纯净水系统常压设备设计毕业设计

1、天津渤海职业技术学院 机电工程系 天津渤海职业技术学院毕 业 设 计 说 明 书专 业 化工设备维修技术 课题名称 纯净水系统常压设备设计 学生姓名 指导教师 机电工程系2008年04月目 录第一章 绪论3第二章 纯净水设备流程图4第三章 设备明细5第四章 容器设计6一、材料的选择6不锈钢的牌号6二、设计参数的确定7压力的参数7许用应力8焊接接头系数8厚度附加量8强度计算9原水箱的设计12原水箱的开孔补强14多介质过滤器的壁厚计算15支座的选择16盐箱的设计17软化器的设计计算19第五章: 操作说明20总结20文献22绪 论本设计是以纯净水过滤系统车间实测设备数据及参照车间净化水系统说明书为依

2、据而进行设计。通过此设计，可以使我们初步了解压力容器中的一些规定和设计的基本思路，以及在设计中应考虑注意的问题。如：在设计中如果选取的零部件为非标准件或虽然是标准件，但其材料或工作条件不同应进行强度校核等问题。第二，可以是我们对三年大学所学知识进行检验，并加深理解，为今后工作打下良好的基础。化工设备是一门实践性和技术性都很强的专业课程，也是一门涉及多门学科、综合性很强的课程。除了要求综合应用本专业的理论知识，还应根据自己对本专业的认识程度做出适当的调整和总结，还应加强动手能力的训练结合实训要求，广泛参与典型化工设备和压力容器的设计生产实践活动。 在生产实践中，要实现某种化工生产就需要有相应的机

3、器和设备。例如，对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分离设备、传热和反应设备；对流体进行输送，就需要有管道、阀门和储存设备等。因此，化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工生产过程都将无法实现。 压力容器的设计使用寿命问题一直是我国的设计单位和设计者尽量避免涉及和回避的问题，其主要表现在以下两个方面：首先，受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，设计者对压力容器的设计使用寿命大都不愿或难以给出准确的预报值，从而导致压力容器超期服役现象的存在；其次，由于缺乏相关标准和法规条文对超期服役的压力容器进行必要的规定和限制，使得其使用和检验

4、缺乏有效的依据，处理不好客观上会造成重大的安全隐患。但由于种种原因，压力容器的设计使用寿命问题一直没有得到应有的重视。 事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素，主要有： 材料的力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性； 腐蚀裕量中包含的设计寿命因素； 载荷如周期性载荷等的时间性； 违规操作或恶劣环境等非正常因素。 因此，正确的设计途径应是：设计者在确定容器设计使用寿命的基础上，充分地考虑以上四个因素的影响，合理地选择材料、确定腐蚀裕度、提出制造、检验和操作要求等等。我们这一课题主要研究常压容器的设计与连接安装，我们负责设计纯净水系

5、统的原水箱、原水泵、多介质过滤器、盐箱、软滑装置以及相关附件的连接（阀门、压力表等）。第二章 纯净水设备流程图第三章 设备明细1原水箱 数量 1台 规格 3立方米 材料 co18ni9ti2. 原水泵 数量 一台 型号 wb120/1853 多介质过滤器 数量 1个 规格 直径750x1850材料 co18ni9ti4 软化器 数量 1个 规格 直径600x1850 材料 co18ni9ti5 盐箱 数量 1个 规格 直径610x1150 材料 co18ni9ti第四章 容器的设计压力容器的设计不仅对生产的顺利进行有直接影响，而且也涉及到操作人员的生命安全，因此，是一项非常慎重的工作，必须遵照

6、国家有关压力容器的设计、制造和使用等方面的各项规定，本章的设计任务是对常压容器的合理选材及强度计算。本章所设计的压力容器设计计算公式、各项参数、制造要求以及检验标准均与gb 1501998钢制压力容器保持一致。 一、 材料的选择根据毕业设计的课题，我们主要对常压容器和低压容器进行材料的选择，我们设计的材料主要以不锈钢为主，参照不锈钢选材和使用设计指南为依据，不锈钢选材和使用设计指南介绍如下：不锈钢牌号作为一种材料，特殊意义的不锈钢时常要被查阅。实际上有50个以上不锈钢牌号。通常有三类方法用来对不锈钢编号。即：1、冶金组织；2、aisi编号体系：以200、300和400系列编号；3、统一数字代号

7、体系，该体系是由美国试验与材料协会（astm）和美国自动车工程师协会（sae）制定的，适用于所有通用的金属和合金。下面对这些分类作一说明。表1-表达按照冶金组织奥氏体、铁素体、马氏体、沉淀硬化和双相型列出了各种了各种不锈钢。奥氏体不锈钢含铬和捏的以300系类标记，含有铬、镍和锰的钢以200系类标记。奥氏体类不锈钢具有不同的成份和性能，但是具有许多通用的特性。他们可以用冷加工硬化，但是不能热处理硬化。在退火状态，所有的钢基本显示非磁性，但是有些钢可以通过冷加工变为轻微磁性。他们具有极好的耐腐蚀性能，非常好的加工性，通过冷加工可以提高强度。304型（通常称为18-8不锈钢）是最广泛使用的奥氏体类钢

8、，他的名义成份是铬18-镍8。铁素体不锈钢是纯铬400系类钢，不能通过热处理硬化，而通过冷加工只能得到中等程度的硬化。他们带有磁性，具有很好的延展性和耐腐蚀性及抗氧化性。430型是通常使用的铁素体类不锈钢。马氏体类不锈钢是纯铬400系钢，能够通过热处理硬化。他们带有磁性。他们在中等介质中耐腐蚀。他们具有较好的延展性，有些钢可以通过热处理使抗拉强度超过1379mpa。 410型是通常使用的马氏体类钢。沉淀硬化类不锈钢是铬镍类钢，有些钢含其他合金元素，例如铜或铝。他们可以通过固溶处理和时效被硬化以达到高强度。双相不锈钢具有典型的大约相等的奥氏体和铁素体相的退火组织，虽然没有正式确定，通常认为，较少

9、的相至少会有30（按体积）。双相不锈钢提供的一些优越性超过普通的奥氏体不锈钢。双相钢牌号具有高的抗氯化物应力腐蚀破裂能力，具有极好的抗点腐蚀和裂缝腐蚀能力，并表现出比普通的牌号具有大约两倍的屈服强度。329型和2205型是典型的双相钢。sus321不锈钢-0cr18ni9ti不锈钢 在304钢种里添加碳稳定化元素ti，抑制晶界敏锐化，在敏锐化区间（450 850 ）使用为目的开发，添加ti之后缺陷（inclusi） 根据以上所述我们最后选定“sus321不锈钢-0cr18ni9ti不锈钢”。二、设计参数的确定压力参数工作压力指在正常工作情况下，容器底部可能达到的最高压力，也称为最高工作压力。6

10、kg/c计算压力指相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力加上液柱静压力液（即），当元件所承受的液柱静压力小于设计压力时，可忽略不计，此时计算压力即为设计压力。设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。实际计算时可以按压力容器安全技术监察规程等有关规定来确定相应的设计压力。6kg/c许用应力许用应力是容器壳体，封头等受压元件的材料许用强度，它是根据材料各项强度性能指标分别除以相应的标准中所规定的安全系数来确定的。计算时必须合理选择材料的许用应力。为了计算中取值方便和统一，给出了钢板、钢管

11、、锻件以及螺栓材料在设计温度下的许用应力值。在强度计算时，许用应力值可从表表（化工设备书中，以下资料中表格都为化工设备课本中）中查取。当设计温度低于时取时的许用应力。材料为低合金钢所以许用应力取b3.0，s/1.6的最小值焊接接头系数通过焊接制成的容器，其焊缝是比较薄弱的。这是因为焊缝中可能存在夹渣、气孔、裂纹、未焊透而使焊缝及热影响区的强度受到削弱，因此，为了补偿焊接时可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响，引入了焊接接头系数，它等于焊缝金属材料强度与母材强度的比值，反映了焊缝区材料强度的削弱程度。影响焊接接头系数的因素较多，按照规定主要是根据受压元件的焊接接头形式及无损检测的长度比例来确定。活

12、性炭过滤器设计用双面焊对接接头局部无损检测0.85。厚度附加量按照计算分工得到的容器厚度，不仅要满足强度和刚度的要求，而且还要根据实际制造和使用情况，考虑钢材的厚度负偏差及介质对容器的腐蚀。因此，在确定容器厚度时，需要进一步引入厚度附加量。厚度附加量由两部分组成，即式中是厚度附加量，是钢板或钢管的厚度负偏差，腐蚀裕量。当钢材厚度负偏差不大于0.25,且不超过名义厚度的6时，负偏差可以忽略不计。由于容器多与工作介质接触，为防止由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，需要考虑腐蚀裕量。对于不锈钢制容器，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量。压力容器的公称直径、公称压力在设计过程中，选用标准的零部件仅有

13、公称直径一个参数是不够的。因为公称直径相同的零部件若工作压力同的话，它们的厚度等几何尺寸就不同。因而，把压力容器所承受的压力范围分成若干个标准压力等级，称为压力，以表示，并将其作为选用标准零部件的另一个基本参数。目前中国制定的压力等级分为常压、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4（单位均为ma）。选用容器零部件时，必须将操作温度下的最高操作压力（或设计压力）调整为所规定的某一公称压力等级，然后再根据dn与pn选定该零部件的尺寸。强度计算: 为了保证筒体的安全，根据强度第一理论（最大主应力理论），应使筒体上的最大应力，即环向应力2 筒体材料在设计温度下的需用应力t,所以，筒体

14、的强度为2=pd/2t式中 p设计压力，mpa； 圆筒的厚度，mm； d圆筒的中径，即圆筒平均直径，（o i）/2，mm； o圆筒外径，mm； i圆筒内经，mm。上式是薄壁圆筒体仅考虑在内p作用下的强度条件，另外，实际应用时还需要考虑影响强度条件的其他因素，如材料、制造、腐蚀等。钢制压力容器的筒体大多是用钢板卷焊而成，由于焊接加热过程中，对焊缝金属组织产生不利影响，同时焊缝处存在着夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷及内应力，使得焊缝及其附近金属的强度比钢板本体的强度略低，所以，要将钢板的许用应力乘以一个小于1的数字,称为焊接接头系数，以弥补焊接时可能出现的强度削弱。于是，上式可写成pd/2t此外，工

15、艺计算中一般以筒体内径i为基本尺寸，在制造过程中也多用筒体内径作为直径方向的测量参数，故用内径i更为方便。将=（i+）代入上式得p（i+）/2t解出式中，同时根据gb1501998的规定，确定筒体厚度的压力为计算压力pc故内压薄壁圆筒体的计算厚度为=pci/(2t-pc)此公式的适用范围为pc0.4t。考虑到介质或周围大气对筒壁的腐蚀作用，在确定钢板所需厚度时，还应在计算厚度的基础上增加腐蚀裕量。于是，在设计温度t下筒体的设计厚度d按下式计算，即d=+c2= pci/(2t-pc) +c2式中 d圆筒的设计厚度，mm； 圆筒的计算厚度，mm； pc圆筒的计算压力，mpa；i圆筒的内直径，mm；

16、t设计温度下圆筒材料的许用应力，mpa；焊接接头系数，1.0；c2腐蚀裕量，mm。在考虑钢板供货的厚度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差。这时，若所得厚度值不是钢板规定的整数时，应将其向上圆整至相应的钢板标准厚度，该厚度称为名义厚度，以n表示，即n d+c1式中 n 筒体的名义厚度，mm； c1 钢材的厚度负偏差， mm。 筒体的强度计算公式，除了用于决定承压筒体所需要的最小壁厚外，对于工程中不少属于校核性问题，如旧式容器的改造使用、在役容器变更操作条件等，还可以用该公式来确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力，对容器进行强度校核；也可以计算其设计温度下的计算应力，以判定在指定压力下圆筒体的安全可靠

17、性。对以上公式稍加变形可得到相应的校核公式。 设计温度下圆筒的最大允许工作压力为pw=2e2t/（i+e） 设计温度下圆筒的计算应力为 t= pc（i+e）/2et式中e圆筒的有效厚度，e=n+c,mm； c厚度附加量，c=c1+c2，mm。设计项目设计过程（公式）结果备注一、原水箱的设计开孔补强由于原水箱为常压容器，所以水箱受到的压力只有一个内压即水的自重。水箱的容积已给定为3m3，取最大容积为设计压力pc=3m31.0103kg /m310n/kg=3104n/m2=0.3mpa测量得知：原水箱筒体直径为d=2m。d=pc d/2t -pc =0.31500/21370.9-0.3=1.8

18、考虑钢板供贷的厚度度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差。n=d+c1=1.8+0.2=2其钢板厚度为标准厚度2mm。最小厚度参照国外有关标准及实践经验，为满足制造、运输、安装时的刚度需要，应规定压力容器的最小厚度。gb150、jb4732 和jb/t4735中，压力容器最小厚度的取值见表2。表2压力容器最小厚度的取值材料gb150jb4732jb/t4735碳素钢、低合金(mm)263高合金钢(mm)332最小厚度不包括腐蚀裕量，设计厚度应为计算厚度与最小厚度两者中的较大值与腐蚀裕量之和所以我们制造的容器厚度至少应为3mm。 原水箱封头的选择：由于原水箱为常压容器封头不用考虑内压的压力计算，经过综

19、合考虑半球形封头用材少，但是太深不易加工；碟形封头比较浅，制造比较容易但是用材料较多且结构不合理，因此，从强度结构和制造等多方面考虑以采用椭圆形封头最为合理，其厚度选取3 mm。原水箱壁厚强度校核： =2 mm，代入公式 2=pd/2t 计算 t没有变化，故取名义为度为2mm合适原水箱的人手孔选用： 在生产过程中，为了便于内部附件的安装、检修和衬里，以及检查压力容器和设备内部在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷，一般应在容器上开设人孔、手孔等检查孔人孔德结构形式常常与操作压力、介质特性以及开启的频繁程度有关。为了实现较好的工作效果，人孔的结构形式多是几种功能的组合，常见的有以下几种：（1

20、）常压平盖人孔；（2）快开人孔；（3）受压人孔。我们设计的常压水箱人孔不受任何压力所以可以直接选取第一种人孔，即常压平盖人孔。 为了便于检修和清洗设备，设备内经为450900mm，一般不考虑开设人孔可开设12个手孔；设备内经为900mm以上，至少应开设一个人孔；设备内经大于2500mm，顶盖于筒体上至少应各开设一个人孔。该原水箱内径为1500 mm，顶盖应开设一个人孔，因不需经常开启，筒体工作为常压，可选择为常压人孔。根据筒体材质，可选择人孔筒节的材质与筒体材质一致为-0cr18ni9ti。原水箱为室内放置，且不在寒冷地区，由人孔设置原则可以选取人孔的公称直径dn=450mm。在人孔的设计为常

21、压，设计温度t25。由以上得出的人孔的公称直径和公称压力查化工设备p148表6-12可知，应选用常压人孔，标准号hg 2151595。根据gb150国标规定：如果壳体开孔同时满足下列三个条件时，可以不进行补强设计压力不大于2.5mp相邻开孔中心间距（曲面间距以弧长计算）应不小于面孔直径之和的2倍开孔的要求：1、尽量不在焊缝上开孔2、在椭圆形或蝶形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线应垂直于封头表面由于原水箱是常压容器所受压力较小没有必要进行开孔补强。 原水箱筒体直径为d=2m。原水箱厚度至少应为3mm。原水箱封头的厚度取3 mm。人孔的公称直径dn=450mm原水箱不需要开孔补强化工设备第三章内压

22、薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器 化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器二、多介质过滤器壁厚计算： 支座选择取最大容积为液体静压po=1.853.14（0.75/2）2m31.0103kg /m310n/kg =0.82 m31.0103kg /m310n/kg =0.082mpa测量得知：过滤器筒体直径为d=750mm。设计压力已经给定0.6mpa pc=0.6+0.082=0.682mpa将pc代入下列公式得d=pc d/2t -p

23、c =(0.682750)/(21370.9)-0.682mm =2.08mm考虑钢板供贷的厚度度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差。n=d+c1=2.08+0.3mm=2.38mm钢板的厚度负偏差：钢板在扎制过程中，其中厚度可能出现偏差。若出现负偏差则会使实际厚度偏小，严重影响其强度，因此需要引入钢材厚度负偏差c1进行预先增厚。常用钢板厚度负偏差见表3化工设备p60参照国外有关标准及实践经验，为满足制造、运输、安装时的刚度需要，应规定压力容器的最小厚度。gb150、jb4732 和jb/t4735中，压力容器最小厚度的取值见表2。表2压力容器最小厚度的取值材料gb150jb4732jb/t473

24、5碳素钢、低合金(mm)263高合金钢(mm)332最小厚度不包括腐蚀裕量，设计厚度应为计算厚度与最小厚度两者中的较大值与腐蚀裕量之和所以我们制造的容器厚度至少应为3mm。支座的选择：大部分化工设备都需要通过支座来固定或支撑。尽管设备的结构和形状大小相同，但常用的支座主要有卧式容器支座、立式容器支座、球形容器支座三大类。每个支座负荷： qi=qii=q总/2=164/2=82查化工设备p158中表6-19 单位：(mm)支座高度为h=350 底板: l1=130 b1=90 1=8 s1=45筋板：l2=150 b2=110 2=8 垫板：b3=190 3=8 e=40地脚螺栓：d=24 规格

25、m20 /2=280所以选取a型支承式支座 根据实际要求应选择立式支座中的支撑式支座。过滤器筒体直径为d=750mm。过滤器厚度至少应为3m选取a型支承式支座化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器三、盐箱的设计： 四、软化器的设计计算支座选择盐箱的厚度计算： 由于盐箱为常压容器，所以盐箱受到的压力只有一个自重。盐箱的容积已给定610*1150，取最大容积为设计压力po=1.853.14（0.75/2）2m31.0103kg /m310n/kg=0.

26、82 m31.0103kg /m310n/kg=0.082mpa测量得知：盐箱筒体直径为d=610mmd=pc d/2t -pc =（0.082610）/（2137 0.9-0.082） =0.2mm考虑钢板供贷的厚度度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差。n=d+c1 =1.8+0.2 =2其钢板计算厚度为n=d+c1n=d+c1 =0.2+2 =2.2mm最小厚度参照国外有关标准及实践经验，为满足制造、运输、安装时的刚度需要，应规定压力容器的最小厚度。gb150、jb4732 和jb/t4735中，压力容器最小厚度的取值见表2。表2压力容器最小厚度的取值材料gb150jb4732jb/t4735

27、碳素钢、低合金(mm)263高合金钢(mm)332最小厚度不包括腐蚀裕量，设计厚度应为计算厚度与最小厚度两者中的较大值与腐蚀裕量之和 所以盐箱的的设计厚度应取3mm。 取最大容积为液体静压po=1.853.14（0.75/2）2m31.0103kg /m310n/kg =0.82 m31.0103kg /m310n/kg =0.082mpa测量得知：软化器筒体直径为d=750mm。设计压力已经给定0.6mpa pc=0.6+0.082=0.682mpa将pc代入下列公式得d=pc d/2t -pc =(0.682750)/(21370.9)-0.682mm =2.08mm考虑钢板供贷的厚度度偏

28、差，将设计厚度加上厚度负偏差。n=d+c1=2.08+0.3mm=2.38mm钢板的厚度负偏差：钢板在扎制过程中，其中厚度可能出现偏差。若出现负偏差则会使实际厚度偏小，严重影响其强度，因此需要引入钢材厚度负偏差c1进行预先增厚。常用钢板厚度负偏差见表3化工设备p60参照国外有关标准及实践经验，为满足制造、运输、安装时的刚度需要，应规定压力容器的最小厚度。gb150、jb4732 和jb/t4735中，压力容器最小厚度的取值见表2。表2压力容器最小厚度的取值材料gb150jb4732jb/t4735碳素钢、低合金(mm)263高合金钢(mm)332取最大容积为液体静压po=1.853.14（0.

29、75/2）2m31.0103kg /m310n/kg =0.82 m31.0103kg /m310n/kg =0.082mpa 测量得知：过滤器筒体直径为d=750mm。设计压力已经给定0.6mpa pc=0.6+0.082=0.682mpa将pc代入下列公式得d=pc d/2t -pc =(0.682750)/(21370.9)-0.682mm =2.08mm考虑钢板供贷的厚度度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差。n=d+c1=2.08+0.3mm=2.38mm最小厚度不包括腐蚀裕量，设计厚度应为计算厚度与最小厚度两者中的较大值与腐蚀裕量之和所以我们制造的软化器厚度至少应为3mm。支座的选择：大

30、部分化工设备都需要通过支座来固定或支撑。尽管设备的结构和形状大小相同，但常用的支座主要有卧式容器支座、立式容器支座、球形容器支座三大类。每个支座负荷： qi=qii=q总/2=164/2=82查化工设备p158中表6-19 单位：(mm)支座高度为h=350 底板: l1=130 b1=90 1=8 s1=45筋板：l2=150 b2=110 2=8 垫板：b3=190 3=8 e=40地脚螺栓：d=24 规格m20 /2=280所以选取a型支承式支座 根据实际要求应选择立式支座中的支撑式支座。盐箱的计算厚度为2.2mm。盐箱的的设计厚度应取3mm。软化器筒体直径为d=750mm软化器的计算厚

31、度为n=2.38mm软化器设计厚度至少为3mm。选取a型支承式支座化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器化工设备第三章内压薄壁容器p43化工设备第三章内压薄壁容器p43gb1501998钢制压力容器gb1501998钢制压力容器第五章 操作说明1工艺流程： 2. 多介质过滤器（1） 工作原理 多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程、常用的滤料有石英砂、无烟煤、锰砂等。 （2）技术参数 工作压力3.5kg/cm2，设计压力kg/cm2（3）操作说明运行前检查进、出水阀门是否处于运行状态检查控制器是否处于运行状态，观察控制面板上指