壓力容器與管道技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、.河南城建學(xué)院壓力容器與管道安全課程設(shè)計(jì)班 級(jí) 0234102 專 業(yè) 安全工程 姓 名 xujinliang 學(xué) 號(hào) 0234102xx 課程名稱 壓力容器與管道安全指導(dǎo)教師 xxx xxx xxx 目錄一、 設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)二、 目的與任務(wù)三、 設(shè)計(jì)題目1. 筒體和附件材料的選擇21.1.1封頭的選擇21.1.2支座的選取2四、工藝計(jì)算11筒體壁厚的計(jì)算41.2封頭壁厚的計(jì)算41.3鞍座的計(jì)算51.4筒體軸向應(yīng)力校核1.4.1筒體軸向彎矩計(jì)算51.5筒體軸向應(yīng)力計(jì)算61.6筒體和封頭切向應(yīng)力校核71.6.1筒體切向應(yīng)力計(jì)算81.6.2封頭切向應(yīng)力計(jì)算81.7筒體環(huán)向應(yīng)力校核81.7.1環(huán)向應(yīng)

2、力計(jì)算81.8鞍座有效斷面平均壓力91.9開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算10一、設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)二、目的與任務(wù)本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完壓力容器與管道安全之后綜合利用所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)壓力容器設(shè)計(jì)。該課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)1.是通過(guò)解決一、兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題，鞏固和加深對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)、原理、特性的認(rèn)識(shí)和基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)的能力。2.培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過(guò)獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。3.通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選擇等環(huán)節(jié)，初步掌握工程中壓力容器設(shè)計(jì)方法。4.培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步建立

3、正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。三、設(shè)計(jì)題目 某廠需添置一臺(tái)液氨貯罐，已知：設(shè)計(jì)壓力p=1.5MPa，設(shè)計(jì)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，采用鞍式支座。試設(shè)計(jì)該設(shè)備。1. 筒體和附件材料的選擇純液氨腐蝕性小，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。1.1.1 封頭的選擇幾何方面，就單位容積的表面積來(lái)說(shuō)，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(rèn)為相等。力學(xué)方面，在直徑、厚度

4、和計(jì)算壓力相同的條件下，半球形封頭的應(yīng)力最小，二向薄膜應(yīng)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(yīng)力與薄膜應(yīng)力并無(wú)明顯不同。橢圓形封頭的應(yīng)力情況就不如半球形封頭均勻。由應(yīng)力分析可知，橢圓形封頭沿經(jīng)線各點(diǎn)的應(yīng)力是變化的，頂點(diǎn)處應(yīng)力最大，在赤道上可能出現(xiàn)環(huán)向內(nèi)壓應(yīng)力，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與壁厚相等的圓筒體相連接時(shí)，其可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度2。1.1.2 支座的選取本題目為鞍式支座。四、工藝計(jì)算11筒體壁厚的計(jì)算筒體的理論計(jì)算壁厚公式為2： (3.1)式中 筒體的理論計(jì)算壁厚，mm； pc筒體計(jì)算壓力，MPa； Di筒體內(nèi)徑，mm； t鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa

5、;焊接接頭系數(shù)，其值為1。取計(jì)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(jì)溫度為39時(shí)的許用應(yīng)力為t=163MPa，將這些數(shù)值代入公式(3.1)計(jì)算出筒體的計(jì)算厚度為：由于液氨對(duì)金屬有一定的腐蝕，取腐蝕裕量C2=2mm，故筒體的設(shè)計(jì)厚度為：由鋼板厚度負(fù)偏差表查得C1=0.8mm，故名義壁厚為：圓整后取n=8mm。1.2封頭壁厚的計(jì)算1.2.1采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同，其厚度計(jì)算式為2：設(shè)計(jì)厚度為：名義厚度為：圓整后取n=8mm。查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度(JB/T4737-95)為h0=25mm。1.3鞍座的計(jì)算首先粗略計(jì)算鞍座

6、負(fù)荷。貯罐總質(zhì)量為儲(chǔ)罐總質(zhì)量M= M1+ M2+ M3式中M1罐體質(zhì)量，kgM2封頭質(zhì)量，kgM3液氨質(zhì)量，kg13.1 罐體質(zhì)量m1DN=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(zhǎng)的容積=1.12/m，查得封頭每米長(zhǎng)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=8mm的筒體，查表得每米質(zhì)量是q1=190kg/m，所以M4=2×190+1.9×370=1083 kg由于整個(gè)罐的容積為2.8,故其水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)的水重為M2=2.

7、8×1000=2800其它附件質(zhì)量M3人孔質(zhì)量約為85 kg,其他接管質(zhì)量和按200 kg計(jì)。于是，設(shè)備總質(zhì)量為M= M1+ M2+ M3 =2800+1083+（85+200）=4168 kg由以上計(jì)算內(nèi)容的鞍座反力G=Mg=41680N1.4筒體軸向應(yīng)力校核1.4.1筒體軸向彎矩計(jì)算筒體中間處截面的彎矩為 (5.1)式中F鞍座反力(N)；Rm橢圓封頭長(zhǎng)半軸外半徑(mm)；L兩封頭切線之間的距離(mm)；A鞍座的位置(mm)；hi筒體內(nèi)半徑(mm)；其中所以 支座處截面上的彎矩為 (5.2)于是1.5筒體軸向應(yīng)力計(jì)算1.5.1由彎矩引起的軸向應(yīng)力圓筒中間截面上最高點(diǎn)處： (5.3)

8、于是最低點(diǎn)處：鞍座截面處最高點(diǎn)處：最低點(diǎn)處：=1.5.2由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力 (5.4)于是1.5.3軸向應(yīng)力組合與校核最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低點(diǎn)處, 于是 (5.5)許用軸向拉壓應(yīng)力t=163MPa，合格。最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時(shí)，在筒體中間截面的最高點(diǎn)處軸向許用應(yīng)力 (5.6)根據(jù)A值查外壓容器設(shè)計(jì)的材料溫度線圖6（化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ),趙軍編，P152）圖11-9，查得B=130MPa，取許用壓縮應(yīng)力，合格。1.6筒體和封頭切向應(yīng)力校核1.6.1筒體切向應(yīng)力計(jì)算 (5.7)由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11-100表11.4-12查得K3=0.880，K4=0.401。于是

9、1.6.2封頭切向應(yīng)力計(jì)算 (5.8)于是合格.1.7筒體環(huán)向應(yīng)力校核1.7.1環(huán)向應(yīng)力計(jì)算設(shè)墊片不起作用。（1）在鞍座處橫截面最低點(diǎn)處 (5.9)式中b2筒體有效寬度。由化工機(jī)械基礎(chǔ)手冊(cè)（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 (5.10)式中b支座軸向?qū)挾取Ｓ谑枪剩?）鞍座邊角處軸向應(yīng)力因?yàn)?，所?(5.11)（3）環(huán)向應(yīng)力校核合格。合格。1.8鞍座有效斷面平均壓力支座承受的水平分力 (5.12)由化工機(jī)械工程手冊(cè)（上卷）P11-103表11.4-15查得K9=0.204。于是鞍座有效斷面平均應(yīng)力 (5.13)式中H

10、s鞍座計(jì)算高度；b0鞍座腹板厚度。其中Hs取鞍座實(shí)際高度（Hs=250mm）和中的最小值，即Hs=250mm。腹板厚度于是應(yīng)力校核：合格。式中，鞍座材料16MnR的許用應(yīng)力。1.9開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。由表3.1知本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑di450mm，壁厚nt10mm。據(jù)此差得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸(JB/T 4736-2002)為：外徑D2=760mm，內(nèi)徑D1=450+2×10+14=484mm。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下3： 1.9.1 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A內(nèi)壓容器的圓筒開(kāi)孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為 mm2 (3.4)式中 d開(kāi)孔直徑，圓形孔取

11、接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm；殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度，mm；et接管有效厚度，mm；fr強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值。對(duì)于圓筒，殼體開(kāi)口出的計(jì)算厚度為：開(kāi)孔直徑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：開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積1.9.2有效寬度B二者中取較大值B=911.2mm。1.9.3 有效高度(1) 外側(cè)高度h1二者中取較小值h1=73.94mm(2) 內(nèi)側(cè)高度h2二者中取較小值h2=0mm。1.9.4 補(bǔ)強(qiáng)面積Ae在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積按下式計(jì)算 (3.5)式中 Ae補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2；A1殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積按式(3.6)，mm2;A