8 ~ Umfang: 8 Seiten J1

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1 Fach bereichsta nda rd Rohrleitungen aus Stahl FESTIGKEITSBERECHNUNG Rohre unter innerem Überdruck April 984 TGL 226/2 Gruppe 92.\..-) ~,.. Tpy6onpoeOAbl, CTanbHble, Pac<eT Ha npo'ihoctb, Tpy6b noa BHYTpeHHblM AaeneHMeM., Steel Piping; Calculation of Strength; Pipes under Interna! Pressure Deskriptoren: Stahlrohrleitung, Festigkeitsberechnung, Rohr, Innendruck 8 ~ Umfang: 8 Seiten J ~ Verantwortlich/bestätigt: , VEB Kombinat Kraftwerksanlagenbau, Berlin ii Verbindlich ab..985 ~ii r~. A, :-r- itt-id -'"s mr LT i :v ~ n.l',.. - ~ ::~ -'"''- ~. ~ _;._... ~... ~ ~~~~~~~~~~~~~~--...,,,...,..~~~~---~-=.:.=-=--=;;:;;;;.;."-'-"--~~~~~~~~~~~~~ Dieser Standard gilt ~ schwellendem inneren Ub"erdruck. III..5! ; > III..5! ; > für die Berechnung der Wanddicke von Rohren unter ruhendem und Dieser Standard g i t nicht für Rohrleitungen in Kesseln nach TGL 3 3/, in Druckgefäßen nach TGL 3 33/ und in Kernkraftwerken, soweit für diese Anlagen spezielle Vorschriften verbindlich sind, sowie für Schiffsrohrleitungen. Dieser Standard g i t d a d a V d a d. l. e' f u ~ p l5 [PJ s 6R u VL VN vo w' Et FORMELZEICHEN Toleranzzuschlag in mm Korrosionszuschlag in nm mittlerer Rohrdurchmesser in mm (d = da - s) Rohraußeridurchmesser, Nenndurchmesser in mn Rohraußendurchmesser, Maximalwert in mn Rohraußendurchmesser, Minimalwert in mn Rohrinnendurchmesser in mn e2 Länge von Formabweichungen des Rohrquerschni ttes in nm Unrundheitsfaktor :eerechn...ngsdruck in MPa (U) innerer Überdruck, Maximalwert in MPa innerer Überdruck, Minimalwert in MPa rechnerisch zulässiger innerer Überdruck in MPa Nennwanddicke des Rohres in mn rechnerisch erforderliche Wanddicke in mn Durchmesserverhältnis (u = d /d.) Verschwächungsbeiwert des Rofh.e infolge Längs- oder Spiralnaht Schweißnahtwertigkeit Verschwächungsbeiwert infolge Formabweichungen gegenüber dem kreisrunden Rohr w2 H'dhe der örtlichen Ausbeulung oder Tiefe der örtlichen Einbeulung in llll Elastizitätsmodul bei Berechnungstemperatur in N/mn 2 G 2 Funktionen nach Tabelle 4 Faktor für Biegespannungen Faktor für Membranspannungen Spannungsbeiwert für schwellenden inneren Überdruck Unrundheit des Rohrquerschnittes nicht für ringversteifte Rohrleitungen. U' theoretische Unrundheit [ U'] rechnerisch zulässige Unrundhei t Ou Tangentialspannung in N/mm 2 ( <] zulässige Spannung nach TGL 22 6/ bei Berechnungstemperatur t in N/llll 2 [ 2<* A] zulässige korrigierte Spannungs-. schwingbreite für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis nach TGL 22 6/ in N/mm 2 Winkel für Formabweichungen "' "2 llp Druckänderung in MPa [bp] rechnerisch zulässige Druckänderung in MPa berechnete Vergleichsspannungsänderung in N/mn 2 t Beiwert für die Bewertung der Tangentialspannung 2. BERECHNUNGSGRUNDSÄTZE 2.. Die Wanldicke von Rohren ist auf Grund der Berechnung gegen ruhenden inneren Überdruck zu dimensionieren. Bei der Berechnung sind Verschwächungsbeiwert v ~ -zu benutzen Bei Formabweichungen des Rohrquerschnittes von der Kreisform ist eine Überprüfung auf zusätzliche Biegebeanspruchungen infolge inneren Überdruckes nach Abschnitt 7 durchzuführen Für Lastzyklenzahlen N > 3 (volle Drucklastwechsel) ist ztlsätzlich eine Berechnung gegen schwellenden inneren Überdruck durchzuführen. Bei der Berechnung sind Spannungsbeiwerte K ~ zu verwen4en Rohre mit einem Druckmesserverhältnis u = da/di >, 6 sind nach TGL 32 93/24 oder BV 2-6/8 der WBV zu berechnen.

2 Seite 2 TGL 22 6/2 3. BERECmrUNG DER WANDDICKE s~ sh + c + c 2 Sei ruhendem in."'leren tlberd:ruck gilt P da 8R = 2v [oj + P I, Bei schwellendem irmeren Uberdruck gilt zusätzlich K b.p da SR = 2(2*Aj () (2) (3) Der größere sich ergebeng.e Wert ist für die Festlegung der Nermwanddicke anzuwenden. Außerdem gilt: ~p = p-p (4) 4. WANDDICK.ENZU"'vv~GE 4.. Toleranzzuschlag c FUr nahtlose Ror.re nach Tabelle. Tabelle Zulässige IUn+,e:rschrei tung 3 5 von s 3 c,5 8R,9 8R 8, SR 2,5 5 8, 4 SR, 8 8R,22 SR Die zulässige Unterschreitung der Nennwand. dicke ist den Erzeugnisstandards ftir nahtlose Rohre zu entnehmen. Die örtlichen Unterschrei tungen, der kleinsten zulässigen Wand. dicke nach TGL 943/ i.md TGL 4 83/ brauchen bei der Festlegung des Toleranzzuschlages nicht berücksichtigt zu werden. Bei schnelzgeschweißten Rohren entspricht der Toleranzzuschlag c der zulässigen Unter- schreitung der Nennwanddicke des Rohres. Der Toleranzzuschlag c darf entfallen, werm zur Enni tth.mg des zulässigen Druckes die gemessene Wand.dicke s~ eingesetzt wird Korrosionszuschlag c 2 Mit dem Korrosionszuschlag c2 ist die Wanddickenvenninderung durch Korrosion oder anderen Verschleiß auszugleichen. Bei nicht aggresiven Durchflußstoffen ist ftir c2 ein Wert bis zu rrm oder das Aufrunden auf die Nenrr,;anddicke ausreichend. Liegen besondere Verschleißbedinguri.gen vor, z. B. für Feststoffrohrleitungen, so sind entsprechend höhere Korrosionszuschläge vo~ zusehen. Das gleiche gilt für abl;ragende Korrosion lzlc anodische oder katodische Spanm.mgsrißkorrosion durch Flüssigkeiten oder Gase. Der Korrosionszus~hlag c2 darf entfallen bei Rohrleitungen - deren Grnd- oier Plattierungswerkstoff gegenüber dem Durchflußstoff ausreichend be~tändig ist cde~ deren Werkstoff unter der Einwi!'Y..mg der Atmospn'ire r;der des Durr::h.r-!.~stoffes eine ~:irl:sarne Schutzschicht bildet, - die an der -:nneren und äuße:::-en Oberfläche ausreichend geger: Korrosion geschützt. s~.nd, - die sauer&toffanw Dll...".::hflußstoffe befördern, z. E. Heiß.!smp.leitUl'l.;','en in Kraftwe!"ken. 5. VERSCHWÄCHUNGSBEIWERTE v Für nahtlose Rohre gilt v =. Für schnelzgeschweißte Rohre nach TGL 27 63/ und /2 VL nach Tabelle 2, Festlegung der Ausfü_lu-ungsklasse nach TGL Tabelle 2 Lfd. Ausführungs- Schweiß- V'erschwächungs- Nr. klasse nach naht- bei wert TGJ~ 776/ wertigkei VL für die VN Längs- oder Spiralnaht bei Rohren mit Lä.r.gs- Spiralnaht naht2 I B,,, 2 II A,9,9, J ~' -L A,8,8, r-7 4 L B,8,8 g3) ' Für :>:dere ge~:;t"meißte Rchre ist entsprechend der 3rhweißnal -;;wertigkei t "i iez ErzeugnisstanrL::-ds der 'i">rschwäclturi;:_~>,lc;hert vr. aus Ta.bt.'!_ '. e 2 zu f'"' c!ehmen. 6. nnnill!gs23iwerte K,..,.., nach J:';belle J (:t_:chtwerte), -..J :.:., Q sofern k(' in p:e:-auerer Wert 3 Li nacr~,~ j.. 4 (5) 2 Neip.<ngswir:l<:el der Naht zur Rohrlängsa~h3:-: ~ ~J J Nac~. -:'GI. 27 6S ~/2 gil i: für spiralgeschweißte fic~n.: Ö. :, : il:lasse C: r ",9.

3 TGL 22 6/2 Seite 3 Tabelle 3 Lfd. Rohr Standard Nr. Nahtlose Stahlrohre TGL 92 und TGL 943/ 2 Nahtlose Rohre aus Stahl TGL 92 mit gewährleisteten Warm- und festigkeitseigenschaften TGL 4 83/ 3 Nahtlose Präzisions- TGL 93 Stahlrohre TGL 944 'IDL 4 4 Lä.ngsgeschweißte TGL Stahlrohre 27 63/ 5 Sprialgeschweißte Stahlrohre 6 Wanddickenänderung TGL 27 63/2 nicht standardisiert ICa für Oberflächengruppen A und E,4 Oberflächengruppe C GUtestufe I GUtestufe III alle Rohrklasse A Rohrklasse B Rohrklasse A Rohrklasse B mit Abschrä.c:ruruz ohne Abschrligung,2,4,2, 2,2 2,4 2, 2,2 2 2, 7. BERttCKSICHTIGUNG VON FORMABWEICHUNGEN 7.. Auftretende Formabweichungen N N 2 tan 'tl -a;- Bild Eckige Ausbeulung (Dachf onn) Bild 2 Flache Einbeulung <-o V da Bild 3 Ovali tät

4 t u ' Seite 4 TGL 22 6/2 9 ao fu.5 ~ U' +,455.E. p! ) 3 Et s U'nach Abschnitt a s 6 a d s Bild 4 Unrundheitsfaktor 7.2. Berechnung der theoretischen Unrundheit U' U für nahtlosre Rohre U' = [ max (,5 U; U + G ; U + G 2 ) für schmelzgeschweißte Rohre_ d - d mit U = 2 aa + da oder nach Erzeugnisstandards a a G G 2 nach Tabelle 4, 4... so 6 ao 9 (6) (7) 2 Tabelle 4 tanljl G für Bild f oder tan ljj oder G für Bild 2 G für Bild oder tan tv G 2 oder G 2 für Bild 2 für Bild oder oder G 2 für Bild 2 sin 'ij 2 sin q, 2 sinq, 2 o, ,53,2,, 4,9,26,62,4,2, 6,24,28,7,6,4,8,3,3,8,8,6,2,37,32,92,,,22,45,34, 3, Falls die maximalen örtlichen Abweichungen von der Kreisfonn bekannt sind, darf auch mit den Werten G = 4w /da oder G 2 = 4w 2 /da gerechnet_ werden.

5 TGL 22 6/2 Seite 5 7.J. Vergleich mit rechnerisch zulässigen Formabweichungen Eine Überprüfung auf zusätzliche Biegespannungen infolge Formabweichungen bei innerem Überdruck darf entfallen, wenn U'~ [ U'] (8) mit [u J =g_ 3 cx-) c.l~+,9 [oj.q.) C9) VL d Et s X= {,5 wenn [<] aus der Zeitstandfestigkeit berechnet wird (Richtwert) ( ) 2,5 wenn [<] nicht aus der Zeitstandfestigkeit berechnet wird. Dies gilt z. B. für Rehre mit U~, Überprüfung auf zusätzliche Biegespannungen o =p 2 d(.l+f)~x[<] u s VL u mit fu nach Bild 4 Anstelle der Formel () darf auch Formel (2) angewandt werden, wobei v nach den Bildern 5 bis 7 die Formabweichungen berücksichtigt. 8. RECHNERISCH ZULÄSSIGE DRÜCKE Rechnerisch zulässiger innerer Überdruck. {. 2 (s - c - c 2 ) [p] = mn vl [<] d - (s - c - c ) a 2 mit v nach den Bildern 5 bis 7 () ( 2) Rechnerisch zulässige Druckänderung [ 2<*A] 2 (s - c (Ap] =min { (p] ; -K- d a ( 3), ' i u '., 6 J lt 2, d... T 2 Bild 5 Verschwächungsbeiwert infolge Formabweichungen bei v =

6 Seite 6 TGL 22 6/ IO IO.!!. 2 Bild 6 Verschwächungsbeiwert infolge Formabweichungen bei v =,9..-~~~... ~rc.r-.:--ir---,-"'7"'~.,...,..,--,~-, U'=,6 ;X= Jl... Bild 7 Verschwächungsbeiwert infolge Formabweichungen bei v =,B 9. ZULÄSSIGE ASTZYKLENZAHLE Die zulässige Lastzykleiwahl für eine Druckänderung l!.p ist nach 'IDL 22 6/ zu ermitteln, wobei die Spanm.mgsänderung6ay anzuwenden ist: K Ap d 8 A av = 2 (s - c - c2) (4)

7 Hinweise 'lul 22 6/2. Seite 7 Ersatz ftir TGL 22 6/2 Ausg.. 75 Änderungen gegentiber Ausg.. 75: Berücksic;h:tigung der Fo:rma.b-w-eichungen präzisiert; Spa.nmmgsbeiwertE' K bei schwellendem inneren t~rdr.ick anstelle der dynamischen Verechwächungsbeiwerte dyn eingefülu-t; vollständig Ube~ a.roeitet. Im vorliegenden Standard ist auf folge.-lde Sta.nda...-(is Bezug gencmnen: TGL 92; 'IDL 93; TGL 943/; 'lul 944; TGL 776/; TGL 4 ; TGL 4 83/; TGL 22 6/. 'I'GL 27 63/ und /2; TGL 3 3/ ; TGL 3 33/ ; TGL 32 93/24 unj. TGL Rohrleitimgen aua Stahl; Na'tlose Stahlrohre; Richtwerte für zulässige In."lendrUcke siehe TGL ; Geschweißte Stahlrohre; Richtwerte für zulässige In.?JeadrUcke siehe TUL Erläuterungen Berechrn.:ngsformeln für G und G 2 in Tabelle 4 2 -~tan t;l G "' tan t.ji e _, ; tan ljl ( ' ) (6) Berechn\.ingsformeln für v in den Bildern 5 bis 7 Flir ~a] + ~gilt: v = -A +V A 2 + B' t +, 5 ~ u' v x x ~ a] A = 2 H - 2 j B = H j H =,9 VL t (~)2 (7) (8) FUr ~:] = o gilt: vo = +,5x% u vl (9) (Theorie. Ordnung) Anwendungsbeispiele. Dimensionierung der Wand.dicke eines nahtlosen Rohres DN 5 au& 3 CrMo 4.4 (Gütestufe III), d& bei Berechnungstemperatur t = 46 C und Berechnungsdruck p = 6,2 MPa eingesetzt werdt::n soll ~d Erm:i ttlung ger zulässigen DrUcke und zulässigen Lastzyklenzahl für b. p = 6, 2 MPa bei t = 46 C und t = 3 C. Ausgangsgrößen: Nahtloses Stahlrohr nach TGL 92, VL =, da = 59 um mit ~2,5 3 Wanddickentoleranz, Korrosionszuschlag c2 = O, Toleranzzuschlag c =, 4 BR nach Tabelle, Un:: mdheit U =,2. Zulässige Spannungen und Elastizitätsmodul nach TGL 22 6/: [a] 3 N/mn 2 für Betriebszustand, [U] = 5 N/um 2 für kurzzeitige Abweichungen v Betriebszustand, [Cf] 263 N/um 2 für Prüfzustand, Et = 66 3 N/om 2 Rechnerisch erforderliche Wanddicke nach Fonnel (2): 6,2 MPa 59 um _ 3 7 SR = (2 J + 6,2) MPa - ' um Nennwa.nddicke nach Fonnel () s ~ 8R + c + c 2 =, 4 8R = 4,22 mn gewählt Rohr 59 om x 4,5 um. Nach:rechnu.ng auf Fo:nnabweichungen nicht erforderlich, da Fonnel (8) erfüllt ist: ('\ U' '"',2< J (2,5 - ) (~ +, ~) =,29 +,245 = O,u536 Es gilt v =.

8 Seite 8 TGL 22 6/2 Rechnerisch zulässige Drücke nach Formel (2): - im Betriebszustand ' [ J N 2 3,94. p = 3 Illil _ 3,94 =, MPa - bei kurzzeitiger Abweichung von Betriebszustand [P] = 5 ~ ~ 59 ~ f,94 = 7,62 MPa - im Prüfzustand [P] = 263!n2 ~ 5 9 ~ f,94 = 3,3 MPa Zulässige Lastzyklenzahl für!::.p = 6,2 MPa: Spannungsbeiwert nach Formel (5),5 r,55, =,2 +,6 =,8 K= 2 + +,455. C~, 5 ) 66.? 4 ') Spannungsänderung nach Formel (4), _,8. 6,2 MPa. 59 _ 226 N/ 2 '-' v - 2 3,94 - Illil Nach TGL 22 6/ folgtmit t =, ,25 3 = 42 c und 2 a F = 42 N/' 2 : 2A =!::.Ov IJ 226 N/Il 2 [ ], J6. 42 ~ [ 5 6 J 2 ' 5 N = _ O, = = 7 96,5 2. Dimensionierung der Wanddicke eines geschweißten Rohres DN 4 aus St J8 b-2, das bei Berechnungstemperatur t = 25 c und Berechnungsdruck p = 3,2 ~a e-2,ngesetzt werden soll und Ermittlung der zulässigen Lastzyklenzahl für!::.p = 3,2 MPa bei t = t = 25 C. Ausgangsgrößen:Schmelzgeschweißtes Stahlrohr nachtgl 27 63/, d = 426 mn, Toleranzzusc~ag c = Illil für s = 8 bis nm nach TGL 27 63/2, Korrosio~zuschlag c 2 = Unrundheit u =,4. Mindestausführungsklasse nach TGL AK IIA. Zulässige Spannung und Elastizitätsmodul nach TGL 22 6/: [o] = 3 N/Il 2 ; Et= 86 3 N/Il 2. Rechnerisch erforderliche Wanddicke nach Formel (2): s - 3,2 MPa. 426 Illil {5,95 mn f~ VL = R - (2. VL ,2) MPa 6,6 nm f;-:r VL =,9 7,4 Illil fur v =,8 Nennwanddicke nach Formel (): 6,6 +, = 7,6 nm für vl =,9 s ~8R + c + c2 = { 7,4+, = 8,4 nm für vl =,8 gewählt längsgeschweißtes Stahlrohr LB 426 nm x 8 nm (Rohrklasse B, AK II A, vl =,9) Nachrechnung auf Formabweichungen erforderlich, da Formel (8)?icht erfüllt ist: U' =,5 U =,6 3 U' =,6>4 (2,5 - ) C, 9 ~+,9 4 8 ) =,5.J <+o Verschwächungsbeiwert v nach Bild 6 oder Formel (7): X= 2,5; VL =,9; % = 52,25; 3 [~] =,68; vo =,84 Rechnerisch zulässiger Druck nach Formel (2): [ ]. [ 2 3 N/nm 2 7 llil 84 P =nun,9 (426-7) rrrn ;, = min [ 3,4 MPa; 3,27 MPa J = 3,27 MPa Zulässige Lastzyklenzahl für!::. p = 3, 2 MPa: Spannungsbeiwert nach Formel (5) 5. _ 48.,6 Spannungsänderung nach Formel (4) K = 2, ;; 5 ~---. 3,,...,.,., ( 4,..., ), f6. 3 Nach TGL 226/ folgt mit t = 25 c und 2~F = 34 N/mn 2 : m 2CJA = ~. [5 (~) 2 + ~ = 467 N/nm 2 [ ] [N] =? ,75. 25,,5 3 = 2,2 + 2,22 = 4,42;!::.av = 4,42. 3,2 MPa' 7 4~6 2 = 43 N/nm2 M r 2 2 l 2 5? L467-4 J = 7 24