优质碳素结构钢的许用应力

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GB/T 16508—1996
1 主题内容与适用范围
1.1 本标准规定了由低碳钢或低碳锰钢焊制的有烟管和（或）炉胆的固定式锅壳锅炉受压元件和铸铁锅炉受压元件的强度计算方法与有关结构规定。

1.2 本标准适用于额定蒸汽压力不大于2.5MPa的蒸汽锅炉及额定出水压力不小于0.1MPa的热水锅炉，但额定出水压力小于0.1MPa的热水锅炉也可参照使用。

1.3 锅炉的设计、制造、安装、使用、修理、改造应符合国家现行的《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》、有关锅炉制造技术条件及其他有关国家标准。

2 引用标准
　　GB 699 优质碳素结构钢技术条件

　　GB 709 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差

　　GB 711 优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带

　　GB 713 锅炉用碳素钢和低合金钢钢板

　　GB 1576 低压锅炉水质标准

　　GB 3087 低中压锅炉用无缝钢管

　　GB 3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带

　　GB 8163 输送流体用无缝钢管

　　GB 9222 水管锅炉受压元件强度计算

3 材料、许用应力和计算压力
3.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

σb── 常温抗拉强度，MPa；
σs── 常温屈服点，MPa；
── 计算壁温时的屈服点，MPa；
δ5── 常温伸长率，％；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
〔σ〕J── 基本许用应力，MPa；
η── 基本许用应力修正系数；
tbi── 计算壁温，℃；
tJ── 计算压力（绝对压力）下介质饱和温度或热水锅炉额定出水温度，℃ ；
p── 计算压力（表压），MPa；
pe── 锅炉额定压力（表压），MPa；
△p── 附加压力，MPa；
△pz── 最大流量时计算元件至锅炉出口之间的压力降，MPa；
△psz── 计算元件所受水柱静压力，MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔p〕g── 锅炉出口处的最高允许工作压力，MPa。

3.2 材料

3.2.1 锅壳锅炉受压元件应采用符合有关国家标准或行业标准所规定的锅炉用低碳钢或低碳锰钢。

　　使用本标准未列入的上述材料中某些钢号时，应符合国家现行《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《热水锅炉安全技术监察规程》的有关规定。

3.2.2 用于制造受压元件的钢板应具有良好的塑性，其常温伸长率δ5 应不低于18％。

3.3 许用应力

3.3.1 材料的许用应力按下式计算：

〔σ〕＝η〔σ〕J………………………………………………（1）


3.3.2 锅壳锅炉常用钢材的基本许用应力〔σ〕J取表1所列值。对于表1未列出的但符合3.2要求的钢材，基本许用应力〔σ〕J按下列公式计算，取两者较小值。

〔σ〕J≤σb/2.7………………………………………………（2）


………………………………………………（3）

计算时，σb、取相应钢号的保证值；当缺乏保证值时，可用钢材抽样试验所得的σb、最小值乘以0.9作为计算取用值，抽样试验应按有关标准进行。

        如无数据，可根据σb的保证值，如无σb保证值时， 可根据钢材抽样试验所得σb的最小值乘以0.9，利用表2列出的／σb比值换算出。

表 1　常用钢材基本许用应力〔σ〕J

钢号和标准号
钢 　 管
   圆 　钢 钢　  板
10
GB 8163
GB 3087 20
GB 8163
GB 3087 20
GB 699 Q235
GB 3274 20
GB 711 20g
GB 713 16Mng
GB 713
σb 333 392 400 372 400 400
510
   
σs 196 245 245 216 — 245
345
   
计算壁温℃ 250
260
280
300
320
340
350
360
380
400
420
440
450 104
101
96
91
89
84
80
78
75
70
66
55
49 125
123
118
113
109
102
100
97
92
87
78
66
57 125
123
118
113
109
102
100 113
111
105
101 125
123
118
113
109
102
100

125
123
118
113
109
102
100
149
146
140
135
132
130
129
　注：①
　相邻计算壁温数值的〔σ〕J采用算术内插法确定。
②
　对于20g、16Mng钢板、当厚度大于16mm时，σb、σs值按GB 713确定，但〔σ〕J仍按表中所列数值取用。

表 2 　低碳钢或低碳锰钢的/σb最小值


计算壁温
℃
   250 275 300 325 350

/σb最小值
   0.40 0.38 0.36 0.34 0.33

　　注：相邻两个数值间的／σb采用算术内插法确定。

3.3.3 基本许用应力修正系数η按表3确定。

表3　基本许用应力修正系数η

  
元件型式及工作条件
     
η
   
　承受内压力的锅壳筒体和集箱体
　不受热（在烟道外或可靠绝热）
　受热（烟温≤600℃）
　受热（烟温＞600℃） 1.00
0.95
0.90
　管子（管接头）、孔圈
1.00
　　
　波形炉胆
0.6
　　
　凸形封头、炉胆顶、半球形炉胆、凸形管板
　立式无冲天管锅炉与干汽室的凹面受压的凹形封头
　立式无冲天管锅炉凸面受压的半球形炉胆
　立式无冲天管锅炉凸面受压的炉胆顶
　立式冲天管锅炉凸面受压的炉胆顶
　立式冲天管锅炉凹面受压的凸形封头
　卧式内烯锅炉凹面受压的凸形封头
　凹面受压的凸形管板
1.00
0.30
0.40
0.50
0.65
0.80
0.85
　有拉撑的平板、烟管管板
0.85
　　
　拉撑件（拉杆、拉撑管、角撑板）
0.55
　　
　加固横梁
1.00
　　
　孔盖
1.00
　　
　圆形集箱端盖
（见表17）
　　
　矩形集箱
1.25
　　
　矩形集箱端盖
0.75


3.4 计算壁温

3.4.1 用于强度计算的计算壁温取元件温度最高部位内外壁温的算术平均值。

　　任何情况下锅炉受压元件的计算壁温取不低于250℃。

3.4.2 计算壁温tbi按表4确定。

表 4 　计算壁温tbi
℃　

受压元件型式及工作条件
tbi

　防焦箱
　直接受火焰辐射的锅壳筒体、炉胆、炉胆顶、平板、管板、火箱板、集箱
　与温度900℃以上烟气接触的锅壳筒体、回燃室、平板、管板、集箱
　与温度600～900℃烟气接触的锅壳筒体、回燃室、平板、管板、集箱
　与温度低于600℃烟气接触的锅壳筒体、平板、管板、集箱
　水冷壁管
　对流管、拉撑管
　不直接受烟气或火焰加热的元件 tJ+110
tJ+90
tJ+70
tJ+50
tJ+25
tJ+50
tJ+25
tJ

　　注：表中列出的tbi值仅适用于锅炉给水质量符合GB 1576标准的情况。

3.5 计算压力

3.5.1 设计计算时，计算压力按下式计算：

p＝pe+Δp+Δpz+Δpsz………………………………………………（4）


　　附加压力△p按以下原则确定：

　　额定压力小于1.25MPa时，△p＝0.02MPa；

　　额定压力不小于1.25MPa时，△p＝0.04（pe+△pz+△psz）。

　　当△psz＜3％（pe+△p+△pz）时，可取△psz等于零。

3.5.2 校核计算时，算得的元件最高允许计算压力〔p〕包括〔p〕g、△p、△pz和△psz四项压力之和，锅炉出口处最高允许工作压力〔p〕g取各元件中的最小值。

4 承受内压力的圆筒形元件
4.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

tl── 理论计算厚度，mm；
tmin── 最小需要厚度，mm；
t── 取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度，mm；
t1── 相连封头或扳边元件的厚度，mm；
ty── 有效厚度，mm；
c── 考虑腐蚀减薄、材料厚度下偏差（为负值时）和工艺减薄的附加厚度，  mm；         
c1── 考虑腐蚀减薄的附加厚度，mm；
c2── 考虑材料厚度下偏差（为负值时）的附加厚度，mm；
c3── 考虑工艺减薄的附加厚度，mm；
Dn── 锅壳筒体内径、大横水管内径，mm；
Dw── 集箱筒体外径，mm；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
ψh── 焊缝减弱系数；
ψ── 纵向孔桥减弱系数；
ψ＇── 横向孔桥减弱系数；
ψ″── 斜向孔桥减弱系数；
ψd── 斜向孔桥当量减弱系数；
ψJ── 校核部位的当量减弱系数；
ψmin── 最小减弱系数；
K── 斜向孔桥换算系数；
a── 斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距在圆筒圆周方向上的投影长度，mm；
b── 斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距在圆筒纵轴方向上的投影长度，mm；
n── b与a的比值（b／a）；
α── 孔的轴线偏离筒体径向的角度，（°）；
s0── 不考虑孔间影响的相邻两孔的最小节距，mm；
s── 纵向（轴向）相邻两孔的节距，mm；
s＇── 横向（环向）相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距，mm；
s″── 斜向相邻两孔按圆筒平均直径展开的节距，mm；
d── 孔的直径、坡口型角焊管子或孔圈的内径、非受热部位插入式双面角焊管子或孔圈的内径，mm；
dd── 孔的当量直径，mm；
dp── 相邻两孔直径的平均值，mm；
dw── 管子外径，mm；
m── 管子厚度下偏差（为负值时）与管子公称厚度的百分比绝对值，％；  
A── 系数；
A1── 系数；
n1── 管子弯曲半径与管子外径的比值。

4.2 计算公式

4.2.1 锅壳筒体理论计算厚度按下式计算：

tl＝pDn/2ψmin〔σ〕－p………………………………………………（5）


　　锅壳筒体最小需要厚度按下式计算：

tmin＝tl+c……………………………………………………（6）


4.2.2 集箱筒体理论计算厚度按下式计算：

tl＝pDw/（2ψmin〔σ〕+p）……………………………………………（7）


　　其最小需要厚度tmin按式（6）计算。

4.2.3 校核计算时，锅壳筒体及集箱筒体的最高允许计算压力按下列公式计算：

〔p〕＝2ψJ〔σ〕ty/（Dn+ty）……………………………………………（8）  
〔p〕＝2ψJ〔σ〕ty/（Dw－ty）……………………………………………（9）  

　　式中：有效厚度ty按下式计算：

ty＝t－c………………………………………………………（10）


　　当ty按式（10）计算时，取ψJ等于ψmin；ty 也可取为校核部位的实际测量厚度减去以后可能的腐蚀减薄量，此时应以各校核部位相应的ψJ和ty 乘积的最小值代入式（8）或式（9）。此外，由式（8）、（9） 算得的最高允许计算压力还应满足第12章孔的加强要求。

4.2.4 承受内压力管子的理论计算厚度按下式计算：

tl＝pdw/2〔σ〕+p………………………………………………（11）


　　其最小需要厚度tmin按式（6）计算。

4.2.5 校核计算时，承受内压力管子的最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝2〔σ〕ty/（dw－ty）………………………………………………（12）


4.2.6 立式锅炉大横水管取用厚度和最高允许计算压力按下列公式计算：

t≥〔pDn/44〕+3………………………………………………………（13）  
〔p〕＝44（t－3）/Dn………………………………………………………（14）  

　　上述公式适用于管子内径Dn为102～300mm的情况。

4.3 减弱系数

4.3.1 式（5）和式（7）中的最小减弱系数ψmin取纵向焊缝减弱系数ψh、纵向孔桥减弱系数ψ、两倍横向孔桥减弱系数2ψ＇（当2ψ＇＞1时，取2ψ＇＝1.00）及斜向孔桥当量减弱系数ψd（当ψd＞1时，取ψd＝1.00）中的最小值。若孔桥位于焊缝上，应按4.6.2有关规定处理。

4.3.2 按锅炉制造技术条件检验合格的焊缝，其减弱系数ψh按表5选取。若环向焊缝上无孔，则环向焊缝减弱系数可不予考虑。

表 5　对接焊缝减弱系数ψh


焊接方法
　　 焊缝型式 ψh
手工电焊 双面焊
焊缝根部有垫板的单面焊
单面焊 0.95
0.80
0.70
熔剂层下的自动焊 双面焊
单面焊 1.00
0.80

4.3.3 相邻两孔的节距（纵向、横向或斜向）不小于按下式计算的值时，孔桥减弱系数可不必计算。


…………………………………………（15）

式中：dp按式（21）确定。

4.3.4 相邻两孔的节距小于按式（15）确定的s0值，且两孔直径均小于按12.2.4确定的未加强孔最大允许直径时，应按4.3.6～4.3.13的规定计算孔桥减弱系数。

　　若相邻两孔中的一个孔的直径大于按12.2.4确定的未加强孔最大允许直径，应在满足12.6.1所要求的条件下，按12.2.5～12.2.7的规定进行加强，加强后按无孔处理。

4.3.5 对于立式锅炉筒体上的加煤孔、出渣孔等，均应按12.2.5～12.2.7的规定进行加强，加强后按无孔处理。加煤孔圈、出渣孔圈等最小需要厚度按12.3.4 确定。

4.3.6 等直径纵向相邻两孔（图1）的孔桥减弱系数按下式计算：

ψ＝（s－d）/s………………………………………………（16）


4.3.7 等直径横向相邻两孔（图2）的孔桥减弱系数按下式计算：

ψ＇＝（s＇－d）/s＇………………………………………………（17）




图 1　纵向孔桥



图 2　横向孔桥

4.3.8 等直径斜向相邻两孔（图3）的孔桥当量减弱系数按下式计算：

ψd＝Kψ＂………………………………………………………（18）




图 3　斜向孔桥

　　斜向孔桥换算系数K按下式计算：


……………………………………………（19）

        当n≥2.4时，可取K＝1，此时ψd＝ψ″。

　　斜向孔桥减弱系数ψ″按下式计算：

ψ＂＝（s＂－d）/s＂………………………………………………（20）


式中：

　　当ψd＞1时，取ψd＝1.00。

　　ψd也可按线算图（图4）直接查取。



　　注：图中虚线为各条曲线极小值的连线。

图 4　确定ψd值的线算图

4.3.9 若相邻两孔直径不同，在计算孔桥减弱系数时，式（16）、（17）及（20）中的直径d取相邻两孔的平均值dp，即

dp＝（d1+d2）/2………………………………………………（21）


4.3.10 计算凹座开孔（图5）的孔桥减弱系数时，式（16）、（17）及（20）中的直径d以当量直径dd代入，dd按下式计算：

dd＝d1+h/（t）（d＇1－d1）………………………………………（22）


4.3.11 如孔排中的孔为非径向孔（图6），计算孔桥减弱系数时，式（16）、（17）及（20）中的直径d以当量直径dd代入，dd按如下规定确定：

　　

纵向孔桥
dd＝d

横向孔桥
dd＝d/cosα…………………………………（23）　
斜向孔桥 …………………………（24）

　　α不应大于45°。

　　非径向孔宜经机械加工或仿形气割成形。

  
图 5　具有凹座的孔
图 6　非径向孔


4.3.12 对于椭圆孔，计算孔桥减弱系数时，孔径d 按该孔沿相应节距方向上的尺寸确定。

4.3.13 孔桥减弱系数可借助坡口型角焊结构的管接头多余厚度的加强作用予以提高，其应用条件、结构要求与计算方法见12.6。

4.4 附加厚度

4.4.1 锅壳筒体的附加厚度c按下式计算：

c＝c1+c2+c3………………………………………………（25）


　　考虑腐蚀减薄的附加厚度c1一般取0.5mm，若腐蚀减薄量超过0.5mm， 则取实际可能的腐蚀减薄值。

　　考虑材料厚度下偏差（为负值时）的附加厚度c2按有关材料标准确定。

　　考虑工艺减薄的附加厚度c3应根据具体工艺情况而定：一般情况下，冷卷后冷校的锅壳筒体，可取为零；冷卷后热校的锅壳筒体，可取为1mm；热卷后热校的锅壳筒体，可取为2mm。

4.4.2 直集箱筒体和直水管的附加厚度

4.4.2.1 设计计算时，直集箱筒体和直水管的附加厚度按式（25）计算，其中c1按4.4.1原则处理，c3取为零，c2按下式计算：

c2＝Atl………………………………………………………（26）


式中：系数A按下式计算：

A＝m/（100－m）………………………………………………（27）


　　A值也可按表6选取。

                                                                                                                                                                          
表 6　系数A

m，％
18
15
15
12.5
10
0

A
0.22
0.18
0.18
0.14
0.05
0


4.4.2.2 校核计算时，直集箱筒体和直水管的附加厚度c按下式计算：

c＝（At+c1）/（1+A）………………………………………………（28）


4.4.3 环形集箱筒体和弯水管的附加厚度

4.4.3.1 设计计算时，环形集箱筒体和弯水管的附加厚度按式（25）计算， 其中c1按4.4.1原则处理，c2+c3按下式计算：

c2+c3＝A1tl………………………………………………（29）


式中：系数A1按下述规定选取：

　　a. n1＜1.8时，A1按下式计算：

A1＝{〔50/n1（4n1+1）〕+m}/（100－m）………………………………（30）


　　b. 1.8≤n1≤3.5时，A1按表7选取。

表 7　系数A1


m，％
   18 15 12.5 10 5 0

A1
   0.26 0.22 0.18 0.15 0.09 0.03

　　c. n1＞3.5时，A1按表6中的A选取。

4.4.3.2 校核计算时，环形集箱筒体和弯水管的附加厚度c按下式计算：

c＝（A1t+c1）/（1+A1）………………………………………………（31）


4.5 厚度限制

4.5.1 锅壳内径Dn大于1000mm时，锅壳筒体的取用厚度不宜小于6mm；锅壳内径Dn不大于1000mm时，锅壳筒体的取用厚度不宜小于4mm。

4.5.2 立式锅炉大横水管的取用厚度不宜小于6mm。

4.5.3 不绝热的锅壳置于烟温不小于600℃的烟道或炉膛内时，取用厚度不应大于表8所列数值。

表 8　不绝热锅壳的最大允许厚度
mm　


工 　作　 条　 件
   最大允许厚度

　在烟温大于900℃的烟道或炉膛内
   26

　在烟温为600℃～900℃之间的烟道内
   30

4.6 结构要求

4.6.1 对于胀接管孔，孔桥减弱系数ψ、ψ＇及ψ″均不应小于0.3；胀接管孔中心与焊缝边缘的距离不应小于0.8d，且不小于0.5d+12mm；在纵焊缝上不得有胀接管孔，若需在环缝上开胀接管孔应符合“锅炉安全技术监察规程”的要求。

4.6.2 焊接管孔应尽量避免开在主焊缝上，并避免管孔焊缝边缘与相邻主焊缝边缘的净间距小于10mm。如不能避免时，应满足下列二条要求：

　　a. 距管孔中心1.5倍管孔直径（当管孔直径小于60mm时，为0.5d+60mm）范围内的主焊缝经射线探伤合格，且孔周边不应有夹渣；

　　b. 管子或管接头焊后经热处理或局部热处理消除残余应力。

此时，该部位的减弱系数取孔桥减弱系数与焊缝减弱系数的乘积。

　　相邻焊接管孔焊缝边缘的净间距不宜小于6mm，如焊后经热处理或局部热处理，则不受此限。

4.6.3 锅壳筒体与扳边的平管板或凸形封头的连接型式如图7所示。

4.6.4 锅壳筒体与平管板采用坡口型角焊连接时，应符合如下规定：

　　a. 锅炉的额定压力应不大于1.6MPa；

　　b. 烟温不大于600℃部位（不受烟气冲刷部位，且采用可靠绝热时，可不受此限）；

　　c. 必须采用全焊透且经机械加工的坡口型式（参见图8）；

　　d. 连接焊缝应全部位于筒体上；

　　e. 连接焊缝的厚度应不小于管板的厚度，且其焊缝背部能封焊的部位均应封焊，不能封焊的部位应采用氩弧焊打底，并应保证焊透；

　　f. 焊缝应按规定进行超声波探伤；

　　g. 采用此种结构时，应遵守国家锅炉监察部门的有关规定。



　　
扳边元件的厚度
tl
　　 　　
扳边元件直段长度
l
　　 　　
扳边内半径
r
　　 　　
对接边缘偏差
δ
　　
　　
　＜10
　　 　　
　≥25
　　 　　
平板或管板见7.2.11；
扁球形封头见6.3.7
　　
　　
　≤0.1t1+1，且≤4
　　
　10～20
　　 　　
　≥t1+15
　　
　　
　＞20
　　 　　
　≥0.5t1+25
　　

　　注：当δ超过表中规定值时，应进行削薄，削薄长度不应小于削薄厚度的4倍（见图）。

图 7　锅壳筒体与扳边的平管板或凸形封头的连接

　

图 8　锅壳筒体与平板连接的坡口型角焊结构（参考图）

5 承受外压力的圆筒形炉胆、冲天管、烟管和其他元件
5.1 符号说明

        本章所用符号的意义和单位如下：

tmin── 最小需要厚度，mm；
t── 取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度，mm；
tJ── 加强圈厚度，mm；
hJ── 加强圈高度，mm；
Dp── 炉胆平均直径、波形炉胆平直部分的平均直径，mm；
Dn── 炉胆、冲天管内径，mm；
Dw── 炉胆外径，mm；
hw── 炉胆顶外高度，mm；
dw── 烟管外径，mm；
L── 计算长度，mm；
X── 计算长度增值，mm；
α── 孔的轴线偏离筒体径向的角度，（°）；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
σb── 常温抗拉强度，MPa；
── 计算壁温时的屈服点，MPa；
Et── 计算壁温时的弹性模量，MPa；
u── 圆度百分率；
ψmin── 最小减弱系数；
n1── 强度安全系数；
n2── 稳定安全系数；
Ib── 波纹截面对其自身中性轴的惯性矩，mm4；
IJ── 加强圈对其自身中性轴的惯性矩，mm4；
Ip── 膨胀环对其自身中性轴的惯性矩，mm4；
I＇、I″、I″＇── 所需要的惯性矩，mm4；
s── 波形炉胆的波纹节距，mm；
W── 波形炉胆的波纹深度，mm；
R0── 波形炉胆的波纹中半径，mm；
r── 波形炉胆的波纹内半径，mm；
R── 波形炉胆的波纹外半径，mm；
α＇── 半夹角，rad（弧度）；
a── 中性轴X─X与通过圆心的轴线X0─X0的距离，mm。

5.2 圆筒形炉胆

5.2.1 平直炉胆

5.2.1.1 卧式平直炉胆最小需要厚度按下列公式计算，取两者较大值。


………………………………………（32）

式中：

……………………………………（33）
………………………………………（34）

5.2.1.2 校核计算时 ，卧式平直炉胆的最高允许计算压力按下列公式计算，取两者较小值。

…………………………………（35）
……………………………………（36）


5.2.1.3 立式平直炉胆的最小需要厚度和最高允许计算压力按下列公式计算：

…………………………………（37）
…………………………………（38）

　

5.2.1.4 立式平直炉胆上布置孔排时，最小减弱系数按以下规定确定：

　　a. 多横水管锅炉（图9）、水冷炉排锅炉（图10）的ψmin＝1.00，但α不应大于45°，非径向孔宜经机械加工或仿形气割成形，两侧边缘管孔的焊缝尺寸应满足图39要求；

　　b. 弯水管锅炉（图11）的ψmin按4.3确定（带有冲天管时，取横向减弱系数ψ＇＝1.00）；如采用坡口型角焊，可按12.6的规定提高减弱系数。

   
图 9　多横水管锅炉
图 10　水冷炉排锅炉 图 11　弯水管锅炉


5.2.1.5 炉胆的计算长度L按以下规定确定：

　　a. 炉胆与平管板或凸形封头连接处，是扳边对接焊时，以扳边起点作为计算支点──L的起算点；是坡口型角焊时，以角焊根部作为计算支点；

　　b. 平直炉胆用膨胀环连接时，以膨胀环中心线作为计算支点（图19）；

　　c. 平直炉胆上焊以加强圈时，以加强圈横向中心线作为计算支点（图18） ；

　　d. 立式锅炉平直炉胆在环向装有拉杆时，如拉杆的节距不超过炉胆厚度的14倍，可取这一圈拉杆的中心线作为计算支点，拉杆直径不应小于18mm；

　　e. 立式锅炉平直炉胆与凸形炉胆顶相连时，计算支点如图12所示，其中X值取自表9。

表 9　X值

hW/Dw 0.169 0.2 0.25 0.3 0.4
0.5
   
X/Dw 0.07 0.08 0.10 0.12 0.16
0.20


        注：相邻两个数值间的X／DW采用算术内插法确定。

　

图 12　立式锅炉平直胆计计算长度L的起算点

5.2.1.6 对于有锥度的平直炉胆（图13），内径Dn取D＇n与D″n之和的一半。

5.2.1.7 圆度百分率u按下式计算：

u＝200（Dw max－Dw min）/（Dw max+Dw min）………………………（39）


　　对于平直炉胆，一般取u＝1.5。

5.2.1.8 卧式平直炉胆强度安全系数n1与稳定安全系数n2按表10选取。

表 10　安全系数，n1、n2

锅　炉　级　别 n1
n2
   
p≤0.38MPa，且pDp≤MPa mm 3.5
3.9
   
其他情况 2.5
3.0




图 13　带有锥度的平直炉胆

5.2.1.9 计算壁温tbi时的屈服点按3.3.2有关规定确定。

5.2.1.10 材料的弹性模量Et按表11确定。

表 11　材料的弹性模量Et


计算壁温，tbi，℃
   250 300 350 400 450

弹性模量Et，MPa
   195×103 191×303 186×103 181×103 178×103

        注：相邻两数值间的Et值采用算术内插法确定。

5.2.1.11 立式平直炉胆上的加煤孔、出渣孔等，均应按12.3的规定进行加强，加强后按无孔处理。

5.2.2 波形炉胆

5.2.2.1 波形炉胆（图14）的最小需要厚度按下式计算：

tmin＝〔pDw/2〔σ〕〕+1………………………………………………（40）


5.2.2.2 校核计算时，最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝2（t－1）〔σ〕/Dw………………………………………………（41）




（a）



（b）



（c）

图 14　波形炉胆（参考图）

5.2.2.3 波形炉胆彼此连接处，各自平直部分的长度不应超过125mm（图15）。

5.2.2.4 波形炉胆与平管板或凸形封头连接处的平直部分长度不应超过250mm，否则，按5.2.3.1处理。



图 15   波形炉胆连接处平直部分尺寸

5.2.3 平直与波形组合炉胆

5.2.3.1 对于平直与波形组合炉胆（平直部分长度超过250mm），波形部分的最小需要厚度及最高允许计算压力按式（40）、（41）计算；而平直部分的最小需要厚度与最高允许计算压力按式（32）～（34）与式（35）、（36）计算，其计算长度L取最边缘一节波纹的中心线至计算支点（5.2.1.5a）之间的距离（图16）。同时，要求最边缘一节波纹的惯性矩Ib不小于按下式算出的需要惯性矩I＇，即：


……………………………………………（42）

　


图 16　平直与波形组合炉胆平直部分的计算长度L

　　由扇形圆环组成的波形炉胆中一节波纹对其自身中性轴X─X（图17）的惯性矩Ib按下式计算：


…………………（43）

式（43）中R、r、α＇、a分别按下列公式计算：

R＝R0+（t/2）……………………………………………………（44）  
r＝R0－（t/2）……………………………………………………（45）  
α′＝arcsin（s/4R0）…………………………………………………（46）
α＝R0cosα′……………………………………………………（47）

式（44）～（47）中R0按下式计算：


……………………………………………（48）




图 17　波纹几何特性

　　常用波纹（图14）对其自身中性轴的惯性矩Ib如表12所示。

                           

表 12　波纹截面对其自身中性轴的惯性矩Ib
104mm4　

t
mm →
Ib
↓ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
图14（a） 节距150
波深38 31.8 35.6 39.5 43.5 47.7 52 56.5 61 65.9 70.9 76.1 81.5 87.2
图14（b） 节距150
波深41 37.6 42.1 46.7 51.4 56.2 61.2 66.3 71.7 77.2 82.9 88.8 94.5 101.3
图14（c） 节距200
波深75－t 129.2 138.7 147.5 155.7 163.3 170.3 176.8 182.9 188.4 193.5 198.3 202.7 206.8

        注：表中所给出的Ib值已考虑了厚度减薄量，例如，对于t＝10mm，表中Ib值是按9mm计算的。

5.2.3.2 如式（42）未能满足，可在炉胆平直部分设置加强圈（图18）用以减小L2，以满足式（42）的要求。

5.2.4 加强圈与膨胀环

5.2.4.1 加强圈截面对其自身中性轴的惯性矩IJ按下式计算：


………………………………………………（49）

　　它不应小于按下式算出的需要惯性矩I″，即


…………………………………………（50）

　　式（50）中承压长度L0按各计算支点均分原则处理，例如对图18中加强圈，L0为L1与L之和的一半。



图 18  炉胆平直部分设置加强圈

5.2.4.2 膨胀环（图19）截面对其自身中性轴的惯性矩Ip如表13所示，它不应小于按下式算出的需要惯性矩I″＇，即


…………………………………………（51）

　

　　式（51）中承压长度L0按5.2.4.1所述原则处理。



（a）



（b）



（c）

图 19　膨胀环（参考图）


　　表 13　膨胀环对其自身中性轴的惯性矩Ip
104mm4

t
mm→
Ip
↓ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
图19（a）
189
   210 231 252 273 295 317 339 361 384 407 430 454
图19（b）
130
   144 159 174 190 204 220 236 252 268 284 301 318
图19（c）
114
   128 141 155 170 186 204 222 241 260 280 301 322

        注：表中所给出的Ib值已考虑了厚度减薄量，例如，对于t＝10mm，表中Ib值是按9mm计算的。

5.2.5 结构要求

5.2.5.1 平直或波形炉胆的内径Dn不应大于1800mm。

5.2.5.2 平直或波形炉胆的取用厚度不应小于8mm，且不应大于22mm；当炉胆内径不大于400mm时，其取用厚度应不小于6mm。

5.2.5.3 卧式平直炉胆计算长度一般不宜超过2000mm，如炉胆两端均为扳边连接，则计算长度可放大至3000mm。超过上述规定时，应采用膨胀环或波形炉胆来提高柔性，此时，波纹部分的长度应不小于炉胆全长的三分之一。

5.2.5.4 平直炉胆与波形炉胆的连接结构如图20所示。平直炉胆与波形炉胆的波纹顶部、底部或中部对齐均可。



注：l见图7中的表。

图 20　波形炉胆与平直炉胆的连接

5.2.5.5 卧式炉胆与平管板或凸形封头的连接结构如图21所示。 如采用坡口型角焊连接，应按4.6.4的规定处理。



        注：l见图7中的表；r见7.2.11。

图 21　卧式炉胆与平管板或凸形封头的连接

5.2.5.6 加强圈的厚度tJ应不小于t，但不大于2t或22mm（图22a）。如大于22mm，应将底部削薄，削薄后的根部厚度不应大于22mm（图22b）。加强圈高度hJ应不大于6tJ。

　　加强圈与炉胆的焊接必须采用全焊透型（图22）。

  
（a） （b）

图 22　加强圈

5.3 圆筒形湿背回燃室

5.3.1 卧式内燃锅炉的回燃室筒体按卧式炉胆计算，如为焊接所需而削薄两端部时，削薄部分厚度无需另行计算。

5.3.2 回燃室筒体的取用厚度应不大于35mm，且不应小于10mm。

5.4 冲天管

5.4.1 立式锅炉冲天管的最小需要厚度和最高允许计算压力按式（37）、（38）计算，取ψmin＝1.00；对于蒸汽锅炉，附加厚度由2mm增至4mm。

5.4.2 冲天管计算长度L按5.2.1.5a处理。

5.5 烟管

5.5.1 承受外压力烟管（包括螺纹管）的最小需要厚度和最高允许计算压力按下列公式计算：

tmin＝〔pdw/70〕+1.5………………………………………………（52）

〔p〕＝70（t－1.5）/dw………………………………………………（53）


6 凸形封头、炉胆顶、半球形炉胆和凸形管板
6.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

tmin── 最小需要厚度，mm；
t── 取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度，mm；
ty── 有效厚度，mm；
t1── 焊接圈厚度，mm；
Dn── 内径，mm；
Dnd── 当量内径，mm；
hn── 内高度，mm；
Rn── 内曲率半径，mm；
r── 扳边内半径，mm；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
Y── 形状系数；
ψ── 减弱系数；
ψ1── 孔桥减弱系数；
ψh── 焊缝减弱系数；
d── 孔的直径、扳边孔或焊接圈的内径、椭圆孔在规定方向的尺寸，mm ；
Smin── 两相邻管孔中心线与厚度中线交点的最小展开尺寸，mm；
c── 考虑腐蚀减薄、材料厚度下偏差（为负值时）和工艺减薄的附加厚度，mm；
c1── 考虑腐蚀减薄的附加厚度，mm；
c2── 考虑材料厚度下偏差（为负值时）的附加厚度，mm；
c3── 考虑工艺减薄的附加厚度，mm；
α── 孔的轴线偏离凸形元件法线的角度，（°）。

6.2 椭球形和半球形元件

6.2.1 椭球形和半球形元件（图23）的最小需要厚度按下式计算：

tmin＝〔pDnY）/（2ψ〔σ〕－0.5p）〕+c………………………………（54）

  
（a）椭球形无孔封头 （b）椭球形有孔封头


（c）半球形和半球形元件


图 23　椭球形和半球形元件

6.2.2 校核计算时，椭球形和半球形元件的最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝2ψ〔σ〕ty/（DnY+0.5ty）………………………………（55）


式中：ty按下式计算：

ty＝t－c………………………………………………（56）


　　ty也可取为实际测量最小厚度减去以后可能的腐蚀减薄量。

6.2.3 式（54）、（55）只有满足下列条件时才有效：

       hn/Dn≥0.2； （tmin－c）/Dn≤0.1；d/Dn≤0.6

　　其中d取长轴尺寸。

6.2.4 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4选取。

6.2.5 形状系数按下式计算：


……………………………………………（57）

6.2.6 凹面受压凸形封头的减弱系数ψ按表14选取。

表 14　减弱系数ψ


结构型式
　　 ψ

无孔无拼接焊缝
　　 1.00

无孔有拼接焊缝
　　 ψh1）

有孔无拼接焊缝
　　 1－d2）/Dn

有孔有拼接焊缝，但二者不重合3）
　　 ψh和1－d/Dn中较小者

有孔有拼接焊缝，且二者重合3）
　　 ψh（1－d/Dn）
注：1） 焊缝减弱系数ψh按表5选取。
2） 对于椭圆孔圈，d取长轴内尺寸。
3） 接管焊缝边缘与主焊缝边缘的净距离大于10mm为不重合，不大于10mm为重合。

6.2.7 对于凸面受压的炉胆顶、半球形炉胆，取减弱系数ψ＝1.00。

6.2.8 如凹面受压的凸形封头有孔排时，若孔桥减弱系数

ψ1＝（smin－d）/smin………………………………………（58）


　　小于按表14确定的减弱系数ψ时，则式（54）及（55）中的ψ用ψ1代入。

6.2.9 如凸面受压的炉胆顶上有孔排时，若按式（58）确定的ψ1不小于表3给出的炉胆顶修正系数η时，则不必考虑孔排的影响；若ψ1小于η时，则式（54）及（55）中的ψ用ψ1代入，与此同时，取基本许用应力修正系数η＝1.00。

6.2.10 附加厚度按下式计算：

c＝c1+c2+c3………………………………………………（59）


　　其中腐蚀减薄的附加厚度c1一般取为0.5mm，若腐蚀减薄量超过0.5mm，则取实际可能的腐蚀减薄值。考虑材料厚度下偏差（为负值时）的附加厚度c2按有关材料标准确定。考虑工艺减薄的附加厚度c3应根据具体工艺情况而定，一般情况下，冲压工艺减薄量可取0.1t。

6.2.11 椭球形和半球形元件圆筒形部分（直段部分）最小需要厚度不应小于按4.2.1所确定的值，最高允许计算压力不应大于按4.2.3所确定的值。计算时，取ψmin＝1.00，c按6.2.10确定。封头的取用厚度不应小于6mm，炉胆顶和半球形炉胆的 取用厚度不应小于8mm，且半球形炉胆的取用厚度也不应大于22mm。

6.2.12 封头上开孔应遵守下列要求：

　　a. 对于封头上的炉胆孔，两孔边缘之间的投影距离不应小于其中较小孔的直径（图24），此时，不计孔桥的减弱；

　　b. 炉胆孔边缘至封头边缘之间的投影距离不宜小于0.1Dn+t（图24）；

　　c. 位于人孔附近的小孔，应使小孔边缘与人孔扳边起点之间的距离或者与焊缝边缘之间的距离不小于t（图25）；

　　d. 扳边孔不得开在焊缝上。

6.2.13 为减小封头厚度而对孔进行加强时，应按12.4中有关规定进行加强计算。

  
图 24　封头开孔的要求
图 25　封头开孔的要求


6.3 扁球形元件

6.3.1 扁球形元件（图26）的最小需要厚度按下式计算：

tmin＝〔pRn/2ψh〔σ〕〕+c………………………………………（60）


6.3.2 校核计算时，扁球形元件的最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝2ψh〔σ〕ty/Rn……………………………………………（61）


式中：ty按式（56）计算，也可取为实际测量最小厚度减去以后可能的腐蚀减薄值。

6.3.3 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4选取。

6.3.4 焊缝减弱系数ψh按表5选取。人孔、头孔应满足12.7要求，但不计人孔、头孔的减弱。

6.3.5 附加厚度c按6.2.10规定确定。

6.3.6 扁球形元件圆筒形部分（直段部分）的最小需要厚度不应小于按4.2.1所确定的值，最高允许计算压力不应大于按4.2.3所确定的值。计算时，取ψmin＝1.00，c按6.2.10确定。封头取用厚度不应小于6mm，炉胆顶的取用厚度不应小于8mm。

6.3.7 扁球形元件的内曲率半径Rn，不应大于其内径Dn。扳边内半径r不应小于相连元件厚度的4倍，且至少应为64mm。扳边内半径r′不应小于炉胆顶厚度的2倍，且至少应为25mm（图26）。



图 26　扁球形元件

6.4 凸形管板

6.4.1 椭球形管板（图27）

6.4.1.1 椭球形管板按6.2.1～6.2.11有关规定确定，但不计烟管孔排的影响。

　　边缘管孔中心线与管板外表面交点的法线所形成的夹角α不应大于45°，管孔宜经机械加工或仿形气割成形。



图 27　椭球形管板

6.4.2 拱形管板（图28）。

6.4.2.1 拱形管板中由不同椭圆线构成的凸形部分按6.2.1～6.2.11有关规定确定。式（54）、（55）、（57）中的Dn用当量内径Dnd代入，Dnd取二倍椭圆长半轴，而长半轴近似由边缘烟管管排中心线起算，即Dnd＝；6.2.3 中 的Dn用当量内径Dnd＇代入，取Dnd＇＝（见图28）。

6.4.2.2 拱形管板的平直部分按7.3烟管管束区以内的平板有关规定确定，边缘部分（图28中斜线所示部分）一般宽度不大，可不进行校核。



图 28　拱形管板

6.4.3 结构要求

6.4.3.1 凸形管板圆筒形部分（直段部分）的最小需要厚度不应小于按4.2.1所确定的值，最高允许计算压力不应大于按4.2.3所确定的值。计算时，取ψmin＝1. 00，c按6.2.10确定。凸形管板的最小厚度还应满足7.3.4要求。

6.4.3.2 凸形管板上人孔布置可不满足图24中不小于0.1Dn+t的要求。

6.4.3.3 拱形管板由不同椭圆线构成的凸形部分与平直部分的过渡应是上述椭圆线与直线的平滑过渡。

7 有拉撑（加固）的平板和管板
7.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

tmin── 最小需要厚度，mm；
t── 取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度，mm；
K── 系数；
a── 椭圆孔圈的长半轴（内尺寸），mm；
b── 椭圆孔圈的短半轴（内尺寸），mm；
dJ── 假想圆直径，mm；
dh── 人孔或头孔计算直径（a与b之和），mm；
dn── 烟管内径，mm；
C── 系数；
Dn── 锅壳筒体内径，mm；
d── 孔的直径，mm；
r── 扳边内半径，mm；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
σb── 常温抗拉强度，MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
tH── 横梁厚度，mm；
sH── 横梁计算节距，mm；
hH── 横梁计算高度，mm；
m── 横梁水通道宽度，mm；
s── 火箱管板的内壁间距，mm；
s1── 管孔横向节距，mm；
s2── 管孔垂直节距，mm；
D── 假想直径，mm；
L1 ── 前管板最外侧管排中心线与管板壁中线交点至锅壳中心线之间的距离，mm；
L2 ── 后管板最外侧管排中心线与管板壁中线交点至锅壳中心线之间的距离，mm；
E── 锅壳内壁至管板外壁的弓形板最大尺寸，mm；
Z── 系数；
ψ── 最外侧垂直管排的孔桥减弱系数。

7.2 有拉撑的平板和烟管管束区以外的平板

7.2. 1 有拉撑的平板和烟管管束区以外的平板最小需要厚度按下式计算：


……………………………………………（62）

7.2.2 校核计算时，最高允许计算压力按下式计算：


……………………………………………（63）

7.2.3 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4选取。

7.2.4 系数K按以下规定确定：

        通过三个支撑点画假想圆时，K按表15确定；通过四个或四个以上支撑点画假想圆时，K值降低10％；通过二个支撑点画假想圆时，K值增加10％。

7.2.5 如支撑点型式不同，则系数K取各支撑点相应值的算术平均值。

表 15　系数K

支 撑 型 式 K
支 点 线 　　平板或管板与锅壳筒体、炉胆或冲天管连接：
　　扳边连接〔图29（a）〕
　　坡口型角焊连接并有内部封焊〔图29（b）〕
0.35
0.37
　　内部无法封焊的单面坡口型角焊（图30）1） 0.50
　　直拉杆、拉撑管、角撑板、斜拉杆

　　带垫板的拉杆

　　焊接烟管（包括螺纹管）
0.43

0.38

0.45

注：1）如氩弧焊打底，且100％探伤，K可取0.4；如采用垫板，且100％探伤，K可取0.45。



（a）



（b）

图 29　支点线位置


图 30　单机角焊支点线

7.2.6 如烟管与管板全部采用焊接连接时，这些烟管均可视为支撑点，以管束区边缘管子画假想圆时，K按表15选取。当烟管群边缘某些烟管中心与最近支点线、最近支点的距离大于250mm时，这些烟管的焊接应满足8.4.8的要求；两组管束间的宽水区距离大于250mm时，宽水区两侧烟管每间隔一根的焊接应满足8.4.8的要求。

7.2.7 假想圆直径dJ如为经过三个或三个以上支撑点画圆时，支撑点不应都位于同一半圆周上，假想圆画法如图31所示；如为二个支撑点画圆时，支撑点应位于假想圆直径的两端。



图 31　假想圆画法

7.2.8 支撑点按下列原则确定：拉杆或拉撑管中心；管束区边缘焊接烟管中心；角撑板的中线及支点线上的各点都是支撑点。

7.2.9 支点线按图29、图30所示原则确定。人孔、头孔、手孔边缘，不是支点线。

7.2.10 包含人孔、头孔在内的平板（图32）的最小需要厚度及最高允许计算压力按下列公式计算：

……………………………………（64）
………………………………………（65）

　
　　至少有一个假想圆应将人孔或头孔包括在内，并以其中最大假想圆作为强度计算的依据，系数C按表16确定。

　　人孔或头孔应满足12.7要求。

表 16   包含人孔、头孔的平板系数


结构型式
   C

无拉撑或两侧有拉撑但l＞dJ/10
   1.64

两侧有拉撑且l＝0～dJ/10
   1.19

        注：l为拉杆外缘至假想圆的最小距离（图32）。



图 32　包含人孔在内的平板

7.2.11 如平板或管板是扳边的，则扳边内半径不应小于二倍板厚，且至少应为38mm；如火箱板、回燃室板是扳边的，则扳边内半径不应小于板厚，且至少应为25mm。

　　扳边起点与人孔圈或头孔圈焊缝边缘之间的净距离不应小于6mm。

7.3 烟管管束区以内的平板

7.3.1 烟管管束区以内的平板最小需要厚度及最高允许计算压力按式（62）和（63）计算。

7.3.2 如管束区内装有拉撑管，系数K按7.2.4处理，dJ为按拉撑管所画假想圆的直径。

　　当烟管与管板采用焊接连接时，式（62）和（63）中dJ取为烟管最大节距，并取K＝0.47。

7.3.3 拉撑管与管板连接的焊缝高度（含深度）应为管子厚度加3mm（图39），拉撑管厚度按式（74）计算。除烟管与管板采用胀接连接外，管束区不需要装拉撑管。

7.3.4 胀接管直径不大于51mm时，管板取用厚度不应小于12mm，胀接管直径大于51mm时，管板取用厚度不应小于14mm。

　　管子与管板连接全部采用焊接时，管板取用厚度不应小于8mm；如管板内径大于1000mm，则管板取用厚度不应小于10mm。

7.3.5 胀接管板孔桥不应小于0.125d+12.5mm。焊接管板孔桥应使相邻焊缝边缘的净距离不小于6mm，若进行焊后热处理，可不受此限制。

7.3.6 管孔焊缝边缘至扳边起点的距离不应小于6mm。对于胀接管，管孔中心至扳边起点的距离不应小于0.8d，且不小于0.5d+12mm。

7.3.7 对于与600℃以上烟气接触的管板，焊接连接的烟管或拉撑管应采取消除间隙的措施，而且管端还应满足8.4.8的要求。

7.3.8 对于火箱管板，当火箱顶板用横梁加固时（图33），还应按下列公式校核横向孔桥的抗压强度：

tmin＝〔pss1/186（s1－dn）〕（400/σb）………………………………（66）  
〔p〕＝〔186（s1－dn）/ss1〕（〔σ〕b/400）………………………………（67）  

　　火箱管板最小需要厚度应取式（62）和（66）计算所得较大值；最高允许计算压力取式（63）和（67）计算所得较小值。

7.4 有加固横梁的火箱顶板

7.4.1 有加固横梁火箱顶板的最小需要厚度及最高允许计算压力按式（62）和（63）计算。

7.4.2 式（62）和（63）中的dJ按以下规定确定：

　　a. 横梁有水通道时（图33a）


……………………………………………（68）

　　式中：M＝m+tH

　　b. 横梁无水通道时（图33b）

dJ＝sH……………………………………………………（69）


7.4.3 系数K取为0.46（有水通道）或0.56（无水通道）。

7.4.4 如火箱顶板是扳边的，则扳边内半径不应小于板厚，且至少为25mm。



（a）



（b）

图 33　有加固横梁的火箱顶板

7.5 立式冲天管锅炉的平封头和平炉胆顶

7.5.1 立式冲天管锅炉平封头和平炉胆顶的最小需要厚度和最高允许计算压力按式（62）和（63）计算。

7.5.2 假想圆直径按以下规定确定：

7.5.2.1 仅靠冲天管支持时，dJ取与支点线相切所画出的切圆直径（图34）右半部）。

7.5.2.2 装有拉撑件时，dJ取通过三个或三个以上支撑点所画出的圆中最大圆的直径（图34左半部）。



图 34　立式冲天管锅炉的平封头与平炉胆顶

7.5.3 仅靠冲天管支持时，系数K取表15给出值的1.5倍。装有拉撑时，如为三点支撑，K按表15确定；如为四点支撑，K值降低10％。

7.5.4 平封头和平炉胆顶上装有拉杆时，对于外径大于1200mm但小于1500mm的锅壳筒体，至少应装4根拉杆；外径等于或大于1500mm但小于1800mm的锅壳筒体，至少应装5根拉杆；外径等于或大于1800mm的锅壳筒体，至少应装6根拉杆

7.5.5 平封头或平炉胆顶的外缘扳边内半径不应小于二倍板厚，且至少为38mm；内缘扳边（与冲天管相接）内半径不应小于板厚，且至少为25mm。

7.6 立式多横火管（考克兰）锅炉的管板和弓形板

7.6.1 立式多横火管锅炉管板的最小需要厚度和最高允许计算压力除按7.3的规定计算外，还应按下列公式校核最外侧垂直管排的强度：

tmin＝〔pD/（2ψ〔σ〕－p）〕+1………………………………………（70）  
〔p〕＝2ψ〔σ〕（t－1）/〔D+（t－1）〕……………………………………（71）  

式中：D──假想直径，即最外侧管排中心线与管板厚度中线交点至锅壳中心线之间距离的二倍。

　　前管板D＝2L1（图35）

　　后管板D＝2L2（图35）

　　ψ──最外侧垂直管排的孔桥减弱系数，按下式计算：

ψ＝（s2－d）/s2……………………………………………（72）


　　管板厚度取式（62）与式（70）计算所得较大值，最高允许计算压力取式（63）与式（71）计算所得较小值。



图 35   立式多横火管锅炉的管板与弓形板的计算尺寸

7.6.2 立式多横火管锅炉管板最外侧垂直管排如为胀接管，则每隔一根烟管应按8.4.8要求对管头进行焊接。如为焊接管孔则无此要求。 管板的其他结构要求应 满足7.3.3～7.3.7的有关规定。

7.6.3 管板的弓形板如由角撑板（或其他拉撑）支持，应按下式计算出的Z值确定角撑板的数目。

Z＝EpDn/t………………………………………………（73）


式中： E──由锅壳内壁至管板外壁的弓形板最大尺寸（图35）。

　　对于后管板（燃烧室管板），角撑板最少应为

　　Z＞ 25000 1块

　　Z＞ 35000 2块

　　Z＞ 42000 3块

　　对于前管板（烟箱管板），角撑板最少应为

　　Z＞ 25000 1块

　　Z＞ 47000 2块

7.6.4 与管板两边相接的锅壳板厚度至少应比圆筒形锅壳筒体公式计算所得厚度大1.5mm。

8 拉撑件和加固件
8.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

Fmin── 拉撑件的最小需要截面积，cm2；
F── 拉撑件的取用截面积、实际测量截面积，cm2；
A── 拉撑件所支撑的面积，cm2；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
d── 拉杆直径，mm；
t── 管板厚度，mm；
t1── 拉撑管厚度，mm；
tb── 角撑板厚度，mm；
tHmin── 加固横梁的最小需要厚度，mm；
tH── 加固横梁的取用厚度、实际测量厚度，mm；
α── 斜拉杆或角撑板与平管板的夹角，（°）；
Kh── 焊脚尺寸，mm；
δh── 焊缝厚度，mm；
Lh── 焊缝长度，mm；
ηh── 焊缝系数；
s── 火箱管板的内壁间距，mm；
sH── 加固横梁计算节距，mm；
hH── 加固横梁计算高度，mm；
Kh── 系数。

8.2 呼吸空位

8.2.1 平管板上应留有足够尺寸的呼吸空位（平管板上温度不同相邻元件之间的最小距离），以防止产生过大的温差应力。

8.2.2 炉胆外壁与烟管外壁之间或炉胆外壁与锅壳筒体内壁之间的呼吸空位，应不小于锅壳筒体内径的5％和50mm的较大值，如锅壳筒体内径的5％大于100mm时，可取100mm。

8.2.3 角撑板端部或直拉杆边缘与烟管外壁之间的呼吸空位应不小于100mm。

8.2.4 锅壳筒体内壁与烟管外壁之间的呼吸空位应不小于40mm。

8.2.5 角撑板端部或直拉杆边缘与炉胆外壁之间的呼吸空位，一般应不小于200mm。当锅壳筒体外径大于1800mm和炉胆长度大于6000mm时，呼吸空位应不小于250mm；当锅壳筒体外径小于1400mm和炉胆长度小于3000mm时，呼吸空位应不小于150mm。

8.2.6 所有其他情况的呼吸空位，应不小于锅壳筒体内径的3％和50mm的较大值，如锅壳筒体内径的3％大于100mm时，可取100mm。

8.2.7 与波形炉胆、波形与平直组合炉胆、斜拉杆相邻部位的呼吸空位可为上述规定的70％；如波形炉胆、 波形与平直组合炉胆端部为扳边结构且采用斜拉杆，则其间的呼吸空位可为上述规定的50％。

8.2. 8 回燃室筒体与其他元件之间的呼吸空位可按上述锅壳筒体处理。

8.3 拉撑件所支撑的面积

8.3.1 拉撑件宜均匀布置，使被拉撑的面积尽量相等。

8.3.2 拉撑件所支撑的面积A等于被拉平板上支撑点中位线所包围的面积。支撑点中位线为距相邻支撑点等距离的连线，可近似取为相邻三个或三个以上支撑点的切圆中心和相邻两个支撑点的中点的连线，如图36所示。

　　对于直拉杆、拉撑管和普通烟管，还应将上述所画面积减去这些元件所占的面积作为支撑面积；而对于斜拉杆和角撑板，则不减去它们所占的面积。



图 36　支撑面积A的近似画法

8.4 直拉杆和拉撑管

8.4.1 直拉杆和拉撑管的最小需要截面积按下式计算：

Fmin＝pA/〔σ〕………………………………………………（74）


8.4.2 校核计算时，直拉杆和拉撑管的最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝F〔σ〕/A………………………………………………（75）


8.4.3 当焊接烟管视为拉撑管时，其最小需要截面积和最高允许计算压力也分别按式（74）、（75）计算。

8.4.4 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4选取，直拉杆按不受热考虑。

8.4.5 直拉杆与平管板的连接结构如图37和图38所示。

　　图37所示结构用于烟温不大于600℃的部位。图38所示结构可用于烟温大于600℃的部位，当用于烟温不大于600℃的部位时，拉杆端头超出焊缝的长度可放大至5mm。



图 37　有垫板的拉杆与平管板的连接


  
（a） （b）

（c）

图 38　无垫板的拉杆与管板的连接

8.4.6 用于平管板的直拉杆的直径不宜小于25mm。长度大于4000mm的直拉杆，中间应加支撑点。用于火箱的直拉杆的直径不宜小于20mm。

8.4.7 直拉杆与平管板的连接如采用图38c结构时，焊脚尺寸Kh 应满足下式要求：

Kh≥125Fmin/πd………………………………………（76）


8.4.8 拉撑管与平管板的连接结构如图39所示。

　　当用于烟温大于600℃的部位时，管端超出焊缝的长度不应大于1.5mm；当用于烟温不大于600℃的部位时，管端超出焊缝的长度可放大至5mm。焊接烟管也按此规定处理。



（a）



（b）



（c）

图 39　拉撑管与平管板的连接

8.5 斜拉杆

8.5.1 斜拉杆的最小需要截面积按下式计算：

Fmin＝pA/〔σ〕sinα………………………………………（77）


8.5.2 校核计算时，斜拉杆的最高允许计算压力按下式计算：

〔p〕＝〔F〔σ〕/A〕sinα………………………………………（78）


8.5.3 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4不受热元件选取。

8.5.4 斜拉杆与平管板及锅壳筒体的连接结构如图40所示。插入平管板的端头的焊接结构应符合图38要求，端头伸出平管板的长度应符合8.4.5要求。

斜拉杆的转角半径r不应小于2倍杆的直径。斜拉杆与平管板的夹角α不应小于60°。

8.5.5 斜拉杆与锅壳筒体连接的焊缝厚度δh，对于Ⅰ型焊缝应满足下列要求：

δh≥125Fmin/2Lh………………………………………（79）


　　任何情况下，焊缝厚度δh不应小于10mm。

　　对于Ⅱ型焊缝，厚度δh取为d／4，焊缝长度Lh应满足下式要求：

Lh≥250Fmin/d………………………………………（80）


8.5.6 斜拉杆的直径不宜小于25mm。

8.5.7 斜拉杆与锅壳筒体连接部位的烟温不得大于600℃。



图 40　斜拉杆与平管板及锅壳筒体的连接

8.6 角撑板

8.6.1 角撑板的最小需要截面积按式（77）计算，最高允许计算压力按式（78）计算。

8.6.2 角撑板在平管板上宜辐射布置，两块角撑板间的夹角宜在15°～30° 之间。应优先采用斜拉杆或当空间允许时，采用直拉杆。

8.6.3 角撑板与平管板、锅壳筒体的连接焊缝均应为坡口型，焊缝应避免咬边等缺陷，焊缝与母材应圆滑过渡。

8.6.4 角撑板与平管板、锅壳筒体的焊缝长度Lh应满足下式要求：

Lh≥〔100pA/tbηh〔σ〕sinα〕+20………………………………（81）


8.6.5 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4不受热元件选取。

8.6.6 焊缝系数ηh取0.6。

8.6.7 角撑板与平管板的夹角α不应小于60°。

8.6.8 角撑板厚度不应小于平管板厚度的70％，也不应小于锅壳筒体的厚度和不大于锅壳筒体厚度的1.7倍。

8.6.9 角撑板与平管板、锅壳筒体连接处的结构形状与尺寸应符合图41要求。

8.6.10 角撑板与平管板、锅壳筒体连接部位的烟温不得大于600℃。



图 41　角撑板与平管板及锅壳筒体的连接

8.7 加固横梁

8.7.1 火箱顶板上加固横梁的最小需要厚度按下式计算：


……………………………………………（82）

式中：KH＝1.13；

　　s、sH、hH见图33。

8.7.2 校核计算时，加固横梁的最高允许计算压力按下式计算：


……………………………………………（83）

8.7.3 计算压力取相连元件的计算压力，计算壁温按表4不受热元件选取。

8.7.4 加固横梁与火箱顶板的连接应采用全焊透结构。

9 矩形集箱
9.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

tmin── 最小需要厚度，mm；
t── 取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度，mm；
2m── 长边净宽，mm；
2l── 短边净宽，mm；
d── 圆孔直径，椭圆孔在集箱轴向的尺寸，mm；
d＇── 椭圆孔在集箱横向的尺寸，mm；
b── 孔中心或焊缝中线至集箱中心线的距离，mm；
s── 纵向相邻两孔的节距，mm；
s″── 斜向相邻两孔的节距，mm；
r── 集箱内圆角半径，mm；
p── 计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 许用应力，MPa；
ψ、ψ1── 孔桥减弱系数；
ψh── 焊缝减弱系数；
K1、K2、K3、 K4、K5──系数。

9.2 矩形集箱

9.2.1 矩形集箱（图42）的最小需要厚度按下列公式计算， 取两者较大值。

…………………………………（84）
……………………………………（85）

9.2.2 校核计算时，矩形集箱的最高允许计算压力按下列公式计算， 取两者较小值。

………………………………………（86）
………………………………………（87）

　


图 42　矩形集箱

9.2.3 系数K1、K2、K3、K4按下列公式计算或由图43、44查得。

………………………………………（88）
……………………………………（89）

  ………………………………………（90）


………………………………………（91）




图 43　系数K1、K2



图 44　系数K4

9.2.4 纵向孔桥减弱系数按下列公式计算：

ψ＝（s－d）/s ………………………………………………（92）


　　当d＇＜m时

ψ1＝（s－d）/s ………………………………………………（93）


　　当m≤d＇＜1.3m时

ψ1＝〔s－（2/3）d〕/s…………………………………………（94）


　　当d＇≥1.3m时

ψ1＝〔s－（1/3）d〕/s………………………………………（95）


　　对于椭圆孔，d为沿集箱轴向尺寸，d＇为沿集箱横向尺寸（图45）。

　　对于圆孔，d＇＝d。

9.2.5 与集箱中心线对称布置的斜向孔排（图46），除按式（84）、（85）计算最小需要厚度外，还需按斜向孔桥上的应力校核最小需要厚度，即：


……………………………………（96）

式中：K5按下式计算或由图47查得。


…………………………………………（97）

　　校核计算时，除按式（86）、（87）计算最高允许计算压力外， 还需按斜向孔桥上的应力校核最高允许计算压力，即：


…………………………………………（98）

　

式（96）、（98）中ψ、ψ1仍按式（92）～（95）计算，但其中s用s″代替。

  
图 45　椭圆孔d与d′的确定方法 图 46　斜向布置的孔排

　

图 47　系数K5

9.2.6 对于有纵向焊缝而无开孔的集箱（图48），上述公式中的ψ、ψ1 用ψh代替，ψh按表5确定。

9.2.7 矩形集箱的焊缝不允许布置在集箱角上，如图49、50所示。

   
图 48　有纵向焊缝的集箱 图 49　有角焊缝的集箱 图 50　用四块平板角焊成的集箱

9.2.8 集箱内圆角半径r（图42）应满足以下要求：

       r≥（1/3）t，且r≥6mm

10 集箱端盖、内置孔盖
10.1 符号说明

　　本章所用符号的意义和单位如下：

t1min── 平端盖、孔盖的最小需要厚度，mm；
t1── 平端盖、孔盖的取用厚度（简称“厚度”）、实际测量厚度 ， mm；  
t2── 平端盖环形槽处的最小厚度，mm；
t── 集箱筒体的厚度，mm；
Dn── 与平端盖相连接处的集箱筒体内径、圆形孔圈的内径，mm；
d── 孔的直径，mm；
a── 椭圆孔圈的长半轴（内尺寸），mm；
b── 椭圆孔圈的短半轴（内尺寸），mm；
2m── 矩形集箱长边净宽，mm；
2l── 矩形集箱短边净宽，mm；
l1── 孔盖的计算尺寸，mm；
p── 平端盖、孔盖的计算压力（表压），MPa；
〔p〕── 平端盖、孔盖的最高允许计算压力（表压），MPa；
〔σ〕── 平端盖、孔盖的许用应力，MPa；
η── 基本许用应力修正系数；
K、K1── 系数；
r── 平端盖内转角圆弧半径，mm；
l2── 平端盖扳边直段部分的长度，mm。

10.2 集箱端盖

10.2.1 圆形平端盖的最小需要厚度和最高允许计算压力按下列公式计算：

…………………………………………（99）
…………………………………………（100）


        式中：系数K按表17选取。

10.2.2 矩形平端盖（焊缝型式如表17中序号3所示）的最小需要厚度和最高允许计算压力按下列公式计算：

……………………………………（101）

直接粘贴不行，请参考分享贴GB/T 16508—1996

如果材料在150里面没有可以考虑查询asme中文版。里面比150多。

GB/T 16508—1996
〔σ〕＝η〔σ〕J