | Условный предел текучести металла при остаточной деформации 0,2% при расчетной температуре и при 20°С соответственно | МПа |
| сигма_0,1/t | Условный предел текучести металла при остаточной деформации 1% при расчетной температуре | МПа |
| сигма_Т/t | Предел текучести при расчетной температуре | МПа |
| сигма_10(4)/t, сигма_10(5)/t, сигма_2 х 10(5)/t, сигма_3 х 10(5)/t | Условный предел длительной прочности при растяжении на ресурс 10(4), 10(5), 2 х 10(5) и 3 х 10(5) ч соответственно | МПа |
| сигма_1/10(5)/t | Условный предел ползучести при растяжении, обусловливающий деформацию в 1% за 10(5) ч | МПа |
| s | Номинальная толщина стенки детали | мм |
| s_R | Расчетная толщина стенки детали | мм |
| s_t | Фактическая толщина стенки детали | мм |
| с | Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки | мм |
| с_1, с_2 | Производственная и эксплуатационная прибавки к расчетной толщине стенки соответственно | мм |
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 р 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 р 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 t 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.