鍋爐課設(shè)鍋爐與壓力容器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)說明1</b></p><p>　　2設(shè)計(jì)參數(shù)的選取2</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)壓力2</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)溫度2</b><

2、/p><p>　　2.3材料的選擇及許用應(yīng)力確定2</p><p><b>　　2.4焊縫系數(shù)2</b></p><p><b>　　2.5附加厚度3</b></p><p>　　3幾何參數(shù)的確定4</p><p>　　3.1描述設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)4</p>

3、<p>　　3.2確定各封頭參數(shù)4</p><p><b>　　3.3筒體高度4</b></p><p><b>　　3.4夾套高度5</b></p><p>　　3.5攪拌口法蘭尺寸的確定5</p><p>　　3.6窺鏡規(guī)格的確定6</p><p>　

4、　3.7其他法蘭接口尺寸的確定6</p><p><b>　　4罐體強(qiáng)度設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　4.1罐體筒體內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.2罐體封頭內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.3罐體筒體外壓穩(wěn)定性設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.4罐體封頭外壓穩(wěn)定性設(shè)

5、計(jì)10</p><p>　　5夾套強(qiáng)度設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.1夾套筒體內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.2夾套封頭內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)12</p><p>　　6罐體與夾套連接處的剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)14</p><p>　　6.1罐體質(zhì)量計(jì)算14</p><p>　　6.2罐體

6、內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量計(jì)算14</p><p>　　6.3罐體上法蘭及其他附屬件質(zhì)量計(jì)算14</p><p>　　6.4總負(fù)荷計(jì)算15</p><p>　　6.5焊縫連接處環(huán)形面積計(jì)算15</p><p>　　6.6焊縫連接處剪切應(yīng)力校核15</p><p>　　7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算16</p><p&g

7、t;　　7.1攪拌器連接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算16</p><p>　　7.2蒸汽入口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算16</p><p>　　8水壓實(shí)驗(yàn)壓力確定18</p><p>　　8.1罐體水壓實(shí)驗(yàn)校核18</p><p>　　8.2罐體筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核18</p><p>　　8.3罐體封頭在水壓實(shí)驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度校核18

8、</p><p>　　8.4夾套水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算18</p><p>　　8.5夾套筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核19</p><p>　　8.6夾套封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核19</p><p>　　8.7罐體筒體在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核19</p><p>　　8.8罐體封頭在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核

9、19</p><p><b>　　9支座的選取20</b></p><p>　　9.1容器總質(zhì)量的計(jì)算20</p><p>　　9.2支座選取20</p><p><b>　　10參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)說明</b&g

10、t;</p><p>　　壓力容器泛指承受介質(zhì)壓力的密閉容器。本次課程設(shè)計(jì)中的壓力容器是高效酒精回收裝置中的夾套罐。夾套罐由內(nèi)外兩個(gè)容器套在一起構(gòu)成，內(nèi)置容器是由豎直圓筒和上下兩個(gè)橢球封頭組成的罐體；在罐體的外面有一個(gè)比罐體稍大的夾套容器，夾套下部是一個(gè)橢球封頭，上部在適當(dāng)高度采用圓弧過渡結(jié)構(gòu)與罐體連接。在罐體和夾套之間形成一個(gè)50mm左右的間隔。</p><p>　　工作原理：罐體盛裝酒

11、精溶液，罐體上部安裝有攪拌裝置，使酒精溶液在加熱過程中得到均勻攪拌。在內(nèi)置容器上設(shè)置有進(jìn)料口、出料口、攪拌器口、壓力表口、安全閥口、觀察口等工藝接口。 在夾套上設(shè)置兩個(gè)蒸汽入口，夾套的下部設(shè)有一個(gè)冷凝水出口。蒸汽進(jìn)入夾套后，對(duì)罐體內(nèi)的酒精溶液進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝成氺后從冷凝水出口流出。 設(shè)備的開孔情況：壓力容器設(shè)備上共開有11個(gè)孔，連接有不同的接管。a孔位于內(nèi)置容器上封頭的中心，用于連接攪拌器；b、e孔為安全閥孔，同樣位于

12、內(nèi)置容器上封頭上； c、d同樣位于內(nèi)置容器上封頭上， c孔用于設(shè)置溫度表，d孔用于設(shè)置壓力表；f孔和g孔位于夾套筒體上，是水蒸氣的入口。h孔位于罐體上，用于設(shè)置視鏡。i孔位于罐體筒體上，是進(jìn)料口。j孔位于夾套封頭上，為冷凝水出口。k孔位于罐體的下封頭上，作為出料口。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)參數(shù)的選取</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)

13、壓力</b></p><p>　　定義：工作壓力——容器頂部在正常工作（開車，操作或停車）過程中可能達(dá)到的最高表壓力；設(shè)計(jì)壓力——設(shè)定的容器頂部允許達(dá)到的最高表壓力，它與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為容器的設(shè)計(jì)載荷條件。</p><p>　　罐體工作壓力為0.6MPa,夾套工作壓力為0.7 MPa，根據(jù)化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)，容器上安裝有安全閥，安全閥開啟壓力P0≥1.05-1.1

14、0PW,設(shè)計(jì)壓力P≥P0，顧取罐體設(shè)計(jì)壓力為P=0.66MPa，夾套設(shè)計(jì)壓力為0.77 MPa。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)溫度</b></p><p>　　定義：設(shè)計(jì)溫度——容器在正常工作過程中，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，殼壁或元件金屬可能達(dá)到最高或最低（指≤0℃者）溫度。</p><p>　　夾套罐為換熱器，使用蒸汽加熱，設(shè)計(jì)溫度取蒸

15、汽溫度，查表得t介熱=89.3℃，圓整后取設(shè)計(jì)溫度為100℃。</p><p>　　2.3材料的選擇及許用應(yīng)力確定</p><p>　　選擇鋼號(hào)Q235—A的鋼板，鋼板符合標(biāo)準(zhǔn)GB3274，鋼板厚度為4.5—16 mm，，在100℃時(shí)鋼板許用應(yīng)力113MPa。</p><p><b>　　2.4焊縫系數(shù)</b></p><p

16、>　　根據(jù)化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)中焊接接頭系數(shù)表，設(shè)備采用雙面焊焊接，焊縫探傷形式采用大于20%局部無損檢測(cè)，焊縫系數(shù)為0.85。</p><p><b>　　2.5附加厚度</b></p><p>　　夾套罐的內(nèi)置容器圓筒殼：</p><p>　　查表得負(fù)偏差C1=0.5mm。</p><p><b&g

17、t;　　夾套圓筒殼：</b></p><p>　　查表得負(fù)偏差C1=0.5mm。</p><p>　　容器中介質(zhì)為水蒸氣，選取腐蝕裕度C2=1mm。</p><p>　　在考慮材料機(jī)械強(qiáng)度的最小壁厚外，考慮材料的負(fù)偏差及介質(zhì)的腐蝕性，加工減薄量及使用壽命等因素再增加的壁厚量以確保實(shí)際工程中的安全可靠。</p><p>　　所以，罐

18、和夾套的厚度附加量均采用</p><p><b>　　3幾何參數(shù)的確定</b></p><p>　　3.1描述設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　夾套罐由內(nèi)外兩個(gè)容器套在一起構(gòu)成，內(nèi)置容器是由豎直圓筒和上下兩個(gè)橢球封頭組成的罐體；在罐體的外面有一個(gè)比罐體稍大的夾套容器，夾套下部是一個(gè)橢球封頭，上部在適當(dāng)高度采用圓弧過渡結(jié)構(gòu)與罐體連接。在罐體和夾

19、套之間形成一個(gè)50mm左右的間隔。在內(nèi)置容器上設(shè)置有進(jìn)料口、出料口、攪拌器口、壓力表口、安全閥口、觀察口等工藝接口。</p><p>　　在夾套上設(shè)置兩個(gè)蒸汽入口，夾套的下部設(shè)有一個(gè)冷凝水出口。蒸汽進(jìn)入夾套后，對(duì)罐體內(nèi)的酒精溶液進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝成水后從冷凝水出口流出。</p><p>　　3.2確定各封頭參數(shù)</p><p>　　內(nèi)置容器封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，公稱直

20、徑為1200mm，查表得：曲面高度h1= 300mm，直邊高度h2=40mm，內(nèi)表面積Fi=1.71m2，容積V1內(nèi)=0.272 m3。夾套封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，公稱直徑為1300mm，查表得：曲面高度h1= 325mm，直邊高度h2=40mm，內(nèi)表面積Fi=1.99m2，容積V1外=0.341 m3。 </p><p><b>　　3.3筒體高度</b></p><p&g

21、t;　　根據(jù)內(nèi)置容器內(nèi)直徑1200mm，設(shè)計(jì)筒體高度h=2000mm，上下封頭曲面高度h1=300mm，直邊高度h2=40mm，容器總高度h總=2680mm。設(shè)備容積V=3.14×0.6×0.6×2.0+0.272×2=2.80 m3。</p><p><b>　　3.4夾套高度</b></p><p>　　罐的充裝系數(shù)為0.8

22、，所以罐內(nèi)體積為：</p><p><b>　　筒體內(nèi)酒精高度：</b></p><p><b>　　所以夾套筒體高度：</b></p><p>　　夾套封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，封頭具體尺寸為：曲面高度，直邊高度內(nèi)表面積，容積。</p><p>　　由于間隙50mm，所以夾套整體高度為。傳熱面積：。&

23、lt;/p><p>　　3.5攪拌口法蘭尺寸的確定</p><p>　　表3.1 攪拌口法蘭參數(shù)</p><p>　　3.6窺鏡規(guī)格的確定</p><p>　　視鏡標(biāo)準(zhǔn)HGJ501—86，視鏡選用材料Q235—A，用不銹鋼制成，公稱壓力PN1.0，公稱直徑DN80，視鏡標(biāo)號(hào)ⅡPN1.0DN80HGJ501—86—14。</p>&l

24、t;p>　　表3.2 窺鏡各參數(shù)</p><p>　　3.7其他法蘭接口尺寸的確定</p><p>　　壓力容器上的所有安全閥的總排量，必須大于或等于壓力容器的安全泄放量。</p><p>　　查得鍋爐的安全泄排量為2660kg/h。 </p><p><b>　　安全閥的排量為：</b></p>&

25、lt;p>　　因?yàn)橛袃蓚€(gè)安全閥，所以當(dāng)兩個(gè)安全閥的總排量大于安全泄放量時(shí)，滿足要求。</p><p>　　選A42-16C彈簧封閉全啟式安全閥，法蘭連接，密封面材料硬質(zhì)合金，公稱壓力1.6MPa,閥體材料碳鋼。</p><p>　　則根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG5010—58，安全閥口b、e，</p><p><b>　　型號(hào)：</b></p&

26、gt;<p>　　表3.3 安全閥口各參數(shù)</p><p>　　溫度表口c,尺寸確定為：</p><p>　　表3.4 溫度表口各參數(shù)</p><p>　　壓力表不需要法蘭，壓力表口d的無縫鋼管的外徑取22mm。</p><p>　　進(jìn)料口和出料口的法蘭公稱通徑為罐體內(nèi)徑的十分之一左右，根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG5010—58，進(jìn)料口i，

27、出料口k的法蘭尺寸確定為：</p><p><b>　　型號(hào)：</b></p><p>　　表3.5 進(jìn)，出料口各參數(shù)</p><p>　　查得蒸汽入口f、g的法蘭通徑為150 mm，則根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG5010—58，法蘭尺寸確定為：</p><p><b>　　型號(hào)：</b></p>

28、<p>　　表3.6 蒸汽入口各參數(shù)</p><p>　　查得冷凝水出口的公稱通徑為75mm,則根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG5010—58，冷凝水出口j的法蘭尺寸確定為：</p><p><b>　　型號(hào)：</b></p><p>　　表3.7 冷凝水出口各參數(shù)</p><p><b>　　4罐體強(qiáng)度設(shè)計(jì)<

29、;/b></p><p>　　4.1罐體筒體內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　筒體壁厚：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義

30、壁厚：</b></p><p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚</b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p&

31、gt;　　4.2罐體封頭內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　封頭壁厚：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p>

32、<p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚</b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　4.3罐體筒體外壓穩(wěn)定性設(shè)計(jì)</p

33、><p><b>　　筒體計(jì)算長(zhǎng)度：</b></p><p>　　4.4罐體封頭外壓穩(wěn)定性設(shè)計(jì)</p><p><b>　　假設(shè)，則</b></p><p><b>　　查得：K=0.9</b></p><p><b>　　5夾套強(qiáng)度設(shè)計(jì)</

34、b></p><p>　　5.1夾套筒體內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　夾套的設(shè)計(jì)壓力為0.77MPa，內(nèi)徑為1300mm，許用應(yīng)力為113MPa，焊縫系數(shù)為0.85，形狀系數(shù)</p><p><b>　　夾套封頭壁厚為：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p

35、><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚</b></p><p><b>　　&l

36、t;</b></p><p>　　故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義壁厚合適。</p><p>　　5.2夾套封頭內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　夾套的設(shè)計(jì)壓力為0.77MPa，內(nèi)徑為1300mm，許用應(yīng)力為113MPa，焊縫系數(shù)為0.85。</p><p><b>　　筒體壁厚：</b></p>&l

37、t;p><b>　　設(shè)計(jì)壁厚： </b></p><p><b>　　查表得負(fù)偏差</b></p><p><b>　　名義壁厚：</b></p><p><b>　　圓整后，名義壁厚為</b></p><p><b>　　有效壁厚<

38、/b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　6罐體與夾套連接處的剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　6.1罐體質(zhì)量計(jì)算</b></p><p>　　6.2罐體內(nèi)介質(zhì)質(zhì)

39、量計(jì)算</p><p>　　罐體內(nèi)承裝酒精，但由于校驗(yàn)時(shí)用到水壓實(shí)驗(yàn)，所以介質(zhì)密度采用水的密度。</p><p>　　6.3罐體上法蘭及其他附屬件質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　其余各附屬件質(zhì)量主要是指接管的質(zhì)量：</p><p>　　查得無縫鋼管的質(zhì)量為：</p><p>　　表6.1 其他附件參數(shù)</p>

40、<p><b>　　罐體上的法蘭質(zhì)量:</b></p><p>　　3.24+1.40+1.40+0.46+10.9+4.01+4.01=25.42kg</p><p>　　接管的長(zhǎng)度均取為100mm</p><p><b>　　接管的質(zhì)量為：</b></p><p>　　（8.38+

41、2.59+2.59+0.814+1.41+10.26+10.26）=3.63kg</p><p><b>　　6.4總負(fù)荷計(jì)算</b></p><p>　　6.5焊縫連接處環(huán)形面積計(jì)算 </p><p>　　6.6焊縫連接處剪切應(yīng)力校核</p><p>　　所以焊接處的應(yīng)力校核滿足要求。</p>&l

42、t;p><b>　　7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</b></p><p>　　7.1攪拌器連接口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　因開孔而削弱的金屬面積的計(jì)算：</p><p><b>　　接管直徑：</b></p><p>　　削弱的金屬面積A：強(qiáng)度削弱系數(shù)</p><p><b

43、>　　則筒體多余截面積</b></p><p><b>　　接管多余截面積</b></p><p>　　7.2蒸汽入口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　因開孔而削弱的金屬截面積：</p><p><b>　　接管直徑：</b></p><p>　　削弱的金屬面積

44、A：強(qiáng)度削弱系數(shù)</p><p><b>　　接管計(jì)算壁厚：</b></p><p><b>　　則筒體多余截面積</b></p><p><b>　　接管多余截面積</b></p><p><b>　　8水壓實(shí)驗(yàn)壓力確定</b></p>&

45、lt;p>　　8.1罐體水壓實(shí)驗(yàn)校核</p><p>　　8.2罐體筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　8.3罐體封頭在水壓實(shí)驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度校核</p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　

46、　8.4夾套水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算</p><p>　　8.5夾套筒體在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　8.6夾套封頭在水壓試驗(yàn)壓力下強(qiáng)度校核</p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　8.7罐體筒體

47、在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核</p><p>　　在做筒體外壓水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，筒內(nèi)存在不小于Mpa的壓力</p><p>　　8.8罐體封頭在水壓試驗(yàn)外壓力下穩(wěn)定性校核</p><p>　　在做筒體外壓水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，筒內(nèi)存在不小于Mpa的壓力。</p><p><b>　　9支座的選取</b></p><p

48、>　　9.1容器總質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　罐體的總重量： 748.78kg</p><p>　　罐體內(nèi)的介質(zhì)重量： 2800kg</p><p><b>　　法蘭重量： </b></p><p><b>　　接管質(zhì)量：</b></p><p><b>

49、　　總負(fù)載： </b></p><p><b>　　9.2支座選取</b></p><p><b>　　選用三腳支承式支座</b></p><p><b>　　則每腳受力為</b></p><p>　　選用標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4724-92A2型支座。</p>

50、<p><b>　　10參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉清方，吳孟嫻．鍋爐壓力容器安全［M］，北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易出版社，2000</p><p>　　[2] 賀匡國(guó)．化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[3] 范欽珊．壓力容器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)［M］，北京：原子能出

51、版社，1979</p><p>　　[4] 王非．化工壓力容器設(shè)計(jì)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 陳鳳棉．壓力容器安全技術(shù)［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[6] 李建國(guó)．壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用［M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[7] 章燕謀.