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TRD 300 - Festigkeitsberechnung von Dampfkesseln
- Berechnung -
Technische Regeln für Dampfkessel (TRD)

Ausgabe April 1975
(ArbSch. 7-8/1975 S. 288; 4/1976 S. 134; 1-2/1978 S. 59; BArbBl. 5/1981 S. 68; 3/1982 S. 96; 5/1986 S. 50; 5/1991 S. 67; 3/1996 S. 95; 12/1998 S. 72.; 8/2001 S. 108aufgehoben)

1. Geltungsbereich

1.1. Die Berechnungsregeln der TRD der Reihe 300 gelten für Dampfkessel sowie für die gemäß DampfkV (jetzt BetrSichV) § 2 (4) zur Dampfkesselanlage zählenden Speisewasservorwärmer, absperrbaren Überhitzer, Zwischenüberhitzer, Dampfkühler sowie Dampf- und Heißwasserleitungen und deren Armaturen. Die nachstehenden Ausführungen bilden die gemeinsame Grundlage für die weiteren TRD der Reihe 300.

1.2. Die TRD der Reihe 300 gelten für überwiegend statische Beanspruchung der Bauteile, sofern in den jeweiligen TRD keine ergänzenden Angaben enthalten sind.

1.3. Die Berechnungsformeln der TRD-Reihe 300 gelten bei Gußeisen mit Lamellengraphit nur für Bauteile ohne Spannungskonzentrationen (Störstellen). Liegen solche Spannungskonzentrationen vor, müssen anstelle des Mittel-Spannungskonzeptes genauere Spannungsnachweise erstellt werden.

Die Berechnung von Armaturengehäusen nach TRD 110 erfolgt nach DIN 3840.

1.4. Die Reihen 700 und 800 der TRD (Dampfkessel der Gruppen I, II und III) weichen auch bezüglich der Berechnung und Auslegung der Wanddicke von drucktragenden Teilen in Einzelfällen von den TRD der Reihe 300 ab und schränken diese entsprechend ein.

2. Berechnungsgroßen und -einheiten

Einige in den TRD der Reihe 300 einheitlich verwendete Berechnungsgrößen und die dazugehörigen Symbole und Einheiten enthält Tafel 1. Die Bedeutung von Kopf- und Fußzeigern bei den Symbolen erläutert Tafel 2. Im übrigen wird auf die einzelnen TRD der Reihe 300 verwiesen.

3. Allgemeines

3.1. Die Anwendung der TRD der Reihe 300 setzt voraus, daß die TRD 001 sowie bei der Wahl der Werkstoffe und ihrer Verarbeitung die TRD der Reihen 100 und 200 und die allgemein anerkannten Regeln der Technik beachtet werden.

3.2. Ober das normale Maß hinausgehenden Beanspruchungen beim Betrieb der Dampfkessel ist durch Erfüllen besonderer Anforderungen Rechnung zu tragen (siehe auch TRD 001 Abschnitt 3).

3.3. Abweichungen von den TRD sind möglich, wenn auf andere Weise, z.B. durch Werkstoffprüfungen, Versuche, Spannungsanalysen o.ä., nachgewiesen wird, daß die sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt werden (siehe auch TRD 001 Abschnitt 3).

4. Erforderliche Wanddicken

Die erforderliche Wanddicke s wird für die verschiedenen Bauteile nach den jeweiligen TRD der Reihe 300 ermittelt; sie muß an jeder Stelle des Bauteils vorhanden sein.

5. Berechnung gegen vorwiegend ruhende Innen- bzw. Außendruckbeanspruchung

Auf die jeweiligen TRD der Reihe 300 wird verwiesen.

6. Berechnung auf Wechselbeanspruchung durch schwellenden Innendruck bzw. durch kombinierte Innendruck- und Temperaturänderungen

Auf die jeweiligen TRD der Reihe 300, insbesondere TRD 301 Abschnitt 6, wird verwiesen.

7. Berechnungsdruck

7.1. Bei Dampferzeugern gilt als Berechnungsdruck p der zulässige Betriebsüberdruck p₁. Hydrostatische Drucke mit mehr als 0,05 N/mm² sind in voller Höhe bei der Festsetzung des Berechnungsdruckes p zu berücksichtigen.

7.2. Bei Heißwassererzeugern gilt als Berechnungsdruck p der zulässige Gesamtüberdruck p₂.

7.3. Bei Durchlaufkesseln gilt abweichend von den Nummern 7.1 und 7.2 als Berechnungsdruck für die einzelnen Kesselteile der in ihnen beim zulässigen Betriebsüberdruck und der zulässigen Dampferzeugung bzw. beim zulässigen Gesamtüberdruck und der zulässigen Wärmeleistung zu erwartende höchste Betriebsüberdruck.

7.4. Bei Kesselteilen, die gleichzeitig unter innerem und unter äußerem Überdruck stehen, z.B. Heißdampfkühler in Kesseltrommeln, darf die Berechnung mit dem Berechnungsdruck nach Tafel 3 erfolgen, wenn sichergestellt ist, daß beide Drücke stets gleichzeitig auftreten. Bei der Bemessung der Kesselteile ist auf ihre Beanspruchung bei der Wasserdruckprüfung Rücksicht zu nehmen; siehe Nummer 9.5.

7.5. Für Heißdampfleitungen, die am Dampfkesselaustritt anschließen, gilt als Berechnungsdruck p der höchste Überdruck, der durch die Sicherheitseinrichtungen gegen Drucküberschreitung ausreichend abgesichert ist.

8. Berechnungstemperatur

8.1. Die Berechnungstemperatur setzt sich zusammen aus Bezugstemperatur und Temperaturzuschlag. Die Temperaturzuschläge sind als Mindestwerte anzusehen.

8.2. Bei Umlaufkesseln ergeben sich Bezugstemperaturen und Temperaturzuschläge aus Tafel 4. Abweichend von Tafel 4 gilt für speisewasserführende unbeheizte Kesselteile als Bezugstemperatur die betriebsmäßig zu erwartende höchste Temperatur des Speisewassers.

8.3. Bei Durchlaufkesseln gilt als Bezugstemperatur die bei den einzelnen Bauteilen betriebsmäßig zu erwartende höchste Temperatur des durchlaufenden Mediums. Die Temperaturzuschläge nach Tafel 4 bleiben unverändert.

8.4. Bei Heißwassererzeugern mit thermostatisch zuverlässig begrenzter Vorlauftemperatur ^l gilt abweichend von Tafel 4 für unbeheizte Bauteile die Vorlauftemperatur als Bezugstemperatur.

8.5. Bei unbeheizten heißdampfführenden Bauteilen kann der Temperaturzuschlag von 15 °C nach Tafel 4 auf 5 °C (Meßtoleranz) vermindert werden, wenn sichergestellt ist, daß die bei der Auslegung vorgesehene Heißdampftemperatur nicht überschritten werden kann. Dies kann erreicht werden durch

1. Temperaturregelung vor diesen Bauteilen,
2. Anordnung von Kühl- oder Mischstellen (z.B. durch längsdurchströmte Sammler) vor diesen Bauteilen oder
3. schaltungstechnische Maßnahmen bei der Heizflächenanordnung oder dergleichen.

8.6. Bei einer Kesseltrommel kann die Wandung nach Tafel 4 als "gegen Strahlung abgedeckt" angesehen werden, wenn sie mit dicht an dicht (lichter Abstand höchstens 3 mm) angeordneten Rohren abgeschirmt ist und wenn nennenswerte Rauchgasströmung zwischen den abschirmenden Rohren und der Trommel nicht stattfinden kann.

9. Zulässige Spannung

9.1. Für die Bemessung aufgrund vorwiegend ruhender Beanspruchung ist die zulässige Spannung σ_zul maßgebend. Sie ergibt sich nach Gleichung (1) zu

σ_zul = K/S ( 1)

wobei der sich ergebende kleinste Wert aus dem Verhältnis der Festigkeitskennwerte K zu den Sicherheitsbeiwerten S nach den Tafeln 5 und 6 ausschlaggebend ist.

9.2. In begründeten Fällen können anstelle von_B/200000/ϑ auch Zeitstandfestigkeitskennwerte für weniger als 200.000 h, mindestens jedoch für 100.000 h (_B/100.000/ϑ), mit S = 1,0 in Gleichung (1) eingesetzt werden. Dies ist z.B. der Fall, wenn eine Anlage oder ein Anlageteil für weniger Betriebsstunden ausgelegt werden soll oder beim späteren Einbau von Ersatzteilen.

9.3. Bei Anwendung der Nummer 9.2 werden Zwischenwerte der Zeitstandfestigkeit durch lineares Interpolieren im doppeltlogarithmischen System ermittelt.

9.4. Bei austenitischen Stählen mit einem Verhältnis_0,2/_B< 0,5 bei 20 °C kann anstelle von_0,2/ϑ mit₁/ϑ gerechnet werden.

9.5. Beim Prüfüberdruck p' beträgt die zulässige Spannung

σ'_zul = K'/S' (2)

wobei Festigkeitskennwert K' und Sicherheitsbeiwert S' Tafel 7 zu entnehmen sind.

10. Zuschläge zur Wanddicke

10.1. Berücksichtigung von zulässigen Wanddickenunterschreitungen

10.1.1. Zu den errechneten Wanddicken s₀und dgl. ist ein Zuschlag c₁zur Berücksichtigung der nach den einschlägigen Normen ² zulässigen Wanddickenunterschreitungen zu machen.

10.1.2. Soweit die jeweiligen TRD der Reihe 300 abweichende Angaben enthalten, sind diese maßgebend.

10.2. Berücksichtigung von Korrosion und Abnutzung

10.2.1. Bei ferritischen Stählen beträgt der Abnutzungszuschlag c₂= 1 mm. Er entfällt, wenn die ausgeführte Wanddicke s_e> 30 mm ist. Er entfällt außerdem, wenn die Wandungen ausreichend geschützt sind.

Bei Wasserrohrkesseln mit einer Speisewasseraufbereitung nach TRD 611 oder TRD 612 kann auf den Abnutzungszuschlag c₂ verzichtet werden.

10.2.2. Zwischen Hersteller und Betreiber ist abweichend von Nummer 10.2.1 ein höherer Zuschlag c₂zu vereinbaren, wenn mit stärkeren mechanischen Abnutzungen oder chemischen Angriffen gerechnet werden muß. Die Höhe des Zuschlages c₂ist in diesen Fällen in der Zeichnung zu vermerken.

10.2.3. Bei austenitischen Stählen und bei Nichteisenmetallen ist der Abnutzungszuschlag c₂zwischen Hersteller und Betreiber zu vereinbaren. Die Höhe des Zuschlages c₂ist in diesen Fällen in der Zeichnung zu vermerken. Andernfalls wird c₂= 0 zugrunde gelegt.

10.2.4. Soweit die jeweiligen TRD der Reihe 300 abweichende Angaben enthalten, sind diese maßgebend.

11. Kleinste zulässige Wanddicke/ Höchstwanddicke

Auf die jeweiligen TRD der Reihe 300 wird verwiesen.

12. Schrifttum

Angaben sind in den jeweiligen TRD der Reihe

_________________________
1) Als zuverlässig gelten bauteilgeprüfte Sicherheitstemperaturbegrenzer.

2) Z.B. DIN 1543 für Kesselbleche und die Maßnormen von DIN 17175 für nahtlose Rohre aus warmfesten Stählen. 300 enthalten.

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