SDGJ690《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定.docx

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SDGJ690《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定

火力发电厂汽水管道应力计算技术规定

SDGJ6—90

主编部门：

能源部华东电力设计院批准部门：

能源部电力规划设管理局施行日期：

1991年3月1日能源部电力规划设计管理局关于颁发SDGJ6—90《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》的通知

（90）电规技字第44号

为适应电力建设发展的需要，我局委托华东电力设计院对原SDGJ6—78《火力发电厂

汽水管道应力计算技术规定》进行了修订。

经组织审查，现批准颁发SDGJ6—90《火力发

电厂汽水管道应力计算技术规定》为行业标准，自1991年3月1日起执行，原颁发的SDGJ6—78《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》同时停止执行。

各单位在执行过程中如发现不妥或需要补充之处，请随时函告我局及负责日常管理工作的华东电力设计院。

1990年5月5日

使用符号的单位和意义

符号

单位

意义

20σb

MPa

钢材在20℃时的抗拉强度最小值

tσs

MPa

钢材在设计温度下的屈服极限最小值

t

σs（0.2%）

MPa

钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值

tσD

MPa

钢材在设计温度下的105h持久强度平均值

[σ]t

MPa

钢材在设计温度下的许用应力

σeq

MPa

内压折算应力

p

MPa

设计压力

t

℃

设计温度或工作温度

tamb

℃

计算安装温度

Do

mm

管子外径

Di

mm

管子内径

do

mm

三通支管的连接管子外径

dI

mm

三通支管的连接管子内径

Sm

mm

直管最小壁厚

Sc

mm

直管计算壁厚

Sn

mm

直管公称壁厚

Snh

mm

主管公称壁厚

Snb

mm

支管公称壁厚

Sb3

mm

支管当量壁厚

S

mm

管子实测最小壁厚

r

mm

管子平均半径或弯管平均半径

rmh

mm

主管平均半径

r′

mm

支管平均半径

rp

mm

接管座加强段的外半径

α

mm

考虑腐蚀、磨损和机械强度的附加厚度

η

—

许用应力的修正系数

Y

—

温度对计算管子壁厚公式的修正系数

C

mm

直管壁厚负偏差值

A

—

直管壁厚负偏差系数

R

mm

弯管弯曲半径

h

—

尺寸系数

k

—

柔性系数

i

—

应力增强系数

f

—

应力范围的减小系数

N

—

交变次数

γ

—

冷紧比

σE

MPa

热胀应力范围

σL

MPa

管道在工作状态下，由持续荷载，即内压、自重和其他持的轴向应力之和

MA

N·mm

由于自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩

MB

N·mm

由于安全阀或释放阀的反座推力、管道内流量和压力的瞬

震等产生的偶然荷载作用在管子横截面上的合成力矩

MC

N·mm

按全补偿值及20℃的弹性模量，计算热胀引起的合成力矩

ΔX、ΔY、ΔZ

mm

计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移全补偿值

ΔX20、ΔY20、ΔZ20

mm

计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移冷补偿值

ΔXB、ΔYB、ΔZB

mm

计算管系（或分支）的末端B沿坐标轴X、Y、Z的附加线位

ΔXA、ΔYA、ΔZA

mm

计算管系（或分支）的始端A沿坐标轴X、Y、Z的附加线位

ΔXtAB、ΔYtAB、ΔZtAB

mm

计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的热伸长值

ΔXcsAB、ΔYcsAB、ΔZcsAB

mm

计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的冷紧值

XB、YB、ZB

mm

计算管系（或分支）的末端B的坐标值

XA、YA、ZA

mm

计算管系（或分支）的始端A的坐标值

tα

-6

10-6/℃

钢材在工作温度下的线膨胀系数

E20

kN/mm2

钢材在20℃时的弹性模量

t

Et

2kN/mm

钢材在设计温度下的弹性模量

RE

N（或N·mm）

计算端点对管道的热胀作用力（或力矩），按全补偿值和钢材的弹性模量计算

R201

N（或N·mm）

管道应变自均衡后，在冷状态下对设备（或端点）的推力（或

R20

N（或N·mm）

管道运行初期在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）

Rt

N（或N·mm）

管道运行初期在工作状态下对设备（或端点）的推力（或力矩

第一章总则

第管道应力计算的任务是：

验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。

第本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的强度计算。

第管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。

管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。

第恰当的冷紧可以减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。

冷紧与验算的应力范围无关。

第进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。

第使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。

管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《汽水管道零件及部件典型设计》的要求。

第二章钢材的许用应力第钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：

20b/3，ts/1.5或t/1.5，tD／1.5

其中20b——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa）；ts——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa）；

ts（0.2%）——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa）；

tD——钢材在设计温度下的105h持久强度平均值（MPa）。

常用钢材的许用应力数据列于附录一。

对于未列入附录一的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本条规定计算。

第三章管道的设计参数

第管道的设计压力应按下列规定取用：

一、主蒸汽管道的设计压力，取用锅炉过热器出口的额定工作压力。

当锅炉和汽轮机允许超压5%（简称5%OP）运行时，应加上5%的超压值。

二、再热蒸汽管道的设计压力，取用汽轮机最大计算出力工况（调节汽门全开，简称VWO或VWO+5%OP）下热平衡中高压缸排汽压力的1.15倍。

对于再热器出口联箱到汽轮机的部分，可减至再热器出口安全阀动作的最低整定压力。

三、汽轮机非调整抽汽管道的设计压力，取用汽轮机最大计算出力工况（VWO或VWO+5%OP）下热平衡中该抽汽压力的1.1倍。

四、汽轮机调整抽汽管道、背压式汽轮机排汽管道和减压装置后蒸汽管道的设计压力，分别取其最高工作压力。

五、与直流锅炉启动分离器连接的汽水管道的设计压力，取用各种运行工况中可能出现的最高工作压力。

六、主给水管道设计压力的取用分两种情况：

1.对于设有不可调速电动给水泵的管道从前置泵至主给水泵和从主给水泵出口至锅炉省煤器进口的管道，其设计压力取用泵的特性曲线最高点对应的压力与进水侧压力之和。

2.对于设有可调速给水泵的管道

（1）从给水泵出口至泵出口关闭阀的管道设计压力，取用泵在额定转速下特性曲线最高点对应的压力与进水侧压力之和；

（2）从泵出口关闭阀至锅炉省煤器进口的管道设计压力，取用泵在额定转速及设计流量下泵出口压力的1.1倍与进水侧压力之和。

第管道的设计温度应按下列规定取用：

一、主蒸汽、高温再热蒸汽管道的设计温度，应分别取用锅炉额定蒸发量时过热器、再热器出口的额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差值。

温度偏差值可取用5℃。

二、低温再热蒸汽管道的设计温度，可取用汽轮机最大计算出力工况（VWO或VWO+5%OP）下热平衡中高压缸的排汽参数，等熵求取管道在设计压力下的相应温度。

如制造厂有特殊要求时，该设计温度应取用可能出现的最高工作温度。

三、汽轮机非调整抽汽管道的设计温度，可取用汽轮机最大计算出力工况（VWO或

VWO+5%OP）下热平衡中该抽汽参数，等熵求取管道在设计压力下的相应温度。

四、汽轮机调整抽汽管道、背压式汽轮机排汽管道和减温装置后蒸汽管道的设计温度，分别取其最高工作温度。

五、与直流炉启动分离器连接的汽水管道的设计温度，取用各种运行工况中可能出现的最高工作温度。

六、加热器后主给水管道的设计温度，取用被加热水的最高工作温度。

第四章承受内压的管子壁厚计算

第直管最小壁厚Sm应按下列规定计算：

一、按直管外径确定时：

、按直管内径确定时：

以上两式中p——设计压力（MPa）；

Do——管子外径（mm）；

Di——管子内径（mm）；

——钢材在设计温度下的许用应力

（MPa）；

Y——温度对计算管子壁厚公式的修正系数，对于碳钢、低合金钢和高铬钢，

480℃及以下时Y=0.4，510℃时Y=0.5，538℃及以上时Y=0.7，中间温度的Y值，可按内插法计算；

α——考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度（mm）；

η——许用应力的修正系数，无缝钢管的η=1.0，纵缝焊接钢管按有关制造技术条件检验合格者，其η值按表，螺旋焊缝钢管按SY5036—83标准生产制作和无损检验合格者，η=0.9

表4.0.1纵缝焊接钢管许用应力修正系数表

焊接方法

焊缝形式

η

手工电焊或气焊

双面焊接有坡口对接焊缝，100%无损探伤

1.00

有氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝

0.90

亚氩弧焊打底的单面焊接无坡口对接焊缝

0.75

熔剂下的自动焊

双面焊接对接焊缝，100%无损探伤

1.00

单面焊接有坡口对接焊

0.85

缝单面焊接无坡口对接焊缝

0.80

第直管计算壁厚Sc应按下列方法确定：

C——直管壁厚负偏差值（mm）。

一、对于热轧生产的无缝钢管，壁厚负偏差值可按下式确定：

A——直管壁厚负偏差系数，根据管子产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差（%）按

表

二、对于按内径确定壁厚及采用热挤压生产的无缝钢管，壁厚负偏差值应根据管子产品技术条件中的规定选用。

三、对于焊接钢管，采用钢板厚度的负偏差值，但C值不得小于0.5mm。

表4.0.2直管壁厚负偏差系数表

直管壁厚允许负偏差（%）

-5

-8

-9

-10

-11

-12.5

-15

A

0.053

0.087

0.099

0.111

0.124

0.143

0.176

第直管公称壁厚Sn，对于按外径确定壁厚的钢管，根据直管计算壁厚Sc，按管子产品

规格选用；对于按内径确定壁厚的无缝钢管，根据直管计算壁厚Sc和制造厂产品技术条件

中的有关规定选用。

在任何情况下，Sn均应等于或大于Sc。

第弯管的壁厚应按下列方法确定：

、用作弯管的直管，其最小壁厚根据弯曲半径而定，按表

表4.0.4

弯曲半径

弯管前所采用直管的最小壁厚

≥6倍管子外径

1.06Sm

5倍管子外径

1.08Sm

4倍管子外径

1.14Sm

3倍管子外径

1.25Sm

、弯管后任何一点的实测最小壁厚不得小于直管最小壁厚Sm。

第五章补偿值的计算

第管道一般以设备连接点或固定点分为若干管段，设备连接点或固定点之间互相连接的各管段，构成一个独立的计算管系，统一进行挠性分析和计算。

第在进行作用力和力矩计算时，应采用右旋直角坐标系作为基本坐标系。

基本坐标的原点可以任意选择，一般Z轴为向上的垂直轴，X轴为沿主厂房纵向的水平轴，Y轴为沿主厂房横向的水平轴。

第当端点无附加角位移时，计算管系（或分支）的线位移全补偿值可按下列公式计算：

其中

（上二式中ΔX，ΔY，ΔZ——计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移全补偿值（mm）；ΔXB，ΔYB，ΔZB——计算管系（或分支）的末端B沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移（mm）；

ΔXA，ΔYA，ΔZA——计算管系（或分支）的始端A沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移

（mm）；

Δ,,——

计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的热伸长值（mm）；

——钢材在工作温度下的线膨胀系数（10-6／℃），常用钢材在工

作温度下的线膨胀系数列于附录一；

，，——计算管系（或分支）的末端B的坐标值（mm）；

，，——计算管系（或分支）的始端A的坐标值（mm）；

t——工作温度（℃）；

——计算安装温度（℃），可取用20℃。

第工作温度在430℃及以上的管道宜进行冷紧，冷紧比（即冷紧值与全补偿值之比）不宜小于0.7；对于其他管道，当需要减小工作状态下对设备的推力和力矩时，也可进行冷紧。

冷紧有效系数，对工作状态取2/3，对冷状态取1。

第当管道各方向（沿坐标轴X、Y、Z）采用不同冷紧比时，应计算管道在冷状态下各方向的冷补偿值。

它的数值等于该方向的冷紧值，即

式中ΔX20，ΔY20，ΔZ20——计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移冷补偿值（mm）；

，，——计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的冷紧值（mm）。

第六章管道的应力验算

第管道在内压下的应力验算

一、管道在工作状态下，由内压产生的折算应力不得大于钢材在设计温度下的许用应力，

即

式中——内压折算应力（MPa）；

P——设计压力（MPa）；

Do——管子外径（mm）；

S——管子实测最小壁厚（mm）；Y——温度对计算管子壁厚公式的修正系数（见第；

α——考虑腐蚀、磨损和机械强度的附加厚度（mm）；

钢材在设计温度下的许用应力

（MPa）。

二、当管道在运行中有压力波动，或压力、温度同时波动，且超过设计压力或设计温度时，还必须验算瞬态变化的安全性，即

1.任何24h连续运行时间内，超温或超压时间少于10%者，计算管道在超压或（和）超温

下的最大应力不得超过钢材在相应温度下许用应力的1.15倍；

2.任何24h连续运行时间内，超温或超压时间少于1%者，计算管道在超压或（和）超温下的最大应力不得超过钢材在相应温度下许用应力的1.2倍。

第管道在持续荷载下的应力验算

管道在工作状态下，由持续荷载即内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，必

须满足下式的要求：

（

式中p——设计压力（MPa）；

Do——管子外径（mm）；

Di——管子内径（mm）；

——由于自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩（N·mm）；

W——管子截面抗弯矩（mm3）；

——钢材在设计温度下的许用应力（MPa）；

i——应力增强系数（见附录二），0.75i不得小于1；

——由于内压、自重和其他持续外载所产生的轴向应力之和（MPa）。

第管道在有偶然荷载作用时的应力验算管道在工作状态下受到的荷载作用，亦即由内压、自重、其他持续外载和偶然荷载，包括地震等所产生应力之和，必须满足下式的要求：

式中K——系数，当任何24h连续运行时间内偶然荷载作用时间少于10%时K=1.15，少于

1%时K＝1.20；

MB——安全阀或释放阀的反座推力，管道内流量和压力的瞬时变化及地震等产生的偶然荷载作用在管子横截面上的合成力矩（N·mm）。

只有在地震烈度为8度及以上地区建厂，并已在设计任务书中规定应对该管道考虑地震的影响时，才进行管道地震的验算。

在验算时，MB中的地震力矩只取用变化幅度的一半。

地震引起管道端点位移，如果已在式（，在式（

其他符号定义同第

第管系热胀应力范围的验算

管系热胀应力范围必须满足下式的要求：

式中[]20——钢材在20℃时的许用应力（MPa）；

MC——按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算的，热胀引起的合成力矩

（N·mm）

E——热胀应力范围（MPa）；f——应力范围的减小系数。

如果式（，那么式（

预期电厂在运行年限内，系数f与管道全温度周期性的交变次数N有关。

当N≤2500时，f=1；

当N>2500时，f=4.78N-0.2如果温度变化的幅度有变动，可按下式计算当量全温度交变次数：

式中NE——计算热胀应力范围σE时，用全温度变化ΔTE的交变次数；

N1，N2，⋯，NN——分别为温度变化较小ΔT1,ΔT2，⋯，ΔTN的交变次数；r1,r2,⋯,rn——分别为比值ΔT1/ΔTE，ΔT2/ΔTE，⋯，ΔTN/ΔTE。

其他符号定义同第第力矩和截面抗弯矩的计算

一、用式（，合成力矩Mj按下式计算：

图6.0.5

式中j——相当于式（直管元件、弯管和弯头的截面抗弯矩W按下式计算：

二、验算等径三通时，应按式（，按三通的交叉点取值，见图

三、验算不等径三通时，应分别计算主管两侧和支管的合成力矩。

1.计算不等径三通支管的合成力矩

支管的当量截面抗弯矩为式中——支管平均半径（mm）；

——支管当量壁厚，取用主管公称壁厚和i倍支管公称壁厚二者中的

较小值（mm）。

2.计算主管的合成力矩

MA（MB或MC）

以及MA（MB或MC）

主管的截面抗弯矩按式（，见图

四、计算支管接管座（如附图2.3）的合成力矩：

接管座的截面抗弯矩为

如果附图2.3（a）、（b）、（c）、（d）中，那么在计算接管座的截面抗弯矩和应

力增强系数时，应计算到Sb值的一半。

验算点应取接管座中心线与主管外表面的交点。

第七章管道对设备的推力和力矩的计算

第管道对设备（或端点）的推力和力矩可按下列原则计算：

一、按热胀、端点附加位移、有效冷紧、自重和其他持续外载及支吊架反力作用的条件，计算管道运行初期工作状态下的力和力矩。

二、按冷紧、自重和其他持续外载及支吊架反力作用的条件，计算管道运行初期冷状态下的力和力矩。

三、按应变自均衡、自重和其他持续外载及支吊架反力作用的条件，计算管道应变自均衡后在冷状态下的力和力矩。

第计算出的工作状态和冷状态下推力和力矩的最大值应能满足设备安全承受的要求。

当数根管道同设备相连时，管道在工作状态和冷状态下推力和力矩的最大值，应按设备和各连接管道可能出现的运行工况分别计算和进行组合。

第当管道无冷紧或各方向（沿坐标轴X、Y、采用相同的冷紧比时，在不计及持续外载的条件下，管道对设备（或端点）的推力（或力矩），可按下列公式计算：

在工作状态下

在冷状态下

（式中R——管道运行初期在工作状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）（N或N·mm）；

R——管道运行初期在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）（N或N·mm）；

——管道应变自均衡后，在冷状态下对设备

（或端点）的推力（或力矩）（N或N·mm）

RE——计算端点对管道的热胀作用力量计算（N或N·mm）；

γ——冷紧比；

（或力矩），按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模

钢材在设计温度下的许用应力

（MPa）；

——热胀应力范围（见第；

钢材在设计温度下的弹性模量（kN/mm2）；

——钢材在20℃时的弹性模量（kN/mm2）。

时，

冷状态下管道对设备的推力

（或力矩）取式（；当时，

取R20作为管道在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）。

上列公式中，、、、RE均为一组力和力矩，包括Fx、Fy、Fz、Mx、My、

Mz六个分量。

第当管道各方向（沿坐标轴X、Y、Z）采用不同的冷紧比时，在不计及持续外载的条件

下，管道对设备（或端点）的推力（或力矩）可按下列方法计算：

一、按冷补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算的冷紧作用力（或力矩），若取其相同的

数值、相反的方向，即为管道运行初期在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）。

然后再

同式（，取其大者（绝对值）作为管道在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）。

二、管道在工作状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）按下式计算：

式中符号的定义与第

附录一常用钢材的性能附表1.1常用国产钢材的许用应力表（Mpa）

钢号与标准号

10

GB3087—82

20

GB3087—82

20G

GB5310—85

15CrMo

GB5310—85

12Cr1MoV

GB5310—85

12Cr2MoWVTiB*

GB5310—85

12C

G

bσ20

333

392

402

441

441

539

20σs

196

226

226

225

255

333

管

壁

温度（℃

20

111

131

134

147

147

180

250

104

125

125

260

101

123

123

280

96

118

118

300

91

113

113

143

320

89

109

109

140

340

84

102

102

136

350

80

100

100

135

143

360

78

97

97

132

141

380

75

92

92

131

138

400

70

87

87

128

135

410

68

83

83

127

133

420

66

78

78

126

132

430

61

72

72

125

131

440

55

63

63

124

130

管

壁

温度（℃

450

49

55

55

123

128

460

47

47

122

126

470

41

41

120

125

480

37

37

119

124

490

112

121

500

96

118

510