鍋爐與壓力容器課程設(shè)計正文

1、摘要壓力容器是各種承受氣、液介質(zhì)壓力密閉容器的通稱。隨著社會的進步，壓力容器不僅承受介質(zhì)壓力，還常常承受介質(zhì)不同溫度及腐蝕的作用，在日常生活中壓力容器在各方面中得到了廣泛的應(yīng)用。但是壓力容器在使用中易于發(fā)生各種事故，其中壓力容器的爆炸事故常造成災(zāi)難性的后果。本次課程設(shè)計中的壓力容器是高效酒精回收裝置中的夾套罐。夾套罐由內(nèi)外兩個容器套在一起構(gòu)成，內(nèi)置容器是由豎直圓筒和上下兩個橢球封頭組成的罐體；在罐體的外面有一個比罐體稍大的夾套容器，夾套下部是一個橢球封頭，上部在適當(dāng)高度采用圓弧過渡結(jié)構(gòu)與罐體連接。通過計算確定夾套罐的結(jié)構(gòu)尺寸以及選擇，并進行開口補強和水壓試驗，校核容器的強度，檢驗所選材料是否符

2、合要求，以達到設(shè)計的目的。最后通過用CAD制圖，畫出壓力容器和法蘭的總體結(jié)構(gòu)，使設(shè)計的圖樣一目了然。關(guān)鍵詞：夾套罐；壓力容器；橢球封頭；強度；結(jié)構(gòu)尺寸1設(shè)計說明本次課程設(shè)計中的壓力容器是高效酒精回收裝置中的夾套罐。夾套罐就是在普通罐子四周和底部通過焊接包上一層,其間必須是空的,用以通蒸汽或冷卻水，達到給罐子加溫或冷卻的目的.夾套罐工作原理：罐體盛裝酒精溶液，罐體上部安裝有攪拌裝置，使酒精溶液在加熱過程中得到均勻攪拌。在內(nèi)置容器上設(shè)置有進料口、出料口、攪拌器口、壓力表口、安全閥口、觀察口等工藝接口。在夾套上設(shè)置兩個蒸汽入口，夾套的下部設(shè)有一個冷凝水出口。蒸汽進入夾套后，對罐體內(nèi)的酒精溶液進行加熱

3、，蒸汽冷凝成水后從冷凝水出口流出。夾套罐開孔狀況：壓力容器設(shè)備上共開有11個孔，連接有不同的接管。a孔位于內(nèi)置容器上封頭的中心，用于連接攪拌器；b、e孔為安全閥孔，同樣位于內(nèi)置容器上封頭上； c、d同樣位于內(nèi)置容器上封頭上， c孔用于設(shè)置溫度表，d孔用于設(shè)置壓力表；f孔和g孔位于夾套筒體上，是水蒸氣的入口。h孔位于罐體上，用于設(shè)置視鏡。i孔位于罐體筒體上，是進料口。J孔位于夾套封頭上，為冷凝水出口。K孔位于罐體的下封頭上，作為出料口。表1.1 主要工藝參數(shù)位置項目參數(shù)罐 內(nèi)夾 套 內(nèi)介質(zhì)酒精水溶液水蒸汽操作壓力(Mpa) 0.40.5操作溫度()100飽和蒸汽溫度公稱直徑（mm）9001000

4、容 積(m3)1.1440.151傳熱面積(m2 )5.97使用年限152設(shè)計參數(shù)選取2.1 設(shè)計壓力設(shè)計壓力：當(dāng)中低壓容器上裝有安全閥時，設(shè)計壓力不小于工作壓力的（1.05-1.1）倍，求得容器和夾套的設(shè)計壓力分別為：罐內(nèi)的設(shè)計壓力:夾套內(nèi)的設(shè)計壓力：2.2 設(shè)計溫度設(shè)計溫度是指容器在正常工作中，在相應(yīng)設(shè)計壓力下，金屬可能達到的最高或最低溫度。根據(jù)設(shè)計條件已知：罐內(nèi)的工作溫度為100，夾套內(nèi)水蒸氣的溫度等于，查表得。圓整后得。2.3 材料的選擇及許用應(yīng)力確定選擇Q235B號鋼，該號鋼材厚度為4.516mm，鋼材標(biāo)準為GB3274，此號鋼板在100時的許用應(yīng)力，在200時許用應(yīng)力為2.4 焊縫

5、系數(shù)的確定本次課程設(shè)計的夾套罐選擇100%全部無損檢測,雙面焊。焊接接頭系數(shù)為1.0。2.5厚度附加量確定罐的圓筒殼：查表得負偏差夾套圓筒殼：查表得負偏差。腐蝕裕度取。在考慮材料機械強度的最小壁厚外，考慮材料的負偏差及介質(zhì)的腐蝕性，加工減薄量及使用壽命等因素再增加的壁厚量以確保實際工程中的安全可靠。所以，罐和夾套的厚度附加量均采用3幾何參數(shù)確定3.1設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)該設(shè)備由罐體和夾套兩部分組成，底部采用支撐式支座。由內(nèi)外兩個容器套在一起構(gòu)成，內(nèi)置容器是由豎直圓筒和上下兩個橢球封頭組成的罐體；在罐體的外面有一個比罐體稍大的夾套容器，夾套下部是一個橢球封頭，上部在適當(dāng)高度采用圓弧過渡結(jié)構(gòu)與罐體連接。

6、在罐體和夾套之間形成一個50mm左右的間隔。3.2罐體封頭各參數(shù)罐體上有一法蘭，采用標(biāo)準橢球封頭。已知罐內(nèi)徑，經(jīng)查表得，曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積。3.3罐體的高度及容積根據(jù)罐的內(nèi)徑取筒體高度，求得筒體的體積=3.141.144。 罐體的總體積=1.144+21.386。設(shè)計的罐體高度與罐體公稱直徑的長度之比為2。罐體的高度等于筒體的高度加上兩個封頭的高度，封頭的高度等于曲面高度加上直邊高度。所以罐體高度的計算公式如下： （3.1）式中：-罐體的公稱直徑；-罐體封頭的曲面高度；-罐體封頭的直邊高度。=23303.4夾套的高度計算首先確定罐體內(nèi)成裝的酒精溶液的高度，根據(jù)酒精溶液的高度來確

7、定夾套的高度。通常夾套的高度都要比筒體內(nèi)液體的高度略低（1020），本次課設(shè)中取其高度20。罐的充裝系數(shù)為0.8，所以罐內(nèi)體積為：筒體內(nèi)酒精高度：所以夾套筒體高度：夾套封頭選擇標(biāo)準橢球封頭，封頭具體尺寸為：曲面高度，直邊高度內(nèi)表面積，容積由于間隙50mm，所以夾套整體高度為傳熱面積計算：3.5 攪拌口法蘭尺寸確定根據(jù)夾套罐罐體公稱直徑選擇相應(yīng)的攪拌器及相關(guān)數(shù)據(jù)，攪拌器的型式選槳式直葉。因為攪拌口開口要比結(jié)構(gòu)參數(shù)大10，所以攪拌口開口為370。因為，為了保證安全，故，根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，攪拌口法蘭尺寸確定為：法蘭的管子外徑A為89，法蘭厚度20mm,法蘭內(nèi)徑B為91，公稱直徑為80

8、 mm,法蘭理論質(zhì)量為3.24。3.6窺鏡規(guī)格的確定選取公稱直徑，公稱壓力的視鏡。根據(jù)標(biāo)準HGJ50286，可列出表3.1：表3.1 窺鏡規(guī)格DD1b1b2dH ShH1螺栓質(zhì)量(kg)標(biāo)準號數(shù)量直徑碳素鋼不銹鋼20016526261084801428M1610.9HGJ502867HGJ50286173.7其他法蘭接口尺寸的確定1溫度表尺寸確定根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，溫度表口法蘭的公稱直徑是10，法蘭理論重量是0.55。接管的管子外徑是14，接管壁厚3，接管理論質(zhì)量為0.814/m,接管長度為100，所以接管質(zhì)量為0.0814。2壓力表尺寸確定根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，壓力

9、表口螺母規(guī)格M14×1.5，管子外徑為25mm，管長為100，接管壁厚4，接管理論質(zhì)量為2.07/m.法蘭的外徑為90mm，厚度為16mm，理論質(zhì)量為0.87kg/m。安全閥尺寸確定3進、出料口尺寸確定根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，進料口和出料口的開孔直徑大概為罐內(nèi)公稱直徑的1/10左右，所以取進、出料口的開孔直徑為100，選管子的外徑為108，接管壁厚4，接管理論質(zhì)量為10.26/m，接管長度為100，所以接管的總質(zhì)量為1.026。進料口法蘭外徑A為220，法蘭內(nèi)徑B為110，螺栓孔中心圓直徑K為180，螺栓孔直徑L為18，螺栓數(shù)量n為8，螺栓為M16，密封面尺寸d為155，密

10、封面尺寸f為3，法蘭厚度C為22，法蘭理論重量4.01。型號：。4蒸汽入口尺寸確定根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，蒸汽入口公稱通徑是150mm，選接管的外徑是159，厚度是6 mm，法蘭內(nèi)徑B為161mm, 法蘭外徑D為285mm, 螺栓孔中心圓直徑K為240，螺栓孔直徑L為23，螺栓數(shù)量n為8，螺栓為M20，密封面尺寸d為210，密封面尺寸f為3，法蘭厚度C為24，法蘭理論重量6.67。型號：。冷凝水出口尺寸確定根據(jù)法蘭標(biāo)準JBT81-1994，冷凝水出口的公稱通徑為80mm,可以確定冷凝水出口開孔直徑是100mm，選接管的外徑是89mm，厚度是4mm，接管理論質(zhì)量為8.38/m，長度L=

11、100mm,所以接管總質(zhì)量為0.838kg。法蘭內(nèi)徑B為mm, 法蘭外徑D為200mm, 螺栓孔中心圓直徑K為160，螺栓孔直徑L為18，螺栓數(shù)量n為4，螺栓為M16，密封面尺寸d為135，密封面尺寸f為3，法蘭厚度C為2，法蘭理論重量3.24。型號：。安全閥口尺寸確定本容器采用A28H-16型微啟式安全閥，根據(jù)罐體設(shè)計壓強和傳熱面積可查出該容器的蒸汽耗量是。根據(jù)公式其中 A-接管口橫截面積；選接管的外徑是38mm，厚度是6mm，接管理論質(zhì)量為4.74/m，L=100mm.法蘭內(nèi)徑B為mm, 法蘭外徑D為140mm, 螺栓孔中心圓直徑K為100，螺栓孔直徑L為18，螺栓數(shù)量n為4，螺栓為M16

12、，密封面尺寸d為78，密封面尺寸f為，法蘭厚度C為1，法蘭理論重量1.。型號：。可以查到安全閥=40mm,=60mm,=230mm,=5.0Kg。4 罐體強度設(shè)計4.1罐體筒體內(nèi)壓強度設(shè)計按內(nèi)壓罐體封頭壁厚設(shè)計封頭壁厚：設(shè)計壁厚： C-腐蝕裕度（C=1）查表得負偏差名義壁厚：圓整后，名義壁厚為有效壁厚<故合適4.1.2 按外壓罐體封頭壁厚設(shè)計假設(shè)，則查得：K=0.94.2 罐體筒體壁厚設(shè)計4.2.1 按內(nèi)壓罐體筒體壁厚設(shè)計筒體壁厚：設(shè)計壁厚： 查表得負偏差名義壁厚：圓整后，名義壁厚為有效壁厚<故合適4.2.2 按外壓罐體筒體壁厚設(shè)計筒體計算長度：5 夾套強度設(shè)計5.1夾套封頭壁厚設(shè)

13、計夾套的設(shè)計壓力為MPa，內(nèi)徑為1000mm，許用應(yīng)力為105MPa，焊縫系數(shù)為，形狀系數(shù)夾套封頭壁厚為：設(shè)計壁厚： 查表得負偏差名義壁厚：圓整后，名義壁厚為有效壁厚<故該標(biāo)準橢圓形封頭的名義壁厚合適5.2夾套筒體壁厚設(shè)計夾套的設(shè)計壓力為1.32MPa，內(nèi)徑為1000mm，許用應(yīng)力為105MPa，焊縫系數(shù)為。筒體壁厚：設(shè)計壁厚： 查表得負偏差名義壁厚：圓整后，名義壁厚為有效壁厚<故合適6 罐體與夾套連接處的剪切應(yīng)力校核6.1罐體質(zhì)量計算罐體質(zhì)量是筒體的質(zhì)量和2個封頭的質(zhì)量的和6.2罐體內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量計算設(shè)計的容器內(nèi)實際是酒精溶液，但在校核時假設(shè)在其中都裝滿水，其密度是.在上面的計算可知

14、罐體體積是，故罐體內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量是=kg。6.3罐體上法蘭及其它附屬件質(zhì)量計算由以上數(shù)據(jù)可得： 表6.1 罐體上法蘭及其它附屬件質(zhì)量名稱接管外徑/mm壁厚/mm理論質(zhì)量(/m)法蘭質(zhì)量/kg攪拌器連接口8948.383.24安全閥3864.741.4溫度表1430.8140.55壓力表2542.070.87蒸汽入口159617.146.67窺鏡口165410.910.9進料口108410.264.01出料口108410.264.01冷凝水出口8946.383.24罐體上的法蘭質(zhì)量：3.24+1.40+=kg接管的長度均取為100mm 接管的質(zhì)量為：（）=kg6.4總負荷計算其中，G表示總負荷 M表

15、示總的質(zhì)量 g=9.8N/kg.6.5焊縫連接處環(huán)形面積計算焊縫的高度h的計算如下： 其中， 表示夾套筒體厚度，所以，h=1.5=mm焊縫的長度的計算如下：其中， 表示罐體筒體厚度表示罐體的公稱直徑所以，d=3.14(+)=焊縫面積S=hd=6.6焊縫連接處剪切應(yīng)力強度校核所以焊接處的應(yīng)力校核滿足要求7 開孔補強設(shè)計7.1攪拌器連接口補強面積計算因開孔而削弱的金屬面積的計算：接管直徑：削弱的金屬面積A：強度削弱系數(shù)罐體內(nèi)徑，設(shè)計壓力為,操作溫度為，因開孔而削弱的金屬面積（1）接管計算壁厚：筒體多余截面積接管多余截面積7.2蒸汽入口補強計算因開孔而削弱的金屬截面積：接管直徑：削弱的金屬面積A：強

16、度削弱系數(shù)接管計算壁厚：則筒體多余截面積接管多余截面積7.3其他接口補強計算圓筒體上為加強單孔的最大允許直徑d可按下面的經(jīng)驗公式計算：8 水壓試驗壓力確定8.1罐體水壓實驗校核8.1.1罐體筒體水壓實驗壓力確定壓力試驗的試驗壓力公式為： （8.1）容器的試驗壓力，；容器的設(shè)計壓力，；試驗溫度下材料的許用應(yīng)力，；設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，；試驗壓力系數(shù)。應(yīng)力校核公式 (8.2)容器的試驗壓力，；內(nèi)徑，；設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，；焊接接頭系數(shù)；名義壁厚，。罐體筒體在水壓試驗壓力下應(yīng)力校核：即，所以罐體筒體在水壓試驗壓力下強度校核合格。8.1.2罐體封頭在水壓試驗壓力下強度校核所以罐體封頭在水壓試

17、驗壓力下強度校核合格。8.1.3罐體筒體在水壓試驗外壓力下穩(wěn)定性校核在做筒體外壓水壓實驗時，筒內(nèi)存在不小于Mpa的壓力。8.1.4罐體封頭在水壓試驗外壓力下穩(wěn)定性校核,所以在進行夾套封頭水壓試驗時，應(yīng)在罐體內(nèi)加0.08Mpa的壓力，以防罐體在進行試驗時，發(fā)生形變。8.2夾套水壓實驗校核8.2.1夾套水壓試驗壓力計算8.2.2夾套筒體在水壓試驗壓力下強度校核夾套筒體在水壓實驗下的應(yīng)力校核公式為： (8.3)容器的試驗壓力，；內(nèi)徑，；設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，；焊接接頭系數(shù)；名義壁厚，。其中，由公式計算可得所以夾套筒體在水壓試驗壓力下強度校核合格。8.2.3夾套封頭在水壓試驗壓力下強度校核所以夾套

18、封頭在水壓試驗壓力下強度校核合格。9 支座的選取9.1容器總質(zhì)量的計算夾套罐支座的選取是根據(jù)夾套罐支座以上部分的總質(zhì)量來確定的。 (1)罐體總重量為17137.55N。(2)夾套的總質(zhì)量:通過查表可知，夾套筒體單位質(zhì)量是，夾套筒體高度h=1.85m,故夾套筒體的總重量為4677.54N,夾套封頭的總重量為695.31N，故夾套的總重量為5372.85N。支座上面的總質(zhì)量：罐體總重量+ 夾套總重量=17137.55N+5372.85N=22510.4N9.2支座選取選用A型2號支座，每根支腿允許載荷Q020KN，根據(jù)總負荷可有3根，高度h=420mm,底板：，筋板：，墊板：地腳螺栓：，規(guī)格，參考文獻1 賀匡國. 化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊 M . 化學(xué)工業(yè)出版社, 20022 劉清方. 鍋爐壓力容器安全 M. 首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)出版社