關于ASME規范承受內壓的圓筒形元件強度計算方法

孫軍

（哈爾濱哈鍋鍋爐工程技術有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

1 概述

美國機械工程師協會（ASME）《鍋爐及壓力容器規范》，是全世界公認的最具權威的國際規范，其內容豐富、全面，體系具體、嚴密，受到世界各國的重視，成為最可靠的動力鍋爐和壓力容器設計、制造和檢驗的依據。隨著我國國民經濟的快速發展，我國發電設備的裝機容量正以較快的速度在逐年遞增。我國引進國外的鍋爐技術也越來越多。這就要求科技人員掌握和貫徹ASME規范。現對ASME規范第I卷規定的標準受內壓的圓筒型元件的強度計算一般方法和基本要求進行分析。

2 承受內壓的圓筒形元件強度計算

2.1 計算公式

2.1.1 管子外徑 D≤125mm

管子最小需要壁厚按下式計算：

管子最高允許工作壓力按下式計算：

2.1.2 管子外徑 D＞125mm的管道、集箱和鍋筒（根據強度最小的筒節）

管道、集箱和鍋筒最小需要壁厚按下式計算：

管道、集箱和鍋筒最高允許工作壓力按下式計算：

其中：t：最小需要壁厚 mm；P：最高允許工作壓力MPa；D：圓筒外徑mm；R：圓筒半徑mm；E：減弱系數；e：脹接管端部處的厚度因子；S：在金屬設計溫度下的最大許用應力MPa；C：考慮螺紋加工和結構穩定性的最小裕量mm；y：溫度系數

2.2 設計壓力

元件的設計壓力ASME標準第Ⅰ卷沒有做出具體規定，應由制造廠、工程設計人員或用戶根據第Ⅰ卷中規定的許用壓力、設計規則和尺寸確定。

引進美國CE公司的300MW、600WM鍋爐的設計壓力確定如下（僅供參考）：（1）汽包的設計壓力要高于汽包的最大工作壓力的1.05倍，汽包的最大工作壓力取鍋爐出口壓力加上過熱器系統的壓力降。（2）過熱器系統的管子、集箱的設計壓力均取汽包壓力。（3）再熱器系統的設計壓力要高于最大再熱器入口壓力的1.12倍。（4）省煤器系統的設計壓力等于汽包設計壓力加省煤器壓力降和靜水壓力。（5）集中下水管系統中管道和集箱的設計壓力等于汽包設計壓力加汽水壓力加相應的循環泵壓頭。（6）水冷壁系統的設計壓力取汽包壓力。

溫度系數y表

2.3 設計溫度

用于選取許用應力值所依據的元件設計溫度不得低于元件殼壁所預期的最高平均壁溫。

引進美國CE公司的300MW、600WM鍋爐的設計壓力確定如下（僅供參考）：（1）末級過熱器和末級再熱器出口集箱的設計溫度取預期的平均蒸汽溫度加16.7℃，末級過熱器和末級再熱器管道的設計溫度取預期的平均蒸汽溫度加5.6℃。（2）中間過熱器和再熱器的入口和出口集箱、中間過熱器和再熱器管道的設計溫度取預期的平均蒸汽溫度加11.1℃兩者中較大值，如果在控制載荷下預期的平均蒸汽溫度加11.1℃大于滿載荷時計算的設計溫度，則采用控制載荷的設計溫度。（3）飽和介質集箱、省煤器集箱和它們的管道的設計溫度如果置于煙道外，則取設計壓力下的飽和溫度，但不得低于343℃，如果置于煙道內，則取設計壓力下的飽和溫度加28℃，但不得低于371℃。（4）汽包的設計溫度取設計壓力下的飽和溫度加28℃。（5）對于火焰管屏區域的水冷壁管，設計溫度取飽和溫度加55.6℃，對于火焰管屏區以外的水冷壁管，設計溫度取飽和溫度加28℃。

2.4 附加厚度C

附加厚度C包括材料負公差、工藝減薄和腐蝕裕量，可以加在壁厚的外側、內側或者內外兩側。設計人員在使用這些公式時，有責任根據附件厚度所在的部位和大小選擇適宜的直徑或半徑。當應用以上公式中壓力或應力有關的各項時，應采用無附加壁厚或象限附加壁厚全部除去時具有的直徑或半徑和剩余壁厚。如果公稱管按行業習慣以其公稱壁厚訂貨，必須計入公稱管壁厚的偏差。

2.5 減弱系數E

對于無縫無孔橋減弱的圓筒或無孔橋減弱的焊接圓筒E=1,對于有孔橋減弱的圓筒按ASME標準第Ⅰ卷PG-52、PG-53進行孔橋減弱系數計算，并取孔橋減弱系數中的最小值。

2.6 溫度系數y

2.7 脹接管端部處的厚度因子e

e=0.04（1.0）對于脹入管座的管子附加厚度的長度至少等于管座長度加1in（25mm），但對于管端長度大于管座長度加1in（25mm）的脹入管座的管子，若壁厚不小于下列數值，可取e=0：

對于外徑大于2in（50mm）和不大于3in（75mm）的管子，最小壁厚為0.120in（3.05mm）。

對于外徑大于3in（75mm）和不大于4in（100mm）的管子，最小壁厚為 0.135in（3.43mm）。

對于外徑大于4in（100mm）和不大于5in（125mm）的管子，最小壁厚為 0.150in（3.81mm）。

對采用承載焊縫焊接至集箱和鍋筒的管座e=0。

3 結束語

以上分析ASME規范第I卷規定的受內壓的圓筒型元件的強度計算一般方法和基本要求。

[1]陳建存.異性零部件設計計算[J].化工設備設計，1985.