【毕业设计】双鞍座支撑的内压卧式容器设计化工装备技术专业

1、 毕 业 设 计 说 明 书设计名称: 毕业设计题 目: 双鞍座支撑的内压卧式容器设计学生姓名: 罗志高专 业: 化工装备技术班 级: 装备1012学 号: 201013040246指导老师: 李 群 松指导时间: 二0一二年十一月目 录一、设计方案的分析与拟定1an二、设计任务书2三、 计算步骤与内容41设计条件2、压力容器圆筒和封头设计计算5 2.1、圆筒厚度的计算 2.2、封头厚度的计算3、压力容器支座的选型与计算 63.1、圆筒、封头、附件、充液质量计算 3.2、鞍座反力计算4、压力容器圆筒轴向弯矩设计85、压力容器圆筒轴向应力设计计算136、压力容器圆筒、封头切向应力设计计算147、

2、压力容器圆筒周向应力设计计算158压力容器鞍座有效断面平均应力设计计算169 典型零部件的选用23参考文献26设计方案的分析和拟定熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 据设计任务书的要求，双鞍座卧式储罐有筒体、两端封头，支座、人孔、手孔以及安全附件工艺接管等构成。根据任务书要求以及卧式压力容器的类型及承载能力为工程实际中的运行我们选取鞍

3、式支座，鞍式支座也应用最广泛。 在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行设计 总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。u 决定并选择支座类型及有关零部件。u 绘图，包括总装配图、零件图等u 编制技术要求，提出制造、装配、校核和压力试验等方面的要求。毕业设计任务书（第四组）机 械 系 过程装备 专业 班级 学号 姓名课题名称：双鞍座支撑的内压卧式容器设计一、设计目的综合运用、巩固及扩展所学专业知识，熟悉压力容器设计的基本方法与步骤，提高查阅相关专业标准及手册的能力，为学生毕业后从事专业工作打下扎实的基础。二、设计任务独立完成双鞍座支撑的内压卧式容器的

4、设计，具体要求如下：、根据给出的设计条件完成容器主要受压元件的强度计算及强度校核，为容器及接管选配法兰，合理选配鞍式支座，确定鞍座位置，并写出完整的设计计算说明书。、完成卧式容器装配图一张，零件图不少于3张。、写出相关的读书笔记一份，字数不少于20000三、设计条件及参数设计压力p=1.25Mpa，工作温度t=80128，容器内径Di=1600，筒体长度（不包括两端的封头） L=4000mm，采用双面对接焊缝，局部无损检测，腐蚀余量：1.5mm，物料密度：1500kg/m3，容器装有弹簧式安全阀。设备材料：Q235-A，设备不保温。四、设计成果1.读书笔记 2万字以上2.专业译文 1篇2000

5、字以上3.选题报告 1份4.设计说明书 1份5.总装配图1#一张，主要零部件图2张五、设计时间：四周六、参考资料（1）、GB150-1998钢制压力容器（2）、HG20583-1998钢制化工容器结构设计规定（3）、HG20592-1997钢制管法兰、垫片、紧固件 指导教师 李群松 专业负责人 李琴 系主任 张麦秋2012-10-29设计条件：设计压力 p=0.35mpa 设计温度t=100容器内径 D=2000mm 筒体长度L=6000mm(不包括两端封头)焊缝系数 =0.85 腐蚀裕量C=1.5mm物料密度P=1500kg/m T=113mpa鞍座 JB/T 471292 A型， 120包

6、角， 材料Q235A . F设备材料 Q235A, 设备不保温。结构简图卧式容器按受压情况分为：内压卧式容器和外压卧式容器。它的支承方式通常为双鞍座支承，且鞍座多位对称布置，而较少采用圈座或其它支承方式。 GB150蒋双鞍座支承的卧式容器简化为承受均布载荷，对称布置的两支点外伸梁进行受力分析，但由于在封头处有液体静压所产生的水平压矩，因而其弯矩图与纯属承受均布载荷的两支点外伸梁弯矩图不同。从容器的弯矩图和剪力图可见，容器的最大弯矩发生在圆筒的两鞍座跨中截面处或鞍座截面处，而最大剪力出现在鞍座截面处。GB150给出了这两个危险截面的各项应力计算式及最大应力的位置。容器的弯矩图和剪力图：计算步骤与

7、内容设计计算计算结果与依据 1 、 圆筒和封头的厚度计算(1) 圆筒厚度 计算厚度=mm最小厚度：=2D/1000=2x2000/1000=4mm由于最小厚度大于计算公式，故计算厚度：=4+1.5=5.5mm钢板负偏差C=0.8mm, 经圆整圆筒名义厚度GB150-1998第三章和第五章GB150-1998式（3-1）mm=4 mm=5.5mm名义厚度（2）封头厚度计算厚度：上述中：K=1.0 最小厚度：由于计算厚度大于最小厚度，故计算厚度：考虑钢板的负偏差和封头冲压减薄量，取封头名义厚度2、支座的选型与计算 1 选型卧式容器按受压情况分为：内压卧式容器和外压卧式容器。它的支承方式通常为双鞍座

8、支承，且鞍座多位对称布置，而较少采用圈座或其它支承方式。 GB150将卧式容器简化为承受均布载荷，对称布置的两支点外伸梁进行受力分析，但由于在封头处有液体静压所产生的水平压矩，因而其弯矩图与纯属承受均布载荷的两支点外伸梁弯矩图不同。从容器的弯矩图和剪力图可见，容器的最大弯矩发生在圆筒的两鞍座跨中截面处或鞍座截面处，而最大剪力出现在鞍座截面处。GB150给出了这两个危险截面的各项应力计算式及最大应力的位置。鞍座简图：2 计算1）计算质量a 圆筒质量mm=3.14x(2000+8)x8x6000x7850x10=2376kg式中 圆筒材料密度B 单个封头质量C 附件质量D 充液质量因为物料密度为

9、1500kg/m,设备充装物料的质量大于充满水的质量，故安装物料考虑，设备充液系数=28485kg式中：e 保温层质量因本设备不保温，故=0f 设备最大质量m=33229 kg2） 计算鞍座反应力F3 、 计算圆筒轴向弯矩容器的最大弯矩产生在中间截面处，因而只需计算该两处的圆筒轴向弯矩M1和M2圆筒中间处载面的弯距鞍座处截面上的弯矩4 、 计算圆筒轴向应力最大拉应力作用位置可能出现在圆筒跨中截面的最低点处，或鞍座处圆筒横截面最高点处（如圆筒未被加强时，则位于靠近水平中心线处）；最大压应力作用位置可能出现在援用中间截面和最高点处，或鞍座处圆筒横截面最底点处。 就内压容器而言，最大拉应力系由内压产

10、生的轴向拉应力与轴向弯矩产生的拉应力两者之和，而最大压应力则仅由轴向弯矩产生。（1） 由于弯矩引起的轴向应力a 在圆筒中间截面上最高点处：=-8.31Mpa式中：最低点处：b 在鞍座处圆筒截面上最高点处：式中：最低点处： 式中 （1） 由于设计压力引起的轴向应力（2） 轴向应力组合与校验a 轴向拉应力最大轴向拉应力b 轴向压应力最大轴向压应力c 轴向应力校核许用轴向拉应力 轴向许用压缩应力按GB150 第1章和第4章确定根据A值和材料，查第4章图44 因A值落在材料温度线拐点的左边，故B值按下式计算：上述式中E值由GB150 附录表5查取5、计算圆筒、封头切向应力因A0.5Rm,故圆筒和封头中

11、切向剪应力分别按式（89）和（810）计算（1） 圆筒切向剪应力，按GB150-1998式（89）计算式中： （2） 封头切向剪应力 按式（810）计算式中K=0.401, =为封头冲压减薄量0.8mm(3)切向剪应力校核式中为圆筒许用切向剪应力式中为封头许用切向剪应力式中：K=1.0, 6、计算圆筒轴向应力（1）垫板不起加强作用a 在鞍座处横轴面最低点处周向应力 式中：K=0.1 考虑容器焊在鞍座上K5=0.7603 b2=b1.56 =2701.56 =388b=270mm 鞍座宽度b 在鞍座边角处的周向应力因 L/Rm8 -18.42-131.86 -150.3Mpa式中K60.0132

12、 C 轴向应力校核 因 超过许用应力故 考虑设置起加强作用的垫板（加强板）（2） 设有加强版 加强板尺寸83902330mmA 在鞍座处横截面最低点轴向应力式中=8mm 加强版名义厚度=0.8mm 钢板负偏差b 在鞍座边角处周向力 按式（820）计算c 鞍座加强版边缘处圆筒中周向应力 式中： d 周向应力校核7、计算鞍座有效断面平均应力 （1） 鞍座承受的水平分力 F8K9 .F 0.204162988=33249.5N式中：K90.204 由GB 150表（85）查得 （2） 鞍座有效断面平均应力， 式中 H8250 为鞍座实际高度和Rm/3两者中的较小值b0 10-0.89.2mm 腹板名

13、义厚度为10mm（2） 鞍座有效断面平均应力校核通过计算、校核选定的支座是满足要求的式中140 鞍座材料Q235 A F的许用应力 GB150-1998式（5-1）K值由GB150-1998表（5-1）查得封头名义厚度m=2376kg（查JB 1154-73）=28485kg查JB1154-73=0GB150-1998式8-1）33229 kgGB150-1998式（8-2）M1GB150-1998式（8-3）M2-8.31Mpa由GB150-1998表（8-1）查得由GB150-1998表（8-1）查得按GB150 第1章和第4章确定E值由GB150 附录表5查取分别按式GB1501998分

14、（89）和（810）计算 由GB 150 表（82）查得： K=0.401,由GB150表（82）查得 K=1.0,由GB150-1998表（5-1）查得按式GB150-1998表（815）计算 K5=0.7603 由GB 150-1998 表（83）查得b2=388按GB150-1998式（817）计算=-150.3MpaK60.0132 由GB 150 表（83）查得=GB150-1998式（8-18） GB150-1998式8-20）=按式GB150-1998式（8-21）计算=由GB150表（8-3）查得（） 按式GB150-1998式（825）计算F8=33249.5N按GB150-

15、1998式（826）计算 b0=9.2mm= 人孔的选择 常用人口类型：根据HG/T 21517-20055，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表3-2： 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD6702324公称压力PN MPa1.062028螺柱数量20公称直径DN500250A365螺母数量40103B175螺柱尺寸db28L250总质量kg153开孔补强,1500补强圈补强补强圈贴焊在壳体与接管连接处结构简单，制造方便，使用经验丰富；1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接，难以

16、与壳体形成整体，抗疲劳性能差。当壳体开孔满足下述全部条件时，可不另行补强：1）设计压力小于或等于2.5MPa2）两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍3）接管公称外径小于或等于89mm4）接管最小厚度满足下表的要求接管最小厚度 mm接管公称外径253238454857657689最小厚壁3.54.05.06.0安全阀的选型1. 安全阀各种参数的确定a）确定安全阀公称压力。根据阀门材料、工作温度和最大工作压力选定公称压力。b) 确定安全阀的工作压力等级。根据压力容器的设计压力和设计温度选定工作压力等级。安全阀的工作压力与弹簧的工作压力级有着不同的含义，不能混为一谈。工作压力是指安全阀正常

17、运行时阀前所承受的静压力，它与被保护系统或设备的工作压力相同。而弹簧的工作压力级则是指某一根弹簧所允许使用的工作压力范围，在该压力范围内，安全阀的开启压力（即整定压力）可以通过改变弹簧的预紧压缩量进行调节。同一公称压力的安全阀，根据弹簧设计要求，可以分为多种不同的工作压力级。具体划分见下表，划分的前提是能足以保证各个工作压力级的压力上限与下限均能符合有关标准所规定的动作性能指标。选用安全阀时，应根据所需开启压力值确定阀门的工作压力级。c）确定安全阀的排放压力Pd。安全阀的排放压力一般为整定压力（开启压力）的1.1 倍，蒸汽锅炉安全阀的排放压力为整定压力的1.03 倍。d）确定安全阀的通径。根据

18、必需排放量来确定，安全阀的排放能力必需排放量。被保护系统所必需的排放量是指系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。e）材质的确定选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。一般情况下用户可根据生产单位提供的安全阀样本中列举的不同型号安全阀的工作温度、压力范围以及代表性使用介质的种类进行选用。对材质有特殊要求时，可在订货时与生产单位协商解决。根据介质特性选合适的安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀。接管、法兰、垫片和螺栓（柱）接管和法

19、兰该石脑油储罐应设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图各管口方位查HG/T 20592-20096中表8.2 3-1 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查6中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查6中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。将查得的各参数整理如表3-3垫片查HG/T 20609-20097，得各管口的垫片尺寸如表： 垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2进料口80109.5142出料口80109.5142排污口80109.5142人孔500561624液位计口3261.582

20、温度计口2045.561压力表口2045.561安全阀口80109.5142排空口5077.5107注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。 名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度法兰质量NR进料口8089B200160188M16201053.2106504.0出料口8089B200160188M16201053.2106504.0排污口8089B200160188M16201053.2106504.0人孔500液位计

21、口3238B140100184M1618562.666422.0温度计口2025B10575144M1218402.364401.0压力表口2025B10575144M1218402.364401.0安全阀口8089B200160188M16201053.2106504.0排空口5057B165125184M1618742.985452.5 各管口法兰尺寸表螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-20098中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表： 螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长H进料口80M169217303出料口80M169217303排污口80M169217303人孔500液位计口32M168517303温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5安全阀口80M169217303排空口50M169017303参考文献1 GB150-1998,钢制压力容器2 JB/T 4731-2005,钢制卧