Приложение Б. Методические рекомендации по расчету на прочность отремонтированных барабанов котлов высокого давления

Приложение Б

Методические рекомендации по расчету на прочность отремонтированных барабанов котлов высокого давления

1. Общие положения

1.1. Настоящие Методические рекомендации определяют порядок поверочного расчета на прочность отремонтированных котельных барабанов, изготовленных из углеродистых и легированных сталей. По результатам поверочного расчета устанавливается возможность эксплуатации барабана при номинальном (расчетном) давлении или определяется наибольшее рабочее давление, при котором может быть допущена дальнейшая эксплуатация отремонтированного барабана.

1.2. Поверочному расчету на прочность подлежат те элементы барабана (обечайка, днища, штуцера), из которых были удалены дефектные участки металла.

1.3. Допустимое рабочее давление принимается равным наименьшему из значений, определенному для каждого из проверенных элементов (обечаек, днищ и штуцеров).

1.4. Номинальное рабочее давление без проведения поверочного расчета может быть сохранено в следующих случаях:

- при повреждениях в виде язвин, раковин или рисок глубиной не более 3 мм, расположенных от кромки ближайшего отверстия на расстоянии не менее диаметра отверстия;

- при скруглении кромок отверстий на внутренней поверхности барабана радиусом до 10 мм;

- при заварке выборок и наплавке отверстий до номинальных размеров для обечаек и днищ барабанов из стали 16ГНМ (16ГНМА) при использовании сварочных материалов, обеспечивающих значение предела текучести наплавленного металла при температуре 350°С не менее 250 МПа, а для обечаек и днищ барабанов из сталей 22К (20К), 16М (15М) при использовании сварочных материалов, обеспечивающих значение предела текучести наплавленного металла при температуре 320°С не менее 180 МПа;

- при наружной кольцевой наплавке штуцеров, если объем наплавленного металла будет не менее объема удаленного дефектного металла штуцера;

- при установке на штуцер укрепляющей наружной втулки с плотной посадкой на штуцер, если толщина стенки втулки будет не менее глубины поврежденного участка штуцера.

1.5. Если при ремонте барабана применяется бандажирование, то поверочный расчет на прочность производится экспертной организацией в установленном порядке.

1.6. Во всех случаях расчет производится по наибольшей глубине выборки. Допускается определение длины и ширины выборки по фактической площади поперечного сечения выборки:

; .

2. Обозначения:

	-	внутренний диаметр обечайки или днища, мм;
d	-	диаметр отверстий или внутренний диаметр штуцера, мм;
S	-	толщина стенки обечайки или днища до ремонта, мм;
	-	минимальная толщина стенки обечайки или днища при отсутствии ослаблений отверстиями , мм;
	-	толщина стенки штуцера до ремонта, мм;
	-	минимальная расчетная толщина стенки штуцера, мм;
	-	минимальная фактическая толщина стенки обечайки или днища, оставшаяся после удаления металла в дефектном участке, мм;
l	-	длина выборки в направлении продольной оси барабана, мм;
b	-	ширина выборки в направлении, перпендикулярном продольной оси барабана, мм;
h	-	наибольшая глубина выборки, мм;
f,	-	фактическая площадь поперечного сечения выборки соответственно в продольном или поперечном направлении, определенная по измерениям глубины в нескольких точках по длине или ширине выборки;
t	-	шаг между центрами соседних отверстий в продольном направлении, мм;
	-	шаг между центрами соседних отверстий в поперечном направлении, мм;
	-	исходный приведенный коэффициент прочности, учитывающий ослабление отверстиями;
	-	приведенный коэффициент прочности барабана после ремонта;
	-	допустимое рабочее давление в барабане после ремонта, МПа;
	-	допускаемое напряжение при рабочей температуре, МПа;
	-	поправочный коэффициент, представляющий отношение пределов текучести наплавленного и основного металла при рабочих температурах;
	-	угол между продольной осью барабана и расчетным направлением.

3. Расчет обечаек

3.1. Допустимое рабочее давление в цилиндрической части барабана определяется по формуле:

.

3.2. Допускаемое напряжение принимается согласно [2]. Для барабанов котлов, проекты которых закончены до 01.04.1977 г., допускаемое напряжение при поверочных расчетах принимается:

- для барабанов из стали 16ГНМ МПа. При изготовлении барабанов из листов с гарантированным пределом текучести при температуре 350°С не ниже 270 МПа разрешается принимать МПа;

- для барабанов из сталей 22K, 16М и других аналогичных марок сталей равным минимальному пределу текучести, указанному в паспорте котла, при рабочей температуре, деленному на коэффициент запаса прочности 1,5, но не более 130 МПа.

В случае определения фактических свойств металла барабана путем вырезки "пробки" и последующего испытания образцов допускаемое напряжение определяется фактическим значением предела текучести наименее прочной обечайки при расчетной температуре, деленным на коэффициент запаса прочности 1,5.

В особых случаях, не указанных в настоящей Инструкции, решение о выборе допускаемых напряжений согласовывается экспертной организацией в установленном порядке.

3.3. Коэффициент прочности обечаек после ремонта определяется по приведенным ниже формулам в зависимости от размеров дефектных участков и расположения их на барабане.

3.3.1. В случае, если удаленные дефектные участки расположены между двумя отверстиями:

- в продольном направлении

;

- в поперечном направлении

;

- в косом направлении

;

где - сумма всех сечений выборок в пределах шага t по рисунку Б.1 (сверху).

В случае, если угол наклона края выборки металла к поверхности барабана меньше 45°, допускается определение расчетного сечения по выражению f = 0,75lh .

3.3.2. В случае, если выборки находятся вне мостиков между двумя отверстиями, необходимо учесть все выборки, расположенные в пределах расстояния от центра ближайшего отверстия, равного (см. рисунок Б.1, снизу) .

Коэффициент прочности определяется по следующим формулам:

- для продольного направления

;

- для поперечного направления

;

- по# косого направления

.

3.3.3. Если оставшаяся после удаления дефектного участка толщина стенки оказывается меньше , то наряду с определением коэффициента прочности по формулам пп. 3.3.1 и 3.3.2 настоящих Методических рекомендаций необходима проверка ослабления для одиночной выборки по формуле

,

где - коэффициент прочности барабана с кольцевой выборкой определяется по номограмме рисунок Б.2 в зависимости от параметров

и ;

К - коэффициент, учитывающий влияние поперечного размера b; определяется по номограмме рисунка Б.3 в зависимости от параметров b/1 и (при принимается ), .

Не допускается оставлять без заварки выборки глубиной более 35% номинальной толщины листа при длине I (по продольной оси барабана) более .

3.3.4. Если выборка располагается в сварном шве барабана или в зоне влияния сварки, то коэффициент прочности, определенный по пп. 3.3.3 настоящих Методических рекомендаций, следует умножить на 0,93.

Зона термического влияния сварки в данном случае определяется расстоянием от линии сплавления в сторону основного металла, равным ширине сварного шва, но не менее .

3.3.5. Если для удаления дефектного участка в барабане высверливается новое сквозное отверстие, заглушаемое лючком или приваренным глухим штуцером, то коэффициент прочности для мостика между новым отверстием и ближайшим к нему отверстием, имеющимся в барабане, должен быть определен по п. 4.3.3.4 [2].

3.3.6. В случае заварки выборок или наплавки отверстий электродами, не удовлетворяющими условиям п. 1.4 настоящих Методических рекомендаций, при определении коэффициента прочности согласно пп. 3.3 1# и 3.3.2 настоящих Методических рекомендаций значения соответствующих площадей умножаются на .

3.3.7. Для барабанов из стали 16ГНМ при использовании электродов типа Э42А (марок УОНИ-13/45, ЦУ-6 и подобных) значение поправочного коэффициента принимается равным 0,75.

3.3.8. Для каждой обечайки следует найти минимальное значение коэффициента прочности после ремонта , и по этому значению рассчитать допустимое рабочее давление для данной обечайки.

4. Расчет днищ

4.1. Допустимое рабочее давление в днищах барабана после ремонта определяется в зависимости от размеров и места расположения дефектного участка по отношению к отверстию лаза или цилиндрическому борту.

4.2. Если кромки выборки находятся от кромки отверстия лаза на расстоянии, равном или меньшем , то допустимое рабочее давление определяется по формулам пп. 4.3.2.2, 4.3.2.3 [2] при значении толщины стенки, оставшейся после ремонта.

4.3. Если кромка выборки находится от кромки отверстия лаза на расстоянии, большем , то допустимое рабочее давление определяется по формулам пп. 3.1, 3.3.3 настоящих Методических рекомендаций.

4.4. Допускаемое напряжение принимается согласно п. 3.2 настоящих Методических рекомендаций.

4.5. В днищах допускается рассверловка новых отверстий с приваркой глухого штуцера по наружной или внутренней сторонам или с установкой затвора, если расстояние между кромками нового отверстия лаза будет составлять не менее .

Поверочный расчет на прочность в этом случае согласовывается с экспертной организацией в установленном порядке.

5. Расчет штуцеров

5.1. Оставшаяся после ремонта толщина стенки штуцера на участке, расположенном за сварным швом, соединяющим штуцер с барабаном, не должна быть меньше толщины , требующейся по расчету, выполненному в соответствии с [2] для установленного рабочего давления.

5.2. Оставшаяся после ремонта толщина стенки штуцера на участке сварного шва должна быть не менее 5 мм для штуцеров диаметром не более 130 мм и 7 мм для штуцеров диаметром до 150 мм.

5.3. Допускаются скругление внутренней кромки штуцера или снятие фаски от наружной кромки штуцера к внутренней поверхности под углом не более 45°.

5.4. Штуцера, не удовлетворяющие приведенным выше требованиям, должны быть усилены (наплавкой, бандажами) или заменены новыми.