低变炉毕业设计说明书

word文档可自由复制编辑低变炉设计摘要本说明书为《低变炉设计说明书》。扼要介绍了立式低变炉的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了立式低变炉的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、物料性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：压力容器、立式低变炉、结构设计、强度校核、开孔补强。ABSTRACTThespecificationforthe《designspecificationofshiftingfurnace》.Brieflyintroducesthecharacteristicsofshiftingfurnaceandinthevertical.Widelyusedinindustry,describesindetailthestructureandstrengthdesignandmanufacturing,maintenanceandmaintenanceofverticallowfurnace.Thispaperusesthemethodofanalysisanddesign,comprehensiveconsiderationofenvironmentalconditions,materialpropertiesandotherfactorsandreferencestandard.Designprospective,accordingtotheorderofprocessdesign,structuredesign,equipmentstrengthcalculationoftank,cylinder,head,saddle,tookoverthedesign,andthenuse1SW6-1998tomakestrengthcheck,finallyformsthereasonabledesignscheme.Thedesignresultsmeetuserrequirements,safetyandeconomicandenvironmentalrequirementsarequalified.Keywords:pressurevessel,verticallowfurnace,structuredesign,strengthcheck,openingreinforcement.目录TOC\o"1-3"\f\h\z\u第一章绪论 3第二章设计参数的选择 4第三章容器的结构设计 53.1圆筒厚度的设计 53.2封头厚度的计算 53.3筒体和封头的结构设计 63.4人孔的选择 73.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱） 73.5.1接管和法兰 73.5.2垫片 83.5.3螺栓（螺柱）的选择 93.6鞍座选型和结构设计 93.6.1鞍座选型 10第四章开孔补强设计 114.1补强设计方法判别 114.2有效补强范围 114.2.1有效宽度B 114.2.2外侧有效高度 124.2.3内侧有效高度 124.3有效补强面积 124.4补强面积 13第五章强度计算 135.1水压试验应力校核 135.2圆筒轴向弯矩计算 135.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩 135.2.2鞍座平面上的轴向弯矩 145.3圆筒轴向应力计算及校核 145.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 145.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核 145.3.3圆筒轴向应力校核 155.4切向剪应力的计算及校核 155.4.1圆筒切向剪应力的计算 155.4.2圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力 165.4.3切向剪应力的校核 165.5圆筒周向应力的计算和校核 165.5.1在横截面的最低点处： 185.5.2在鞍座边角处 175.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力 175.5.4周向应力校核 175.6鞍座应力计算及校核 185.6.1腹板水平分力及强度校核 185.6.2鞍座压缩应力及强度校核 185.7地震引起的地脚螺栓应力 205.7.1倾覆力矩计算 205.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力 215.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力 21第六章焊接工艺…………………..………22第七章设计结束语及致谢……….22参考文献 24第一章绪论低变炉的用途十分广泛。它是在合成氨工业中起着重要作用的设备。低变炉一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。低变炉由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。低变炉按其形状可分为球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）。按其承压性质可分为内压和外压，内压容器又可分为低压、中压、高压、超高压4个压力等级。按其工作的温度环境可分为低温、常温、中温、高温容器。按制造器的材料可分为金属制和非金属制两类。按其应用情况可分为反应压力容器（R）、换热压力容器（E）、分离压力容器（S）、储存压力容器（C）等。目前我国普遍采用常温压力低变炉，常温低变炉一般有两种形式：球形低变炉和圆筒形低变炉。球形低变炉和圆筒形低变炉相比：前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。一般储存总量大于或单罐容积大于时选用球形低变炉比较经济，而圆筒形低变炉具有加工制造安装简单，安装费用少等优点,但金属耗量大占地面积大,所以在总储量小于或单罐容积小于时选用圆筒形低变炉比较经济。圆筒形低变炉按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形低变炉，只有某些特殊情况下（站内地方受限制等)才选用立式。但本说明书主要讨论立式形低变炉的设计。1.1设计任务：针对化工厂中常见的低压低变炉，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计及安全检测，绘制总装配图，并便携设计说明书。1.2设计思想：综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对低变炉进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，综合的进行设计。1.3设计特点：容器的设计一般由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。设计参数的选择设计题目：立式低变炉2、操作压力：3.13、操作温度：2604、物料名称：5、全容积：676、设计压力：3.47、设计温度：2808、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为3800mm。9、主要元件材料的选择：根据GB150-1998[1]表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。根据JB/T4731[2],鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力QUOTE。地脚螺栓选用符合GB/T700规定的Q235，Q235的许用应力QUOTE第三章容器的结构设计3.1圆筒厚度的设计由于该容器储存介质有毒且工作压力大，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为QUOTE。假设圆筒的厚度在50~60mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度QUOTE，屈服极限强度，QUOTE下的许用应力为QUOTE，利用中径公式查标准HG20580-1998[3]表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而由[1]中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取QUOTE。查[3]中表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量QUOTE。则筒体的名义厚度QUOTE圆整后取为QUOTE3.2封头厚度的计算查标准JB/T4746-2002[4]中表1，得公称直径选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据[1]中椭圆形封头计算中式（7-1）(3-2)同上，取QUOTE，QUOTE则封头的名义厚度为QUOTE圆整后取为。3.3筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即QUOTE，得QUOTE查标准[4]中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。取装料系数为0.98，则即QUOTE算得圆整后取为m表3-1封头尺寸表公称直径DNmm总深度Hmm内表面积A容积质量Kg3800120018.267.6556988.5图3-1椭圆形封头3.4人孔的选择根据HG/T21517-2005[5]，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表3-2表3-2人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD6702324公称压力PNMPa1.062028螺柱数量20公称直径DN500250A365螺母数量40103B175螺柱尺寸d496b28L250总质量kg1533.5接管、法兰、垫片和螺栓（柱）3.5.1接管和法兰查HG/T20592-2009[6]中表8.23-1PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查[6]中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查[6]中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。将查得的各参数整理如表3-3表3-3各管口法兰尺寸表名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n个螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度法兰质量NR进料口450459B600160188M16201053.2106504.0出料口450459B600160188M16201053.2106504.0排污口500509B700160188M16201053.2106504.0人孔500509B700100184M1618562.666422.0温度计口2530B10575144M1218402.364401.03.5.2垫片查HG/T20609-2009[7]，得各管口的垫片尺寸如表3-4:表3-4垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2进料口450495.5520出料口450495.5520排污口500540.5602人孔500540.5602温度计口2545.561注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。3.5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T20613-2009[8]中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5：表3-5螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈mm公称直径螺纹螺柱长H进料口450M169217303出料口450M169217303排污口500M169217303人孔500温度计口25M127513242.53.6鞍座选型和结构设计3.6.1鞍座选型该立式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量：（3-3）—筒体质量：—单个封头的质量，—充气体质量：，水压试验充满水，故取介质密度为，则—附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg，惰性氧化铝球=19600即综上所述：则每个鞍座承受的质量为，即为。查JB4712.1-2007[9]表1，优先选择重型支座。表3-6鞍座尺寸表公称直径DN3800腹板20垫板1300允许载荷QkN130000筋板190020鞍座高度h1500820e70底板4100900螺栓间距120076020鞍座质量Kg510130垫板弧长7350增加100mm增加的高度Kg120第四章开孔补强设计根据[1]中式8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。4.1补强设计方法判别人孔开孔直径为故可采用等面积法进行补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1：（4-1）式中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数所以4.2有效补强范围4.2.1有效宽度B按[1]中式8-7，得：（4-2）4.2.2外侧有效高度根据[1]中式8-8，得：4.2.3内侧有效高度根据[1]中式8-9，得：4.3有效补强面积根据[1]中式8-10至式8-13，分别计算如下：（4-3）—筒体多余面积—接管多余面积—焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则4.4补强面积因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为第五章强度计算5.1水压试验应力校核试验压力圆筒的薄膜应力为即，所以水压试验合格5.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为鞍座反力为5.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩根据[2]中式7-2，得：5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩根据[2]中式7-3，得：5.3圆筒轴向应力计算及校核5.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据[2]中式7-4至式7-7计算最高点处：（5-1）最低点处：（5-2）5.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即）时，轴向应力位于横截面最高点处.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.则b).在横截面最低点处的轴向应力：5.3.3圆筒轴向应力校核（5-3）查图4-8[10]得，,则满足条件5.4切向剪应力的计算及校核5.4.1圆筒切向剪应力的计算根据[2]中式7-9计算，查[2]中表7-2，得：（5-4）5.4.2圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力根据[2]中式7-10，计算得：（5-5）5.4.3切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即。封头的切向剪应力，应满足而故圆筒满足强度要求。根据[2]中式7-12（5-6）（5-7）故封头满足强度要求5.5圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。5.5.1在横截面的最低点处：根据[2]中式7—18其中（容器焊在支座上）（5-8）查[2]中表7-3知，则5.5.2在鞍座边角处由于根据[2]中式7—20:由于查[2]中表7-3知，则（5-9）5.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于，根据[2]中式7—225.5.4周向应力校核根据[2]中式7.3.4.3故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算及校核5.6.1腹板水平分力及强度校核根据[2]中表7—7鞍座包角，查[2]中表7—5得：。则垫板起加强作用，则：其中，，则则查[2]中表5—1，得：，则由于，所以其强度满足要求。5.6.2鞍座压缩应力及强度校核根据[2]中表7—6，取则，钢底板对水泥基础的则所以压应力应按[2]中式7—29计算：（5-9）其中，筋板面积腹板面积：形心：腹板与筋板组合截面断面系数：代入公式得取则根据[2]中式7—32进行校核即满足强度要求。5.7地震引起的地脚螺栓应力5.7.1倾覆力矩计算5.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力根据[2]中式7-34计算（5-10）其中n为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，；为筒体轴线两侧的螺栓间距；为每个地脚螺栓的横截面面积，；则取载荷系数，，则由于，所以强度符合要求。5.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力根据[2]中式7-35计算（5-11）其中为承受剪应力的地脚螺栓个数，；则由于故符合强度要求。六焊接工艺筒体的焊接和封头与筒体的焊接采用X型坡口，因为同厚度下减少焊接量约1/2,焊接变形及产生内应力也小。焊条型号为J507。筒体与钢管的连接为角接接头。焊条型号为A302。筒体与封头处的A、B类焊接接头应用射线进行100%检测，合格级别为Ⅱ，C、D类焊接接头应用磁粉进行100%着色检测，合格级别为Ⅰ。七设计感想时光荏苒，转眼间毕业设计三个月时间已经完了，期间特别感谢张老师对我的指导与关心，在这之间我也学到了很多东西。虽然每学期都安排了课程设计或者实习，但是没有一次像这样的课程设计能与此次相比，设计限定了时间长，而且是一人一个课题要求更为严格，任务更加繁多、细致、要求更加严格、设计要求的独立性更加高。要我们充分利用在校期间所学的课程的专业知识理解、掌握和实际运用的灵活度。在对设计的态度上的态度上是认真的积极的。通过近一学期毕业设计的学习，给我最深的感受就是我的设计思维得到了很大的锻炼与提高。作为一名设计人员要设计出有创意而功能齐全的产品，就必须做一个生活的有心人。多留心观察思考我们身边的每一个机械产品，不仅是过程装备。只有这样感性认识丰富了，才能使我们的设计思路具有创造性。为什么这样说呢？就拿我设计的低变炉来说吧，在拿出具体的方案之前，老师让我了解一些关于国内外低变炉的现状和存在的问题，并要求让低变炉结构简单，并且造价低，稳定性好。这是对我的四年知识能力考查，也是对我应用这些知识能力的考查，我尽力使自己的设计减少错误，但我知道由于许多知识和能力的欠缺，肯定有一定的错误。通过本次设计我学到的不仅仅是对低变炉这单一方面的了解，让我熟悉了设计过程机械的各个方面的流程，学会了把自己大学四年所学的知识运用到实际工作中的方法。从以前感觉学的许多科目没有实际意义，到现在觉得以前的专业知识不够扎实，给自己的设计过程带来了很大的麻烦。低变炉是在化工也运用最广泛的过程机械，涉及到了很多项目。不仅有良好的针对性，并且有很大的现实意义。培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要。培养了自己综合的、灵活的运用的发挥所学的知识。我觉得通过这次设计，让我了解了设计的整个流程，在设计过程中发现了自己的不足和不少的漏洞让我自己能够在以后加以改正在今后的工作中能够更好的发挥在大学四年中的知识，致谢在此：再次特别感谢我的导师张建琪老师给我的悉心指导与教诲，每次与张老师交流就可以学到很多有用的东西，不光是做毕业设计，还有很