锅炉压力容器安全

《锅炉压力容器安全》课程设计班级专业安全工程课程名称压力容器与管道安全指导教师学号姓名二○一三年十二月目录一、设计时间及地点.................................................1二、目的与任务......................................................1三、设计题目.......................................................11.主要结构的选择...................................................21.1主要结构设计............................................................21.1.1筒体长度的确定............................................21.1.2封头......................................................21.1.3接管.....................................................21.1.4鞍座及其位置..............................................31.1.5焊接头系数................................................32.工艺计算........................................................32.1筒体壁厚的计算.........................................................32.2封头厚度的计算.........................................................42.3鞍座反力的计算.........................................................42.3.1罐体质量M1...............................................52.3.2封头质量M2...............................................52.3.3液氨的质量M3.............................................52.3.4附件质量M4...............................................52.4筒体轴向应力校核.........................................................52.4.1筒体轴向弯矩计算..........................................52.4.2由弯矩引起的轴向应力.....................................72.4.3由设计压力引起的轴向应力..................................72.4.4轴向应力组合与校核........................................72.5筒体和封头切向应力校核...................................................82.5.1筒体切向应力计算..........................................82.5.2封头切向应力计算..........................................82.6筒体环向应力校核.........................................................82.6.1环向应力计算.............................................82.7鞍座有效断面平均应力校核........................................92.8开孔补强的计算..........................................................102.8.1人孔参数的确定.............................................102.8.2开孔补强的计算.............................................103.设备结构总图...................................................134.课程设计总结....................................................13参考文献..........................................................14-1-《锅炉压力容器安全》课程设计一、设计时间及地点1.时间：第15周2.地点：2号实验楼A504二、目的与任务本课程设计是在学完《锅炉压力容器安全》之后综合利用所学知识完成一个压力容器设计。该课程设计的主要任务1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对压力容器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。3.通过实际设计方案的分析比较，设计计算，元件选择等环节，初步掌握工程中压力容器设计方法。4.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。三、设计题目某厂需添置一台液氨贮罐，已知：设计压力p=1.2MPa，设计温度T=36℃，容器内径D=1160mm，容积V=2.4立方米，设备充装系数0.9，采用鞍式支座。试设计该设备。-2-1.主要结构的选择1.1主要结构设计1.1.1筒体长度的确定由公称直径DN=1160mm，罐体的容积V=2.4m3，设罐身的长度为L，则4.22)2/(220VDLiV2---标准椭圆封头的容积h0=25mm（封头直边高度）20.0025.016.1414.316.12414.3424220222hDDVii代入上式，即4.2220.0216.114.320L则L0=1.89m1.1.2封头此容器为液氨储存性容器，从受力方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来说：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。所以此容器选用罐身为圆筒形，两端均用标准椭圆形封头的卧式容器。1.1.3接管由操作条件可知，该容器属于中压、常温范畴。考虑到机械性能、强度条件、腐蚀情况等要求，筒体和封头的材料选用可以考虑20R、16MnR这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板,16MnR钢板的价格比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在-3-此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢号为16MnR的钢板（适用温度范围-40-475℃，使用状态为热轧或正火，钢板标。准为GB6654—1996）接管材料选用钢号为16MnR的接管（许用应力：[σ]t=170MPa）。法兰材料为16MnR，鞍座材料选用16MnR。1.1.4鞍座及其位置根据JB/T4712.1-2007容器支座查得由于筒体的公称直径DN=1160mm，所以可以选轻型（A型）120o包角带垫板鞍座，鞍座高度h=200mm，底板长度l1=880mm，螺栓连接尺寸l2=720mm，鞍座宽度b=200mm，底板厚度δ1=10mm，腹板厚δ2=6mm，筋板厚度δ3=6mm，筋板长度l3=200mm，垫板宽b4=320mm，垫板厚δ4=6mm。鞍座位置A=0.5R=0.5×(1160/2)=290mm1.1.5焊接头系数本次课程设计是液氨储罐的机械设计。氨属于中度毒性物质，查表可知该设备为中压储存容器，即为第三类《化工设备机械基础》压力容器。由于焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方，要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊的全焊透的对接接头，且全部无损探伤的，故取焊接头系数φ1.0。2.工艺计算2.1筒体壁厚的计算筒体的理论计算壁厚公式为[2]：cticpDp2式中δ——筒体的理论计算壁厚，mm；pc——筒体计算压力，MPa；Di——筒体内径，mm；[σ]t——钢板在设计温度下的许用应力，MPa;——焊接接头系数，其值为1。取计算压力pc=p=1.2MPa，筒体内径Di=DN=1160mm，查表知16MnR在设计温度为36℃时的许用应力为[σ]t=170MPa，将这些数值代入上式计算出筒体的计算厚度为：-4-mmpDpctic1.42.11170211602.12由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的设计厚度为：mmC1.621.42dδδ由钢板厚度负偏差表查得C1=0.6mm，故名义壁厚为：mmC7.66.01.61dnδδ圆整后取δn=7mm。故本圆筒体的名义厚度为δn=7mm。名义厚度在假定范围6~7mm内，计算合理。有效厚度δe=δn-C1-C2=4.4mm2.2封头厚度的计算采用的是标准椭圆形封头，故K=1，,其厚度计算式为：mmpDKpctic10.42.15.01170211602.115.02设计厚度mmC10.6210.42dδδ因设计厚度δd=6.10mm，所以壳体的名义厚度一定在6~7mm范围内，查表可知厚度在6~7mm内的钢板，负偏差为C1=0.6mm。名义厚度mmC70.66.010.61dnδδ圆整后取δn=7mm。有效厚度δe=δn-（C1+C2）=7-(2.0+0.6)=4.4mmδe0.15%Di=1.74mm，故封头厚度合理。名义厚度在假定范围内，设计正确。2.3鞍座反力的计算首先粗略计算鞍座负荷。-5-储罐总质量M=M1+M2+M3+M4式中M1—罐体质量，kgM2—封头质量，kgM3—液氨质量，kgM4—附件质量，kg2.3.1罐体质量M1由公称直径DN=1160mm，壁厚N=7mm条件下，查表得筒节钢板的质量q=370kg/m，故M1=qL0=370×1.84=680.8kg2.3.2封头质量M2由封头公称直径DN=1160mm，壁厚N=7mm，h0=25mm条件下，查JB/T4734-95得封头的质量为G=89.28kg则封头质量M2=2G=2×89.28=178.56kg2.3.3液氨的质量M3VM3V--主管的容积，m3ρ--液氨的密度，kg/m3由于在题目中的情况下，液氨的密度小于水的密度，此处液氨按水考虑，即ρ=1000kg/m3,则M3=Vρ=2.4×1000=2400kg2.3.4附件质量M4人孔质量约为85kg,其他接管质量和按200kg计。则M4=85+200=285kg于是，设备总质量为M=M1+M2+M3+M4=680.8+178.56+2400+285=3544.36kg由以上计算内容的鞍座反力G=Mg/2=3544.3