臥式飽和水蒸汽儲罐設(shè)計論文

1、湖山/fz*傳課程設(shè)計題目：臥式飽和水蒸汽儲罐設(shè)計教 學(xué)院：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè):安全工程2011（1）班學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2013年12月06日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第一章工作參數(shù)31.1設(shè)計題目3 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 1.2基本設(shè)計條件3 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 1.3設(shè)計要求3 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第

2、二章確定設(shè)計參數(shù)3 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.1設(shè)計壓力3 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 2.2設(shè)計溫度3 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 2.3焊縫系數(shù)3 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 2.4材料的選擇4 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 2.5腐蝕裕量4 HYPERLINK l bookmark74 o Current D

3、ocument 第三章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 3.1圓筒厚度的設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 3.2封頭設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 3.3接管和法蘭設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 3.4安全閥選型53.5人孔設(shè)計73.5.1人孔法蘭選型73.5.2人孔接管設(shè)計73.6鞍座設(shè)計73.6.1鞍座選型73.6.2鞍座的安裝位置9 HYPE

4、RLINK l bookmark136 o Current Document 第四章補強設(shè)計9 HYPERLINK l bookmark139 o Current Document 4.1補強判別94.2補強計算104.2.1接管計算壁厚104.2.2有效補強范圍104.3補強設(shè)計11 HYPERLINK l bookmark163 o Current Document 第五章強度校核135.1水壓試驗應(yīng)力校核13參考文獻14湖北理工學(xué)院課程設(shè)計鍋爐與壓力容器課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的和任務(wù)目的本設(shè)計是鍋爐與壓力容器課程教學(xué)的環(huán)節(jié)之一。要求綜合運用所學(xué)的有關(guān)專 業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)、工程知識，在設(shè)計中

5、學(xué)習(xí)、鞏固和提高工程設(shè)計理論與解決實際問題 的能力。任務(wù)進行壓力容器設(shè)計。即根據(jù)所給資料，設(shè)計出符合要求的壓力容器，并編寫設(shè)計 說明書，繪制圖形。二、設(shè)計內(nèi)容與要求設(shè)計計算說明書說明設(shè)計條件和設(shè)計要求；確定設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、焊接接頭系數(shù)，選擇材料， 確定鋼材腐蝕裕量；對筒體和封頭進行設(shè)計；確定接管的材料，在筒體上的布置方式 及與外接管的連接方式；人孔設(shè)計；進行支座選型設(shè)計；開孔補強設(shè)計；水壓試驗強 度校核；安全泄壓裝置和壓力表的選型設(shè)計；繪制設(shè)計圖。設(shè)計圖紙按國標(biāo)繪制設(shè)計總圖，在設(shè)計總圖上不能清楚表示的零部件需繪制零件圖。（圖 紙不少于3張，A3圖紙至少1張）三、設(shè)計資料題目：臥式飽和水蒸汽

6、儲罐設(shè)計結(jié)構(gòu)形式：臥式基本設(shè)計條件1）設(shè)計條件：工作壓力：3.2MPa；介質(zhì)：水蒸汽2）筒體的公稱容積：DN=1200mm，長度L=4500mm3）接管：進料管：273X6 （1個）出料管：108X5 （2個）排污管：38X3 （1個）安全閥接管：157X5 （1個）壓力表接管：G1/2人孔：5004）支撐方式：鞍座（2個）。四、時間安排序號內(nèi)容學(xué)時安 排1講解課程設(shè)計要求；收集課程設(shè)計所需 資料0.2周2確定設(shè)計參數(shù)，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計0.3周3局部結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度校核，繪制相關(guān)圖 形；0.5周4完善上述內(nèi)容，編寫設(shè)計說明書，提交 成果0.5周5總計1.5周第一章工作參數(shù)1.1設(shè)計題目：臥式飽和蒸汽

7、儲罐1.2基本設(shè)計條件1、工作壓力：3.2MPa2、介質(zhì)名稱：飽和水蒸氣3、筒體公稱容積：DN=1200mm, L=4500mm4、接管：進料管：273X6 （1個）出料管：108X5 （2個）排污管：38X3 （1個）安全閥接管：157X5 （1個）壓力表接管：G1/2人孔：5005、支撐方式：鞍座（2個）。1.3設(shè)計要求設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、焊接接頭系數(shù)、腐蝕裕量、選擇封頭、接管 方式及位 置、支座位置、接管補強、接管法蘭、鞍座放置位置、設(shè)計總圖等。第二章確定設(shè)計參數(shù)2.1設(shè)計壓力P設(shè)計壓力取工作壓力的1.1倍，即P T Tx3.2 = 352.2.2設(shè)計溫度T由飽和水蒸汽熱力性質(zhì)表可以查的

8、，在工作壓力為3.2 MPa時，水蒸汽的溫度在 233.89C和252.59C之間。因設(shè)計溫度應(yīng)不小于最高工作溫度，故可粗取設(shè)計溫度 為 300C。2.3焊縫系數(shù)粗定=0.9 （單面對接焊縫，100%探傷）2.4材料的選擇已知容器介質(zhì)為無毒無腐蝕性的水蒸汽，設(shè)計壓力為3.52 MPa，根據(jù) GB150-19981 表4-1，本儲罐可選用筒體材料為16MnR鋼（鋼材標(biāo)準為 GB6654-1996），板厚不大于30mm。2.5腐蝕裕量C2已知介質(zhì)水為蒸汽，可取腐蝕裕量 = 1第三章容器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1圓筒厚度的設(shè)計假設(shè)圓筒的厚度在1636mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：疲勞極限強

9、度錯誤!未找到引用源。，屈服極限強度錯誤!未找到引用源。，30C錯誤!未找到引用源。下的許用應(yīng)力為錯誤!未找到引用源。由中徑公式可得圓筒計算厚度：. pD3.52 x 12005 = i =mm = 17.77 mm2小卜p 2 x 0.9 x134 3.52查標(biāo)準HG20580-1998表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.8mm，且由2.5節(jié)得知了 腐蝕裕量錯誤!未找到引用源。則筒體的設(shè)計厚度5廣&七=17.77 +1T77mm名義厚度錯誤!未找到引用源。，圓整后取為錯誤!未找到引用源。六啟百序 5 =5 c c = 20 0.8 1 = 18.2mm有效厚度e n 123.2封頭設(shè)計查標(biāo)準JB

10、/T4746-20024中表1，得公稱直徑DN = D =1200mm本儲罐可選用標(biāo)準橢圓形封頭，長短軸比值為2, K=1，由公式可得封頭5=PD=計算厚度2bJ。 0.5 p2 x 134 x 0.9 0.5 x 3.52設(shè)計厚度：5d =5 +c2 =13.23 +1 =14.23mm3.52 x 1200i。公稱直徑DN = Di =1200mm=13.23mm名義厚度：5廣8杠1 + %=13.23 + 0.8 +1 T53mm圓整后取20mm。有效厚度.5 =5 一七一匕=20一0.8TT8.2mm ri /十 :e n 123.3接管和法蘭設(shè)計該飽和水蒸汽儲罐設(shè)置有進料管、出料管、

11、排污管、安全閥、壓力表、人孔。 由于儲罐的設(shè)計壓力為3.52MPa，設(shè)計溫度為300C，根據(jù)GB/T 9115.220005可 選用公稱壓力PN為4.0的凹凸面對焊鋼制管法蘭，且各法蘭參數(shù)可由表四查得。 根據(jù)工作參數(shù)要求，可以確定尺寸：進料管采用中273X6無縫鋼管，設(shè)計伸出長度300mm，法蘭標(biāo)記 DN300-PN2.5RF。出料管采用中108X5無縫鋼管，設(shè)計內(nèi)伸長度10mm，法蘭標(biāo)記DN100-PN2.5RF。排污管采用中38X3無縫鋼管，設(shè)計內(nèi)伸長度10mm，法蘭標(biāo)記DN30-PN2.5RF。安全閥接管采用中157X5無縫鋼管，設(shè)計伸出長度200mm，法蘭標(biāo)記 DN150-PN2.5R

12、F。壓力表接管采用G1/2壓力表，外徑為21mm，接管為圓柱管管螺紋接管，接管 與筒體內(nèi)部平齊，法蘭標(biāo)記 DN15-PN2.5RF。3.4安全閥選型.確定氣體的狀態(tài)條件：設(shè)Po一安全閥出口側(cè)壓力(絕壓)0.103MPa。根據(jù)G8150附錄B4.2.1，得Pd一安全閥泄放壓力為：Pd=1.1Ps+0.1 =1.1X 1.1Pc + 0.1=3.972MPa求出：Po/Pd=0.103/3.972=0.0259而2/(k+1)k/(k-1)=2/(1.3+1)1.3/(1.3-1)=0.546其中k為水蒸汽的絕熱指數(shù)，k=1.3由 Po/PdV(2/(k+1) k/(k-1)(屬于臨界狀態(tài))安全閥

13、排放面積：4GA =.=0 7.6 x10一2CKpM /(ZT)式中:C：氣體特性系數(shù),C=520 k (2/(k+1)(k+1)/(k-1)得出：C=347K：安全閥額定泄放系數(shù),可取K=0.675M：氣體摩爾質(zhì)量，水蒸汽摩爾質(zhì)量M=18.2Kg/kmolZ：氣體壓縮系數(shù)，水蒸汽Z=0.9216T：氣體絕對溫度，T=273+max=273+260=533k容器安全泄放量的計算:G = 2.83 x 10-3 p vd2kg / h式中:p ：為排放壓力下的氣體密度kg/m3.查得P=5.388Kg/m3.v :容器在工作壓力下的進口管的氣體流速m/s;根據(jù)HG/T20570.6-956中表

14、，2.0.1，可取 v=30m/sd :進氣管內(nèi)徑，d=157mm將上述p、v、d代入式(B1)得G =2.83X 10-3X5.388X30X 1572 =11275.47 kg/h安全閥排放面積的計算：將上述G、C、K、Pd、M、Z、T代入上式(B5)可計算出：氣=828-47mm2根據(jù)設(shè)備工況選用全啟式安全閥且流通直徑：T13%A0 = 3253mm根據(jù)安全閥公稱直徑與喉徑對照表。表1 安全閥公稱直徑與喉徑對照表微啟式安全閥喉徑mm1216202532406580全啟式安全閥喉徑mm2025325065100125安全閥公稱直徑mm15202532405080100150200所以選用公

15、稱直徑DN80的全啟式安全閥.5人孔設(shè)計5.1人孔法蘭選型由給定條件得到人孔的公稱直徑DN=500mm,根據(jù)HG/T 21517-2005 ：7, 查 表3-3,選用水平吊蓋平焊法蘭，法蘭標(biāo)記DN15-PN4. 0人孔RF。5. 2人孔接管設(shè)計 TOC o 1-5 h z 父 pd3.52x5040 = 一4= 7.51mm接管計算壁厚:設(shè)計壁厚:名義壁厚:有效厚度:2 頃-.2x134x0.9-3.528 = 5 +c = 7.51 +1 = 8.51mm d2V & +Ci += 7.51 + 0.6 +1 = 9.11mm ,圓整后取8 = 8 c c = 10 0.6 1 = e n

16、12接管與筒體內(nèi)部平齊。3. 6鞍座設(shè)計6.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用16MnR鋼。首先估算鞍座的負荷：儲罐總質(zhì)量” = m!+2m2+m3+m41、一筒體質(zhì)量”i：由DN二1200mm七=20秫秫的封頭和筒體按照公式mi=WLo5p其中：16MnR鋼的密度P =7.81xl03kg/m3L =, 2x( +h ) = 4500 2x(300+ 50) = 3800mm 010可以求得筒體質(zhì)量= TiDLp = 3.14x7.81x103 xl.2x3.80 x0.02 = 2236.54kg2、封頭的質(zhì)量”2：根據(jù)JB1154 - 738可得單個該型號標(biāo)準

17、封頭的質(zhì)量為285kg所以仞2 = 285 x 2 = 5703、水壓試驗水的質(zhì)量”3：封頭容積匕=。2833 (查表1154-73 )_ D 2 ”1.22 筒體容積筒 404V =兀x L = 3.14 xx 3.8 = 4.3m3所以總體積V = % + %=.283 +牝=4矣饑3 已知水的密度P水=1000 /m3 則 m3 = p 水V = 1000 x 4.583 = 4583kg4、附件質(zhì)量m 4附件總質(zhì)量可粗取m4 = 500屁綜上所述 m = mi + 2m 2 + m3 + m4 = 2236.54 + 570 + 4583 + 500 = 7889.54炫即鞍座承受的總

18、負荷為78.9kN，則每個鞍座承受的負荷為39.45kN。查JB4712.1-20079表1，優(yōu)先選擇輕型支座，帶墊板，120 C包角，焊制，四 塊筋板查9中表2,得出鞍座尺寸如表2。表2所選輕型鞍座尺寸表允許載荷kN1451鞍座高度h200底板l8802b170510腹板156螺栓間距2D720鞍座質(zhì)量kg51增加100mm高度增加的質(zhì)量kg7筋板l3200b140b 32005 36墊板b3204564e55弧長14103.6.2鞍座的安裝位置圖1雙鞍座臥式容器的載荷除了操作壓力外，還有筒體等的質(zhì)量載荷和支座反力，根 據(jù)筒體的剪力圖和彎矩圖分析，可以知道當(dāng)鞍座設(shè)置在在距離筒體兩邊1 /4處

19、時，筒 體受到的彎矩值最小，此時：A = 1L = - x 4500 = 1125mm44第四章補強設(shè)計4.1補強判別由于設(shè)計壓力P = 3-52MPa 2.5 MPa，故各接管均需要補強。接管均采用與筒體相同的16Mn-R鋼，附加厚度取 = 2mm。井料管 開孔直徑 d =4 1 + 2C = 273 + 4 = 277mm Di = 600mm所以需要補強，且可以用等面積補強法進行補強。同樣方法可得進料管、出料管、排污管、安全閥接管、壓力表接管、人孔接管的 開孔直徑分別為277mm、112mm、42mm、161mm、25mm、504mm，且都可以采用等面積 補強法進行補強。2補強計算2.1

20、接管計算壁厚5 _ pd 進料管：2口巾一3.52x277. 1=4.1mm2x134x0.9-3.52出料管:P d3.52x112= _2= l.oomm2 2切_2x134x0.9-3.52e _ pd排污管：*弗W73.52x422x134x0.9-3.52=0.62mm8 =安全閥接管；m 2好巾-g _ pd 壓力表接管：”2 口言3.52x1612x134x0.9 3.52=2.38mm3.52x252x134x0.9-3.52=0.37 mm2 pd3.52x504J.51mmO = f 6=人孔接管：由3. 5節(jié)已得出* 2由2x134x0.9-3.52其中壓力表和人孔接管名

21、義厚度均取10mmo2. 2有效補強范圍有效寬度：進料管.B = 2d = 2x277 = 554徹n出料管.B = 2d = 2 x (108 + 4) = 224mm排污管.B = 2d = 2 x (38 + 4) = 84mm安全閥接管. =2d = 2 x (157 + 4) = 322mm 壓力表接管：氣=2幺=2x(21+ 4) = 50所m 人孔接管.B = 2d = 2 x (500 + 4) = 1008mm外側(cè)有效高度：H = .；d 6 = J277 xlO = 52.7mm*1 ntlH = Jd 5= Jl 12x10 = 33.5mm2 ntlH = ,)d 5

22、= 42x10 = 20.49mm3 nt3 rH = Jd 8 = 161x10 = 40.2mm4 r4H = Jd 8 =V25xlO =15.81mmV 5 nt5H =5 = 504x10 = 71.0mm6 nt 6內(nèi)側(cè)有效高度:h1 = 0h = 10 mmh = 10mmh4 = 0h5 = 0h6 = 04.3補強設(shè)計由于接管材料和筒體相同，故取強度消弱系數(shù)fr = 1 進料管：開孔消弱金屬截面積：A = d 6 + 26 (6 - C)(1 - f ) = d 6 = 277 x 17.77 = 4922.29mm2 1nt1r 1A筒=(B -d )(6 -6)-2(6

23、-C)(6 -6)(1 - f )=(B-)(6 -6)匚(554-277)(18.2-17.77)筒體富裕金屬截面積：=119.11mm 2A = 2H (6 - 6 ) f + 2h (6 - C ) f 接管1 et1 t1 r 1 et112 r接管富裕金屬截面積；=2 H1(6 et1 -611)= 2 x52.7x(6 T.6 4.D = 3L62mm2焊縫金屬截面積：焊腳高度取10mm，此為單面焊，A焊縫=2 x 2 x 10 x10 = 100mm 2則富裕金屬總面積A=A筒體+ A接管+ A焊縫=119.11 + 31.62 + 100 = 250.73mm2由 A v Ae

24、，故需要補強，且補強面積A4 = A Ae= 4922.29 - 250.73 = 4671.56mm2 根據(jù)JB/T4736-200210補強圈標(biāo)準，取補強圈外徑D1 = 520mm。同樣方法，可計算出料管、排污管、安全閥、壓力表、人孔接管開孔的補強參數(shù)。出料管：A = d 6 + 26 (6 - C)(1 - f ) = d 6 = 112 x 17.77 = 1990.24mm2A筒體=(B-)(6 -6) = (224-112)(18.2-17.77) = 48.16mm2A= 2H (5 - 5 ) f + 2h (5 - C ) f接管2 et2 12 r 2 et 212 r=2

25、 x 52.7 x (6 -1.6 - 4.1) + 2 x 10 x (3.5 -1) = 173.28mm 2此為雙面焊，故A焊縫=2 x 10 x 10 = 200mm 2富裕金屬總面積Ae=A筒體+ %管+ A焊縫=4&16 +173.28 + 200 = 421-44mm2由 Ae V A，故需要補強，且補強面積A4=A 一 1990.24 - 421.44 = 1568.8皿2補強圈外徑取D2= 210mm排污管：A = d 5 + 25 (5 - C)(1 - f ) = d 5 = 42 x 17.77 = 746.34mm2 3nt 3r 3A筒體=(B3 -d3)(5 -5

26、) = 42x (18.2 -17.77) = 18.06mm2A= 2H (5 - 5 ) f + 2h (5 - C ) f接管3 et3 13 r 3 et 312 r=2 x 20.49 x (3 -1.22 - 0.62) + 2 x 10 x (3 -1.22 -1) = 63.14mm 2此為雙面焊，故A焊縫=2 x 10 x 10 = 200mm 2富裕金屬總面積 Ae=A筒體 + %管 + % =18.06 + 6&14 + 200 = 281-2mm2由 Ae V A，故需要補強，且補強面積 -1=746.34 - 281.2 = 465.14皿2 補強圈外徑取D3=130

27、mm安全閥接管；A = d45 + 28 (5 4 - C)(1 - f) = d45 = 161 x 17.77 = 2860.97mm2A筒體=(B4 -d4)(5 -5) = (322 -161)x (18.2-17.77) = 69.23mm2A接管=2H4(5 4-5 4) = 2x40.2x(5-1.5-2.38) = 90.05mm2采用單面焊，故富裕金屬總面積Ae由Ae V A，A= 2 x i x10 x 10 = 100mm 2=A筒體 + A接管 + A焊縫=69.23 + 90.05 + 200 = 259.28mm2焊縫 2故需要補強，且補強面積 A4 = A 1= 2860.97 259.28 = 2601.69”2 補強圈外徑取D4 = 310mm壓力表接管:A = d 5 + 25 (5 5 - C)(1 f) = d55 = 25 x 17.77 = 444.25mm2A筒體=(B5 d 5)(5 5) = (50 25) x (18.2 17.77) = 10.7