鍋爐與壓力容器課程設(shè)計(jì)--夾套罐設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)說明1</b></p><p>　　2.設(shè)計(jì)參數(shù)選擇2</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)壓力2</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)溫度2</p><p>　　2.3 焊縫系數(shù)的確定2&

2、lt;/p><p>　　2.4 材料的選擇及許用應(yīng)力確定2</p><p>　　2.5厚度附加量確定3</p><p>　　3.幾何參數(shù)設(shè)定4</p><p>　　3.1罐體封頭參數(shù)4</p><p>　　3.2筒體高度及體積4</p><p><b>　　3.3夾套高度5&

3、lt;/b></p><p>　　3.4傳熱面積計(jì)算5</p><p>　　3.5攪拌口法蘭尺寸確定5</p><p>　　3.6 視孔尺寸確定6</p><p>　　3.7 其他法蘭、接管尺寸確定7</p><p>　　4.罐體強(qiáng)度設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1罐

4、體封頭壁厚設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.2 罐體筒體壁厚設(shè)計(jì)11</p><p>　　5.夾套強(qiáng)度設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1夾套封頭壁厚設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.2夾套筒體壁厚設(shè)計(jì)13</p><p>　　6.罐體與夾套連接處的剪切應(yīng)力校核15</p><p&g

5、t;　　6.1罐體質(zhì)量計(jì)算15</p><p>　　6.2罐體內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量計(jì)算15</p><p>　　6.3罐體上法蘭及其它附屬件質(zhì)量計(jì)算15</p><p>　　6.4總負(fù)荷計(jì)算16</p><p>　　6.5焊縫連接處環(huán)形面積計(jì)算16</p><p>　　6.6焊縫連接處剪切應(yīng)力強(qiáng)度校核16</p

6、><p>　　7.開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　7.1攪拌器連接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算17</p><p>　　7.2蒸汽入口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算18</p><p>　　7.3其他接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算19</p><p>　　8.水壓試驗(yàn)壓力確定20</p><p>　　8.1罐體水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算20&l

7、t;/p><p>　　8.2罐體筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核20</p><p>　　8.3罐體封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核20</p><p>　　8.4夾套水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算20</p><p>　　8.5夾套筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核20</p><p>　　8.6夾套封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核21<

8、;/p><p>　　8.7罐體筒體在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核21</p><p>　　8.8罐體封頭在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核21</p><p>　　9.支座的選取22</p><p>　　9.1 總負(fù)荷計(jì)算22</p><p>　　9.2 支座選取22</p><p><b

9、>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明</b></p><p>　　壓力容器泛指承受介質(zhì)壓力的密閉容器。本次課程設(shè)計(jì)中的壓力容器是高效酒精回收裝置中的夾套罐。其結(jié)構(gòu)是立式罐體外焊接一個(gè)夾套。夾套罐由內(nèi)外兩個(gè)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(gè)橢球封頭組成的罐體；夾套下部是一個(gè)橢球封頭，上部在適當(dāng)高度采用圓弧過渡

10、結(jié)構(gòu)與罐體連接。在罐體和夾套之間形成一個(gè)50mm左右的間隔。</p><p>　　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(jìn)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(gè)蒸汽入口，夾套的下部設(shè)有一個(gè)冷凝水出口。蒸汽進(jìn)入夾套后，對(duì)罐體內(nèi)的酒精溶液進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝成氺后從冷凝水出口流出。 設(shè)備的開孔情

11、況：壓力容器設(shè)備上共開有11個(gè)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(jìn)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。</p><p><

12、;b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)選擇</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)壓力</b></p><p><b>　　根據(jù)公式 ：</b></p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　當(dāng)中低壓容器上裝有安全閥時(shí)，設(shè)計(jì)壓力不小于工作壓力的（1

13、.05-1.1）倍，求得容器和夾套的設(shè)計(jì)壓力分別為：</p><p>　　1.容器的設(shè)計(jì)壓力:</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　2.夾套的設(shè)計(jì)壓力：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　2.

14、2 設(shè)計(jì)溫度</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)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</p><p><b>　?。?.4） </b></p><p>　　查表得℃。圓整后得℃。</p><p>　　2.3 焊縫系數(shù)的確定</p><p>　　焊縫均采用局部無

15、損探傷，焊道系數(shù)。</p><p>　　夾套與其封閉件采用對(duì)接焊接，焊道系數(shù)。</p><p>　　2.4 材料的選擇及許用應(yīng)力確定</p><p>　　選擇Q—235B號(hào)鋼，該號(hào)鋼材厚度為4.5—16mm，鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB3274，</p><p>　　此號(hào)鋼板在100℃時(shí)的許用應(yīng)力，在200℃時(shí)許用應(yīng)力為</p><p&

16、gt;　　2.5厚度附加量確定</p><p><b>　　罐的園筒殼：</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　查表得負(fù)偏差，腐蝕裕度取。</p><p><b>　　夾套園筒殼：</b></p><p><b

17、>　?。?.6）</b></p><p>　　查表得負(fù)偏差，腐蝕裕度取。</p><p>　　在考慮材料機(jī)械強(qiáng)度的最小壁厚外，考慮材料的負(fù)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(shí)際工程中的安全可靠。</p><p>　　所以，罐和夾套的厚度附加量均采用：</p><p><b>　?。?

18、.7）</b></p><p><b>　　幾何參數(shù)設(shè)定</b></p><p><b>　　3.1罐體封頭參數(shù)</b></p><p>　　該設(shè)備由罐體和夾套兩部分組成，底部采用支承式支座。罐體上攪拌口處有一法蘭。采用標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭。</p><p>　　根據(jù)已知條件：罐體內(nèi)徑，查表得：

19、</p><p>　　曲面高度：，直邊高度，內(nèi)表面積，容積。</p><p>　　3.2筒體高度及體積</p><p>　　根據(jù)罐體內(nèi)徑查表得：筒體高度 ，筒體體積。</p><p><b>　　罐得總體積：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p

20、><p>　　圖3.1 罐得結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　3.3夾套高度</b></p><p>　　罐的充裝系數(shù)為0.8，所以罐內(nèi)體積為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　筒體內(nèi)酒精高度：</b><

21、/p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　所以夾套筒體高度：</b></p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>　　夾套封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)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</p><p&g

22、t;　　由于間隙50mm，所以夾套整體高度為</p><p><b>　　傳熱面積計(jì)算</b></p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　攪拌口法蘭尺寸確定</b></

23、p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　（3.7）</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　圖3.2攪拌口法蘭尺寸<

24、;/p><p>　　因?yàn)椋瑸榱吮ＷC安全故。</p><p>　　則根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB∕T4710-2000，攪拌口法蘭尺寸確定為。</p><p>　　表3.1 攪拌口法蘭尺寸</p><p>　　3.6 視孔尺寸確定</p><p>　　選取公稱直徑，公稱壓力的視鏡。</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)H

25、GJ502—86選取視鏡尺寸。</p><p><b>　　表3.2 視孔尺寸</b></p><p>　　3.7 其他法蘭、接管尺寸確定</p><p>　　壓力容器上的所有安全閥的總排量，必須大于或等于壓力容器的安全泄放量。</p><p>　　鍋爐的安全泄排量為2500kg/h. </p><

26、p><b>　　安全閥的排量為：</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　因?yàn)橛袃蓚€(gè)安全閥，所以當(dāng)兩個(gè)安全閥的總排量大于安全泄放量時(shí)，滿足要求。</p><p>　　選A48y-16C彈簧封閉全啟式安全閥，法蘭連接，密封面材料硬質(zhì)合金，公稱壓力1.6MPa,閥體材料碳鋼。</

27、p><p>　　則根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB∕T79-94，安全閥口b、e的型號(hào)：</p><p>　　表3.3 安全閥連接尺寸</p><p>　　溫度表口c,尺寸確定為：</p><p>　　表3.4 溫度表連接尺寸</p><p>　　壓力表不需要法蘭，壓力表口d的無縫鋼管的外徑取25mm.</p><p&

28、gt;　　進(jìn)料口和出料口的法蘭公稱通徑為罐體內(nèi)徑的十分之一左右，根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　JB∕T81-1994，進(jìn)料口i，出料口k的法蘭尺寸確定為型號(hào)：</p><p>　　表3.5進(jìn)出料口連接尺寸</p><p>　　根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB∕T81-1994,蒸汽入口f、g的法蘭尺寸確定為型號(hào)：</p><p>　　表3.6 蒸汽入口連

29、接尺寸</p><p>　　根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB∕T81-1994，冷凝水出口j的法蘭尺寸確定為型號(hào)：</p><p>　　表3.7冷凝水出口連接尺寸</p><p><b>　　罐體強(qiáng)度設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1罐體封頭壁厚設(shè)計(jì)</p><p>　　1.按內(nèi)壓罐體封頭壁厚設(shè)計(jì)</

30、p><p><b>　　設(shè)計(jì)壓力</b></p><p><b>　　封頭壁厚：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　?。?.2）

31、</b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p

32、><b>　　有效壁厚：</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　壓力校核：</b></p><p>　　< （4.5）</p><p><b>　　故合適</b&g

33、t;</p><p>　　2.按外壓罐體封頭壁厚設(shè)計(jì)</p><p><b>　　假設(shè)，則，則：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　查得：K=0.9</b></p><p><b>　?。?.7

34、）</b></p><p><b>　　（4.8）</b></p><p>　　4.2 罐體筒體壁厚設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 按內(nèi)壓罐體筒體壁厚設(shè)計(jì)</p><p><b>　　筒體壁厚：</b></p><p><b>　?。?.9）</b

35、></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><

36、b>　　（4.11）</b></p><p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚：</b></p><p><b>　　（4.12）</b></p><p><b>　　壓力校核：</b><

37、/p><p>　　< （4.13）</p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　2. 按外壓罐體筒體壁厚設(shè)計(jì)</p><p><b>　　筒體計(jì)算長度：</b></p><p><b>　　（4.14）</

38、b></p><p>　?。?.15） </p><p><b>　?。?.16）</b></p><p><b>　　（4.17）</b></p><p><b>　　夾套強(qiáng)度設(shè)計(jì)</b></p><

39、;p>　　5.1夾套封頭壁厚設(shè)計(jì)</p><p>　　夾套的設(shè)計(jì)壓力為1.10MPa，內(nèi)徑為700mm，許用應(yīng)力為105MPa，焊縫系數(shù)為0.85，形狀系數(shù)。</p><p><b>　　夾套封頭壁厚為：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>

40、;　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p>

41、<p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚：</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　壓力校核：</b></p><p>　　< （5.5）&l

42、t;/p><p>　　故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義壁厚合適。</p><p>　　5.2夾套筒體壁厚設(shè)計(jì)</p><p><b>　　筒體壁厚：</b></p><p><b>　　（5.6）</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p

43、><p><b>　　（5.7）</b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　圓整后，名

44、義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚</b></p><p><b>　　（5.9）</b></p><p><b>　　壓力校核：</b></p><p>　　< （5.10）</p><p&

45、gt;<b>　　故合適。</b></p><p>　　罐體與夾套連接處的剪切應(yīng)力校核</p><p><b>　　6.1罐體質(zhì)量計(jì)算</b></p><p><b>　　罐體質(zhì)量：</b></p><p><b>　　（6.1）</b></p>

46、;<p>　　6.2罐體內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　由于考慮到水壓實(shí)驗(yàn)，所以介質(zhì)密度采用水的密度。</p><p><b>　　介質(zhì)質(zhì)量：</b></p><p><b>　　（6.2）</b></p><p>　　6.3罐體上法蘭及其它附屬件質(zhì)量計(jì)算</p>&

47、lt;p>　　其余各附屬件質(zhì)量主要是指接管的質(zhì)量，查得無縫鋼管的質(zhì)量為：</p><p>　　表6.1 鋼管的連接尺寸</p><p><b>　　罐體上的法蘭質(zhì)量:</b></p><p>　　設(shè)接管的長度均取為100mm，接管的質(zhì)量為：</p><p><b>　　負(fù)荷總量：</b><

48、;/p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　6.4總負(fù)荷計(jì)算</b></p><p><b>　　總負(fù)荷量：</b></p><p><b>　　（6.4）</b></p><p>　　6.5焊縫連接處環(huán)

49、形面積計(jì)算</p><p>　　焊縫連接處環(huán)形面積：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　6.6焊縫連接處剪切應(yīng)力強(qiáng)度校核</p><p><b>　　強(qiáng)度校核：</b></p><p><b>　　（6.6）</b>&l

50、t;/p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　所以焊接處的應(yīng)力校核滿足要求。</p><p><b>　　開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　按設(shè)計(jì)要求開11個(gè)孔，分別為攪拌器連接口，安全閥口，溫度表口，壓力表口，安全閥口，蒸汽入口，蒸汽出口，窺鏡口，進(jìn)料口，冷凝水出口，出

51、料口。</p><p>　　7.1攪拌器連接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　因開孔而削弱的金屬面積的計(jì)算：</p><p><b>　　（7.1）</b></p><p><b>　　接管直徑：</b></p><p><b>　?。?.2）</b>&l

52、t;/p><p>　　削弱的金屬面積A：強(qiáng)度削弱系數(shù)</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b></p><p><b>　　（7.4）</b></p><p><b>　　外側(cè)有效高度：&l

53、t;/b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　則筒體多余截面積：</b></p><p><b>　　（7.6）</b></p><p><b>　　接管多余截面積：</b></p><p

54、><b>　?。?.7）</b></p><p><b>　　焊縫金屬截面積：</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　故該孔不用補(bǔ)強(qiáng)。</b></p><p>　　7.2蒸汽入口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p>

55、;<p>　　因開孔而削弱的金屬截面積：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　　接管直徑：</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　削弱的金屬面積A：強(qiáng)度削弱系數(shù)</p>&

56、lt;p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　　接管計(jì)算壁厚：</b></p><p><b>　?。?.12）</b></p><p><b>　　外側(cè)高度：</b></p><p><b>　?。?.13）<

57、;/b></p><p><b>　　則筒體多余截面積：</b></p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　接管多余截面積：</b></p><p><b>　　（7.15）</b></p><

58、p><b>　　焊縫金屬截面積：</b></p><p><b>　　（7.16）</b></p><p><b>　　故該孔不用補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　7.3其他接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　圓筒體上為加強(qiáng)單孔的最大允許直徑[d]可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：&

59、lt;/p><p><b>　?。?.17）</b></p><p><b>　　水壓試驗(yàn)壓力確定</b></p><p>　　8.1罐體水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算</p><p><b>　　（8.1）</b></p><p>　　8.2罐體筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度

60、校核</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　8.3罐體封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　?。?.3） </b></p><p><b>　　故合適

61、。</b></p><p>　　8.4夾套水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算</p><p><b>　?。?.4） </b></p><p>　　8.5夾套筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　　（8.5）</b></p><p><b>　　故合適。

62、</b></p><p>　　8.6夾套封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　　（8.6）</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　8.7罐體筒體在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核</p><p><b>　

63、　（8.7）</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　在做筒體外壓水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，筒內(nèi)存在不小于Mpa的壓力。</p><p>　　8.8罐體封頭在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p

64、><b>　　（8.10）</b></p><p>　　在做筒體外壓水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，筒內(nèi)存在不小于Mpa的壓力。</p><p><b>　　支座的選取</b></p><p><b>　　9.1 總負(fù)荷計(jì)算</b></p><p><b>　　罐體的總重量： &l

65、t;/b></p><p>　　罐體內(nèi)的介質(zhì)重量： </p><p><b>　　夾套的重量：</b></p><p><b>　　（9.1）</b></p><p><b>　　夾套內(nèi)承重：</b></p><p><b>　?。?.2

66、）</b></p><p><b>　　法蘭重量： </b></p><p><b>　　接管質(zhì)量：</b></p><p>　　總負(fù)載： （9.3）</p><p><b>　　9.2 支座選取</b></p&

67、gt;<p>　　選用三腳支承式支座，則每腳受力為：</p><p>　　根據(jù)腳受力情況，選用標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4724-A型支座。</p><p>　　表9.1 支座尺寸參數(shù)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 賀匡國．化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版

68、社，2002</p><p>　　[2] 劉清方．鍋爐壓力容器安全［M］，北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[3] 范欽珊．壓力容器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)［M］，北京：原子能出版社，1979</p><p>　　[4] 王非．化工壓力容器設(shè)計(jì)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 陳鳳棉．壓

69、力容器安全技術(shù)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [6] 李建國．壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用［M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[7] 章燕謀.鍋爐與壓力容器用鋼[M],西安:西安交通大學(xué)出版社,1985</p><p>　　[8] 氨合成塔設(shè)計(jì)參考資料[M],南京化工學(xué)院化機(jī)教研組編,1983</p><p>　　完稿日期：20