课程设计说明书

1、辽宁石油化工大学过程装备与控制工程专业过程设备设计课程设计说明书题目：中压蒸汽凝液罐学院:机械工程学院班级:装备1 205班姓名:李神炜学号:1 20201 05052015年12月目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 设计任务书1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 符号说明2设计计算6 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 1参数选取61.1设计压力与计算压力的确定61.2设计温度的确定61.3厚度附加量61.3.1厚

2、度负偏差61.3.2腐蚀裕量61.4焊接接头系数6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2筒体72.1筒体材料72.2筒体许用应力72.3筒体厚度72.3.1筒体计算厚度72.3.2筒体设计厚度72.3.3筒体名义厚度72.3.4筒体有效厚度72.4筒体厚度水压试验校核72.4.1耐压试验压力72.4.2筒体薄膜应力82.4.3耐压试验时容器强度校核8 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 3封头83.1封头选型83.2封头厚度83.3封头厚度水压试验校核83.3.1封头设计厚度93.3.2封头名义厚

3、度93.3.3筒体有效厚度93.4封头厚度水压试验校核93.4.1耐压试验压力93.4.2封头薄膜应力93.4.3耐压试验时封头强度校核9 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4附件选择104.1支座104.2法兰104.3垫片104.4加强圈104.5补强圈104.5.1补强判别104.5.2补强计算方法判别104.5.3开孔所需补强面积114.5.3.1封头计算厚度114.5.3.2开孔所需补强面积114.5.4有效补强范围114.5.4.1有效宽度B114.5.4.2有效高度114.5.5有效补强面积124.5.5.1封头多余金属面积124

4、.5.5.2接管多余金属面积124.5.5.3接管区焊缝面积124.5.5.4有效补强面积124.5.6所需另行补强面积124.5.7补强圈设计13 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 5储罐支座反力计算135.1储罐质量135.1.1筒体质量135.1.2封头质量135.1.3附件质量145.1.4充气、液质量145.1.5保温层质量145.1.6总质量145.1.6.1操作时质量145.1.6.2压力实验时质量145.2支座反力145.2.1操作时反力145.2.2压力实验时反力155.2.3支座反力选取155.3弯矩155.3.1圆筒中间横

5、截面155.3.2鞍座平面16 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 6圆筒应力计算与校核166.1圆筒轴向应力166.1.1内压未加压166.1.2内压加压176.1.3外压加压176.1.4外压未加压176.1.5未加压186.1.6 加压186.1.7轴向应力校核186.2圆筒和封头切应力196.2.1圆筒切应力196.2.2封头切应力196.2.3封头切应力校核196.3圆筒周向应力196.3.1圆筒截面周向压应力206.3.2圆筒鞍座边角周向应力206.3.3鞍座垫板边缘处周向应力206.3.3周向应力校核206.4腹板水平拉应力206.

6、4.1支座腹板水平分力206.4.2腹板有效截面内水平拉应力216.4.3应力校核216.5鞍座压缩应力216.5.1地震载荷引起压应力216.5.1.1水平地震力216.5.1.2腹板与筋板组合截面积216.5.1.3腹板与筋板组合截面系数216.5.1.4地震载荷引起压应力226.5.1.5温度变化引起的压应力“226.5.1.6应力校核236.6地震引起地脚螺栓应力“236.6.1倾覆力矩-236.6.2地脚螺栓拉应力236.6.3应力校核-23结论24参考文献25设计任务书、设计时间安排从第17周（2015年12月14日）至第18周（2015年12月18日）。二、设计内容安排熟知相关的

7、标准、规范及规定等相关资料；设备的设计计算及强度、稳定性校核；编写设计说明书一份；绘制1号装配图一张。三、设计条件详见附表一。四、设计要求学生要按照任务书要求，独立完成容器的设备设计；计算单位一律采用国际单位；计算过程及说明应清楚；所有标准件均要写明标记或代号；设计说明书目录要有序号、内容、页码；设计说明书与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更;书写工整，字迹清晰，层次分明；设计说明书要有封面和封底，横向装订成册。符号说明A -鞍座中心线至封头切线的距离mm ；% 一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用有效段的组合截面积之和，mm2 ；B设计温度下，按B150.3确定的外

8、压应力系数，用”；Bo书温下，B150.3确定的外压应力系数，即”；D.筒内直径，mm ；Do筒外直径，mm ；F海个支座的反力，N ；匕一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用的有效段的组合截面对该截面形心轴的惯性矩之和mm4 ；Ko城荷组合系数；K 1 - K 9系数；L头切线间距离，mm ；M 筒中间处的轴向弯矩，Nmm ；M 2 座处圆筒的轴向弯矩，Nmm ；Ra筒的平均直径，mm ；Rh-碟形封头球面部分内直径，mm ；R.筒内直径，mm ；V 器容积，取17.95m3 ；b座的轴向宽度，mm ；b1口强圈的宽度，mm ；b2筒的有效宽度，mm ；b3甘算圆筒与加强圈形成组合截面时，圆筒

9、的有效宽度m ；b4座垫板宽度，mm ；g-重力加速度；h. 头曲面深度，mm ；k系数。m-容器质量，kg ；m 0容器空质量，kg ；p设计压力，Mpa ；pc 算压力，Mpa ；P质密度，kg；m3；q 位长度载荷，N / mm ；r 形封头过渡段转角内半径，mm ；%-圆筒有效厚度，mm；以e 头有效厚度，mm ；5n-圆筒名义厚度，mm；以头名义厚度，mm ；5 re 座垫板有效厚度，mm ；5皿嘏座垫板名义厚度，mm ;9 座包角，;a K设计温度下容器壳体材料的许用应力绯;g “ -设计温度下容器圆筒材料的轴向许用压缩应力，p“ ； ac日诚书温下容器圆筒材料的轴向许用压缩应力，

10、 ；a K -设计温度下加强圈材料的许用应力的a ； ra“嘏座材料的许用应力，即a ；a bt 刑脚螺栓材料的许用应力，即a ；a 1a2-圆筒中间处横截面内最高、最低点处的轴向应力pa ；a3,a4座处圆筒横截面内最高、最低点处的轴向应力pa ；a5 座处圆筒横截面最低处的周向应力pa ；a6 -无加强圈时鞍座边缘处的圆筒周向应，pa ；a 6 -无加强圈时鞍座垫板边缘处的圆筒周向应力/pa ；a7-加强圈与圆筒组合截面处上圆筒表面的最大周向应力pa ；a 8 -加强圈与圆筒组合截面上加强圈边缘处的最大周向应力，Mpa ；a9-鞍座腹板水平方向上的平均拉应力Mpa ；a sa-由水平地震力

11、引起的支座腹板与筋板组合截面的压应力，Mpa；a t -由温度变化引起的支座腹板与筋板组合截面的压应力pa ； sat筒切向剪应力，Mpa ;P-加强圈靠近鞍座平面时Q7和b8的方位角，;A -圆筒未被加强时，气的方位角，；a -圆筒剪应力的方位角，。设计计算1参数选取1.1设计压力与计算压力的确定已知设计压力）为1.0Mpa元件承受液柱静压力小于%设计压力，所以取计算压九为1.0Mpao1.2设计温度的确定已知设计温度为200C，取操作温度龙00C。1.3厚度附加量C = C+C（1-1）1.3.1厚度负偏差取厚度负偏差C为0.3mn。1.3.2腐蚀裕量取腐蚀裕量C2为2mm。1.4焊接接头

12、系数选择双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头损检测比例为局部所以取4为 0.85。2筒体2.1筒体材料介质无特有会影响储罐的性质，所以选择45R作为储罐筒体和封头的材料。2.2筒体许用应力按 Q345R 200C 时。t = 183Mpa 计算。2.3筒体厚度2.3.1筒体计算厚度8 =牛一(2-2)2。，- pc1.0 x 2000 =牝 6.45mm2 x183 x 0.85 -1.02.3.2筒体设计厚度 TOC o 1-5 h z 8d =8+ C2(2-3)=6.45 + 2 = 8.45mm2.3.3筒体名义厚度如=q + C1+ A(2-4)=8.45 + 0.3 = 1

13、2mm8n = 12mm，切t没有变化，所以取名义厚度2mm合适。2.3.4筒体有效厚度6 =8n - C(2-5)=12 2.3 = 9.7 mm2.4筒体厚度水压试验校核2.4.1耐压试验压力按 Q345R 查。= 189MpaEPt nP 赤(2-6)= 1.25 x 1.0 x189 r 1.29Mpa1832.4.2筒体薄膜应力% = Pt( D +6)1.29 x(2000 + 9.7)=r 133.63Mpa2 x 9.72.4.3耐压试验时容器强度校核君 0.9 Re L = 0.9 x 0.85 x 345 = 263.9Mpa(2-8)所以厚度合适。3封头3.1封头选型由于

14、压力和温度都不高，所以选择椭圆形封头，为方便计算，选择标准椭圆形封头，所由于压力和温度都不高，所以选择椭圆形封头，为方便计算，选择标准椭圆形封头，所以 K=1。3.2封头厚度（3-1）p D0 =（3-1）2日，- 0.5 pc1.0 x 2000=r 6.44mm2 x183 x 0.85 - 0.5 x1.03.3封头厚度水压试验校核3.3.1封头设计厚度 TOC o 1-5 h z 可=8 + C 2（3-2）=6.44 + 2 = 8.44mm3.3.2封头名义厚度如=8d + C1 + A（3-3）=8.44 + 0.3 = 12mm8n = 8mm，k 没有变化，所以取名义厚度2m

15、m合适。3.3.3封头有效厚度6 = 8n - C（3-4）=12 - 2.3 = 9.7 mm3.4封头厚度水压试验校核3.4.1耐压试验压力按 Q345R 查g = 189MpaPt =nP 昌=1.25 x 1.0 x 偿 总 1.29Mpa3.4.2封头薄膜应力b = Pt（D + 8e）t28e（3-6）1.29 x （2000 + 9.7） =铝 133.63Mpa2 x 9.73.4.3耐压试验时封头强度校核bT T3985选择石棉橡胶板。4.4加强圈该储罐不设置加强圈。4.5补强圈4.5.1补强判别根据表4-15,允许不另行补强的最大接管外径为489mm，此压力容器中接管DN=

16、250mm故须另行考虑其补强。4.5.2补强计算方法判别开 孔直径d = d. + 2C = 250 + 2 x 2.3 = 254.6mm ,此 蒸汽出 口直径d=254.6mm6.44mnt4.5.3.2开孔所需补强面积f =目=115 = 0.63r 后丁 183接管有效厚度=8, C = 6-2.3 = 3.7mm，所以A = d8 + 288 G f )e, r二2 豹6.44+2X6.44X3.7X(1-0.63) =1627.63mm4.5.4有效补强范围4.5.4.1有效宽度BB = 2d = 2 x 250 = 500mmB2 = d + 28 + 28 = 250 + 2

17、x 10 + 2 x 6 = 282mm所以 B = max B, B = 500mm4.5.4.2有效高度外侧：h，=矿 f250 x 6 = 38.73mm1nth = 200mm i(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)所以 = min h;, h;(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)内侧： h = J矿=t250 x 6 = 38.73mm(4-7)2 nt所以h所以h = minh, h - 0mm4.5.5有效补强面积 4.5.5.1封头多余金属面积封头有效厚度=9.7mm，所以 e1 = 3-d)6 -8)-28(5 -S)

18、(-f)(4-8)=(500 -250)9.7 - 6.44)-2 x 4 x(9.7 - 6.44)1 - 0.63)= 805.31mm4.5.5.2接管多余金属面积接管计算厚度勺p d8=击接管计算厚度勺p d8=击t2 Inp(4-9)1x 250=1.29mm2 x115 x 0.85-1接管多余金属面积(4-10)A2 = 2q(5 -8 )f + 2h2(5 -C)f接管多余金属面积(4-10)=2 x 38.73 x(3.7 -1.29)x 0.63 + 0 = 117.61mm4.5.5.3接管区焊缝面积A = 2 x x 6.0 x 6.0 = 36mm 2324.5.5.

19、4有效补强面积A = A + A + A = 805.31 +117.61 + 36 = 958.92mm 2(4-11)e 1234.5.6所需另行补强面积A = A- (A + A + A ) = 1627.63-958.62 = 668.72mm2 41234.5.7补强圈设计根据接管公称直径DN250选补强圈，参照补强圈标准JB/T 4736取补强圈外径D =480mm内径d，=277mm因B=500mmD，补强圈在有效补强范围内。(4-12)补强圈厚度为(4-12)就72 = 3.29mm480 - 277考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为mm,但为便于制造时准备材料，补 强

20、圈名义厚度也可取为封头的厚度，5ip=12mmo5储罐支座反力计算5.1储罐质量5.1.1筒体质量n(D2 -D2)Lp(5-1)m =0i；(5-1)14兀(2.0242-22)x 5 x 7800 = 2956.67 kg5.1.2封头质量m 2 = pm 2 = p,兀5竺 + 5 D5 + -52 +(D +536 in 3 n i n iX10-9=7800 x 3.14x10-9 x1220002 + 6 x 2000 x12 + 3 x 122 + 537(2000 +12)=595.02MPa5.1.3附件质量由于附件质量相对筒体与封头质量较小，故忽略不计，m即肉0。5.1.4

21、充气、液质量m 4 =咐(5-3)=17.95 x 800 x 0.9 = 12924炫m 4 = Vp=17.95 x 1000 = 17950kg5.1.5保温层质量m5 = (V + LrR. 2)tp(5-4)=(8.85x 2 + 5x兀 x12)x0.1 x300 = 1002kg5.1.6总质量5.1.6.1操作时质量m = m1 + m 2 + m3 + m4 + m5(5-5)=2956.67 + 595.02 +12924 +1002 = 17477.69kg5.1.6.2压力实验时质量m = m1 + m 2 + m3 + m 4=2956.67 + 595.02 +17

22、950 = 21501.69kg5.2支座反力5.2.1操作时反力F = 2 mg=0.5 x 17477.69 x 9.81 = 85640.68N5.2.2压力实验时反力F=1 mg2=0.5 x 21501.69 x 9.81 = 105358.28N5.2.3支座反力选取5.3弯矩5.3.1圆筒中间横截面F = maxF, F =105358.28N1+ 2( h 2)M 1 =亍一L3L2(10122 - 4752)85640.68 x 5000 1 +500022 4 x 475+ 3 x 5000=60405518.43N - mm4 x 4755000 1+2(R/- h 2)

23、 mt 1 r一F LL3L2(10122 - 4752)105358.28 x 5000 1 +50001+ 4 x 475+ 3 x 50004 x 4755000 =74313066.23 - mm5.3.2鞍座平面1 A + Ra 2 hi 2m 2= f 顷u L 42AL 1 + 直3L147510122 47521 + =85640.68 x 4751 5000 2 x 章 x5000 14 x 4751 +3 x 5000= 1934187.77N - mm1 A + Ra 2 h. 2M= F A1 一L溶T 21 + 4h.+ 3L1 475 + 10122 4752=10

24、5358.28 x 4751 5000 ? x ? x5000 14 x 4751 +3 x 5000= 2379498.32N - mm6圆筒应力计算与校核6.1圆筒轴向应力6.1.1内压未加压兀R 26a e60405518.43= 1.92 Mpa兀 X10122 x 9.7b 4 = K M 28e(6-2)-1934187.77=-0.06Mpa兀 x10122 x 9.76.1.2内压加压6.1.3外压加压 = PR + M i228冗R 26ea e_1x 1012 60405518.43_ 2 x 9.7兀 x10122 x 9.7 = PR _ M 2328冗KR 28e1

25、a e_1x 1012 _ -1934187.77=2 x 9.7 兀 x10122 x 9.7 =也 + M1128e冗Ra 28e_1x 1012 , 60405518.43 =2 x 9.7兀 x10122 x 9.7 =也 + M2428冗KR 28e1 a e1x 1012 -1934187.77=+2 x 9.7兀 x10122 x 9.76.1.4外压未加压M1兀R 28ae60405518.43兀 x10122 x 9.7=54.10Mpa= 52.23MPa= 54.10MPa= 52.10MPa= -1.94MPa(6-5)(6-6)6.1.5未加压6.1.6加压b =-

26、Mt 1T1冗R 25a e74313066.23兀 6.1.5未加压6.1.6加压b =- Mt 1T1冗R 25a e74313066.23兀 X10122 x 9.7b MT 2T 4K邱愈2379498321xtx10122 x 9.72.38Mpa=0.08MpaT 2滂* ea e1.29 x101274313066.23:+ 112_97 = 69.68Mpa2 x 9.7MT 2b =也T325eKRa 25e1.29 x 1012 - 2379498.32=67.37Mpa兀 x10122 x 9.72 x 9.76.1.7轴向应力校核M24K 兀R 252 a e-1934

27、187.77=0.06 Mpa兀 x 10122 x 9.7查图，取B查图，取B = 106Mpa Bo = 113MpaA = 0.0945 Re o=0.094 x 9.71012 = 9.00 x 10- 4所以b t = minb卜,B = 106Mpab = min0.9Re L, B。 = 113Mpamax b,b2,b3,b4 = 54.10Mpa at = 0.85x 183 = 155.55Mpaminb 1,。2，。3,0 J = 0.06MPa - QT =lO6Mpamax弓 1qT2，弓3，弓4 = 69.68Mpa -。t = 0.85x 183 = 155.55

28、Mpa|minQr 1,%2，告3，告4 = 0.08Mpa - 。 = 113Mpa所以应力合格。6.2圆筒和封头切应力6.2.1圆筒切应力由于A - Ra 2，所以圆筒被封头加强(6-14)K 3FRA(6-14)0.88 x 105358.280.88 x 105358.281012 x 9.7=9.44 Mpa6.2.2封头切应力(6-15)气=K 4余 a he(6-15)105358.28=0.401 x= 4.30Mpa1012 x 9.76.2.3封头切应力校核(6-16)。=12 + (D)2 D(6-16)h 62h2 初ihe=12 + (火)2* = 93.92Mpa6

29、2 x 5372 x 9.7Th +。= 4.30 + 93.92 = 98.22Mpa -1.25。t = 1.25 x 183 = 228.75Mpa所以切向应力合格。6.3圆筒周向应力6.3.1圆筒截面周向压应力b = 260mm所以b 2 = b + 1.56、瓦=260 +1.5671012 x12 = 431.91mmK 5 Fkb 20)(6-17)(6-18)0.76 x 105358.28 x 0.94431.91x(9.7 +10)=-8.85Mpa6.3.2圆筒鞍座边角周向应力_ F _ 12K6FRa6 = 40e+8“)b2 We 2 +如 2)_105358.281

30、2 x 0.013 x105358.28 x1012=-4 x19.7 x 431.91 5000 x (9.72 +102)=-14.03MPa6.3.3鞍座垫板边缘处周向应力(6-19)- 1FR645eb 2L5e 2_ 105358.2812 x 0.013 x105358.28 x 1012=-4 x 9.7 x 431.91 5000 x 9.72=-29.07MPa6.3.3周向应力校核|5| t = 183Mpa J 1.25 t = 228.75Mpa所以周向应力合格。6.4腹板水平拉应力(6-20)6.4.1支座腹板水平分力(6-21)Fs = K 9 F=0.204 x

31、105358.28 = 21493.09N6.4.2腹板有效截面内水平拉应力b9 Hbb9 Hbo + bdre 21493.09(6-22)337.3 x10 + 431.91x10=2.86 Mpa6.4.3应力校核2b9 3Q = 126Mpa所以合格。6.5鞍座压缩应力6.5.1地震载荷引起压应力6.5.1.1水平地震力FEv =a mg(6-23)=0.12 x 17477.69 x 9.81 = 20574.74N6.5.1.2腹板与筋板组合截面积Asa = 65 3b2 +8 2(l1 - 20)24)=6 x 8 x190 +10(1420 - 20) = 23120mm 26

32、.5.1.3腹板与筋板组合截面系数/5,% + 65 b & + 8 )(6-26)-=2 23 2、22/(6-26)sa1420 x10 x 5 + 6 x 8 x 190(95 +10) “ “23120=44.49mm23120I = /&+1& (i -ii)+ 6_!5 b3 +5 b (8 + 鬼-i )2 12 22z 212 3 23 2 22 八(6-27)=112 x1420 x 103 +1420 x 10(44.49 - 5)+ 6牛 x 8 x 1903 + 8 x 190(10 + 95 - 44.49)2=32289155.85mm 4乂 = i %1 z 2=

33、44.49 - 5 = 39.49mmK = -2 + 8 厂 i2 22 z=95 +10 - 44.49 = 60.51mmV max = max* y 2 = 60.51mmmaxZr = -L max32289155.85=533616.85mm 360.51(6-28)(6-29)(6-30)(6-31)6.5.1.4地震载荷引起压应力=-F - FH -feHsa Aa2ZrAsa (L - 2 A)85640.68 20574.74 x 250-23120 - 2 x 533616.86(6-32)20574.74 x 126223120 x (5000 - 2 x 475)=-8.57 Mpa6.5.1.5温度变化引起的压应力F F fH Sa A Z sar(6-33)85640.68 85640.68 x 0.4 x