标准编号:	GB/T 16507.3-2022
中文名称:	水管锅炉 第3部分：结构设计
英文名称:	Water-tube boilers—Part 3: Structure design
中标分类:	J98    锅炉及其辅助设备
行业分类:	GB    国家标准
ICS分类:	27.060.30 27.060.30    锅炉和热交换器 27.060.30
发布机构:	国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会
发布日期:	2022-03-09
实施日期:	2022-10-1
标准状态:	valid
替代旧标准:	GB/T 16507.3-2013 水管锅炉 第3部分：结构设计
翻译语言:	英文
文件格式:	PDF
中文字符数:	18000 字
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Water-tube boilers - Part 3: Structure design English 1 Scope This document specifies the structure design requirements for water-tube boiler drum, start-up (steam-water) separator, water storage tank, header, desuperheater, pipe, water wall, superheater, reheater, economizer, tube joint, hanger rod, opening, door hole, rigid beam, steel structure, escalator and platform, etc. This document is applicable to the structure design of water-tube boilers as defined in GB/T 16507.1. 2 Normative references The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute indispensable provisions of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies. GB/T 985.1 Recommended joint preparation for gas welding, manual metal arc welding, gas-shield arc welding and beam welding GB/T 985.2 Recommended joint preparation for submerged arc welding GB/T 2900.48 Electrotechnical terminology of boilers GB 4053 (All parts) Safety requirements for fixed steel ladders and platform GB/T 16507.1 Water-tube boilers - Part 1: General requirements GB/T 16507.2 Water-tube boilers - Part 2: Materials GB/T 16507.4 Water-tube boilers - Part 4: Strength calculation of pressure parts GB/T 22395 Specification for design of boiler steel structures JB/T 6734 Calculation method of strength of boiler fillet welding seam JB/T 6735 Calculation method of strength of boiler hanger rod 3 Terms and definitions For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 2900.48 and GB/T1 6507.1 apply. 4 Basic requirements 4.1 The basic principles of boiler design shall meet the requirements of GB/T 16507.1. 4.2 The calculation load to be considered and the required load calculation shall be determined according to the requirements of this document and the special requirements of GB/T 16507.1 and GB/T 16507.4. 4.3 During design, the wall temperature of the element shall not exceed the allowable temperature of the materials used. In addition, the temperature difference between the inner and outer walls of the heating surface tube and the steam oxidation resistance of the inner wall shall be considered. The selection of materials shall meet the requirements of GB/T 16507.2. 4.4 During design, the minimum required thickness of pressure element shall be determined according to the relevant strength calculation equation or stress analysis calculation equation and requirements in GB/T 16507.4. For non-pressure elements under load, their calculation dimensions shall be determined according to relevant requirements. 4.5 During design, it shall be ensured that the evaporation heating surface, superheater, reheater and economizer system work reliably under the expected working conditions, and the hydrodynamic characteristics are stabilized to prevent the heat transfer from deteriorating. 4.6 The structure of furnace, enclosure and tail flue shall have sufficient bearing capacity to prevent permanent deformation and furnace wall collapse, and shall have good sealing performance. 4.7 The expansion coefficient of flat steel in membrane wall structure shall be similar to that of tubes. The width of flat steel shall be so determined to ensure that it does not exceed the allowable temperature of its material in boiler operation, and the weld structure shall ensure effective cooling of flat steel. 4.8 The load-bearing structure shall have sufficient strength, rigidity, stability and corrosion resistance when bearing the design load. 4.9 The boiler wall shall have good heat insulation and good sealing performance. 4.10 The design of each component shall ensure that it is able to freely expand in the predetermined direction during operation. The expansion center determined by the design of the suspended boiler proper shall be fixed, and an expansion guide device shall be set to ensure that the boiler proper expands in the predetermined direction. For boilers with rated pressure not less than 9.8MPa, when the equipment and fixed structure fail to bear the instantaneous load such as the reaction force discharged by the safety valve and the earthquake force, damping devices shall be arranged in appropriate positions to reduce the impact force and prevent the equipment from being damaged. 4.11 The following parts of the boiler with a rated pressure of not less than 3.8MPa shall be provided with expansion indicators: ——boiler drum/water storage tank, ——superheater outlet, ——reheater inlet/outlet, ——near the burner, ——lower part of downcomer, ——lower header of water wall, ——lower header of tail enclosure, ——economizer inlet header, ——ash hopper of economizer, etc. 4.12 The structure, arrangement and combustion mode of the furnace and combustion equipment shall be suitable for the designed fuel, so as to prevent the flame from directly burning the heating surface and prevent the furnace from slagging or coking. 4.13 During design, the structural type as well as opening and weld arrangement of pressure elements shall avoid or reduce compound stress and stress concentration as much as possible. 4.14 The boiler drum or start-up (steam-water) separator with frequent start-up and stop and other parameters with large fluctuation shall be subjected to fatigue strength check in accordance with GB/T 16507.4.

Foreword i Introduction iv 1 Scope 2 Normative references 3 Terms and definitions 4 Basic requirements 5 Welding connection requirements 6 Opening 7 Boiler drum 8 Start-up (steam-water) separator and water storage tank 9 Header and pipe 10 Desuperheater 11 Furnace (water wall) 12 Superheater and reheater 13 Economizer 14 Supporting and hoisting devices 15 Rigid beam 16 Boiler steel structure as well as escalator and platform Bibliography

水管锅炉 第3部分：结构设计 1 范围 本文件规定了水管锅炉锅筒、启动(汽水)分离器、储水箱、集箱、减温器、管道、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、管接头、吊杆、开孔、门孔、刚性梁、钢结构、扶梯及平台等结构设计的要求。 本文件适用于GB／T 16507.1界定的水管锅炉的结构设计。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB／T 985.1 气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 GB／T 985.2 埋弧焊的推荐坡口 GB／T 2900.48 电工名词术语 锅炉 GB 4053(所有部分) 固定式钢梯及平台安全要求 GB／T 16507.1 水管锅炉 第1部分：总则 GB／T 16507.2 水管锅炉 第2部分：材料 GB／T 16507.4 水管锅炉 第4部分：受压元件强度计算 GB／T 22395 锅炉钢结构设计规范 JB／T 6734 锅炉角焊缝强度计算方法 JB／T 6735 锅炉吊杆强度计算方法 3 术语和定义 GB／T 2900.48和GB／T1 6507.1界定的术语和定义适用于本文件。 4 基本要求 4.1 锅炉设计的基本原则应符合GB／T 16507.1的规定。 4.2 设计时应按本文件的规定和GB／T 16507.1及GB／T 16507.4专门要求确定所需考虑的计算荷载及所需进行的荷载计算。 4.3 设计时应保证元件壁温不超过所用材料的许用温度，此外还需考虑受热面管子内外壁温差及内壁抗蒸汽氧化等因素，材料的选用应符合GB／T 16507.2的要求。 4.4 设计时应按GB／T 16507.4中有关强度计算公式或应力分析计算公式和规定，确定受压元件的最小需要厚度。对于承受荷载的非受压元件应按有关规定确定其计算尺寸。 4.5 设计时应保证在预期的运行工况下蒸发受热面、过热器、再热器和省煤器系统工作可靠，保证水动力特性稳定，防止传热恶化。 4.6 炉膛、包墙及尾部烟道的结构应有足够的承载能力，防止出现永久变形和炉墙垮塌，并应有良好的密封性。 4.7 膜式壁结构中的扁钢的膨胀系数应和管子相近，扁钢宽度的确定应保证在锅炉运行中不超过其材料许用温度，焊缝结构应保证扁钢有效冷却。 4.8 承重结构在承受设计载荷时应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性。 4.9 炉墙应具有良好的绝热和密封性。 4.10 各部件的设计应保证其运行时能按设计预定方向自由膨胀，悬吊式锅炉本体设计确定的膨胀中心应予固定，应设置膨胀导向装置保证炉体沿预定方向膨胀。额定压力不小于9.8 MPa的锅炉，当设备及固定结构不能承受安全阀排放反力、地震力等瞬时荷载时，应在适当位置设置阻尼装置以减小所受冲击力，防止设备损坏。 4.11 额定压力不小于3.8 MPa的锅炉的以下部位应设置膨胀指示器： ——锅筒／储水箱， ——过热器出口， ——再热器进出口， ——燃烧器附近， ——下降管下部， ——水冷壁下集箱， ——尾部包墙下集箱， ——省煤器进口集箱， ——省煤器灰斗等。 4.12 炉膛和燃烧设备的结构以及布置、燃烧方式应与所设计的燃料相适应，防止火焰直接冲刷受热面，并且防止炉膛结渣或结焦。 4.13 对于受压元、部件的结构形式、开孔和焊缝的布置，设计时尽量避免或减少应力叠加及应力集中。 4.14 启停频繁等参数波动较大的锅炉的锅筒或启动(汽水)分离器，应按照GB／T16507.4的规定进行疲劳强度校核。 4.15 燃煤锅炉(特别是循环流化床锅炉)应有防止受热面磨损的措施。 4.16 液态排渣锅炉和可能产生高温腐蚀的固态排渣锅炉，应采取防止高温腐蚀的措施。 4.17 直流锅炉蒸发受热面内不应发生膜态沸腾和水平管圈的汽、水分层流动。 4.18 直流锅炉应设置启动系统，容量应与锅炉最低直流负荷相适应。 4.19 直流锅炉启动系统的疏水排放能力应满足锅炉在各种启动方式下发生汽水膨胀时的最大疏水流量。 4.20 直流电站锅炉采用外置式启动(汽水)分离器启动系统时，隔离阀的工作压力应按照最大连续负荷下的设计压力确定，启动(汽水)分离器的强度按照锅炉最低直流负荷的设计参数设计计算；采用内置式启动(汽水)分离器启动系统时，各部件的强度应按照锅炉最大连续负荷的设计参数计算。 4.21 对于控制循环锅炉、低循环倍率锅炉及超临界压力复合循环锅炉，其锅水循环泵(启动循环泵)及其进水管的布置应能防止管内及泵入口处工质发生汽化。 4.22 受热面的管夹、吊挂、夹持管等应设置合理可靠，防止超温、烧损、拉伤和引起管子相互碰撞及摩擦。 4.23 锅炉结构应便于安装、运行操作、检修和内外部清洗。 5 焊接连接要求 5.1 锅炉角焊缝的强度计算应符合JB／T 6734的规定。 5.2 受压元件主要焊缝及其邻近区域尽量避免焊接附件。如果无法避免，则焊接附件的焊缝可穿过主要焊缝，而不应在主要焊缝及其邻近区域终止。 5.3 锅炉受热面管子(异种钢接头除外)以及管道直段上，对接焊缝中心线间的距离(L)应满足下列要求： a) 外径小于159 mm，L≥2倍外径； b) 外径不小于159 mm，L≥300 mm。 当锅炉结构难以满足上述要求时，对接焊缝的热影响区不应重合，并且L≥50 mm。 5.4 受热面管子(盘管及成型管件除外)对接焊缝应位于管子直段上。受热面管子的对接焊缝中心线至锅筒及集箱外壁、管子弯曲起点、管子支吊件边缘的距离至少为50 mm，对于额定工作压力不小于3.8 MPa的锅炉，该距离至少为70 mm(受结构限制的异种钢接头除外)。 5.5 锅筒、启动(汽水)分离器、储水箱、集箱、管道及管子的纵向和环向对接焊缝，封头的拼接焊缝等应采用全焊透型结构。 5.6 锅筒(筒体壁厚不相等的除外)上相邻两筒节的纵向焊缝，以及封头的拼接焊缝与相邻筒节的纵向焊缝，都不应彼此相连。其焊缝中心线间距离(外圆弧长)至少应为较厚钢板厚度的3倍，且不小于100 mm。 5.7 由两片不等壁厚钢板压制后焊成的锅筒，相邻两筒节的纵缝允许相连，但焊缝的交叉部位应经射线检测合格。 5.8 锅筒纵、环缝两边的钢板中心线一般宜对齐，锅筒环缝两侧的钢板不等厚时，也允许一侧的边缘对齐。名义厚度不同的两元件或钢板对接时，两侧中任何一侧的名义边缘厚度差值若超过5.9规定的边缘偏差值，则厚板的边缘应削至与薄板边缘平齐，削出的斜面应平滑，并且斜率不大于1：3，必要时，焊缝的宽度可计算在斜面内，如图1所示。 最小的L＝3δ(必要时可包含焊缝宽度) 最小的L＝3δ 板的中心线 环缝 标引序号说明： δ——名义边缘偏差； t1——薄板的厚度； t2——厚板的厚度； L——削薄的长度。 图1 筒体削薄示意图 5.9 锅筒对接焊缝边缘偏差规定如下。 a) 纵缝或封头拼接焊缝两边钢板的实际边缘偏差值不大于名义板厚的10%，并且不超过3 mm；当板厚大于100 mm时，不超过6 mm。 b) 环缝两边钢板的实际边缘偏差值(包括板厚差在内)不大于名义板厚的15%加1 mm，且不超过6 mm；当板厚大于100 mm时，不超过10 mm。 c) 不同厚度的两元件或钢板对接并且边缘已削薄的，按钢板厚度相同对待，上述的名义板厚指薄板；不同厚度的钢板对接但不进行削薄的，则上述的名义板厚指厚板。 5.10 管子、管道、集箱对接时，内表面应对齐，不同直径或壁厚的两元件对接时，外侧直径较大处至直径较小处过渡的斜度不大于30°，内侧的过渡斜率不大于1：3，焊缝可包括在过渡斜面之内。 5.11 除了球形封头以外，扳边的元件(如封头等)与圆筒形元件对接焊接时，扳边弯曲起点至焊缝中心线的距离(L)应符合表1中的要求。 表1 扳边弯曲起点至焊缝中心线距离 单位为毫米 扳边元件内径 距离(L) ≤600 ≥25 >600 ≥38 5.12 额定工作压力不小于3.8 MPa的锅炉，外径小于32 mm的排气、疏水、排污和取样管等管接头与锅筒、集箱、管道相连接时，应采用底部加强的管接头，如图2所示。 图2 底部加强的管接头示意图 5.13 支管或管接头与锅筒、集箱、管道连接时，不应采用奥氏体钢和铁素体钢的异种钢焊接。 5.14 承受主要荷载的吊耳与受压元件之间可采用全焊透型焊缝连接、坡口焊缝与角焊缝的组合焊缝连接，或沿周界或接触面全长连续分布的角焊缝连接，如图3所示。 a) 全焊透型焊缝连接 b) 坡口焊缝与角焊缝的组合焊缝连接 c) 角焊缝连接 标引序号说明： t——吊耳厚度； δ——焊缝厚度。 注：t<20 mm时，δ＝0.7t，但不小于6 mm； t≥20 mm时，δ＝14 mm。 图3 吊耳连接型式示意图 5.15 对接焊接接头型式，可按GB／T 985.1、GB／T 985.2的规定。 5.16 管子或管接头与筒体或封头的焊接连接可采用的型式如图4和图5所示。 A) 部分焊透型 B) 全焊透型 标引序号说明： t——筒体或封头厚度； Dn——管子或管接头外径； tn——管子或管接头厚度； δ——焊缝厚度。 注1：分图d)中，A＝tn，但不小于6 mm。 注2：分图e)中，用于公称管径不大于76 mm的内管螺纹附件，坡口焊缝的h不小于连接管的厚度。 注3：δ不小于0.7tn和6 mm两者中的较小值。 图4 外置式焊接连接示意图 A) 部分焊透型 B) 全焊透型 标引序号说明： t——筒体或封头厚度； Dn——管子或管接头外径； tn——管子或管接头厚度； δ、δ1、δ2——焊缝厚度。 注：δ、δ1、δ2均不小于0.7tn和6 mm两者中的较小值；δ1＋δ2≥1.25tn。 图5 内插式焊接连接示意图 5.17 平端盖可采用的型式如表2所示。 表2 平端盖的型式 1型 示意图 4型 示意图 尺寸要求 ；l≥δ 尺寸要求 且r≥5 mm；δ2≥0.8δ1 2型 示意图 5型 示意图 尺寸要求 r≥1.5δ；δ2≥0.8δ1 尺寸要求 h≤1±0.5 mm 3型 示意图 6型 示意图 尺寸要求 r≥3δ；l≥δ 尺寸要求 K1≥δ；K2≥δ；h≤1.5mm 7型 示意图 8型 示意图 尺寸要求 δ≥1.25δ0；A≥6mm；B≥3mm；C≥3mm；θ≥30° 尺寸要求 最小δw＝2δ0、且δw≥1.25δ，但δw≤δ1；θ≤45° 1型、2型、3型和4型应使用锻件制造，3型也可使用钢板冲压制造。 注1：7型和8型中，δ0为强度未减弱圆筒体的理论计算厚度。 注2：8型中，焊接坡口未做规定。 6 开孔 6.1 基本要求 设计时应按照GB／T 16507.4的要求进行受压元件上开孔的相关计算。 6.2 受压元件开孔 6.2.1 胀接管孔中心与焊缝边缘的距离不应小于0.8d(d为管孔直径)，且不应小于0.5d＋12 mm。锅筒上的胀接管孔不应开在筒体的纵向焊缝上，同时也要避免开在环向焊缝上；对于环向焊缝，如果结构设计不能避免时，在管孔周围60 mm(若管孔直径大于60 mm，则取孔径值)范围内的焊缝经过射线或超声检测合格，并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣缺陷，对开孔部位的焊缝内外表面进行磨平且将受压部件整体热处理后，可在环向焊缝上开胀接管孔。 6.2.2 集中下降管的管孔不应开在焊缝及其热影响区上，其他焊接管孔也要避免开在焊缝及其热影响区上。如果结构设计不能避免时，在管孔周围60 mm(若管孔直径大于60 mm，则取孔径值)范围内的焊缝经过射线或超声检测合格，并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣缺陷，管接头焊后经过热处理(额定出水温度小于120℃的热水锅炉除外)消除应力的情况下，方可在焊缝及其热影响区上开焊接管孔。 6.2.3 凸形封头上开孔应满足下列条件。 a) 除中心人孔外，若有直径大于38 mm的开孔时，在任意两孔中心连线上，两孔边缘之间距离的投影长度(L)不应小于(L1＋L2)／3。开孔直径不大于38 mm时，在任意两孔中心连线上，两孔边缘之间距离的投影长度(L)不应小于较小的孔径投影长度(L2)(见图6)。 b) 对于hn／Dn≤0.35的封头，开孔边缘至封头外壁边缘之间的投影距离(L3)不应小于0.1Dn＋δ(见图6)。对于hn／Dn>0.35的封头，开孔边缘至封头与直段交接处的弧长(l)不应小于 (见图7，其中δt为封头计算厚度)。 c) 开孔边缘与孔扳边起弯点(或与焊接圈焊缝边缘)的距离不应小于δ(见图8)。 d) 扳边人孔不应开在焊缝上。 e) 封头人孔密封面切口部位，径向最小剩余厚度不应小于封头最小需要厚度(δmin)(见图7)。 标引序号说明： L——两孔边缘之间距离的投影长度； L3——孔边缘至封头外壁边缘之间的投影距离。 L1、L2——孔的投影长度； 注：L3≥0.1Dn＋δ。 图6 hn／Dn≤0.35的封头开孔位置 标引序号说明： hn——封头内高度； ⌒l——开孔边缘至封头与直段交接处的弧长； δ——封头厚度； δmin——封头最小需要厚度。 Dn——封头内径； 图7 hn／Dn>0.35的封头开孔位置 不小于δ 标引序号说明： δ——封头厚度。 图8 扳边人孔或人孔圈附近开孔位置 6.3 受压门孔 6.3.1 锅炉受压元件上开设的人孔、头孔、手孔、清洗孔、检查孔、观察孔的数量和位置应满足安装、检修、运行监视和清洗的需要。 6.3.2 锅炉受压元件人孔圈、头孔圈与筒体、封头的连接应采用全焊透结构。 6.3.3 额定压力不小于3.8 MPa的锅炉受压元件上的人孔盖、头孔盖、手孔盖应采用内闭式结构或焊接结构。额定压力小于3.8 MPa的锅炉受压元件上的人孔盖、头孔盖、手孔盖可采用法兰连接结构。 6.3.4 锅筒内径不小于800 mm的锅炉，应在筒体或封头上开设人孔，由于结构限制导致人员无法进入锅炉时，可只开设头孔；锅筒内径小于800 mm的锅炉，至少应在筒体或封头上开设一个头孔。 6.3.5 锅炉受压元件上椭圆人孔不应小于280 mm×380 mm，圆形人孔直径不应小于380 mm。人孔圈最小的密封平面宽度为19 mm，人孔盖凸肩与人孔圈之间总间隙不应大于3 mm(沿圆周各点上不超过1.5 mm)，并且盖板凹槽的深度应达到能完整地容纳密封垫片。 6.3.6 锅炉受压元件上椭圆头孔不应小于220 mm×320 mm，颈部或孔圈高度不应大于100 mm，头孔圈最小的密封平面宽度为15 mm。 6.3.7 锅炉受压元件上手孔内径不应小于80 mm，颈部或孔圈高度不应大于65 mm，手孔圈最小的密封平面宽度为6 mm。 6.3.8 锅炉受压元件上，清洗孔内径不应小于50 mm，颈部高度不应大于50 mm。 6.3.9 由于结构原因，颈部或孔圈高度超过5.3.6～5.3.8的规定时，各孔的尺寸应适当放大。 6.3.10 集箱手孔孔盖与孔圈采用非焊接连接时，不应直接与火焰接触。 6.3.11 需要进行焊缝射线检测的受压元件，当需要将射线源置于筒体内部进行透照而无合适的开孔可供使用时，则应开设射线照相检查孔。 6.4 炉墙门孔 6.4.1 炉墙上椭圆形人孔一般不小于400 mm×450 mm，圆形人孔直径一般不小于450 mm，矩形人孔一般不小于300 mm×400 mm。 6.4.2 微正压燃烧的锅炉，炉墙、烟道和各部位门孔应有可靠的密封，看火孔应装设防止火焰喷出的联锁装置。 6.4.3 炉墙上的人孔门应装设坚固的门闩；炉墙上监视孔的孔盖应保证不会被烟气冲开。 6.4.4 额定蒸发量不大于75 t／h的燃用煤粉、油、气体及其他可能产生爆燃的燃料的水管锅炉，未设置炉膛安全自动保护系统时，在炉膛和烟道应设置防爆门，防爆门的设置不应危及人身的安全。