锅炉与压力容器,课程设计正文

夹套罐设计PAGEPAGEII目录1设计说明 12设计参数选择 22.1设计压力 22.2设计温度 22.3材料的选择及许用应力确定 22.4焊缝系数 32.5附加厚度 33几何参数的确定 43.1罐体封头各参数 43.2罐体的高度及体积 43.3夹套的高度计算 43.4传热面积计算 53.5搅拌口法兰尺寸确定 53.6视孔尺寸确定 63.7其他法兰、接管尺寸确定 64罐体强度设计 104.1罐体封头壁厚设计 104.1.1按内压罐体封头壁厚设计 104.1.2按外压罐体封头壁厚设计 114.2罐体筒体壁厚设计 114.2.1按内压罐体筒体壁厚设计 114.2.2按外压罐体筒体壁厚设计 125夹套强度设计 135.1夹套封头壁厚设计 135.2夹套筒体壁厚设计 146罐体与夹套连接处的剪切应力校核 156.1罐体质量计算 156.2罐体内介质质量计算 156.3罐体上法兰及其它附属件质量计算 156.4总负荷计算 166.5焊缝连接处环形面积计算 166.6焊缝连接处剪切应力强度校核 167开孔补强设计 177.1搅拌器连接口补强计算 177.2蒸汽入口补强计算 187.3其他接口补强计算 188水压试验压力确定 198.1罐体水压试验压力计算 198.2罐体筒体在水压试验压力下强度校核 198.3罐体封头在水压试验压力下强度校核 198.4夹套水压试验压力计算 208.5夹套筒体在水压试验压力下强度校核 208.6夹套封头在水压试验压力下强度校核 208.7罐体筒体在水压试验外压力下稳定性校核 208.8罐体封头在水压试验外压力下稳定性校核 209支座的选取 2110参考文献 22夹套罐设计PAGE231设计说明压力容器泛指承受介质压力的密闭容器。本次课程设计中的压力容器是高效酒精回收装置中的夹套罐。夹套罐由内外两个容器套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连接。在罐体和夹套之间形成一个50mm左右的间隔。工作原理：罐体盛装酒精溶液，罐体上部安装有搅拌装置，使酒精溶液在加热过程中得到均匀搅拌。在内置容器上设置有进料口、出料口、搅拌器口、压力表口、安全阀口、观察口等工艺接口。

在夹套上设置两个蒸汽入口，夹套的下部设有一个冷凝水出口。蒸汽进入夹套后，对罐体内的酒精溶液进行加热，蒸汽冷凝成氺后从冷凝水出口流出。

设备的开孔情况：压力容器设备上共开有11个孔，连接有不同的接管。a孔位于内置容器上封头的中心，用于连接搅拌器；b、e孔为安全阀孔，同样位于内置容器上封头上；c、d同样位于内置容器上封头上，c孔用于设置温度表，d孔用于设置压力表；f孔和g孔位于夹套筒体上，是水蒸气的入口。h孔位于罐体上，用于设置视镜。i孔位于罐体筒体上，是进料口。J孔位于夹套封头上，为冷凝水出口。K孔位于罐体的下封头上，作为出料口。2设计参数选择2.1设计压力（2.1）-设计压力；-系数；-工作压力。当中低压容器上装有安全阀时，设计压力取等于开启压力p，而p取工作压力p的（1.05-1.1）倍，求得容器和夹套的设计压力分别为：罐体设计压力:夹套设计压力：2.2设计温度设计条件规定：罐内的操作温度为100℃，夹套内水蒸气的温度等于，查表得℃。圆整后得℃。2.3材料的选择及许用应力确定选择Q—235A号钢，该号钢材厚度为3—4mm，钢材标准为GB912，此号钢板在100℃时的许用应力，在200℃时许用应力为。2.4焊缝系数焊缝均采用局部无损探伤；夹套与其封闭件采用单垫片，焊道系数。2.5附加厚度（2.2）-钢板厚度；-设计压力；-许用应力临界值；-焊缝系数。（2.3）-厚度附加量；-负偏差；-腐蚀裕度。罐体圆筒壳：查表得负偏差夹套圆筒壳：查表得：，。罐体厚度附加量；夹套附加量。3几何参数的确定罐体封头选用标准椭球封头，底部采用支承式支座。3.1罐体封头各参数罐体内径，查表得：封头曲面高度，直边高度，内表面积，容积。3.2罐体的高度及体积筒体高度；筒体体积罐总体积。3.3夹套的高度计算罐体酒精填充系数为0.8。罐内酒精体积为：罐内酒精高度：夹套筒体及封头高度：间隙为50mm，可得夹套整体高度为。3.4传热面积计算传热面积：（3.1）-传热面积；-封头内表面积；-内半径；-夹套筒体高度。∴传热面积=。3.5搅拌口法兰尺寸确定，为保证安全，选取，。则根据法兰标准JB∕T81-1994，搅拌口法兰尺寸确定为：表3-1法兰标准JB/T81-1994公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n螺纹Th8089200160184M16135320913.593.6视孔尺寸确定选取公称直径，公称压力的视镜。表3-2标准HGJ502—86DD1b1b2H螺栓质量(kg)标准号数量直径碳素钢Ⅰ不锈钢Ⅱ22519028281438M1613.6HGJ502—86—9HGJ502—86—193.7其他法兰、接管尺寸确定压力容器上的所有安全阀的总排量，必须大于或等于压力容器的安全泄放量。查得锅炉的安全泄放量为2600kg/h。排放量：(3.2)设有两个安全阀，总排放量必须不小于安全泄放量，才符合要求。选A42-16C弹簧封闭全启式安全阀，法兰连接，密封面材料硬质合金，公称压力1.6MPa,阀体材料碳钢。则根据法兰标准JB∕T81-1994，安全阀口b、e型号：。公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n纹Th3238140100184M1678218391.86表3-3安全阀口法兰参数温度表口c,。表3-4温度表口c法兰参数公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D系列1/系列2螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n螺纹Th10149060144M1240214150.61压力表不需要法兰，压力表口d的无缝钢管的外径取25mm.进料口和出料口的法兰公称通径为罐体内径的十分之一左右，根据法兰标准JB∕T81-1994，进料口i，出料口k的法兰尺寸确定为：型号：。表3-5进、出料口法兰参数公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n螺纹Th100108220180188M16155320913.59查得蒸汽入口f、g的法兰通径为150mm，则根据法兰标准JB∕T81-1994，法兰尺寸确定为型号：。表3-6蒸汽入口法兰参数公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n螺纹Th150159285240228M202103241617.61查得冷凝水出口的公称通径为75mm,则根据法兰标准JB∕T81-1994，冷凝水出口j的法兰尺寸确定为型号：。表3-7冷凝水出口法兰参数公称通径DN管子外径A连接尺寸密封面尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓、螺柱df法兰理论重量（kg）数量n螺纹Th8089200160188M16135320913.594罐体强度设计4.1罐体封头壁厚设计4.1.1按内压罐体封头壁厚设计（4.1）（4.2）—计算壁厚（mm）；K—系数；P—罐体设计压力（MPa）；D—封头内径（mm）；—设计温度下材料的许用应力（MPa）；—焊缝系数；封头壁厚：设计壁厚：查表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚<故合适。4.1.2按外压罐体封头壁厚设计假设，则查得：K=0.94.2罐体筒体壁厚设计4.2.1按内压罐体筒体壁厚设计筒体壁厚：设计壁厚：查表得负偏差名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚<故合适4.2.2按外压罐体筒体壁厚设计（4.3）筒体计算长度：5夹套强度设计5.1夹套封头壁厚设计夹套的设计压力为0.33MPa，内径为1100mm，许用应力为105MPa，焊缝系数为0.85，形状系数夹套封头壁厚为：设计壁厚：查表得负偏差（C<=0.25时，计算名义厚度时可忽略，在此将其计算在内）名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚（5.1）<所以，该标准椭圆形封头的名义壁厚合适5.2夹套筒体壁厚设计夹套的设计压力为0.33MPa，内径为1100mm，许用应力为105MPa，焊缝系数为0.8筒体壁厚：设计壁厚：查表得负偏差（C<=0.25时，计算名义厚度时可忽略，在此将其计算在内）名义壁厚：圆整后，名义壁厚为有效壁厚<所以，夹套筒体壁厚合适。6罐体与夹套连接处的剪切应力校核6.1罐体质量计算6.2罐体内介质质量计算由于考虑到水压实验，所以介质密度采用水的密度。6.3罐体上法兰及其它附属件质量计算其余各附属件质量主要是指接管的质量。表6-1各法兰及接管参数名称接管外径/mm壁厚/mm接管质量(㎏/m)法兰质量/kg搅拌器连接口8944.203.59安全阀383.52.591.86安全阀383.52.591.86温度表1430.4070.61压力表2530.815-蒸汽入口1594．58.587.61蒸汽入口1594．58.587.61窥镜口13.6进料口10845.123.59出料口10845.123.59冷凝水出口8944.203.59法兰总质量接管的长度均取500mm。接管总质量6.4总负荷计算6.5焊缝连接处环形面积计算6.6焊缝连接处剪切应力强度校核焊接处的应力校核满足要求。7开孔补强设计按设计要求开11个孔，分别为搅拌器连接口，安全阀口，温度表口，压力表口，安全阀口，蒸汽入口，蒸汽出口，窥镜口，进料口，冷凝水出口，出料口。7.1搅拌器连接口补强计算因开孔而削弱的金属面积的计算：接管直径：削弱的金属面积A：强度削弱系数接管设计壁厚：外侧有效高度：(7.1)(7.2)筒体多余面积接管多余截面积：7.2蒸汽入口补强计算因开孔而削弱的金属截面积：接管直径：削弱的金属面积A：强度削弱系数接管计算壁厚：筒体多余截面积：接管多余截面积：7.3其他接口补强计算圆筒体上为加强单孔的最大允许直径[d]可按下面的经验公式计算：8水压试验压力确定8.1罐体水压试验压力计算(8.1)8.2罐体筒体在水压试验压力下强度校核(8.2)罐体筒体强度符合要求。