Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность

Обновлено: 17.05.2024

Виды давления в котле

При проектировании, изготовлении и эксплуатации современных паровых и водогрейных котлов используют специфические понятия, связанные с различными видами давления в котле.

Четкие определения видов давления в котле дает технический регламент таможенного союза ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением».

В целях проверки плотности и прочности оборудования под давлением, а также всех сварных и других соединений проводят гидравлическое (пневматическое) испытание пробным давлением.

Значение пробного давления устанавливают Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (далее ФНП ОРПД): «Минимальное значение пробного давления Pпр при гидравлическом испытании паровых и водогрейных котлов (за исключением электрокотлов), автономных пароперегревателей и экономайзеров, а также трубопроводов в пределах котла следует принимать:

Рабочее давление относится к основным параметрам котла и характеризует состояние рабочего тела (пара, воды) в котле.

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

Расчетное давление должно быть равно максимальному давлению рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации, или больше его.

Расчетное давление принимается в соответствии с указаниями РД 10-249-98 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды».

Более подробное определение разрешенного давления приведено в ФНП ОРПД:

Величина разрешенного давления оборудования, находящегося в исправном состоянии, соответствует рабочему давлению, указанному изготовителем в паспорте.

ГОСТ 23172-78 «Котлы стационарные. Термины и определения» уточняет определение рабочего давления и дает определение номинального давления:

Номинальные значения рабочего давления приведены:

ГОСТ 25720-83 «Котлы водогрейные. Термины и определения» дает более полное определение рабочего давления для водогрейных котлов:

Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность

ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА РЕМОНТ ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

УТВЕРЖДЕНЫ Госгортехнадзором России 04.07.94 г.

Типовые технические условия на ремонт паровых и водогрейных котлов промышленной энергетики разработаны в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов и нормативно-технической документацией, согласованной с Госгортехнадзором России, на основании Технического задания "ДИЭКС", согласованного с Госгортехнадзором России 15.04.93 г.

Технические условия распространяются на операции по ремонту элементов, работающих под давлением, паровых котлов, котлов-утилизаторов (в том числе газо- и жаротрубных) и энерготехнологических агрегатов с избыточным давлением свыше 0,07 МПа до 4,0 МПа и водогрейных котлов с температурой нагрева воды свыше 115°С, используемых в промышленной энергетике и отопительных котельных.

Технические условия определяют необходимый объем, технологию и организацию работ по ремонту элементов котлов и включают только технические требования и основные технологические приемы ремонта наиболее часто встречающихся повреждений котлов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Типовые технические условия на ремонт паровых и водогрейных котлов промышленной энергетики (ТУ) разработаны в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (далее - Правила по котлам) и нормативно-технической документацией, согласованной с Госгортехнадзором России, на основании Технического задания "ДИЭКС", согласованного с Госгортехнадзором России 15.04.93 г.

1.2. Технические условия распространяются на операции по ремонту элементов, работающих под давлением, паровых котлов, котлов-утилизаторов (в том числе газо- и жаротрубных) и энерготехнологических агрегатов (ЭТА) с давлением свыше 0,07 МПа до 4,0 МПа и водогрейных котлов с температурой нагрева воды свыше 115°С, используемых в промышленной энергетике и отопительных котельных.

1.3. Технические условия определяют необходимый объем, технологию и организацию работ по ремонту элементов котлов.

Настоящие ТУ включают только технические требования и основные технологические приемы ремонта наиболее часто встречающихся повреждений котлов.

1.4. Необходимость и объем ремонтных работ определяются владельцем котлов по результатам технического освидетельствования и диагностирования, выполненных согласно требованиям Правил по котлам, Методических указаний Госгортехнадзора и Положения о системе технического диагностирования паровых и водогрейных котлов промышленной энергетики.

1.5. До начала ремонтных работ на основании требований и указаний настоящих ТУ и чертежей на котел ремонтная организация должна разработать технологическую документацию на ремонт (включая подготовку места ремонта под сварку или наплавку).

1.6. Ответственность за полноту выполненных работ, качество ремонта несет организация или лицо, проводившие ремонт.

2. ОСНОВНЫЕ И СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Для ремонта паровых и водогрейных котлов и их деталей, работающих под давлением, должны применяться основные материалы в соответствии с Правилами по котлам, указанные в табл.1-4 приложения 1, и сварочные материалы, указанные в таблице приложения 2.

2.2. Используемые для ремонта материалы и полуфабрикаты должны иметь сертификаты, подтверждающие соответствие их стандартам. Материалы и полуфабрикаты должны иметь соответствующую маркировку. При отсутствии сертификата или маркировки следует провести необходимые испытания в соответствии с нормативно-технической документацией (НТД).

2.3. Используемые для ремонта электроды должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9466, ГОСТ 9467 и ГОСТ 10052. Контроль качества присадочных материалов должен осуществляться в соответствии с технической документацией на их изготовление.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ, ПЕРСОНАЛУ, СРЕДСТВАМ И ОБЪЕКТУ РЕМОНТНЫХ ОПЕРАЦИЙ

3.1. Организация проведения ремонтных работ возлагается на владельца котла.

3.2. Работы по ремонту котла, сдача-приемка котла после ремонта владельцу должны выполняться специализированной организацией, для которой такой вид деятельности предусмотрен уставом и которая располагает необходимым оборудованием и материалами, НТД на ремонт и контроль качества, обученными и аттестованными в установленном порядке специалистами и персоналом.

3.3. Ремонтная организация (предприятие), выполняющая ремонт, должна получить разрешение (лицензию) на проведение указанных работ в органе госгортехнадзора в установленном порядке*.

* В настоящее время на проведение ремонтных работ лицензия не требуется.

3.4. К сварочным работам по ремонту котла, включая прихватку и наплавку, допускаются сварщики, аттестованные в соответствии с Правилами аттестации сварщиков**, утвержденныМИ Госгортехнадзором России, и имеющие удостоверение сварщика установленного образца. При этом сварщики могут быть допущены к тем видам работ, которые указаны в удостоверении.

3.5. Специалисты неразрушающего контроля, проверяющие качество сварных соединений и наплавок должны быть аттестованы в соответствии с Правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля***.

3.6. Специалисты по ремонту котлов должны пройти проверку знаний Правил по котлам, настоящих ТУ, норм и инструкций, регламентирующих выполнение работ и контроль качества в порядке, установленном Госгортехнадзором России.

3.7. Слесари, выполняющие ремонтные работы, должны иметь квалификацию не ниже 4-го разряда и практические навыки по ремонту котлов.

3.8. По каждому ремонтируемому котлу до начала ремонтных работ составляются:

акт о техническом состоянии котла до ремонта;

проект организации работ и технологические указания по проведению сварочных работ;

спецификация на оборудование, запасные элементы, инструмент, оснастку, такелажные приспособления.

3.9. Если в процессе ремонта будут выявлены дополнительные дефекты, то на них также составляется акт.

3.10. При проведении ремонтных работ может применяться ручная электродуговая, аргонодуговая, механизированная в СО и газовая сварка.

Технология сварки и наплавки, применяемая при ремонте котлов, должна быть аттестована в соответствии с Правилами по котлам. Сварочные работы должны проводиться при положительной температуре окружающего воздуха. Допускается выполнять сварку в условиях отрицательной температуры при соблюдении требований НТД (ПТД) и создании необходимых условий для сварщиков (защита от ветра, дождя, снегопада).

3.11. Для своевременного и качественного ремонта котлов должны быть заранее изготовлены запасные части по требуемой номенклатуре: трубы, фланцы, пробки, патрубки, заготовки для заплат и т.п., а также необходимое количество соответствующих электродов, имеющих паспорт, согласно приложению 2.

3.12. Подробное описание проведенных ремонтных работ должно быть зафиксировано в ремонтном журнале в соответствии со ст.9.5.2 Правил по котлам. Запись делается за подписью лица, ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию котла. В частности, должны быть зафиксированы сведения об объеме выполненных работ по очистке котла и замене элементов котла, а также сведения о способах и размерах выборки недопустимых дефектов (коррозионных поражений, трещин и т.п.), примененных материалах и электродах, технологии сварки и сведения о сварщиках, о методах, объемах и результатах контроля.

4. РЕМОНТ БАРАБАНОВ, КОЛЛЕКТОРОВ, КОРПУСОВ, КАМЕР, ЖАРОВЫХ ТРУБ КОТЛОВ

* В настоящее время действуют Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды (РД 10-249-98), утвержденные постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.98 N 50, с Изменением N 1 [РДИ 10-413(249)-01], утвержденным постановлением Госгортехнадзора России от 13.07.01 N 31.

4.2. Более глубокие разъедания на значительной поверхности устраняют вырезкой дефектных участков и вваркой заплат, заменой обечаек, штуцеров или других элементов.

4.3. На котлах типа ДКВР, ДЕ, КЕ коррозионные разъедания стенок барабанов допускаются без ремонта при глубине до 10% от толщины стенки при условии тщательного контроля за развитием коррозионных повреждений.

4.4. Трещины глубиной до толщины стенки барабана ремонтируют как поверхностные, а большей глубины - как сквозные.

4.5. Границы трещин определяются магнитной (МПД) или цветной (ЦД) дефектоскопией. По границам трещин наносят керны и производят сверление на расстоянии 10-30 мм от них для предупреждения распространения их в длину. Сверления должны выполняться последовательно сверлами нескольких диаметров, начиная с диаметра 4-5 мм, с рассверливанием их уступами, с тем чтобы обеспечить плавное раскрытие металла для заварки выборки в месте трещины.

Трещины глубиной свыше глубины стенки барабана необходимо разделывать насквозь.

4.6. Выборка трещин в корпусе котла, барабана, жаровой трубе, коллекторе должна производиться только механическим путем и иметь чашеобразную форму разделки с углом скоса 12-15°. Полнота выборки дефектного металла контролируется МПД или ЦД.

4.7. Сварочные работы на котле должны вестись под наблюдением специалиста по сварке ремонтной организации.

4.8. Перед выполнением сварочных работ на барабане, корпусе котла, жаровой трубе или коллекторе независимо от наличия удостоверения сварщик должен сварить контрольное соединение из той же стали, той же конструкции шва с применением рекомендуемых электродов и на том же режиме сварки.

Контрольное соединение должно быть проверено теми же методами, что и основные сварные соединения. Сварщик может быть допущен к выполнению сварочных работ при положительных результатах этой проверки.

4.9. Наплавка в местах выборки коррозионных поражений или трещин должна производиться на участке, выходящем за пределы зоны наплавки на 5-8 мм с каждой стороны с усилением не менее 2 мм. Усиление удаляется зашлифовкой заподлицо с основным металлом.

4.10. Заплаты необходимо устанавливать вместо удаленного металла отдулин, массовых глубоких коррозионных поражений или растрескивания металла.

Выпучины в барабанах и корпусах котлов допускаются без выправки при расположении их вне зоны сварных швов и трубных отверстий, если прогиб (высота), определенный относительно наименьшего размера их основания, не превышает 2%, но не более 1% диаметра барабана.

При большем прогибе возможность эксплуатации котла при расчетных или сниженных параметрах может быть допущена на основании заключения специализированной или экспертной организации.

4.11. Вырезка для установки заплаты должна превышать по своим размерам зону поврежденного металла в каждую сторону на 20-50 мм.

Заплата подгоняется по радиусу барабана и размерам вырезанного отверстия.

4.12. Вырезка для заплаты должна иметь форму овала или прямоугольника с плавными скруглениями углов радиусом не менее 100 мм.

4.13. Толщина листа заплаты должна быть такой же, как толщина ремонтируемого элемента.

4.14. Заплата должна устанавливаться в корпусе котла, барабане, коллекторе, жаровой трубе или газовой коробке встык.

4.15. Заготовку заплаты следует вальцевать на требуемый радиус кривизны цилиндра перед вырезкой заплаты.

4.16. Вырезка дефектного участка должна выполняться газовой или плазменной резкой. Вырезку участка корпуса или жаровой трубы производят снаружи к центру котла. После вырезки механическим способом удаляют грат и обеспечивают V-образную разделку с углом 30° и притуплением 1,0-1,5 мм.

4.17. Заплата должна устанавливаться эксцентрически с зазором в месте начала сварки большим по сравнению с другими местами.

4.18. Вварка заплаты для исключения короблений и снижения остаточных напряжений должна производиться обратноступенчатым способом.

4.19. Усиление сварного стыкового шва приварки заплаты необходимо снимать заподлицо или оставлять усиление не более 2 мм с плавным переходом.

4.20. Одиночные коррозионные язвенные поражения на корпусе жаротрубного котла при остаточной толщине стенки менее 3 мм удаляются сквозной засверловкой или фрезерованием. При диаметре до 30 мм может быть установлена сплошная круглая пробка из механически обработанного прутка. Цилиндрическая круглая пробка должна иметь плотное прилегание к отверстию, не иметь признаков расслоения металла или других видимых дефектов. Ее высота должна равняться двойной толщине стенки корпуса котла. Пробка должна выступать в обе стороны на половину толщины корпуса котла. Для сварки необходимо применять электроды диаметром до 3 мм. Сварка короткой дугой со смещением "замка" последующего слоя относительно предыдущего на 10-15 мм с зачисткой от шлака и брызг после наложения каждого слоя. Катет сварного шва должен быть не менее половины толщины стенки корпуса котла. Сварка должна осуществляться с обеих сторон (изнутри и снаружи). Металл корпуса котла по обе стороны от отверстия должен быть зачищен до металлического блеска на расстоянии не менее 20 мм от кромки отверстия.

4.21. При размере коррозионного поражения корпуса от 30 до 100 мм и остаточной толщине менее 3 мм ремонт производится установкой патрубка с заглушкой. Отверстие под патрубок выполняется сверлением с обеспечением зазора в пределах, установленных стандартом для конструктивных элементов принятого углового соединения.

Патрубок и заглушка должны быть изготовлены из материала, соответствующего металлу корпуса (барабана) котла.

4.22. Ремонт штуцеров барабанов котлов производят подваркой, бандажированием или их заменой.

4.22.1. Ремонтная подварка выполняется, когда толщина стенки штуцера после устранения дефекта окажется меньше расчетной, но будет не менее 3 мм.

4.22.2. Бандажирование производят для укрепления штуцеров, имевших ремонтные выборки дефектов. Длина бандажа вдоль образующей штуцера должна превышать длину выборки на 10-15 мм, толщина бандажа должна быть не менее толщины ремонтируемого штуцера. Бандажные втулки на ремонтируемый штуцер следует надевать горячей посадкой на штуцер или сваркой двух половин втулки, плотно прижатых к штуцеру перед сваркой.

Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность

ПРАВИЛА
УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

УТВЕРЖДЕНЫ Госгортехнадзором России 28 мая 1993 года.

ВНЕСЕНО Изменение N 1, опубликованное в журнале "Безопасность труда в промышленности" N 3 1996 г.

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту журнала "Безопасность труда в промышленности" N 3 1996 г.

ВНЕСЕНО Изменение N 2, утвержденное постановлением Госгортехнадзора России от 10.07.2000 N 39, и введенное в действие с 01.10.2000.

Изменение N 2 внесено изготовителем базы данных по тексту рассылки.

Разделы, пункты, таблицы, в которые внесены изменения, отмечены в настоящем документе (К).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Назначение и область применения Правил

1.1.1. Настоящие Правила устанавливают требования к проектированию, конструкции, материалам, изготовлению, монтажу, наладке, ремонту* и эксплуатации паровых котлов, автономных пароперегревателей и экономайзеров с рабочим давлением** более 0,07 МПа (0,7 кгс/см), водогрейных котлов и автономных экономайзеров*** с температурой воды выше 115°С.

* Требования к монтажу и ремонту аналогичны требованиям к изготовлению.

** Здесь и далее по тексту указывается избыточное давление. В связи с введением Международной системы единиц измерения СИ (ГОСТ 9867) прилагается таблица соотношений между этими единицами и принятыми в настоящих Правилах (приложение 1).

*** Основные термины и определения, используемые в настоящих Правилах, приведены в приложении 2.

Примечания. 1. Список нормативно-технической документации (НТД), на которую имеются ссылки в настоящих Правилах, дан в приложении 3.

2. Используемые в правилах условные обозначения и единицы измерения приведены в приложении 4.

1.1.2. Настоящие Правила распространяются на:

а) паровые котлы, в том числе котлы-бойлеры, а также автономные пароперегреватели и экономайзеры;

б) водогрейные и пароводогрейные котлы:

в) энерготехнологические котлы: паровые и водогрейные, в том числе содорегенерационные котлы (СРК);

г) котлы-утилизаторы (паровые и водогрейные);

д) котлы передвижных и транспортабельных установок и энергопоездов;

е) котлы паровые и жидкостные, работающие с высокотемпературными органическими теплоносителями (ВОТ);

ж) трубопроводы пара и горячей воды в пределах котла.

1.1.3.(К) Настоящие Правила не распространяются на:

а) котлы, автономные пароперегреватели и экономайзеры, устанавливаемые на морских и речных судах и других плавучих средствах (кроме драг) и объектах подводного применения;

б) отопительные котлы вагонов железнодорожного состава;

в) котлы с электрическим обогревом;

г) котлы с объемом парового и водяного пространства 0,001 м (1 л) и менее, у которых произведение рабочего давления в МПа (кгс/см) на объем в м (л) не превышает 0,002 (20);

д) на теплоэнергетическое оборудование, изготовленное в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации оборудования атомных электростанций;

е) пароперегреватели трубчатых печей предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

1.1.4.(К) Соответствие котлов требованиям настоящих Правил должно быть подтверждено изготовителем (поставщиком) оборудования сертификатом соответствия, выданным в порядке, установленном Госгортехнадзором России.

Копия сертификата соответствия должна прилагаться к паспорту котла.

Порядок и процедуру сертификации устанавливает Госгортехнадзор России*.

* Требования данной статьи вступают в действие после особого указания Госгортехнадзора России.

Требования по сертификации распространяются на комплектующие котел изделия: фасонные детали, арматуру, приборы безопасности, питательные насосы, горелочные устройства, водоуказательные приборы, регуляторы питания и другие элементы, обеспечивающие безопасность его эксплуатаци.

1.1.5. Отступления от настоящих Правил могут быть допущены только по разрешению Госгортехнадзора России.

Для получения разрешения предприятие должно представить Госгортехнадзору России соответствующее обоснование, а в случае необходимости также заключение специализированной научно-исследовательской* или экспертной организации, аккредитованной Госгортехнадзором России**.

* Список специализированных научно-исследовательских организаций приведен в приложении 5.

** Экспертная организация, аккредитованная Госгортехнадзором России, далее по тексту - экспертная организация.

Копия разрешения на отступление от Правил должна быть приложена к паспорту котла.

1.2. Ответственность за нарушения Правил

1.2.1. Настоящие Правила обязательны для исполнения всеми должностными лицами, специалистами, работниками и гражданами, занятыми проектированием, изготовлением, монтажом, наладкой, ремонтом, техническим диагностированием (освидетельствованием) и эксплуатацией котлов, автономных пароперегревателей, экономайзеров и трубопроводов в пределах котла*.

* Котлы, автономные пароперегреватели, экономайзеры и трубопроводы в пределах котла далее по тексту - котлы.

1.2.2. За правильность конструкции котла, расчет его на прочность, выбор материала, качество изготовления, монтажа, наладки, ремонта, технического диагностирования (освидетельствования), а также за соответствие котла требованиям Правил, стандартов и другой нормативно-технической документации отвечает предприятие или организация (независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности), выполнившая соответствующие работы.

1.2.3. Отступление от стандартов и другой нормативно-технической документации допускается по согласованию с организацией, утвердившей ее. Если указанные документы согласованы с Госгортехнадзором России, то отступления должны быть согласованы и с Госгортехнадзором России.

1.2.4. Руководители и специалисты предприятий и организаций (независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности), занятых проектированием, конструированием, сертифицированием, изготовлением, наладкой, эксплуатацией, техническим диагностированием (освидетельствованием), виновные в нарушении настоящих Правил, несут личную ответственность независимо от того, привело ли нарушение к аварии или несчастному случаю. Эти лица также отвечают за нарушения Правил, допущенные их подчиненными.

1.2.5. Выдача должностными лицами и гражданами указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных работников нарушать Правила безопасности и инструкции, самовольное возобновление работ, остановленных органами государственного надзора, а также непринятие мер по устранению нарушений правил и инструкций, допущенных рабочими или другими подчиненными, являются грубейшими нарушениями настоящих Правил.

1.2.6. Лица, виновные в нарушении настоящих Правил, а также утвержденных в соответствии с ними инструкций и другой нормативно-технической документации, в зависимости от характера нарушений могут быть привлечены к материальной, дисциплинароной, административной или уголовной ответственности.

1.3. Котлы и полуфабрикаты, приобретаемые за границей

1.3.1.(К) Котлы и их элементы, а также полуфабрикаты для их изготовления и комплектующие котел изделия, приобретенные за границей, должны соответствовать требованиям настоящих Правил. Организация (заказчик) перед заключением контракта на поставку из-за рубежа котлов и их элементов, а также полуфабрикатов для изготовления должна получить от органа по сертификации оборудования, подконтрольного Госгортехнадзору России, сертификат об их соответствии требованиям Правил. Паспорт, инструкция по монтажу и эксплуатации и другая документация, поставляемая с котлом, должны быть переведены на русский язык и соответствовать требованиям настоящих Правил.

Возможные отступления от Правил должны быть обоснованы и согласованы заказчиком с Госгортехнадзором России до заключения контракта. Копии согласования отступлений и сертификата соответствия должны быть приложены к паспорту котла.

1.3.2.(К) Расчеты на прочность котлов и их элементов должны выполняться по нормам, согласованным с Госгортехнадзором России, за исключением случаев, когда специализированной научно-исследовательской или экспертной организацией будет выдано заключение, что расчеты, выполненные по методике, принятой поставщиком, удовлетворяют требованиям указанных норм.

Соответствие основных и сварочных материалов иностранных марок требованиям настоящих Правил или допустимость их применения в каждом конкретном случае должны быть подтверждены специализированной научно-исследовательской или экспертной организацией. Копии указанных документов прикладываются к паспорту котла.

1.3.3. Паспорт котла должен быть составлен на русском языке по форме согласно приложениям 6 и 6а.

1.4. Порядок расследования аварий и несчастных случаев

1.4.3. До прибытия представителя органов госгортехнадзора на предприятие для расследования обстоятельств и причин аварии или несчастного случая владелец обязан обеспечить сохранность всей обстановки аварии (несчастного случая), если это не представляет опасности для жизни людей и не вызывает дальнейшее развитие аварии.

2.1. Разработка проектов

2.1.1.(К) Проекты котлов и их элементов ( в том числе запчастей к ним), а также проекты их монтажа или реконструкции, модернизации и модифицирования должны выполняться специализированными проектными (конструкторскими) организациями, имеющими разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора России на проведение соответствующих работ.

2.1.2. Проекты котлов должны согласовываться и утверждаться в порядке, установленном ГОСТ 15.001 и ГОСТ 15.005.

2.1.3. При проектировании котлов-утилизаторов и котлов ВОТ, используемых в химических отраслях промышленности, должны учитываться требования Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.

2.1.4. Проекты котельных, в том числе транспортабельных, а также проекты их реконструкции должны выполняться специализированными проектными организациями, имеющими разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора России.

2.1.5. Соответствие проектов котельных, разработанных инофирмами, требованиям настоящих Правил должно быть подтверждено заключением специализированной научно-исследовательской, проектной или экспертной организации.

2.1.6.(К) Расчеты на прочность элементов, работающих под давлением, должны выполняться по Нормам расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды (РД 10-249-98), утвержденным постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.98 N 50.

2.2. Изменение проектов котлов

2.2.1. Изменение проекта, необходимость в котором возникает в процессе изготовления, монтажа, эксплуатации, ремонта, модернизации или реконструкции, должно быть согласовано с автором проекта, а для котлов, приобретенных за границей, а также при отсутствии автора проекта котла - со специализированной научно-исследовательской организацией.

3. КОНСТРУКЦИЯ

3.1. Общие положения

3.1.1. Конструкция котла и его основных частей должна обеспечивать надежность, долговечность и безопасность эксплуатации на расчетных параметрах в течение расчетного ресурса безопасной работы котла (элемента), принятого в технических условиях (техническом задании), а также возможность технического освидетельствования, очистки, промывки, ремонта и эксплуатационного контроля металла.

Внутренние устройства в паровой и водяной части барабанов котлов, препятствующие осмотру их поверхности, а также проведению дефектоскопического контроля, должны выполняться съемными.

Допускается располагать в барабане приварные элементы для крепления внутренних устройств. Предприятие-изготовитель обязано в инструкции по монтажу и эксплуатации указать порядок съема и установки этих устройств.

3.1.2. Конструкция и гидравлическая схема котла, пароперегревателя и экономайзера должны обеспечивать надежное охлаждение стенок элементов, находящихся под давлением.

Температура стенок элементов котла, пароперегревателя и экономайзера не должна превышать величины, принятой в расчетах на прочность.

3.1.3. Конфигурация размещенных в газоходах труб, отводящих рабочую среду из экономайзера, должна исключать возможность образования в них паровых мешков и пробок.

3.1.4. Конструкция котла должна обеспечивать возможность равномерного прогрева его элементов при растопке и нормальном режиме работы, а также возможность свободного теплового расширения отдельных элементов котла.

Для контроля за перемещением элементов котлов при тепловом расширении в соответствующих точках должны быть установлены указатели перемещения (реперы). Места установки реперов указываются в проекте котла.

При невозможности обеспечения свободного теплового расширения при расчетах на прочность необходимо учитывать соответствующие дополнительные напряжения. В этом случае установка реперов не требуется.

РД 10-249-98

В основу принятых в Нормах методов расчета котельных деталей положена оценка прочности по несущей способности (предельной нагрузке), а не по наибольшим местным напряжениям, что определяется достаточным ресурсом пластичности материалов котлов и трубопроводов. Кроме предельной нагрузки принималась во внимание и разрушающая нагрузка. При выводе теоретических формул для вычисления предельной нагрузки применены как условие пластичности Мизеса-Губера-Генки, по которому эквивалентное напряжение при многоосном напряженном состоянии принимается равным интенсивности касательных напряжений, так и условие Сен-Венана-Треска, по которому эквивалентное напряжение принимается равным наибольшему касательному напряжению.

Для обоснования расчета деталей, работающих при высокой температуре, вызывающей ползучесть металла, использовались результаты теоретических и экспериментальных исследований. Было показано, что расчет ползучести и длительной прочности деталей при многоосном напряженном состоянии по формулам для определения несущей способности с заменой в них предела текучести металла при одноосном растяжении соответствующими характеристиками ползучести или длительной прочности обеспечивает приемлемые для практического применения результаты.

В качестве основной нагрузки, по которой должна определяться толщина стенки котельных элементов, в Нормах принято давление рабочей среды (внутреннее или наружное), величина которого задается при проектировании котла. Дополнительные внешние нагрузки (осевые усилия, изгибающие и крутящие моменты), действующие постоянно на рассчитываемый элемент, регламентируются соответствующими предельными значениями. Эти предельные значения установлены исходя из некоторого снижения общего запаса прочности детали по сравнению с запасом, принятым при расчете ее по основной нагрузке - давлению среды. Нагрузки от температурных напряжений учтены в расчете трубопроводов, в котором регламентированы предельные значения дополнительных напряжений от самокомпенсации температурных расширений.

Характеристики прочности котельных сталей, на основе которых выбраны допускаемые напряжения, уточнены по результатам испытаний, проведенных после издания норм 1956 г. Включены данные по сталям новых марок, допущенных Госгортехнадзором к применению.

Были приняты следующие запасы прочности:

по пределу текучести и длительной прочности 1,5;

по временному сопротивлению 2,6.

В Нормах не регламентируется запас к условному пределу ползучести (деформация 1% за время 100000 ч), так как при соблюдении необходимого запаса по длительному разрушению котельных деталей не было оснований рассматривать деформацию ползучести в 1% как предельно допустимую по конструктивным соображениям, что имело место для высокотемпературных роторов, дисков и лопаток турбин. Сопротивляемость ползучести стали принимается во внимание при выборе допускаемых напряжений. Вместе с тем следует отметить, что значение деформационных характеристик в условиях ползучести может возрастать при сверхбольших сроках эксплуатации.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в 1959 - 1964 гг., ЦКТИ создан "Расчет трубных досок теплообменных аппаратов на прочность" ("Руководящие указания", вып. 12. Л., 1965). в основу которого положен принцип предельных нагрузок.

В 70-е - начале 80-х годов ЦКТИ разработал ряд нормативных документов по методам расчета на прочность (в том числе ГОСТы, ОСТы и РТМ по расчету на прочность жаротрубных котлов, по оценке долговечности колен трубопроводов и др.).

ЦКТИ был разработан ОСТ 108.031.02-75 «Котлы стационарные паровые и водогрейные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность», согласованный с Госгортехнадзором в 1975 г. В Нормах введен новый раздел - «Поверочный расчет на дополнительные нагрузки», в котором приведена методика поверочного расчета элементов от действия внутреннего давления, осевой силы и изгибающего и крутящего моментов. Приведены критерии прочности для конструктивных элементов от действия внутреннего давления и весовых нагрузок, а также от действия внутреннего давления, весовых нагрузок и самокомпенсации тепловых расширений.

В Нормах введено рекомендуемое приложение «Поверочный расчет на усталость», в котором представлена методика поверочного расчета на усталость барабанов, сепараторов, коллекторов, трубопроводов и других деталей под действием переменных нагрузок. Приведена кривая допускаемой амплитуды переменных напряжений для углеродистой и легированной сталей при температуре 20°С, а также дана таблица (число циклов - амплитуда напряжений) для углеродистой стали при расчетной температуре стенки не более 400°С и для легированной стали при температуре не более 450°С.

Опыт, накопленный ЦКТИ при разработке и применении методов теплового моделирования, аэродинамических и гидравлических расчетов котлов, норм расчета на прочность, был широко использован при реализации проектов создания атомного оружия и впоследствии при создании первой атомной электростанции. Решением руководства страны ЦКТИ был включен в число головных организаций по созданию проектов атомного оружия, а Нормы прочности ЦКТИ легли в основу Норм прочности оборудования АЭС. Это относится в первую очередь к расчетам на прочность и устойчивость различных конструктивных элементов, к расчетным характеристикам материалов и методам экстраполяции характеристик жаропрочности, к расчетам трубопроводов. Например, на основе НТД и Правил по трубопроводам ЦКТИ совместно с БЗЭМ был разработан сортамент трубопроводов и сборочных единиц для тепловой и атомной энергетики. При разработке Норм прочности оборудования АЭС был учтен опыт сотрудничества ЦКТИ с ИМАШ им. акад. А.А. Благонравова РАН и с другими организациями страны. Можно упомянуть следующие нормативные документы, разработанные ЦКТИ применительно к трубопроводам, которые являются базовыми документами Правил по трубопроводам Госгортехнадзора России:

РТМ 24.038.11-72 «Расчет прочности трубопроводов энергоустановок для условий нестационарных температурных режимов»;

РТМ 108.038.101-77 «Трубопроводы стационарных паровых и водогрейных котлов. Расчет на самокомпенсацию»;

ОСТы «Детали и сборочные единицы из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей для трубопроводов пара и горячей воды с давлением р>4МПа тепловых электростанций» и ОСТы «Детали и сборочные единицы из хромомолибденованадиевых сталей для паропроводов тепловых электростанций» (исполнители НПО ЦКТИ и БЗЭМ, 1982 г.).

Практическое значение Норм прочности связано в первую очередь с тем, что в них аккумулирован многолетний отечественный опыт разработки и эксплуатации объектов котлонадзора, интегрированы и взаимно согласованы методы расчетов на прочность и требования к материалам и полуфабрикатам, к технологиям изготовления, монтажа и ремонта, учтен опыт разработки и применения зарубежных нормативных документов ( ASME Pressure Vessels and Boiler Codes , TRD и др.). Нормы прочности лежат в основе требований к техническому освидетельствованию и диагностированию, к сертификации безопасности отечественного и импортного оборудования тепловой промышленной и коммунальной энергетики, к продлению ресурса энергооборудования. Они должны дополняться и расширяться при разработке оборудования на новые параметры, например на суперсверхкритические параметры пара.

Наличие отечественной нормативно-технической базы оборудования теплоэнергоснабжения является одним из важнейших аспектов защиты отечественных интересов и обеспечения научно-технической, технологической и промышленной безопасности страны, поэтому разработанная НПО ЦКТИ новая редакция "Норм прочности котлов и трубопроводов пара" (РД 10-249-98 Госгортехнадзора России) имеет исключительно важное значение для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования с большими сроками наработки и экспертизы промышленной безопасности производимого в России и импортируемого оборудования. Решение вышеуказанных задач в современных условиях потребовало повышения статуса документа с уровня отраслевых стандартов до руководящего документа Госгортехнадзора России - Уполномоченного федерального органа по промышленной безопасности. Разработка Норм прочности 1998 г. согласуется с задачами по обеспечению выполнения требований федерального Закона о промышленной безопасности и с другими нормативными актами, связанными с введением этого закона в действие.

Читайте также: