ГОСТ 33962-2016 Котлы стационарные водотрубные. Общие положения. Материалы и допустимые напряжения для деталей котлов, работающих под давлением

ГОСТ 33962-2016

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КОТЛЫ СТАЦИОНАРНЫЕ ВОДОТРУБНЫЕ

Общие положения. Материалы и допустимые напряжения для деталей котлов, работающих под давлением

Stationary water-tube boilers. General. Materials and stress allowances for the boiler pressure parts

МКС 27.010
ОКП 31 1000

Дата введения 2018-07-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 244 "Оборудование энергетическое стационарное", Открытым акционерным обществом "Таганрогский котлостроительный завод "Красный котельщик" (ОАО ТКЗ "Красный котельщик")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 сентября 2016 г. N 91-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 марта 2017 г. N 125-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33962-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2018 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты" (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к расчету на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды, распространяется на паровые котлы и паропроводы с рабочим давлением более 0,07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей воды с температурой свыше 115°С:

- на котлы стопкой, котлы-утилизаторы, энерготехнологические котлы и др.;

- на встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры;

- на трубопроводы пара и горячей воды в пределах котла, включая опускные трубы, соединительные трубы и стояки;

- на трубопроводы пара и горячей воды любого назначения;

- на сосуды, подключенные к тракту котла (пароохладители, сепараторы и др.).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 3619-89 Котлы паровые стационарные. Типы и основные параметры

ГОСТ 21563-2016 Котлы водогрейные. Общие технические требования

ГОСТ 22530-77 Котлы паровые стационарные утилизаторы и энерготехнологические. Типы и основные параметры

ГОСТ 23172-78 Котлы стационарные. Термины и определения

ГОСТ 33965-2016 Котлы стационарные водотрубные. Расчет по выбору основных размеров элементов. Коэффициенты прочности и укрепление отверстий

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

р - расчетное давление, МПа;

- пробное давление, МПа;

t - расчетная температура стенки, °С;

- температура наружной поверхности детали, °С;

- допустимая температура наружной поверхности детали, °С;

- номинальное допустимое напряжение при расчетной температуре стенки, МПа;

- допустимое напряжение при гидравлическом испытании, МПа;

, - временное сопротивление металла разрыву при расчетной температуре и при 20°С соответственно, МПа;

, - условный предел текучести металла при остаточной деформации 0,2% при расчетной температуре и при 20°С соответственно, МПа;

- условный предел текучести металла при остаточной деформации 1% при расчетной температуре, МПа;

- предел текучести при расчетной температуре, МПа;

, , - условный предел длительной прочности при растяжении на ресурс 10, 10, 2·10 и 3·10 ч соответственно, МПа;

- условный предел ползучести при растяжении, обусловливающий деформацию в 1% за 10 ч, МПа;

S - номинальная толщина стенки детали, мм;

- расчетная толщина стенки детали, мм;

- фактическая толщина стенки детали, мм;

с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, мм;

, - производственная и эксплуатационная прибавки к расчетной толщине стенки соответственно, мм.

4 Общие положения

4.1 Расчетное давление

4.1.1 Под расчетным давлением р следует понимать избыточное давление рабочей среды, по которому производится расчет на прочность данной детали.

Расчетное давление должно приниматься конструкторской организацией с целью обеспечения расчетом на прочность, выполняемым этой организацией, надежности детали в условиях испытаний и эксплуатации.

Расчетное давление должно быть равно максимальному давлению рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации, или более его. Необходимость превышения расчетного давления над рабочим, а также размеры этого превышения должны определяться конструкторской организацией с учетом особенности конструкции котла и его комплектации (например, предохранительными клапанами), назначения котла и опыта эксплуатации котла данного типа.

4.1.2 Расчетное давление детали котла р следует принимать равным расчетному давлению рабочей среды на выходе из котла (перегревателя), увеличенному на потерю давления от гидравлического сопротивления на участке между расчетной деталью и выходом рабочей среды из котла. Потеря давления должна определяться при максимальном расходе среды.

Для элементов, заполненных водой, следует прибавить гидростатическое давление столба воды, расположенного над нижней частью расчетного элемента.

Гидростатическое давление и потери гидравлического сопротивления принимаются в расчет, если их сумма равна или более 3% расчетного давления.

4.1.3 Расчетное давление рабочей среды на выходе из котла должно приниматься равным номинальному давлению при номинальной температуре и паропроизводительности (или номинальном расходе воды для водогрейного котла), увеличенному на положительное отклонение, вызванное регулированием величины номинального давления, если это отклонение превышает 3%.

4.1.4 Расчетное давление в трубах поверхностей нагрева или в трубопроводах принимается равным давлению рабочей среды на входе в рассчитываемый пакет или трубопровод (в соответствующем коллекторе, барабане котла или полости теплообменника).

4.1.5 Расчетное давление в чугунных экономайзерах следует определять в соответствии с 4.1.2; при этом оно должно быть не менее расчетного давления в котле, увеличенного на 25%.

4.1.6 Кратковременное повышение давления при полном открытии предохранительных клапанов в расчете допускается не учитывать, если при максимальной производительности котла оно не превышает 10% рабочего давления. Если это условие не соблюдается, то расчетное давление должно приниматься равным 90% давления при полном открытии предохранительных клапанов.

4.1.7 Расчетное давление в трубопроводах воды после насосов должно приниматься равным 90% максимального давления, создаваемого насосами при закрытых задвижках.

4.1.8 Во всех случаях величина расчетного давления должна приниматься не менее 0,2 МПа.

4.2 Расчетная температура

4.2.1 Под расчетной температурой стенки t следует понимать температуру металла, по которой выбирается величина допустимого напряжения для рассчитываемой детали котла или трубопровода.

4.2.2 Расчетную температуру стенки деталей, не обогреваемых горячими газами или надежно изолированных от обогрева извне, следует принимать равной температуре содержащейся в ней рабочей среды без учета допусков по отклонению температуры рабочей среды от номинальной, установленных ГОСТ 3619, ГОСТ 21563, ГОСТ 22530.

Детали считаются надежно изолированными, если обеспечены условия, при которых повышение средней температуры стенки от тепловосприятия извне не будет превышать 5°С.

Для экранов это условие соблюдается, если просвет между экранными трубами или между плавниками труб не превышает 3 мм.

4.2.3 За расчетную температуру стенки обогреваемых деталей следует принимать среднеарифметическое значение температур наружной и внутренней поверхности стенки наиболее нагретой части детали, определенных теплотехническим расчетом или измерением.

4.2.4 Расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов следует принимать равной температуре среды на входе в расчетный элемент (при отсутствии внутри детали греющих теплообменников или при размещении в ней охлаждающего теплообменника) или равной температуре среды на выходе из детали (при размещении вне греющих теплообменников).

4.2.5 Если избыточное давление горячих газов превышает 0,1 МПа, то расчетная температура стенки обогреваемых деталей должна приниматься по тепловому расчету или по данным измерений температуры.

4.2.6 Расчетную температуру стенки деталей котлов и трубопроводов в пределах котла следует принимать не менее 250°С.

Расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов допускается принимать ниже 250°С по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.

4.3 Толщина стенки и прибавки

4.3.1 Расчетная толщина стенки , вычисленная по формулам согласно ГОСТ 33965 должна определяться по заданным значениям расчетного давления и номинального допустимого напряжения с учетом ослабления отверстиями и/или сварными соединениями.

4.3.2 Номинальная толщина стенки s должна приниматься по расчетной толщине стенки с учетом прибавок, указанных в 4.3.5 и 4.3.6, с округлением до ближайшего большего размера, имеющегося в сортаменте толщин соответствующих полуфабрикатов. Допускается округление в меньшую сторону не более 3% от принятой окончательно номинальной толщины стенки.

4.3.3 Допустимая толщина стенки [s] должна определяться по расчетной толщине стенки с учетом эксплуатационной прибавки , определяемой согласно 4.3.5 и 4.3.7.

4.3.4 Фактическая толщина стенки , полученная непосредственными измерениям толщины готовой детали при операционном и/или эксплуатационном контроле, должна быть не менее допустимой толщины стенки. Точность измерительного прибора, используемого при определении , следует учитывать, если его погрешность превышает 1%.

4.3.5 По назначению прибавки к расчетной толщине стенки следует подразделять:

- на прибавку (производственная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;

- на прибавку (эксплуатационная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа (эрозии) и др.

Утонение в результате абразивного износа труб учтено в приводимых значениях прибавки только при выборе скорости газов, ограничивающих чрезмерный износ согласно "Тепловому расчету котельных агрегатов. Нормативный метод". При большем износе прибавка на утонение из-за абразивного износа также должна приниматься согласно "Тепловому расчету".

Сумма прибавок с=+ должна быть не менее минимальных значений, указанных согласно ГОСТ 33965 и относящихся к расчету конкретных деталей.

4.3.6 Производственная прибавка состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение и технологической прибавки :=+.

Значение прибавки следует определять по предельному минусовому отклонению толщины стенки, установленному стандартами или техническими условиями на полуфабрикаты; значение прибавки должно определяться технологией изготовления детали и принимается по техническим условиям на изделие.

Для прямых труб и обечаек, подвергающихся на предприятии-изготовителе механической обработке, =0; для деталей, деформирование которых при изготовлении не приводит к ослаблению стенки заготовки, =0.

4.3.7 Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне и со стороны газов .

Значение прибавки для всех обогреваемых и необогреваемых деталей из аустенитных сталей, а также для труб наружным диаметром 32 мм и менее из углеродистой и теплоустойчивой сталей равно нулю. Для остальных деталей (труб наружным диаметром более 32 мм, коллекторов, барабанов, фасонных деталей и трубопроводов и других, изготавливаемых из углеродистой и теплоустойчивой сталей) значение прибавки на расчетный ресурс 10 ч должно определяться по таблице 1.

При расчетном ресурсе более 10 ч прибавку следует увеличить с учетом скорости коррозии; при ресурсе до 2·10 ч допускается принимать (впредь до уточнения) значение этой прибавки такой, как при ресурсе 10 ч.

При расчетном ресурсе менее 10 ч прибавку допускается принимать уменьшенной пропорционально ресурсу.

Значение прибавки для необогреваемых деталей равно нулю.

Таблица 1 - Значения прибавки

Значение прибавки для обогреваемых деталей должно приниматься в зависимости от температуры наружной поверхности детали, вида топлива и металла детали. Для определения прибавки температура наружной поверхности детали должна сравниваться с допустимой температурой, значения которой приведены в таблице 2. Расчетная температура наружной поверхности обогреваемых деталей, определяемая по тепловому расчету с учетом тепловой и гидравлической неравномерности, но без учета временного увеличения неравномерности обогрева, не должна превышать значений допустимой температуры [t].

Таблица 2 - Допустимая температура наружной поверхности с учетом продуктов сгорания [t], °C

Для необогреваемых участков труб из стали марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ, соединяющих трубы поверхности нагрева из аустенитной стали с коллекторами из легированной стали, допускается температура стенки до 600°С.

Значение прибавки для ресурса 10 ч должно приниматься минимальным из условий:

при температуре наружной поверхности <([t]-40)°С

0,5 мм;

при температуре согласно условию ([t]-40)°С<[t]

1,0 мм.

Для обогреваемых углеродистых труб общего назначения (например, из стали марки Ст3) прибавка должна приниматься не менее 0,4 мм независимо от температуры стенки, марки стали и категории качества.

Для стали марки 12Х18Н12Т при сжигании высокосернистых и сернистых мазутов и для сталей марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ при сжигании эстонских сланцев допускается температура наружной поверхности деталей выше допустимой, но не более значений температуры, установленных для остальных энергетических топлив, при условии увеличения значения прибавки на 0,5 мм в первом случае и на 0,3 мм во втором на каждые 10°С повышения температуры.

Для ресурса эксплуатации менее 10 ч значение прибавки к фактической толщине стенки допускается принимать пропорционально отношению данного ресурса к ресурсу в 10 ч.

При выборе расчетной температуры наружной поверхности труб экранов котлов сверхкритических параметров следует учитывать повышение этой температуры в течение межпромывочного периода.

Для труб, находящихся в теплом ящике энергетического котла, значения прибавки должны приниматься равными 0,5 значения, определяемого для обогреваемых труб при той же расчетной температуре наружной поверхности.

Расчетная температура стенок труб в теплом ящике должна приниматься равной температуре рабочей среды с учетом неравномерностей ее распределения.

4.3.8 При вычислении и измерении толщины стенки в документацию следует записывать значение с округлением до 0,1 мм.

5 Допустимое напряжение

5.1 Под номинальным допускаемым напряжением [] следует понимать величину напряжения, используемую для определения расчетной толщины стенки детали или допустимого давления по принятым исходным данным и марке металла.

Приведенные в настоящем стандарте допустимые напряжения и указания по их выбору применимы для использования металлов и полуфабрикатов, которые определены в соответствии с требованиями, установленными в странах-членах ЕАСС.

_______________

В Российской Федерации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтвержден статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции не реже одного раза в пять лет и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями, установленными в странах-членах ЕАСС.

_______________

В Российской Федерации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

5.2 Номинальные допустимые напряжения для катаной или кованой стали марок, широко используемых в котлах и трубопроводах, следует принимать по таблицам 3-7.

Для промежуточных значений ресурса эксплуатации, указанных в таблицах, значение допустимого напряжения разрешается определять линейной интерполяцией ближайших значений между ресурсами с округлением до 0,5 МПа в меньшую сторону, если разница между этими значениями не превышает 20% их среднего значения. В остальных случаях должно применяться "логарифмическое" интерполирование. Экстраполяция значений допустимых напряжений для ресурса менее 10 не допускается без согласования со специализированными научно-исследовательскими организациями.

Таблица 3 - Номинальные допустимые напряжения для углеродистой и марганцовистой сталей, не зависящие от расчетного ресурса, МПа

Таблица 4 - Номинальные допустимые напряжения для углеродистой и марганцовистой сталей, МПа

Таблица 5 - Номинальные допустимые напряжения || для теплоустойчивой стали, МПа

Таблица 6 - Номинальные допустимые напряжения для высокохромистой и аустенитной сталей, МПа

Таблица 7 - Номинальные допустимые напряжения || для стали 10Х9МФБ, МПа (рекомендуемая)

Допустимые напряжения для сталей иностранных марок, допущенных к применению в соответствии с требованиями, установленными в странах-членах ЕАСС, должны устанавливаться специализированными научно-исследовательскими организациями. Для стали 2.1/4 Сr1Мо (10СrМо910 для труб по ДИН 17175 и для листа по ДИН 17155) могут быть использованы значения допустимых напряжений, приведенные в таблице 8.

_______________

В Российской Федерации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

Таблица 8 - Номинальные допустимые напряжения для стали 2.1/4 Cr1Mo (10СrМо910) на расчетный ресурс 10ч.

5.3 Для сталей марок, не приведенных в таблицах 3-6, и для других металлов допущенных к применению в соответствии с требованиями, установленными в странах-членах ЕАСС, номинальное допустимое напряжение следует принимать равным наименьшему из приведенных в таблице 9 значений, полученных в результате деления соответствующей расчетной характеристики прочности металла при растяжении на соответствующий запас прочности по данной характеристике.

_______________

В Российской Федерации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

При выполнении контрольных расчетов деталей, изготовленных из стали 12ХМФ допускается использовать значения допустимых напряжений, приведенных в таблицах 3-6 для стали 12Х1МФ.

5.4 В качестве расчетных характеристик прочности металла следует принимать:

- временное сопротивление при растяжении ;

- предел текучести или условный предел текучести , ;

- условный предел длительной прочности , , , ;

- условный предел ползучести ;

Значения характеристик , , и следует принимать равными минимальным значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.

Значения характеристик , , , и следует принимать равными средним значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.

Таблица 9 - Формулы для определения номинального допустимого напряжения [], не зависящего от расчетного ресурса, или для расчетного ресурса 10 ч

____________________

* В оригинале в в тексте таблицы 9 сноска не приводится. - .

Отклонения характеристик в меньшую сторону допускаются не более чем на 20% среднего значения.

Допускается использование , вместо , если в стандартах или технических условиях на металл нормированы значения и отсутствуют нормированные значения .

Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтвержден статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями, установленными в странах-членах ЕАСС.

_______________

В Российской Федерации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

5.5 Для стальных отливок номинальное допустимое напряжение следует принимать равным следующим величинам:

85% от значений допустимого напряжения, определенного согласно таблицам 3-6 для одноименной марки катаной или кованой стали, если отливки подвергаются сплошному неразрушающему контролю;

75% от указанных в таблицах 3-6 значений, если отливки не подвергаются сплошному неразрушающему контролю.

5.6 Для стальных деталей, работающих в условиях ползучести при разных за расчетный ресурс расчетных температурах, за допустимое разрешается принимать напряжение , вычисленное по формуле

,

где , , ..., - длительность периодов эксплуатации деталей с температурой стенки соответственно , , ..., , ч;

, , …, - номинальные допустимые напряжения для расчетного ресурса при температурах, , , ..., , МПа;

- общий расчетный ресурс, ч;

m - показатель степени в уравнении длительной прочности стали.

Для углеродистых, низколегированных хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых, а также для аустенитных сталей допускается принимать m, равным 8. Периоды эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по интервалам температуры в 5°С или 10°С.

Определение эквивалентных напряжений по приведенной упрощенной методике рекомендуется принимать для интервала температур не более 30°С. При необходимости определения эквивалентных допустимых напряжений для интервала температур более 30°С следует использовать среднее значение показателя степени согласно данным экспериментальных исследований с базой испытаний не менее 0,1 от ресурса, но не менее 10 ч.

5.7 Расчетные характеристики прочности и номинальные допустимые напряжения следует принимать для расчетных температур стенки, определенных согласно 4.4.

5.8 При определении допустимой величины пробного давления допустимое напряжение должно приниматься согласно таблице 10.

Таблица 10 - Формулы для определения допустимого напряжения при вычислении пробного давления

5.9. При расчете стальных деталей, работающих под наружным давлением, допустимое напряжение должно быть уменьшено в 1,2 раза по сравнению со случаем, когда используются формулы расчета по внутреннему давлению (например, для дымогарных труб).

Электронный текст документа
и сверен по:

, 2017