三通宣貫講稿(曹雷生)

1、異型元件修訂說(shuō)明修改、增加三通計(jì)算符號(hào)定義(1988版8.1；本版12.1)1、修改焊制、鍛造三通和等徑叉形管壁厚定義無(wú)縫鋼管焊制三通壁厚定義分為理論計(jì)算壁厚、成品最小需要壁厚、設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚、取用壁厚。附加壁厚計(jì)算方法同集箱。鍛造三通、熱擠壓三通和等徑叉形管壁厚定義分為理論計(jì)算壁厚、成品最小需要壁厚。定義見第三章。2、增加熱擠壓三通計(jì)算符號(hào)定義熱擠壓三通支管的成品最小需要壁厚，熱擠壓直型三通主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚、或鼓型三通縮口前主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚，熱擠壓直型三通主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三通縮口后主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三

2、通縮口后主管圓筒部分的上部成品最小需要壁厚，熱擠壓鼓型三通縮口前主管圓筒部分的下部成品最小需要壁厚，熱擠壓三通滿足過渡區(qū)強(qiáng)度要求的支管最大內(nèi)徑，熱擠壓三通支管最小高度，熱擠壓三通肩部最大過渡半徑，熱擠壓三通主管限制開孔最小長(zhǎng)度，熱擠壓三通主管最小半長(zhǎng)，調(diào)整焊制計(jì)算公式的適用范圍(1988版；本版12.2.3)焊制三通主管和支管理論計(jì)算厚度、最高允許計(jì)算壓力的計(jì)算公式適用范圍，由主管外徑660mm，擴(kuò)大到813mm。本標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大的主要原因是引進(jìn)機(jī)組中已大量應(yīng)用813mm的焊接三通。隨著大口徑焊接三通在電站鍋爐上的廣泛應(yīng)用，目前國(guó)產(chǎn)機(jī)組，如哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界600MW機(jī)組鍋爐上，應(yīng)

3、用了最大口徑達(dá)813mm的大口徑焊接三通。其低溫過熱器出口集箱用焊接三通主管尺寸為81314，材質(zhì)為15CrMo，設(shè)計(jì)壓力20.62MPa，設(shè)計(jì)溫度418；末級(jí)再熱器集箱用焊接三通主管尺寸為76262，材質(zhì)SA-335 P22，設(shè)計(jì)溫度557，設(shè)計(jì)壓力4.34MPa。另外，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 6951999電站鋼制對(duì)焊管件中已允許用主管尺寸為812.821的焊接三通（材質(zhì)為20G，用于低溫再熱器上，設(shè)計(jì)壓力為4.52MPa，設(shè)計(jì)溫度為342）。國(guó)外日本三菱重工，日本石川島播磨公司也大量應(yīng)用大型焊接三通。只末過用鍛造或熱擠壓三通。修正部分焊制三通減弱系數(shù)(1988版；本版12.2.6)1、修訂

4、說(shuō)明這里的“修正部分焊制三通減弱系數(shù)”，是針對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)表21的表注1）（本版表20腳注a）進(jìn)行的修改。原標(biāo)準(zhǔn)加此表注的用意是：由于對(duì)0.8的開孔，不能采用孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，而只能采用焊接三通強(qiáng)度計(jì)算方法。可是，在焊制三通章節(jié)又規(guī)定對(duì)于1.051.10三通，必須進(jìn)行蝶式補(bǔ)強(qiáng)。此要求實(shí)際上限制了在這類受壓元件上開0.8的孔。為了放寬對(duì)這類受壓元件的限制，原標(biāo)準(zhǔn)增加了此表注。但是，本次標(biāo)準(zhǔn)修訂中，通過對(duì)2002005（1.05）、22022010（1.1）、24024020（1.2）、26026030（1.3）、28028040（1.4）、30030050（1.5）、34034070（1.

5、7）、400400100（2.0）八種規(guī)格焊制三通的有限元應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)1.3時(shí)，焊制三通一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度大于其材料設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度1.5倍（一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限），一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不合格，且焊制三通一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度占許用極限的百分比分別為165.9%（1.05）、138.2%（1.1）、118.3%（1.2）、104.6%（1.3）。當(dāng)1.1時(shí)，焊制三通同時(shí)存在一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度大于其材料設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度3倍（一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限），一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度不合格，且焊制三通一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度占許用極限的百分比分別為121.6%（1.05）、105.8%（1.1）。雖然國(guó)標(biāo)G

6、B/T 9222焊接三通的減弱系數(shù)比理論減弱系數(shù)減小20%，可是這也不能保證低值焊制三通強(qiáng)度的合格。因此，本標(biāo)準(zhǔn)在焊制三通使用溫度小于鋼材持久強(qiáng)度對(duì)基本許用應(yīng)力起控制作用的溫度下，對(duì)于1.051.10、 2.5MPa的鍋爐無(wú)縫鋼管焊制三通，當(dāng)主管外徑273mm、采用厚度補(bǔ)強(qiáng)型式時(shí)，為增加其理論計(jì)算厚度，減小了減弱系數(shù)，由原標(biāo)準(zhǔn)的按規(guī)定公式計(jì)算改為取規(guī)定公式計(jì)算值的三分之二。2、修訂前后算例對(duì)比例如：1）焊制三通，。按GB9222-88表21注1)計(jì)算，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，不合格。，不合格。2）焊制三通，。按GB9222-88表21注1)計(jì)算，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，

7、不合格。，合格。為保證表21注1）計(jì)算的焊制三通的強(qiáng)度合格，經(jīng)有限元應(yīng)力分析，將注1）的減弱系數(shù)修改為取式（84）計(jì)算值的三分之二。例如：1）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。2）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。3、=2時(shí)，GB9222中計(jì)算方法的可靠性當(dāng)G=0.81.0時(shí),GB9222的減弱系數(shù)與ASME B31.1動(dòng)力管道和哈鍋計(jì)算方法相當(dāng),圖中是ASME B31.1動(dòng)力管道的折算減弱系數(shù)，是GB9222-88的減弱系數(shù)，是哈鍋計(jì)算方法的折算減弱系數(shù)。即當(dāng)=2時(shí)，GB9222中的焊制三通強(qiáng)度計(jì)算方法是保守的、可行的。有限元應(yīng)力分

8、析也證明時(shí)GB9222中的計(jì)算方法是可靠的。例如：1）焊制三通，。，。三維有限元應(yīng)力分析結(jié)果為；肩部：，合格。，合格。四、取消原條。焊制三通自然應(yīng)該滿足鍋爐制造技術(shù)條件，沒必要在此強(qiáng)調(diào)。五、修改三通開孔規(guī)定和確定減弱系數(shù)原則(1988版；本版12.2.11)在用原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)三通時(shí)，對(duì)帶孔橋的三通，其減弱系數(shù)必須取不帶孔橋三通的減弱系數(shù)和孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積。這就造成了帶孔橋三通的減弱系數(shù)下降很多，設(shè)計(jì)的三通安全裕度過大，厚度太厚。給制造帶來(lái)困難。為此本標(biāo)準(zhǔn)修改為，對(duì)帶孔橋的三通，其減弱系數(shù)取不帶孔橋三通的減弱系數(shù)和孔橋減弱系數(shù)兩者中的小者。這樣即保證了帶孔橋三通的強(qiáng)度又避免了其厚度太厚給制造帶

9、來(lái)困難的問題。原標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三通上開孔的限制太嚴(yán)格，給開孔布置帶來(lái)困難。原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若在三通上必須開孔，則孔邊緣至焊接三通焊縫邊緣（或鍛造三通內(nèi)壁相貫線）的距離不應(yīng)小于2倍的三通主管取用厚度。這樣規(guī)定不適應(yīng)目前大容量高參數(shù)機(jī)組的厚壁三通設(shè)計(jì)。參考德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)TRD301蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果及鍋爐制造廠家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本標(biāo)準(zhǔn)改為，接管焊縫的外邊緣至焊接三通焊縫的外邊緣（或鍛造三通內(nèi)壁相貫線）的距離不應(yīng)小于20mm。并為保守計(jì)，考慮鍋爐焊接三通大多數(shù)開孔情況，規(guī)定焊接三通開孔布置應(yīng)與鍛造三通要求一致，開孔布置在標(biāo)準(zhǔn)中圖示的弧長(zhǎng)范圍內(nèi)。增加若必須開孔“則應(yīng)布置在弧長(zhǎng)l范圍內(nèi)”?！翱走吘?/p>

10、至焊縫邊緣的距離不應(yīng)小于2。若為孔橋,則式(75)和(80)中的可取按 條確定的和按至條確定的孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積，或按第9章的方法確定三通的最高允許計(jì)算壓力。”改為“接管焊縫的外邊緣至三通焊縫的外邊緣的距離應(yīng)不小于20mm。若為孔橋，則在采用式(106)、式(113)確定三通理論計(jì)算壁厚和最高允許計(jì)算壓力時(shí)，取由條確定的及參照6.4條規(guī)定求得的最小孔橋減弱系數(shù)中的小者”。哈鍋在用GB9222-88設(shè)計(jì)焊制三通時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題，一個(gè)是少量三通顯得太厚，制造起來(lái)比較困難；再一個(gè)就是焊制三通上開孔的限制特別嚴(yán)格，有些情況很難布置。第一個(gè)問題是由于本條中規(guī)定“若為孔橋，則式（75）和（80）中的可

11、取按條確定的和按2.4.5至2.4.12條確定的孔橋減弱系數(shù)兩者的乘積”造成的。為此修改為“若為孔橋，則三通的理論計(jì)算壁厚取按式（75）和按式（30）計(jì)算壁厚的較大值?！边@樣修改后，與哈鍋取用壁厚接近。經(jīng)有限元應(yīng)力分析證明，在焊制三通上部不開孔的情況下，這樣修改也能保證焊制三通的強(qiáng)度合格。再考慮鍋爐三通大多數(shù)開孔情況，并與鍛造三通和熱擠壓三通開孔要求一致，規(guī)定在弧長(zhǎng)l范圍內(nèi)可開孔，不允許在焊制三通上部開孔下列四表是GB9222-88修訂前后及與哈鍋取用壁厚的對(duì)比。需要說(shuō)明的是和兩三通取用壁厚與修訂后的GB9222計(jì)算壁厚差別較大的原因是哈鍋取一機(jī)部電工總局批轉(zhuǎn)的（81）電研材字第051號(hào)文中的

12、許用應(yīng)力，而修訂后的標(biāo)準(zhǔn)取自GB9222-88的許用應(yīng)力。如果取一樣的許用應(yīng)力，則結(jié)果相當(dāng)。表一三通規(guī)格1.42材質(zhì)計(jì)算溫度418計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果139.2哈鍋?zhàn)钚”诤?14本版標(biāo)準(zhǔn)95.6(114) 表二三通規(guī)格1.75材質(zhì)計(jì)算溫度557計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果122.5哈鍋?zhàn)钚”诤?14本版標(biāo)準(zhǔn)106.6(124.4) 表三三通規(guī)格1.2材質(zhì)SA-335P22計(jì)算溫度557計(jì)算壓力4.3488標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果蝶式或單筋99.7哈鍋?zhàn)钚”诤?2本版標(biāo)準(zhǔn)蝶式或單筋60.8 表四三通規(guī)格1.58材質(zhì)SA-335P22計(jì)算溫度517計(jì)算壓力20.6288標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果137.

13、3哈鍋?zhàn)钚”诤?07本版標(biāo)準(zhǔn)115.2 第二個(gè)問題是由于條規(guī)定“孔邊緣至焊縫邊緣的距離不應(yīng)小于2S?！边@樣規(guī)定對(duì)于超高壓以上鍋爐在三通區(qū)很難布置接管，這樣規(guī)定太保守了。參考TRD301 3.6條，當(dāng)基本筒體壁厚時(shí)，支管的邊緣與焊縫的邊緣的距離為，當(dāng)時(shí)，此距離應(yīng)不小于50mm，有效壁厚。哈工大高廣安教授根據(jù)試驗(yàn)，建議小接管全焊透結(jié)構(gòu)的接管焊縫邊緣和三通焊縫外邊緣相距20mm以上。這個(gè)尺寸哈鍋是按20mm設(shè)計(jì)的。因此這條改為“接管焊縫的外邊緣和三通焊縫的外邊緣的距離不應(yīng)小于20mm。六、修改焊制三通水壓試驗(yàn)壓力取用原則(1988版；本版12.2.12) “取與其相連元件的水壓試驗(yàn)最高允許壓力值”改

14、為“按有關(guān)鍋爐制造條件取用”。與標(biāo)準(zhǔn)其它章節(jié)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)一致。七、修改鍛造三通控制壁厚、開孔規(guī)定和確定減弱系數(shù)原則(1988版、8.3.5；本版12.3.1、12.3.5)1、按焊制三通的條修訂8.3.5條?！翱走吘壷寥▋?nèi)壁相貫線的距離不應(yīng)小于”改為“接管焊縫的外邊緣至三通內(nèi)壁相貫線的距離不應(yīng)小于20mm”。確定開孔減弱系數(shù)同焊接三通。2、因?yàn)榭刂棋懺烊ㄈ∮帽诤駸o(wú)法實(shí)現(xiàn),改為控制成品最小需要壁厚,圖21中的S改為Smin, S1改為S1min。8.3.1中的鍛造三通壁厚該為鍛造三通成品最小需要壁厚。八、增加熱擠壓三通計(jì)算方法(本版12.4) 1、增加的必要性隨著引進(jìn)型300MW、600M

15、W亞臨界機(jī)組數(shù)量的增加，在該類機(jī)組鍋爐中大量使用的熱擠壓三通，以引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)的熱擠壓三通厚度最簿、經(jīng)濟(jì)性最好?，F(xiàn)在東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司、上海鍋爐廠有限公司和河北宏潤(rùn)管道集團(tuán)有限公司已完全能按引進(jìn)技術(shù)要求生產(chǎn)熱擠壓三通。這種熱擠壓三通制造方法是采用直徑補(bǔ)償方法，將大口徑無(wú)縫鋼管加熱，經(jīng)十套左右的模具擠壓而成。這種熱擠壓三通成型好，流動(dòng)阻力小，正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電站鍋爐管道中，且大有取代其他三通之勢(shì)。因此，作為水管鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)有熱擠壓三通強(qiáng)度計(jì)算方法。2、與國(guó)外熱擠壓三通強(qiáng)度計(jì)算方法的對(duì)比美國(guó)ASME B31.1動(dòng)力管道有整體補(bǔ)強(qiáng)的擠壓翻邊出口接頭的強(qiáng)度計(jì)算方法，該方法為等面積補(bǔ)

16、強(qiáng)法。成型要求比引進(jìn)技術(shù)低，但比引進(jìn)技術(shù)保守。哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司從意大利進(jìn)口的熱擠壓三通是用這種方法計(jì)算的。其質(zhì)量比引進(jìn)技術(shù)的熱擠壓三通多約 50%。德國(guó)TRD 301蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)程有模鍛三通，采用壓力面積法計(jì)算，也比引進(jìn)技術(shù)保守。電廠使用的進(jìn)口斜三通多采用此法。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5054-1996火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定中擠壓三通也采用壓力面積法?？傊?，這兩種方法，比引進(jìn)技術(shù)保守，成型要求低，強(qiáng)度計(jì)算較粗糙。3、對(duì)引進(jìn)技術(shù)公式的簡(jiǎn)化基本是應(yīng)用整套引進(jìn)技術(shù)，只是計(jì)算公式為與原GB9222-88形式一致，作了偏于保守的簡(jiǎn)化。對(duì)于Dw 660 mm的三通。 由2y=0.81.4

17、變?yōu)?2y=1, 產(chǎn)生的誤差為 4%7% 。這個(gè)誤差是比較極端情況，許用應(yīng)力為44MPa，設(shè)計(jì)壓力為20.6MPa情況下計(jì)算的結(jié)果。為此取，即把系數(shù)1.25變?yōu)?.3。增加4%的裕度，這樣公式（85）比引進(jìn)技術(shù)公式計(jì)算的壁厚增加011%。同樣對(duì)于Dw.660mm的三通由于省略5.1P和取2y=1,產(chǎn)生的誤差為-4%8%。誤差的計(jì)算同D660mm的情況。為此取,系數(shù)1.25變?yōu)?.3，增加裕度4%。這樣公式（87）比引進(jìn)技術(shù)公式計(jì)算的壁厚增加012%?？傊?，本標(biāo)準(zhǔn)熱擠壓三通計(jì)算方法基本是應(yīng)用整套引進(jìn)技術(shù)，只是計(jì)算公式為保持與標(biāo)準(zhǔn)形式一致，作了偏于保守的簡(jiǎn)化。對(duì)于660 mm的熱擠壓三通，本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)

18、算公式比引進(jìn)公式計(jì)算的厚度增加011%；對(duì)于660 mm的熱擠壓三通，比引進(jìn)公式計(jì)算的厚度增加012%。4、三通開孔限制的說(shuō)明為與焊制三通和鍛造三通開孔要求一致，比引進(jìn)技術(shù)偏于保守地規(guī)定三通區(qū)的開孔直徑不應(yīng)大于，而且以60mm為限。熱擠壓三通開孔限制對(duì)比區(qū)域名稱沈根榮哈鍋東鍋建議ABB-CEA可以開孔可以開孔入口三通不允許開孔A：對(duì)于直型三通可以開孔；對(duì)于鼓型三通，出口三通可以開孔，入口三通只能開在內(nèi)徑為常數(shù)的部分。C、E禁止開孔C、E：禁止開孔不允許開孔。直型三通，在A、B、F區(qū)域無(wú)法布置時(shí)，可將管接頭布置在“C”區(qū)域作為最后的選擇，但以布置一根，且最大外徑為50.8mm的管接頭為限。不允許開孔。但對(duì)于直型三通，作為最后選擇，允許在入口和出口三通“C”區(qū)域布置一根最大直徑為2英寸的管座。B、F可以少量開孔B、F：盡可能不開孔。在無(wú)法避免的情況下，勉強(qiáng)可在三通的F區(qū)和入口三通的B區(qū)開孔，出口三通的B區(qū)不可以開孔。在推薦長(zhǎng)度范圍內(nèi)，管座不應(yīng)該布置在水平中心線以上區(qū)域（B、F區(qū)域）。如果無(wú)法執(zhí)行該規(guī)定，人口三通可布置于“B”區(qū)域，出、入口三通都可布置于“F”區(qū)域