锅炉与压力容器夹套罐设计.doc
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1、沈阳航空工业学院课 程 设 计(说明书)题目 夹套罐设计 班级 / 学号5405102/200504051047学 生 姓 名 刘凯歌 指 导 教 师 程乃伟 沈阳航空工业学院课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 压力容器课程设计 院/系 民航与安全工程学院 专业 安全工程 班级 5405102 学号 200504051047 姓名 刘凯歌 课程设计题目 夹套罐设计 课程设计时间 2008 年 11 月 24 日 至 2008 年 12 月 5 日课程设计的内容及要求:主要工艺参数罐 内夹 套 内介质酒精水溶液水蒸汽操作压力(MPa)0.80.9操作温度 ()100饱和蒸汽温度公称直径(m
2、m)800900容 积(m3 )0.67720.0558传热面积(m2 )3.03使用年限151.总装配图一张(1号图纸)要求图面布局合理,表达清晰,图面工整,要求有标题栏,技术要求,技术特性表,管口表等。2.法兰零件图一张(要求同上)。3.设计说明书一份,主要内容如下:工艺参数选定、容器的强度设计、夹套罐壁厚设计、夹套折边焊缝强度校核、开孔补强设计、水压试验设计注:主要设计参数(设计压力,设计温度,材料,许用应力,壁厚附加量等)根据GB15098及有关规定按上表自己确定。指导教师 2008 年 11 月 20 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目录摘要11. 设计说明21.1. 设计
3、参数选择21.2. 设计压力选择21.3. 设计温度选择31.4. 焊缝系数选择31.5. 材料的选择及许用应力确定31.6. 厚度附加量确定32. 几何参数的确定42.1. 罐体封头各参数42.2. 罐体的高度及体积42.3. 夹套高度计算42.4. 传热面积计算52.5. 搅拌口法兰尺寸确定52.6. 视孔尺寸确定52.7. 其他法兰、接管尺寸确定62.7.1. 温度表口接管尺寸确定62.7.2. 压力表口接管尺寸确定62.7.3. 蒸汽入口出口法兰、接管尺寸确定62.7.4. 冷凝水出口法兰、接管尺寸确定62.7.5. 进料口和出料口法兰、接管尺寸确定62.7.6. 安全阀的选择及法兰、
4、接管尺寸确定73. 罐体强度设计83.1. 罐体封头壁厚设计83.1.1. 按内压罐体封头壁厚设计83.1.2. 按外压罐体封头壁厚设计83.2. 罐体筒体壁厚设计93.2.1. 按内压罐体筒体壁厚设计93.2.2. 按外压罐体筒体壁厚设计104. 夹套强度设计114.1. 夹套封头结构尺寸确定及壁厚设计114.2. 夹套筒体壁厚设计115. 罐体与夹套连接处的剪切应力校核135.1. 罐体质量计算135.2. 罐体内介质质量计算135.3. 罐体上法兰及其他附属件质量计算135.4. 总负荷计算135.5. 焊缝连接处环形面积计算135.6. 焊缝连接处剪切应力校核136. 开孔补强设计15
5、6.1. 搅拌器连接口补强计算157. 水压实验压力确定187.1. 罐体水压实验压力计算187.2. 罐体筒体在水压实验压力下强度校核187.3. 罐体封头在水压实验压力下强度校核187.4. 夹套水压实验压力计算197.5. 夹套筒体在水压实验压力下强度校核197.6. 夹套封头在水压实验压力下强度校核197.7. 罐体筒体在水压实验外压力下稳定性校核197.8. 罐体封头在水压实验外压力下稳定性校核208. 支座的选取218.1. 容器总质量计算218.2. 支座选取219. 总结22参考文献23附录 法兰零件标准表24附录总装配图25附录 法兰零件图26摘要 本次课程设计的对象是夹套罐
6、。首先了解该设备的结构和工作原理,在给定罐体和夹套的操作压力、工作温度以及公称直径的情况下,通过查阅相关国家标准、规范以及联系所学内容,对夹套罐的参数选择、法兰选定、壁厚设计、剪应力校核、开孔补强、水压试验以及支座选取等几方面进行分析设计,从而满足夹套罐在强度指标上的要求,确保该压力容器的使用安全性。最后进行工程制图,重点将罐体设计以及搅拌口法兰盘设计制成图样。关键词:夹套;外压容器;强度设计;应力校核;开孔补强;水压试验1. 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
7、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。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。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
8、、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。具体工艺参数见表1.1表1.1 主要工艺参数 位置项目参数罐 内夹 套 内介质酒精水溶液水蒸汽操作压力(MPa)0.80.9操作温度()100饱和蒸汽温度公称直径(mm)800900容 积(m3 )0.67720.0558传热面积(m2 )3.03使用年限151.1. 设计参数选择1.2. 设计压力选择设计压力是指设定的容器顶部允许达到的最高表压力,它与相应的设计温度一起作为容器的设计载荷条件,其值不得低于操作压力。本次课程设计,罐体和夹套内的操作压力分别是0.2MPa和0.3MPa。根据化工容器及设备简明设计手册,查得设
9、计压力(有安全阀)按照大于1.05-1.10倍的操作压力选取,这里取1.10倍的操作压力,所以罐体和夹套的设计压力Pc分别近似为0.9MPa和1.00MPa。1.3. 设计温度选择设计温度是指容器在正常工作中,在相应设计压力下,金属可能达到的最高或最低温度。罐内的操作温度是100,夹套内是饱和蒸汽温度,考虑存在传热现象,按饱和蒸汽温度确定设计温度。夹套内设计压力Pc为1.00MPa。由于1kgf=0.1 MPa,压力择算为10 kgf/cm2,根据化工容器及设备简明设计手册,查得4kgf/cm2下饱和水蒸汽的温度是179, 圆整为180。1.4. 焊缝系数选择焊缝系数确定:由根据接头形式、无损
10、检测情况和材料进行确定。这里假设接头形式是双面焊或相当与双面焊全熔透的对接焊缝;无损检测情况为100%无损检测,材料为钢。根据化工容器及设备简明设计手册,确定焊缝系数为1.0。1.5. 材料的选择及许用应力确定材料选择为低合金钢钢板,钢号为16MnR,假设厚度为12mm,许用应力根据化工容器及设备简明设计手册,在温度180下的许用应力确定为141MPa。1.6. 厚度附加量确定厚度附加量的值等于钢板厚度负偏差(C1)与腐蚀裕度(C2)、制造减薄量(C3)之和,这里制造减薄量的值不加以考虑,腐蚀裕度C2的取值不应小于1.0mm,这里取为1mm。厚度负偏差C1根据实际需要确定。2. 几何参数的确定
11、2.1. 罐体封头各参数罐体封头选取标准椭圆形封头,根据公称直径DN=800mm,查化工容器及设备简明设计手册,可得封头曲面高度hi=200mm,直边高度h2=40mm,内表面积Fi=0.792,容积V=0.0871m3。2.2. 罐体的高度及体积罐体高度由筒体的高度和两个封头的高度两部分组成。罐体筒体的高度为罐体公称直径DN=800mm的两倍,即 (2.1)罐体封头的高度是罐体椭圆形封头曲面高度hi和直边高度h2之和为 (2.2)因此罐体的高度为罐体筒体的高度与二倍的罐体封头的高度: (2.3)罐体的体积由筒体的体积和两个封头的体积两部分组成。公称直径为800 mm,高为1m的筒体体积,根据
12、化工容器及设备简明设计手册,查得筒体的体积为V1=0.503 m3,封头的体积为V2=0.0871m3,罐体的体积V可以计算出为0.6772m3 (2.4)2.3. 夹套高度计算夹套的高度计算按酒精填充系数0.8倍计算,计算出溶液高度后,夹套筒体高度要约小于溶液高度的10mm-20mm。夹套筒体高度的计算按照公式: (2.5)式中 h夹套筒体高度(mm); V封头罐体封头体积(m3); V罐体体积(m3); DN罐体的公称直径(mm);式中V=0.6772m3,V封头=0.0871m3,DN =800 mm,计算出夹套筒体高度h=890mm。夹套高度的计算按照公式: (2.6)式中 h夹套高度
13、(mm);h夹套筒体高度(mm); hi 罐体封头曲面高度(mm); h2罐体封头直边高度(mm); DN夹套夹套的公称直径(mm); DN罐体罐体的公称直径(mm);其中h=890mm,hi=200mm,h2=40mm,计算出夹套高度h=1180mm。2.4. 传热面积计算传热面积计算按照公式: (2.7)式中 S传热面积(); S封头罐体封头内表面积(); h夹套筒体高度(mm); DN封头罐体公称直径(mm);式中S封头=0.792,h=890mm,DN封头=800mm,计算出传热面积S=3.03。2.5. 搅拌口法兰尺寸确定搅拌口直径的确定按照:DJ大于0.2倍DN选取 ,其中DJ为搅
14、拌器直径,DN为罐体公称直径800mm。因此DJ应大于160 mm。 根据波接管壳式换热器应用手册,取压力为1.00MPa(搅拌口在罐体上,Pc=1.00 MPa,在罐体上的还有视孔、温度表口、压力表口、进料口和出料口、安全阀),凸面版式平焊钢制管法兰,法兰公称通径DN=200mm,法兰管子外径A=219mm,法兰外径D=340mm,螺栓孔中心圆直径K=295mm,螺栓孔直径为L=22mm,螺孔数量n=8,罗纹Th:M20,密封尺寸d=265mm,f=3mm,法兰厚度C=24mm,内径B=222mm,法兰理论质量M=8.24Kg。根据化工容器及设备简明设计手册,查得接管外径A=219mm,壁厚
15、Sn=6mm,长度取为L=100mm,理论质量M=3.15Kg。2.6. 视孔尺寸确定 视孔尺寸可适当选取,这里取100mm。法兰管子外径A=108mm,法兰外径D=220mm,螺栓孔中心圆直径K=180mm,螺栓孔直径为L=18mm,螺孔数量n=8,罗纹Th:M16,密封尺寸d=155mm,f=3mm,法兰厚度C=22mm,内径B=110mm,法兰理论质量M=4.01Kg。2.7. 其他法兰、接管尺寸确定2.7.1. 温度表口接管尺寸确定温度表口的法兰查化工容器及设备简明设计手册,选择最小尺寸:公称通径DN=10mm,管子外径A=14mm,法兰外径D=90mm,螺栓孔中心圆直径K=60mm,
16、螺栓孔直径为L=14mm,螺孔数量n=4,罗纹Th:M12,密封尺寸d=30mm,f=2mm,法兰法兰厚度C=12mm,内径B=15mm,法兰理论质量M=0.46Kg。根据管子外径确定接管外径A=14mm,壁厚Sn=3mm,长度取为L=100mm,理论质量M=0.082Kg。温度表直接接在接管上。2.7.2. 压力表口接管尺寸确定压力表口开成一个M201.5的螺纹口,接管尺寸确定为:管子外径D=25mm,厚度Sn=3mm,长度取为L=100mm,质量M=0.163Kg。压力表直接接在接管上。2.7.3. 蒸汽入口出口法兰、接管尺寸确定罐体公称直径DN=800mm,查波接管壳式换热器应用手册,可
17、知蒸汽入口管道内径DN/冷凝水出口K,为266/133。蒸汽入口内径/冷凝水出口,约为上式查得尺寸的一半。因此蒸汽入口内径Di取150mm,根据波接管壳式换热器应用手册,取压力为1.00MPa(蒸汽入口在夹套上,Pc=1.00MPa),凸面版式平焊钢制管法兰,法兰公称通径DN=150mm,法兰管子外径A=159mm,法兰外径D=285mm,螺栓孔中心圆直径K=240mm,螺栓孔直径为L=22mm,螺孔数量n=8,罗纹Th:M20,密封尺寸d=210mm,f=3mm,法兰厚度C=24mm,法兰内径B=161mm,法兰理论质量M=6.67Kg。根据管子外径确定接管外径A=159mm,壁厚Sn=4.
18、5mm,长度取为L=100mm,理论质量M=1.72Kg。 2.7.4. 冷凝水出口法兰、接管尺寸确定按照上述原则,确定冷凝水出口内径Di取80mm,(冷凝水出口在夹套上,Pc=1.00MPa)取法兰公称通径DN=80mm,法兰管子外径A=89mm,法兰外径D=200mm,螺栓孔中心圆直径K=160mm,螺栓孔直径为L=18mm,数量n=8,罗纹Th:M16,密封尺寸d=135mm,f=3mm,法兰内径B=91mm,法兰厚度C=20mm,法兰理论质量M=3.24Kg。根据管子外径确定接管外径A=89mm,壁厚Sn=4mm,长度取为L=100mm,理论质量M=0.84Kg。2.7.5. 进料口和
19、出料口法兰、接管尺寸确定 进料口和出料口的内径取DN/10左右,经过计算取内径Di=80mm,根据波接管壳式换热器应用手册,取压力为0.90MPa(进料口和出料口在罐体上,Pc=0.8 MPa),选凸面版式平焊钢制管法兰,取法兰尺寸同冷凝水出口设计:取法兰公称通径DN=80mm,法兰管子外径A=89mm,法兰外径D=200mm,螺栓孔中心圆直径K=160mm,螺栓孔直径为L=18mm,数量n=8,罗纹Th:M16,密封尺寸d=135mm,f=3mm,法兰内径B=91mm,法兰厚度C=20mm,法兰理论质量M=3.24Kg。根据管子外径确定接管外径A=89mm,壁厚Sn=4mm,长度取为L=10
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