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1绪论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。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

2、，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。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设计参数的选取设计参数主要包括设计压力，设计温度，焊缝系数，材料的选用及许用压力，同时还包括厚度附加量的确定。2.1设计压力由于在本次设计的容器上装

3、有安全阀，通常设计压力为操作压力的1.05-1.10倍，在本次设计中采用1.1倍的操作压力，即罐内的设计压力为P=0.9*1.1=0.99 Mpa，夹套内设计压力为P=1.0*1.1=1.10 Mpa。1化工容器及设备简明设计手册第二版，P2482化工容器及设备简明设计手册第二版，P2493化工容器及设备简明设计手册第二版，P2522.2设计温度设计温度是指容器在正常工作中，在相应设计压力下，金属可能达到的最高或最低温度。根据设计要求，在1.10Mpa条件下，饱和水蒸气的温度为184.1，因此，圆整后设计温度取为200。4化工容器及设备简明设计手册第二版，P2612.3材料的选择及许用应力确定

4、容器的材料选用碳素钢Q-235-B，使用状态热轧，厚度4.5-16mm的条件下，其在200，许用应力为105MPa5化工容器及设备简明设计手册第二版，P252。在常温状态下，其许用应力为113MPa。屈服点s=235Mpa。2.4焊缝系数根据工艺要求，容器采用双面焊或相当于双面焊的全熔透对接焊，并采用大于20%的局部无损探伤。所以，焊缝系数选取为0.85。2.5 厚度附加量厚度附加量，主要包括两部分1.C1钢板负偏差（如表2.1所示）；C2腐蚀裕度，C1的选择主要与材料的厚度有关。表1.1 钢板厚度负偏差选择表钢板厚度/ mm3.2-3.53.8-44.5-5.56-78-25负偏差C1/ m

5、m0.250.30.50.60.8罐的园筒壳：查表得负偏差夹套园筒壳：查表得负偏差。腐蚀裕度取。此次设计中的罐和夹套的厚度附加量均采用3几何参数的确定夹套容器的几何参数的确定主要包括封头参数，罐体高度及体积，夹套高度以及传热面积，搅拌口法兰尺寸，视孔尺寸，其他法兰、接管尺寸的确定。3.1封头参数的确定罐体封头为标准椭球形封头，其曲面高度h1为内直径的四分之一。h1=Di/4=800/4=200mm,直边高度h2=40mm。其内表面积为0.792，容积为0.0871 m3 3.2罐体高度及体积罐体高度包括高度和封头高度，圆柱体高度一般为内直径的2倍，即： 式中 H1为圆柱体高度，mm；Di为罐体

6、的直径，mm；罐体的总高度为式中 h1为椭球封头曲面高度，mm；H1为圆柱体的高度，mm；根据以上两个公式得罐体高度为2.0m查相应手册 化工容器及设备简明设计手册第二版，P312得出圆柱体部分一米高的体积为0.636，则圆柱体部分体积，封头 化工容器及设备简明设计手册第二版，P316的体积为0.0871。罐体总体积为1.1918。3.3夹套高度一般来讲，夹套的焊缝高度比液面高度低10mm左右，酒精的填充系数为0.8，可求得酒精的最大体积为0.86634，则酒精在圆柱体内的液面高度为1.31m，所以，夹套的圆柱部分高度为1.30m。夹套总高度为圆柱部分高度、封头部分高度与间隙之和为1.615m

7、。因此，夹套封头选择标准椭球封头，封头尺寸为曲面高度，直边高度，其内表面积，封头体积。 化工容器及设备简明设计手册第二版，P3163.4传热面积传热面积是指夹套内的罐体表面积。可知，一米高直径为800mm的圆柱体表面积为2.51，封头的表面积为0.792。所以：传热面积：。3.5搅拌口法兰尺寸的确定搅拌器为直叶桨式，其桨叶直径一般为罐体直径的0.25-0.7倍，在本次设计中，选择桨叶直径为0.25倍的罐体直径因此，选取公称压力为1.0MPa下的法兰，其具体尺寸为公称通径，管子外径，法兰外径，法兰螺孔中心圆直径，螺孔直径螺孔数量，螺纹，法兰内径，法兰厚度，法兰理论重量为11.9kg 压力容器与化

8、工设备实用手册上册，P508。管子的长度为100mm，壁厚为3.5mm，质量为0.462kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P253.6视口尺寸的确定窥视口处无接管及法兰。选取公称直径为，公称压力为的视镜，质量为6.8，其尺寸标准如下：视镜的型号为视镜 化工容器及设备简明设计手册第二版，P713。3.7其他法兰、接口尺寸的确定（1）安全阀口法兰尺寸确定安全阀是一种安全保护用阀，它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规

9、定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。压力容器上的所有安全阀的总排量，必须大于等于压力容器的安全泄放量。可知该容器的安全泄放量为2660 kg/h。 （3.3）式中 A为安全阀的流通面积，mm2；G为安全阀排量，kg/h；p为安全阀入口蒸汽压力，MPa；K为安全阀入口处蒸汽比容系数，查表的K=1；根据公式2.3可求得安全阀的流通面积为926.28mm2,可知安全阀的流通直径34.35mm。因此，安全阀采用A44Y-16C型安全阀，安全阀法兰的尺寸选取如下：公称压力1.6MPa，公称通径，钢管外径，法兰外径，法兰内径，法兰厚度，法兰理论重量为20，螺纹，螺孔中心圆直径，螺孔直径，螺孔数量。管

10、子的长度为100mm，壁厚为3.5mm，质量为0.462kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P25（2）温度计口法兰尺寸确定温度计口选用的法兰尺寸如下：公称压力为,公称通径，管子外径，法兰外径，法兰内径，法兰厚度，螺孔中心圆直径，螺孔直径，法兰理论重量为0.61kg。管子的长度为100mm，壁厚为3mm，质量为0.082kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P25（3）压力表口接管压力表口不需要法兰，压力表口为焊接的无缝钢管。公称直径为25mm管子外径A=32mm，管子的长度为100mm，壁厚为3.5mm，质量为0.246kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P25（4）出料口及进料口

11、法兰尺寸确定根据出料口及进料口法兰公称直径为罐体内直径的十分之一左右，则选用的法兰尺寸如下：法兰的公称压力为，法兰公称通径，钢管外径，法兰外径，法兰内径，法兰厚度，螺孔直径，螺孔中心圆直径，法兰理论重量为3.59kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P508管子的长度为100mm，壁厚为4mm，质量为0.84kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P25（5）水蒸气的入口法兰尺寸的确定水蒸气的入口法兰尺寸如下：法兰公称压力为，公称通径，管子外径，法兰外径，法兰内径，法兰厚度，螺孔直径，螺孔中心圆直径，法兰理论重量为4.57kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P508管子的长度为100mm

12、，壁厚为4.5mm，质量为1.03kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P25（6）冷凝水出口法兰的尺寸确定冷凝水出口法兰尺寸如下：法兰公称压力，公称通径，管子外径，法兰外径，法兰内径，法兰厚度，螺孔直径，螺孔中心圆直径，法兰理论重量为4.57kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P508管子的长度为100mm，壁厚为4.5mm，质量为1.03kg。 压力容器与化工设备实用手册上册，P254罐体强度设计4.1罐体封头强度设计4.1.1按内压罐体封头壁厚设计封头壁厚：=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4.1.2 按外压罐体封头壁厚设计假设，则 查得：K=0.

13、94.2 罐体筒体壁厚设计4.2.1 按内压罐体筒体壁厚设计筒体壁厚：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4.2.2 按外压罐体筒体壁厚设计若筒体计算长度：符合要求，故筒体壁厚取5夹套强度设计5.1夹套封头壁厚设计夹套的设计压力为1.1MPa，内径为900mm，许用应力为105MPa，焊缝系数为0.85，夹套部分只承受内压。夹套壁厚可以由罐体内压计算过程同理求得。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夹套的标准椭圆形封头的名义壁厚合适5.2夹套筒体壁厚设计筒体壁厚：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

14、厚故夹套的筒体厚度合适6 罐体与夹套连接处的剪切应力校核6.1罐体质量计算质量包括罐体质量，管体内介质质量以及附件和法兰质量。罐体质量由筒体和封头质量构成。查得筒体质量为： 压力容器设计手册，P204封头质量为： 压力容器设计手册，P292则：6.2罐体内介质质量计算考虑到要进行水压试验，故其内介质按水的计算，即介质密度用水的密度6.3罐体上法兰及其它附属件质量计算此计算质量主要是由各个开口处的法兰质量之和和各个法兰的接管质量之和构成的，所以：6.4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强度计算所以焊接处的应力校核满足要求。7开孔补强计算按设计要求开11个孔，分别为搅拌

15、器连接口，安全阀口，温度表口，压力表口，安全阀口，蒸汽入口，蒸汽出口，窥镜口，进料口，冷凝水出口，出料口。7.1搅拌器连接口强计算因开孔而削弱的金属面积A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：因此该开口不需要补强。7.2窥镜口补强计算因开孔而削弱的金属截面积A的计算：接管直径：削弱的金属面积A：强度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7.3其他接口补强计算圆筒体上为加强单孔的最大允许直径d可按下面的经验公式计算：则其他接口不需要补强计算。8水压试验压力确定8.1罐体水压试验压力计算8.2罐体筒体在水压试验压力下强度校核则筒体的选用符合

16、要求。8.3罐体封头在水压试验压力下强度校核则封头的选用符合要求。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则夹套筒体的选用符合要求。8.6夹套封头在水压试验压力下强度校核则夹套封头的选用符合要求。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支座的选取罐体的总重量： 罐体内的介质重量： 夹套的重量：夹套内承重： 法兰重量：接管质量：总负载：则可以选用标准为JB/T4724-1992A型1号支座。 化工容器及设备简明设计手册第二版，P6

17、23支座本体允许载荷 Q/kN适用容器公称直径高度h底板筋板垫板地脚螺栓支座质量kged规格20800900100035013090845150110819084024M202803153508.2总 结通过本次课程设计，我对夹套罐的设计过程有了一定的了解，对强度设计，法兰选取以及水压试验等计算过程有了进一步的认识。在课程设计过程中，我的另一项收获是我能够比较熟练的操作AutoCAD，又掌握了一项计算机的技能。课程设计不仅加深了我们对课堂学习内容的理解，而且，让我能够用所学的知识来解决实际，给了我更多理论联系实际的机会。很高兴能有这样的课程设计。参考文献1 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.

18、北京：化学工业出版社.2002年4月 2 刘清方.锅炉压力容器安全.北京：首都经济贸易大学出版社. 20003 王非. 化工压力容器设计. 北京：化学工业出版社. 20054 陈凤棉. 压力容器安全技术. 北京：化学工业出版社. 20045 范钦珊. 压力容器的应力分析与强度设计. 原子能出版社. 1979 6 李建国. 压力容器设计的力学基础及其标准应用. 机械工业出版社. 2004 7 孟燕华. 压力容器安全知识问答. 中国劳动出版社. 19968 张康达. 压力容器手册. 劳动人事出版社. 1987 9 董大勤 袁凤隐. 压力容器设计手册. 化学工业出版社. 200510 董大勤 袁凤隐. 压力容器与化工设备实用手册. 化学工业出版社. 2000 第23页