内容发布更新时间 : 2025/1/8 18:27:59星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

印度工程压力管道直管IBR认证壁厚计算

国核电力规划设计研究院 修恒旭 必维国际检验集团 姜大安

[内容摘要] 本文以印度某300MW工程为例，简要描述了电厂压力管道直管IBR认证的壁厚计算过程，供印度项目工程设计参考。

[关键词] IBR ASME 壁厚计算 许用应力

1 概述

印度经济发展很快，基础设施缺乏，特别是电力的缺口很大，印度主要以火力发电为主。目前已有山东电力建设第一工程公司、山东电力建设第二工程公司等在印度有电厂建设项目。

印度锅炉和压力容器必须分别遵守印度锅炉规程(IBR)，IBR法规主要规定印度国内和进口到印度国内的锅炉压力容器的设计、制造、检验等。进入印度的压力管道同样必须遵守IBR规程。

2 IBR认证范围

对于压力管道来说，IBR认证的范围是

[1]

：

1.“蒸汽管道”，是指蒸汽从锅炉到原动机或其它用汽设备（或是二者）的所有管道，通过上述管道的蒸汽的压力比大气压力高出3.5kg/cm2或上述管道的内径超过254毫米。

2.“给水管道”，是指完全或部分地处于压力下、用于直接向锅炉供水且不属于锅炉部件的管道及配件。

3 IBR及ASME壁厚计算公式

3.1 IBR认证要求的壁厚计算公式[1]

按IBR认证要求，钢管的最大允许工作压力根据以下公式确定：

（a）按直管外径确定时：

W.P.?2fe?t?c?g?t?c （1）

（b）按直管内径确定时：

W.P.?2fe?t?c?d?t?c （2）

其中：t：最小壁厚

W.P.：最小工作压力，

f：由以下原则确定的许用应力

值：

（i）对于454℃及以下的温度，取以下两者中的较小值:f?EtR1.5或f?2.7

（ii）对于454℃以上的温度，取以下三者中的小值：(a)f?Et1.5；(b)f?Sr1.5或

(c) f?Sc

其中：

R：该材料在室温下的最小抗拉强度，

Et：金属工作温度“t”下的屈服点（0.2%试验应力），

Sc：100,000小时内金属工作温度温度“t”条件下产生1%延伸（蠕变）的平均应力，

Sr：100,000小时内金属工作温度温度“t”条件下产生断裂的平均应力，且不能大于1.33倍的产生断裂的最小应力值，

注：如果“材料标准”中未提供Sc值，且已知此类材料被用于印度或国外的锅炉中，则此类材料的允许应力取下列两值中的较小值：

EtSr1.5 或 1.5

g：管子外径， d：管子内径， e：有效系数， e=1.0，适用于无缝钢管及电阻焊焊接的钢管，以及符合IBR第2章要求、焊缝经过完全的射线检验或超声波检验的电熔焊焊接的钢管

e=0.95， 适用于符合IBR第2章要求的电熔焊焊接的钢管

e=0.90， 适用于t值为22mm及以下的焊接钢管，

e=0.85， 适用于t值为22mm以上、29mm以下包括29mm的焊接钢管，

e=0.80， 适用于t值为29mm以上的焊接钢管，

C=0.75mm。

3.2 ASME要求的直管壁厚计算公式[2]

按照ASME B31.1，直管最小壁厚计算如下：

tpD0m?2(SE?Py)?A （3） tSEA?2yPAm?Pd?22(SE?Py?P) （4）

设计压力不应超过：

P?2SE(tm?A)D （5）

0?2y(tm?A)P?2SE(tm?A)d?2y(t （6）

m?A)?2tmtm：所需的最小壁厚， P：设计内压力，

D0：管子的外直径， d：管子内径，

SE或SF：在设计温度下由内压力和

焊缝接头系数所确定的材料最大许用应力，

A：附加厚度， y：系数。

4 ASME及“应规”对许用应力的选取

4.1 ASME对许用应力的选取[3]

按照ASME第二卷附录中许用应力规定如下：

（a）当温度低于控制应力选择的蠕变和应力断裂强度的范围时，最大许用应力值是下列各值中的最低值：

（1）室温下规定的最小抗拉强度除以3.5；

（2）温度下抗拉强度除以3.5； （3）室温下规定的最小屈服强度的2/3；

（4）温度下屈服强度的2/3。 （b）当温度处于控制应力选择的蠕

变和应力断裂强度的温度范围时，委员会确定所有材料的最大许用应力值不超过下列各值中的最低值：

（1）产生0.01%/1000h蠕变率的平均应力的100%；

（2）100,000终了时产生断裂的平均

应力的100Favg% （Favg≤0.67）

（3）100,000终了时产生断裂的最小

应力的80%。

通过IBR许用应力与ASME许用应

力的比较可以得出：ASME许用应力值更趋于保守。且IBR认可美国机械工程师学会（ASME）锅炉和压力容器标准[1]。因此对于ASME材料管道的许用应力可以直接按照ASME规范中给出的许用应力进行选取。

4.2 “应规”对许用应力的选取

《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》（简称“应规”）对钢材的许用应力规定如下[4]：

根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：

δ20tb/3；δs/1.5或δts(0.2%)/1.5；

tD/1.5 δ20b-钢材在20℃时的抗拉强度最小

值，MPa；

δδts-钢材在设计温度下的屈服极限最

小值，MPa；

δts(0.2%)-钢材在设计温度下残余变形

为0.2%时的屈服极限最小值，MPa；

δt5

D-钢材在设计温度下10h持久强度

平均值，MPa。

IBR许用应力与“应规”许用应力的比较可以得出：对于454℃及以下的温度，“应规”规定的许用应力比IBR保守，但是IBR未标明认可“GB”（中华人民共和国国家标准）及“DL”（中华人民共和国电力行业标准）。因此对于国产材料管道应按照相关的标准查找抗拉强度、最小屈服强度等再根据IBR或ASME要求转化成IBR或ASME认证要求的许用应力。

5 实际工程IBR认证计算过程

以印度某300MW工程主蒸汽管道、二级抽汽管道为例，简要描述一下IBR认证过程。

5.1 主蒸汽管道（ASME内径管）的IBR及ASME认证计算过程

设计参数：P=18.31MPa，t=546℃，材质为A335P91，选择ID368.3×40的内径管，确定其壁厚是否符合IBR及ASME要求。该管道的内径正偏差是3.175mm，查表可得该温度下的许用应力为107.69MPa。

（1） 按IBR认证要求进行计算 设计温度压力下的最小计算壁厚为：tm?35.264mm；

选用ID368.3×40的内径管在t=546℃所能承受的最大内压为：

P?20.58MPa。

（2） 按ASME要求进行计算

设计温度压力下的最小计算壁厚为：

tm?33.277mm；

选用ID368.3×40的内径管在t=546℃所能承受的最大内压为：

P?21.78MPa

由于选择的内径管壁厚无负偏差，因此可以得出该主蒸汽管道选择ID368.3×40的内径管是安全的。

5.2 二级抽汽管道（GB外径管）的IBR及ASME认证计算过程

设计参数：P=4.355MPa，t=348.67℃，材质为20钢，选择φ219×7外径管，确定其壁厚是否符合IBR及ASME要求。壁厚负偏差按-12.5%考虑。 （1） 按IBR认证要求进行计算 对于20钢管，按照GB3087可得：室温下的最小抗拉强度R=410MPa，金属工作温度“t”下的屈服点可插值为Et=137MPa，因此得出IBR认证中20钢在该温度下的许用应力为410/2.7与137/1.5的较小值，为91MPa。

设计温度压力下的最小计算壁厚为：tm?5.867mm；

选用φ219×7的外径管在348.67℃所能承受的最大内压为：

P?4.57MPa。

（2） 按ASME要求进行计算

对于按ASME对许用应力的计算，为410/3.5与137/1.5的较小值，为91MPa。设计温度压力下的最小计算壁厚为：tm?5.141mm；

选用φ219×7的外径管在348.67℃所能承受的最大内压为：

P?5.20MPa。

考虑到-12.5%的壁厚负偏差，φ219×7外径管可能出现的最小壁厚为

6.125>5.868，因此该抽汽管道选择20钢φ219×7外径管是安全的。

6 结论

本文简要描述了印度电厂压力管道的IBR认证过程。对于印度电厂的管道壁厚设计主要有以下几点建议：

（1） 印度电厂壁厚设计既要满足IBR

要求，同时要满足ASME的要求。

（2） 对于国产材料的许用应力不能直

接查询“应规”，而应该按照IBR或ASME公式进行计算获得。

（3） 由于国产材料IBR公式中的Sc、

Sr值较难获得，建议454℃以上的温度选用ASME材料。

（4） 建议在电厂设计初设阶段就对电

厂管道尤其是需要应力计算管道先进行IBR壁厚计算，以避免施

工图阶段因IBR认证不合格造成工程被动。

参考文献

[1] Indian Boiler Regulations [2] ASME B31.1 Power Piping

[3] ASME Boiler&Pressure Vessle Code Ⅱ [4] 火力发电厂汽水管道应力计算技术规程