卧式饱和水蒸汽储罐设计论文

1、湖山/fz*传课程设计题目：卧式饱和水蒸汽储罐设计教 学院：环境科学与工程学院专业:安全工程2011（1）班学 号：学生姓名：指导教师：2013年12月06日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第一章工作参数31.1设计题目3 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 1.2基本设计条件3 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 1.3设计要求3 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第

2、二章确定设计参数3 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.1设计压力3 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 2.2设计温度3 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 2.3焊缝系数3 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 2.4材料的选择4 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 2.5腐蚀裕量4 HYPERLINK l bookmark74 o Current D

3、ocument 第三章容器的结构设计4 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 3.1圆筒厚度的设计4 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 3.2封头设计4 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 3.3接管和法兰设计5 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 3.4安全阀选型53.5人孔设计73.5.1人孔法兰选型73.5.2人孔接管设计73.6鞍座设计73.6.1鞍座选型73.6.2鞍座的安装位置9 HYPE

4、RLINK l bookmark136 o Current Document 第四章补强设计9 HYPERLINK l bookmark139 o Current Document 4.1补强判别94.2补强计算104.2.1接管计算壁厚104.2.2有效补强范围104.3补强设计11 HYPERLINK l bookmark163 o Current Document 第五章强度校核135.1水压试验应力校核13参考文献14湖北理工学院课程设计锅炉与压力容器课程设计任务书一、设计目的和任务目的本设计是锅炉与压力容器课程教学的环节之一。要求综合运用所学的有关专 业基础、专业、工程知识，在设计中

5、学习、巩固和提高工程设计理论与解决实际问题 的能力。任务进行压力容器设计。即根据所给资料，设计出符合要求的压力容器，并编写设计 说明书，绘制图形。二、设计内容与要求设计计算说明书说明设计条件和设计要求；确定设计压力、设计温度、焊接接头系数，选择材料， 确定钢材腐蚀裕量；对筒体和封头进行设计；确定接管的材料，在筒体上的布置方式 及与外接管的连接方式；人孔设计；进行支座选型设计；开孔补强设计；水压试验强 度校核；安全泄压装置和压力表的选型设计；绘制设计图。设计图纸按国标绘制设计总图，在设计总图上不能清楚表示的零部件需绘制零件图。（图 纸不少于3张，A3图纸至少1张）三、设计资料题目：卧式饱和水蒸汽

6、储罐设计结构形式：卧式基本设计条件1）设计条件：工作压力：3.2MPa；介质：水蒸汽2）筒体的公称容积：DN=1200mm，长度L=4500mm3）接管：进料管：273X6 （1个）出料管：108X5 （2个）排污管：38X3 （1个）安全阀接管：157X5 （1个）压力表接管：G1/2人孔：5004）支撑方式：鞍座（2个）。四、时间安排序号内容学时安 排1讲解课程设计要求；收集课程设计所需 资料0.2周2确定设计参数，总体结构设计0.3周3局部结构设计，强度校核，绘制相关图 形；0.5周4完善上述内容，编写设计说明书，提交 成果0.5周5总计1.5周第一章工作参数1.1设计题目：卧式饱和蒸汽

7、储罐1.2基本设计条件1、工作压力：3.2MPa2、介质名称：饱和水蒸气3、筒体公称容积：DN=1200mm, L=4500mm4、接管：进料管：273X6 （1个）出料管：108X5 （2个）排污管：38X3 （1个）安全阀接管：157X5 （1个）压力表接管：G1/2人孔：5005、支撑方式：鞍座（2个）。1.3设计要求设计压力、设计温度、焊接接头系数、腐蚀裕量、选择封头、接管 方式及位 置、支座位置、接管补强、接管法兰、鞍座放置位置、设计总图等。第二章确定设计参数2.1设计压力P设计压力取工作压力的1.1倍，即P T Tx3.2 = 352.2.2设计温度T由饱和水蒸汽热力性质表可以查的

8、，在工作压力为3.2 MPa时，水蒸汽的温度在 233.89C和252.59C之间。因设计温度应不小于最高工作温度，故可粗取设计温度 为 300C。2.3焊缝系数粗定=0.9 （单面对接焊缝，100%探伤）2.4材料的选择已知容器介质为无毒无腐蚀性的水蒸汽，设计压力为3.52 MPa，根据 GB150-19981 表4-1，本储罐可选用筒体材料为16MnR钢（钢材标准为 GB6654-1996），板厚不大于30mm。2.5腐蚀裕量C2已知介质水为蒸汽，可取腐蚀裕量 = 1第三章容器结构设计3.1圆筒厚度的设计假设圆筒的厚度在1636mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强

9、度错误!未找到引用源。，屈服极限强度错误!未找到引用源。，30C错误!未找到引用源。下的许用应力为错误!未找到引用源。由中径公式可得圆筒计算厚度：. pD3.52 x 12005 = i =mm = 17.77 mm2小卜p 2 x 0.9 x134 3.52查标准HG20580-1998表7-1知，钢板厚度负偏差为0.8mm，且由2.5节得知了 腐蚀裕量错误!未找到引用源。则筒体的设计厚度5广&七=17.77 +1T77mm名义厚度错误!未找到引用源。，圆整后取为错误!未找到引用源。六启百序 5 =5 c c = 20 0.8 1 = 18.2mm有效厚度e n 123.2封头设计查标准JB

10、/T4746-20024中表1，得公称直径DN = D =1200mm本储罐可选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2, K=1，由公式可得封头5=PD=计算厚度2bJ。 0.5 p2 x 134 x 0.9 0.5 x 3.52设计厚度：5d =5 +c2 =13.23 +1 =14.23mm3.52 x 1200i。公称直径DN = Di =1200mm=13.23mm名义厚度：5广8杠1 + %=13.23 + 0.8 +1 T53mm圆整后取20mm。有效厚度.5 =5 一七一匕=20一0.8TT8.2mm ri /十 :e n 123.3接管和法兰设计该饱和水蒸汽储罐设置有进料管、出料管、

11、排污管、安全阀、压力表、人孔。 由于储罐的设计压力为3.52MPa，设计温度为300C，根据GB/T 9115.220005可 选用公称压力PN为4.0的凹凸面对焊钢制管法兰，且各法兰参数可由表四查得。 根据工作参数要求，可以确定尺寸：进料管采用中273X6无缝钢管，设计伸出长度300mm，法兰标记 DN300-PN2.5RF。出料管采用中108X5无缝钢管，设计内伸长度10mm，法兰标记DN100-PN2.5RF。排污管采用中38X3无缝钢管，设计内伸长度10mm，法兰标记DN30-PN2.5RF。安全阀接管采用中157X5无缝钢管，设计伸出长度200mm，法兰标记 DN150-PN2.5R

12、F。压力表接管采用G1/2压力表，外径为21mm，接管为圆柱管管螺纹接管，接管 与筒体内部平齐，法兰标记 DN15-PN2.5RF。3.4安全阀选型.确定气体的状态条件：设Po一安全阀出口侧压力(绝压)0.103MPa。根据G8150附录B4.2.1，得Pd一安全阀泄放压力为：Pd=1.1Ps+0.1 =1.1X 1.1Pc + 0.1=3.972MPa求出：Po/Pd=0.103/3.972=0.0259而2/(k+1)k/(k-1)=2/(1.3+1)1.3/(1.3-1)=0.546其中k为水蒸汽的绝热指数，k=1.3由 Po/PdV(2/(k+1) k/(k-1)(属于临界状态)安全阀

13、排放面积：4GA =.=0 7.6 x10一2CKpM /(ZT)式中:C：气体特性系数,C=520 k (2/(k+1)(k+1)/(k-1)得出：C=347K：安全阀额定泄放系数,可取K=0.675M：气体摩尔质量，水蒸汽摩尔质量M=18.2Kg/kmolZ：气体压缩系数，水蒸汽Z=0.9216T：气体绝对温度，T=273+max=273+260=533k容器安全泄放量的计算:G = 2.83 x 10-3 p vd2kg / h式中:p ：为排放压力下的气体密度kg/m3.查得P=5.388Kg/m3.v :容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;根据HG/T20570.6-956中表

14、，2.0.1，可取 v=30m/sd :进气管内径，d=157mm将上述p、v、d代入式(B1)得G =2.83X 10-3X5.388X30X 1572 =11275.47 kg/h安全阀排放面积的计算：将上述G、C、K、Pd、M、Z、T代入上式(B5)可计算出：气=828-47mm2根据设备工况选用全启式安全阀且流通直径：T13%A0 = 3253mm根据安全阀公称直径与喉径对照表。表1 安全阀公称直径与喉径对照表微启式安全阀喉径mm1216202532406580全启式安全阀喉径mm2025325065100125安全阀公称直径mm15202532405080100150200所以选用公

15、称直径DN80的全启式安全阀.5人孔设计5.1人孔法兰选型由给定条件得到人孔的公称直径DN=500mm,根据HG/T 21517-2005 ：7, 查 表3-3,选用水平吊盖平焊法兰，法兰标记DN15-PN4. 0人孔RF。5. 2人孔接管设计 TOC o 1-5 h z 父 pd3.52x5040 = 一4= 7.51mm接管计算壁厚:设计壁厚:名义壁厚:有效厚度:2 顷-.2x134x0.9-3.528 = 5 +c = 7.51 +1 = 8.51mm d2V & +Ci += 7.51 + 0.6 +1 = 9.11mm ,圆整后取8 = 8 c c = 10 0.6 1 = e n

16、12接管与筒体内部平齐。3. 6鞍座设计6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用16MnR钢。首先估算鞍座的负荷：储罐总质量” = m!+2m2+m3+m41、一筒体质量”i：由DN二1200mm七=20秫秫的封头和筒体按照公式mi=WLo5p其中：16MnR钢的密度P =7.81xl03kg/m3L =, 2x( +h ) = 4500 2x(300+ 50) = 3800mm 010可以求得筒体质量= TiDLp = 3.14x7.81x103 xl.2x3.80 x0.02 = 2236.54kg2、封头的质量”2：根据JB1154 - 738可得单个该型号标准

17、封头的质量为285kg所以仞2 = 285 x 2 = 5703、水压试验水的质量”3：封头容积匕=。2833 (查表1154-73 )_ D 2 ”1.22 筒体容积筒 404V =兀x L = 3.14 xx 3.8 = 4.3m3所以总体积V = % + %=.283 +牝=4矣饥3 已知水的密度P水=1000 /m3 则 m3 = p 水V = 1000 x 4.583 = 4583kg4、附件质量m 4附件总质量可粗取m4 = 500屁综上所述 m = mi + 2m 2 + m3 + m4 = 2236.54 + 570 + 4583 + 500 = 7889.54炫即鞍座承受的总

18、负荷为78.9kN，则每个鞍座承受的负荷为39.45kN。查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座，带垫板，120 C包角，焊制，四 块筋板查9中表2,得出鞍座尺寸如表2。表2所选轻型鞍座尺寸表允许载荷kN1451鞍座高度h200底板l8802b170510腹板156螺栓间距2D720鞍座质量kg51增加100mm高度增加的质量kg7筋板l3200b140b 32005 36垫板b3204564e55弧长14103.6.2鞍座的安装位置图1双鞍座卧式容器的载荷除了操作压力外，还有筒体等的质量载荷和支座反力，根 据筒体的剪力图和弯矩图分析，可以知道当鞍座设置在在距离筒体两边1 /4处

19、时，筒 体受到的弯矩值最小，此时：A = 1L = - x 4500 = 1125mm44第四章补强设计4.1补强判别由于设计压力P = 3-52MPa 2.5 MPa，故各接管均需要补强。接管均采用与筒体相同的16Mn-R钢，附加厚度取 = 2mm。井料管 开孔直径 d =4 1 + 2C = 273 + 4 = 277mm Di = 600mm所以需要补强，且可以用等面积补强法进行补强。同样方法可得进料管、出料管、排污管、安全阀接管、压力表接管、人孔接管的 开孔直径分别为277mm、112mm、42mm、161mm、25mm、504mm，且都可以采用等面积 补强法进行补强。2补强计算2.1

20、接管计算壁厚5 _ pd 进料管：2口巾一3.52x277. 1=4.1mm2x134x0.9-3.52出料管:P d3.52x112= _2= l.oomm2 2切_2x134x0.9-3.52e _ pd排污管：*弗W73.52x422x134x0.9-3.52=0.62mm8 =安全阀接管；m 2好巾-g _ pd 压力表接管：”2 口言3.52x1612x134x0.9 3.52=2.38mm3.52x252x134x0.9-3.52=0.37 mm2 pd3.52x504J.51mmO = f 6=人孔接管：由3. 5节已得出* 2由2x134x0.9-3.52其中压力表和人孔接管名

21、义厚度均取10mmo2. 2有效补强范围有效宽度：进料管.B = 2d = 2x277 = 554彻n出料管.B = 2d = 2 x (108 + 4) = 224mm排污管.B = 2d = 2 x (38 + 4) = 84mm安全阀接管. =2d = 2 x (157 + 4) = 322mm 压力表接管：气=2幺=2x(21+ 4) = 50所m 人孔接管.B = 2d = 2 x (500 + 4) = 1008mm外侧有效高度：H = .；d 6 = J277 xlO = 52.7mm*1 ntlH = Jd 5= Jl 12x10 = 33.5mm2 ntlH = ,)d 5

22、= 42x10 = 20.49mm3 nt3 rH = Jd 8 = 161x10 = 40.2mm4 r4H = Jd 8 =V25xlO =15.81mmV 5 nt5H =5 = 504x10 = 71.0mm6 nt 6内侧有效高度:h1 = 0h = 10 mmh = 10mmh4 = 0h5 = 0h6 = 04.3补强设计由于接管材料和筒体相同，故取强度消弱系数fr = 1 进料管：开孔消弱金属截面积：A = d 6 + 26 (6 - C)(1 - f ) = d 6 = 277 x 17.77 = 4922.29mm2 1nt1r 1A筒=(B -d )(6 -6)-2(6

23、-C)(6 -6)(1 - f )=(B-)(6 -6)匚(554-277)(18.2-17.77)筒体富裕金属截面积：=119.11mm 2A = 2H (6 - 6 ) f + 2h (6 - C ) f 接管1 et1 t1 r 1 et112 r接管富裕金属截面积；=2 H1(6 et1 -611)= 2 x52.7x(6 T.6 4.D = 3L62mm2焊缝金属截面积：焊脚高度取10mm，此为单面焊，A焊缝=2 x 2 x 10 x10 = 100mm 2则富裕金属总面积A=A筒体+ A接管+ A焊缝=119.11 + 31.62 + 100 = 250.73mm2由 A v Ae

24、，故需要补强，且补强面积A4 = A Ae= 4922.29 - 250.73 = 4671.56mm2 根据JB/T4736-200210补强圈标准，取补强圈外径D1 = 520mm。同样方法，可计算出料管、排污管、安全阀、压力表、人孔接管开孔的补强参数。出料管：A = d 6 + 26 (6 - C)(1 - f ) = d 6 = 112 x 17.77 = 1990.24mm2A筒体=(B-)(6 -6) = (224-112)(18.2-17.77) = 48.16mm2A= 2H (5 - 5 ) f + 2h (5 - C ) f接管2 et2 12 r 2 et 212 r=2

25、 x 52.7 x (6 -1.6 - 4.1) + 2 x 10 x (3.5 -1) = 173.28mm 2此为双面焊，故A焊缝=2 x 10 x 10 = 200mm 2富裕金属总面积Ae=A筒体+ %管+ A焊缝=4&16 +173.28 + 200 = 421-44mm2由 Ae V A，故需要补强，且补强面积A4=A 一 1990.24 - 421.44 = 1568.8皿2补强圈外径取D2= 210mm排污管：A = d 5 + 25 (5 - C)(1 - f ) = d 5 = 42 x 17.77 = 746.34mm2 3nt 3r 3A筒体=(B3 -d3)(5 -5

26、) = 42x (18.2 -17.77) = 18.06mm2A= 2H (5 - 5 ) f + 2h (5 - C ) f接管3 et3 13 r 3 et 312 r=2 x 20.49 x (3 -1.22 - 0.62) + 2 x 10 x (3 -1.22 -1) = 63.14mm 2此为双面焊，故A焊缝=2 x 10 x 10 = 200mm 2富裕金属总面积 Ae=A筒体 + %管 + % =18.06 + 6&14 + 200 = 281-2mm2由 Ae V A，故需要补强，且补强面积 -1=746.34 - 281.2 = 465.14皿2 补强圈外径取D3=130

27、mm安全阀接管；A = d45 + 28 (5 4 - C)(1 - f) = d45 = 161 x 17.77 = 2860.97mm2A筒体=(B4 -d4)(5 -5) = (322 -161)x (18.2-17.77) = 69.23mm2A接管=2H4(5 4-5 4) = 2x40.2x(5-1.5-2.38) = 90.05mm2采用单面焊，故富裕金属总面积Ae由Ae V A，A= 2 x i x10 x 10 = 100mm 2=A筒体 + A接管 + A焊缝=69.23 + 90.05 + 200 = 259.28mm2焊缝 2故需要补强，且补强面积 A4 = A 1= 2860.97 259.28 = 2601.69”2 补强圈外径取D4 = 310mm压力表接管:A = d 5 + 25 (5 5 - C)(1 f) = d55 = 25 x 17.77 = 444.25mm2A筒体=(B5 d 5)(5 5) = (50 25) x (18.2 17.77) = 10.7