壓力容器與管道技術(shù)課程設(shè)計

1、<p>　　《壓力容器與管道安全》課程設(shè)計</p><p>　　班 級 </p><p>　　專 業(yè) 安全工程 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>

2、;　　課程名稱 壓力容器與管道安全</p><p>　　指導教師 xxx xxx xxx </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計時間及地點</b></p><p><b>　　目的與任務</b></p><

3、p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　1. 筒體和附件材料的選擇2</p><p>　　1.1.1封頭的選擇2</p><p>　　1.1.2支座的選取2</p><p><b>　　四、工藝計算</b></p><p>　　1．1筒體壁厚的計

4、算4</p><p>　　1.2封頭壁厚的計算4</p><p>　　1.3鞍座的計算5</p><p>　　1.4筒體軸向應力校核</p><p>　　1.4.1筒體軸向彎矩計算5</p><p>　　1.5筒體軸向應力計算6</p><p>　　1.6筒體和封頭切向應力校核7&l

5、t;/p><p>　　1.6.1筒體切向應力計算8</p><p>　　1.6.2封頭切向應力計算8</p><p>　　1.7筒體環(huán)向應力校核8</p><p>　　1.7.1環(huán)向應力計算8</p><p>　　1.8鞍座有效斷面平均壓力9</p><p>　　1.9開孔補強的計算10

6、</p><p><b>　　一、設(shè)計時間及地點</b></p><p><b>　　二、目的與任務</b></p><p>　　本課程設(shè)計是在學完《壓力容器與管道安全》之后綜合利用所學知識完成一個壓力容器設(shè)計。該課程設(shè)計的主要任務</p><p>　　1.是通過解決一、兩個實際問題，鞏固和加深對壓

7、力容器的結(jié)構(gòu)、原理、特性的認識和基本知識的理解，提高綜合運用課程所學知識的能力。</p><p>　　2.培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析解決問題的方法。</p><p>　　3.通過實際設(shè)計方案的分析比較，設(shè)計計算，元件選擇等環(huán)節(jié)，初步掌握工程中壓力容器設(shè)計方法。</p><p>　　4

8、.培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和科學態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，逐步建立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，獲得初步的應用經(jīng)驗，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　三、設(shè)計題目</b></p><p>　　某廠需添置一臺液氨貯罐，已知：設(shè)計壓力p=1.5MPa，設(shè)計溫度T=39℃，容器內(nèi)徑D=1190mm，容積V=2.7立方米，設(shè)備充裝系數(shù)0.

9、9，采用鞍式支座。試設(shè)計該設(shè)備。</p><p>　　1. 筒體和附件材料的選擇</p><p>　　純液氨腐蝕性小，貯罐可選用一般碳素鋼，壓力容器專用鋼板為20R，另外還有一些合金鋼，如16MnR、15MnVR等也適合做為壓力容器的鋼板。</p><p><b>　　封頭的選擇</b></p><p>　　幾何方面，就

10、單位容積的表面積來說，以半球形封頭為最小。橢圓形和蝶形封頭的容積和表面積基本相同，可以近似認為相等。</p><p>　　力學方面，在直徑、厚度和計算壓力相同的條件下，半球形封頭的應力最小，二向薄膜應力相等，而沿經(jīng)線的分布式均勻的。如果與壁厚相同的圓筒體連接，邊緣附近的最大應力與薄膜應力并無明顯不同。橢圓形封頭的應力情況就不如半球形封頭均勻。由應力分析可知，橢圓形封頭沿經(jīng)線各點的應力是變化的，頂點處應力最大，在赤

11、道上可能出現(xiàn)環(huán)向內(nèi)壓應力，對于標準橢圓形封頭與壁厚相等的圓筒體相連接時，其可以達到與筒體等強度[2]。</p><p><b>　　支座的選取</b></p><p><b>　　本題目為鞍式支座。</b></p><p><b>　　四、工藝計算</b></p><p>　　

12、1．1筒體壁厚的計算</p><p>　　筒體的理論計算壁厚公式為[2]：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中 δ——筒體的理論計算壁厚，mm；</p><p>　　pc——筒體計算壓力，MPa；</p><p>　　Di——筒體內(nèi)徑，mm；</p&g

13、t;<p>　　[σ]t——鋼板在設(shè)計溫度下的許用應力，MPa;</p><p>　　——焊接接頭系數(shù)，其值為1。</p><p>　　取計算壓力pc=p=1.5MPa，筒體內(nèi)徑Di=DN=1190mm，查表2.1知16MnR在設(shè)計溫度為39℃時的許用應力為[σ]t=163MPa，將這些數(shù)值代入公式(3.1)計算出筒體的計算厚度為：</p><p>　

14、　由于液氨對金屬有一定的腐蝕，取腐蝕裕量C2=2mm，故筒體的設(shè)計厚度為：</p><p>　　由鋼板厚度負偏差表查得C1=0.8mm，故名義壁厚為：</p><p>　　圓整后取δn=8mm。</p><p>　　1.2封頭壁厚的計算</p><p>　　1.2.1采用的是標準橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同，其厚度計算式為[2]：</p

15、><p><b>　　設(shè)計厚度為：</b></p><p><b>　　名義厚度為：</b></p><p>　　圓整后取δn=8mm。</p><p>　　查得標準橢圓形封頭的直邊高度(JB/T4737-95)為h0=25mm。</p><p><b>　　1.3鞍座

16、的計算</b></p><p>　　首先粗略計算鞍座負荷。貯罐總質(zhì)量為</p><p>　　儲罐總質(zhì)量M= M1+ M2+ M3</p><p>　　式中M1—罐體質(zhì)量，kg</p><p>　　M2—封頭質(zhì)量，kg</p><p>　　M3—液氨質(zhì)量，kg</p><p>　　1．

17、3.1 罐體質(zhì)量m1</p><p>　　DN=1190 mm，=8 mm的筒節(jié)，查得每米質(zhì)量為370kg/m,由查得筒體每米長的容積=1.12/m，查得封頭每米長的容積=0.33/m.然后由V=2V封+V筒=2V2+V1L=2×0.33+1.12L=2.8解得L=1.9m，取公稱直徑DN=1190mm，壁厚δ=8mm的筒體，查表得每米質(zhì)量是q1=190kg/m，所以</p><p&

18、gt;　　M4=2×190+1.9×370=1083 kg</p><p>　　由于整個罐的容積為2.8,故其水壓試驗時罐內(nèi)的水重為M2=2.8×1000=2800㎏</p><p><b>　　其它附件質(zhì)量M3</b></p><p>　　人孔質(zhì)量約為85 kg,其他接管質(zhì)量和按200 kg計。</p>

19、;<p><b>　　于是，設(shè)備總質(zhì)量為</b></p><p>　　M= M1+ M2+ M3 =2800+1083+（85+200）=4168 kg</p><p>　　由以上計算內(nèi)容的鞍座反力G=Mg=41680N</p><p>　　1.4筒體軸向應力校核</p><p>　　1.4.1筒體軸向彎矩

20、計算</p><p>　　筒體中間處截面的彎矩為</p><p><b>　　(5.1)</b></p><p>　　式中F——鞍座反力(N)；</p><p>　　Rm——橢圓封頭長半軸外半徑(mm)；</p><p>　　L——兩封頭切線之間的距離(mm)；</p><p&

21、gt;　　A——鞍座的位置(mm)；</p><p>　　hi——筒體內(nèi)半徑(mm)；</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　支座處截面上的彎矩為</p><p><b>　　(5.2)</b&

22、gt;</p><p><b>　　于是</b></p><p>　　1.5筒體軸向應力計算</p><p>　　1.5.1由彎矩引起的軸向應力</p><p><b>　　圓筒中間截面上</b></p><p><b>　　最高點處：</b></

23、p><p><b>　　(5.3)</b></p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　最低點處：</b></p><p><b>　　鞍座截面處</b></p><p><b>　　最高點處：<

24、;/b></p><p><b>　　最低點處：=</b></p><p>　　1.5.2由設(shè)計壓力引起的軸向應力</p><p><b>　　(5.4)</b></p><p><b>　　于是</b></p><p>　　1.5.3軸向應力組合

25、與校核</p><p>　　最大軸向拉應力出現(xiàn)在筒體中間截面最低點處, 于是</p><p><b>　　(5.5)</b></p><p>　　許用軸向拉壓應力[σ]t=163MPa，合格。</p><p>　　最大軸向壓應力出現(xiàn)在充滿水時，在筒體中間截面的最高點處</p><p><b&

26、gt;　　軸向許用應力</b></p><p><b>　　(5.6)</b></p><p>　　根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計的材料溫度線圖[6]（化工設(shè)備機械基礎(chǔ),趙軍編，P152）圖11-9，查得B=130MPa，取許用壓縮應力，合格。</p><p>　　1.6筒體和封頭切向應力校核</p><p>　　1

27、.6.1筒體切向應力計算</p><p><b>　　(5.7)</b></p><p>　　由《化工機械工程手冊》（上卷）P11-100表11.4-12查得K3=0.880，K4=0.401。于是</p><p>　　1.6.2封頭切向應力計算</p><p><b>　　(5.8)</b><

28、;/p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　合格.</b></p><p>　　1.7筒體環(huán)向應力校核</p><p>　　1.7.1環(huán)向應力計算</p><p><b>　　設(shè)墊片不起作用。</b></p><

29、p>　?。?）在鞍座處橫截面最低點處</p><p><b>　　(5.9)</b></p><p>　　式中b2——筒體有效寬度。</p><p>　　由《化工機械基礎(chǔ)手冊》（上卷）P11-101表11.4-13查得K5=0.7603，K6=0.0132。式中k=0.1考慮容器焊在鞍座上</p><p><

30、b>　　(5.10)</b></p><p>　　式中b——支座軸向?qū)挾取?lt;/p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　?。?）鞍座邊角處軸向應力</p><p><b>　　因為，所以<

31、;/b></p><p><b>　　(5.11)</b></p><p><b>　?。?）環(huán)向應力校核</b></p><p><b>　　合格。</b></p><p><b>　　合格。</b></p><p>　　1

32、.8鞍座有效斷面平均壓力</p><p><b>　　支座承受的水平分力</b></p><p><b>　　(5.12)</b></p><p>　　由《化工機械工程手冊》（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。</p><p><b>　　于是</b>&

33、lt;/p><p>　　鞍座有效斷面平均應力</p><p><b>　　(5.13)</b></p><p>　　式中Hs——鞍座計算高度；</p><p>　　b0——鞍座腹板厚度。</p><p>　　其中Hs取鞍座實際高度（Hs=250mm）和中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度</

34、p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　應力校核：</b></p><p><b>　　合格。</b></p><p>　　式中，鞍座材料16MnR的許用應力。</p><p>　　1.9開孔補強的計算</p><

35、;p>　　由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。由表3.1知本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑di＝450mm，壁厚δnt＝10mm。據(jù)此差得補強圈尺寸(JB/T 4736-2002)為：外徑D2=760mm，內(nèi)徑D1=450+2×10+14=484mm。</p><p>　　開孔補強的有關(guān)計算參數(shù)如下[3]： </p><p>　　1.9.1 開孔所需補強面積

36、A</p><p>　　內(nèi)壓容器的圓筒開孔后所需的補強面積為</p><p>　　mm2 (3.4)</p><p>　　式中 d——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm；</p><p>　　δ——殼體開孔處的計算厚度，mm；</p><p>　　δet——接管

37、有效厚度，mm；</p><p>　　fr——強度削弱系數(shù)，等于設(shè)計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比值。</p><p>　　對于圓筒，殼體開口出的計算厚度為：</p><p><b>　　開孔直徑</b></p><p>　　由于接管材料與殼體材料都為16MnR，故fr=1，將這些數(shù)據(jù)代入式(3.4)得：</

38、p><p><b>　　開孔所需補強面積</b></p><p>　　1.9.2有效寬度B</p><p>　　二者中取較大值B=911.2mm。</p><p>　　1.9.3 有效高度</p><p>　　(1) 外側(cè)高度h1</p><p>　　二者中取較小值h1=73.

39、94mm</p><p>　　(2) 內(nèi)側(cè)高度h2</p><p>　　二者中取較小值h2=0mm。</p><p>　　1.9.4 補強面積Ae</p><p>　　在有效補強范圍內(nèi)，可作為補強的截面積按下式計算</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p&

40、gt;　　式中 Ae——補強面積，mm2；</p><p>　　A1——殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積[按式(3.6)]，mm2;</p><p>　　A2——接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積[按式(3.7)]，mm2；</p><p>　　A3——焊縫金屬截面積，mm2。</p><p><b>　　計算如下：<

41、;/b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　其中接管有效厚度為，故</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p>　　其中接管計算厚度為，故</p><p>　　焊縫金屬截面積，故補強面積Ae為</p>