锅炉压力容器课设

1、河南城建学院压力容器与管道安全课程设计 班 级 专 业 安全工程 课程名称 压力容器与管道安全 指导教师 杨豪 学 号 姓 名 目录1设计题目21.1封头的选择21.2支座的选取22 工艺计算221筒体壁厚的计算22.2封头壁厚的计算32.3鞍座的计算32.4筒体轴向应力校核42.5筒体轴向应力计算52.6筒体和封头切向应力校核62.7筒体环向应力校核72.8鞍座有效断面平均压力82.9开孔补强的计算93 设备结构总图111设计题目 某厂需添置一台液氨贮罐，已知：设计压力p=2MPa，设计温度T=44，容器内径D=1240mm，容积V=3.2立方米，设备充装系数0.9，采用鞍式支座。试设计该设

2、备。纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合做为压力容器的钢板。1.1封头的选择几何方面，就单位容积的表面积来说，以半球形封头为最小。椭圆形和蝶形封头的容积和表面积基本相同，可以近似认为相等。力学方面，在直径、厚度和计算压力相同的条件下，半球形封头的应力最小，二向薄膜应力相等，而沿经线的分布式均匀的。如果与壁厚相同的圆筒体连接，边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情况就不如半球形封头均匀。由应力分析可知，椭圆形封头沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭

3、圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连接时，其可以达到与筒体等强度2。1.2支座的选取本题目为鞍式支座。2 工艺计算21筒体壁厚的计算筒体的理论计算壁厚公式为2： (3.1)式中 筒体的理论计算壁厚，mm； pc筒体计算压力，MPa； Di筒体内径，mm； t钢板在设计温度下的许用应力，MPa;焊接接头系数，其值为1。取计算压力pc=p=2MPa，筒体内径Di=DN=1240mm，查表2.1知16MnR在设计温度为44时的许用应力为t=163MPa，将这些数值代入公式(3.1)计算出筒体的计算厚度为： 7.6mm由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的设计厚度为：由钢板厚度负偏差表

4、查得C1=0.8mm，故名义壁厚为：圆整后取n=10mm。2.2封头壁厚的计算2.2.1采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为2： 7.6mm7.6mm7.6设计厚度为：名义厚度为：圆整后取n=10mm。查得标准椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h0=25mm。2.3鞍座的计算首先粗略计算鞍座负荷。贮罐总质量为储罐总质量M= M1+ M2+ M3式中M1罐体质量，kgM2封头质量，kgM3液氨质量，kg2.3.1 罐体质量m1DN=1240 mm，=8 mm的筒节，查得每米质量为370kg/m,由查得筒体每米长的容积=1.12/m，查得封头每米长的容积=0.33

5、/m.然后由V=2V封+V筒=2V2+V1L=2×0.33+1.12L=2.8解得L=1.9m，取公称直径DN=1240mm，壁厚=8mm的筒体，查表得每米质量是q1=190kg/m，所以M4=2×190+2×370=1083 kg由于整个罐的容积为2.8,故其水压试验时罐内的水重为M2=2.8×1000=2800其它附件质量M3人孔质量约为85 kg,其他接管质量和按200 kg计。于是，设备总质量为M= M1+ M2+ M3 =2800+1083+（85+200）=4168 kg由以上计算内容的鞍座反力G=Mg=41680N2.4筒体轴向应力校核2.

6、4.1筒体轴向弯矩计算筒体中间处截面的弯矩为 (5.1)式中F鞍座反力(N)；Rm椭圆封头长半轴外半径(mm)；L两封头切线之间的距离(mm)；A鞍座的位置(mm)；hi筒体内半径(mm)；其中所以 支座处截面上的弯矩为 (5.2)于是2.5筒体轴向应力计算2.5.1由弯矩引起的轴向应力圆筒中间截面上最高点处： (5.3)于是最低点处：鞍座截面处最高点处：最低点处：=2.5.2由设计压力引起的轴向应力 (5.4)于是2.5.3轴向应力组合与校核最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低点处, 于是 (5.5)许用轴向拉压应力t=163MPa，合格。最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面的最高点

7、处轴向许用应力 (5.6)根据A值查外压容器设计的材料温度线图6（化工设备机械基础,赵军编，P152）图11-9，查得B=130MPa，取许用压缩应力，合格。2.6筒体和封头切向应力校核2.6.1筒体切向应力计算 (5.7)由化工机械工程手册（上卷）P11-100表11.4-12查得K3=0.880，K4=0.401。于是2.6.2封头切向应力计算 (5.8)于是合格.2.7筒体环向应力校核2.7.1环向应力计算设垫片不起作用。（1）在鞍座处横截面最低点处 (5.9)式中b2筒体有效宽度。由化工机械基础手册（上卷）P11-101表11.4-13查得K5=0.7603，K6=0.0132。式中k

8、=0.1考虑容器焊在鞍座上 (5.10)式中b支座轴向宽度。于是故（2）鞍座边角处轴向应力因为，所以 (5.11)（3）环向应力校核合格。合格。2.8鞍座有效断面平均压力支座承受的水平分力 (5.12)由化工机械工程手册（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。于是鞍座有效断面平均应力 (5.13)式中Hs鞍座计算高度；b0鞍座腹板厚度。其中Hs取鞍座实际高度（Hs=250mm）和中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度于是应力校核：合格。式中，鞍座材料16MnR的许用应力。2.9开孔补强的计算由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。由表3.1知本设计所选用

9、的人孔筒节内径di450mm，壁厚nt10mm。据此差得补强圈尺寸(JB/T 4736-2002)为：外径D2=760mm，内径D1=450+2×10+14=484mm。开孔补强的有关计算参数如下3： 2.9.1 开孔所需补强面积A内压容器的圆筒开孔后所需的补强面积为 mm2 (3.4)式中 d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm；壳体开孔处的计算厚度，mm；et接管有效厚度，mm；fr强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值。对于圆筒，壳体开口出的计算厚度为：7.6mm开孔直径由于接管材料与壳体材料都为16MnR，故fr=1，将这些数据代入式(3.4)得：开孔所需补强面积2.9.2有效宽度B二者中取较大值B=911.2mm。2.9.3 有效高度(1) 外侧高度h1二者中取较小值h1=73.94mm(2) 内侧高度h2二者中取较小值h2=0mm。2.9.4 补强面积Ae在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算 (3.5)式中 Ae补强面积，mm2；A1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积按式(3.6)，mm2;A2接管有效厚度减去计算厚度