壓力容器課程設(shè)計---臥置水蒸氣儲罐設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 工作參數(shù)1</p><p>　　1.1、設(shè)計題目1</p><p>　　1.2、基本設(shè)計條件1</p><p>　　第二章：確定設(shè)計參數(shù)1</p><p>　?。?１設(shè)計壓力P1</p><p&g

2、t;　?。?２設(shè)計溫度T1</p><p>　　２.３焊接接頭系數(shù)φ2</p><p><b>　?。?４選擇材料2</b></p><p>　?。?5腐蝕裕量C2：2</p><p>　　第三章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2</p><p>　　3.１　筒體尺寸2</p><p

3、><b>　　3.２封頭尺寸3</b></p><p>　　第四章 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計4</p><p><b>　　4.1接管設(shè)計4</b></p><p><b>　　4.2人孔設(shè)計4</b></p><p><b>　　4.3鞍座設(shè)計4</b&g

4、t;</p><p>　　4.4開孔補強設(shè)計9</p><p>　　第五章 強度校核12</p><p>　　5.1水壓試驗強度校核12</p><p><b>　　第一章 工作參數(shù)</b></p><p><b>　　1.1、設(shè)計題目</b></p>&

5、lt;p><b>　　臥置水蒸氣儲罐設(shè)計</b></p><p>　　1.2、基本設(shè)計條件</p><p><b>　?。?、設(shè)計條件：</b></p><p>　　工作壓力：2.2Mpa 介質(zhì)：水蒸氣</p><p>　?。?、筒體 的公稱容積：</p><p>　　DN

6、 1400 mm；</p><p><b>　　長度5000mm；</b></p><p><b>　?。?、接管：</b></p><p>　　進料管φ273×6；（1個）</p><p>　　出料管φ108×5；（2個）</p><p>　　排污管φ3

7、8×3；（1個）</p><p><b>　　人孔DN450；</b></p><p>　　安全閥接管φ157×5;（1個）</p><p>　　壓力表接管G 1/2＂；</p><p><b>　　4、支撐方式：</b></p><p><b>

8、;　　臥式支撐</b></p><p><b>　　5、設(shè)計要求：</b></p><p>　　設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、焊接接頭系數(shù)、腐蝕余量、選擇封頭、接管方式及位置、支座形式和位置、接管補強、接管法蘭、鞍座放置位置、設(shè)計總圖等</p><p>　　第二章：確定設(shè)計參數(shù)</p><p><b>　?。?/p>

9、.１設(shè)計壓力P</b></p><p>　　工作壓力Pw=2.2Mpa 容器裝有安全閥。</p><p>　　安全閥的開啟壓力Pz =(1.05~1.1)Pw</p><p>　　取Pz=1.08Pw=2.38Mpa</p><p>　　Pc=P=2.38Mpa.</p><p><b>　　２.

10、２設(shè)計溫度T</b></p><p>　　由飽和水蒸氣表查得在2.2Mpa的工作壓力下，水蒸氣的密度，溫度t=225℃。</p><p>　　由已知數(shù)據(jù)，工作溫度為218℃。設(shè)計溫度應(yīng)不低于最高工作溫度，可取設(shè)計溫度為300℃。</p><p>　　附表1 飽和水和飽和水蒸氣熱力性質(zhì)表 </p><p>　　２.３焊接接頭系數(shù)φ&

11、lt;/p><p>　　粗定φ=0.9（單面對接焊縫，100%探傷）</p><p><b>　?。?４選擇材料</b></p><p>　　容器的設(shè)計壓力為2.38Mpa，設(shè)計溫度為300℃，鋼板的使用溫度在0~400℃之間，盛裝水蒸氣為非毒性介質(zhì)，根據(jù)壓力容器的材料選擇原則，參考GB150-1998<<鋼制壓力容器>>規(guī)

12、范，本貯罐選用可以選擇筒體的材料為Q235C,板厚不大于30mm。儲罐的公稱容積</p><p>　　計算板厚：（K=1.20）</p><p>　?。?5腐蝕裕量C2：</p><p>　　腐蝕裕量；圓整厚度 ：</p><p>　　據(jù)國標GB150-98許用應(yīng)力為110MPa=</p><p>　　第三章 總體結(jié)構(gòu)

13、設(shè)計</p><p><b>　　3.１　筒體尺寸</b></p><p>　　3.１.１筒體的總體尺寸</p><p>　　已知參數(shù):筒體公稱直徑D=1400mm，L=5000mm,</p><p>　　3.１.2筒體壁厚設(shè)計</p><p>　　計算壁厚：== </p>

14、<p>　　設(shè)計壁厚d=+C2=17.03+1=18.03mm</p><p>　　根據(jù)=18查表取C1=0.8</p><p>　　名義厚度n=+C1+C2=18.83mm，圓整為20mm。</p><p>　　有效厚度 e=nC1C2=18.2mm</p><p><b>　　應(yīng)力計算：t==</b&g

15、t;</p><p>　　=,因為<,所以滿足要求。</p><p><b>　　最大允許工作壓力</b></p><p>　　=2.2MPa<=2.54MPa,所以滿足要求。</p><p>　　筒體最小厚度校核：對于碳素鋼、低合金鋼制容器min不小于3mm，滿足條件。</p><p&g

16、t;<b>　　3.２封頭尺寸</b></p><p>　　3.２.1 封頭的總體尺寸</p><p>　　封頭采用的標準橢圓封頭</p><p>　　k=1，DN=1400mm。 直邊高度</p><p>　　3.２.1 封頭的厚度設(shè)計</p><p><b>　　計算壁厚：==<

17、;/b></p><p>　　設(shè)計壁厚d=+C2=16.65+1=17.65mm</p><p>　　名義厚度n=+C1+C2=16.65+0.8+1=18.45mm，圓整為20mm。</p><p>　　有效厚度=18.2mm，</p><p>　　封頭的最小厚度校核：0.15%×Di=0.15%×1400=2.1

18、mm<n，滿足要求。</p><p>　　第四章 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　4.1接管設(shè)計</b></p><p>　　4.1.1進料管φ273×6</p><p>　　接管采用φ273×6的無縫鋼管，材料為10號鋼。伸出長度為200mm 。本儲罐的設(shè)計壓力為2.38Mpa,設(shè)計

19、溫度為300℃，板式平焊法蘭可滿足此要求，由于設(shè)計壓力為2.38Mpa，所以選2.5 Mpa等級的板式平焊凸面法蘭。</p><p>　　法蘭標記為：DN300-PN2.5 RF</p><p>　　4.1.2 出料管φ108×5；</p><p>　　采用φ108×5的無縫鋼管，材料為10號鋼，內(nèi)伸長度為10mm，鋼管彎制R100mm的圓弧。配

20、用板式平焊凸面法蘭。</p><p>　　法蘭標記： DN100-PN2.5 RF</p><p>　　4.1.3 排污管φ38×3</p><p>　　采用10號鋼無縫鋼管，內(nèi)伸10mm，彎制R100mm的圓弧。配用板式平焊凸面法蘭。</p><p>　　法蘭標記：DN30-PN2.5RF</p><p>

21、　　4.1.4 安全閥接管</p><p>　　安全閥尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用157×5的無縫鋼管。</p><p>　　配用板式平焊凸面法蘭。</p><p>　　接管伸出筒體外200mm。</p><p>　　法蘭為標記：DN150-PN2.5 RF </p><p>　　4.1.5 壓力表接管

22、</p><p>　　采用管螺紋接管。配用凸面螺紋法蘭。</p><p>　　法蘭為：DN15-PN2.5 RF</p><p><b>　　4.2人孔設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)給定的條件得到人孔的公稱直徑DN=450mm。從人孔類型系列標準可知，公稱壓力為0.8Mpa的人孔類型很多，本設(shè)計考慮人孔蓋直徑較大

23、較重，故選用水平吊蓋平焊法蘭人孔。</p><p>　　該人孔法蘭標記為：DN400-PN2.5人孔 RF</p><p><b>　　4.3鞍座設(shè)計</b></p><p>　　4.3.1鞍座選型設(shè)計</p><p>　　首先粗略計算鞍座負荷。</p><p><b>　　貯罐的總質(zhì)量

24、</b></p><p><b>　　1、罐體質(zhì)量：</b></p><p>　　DN=1400mm,=20mm的筒節(jié)</p><p><b>　　查</b></p><p>　　故：M ==7850×3.14×1.4×4.2×0.006=2898

25、.84kg</p><p><b>　　2、封頭質(zhì)量：</b></p><p>　　DN=1400mm, =20mm,直邊高度h=50mm的橢圓形</p><p>　　封頭其質(zhì)量為M=379（查表），</p><p>　　所以=2×379=758㎏</p><p>　　3、筒體做水壓試驗

26、時水的質(zhì)量：</p><p>　　為水的密度1000kg/，</p><p>　　故：=V×=7.372×1000=7372 Kg</p><p><b>　　4、附件質(zhì)量：</b></p><p><b>　　取=500Kg</b></p><p>　　

27、因此：M==2898.84+758+7372+500=11528.84Kg</p><p>　　F= = 58KN.</p><p>　　每個鞍座只承受58KN的負荷，根據(jù)《JB-T4712-1992鞍式支座》選輕型帶墊板，120℃包角，焊制，四塊筋板。</p><p>　　標記為：JB/T4712-92 ，鞍座A1400-F，形狀見總裝備圖。</p>

28、<p>　　一、筒體的支撐情況 圖二、筒體的剪力圖和彎矩圖</p><p>　　4.3.2鞍座安裝位置設(shè)計</p><p>　　1、雙鞍座臥式容器的載荷除操作壓力外，還有筒體、封頭、附件、充液質(zhì)量載荷和支座反力。</p><p>　　2、梁長為L（兩封頭切線間距）時，梁上承受均布載荷q和梁兩端的彎矩M、剪力V作用，如圖所示

29、。梁的內(nèi)力有軸向彎矩和豎直剪力，其最大彎矩在容器的支座截面或跨中截面上；最大剪力在容器的支座截面處。 </p><p>　　3、由力學分析知當筒體上的最大正彎矩和最大負彎矩相等時，筒體受到的彎矩數(shù)值最小。&

30、lt;/p><p>　　4.3.3、臥式容器應(yīng)力校核</p><p>　　鞍座布置如圖，A=0.2L<0.5Rm,由于容器受內(nèi)壓，所以A、B兩</p><p>　　點受應(yīng)力最大，所以校核該處拉伸應(yīng)力和周向應(yīng)力，由鞍座</p><p>　　設(shè)計計算F=79.3KN,查表可得H=350mm</p><p>　　=5000

31、+×350≈5467mm</p><p>　　q===14633N/m</p><p>　　其q、V、M圖如下：</p><p><b>　　M=F（CL-A）</b></p><p><b>　　C==≈0.22</b></p><p>　　M=40000

32、5;（0.22×5000-1000）=4000N·m</p><p><b>　　M=</b></p><p>　　C=1+=1+×=1.093</p><p><b>　　C===0.053</b></p><p><b>　　M=</b><

33、;/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=-9365N·m</b></p><p><b>　　V=F=40KN</b></p><p>　　1、圓筒上的軸向應(yīng)力</p><p><b>　　中點B =<

34、;/b></p><p><b>　　=0.143Mpa</b></p><p><b>　　A點 </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.334Mpa</p><p><b>　　內(nèi)壓引起的拉應(yīng)

35、力 </b></p><p>　　==41.65Mpa</p><p>　　B點處：+=41.793Mpa<=110Mpa</p><p>　　A點處：+=38.3160Mpa<=110Mpa</p><p><b>　　∴滿足要求。</b></p><p>　　2、切向切

36、應(yīng)力和封頭附加拉伸應(yīng)力</p><p><b>　　時， </b></p><p><b>　　=0.88 ， </b></p><p><b>　　=0.401</b></p><p>　　=0.88×=2.76Mpa</p><p>　　0

37、.8×=0.8×101=80.8Mpa</p><p><b>　　〈=0.8</b></p><p>　　=0.401×≈1.26Mpa</p><p><b>　　==73.5Mpa</b></p><p>　　+=1.26+73.5=74.76 Mpa <1

38、.25=126.25Mpa</p><p><b>　　∴滿足要求。</b></p><p>　　3、周向彎曲應(yīng)力和周向壓縮應(yīng)力的強度校核</p><p>　　=0.76,=0.0132,b=140mm</p><p>　　支座截面上圓筒最低處：</p><p><b>　　=</

39、b></p><p>　　=-5.28Mpa〈=101Mpa</p><p>　　支座截面上鞍座邊角處：</p><p>　　-0.66Mpa<1.25</p><p><b>　　∴ 滿足要求。</b></p><p><b>　　4.4開孔補強設(shè)計</b>&l

40、t;/p><p>　　根據(jù)GB150規(guī)定，接管的公稱外徑大于89mm時必須進行補強設(shè)計。本接管對進料管273×6，出料管108×5進行補強，采用等面積法進行接管補強。</p><p>　　4.4.1補強計算方法判別：</p><p><b>　　進料管：</b></p><p>　　開孔直徑d=+2C=(

41、273-2×6)+2×(0.8+1)=267.6mm</p><p>　　本筒體開孔直徑d=267.6 mm</2=700mm</p><p>　　滿足等面積法開孔補強計算的適用條件。</p><p>　　故可以用等面積法進行開孔補強計算。</p><p><b>　　出料管：</b></

42、p><p>　　開孔直徑d=+2C=(108-2×5)+2×(0.8+1)=101.6mm</p><p>　　本筒體開孔直徑d=101.6 mm</2=700mm</p><p>　　滿足等面積法開孔補強計算的適用條件。</p><p>　　故可以用等面積法進行開孔補強計算。</p><p>　

43、　4.4.2開孔所需補強面積的確定。</p><p><b>　　計算強度削弱系數(shù)：</b></p><p><b>　　===1.0</b></p><p><b>　　進料管：</b></p><p>　　接管有效厚度為=-C=6-1.8=4.2mm</p>

44、<p><b>　　開孔所需補強面積：</b></p><p>　　A=d+2(1-)=267.6×16.36=4377.9</p><p><b>　　出料管：</b></p><p>　　接管有效厚度為=-C=5-1.8=3.2mm</p><p><b>　　開孔

45、所需補強面積：</b></p><p>　　A=d+2(1-)=101.6×16.36=1662.2</p><p><b>　　2、有效補強范圍。</b></p><p><b>　　進料管：</b></p><p><b>　　有效寬度B：</b>&l

46、t;/p><p>　　B=2d=2×267.6=535.2mm</p><p>　　B=d+2+2=267.6+2×18.15+2×6=315.9mm</p><p>　　取大值，故B=535.2mm</p><p><b>　　出料管：</b></p><p><

47、b>　　有效寬度B：</b></p><p>　　B=2d=2×101.6=203.2mm</p><p>　　B=d+2+2=101.6+2×18.15+2×5=147.9mm</p><p>　　取大值，故B=203.2mm</p><p><b>　　3、有效高度。</b&

48、gt;</p><p><b>　　進料管：</b></p><p>　　外側(cè)有效高度，按如下確定：</p><p><b>　　===40.1mm</b></p><p><b>　　=200mm</b></p><p>　　取小值，故=40.1mm&

49、lt;/p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度，按如下確定：</p><p><b>　　===0mm</b></p><p><b>　　=0</b></p><p><b>　　取小值，故=0 </b></p><p>　　出料管：外側(cè)有效高度，按如下確定：<

50、;/p><p><b>　　===22.5mm</b></p><p><b>　　=200mm</b></p><p>　　取小值，故=22.5mm</p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度，按如下確定：</p><p><b>　　===0mm</b></

51、p><p><b>　　=0</b></p><p><b>　　取小值，故=0 </b></p><p><b>　　4、有效補強面積</b></p><p><b>　　進料管：</b></p><p>　?。?）、筒體多余金屬面積

52、：</p><p>　　筒體有效厚度=18.2mm</p><p>　　=（B-d）(-)-2(-)(1-)</p><p>　　=(535.2-267.6)×(18.2-16.36)=492.4</p><p><b>　　出料管：</b></p><p><b>　　筒體多

53、余金屬面積：</b></p><p>　　筒體有效厚度=18.2mm</p><p>　　=（B-d）(-)-2(-)(1-)</p><p>　　=(203.2-101.6)×(18.2-16.36)</p><p>　?。?）、接管多余金屬面積：</p><p>　　接管計算厚度===3.23

54、mm</p><p>　　=2（-）+2（-）</p><p>　　=2×40.1×(4.2-3.23)×1.0=77.8</p><p>　?。?）、接管區(qū)焊縫面積（焊腳取6mm）</p><p>　　=2×1/2×6.0×6.0=36</p><p>　　

55、（4）、有效補強面積</p><p><b>　　=++=606.2</b></p><p>　?。?）、另行補強面積</p><p>　　=-（++）=3771.7</p><p>　　4.4.3補強圈設(shè)計</p><p>　　根據(jù)接管公稱直徑DN=100mm，選補強圈，參照補強圈標準JB/T4

56、736，取補強圈外徑=200mm，內(nèi)徑=111mm。</p><p>　　因B=201mm>，補強圈在有效范圍內(nèi)。</p><p><b>　　補強圈厚度為：</b></p><p><b>　　===2.8mm</b></p><p>　　考慮到鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為4mm,

57、為了方便制造可選用封頭的厚度=6mm。</p><p><b>　　第五章 強度校核</b></p><p>　　5.1水壓試驗強度校核</p><p>　　=1.25，==110MPa,</p><p>　　T==125.16MPa</p><p><b>　　根據(jù)式T=</b&

58、gt;</p><p>　　s=235MPa, e=18.2mm</p><p>　　所以=1.25=1.25×2.38=2.975MPa。</p><p><b>　　滿足條件。</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　GB150

59、-1998《鋼制壓力容器》</p><p>　　JB/T4712－2007《容器支座》</p><p>　　JBT4736-2002《補強圈》</p><p>　　GB/T 9115.1-2000 《平面、突面對焊鋼制管法蘭》</p><p>　　GB 6654-1996 《壓力容器用鋼板》</p><p>　　《壓力