锅炉课设锅炉与压力容器.doc

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1、夹套罐设计沈阳航空工业学院 课程设计用纸目录1设计说明12设计参数的选取22.1设计压力22.2设计温度22.3材料的选择及许用应力确定22.4焊缝系数22.5附加厚度33几何参数的确定43.1描述设备的总体结构43.2确定各封头参数43.3筒体高度43.4夹套高度53.5搅拌口法兰尺寸的确定53.6窥镜规格的确定63.7其他法兰接口尺寸的确定64罐体强度设计94.1罐体筒体内压强度设计94.2罐体封头内压强度设计94.3罐体筒体外压稳定性设计104.4罐体封头外压稳定性设计105夹套强度设计125.1夹套筒体内压强度设计125.2夹套封头内压强度设计126罐体与夹套连接处的剪切强度设计146

2、.1罐体质量计算146.2罐体内介质质量计算146.3罐体上法兰及其他附属件质量计算146.4总负荷计算156.5焊缝连接处环形面积计算156.6焊缝连接处剪切应力校核157开孔补强计算167.1搅拌器连接口补强计算167.2蒸汽入口补强计算168水压实验压力确定188.1罐体水压实验校核188.2罐体筒体在水压试验压力下强度校核188.3罐体封头在水压实验压力下的强度校核188.4夹套水压试验压力计算188.5夹套筒体在水压试验压力下强度校核198.6夹套封头在水压试验压力下强度校核198.7罐体筒体在水压试验外压力下稳定性校核198.8罐体封头在水压试验外压力下稳定性校核199支座的选取2

3、09.1容器总质量的计算209.2支座选取2010参考文献21_ 第 21 页1设计说明压力容器泛指承受介质压力的密闭容器。本次课程设计中的压力容器是高效酒精回收装置中的夹套罐。夹套罐由内外两个容器套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连接。在罐体和夹套之间形成一个50mm左右的间隔。工作原理：罐体盛装酒精溶液，罐体上部安装有搅拌装置，使酒精溶液在加热过程中得到均匀搅拌。在内置容器上设置有进料口、出料口、搅拌器口、压力表口、安全阀口、观察口等工艺接口。 在夹套上设置两个

4、蒸汽入口，夹套的下部设有一个冷凝水出口。蒸汽进入夹套后，对罐体内的酒精溶液进行加热，蒸汽冷凝成氺后从冷凝水出口流出。 设备的开孔情况：压力容器设备上共开有11个孔，连接有不同的接管。a孔位于内置容器上封头的中心，用于连接搅拌器；b、e孔为安全阀孔，同样位于内置容器上封头上； c、d同样位于内置容器上封头上， c孔用于设置温度表，d孔用于设置压力表；f孔和g孔位于夹套筒体上，是水蒸气的入口。h孔位于罐体上，用于设置视镜。i孔位于罐体筒体上，是进料口。j孔位于夹套封头上，为冷凝水出口。k孔位于罐体的下封头上，作为出料口。2设计参数的选取2.1设计压力定义：工作压力容器顶部在正常工作（开车，操作或停

5、车）过程中可能达到的最高表压力；设计压力设定的容器顶部允许达到的最高表压力，它与相应的设计温度一起作为容器的设计载荷条件。罐体工作压力为0.6MPa,夹套工作压力为0.7 MPa，根据化工容器及设备简明设计手册，容器上安装有安全阀，安全阀开启压力P01.05-1.10PW,设计压力PP0，顾取罐体设计压力为P=0.66MPa，夹套设计压力为0.77 MPa。2.2设计温度定义：设计温度容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，壳壁或元件金属可能达到最高或最低（指0者）温度。夹套罐为换热器，使用蒸汽加热，设计温度取蒸汽温度，查表得t介热=89.3，圆整后取设计温度为100。2.3材料的选择及许用应

6、力确定 选择钢号Q235A的钢板，钢板符合标准GB3274，钢板厚度为4.516 mm，在100时钢板许用应力113MPa。2.4焊缝系数根据化工容器及设备简明设计手册中焊接接头系数表，设备采用双面焊焊接，焊缝探伤形式采用大于20%局部无损检测，焊缝系数为0.85。2.5附加厚度夹套罐的内置容器圆筒壳：查表得负偏差C1=0.5mm。夹套圆筒壳：查表得负偏差C1=0.5mm。容器中介质为水蒸气，选取腐蚀裕度C2=1mm。在考虑材料机械强度的最小壁厚外，考虑材料的负偏差及介质的腐蚀性，加工减薄量及使用寿命等因素再增加的壁厚量以确保实际工程中的安全可靠。所以，罐和夹套的厚度附加量均采用3几何参数的确

7、定3.1描述设备的总体结构夹套罐由内外两个容器套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连接。在罐体和夹套之间形成一个50mm左右的间隔。在内置容器上设置有进料口、出料口、搅拌器口、压力表口、安全阀口、观察口等工艺接口。在夹套上设置两个蒸汽入口，夹套的下部设有一个冷凝水出口。蒸汽进入夹套后，对罐体内的酒精溶液进行加热，蒸汽冷凝成水后从冷凝水出口流出。3.2确定各封头参数 内置容器封头为标准椭球封头，公称直径为1200mm，查表得：曲面高度h1= 300mm，直边高度h2=4

8、0mm，内表面积Fi=1.71m2，容积V1内=0.272 m3。夹套封头为标准椭球封头，公称直径为1300mm，查表得：曲面高度h1= 325mm，直边高度h2=40mm，内表面积Fi=1.99m2，容积V1外=0.341 m3。 3.3筒体高度根据内置容器内直径1200mm，设计筒体高度h=2000mm，上下封头曲面高度h1=300mm，直边高度h2=40mm，容器总高度h总=2680mm。设备容积V=3.140.60.62.0+0.2722=2.80 m3。hh1h23.4夹套高度罐的充装系数为0.8，所以罐内体积为：筒体内酒精高度：所以夹套筒体高度：夹套封头选择标准椭球封头，封头具体尺

9、寸为：曲面高度，直边高度内表面积，容积。由于间隙50mm，所以夹套整体高度为。传热面积：。3.5搅拌口法兰尺寸的确定表3.1 搅拌口法兰参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH80894195160138320183.244M16563.6窥镜规格的确定视镜标准HGJ50186，视镜选用材料Q235A，用不锈钢制成，公称压力PN1.0，公称直径DN80，视镜标号PN1.0DN80HGJ5018614。表3.2 窥镜各参数DD1b1b2dH ShH1螺栓质量(kg)标准号数量直径碳素钢不锈钢20016526261084801428M1610.9HGJ50

10、2867HGJ50286173.7其他法兰接口尺寸的确定压力容器上的所有安全阀的总排量，必须大于或等于压力容器的安全泄放量。查得锅炉的安全泄排量为2660kg/h。 安全阀的排量为：因为有两个安全阀，所以当两个安全阀的总排量大于安全泄放量时，满足要求。 选A42-16C弹簧封闭全启式安全阀，法兰连接，密封面材料硬质合金，公称压力1.6MPa,阀体材料碳钢。则根据法兰标准HG501058，安全阀口b、e，型号：表3.3 安全阀口各参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH32383.513510078216181.404M1645温度表口c,尺寸确定为：表

11、3.4 温度表口各参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH10143906040212140.464M1234压力表不需要法兰，压力表口d的无缝钢管的外径取22mm。进料口和出料口的法兰公称通径为罐体内径的十分之一左右，根据法兰标准HG501058，进料口i，出料口k的法兰尺寸确定为：型号：表3.5 进，出料口各参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH1001084215180158322184.018M1656查得蒸汽入口f、g的法兰通径为150 mm，则根据法兰标准HG501058，法兰尺寸确定为：型号：表

12、3.6 蒸汽入口各参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH1501594.5280240212324236.128M2056查得冷凝水出口的公称通径为75mm,则根据法兰标准HG501058，冷凝水出口j的法兰尺寸确定为：型号：表3.7 冷凝水出口各参数公称直径管子法兰（mm）螺栓焊缝DhSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH80894195160138320183.244M16564罐体强度设计4.1罐体筒体内压强度设计筒体壁厚：设计壁厚： 查表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚故合适。4.2罐体封头内压强度设计封头壁厚：设计壁厚： 查

13、表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚故合适。4.3罐体筒体外压稳定性设计筒体计算长度：4.4罐体封头外压稳定性设计假设，则查得：K=0.95夹套强度设计5.1夹套筒体内压强度设计夹套的设计压力为0.77MPa，内径为1300mm，许用应力为113MPa，焊缝系数为0.85，形状系数夹套封头壁厚为：设计壁厚： 查表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚故该标准椭圆形封头的名义壁厚合适。5.2夹套封头内压强度设计夹套的设计压力为0.77MPa，内径为1300mm，许用应力为113MPa，焊缝系数为0.85。筒体壁厚：设计壁厚： 查表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚故合适

14、。6罐体与夹套连接处的剪切强度设计6.1罐体质量计算6.2罐体内介质质量计算罐体内承装酒精，但由于校验时用到水压实验，所以介质密度采用水的密度。6.3罐体上法兰及其他附属件质量计算其余各附属件质量主要是指接管的质量：查得无缝钢管的质量为：表6.1 其他附件参数名称接管外径/mm壁厚/mm理论质量(/m)法兰质量/kg搅拌器连接口8948.383.24安全阀3832.591.40安全阀3832.591.40温度表1430.8140.46压力表2231.41-蒸汽入口1594517.146.12蒸汽入口1594517.146.12窥镜口-10.9进料口108410264.01出料口10841026

15、4.01冷凝水出口8948.383.24罐体上的法兰质量:3.24+1.40+1.40+0.46+10.9+4.01+4.01=25.42kg接管的长度均取为100mm 接管的质量为：（8.38+2.59+2.59+0.814+1.41+10.26+10.26）=3.63kg6.4总负荷计算6.5焊缝连接处环形面积计算 6.6焊缝连接处剪切应力校核所以焊接处的应力校核满足要求。7开孔补强计算7.1搅拌器连接口补强计算因开孔而削弱的金属面积的计算：接管直径：削弱的金属面积A：强度削弱系数则筒体多余截面积接管多余截面积7.2蒸汽入口补强计算因开孔而削弱的金属截面积：接管直径：削弱的金属面积A：强度

16、削弱系数 接管计算壁厚：则筒体多余截面积接管多余截面积8水压实验压力确定8.1罐体水压实验校核8.2罐体筒体在水压试验压力下强度校核故合适。8.3罐体封头在水压实验压力下的强度校核故合适。8.4夹套水压试验压力计算8.5夹套筒体在水压试验压力下强度校核故合适。8.6夹套封头在水压试验压力下强度校核故合适。8.7罐体筒体在水压试验外压力下稳定性校核在做筒体外压水压实验时，筒内存在不小于Mpa的压力8.8罐体封头在水压试验外压力下稳定性校核在做筒体外压水压实验时，筒内存在不小于Mpa的压力。9支座的选取9.1容器总质量的计算罐体的总重量： 748.78kg罐体内的介质重量： 2800kg 法兰重量

17、： 接管质量：总负载： 9.2支座选取选用三脚支承式支座则每脚受力为选用标准为JB/T4724-92A2型支座。10参考文献1刘清方，吴孟娴锅炉压力容器安全M，北京：首都经济贸易出版社，20002 贺匡国化工容器及设备简明设计手册M，北京：化学工业出版社，20023 范钦珊压力容器的应力分析与强度设计M，北京：原子能出版社，19794 王非化工压力容器设计M，北京：化学工业出版社，20055 陈凤棉压力容器安全技术M，北京：化学工业出版社，20046 李建国压力容器设计的力学基础及其标准应用M，北京：机械工业出版社，20047 章燕谋.锅炉与压力容器用钢M，西安：西安交通大学出版社，19858 冯俊凯.锅炉原理及计算M，北京：科学出版社，19929 氨合成塔设计参考资料M，南京化工学院化机教研组编，1983