РД 10-249-98

Отметить документ для дальнейшей работы

Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды

по котлонадзору и надзору за подъемными сооружениями просит утвердить предлагаемый проект норм расчета на прочность.

Начальник управления                                                                                 B.C. Котельников

О НОРМАХ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ КОТЛОВ И ТРУБОПРОВОДОВ

В связи с развернувшимся в России созданием и эксплуатацией паровых машин и котлов, в том числе судовых и паровозных, в 1843 г. правительством было принято решение о включении в "Устав о промышленности фабричной и заводской" статьи о требованиях безопасности для котлов. Через 50 лет в 1893 г. были введены первые Правила котлонадзора, переизданные в 1911 г.

Советское котлостроение началось с производства котлов на ЛМЗ в 1922 - 1923 гг., а первые советские "Правила устройства, содержания и освидетельствования паровых котлов" были приняты в 1920 г. и переизданы в 1923 г.

В период реализации плана электрификации страны ГОЭЛРО в 1927 г. был основан институт (впоследствии Центральный котлотурбинный институт им. И.И. Ползунова), задачей которого была разработка совместно с заводами котлов и турбин на базе научных исследований и опыта освоения оборудования в станционных промышленных условиях. В это время подготавливался переход на новую ступень давления - 35 атм.

В 1929 г. вышла новая редакция Правил котлонадзора с включением дополнительных требований к пароперегревателям, экономайзерам и котлам высокого давления. В 30-е годы началось интенсивное развитие промышленности и создание нового поколения отечественного оборудования, что потребовало разработки нормативных документов, определяющих технические требования к проектированию и оценке надежности оборудования, работающего под давлением. С 1934 г. энергетика оснащалась котлами только отечественного производства.

В 1937 г. был разработан проект первых Норм расчета на прочность ЦКТИ, которые в 1939 г. были утверждены Главкотлотурбопромом. Нормы расчета на прочность 1939 г. распространялись на оборудование с давлением до 60 кгс/см2.

В предвоенные годы проводились подготовительные работы по выпуску котлов на высокое давление. Совместно с ЛМЗ был выполнен проект первого мощного отечественного котла на давление 110 атм., разработаны Нормы теплового расчета.

В послевоенные годы в связи с восстановлением промышленности и созданием нового оборудования была разработана основополагающая нормативно-техническая документация: Нормы теплового расчета котлоагрегатов (1947 г.), Нормы гидравлического расчета (1950 г.), новая редакция "Норм расчета на прочность котельных агрегатов" (ЦКТИ, книга 17, 1950 г.).

В 1948 г. в эксплуатацию были введены первые котлы на давление в барабане 110 атм. В редакции Норм прочности 1950 г. отсутствовали ограничения по давлению пара и температуре перегрева. Единственное ограничение, принятое в этих Нормах, определялось величиной отношения наружного диаметра сосуда под внутренним давлением к его внутреннему диаметру. В Нормах прочности были введены требования по расчету на прочность, и выбору размеров основных элементов котельного агрегата, работающих под давлением (барабанов, сборных коллекторов, днищ, кипятильных труб, труб перегревателя, водяного экономайзера и трубопроводов, заклепочных швов, жаровых труб).

В основу расчета на прочность цилиндрических элементов, работающих под внутренним давлением, были положены следующие принципы:

- расчет производится исходя из усреднения напряжений в стенке;

- прочность при температурах стенки, практически не вызывающих явлений ползучести, определяется по критерию удельной энергии формоизменения (критерий Губера-Мизеса-Генки);

- прочность при высоких температурах в условиях ползучести определяется теорией течения, по которой скорость деформации ползучести зависит от интенсивности касательных напряжений.

Критерий конструктивной длительной прочности был установлен по результатам исследований длительной прочности труб под внутренним давлением, выполненных на стендах ЦКТИ.

Коэффициенты прочности сварных соединений были значительно повышены по сравнению со значениями, принятыми в Нормах 1939 г., так как были разработаны и внедрены более совершенные сварочные материалы и технологии сварки. На основании выполненных в 1940 г. в ЦКТИ экспериментальных исследований напряженного состояния днищ их запасы прочности были снижены по сравнению с Нормами 1939 г. За основу расчета прочности днищ была принята методика учета формы днища как фактора, связывающего толщину стенки с конструктивными особенностями днищ. В Нормах был введен метод расчета прямоугольных камер применительно к случаю шахматного расположения отверстий в стенках.

Методика определения диаметра неукрепленных отверстий, принятая в Нормах 1939 г., сохранена и в Нормах прочности 1950 г. Расчет укрепления отверстий основан на положении о компенсации вырезанного металла укреплением, надежно соединенным со стенкой сосуда.

Метод расчета жаровых труб, основанный на условии устойчивости при эксплуатации, был также сохранен, так как он был корректен для диаметров труб не более 1200 мм, поскольку в котлостроении жаровые трубы диаметром более 1200 мм не применялись.

В Нормы прочности был включен новый раздел по расчету плоских донышек цилиндрических сосудов.

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.

Общая информация

Документ:
РД 10-249-98
Название:
Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды
Начало действия:
1998-08-25
Вид документа:
РД
Утвержден:
Госгортехнадзор России(410),
Разработчики документа:
Госгортехнадзор России(329), АООТ "НПО ЦКТИ"(2),
Все страницы Постраничный просмотр: << 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190



Описание Текст документа