臥式壓力容器課程設(shè)計概要

1、安徽理工大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 機(jī)械 院（部） 過控 教研室學(xué)號2010305705學(xué)生姓名李智慧專業(yè)（班級）化工設(shè)備10-1題目臥式容器設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)容器內(nèi)徑Di=1800mm容器長度（不包括封頭）L=5000mm設(shè)計壓力P=0.25MPa設(shè)計溫度t=100°C物料腐蝕輕微，密度為1500kg/m3設(shè)計要求選擇材料，確定筒體厚度、封頭形式及厚度、支座計算及選擇工作量整理說明書一份,大概20頁左右注：可填寫說明書（論文）的字?jǐn)?shù)要求或要完成的圖紙數(shù)量。工作計劃6.11 布置設(shè)計任務(wù)，查閱參考資料第18周 初步設(shè)計臥式容器總體結(jié)構(gòu)第19周 支座的強(qiáng)度計算與選擇、整理說明書上交參考資

2、料鄭津洋 董其伍 過程設(shè)備設(shè)計化工設(shè)計手冊機(jī)械工程手冊指導(dǎo)教師簽字唐瓊教研室主任簽字 2012年6月目 錄一計劃任務(wù)書-1二目錄-2三概述-43.1容器的分類-43.2壓力容器的結(jié)構(gòu)特點-53.3壓力容器筒體的結(jié)構(gòu)型式-5四總體結(jié)構(gòu)設(shè)計-94.1設(shè)計技術(shù)參數(shù)-94.2容器材料的選擇-94.3筒體壁厚設(shè)計-104.4封頭厚度設(shè)計-104.5鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計-11容器總質(zhì)量與支座反力計算-11鞍座的選型-12確定鞍座安裝位置-13五應(yīng)力校核-135.1筒體的軸向應(yīng)力驗算-13軸向彎矩-13軸向應(yīng)力-14軸向應(yīng)力校核-155.2鞍座處的切向剪應(yīng)力-155.3驗算筒體在支座橫截面上的周向應(yīng)力-165.4鞍

3、座尺寸校核-17六設(shè)計結(jié)果匯總表-18七參考文獻(xiàn)-20三概述壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。3.1容器的分類1.按壓力容器的設(shè)計壓力（p）劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力等級： (1)低壓(代號L) 0.1MPap<1.6MPa (2)中壓(代號M) 1.6MPap<10.0MPa (3)高壓(代號H) 10.0MPap<100.0MPa (4)超高壓(代號U)

4、 p100.0MPa。 2.按工藝過程中的作用不同分為： （1）反應(yīng)容器：用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器。 （2）換熱容器：用于完成介質(zhì)的熱量交換的容器。 （3）分離容器：用于完成介質(zhì)的質(zhì)量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。 （4）貯運(yùn)容器：用于盛裝液體或氣體物料、貯運(yùn)介質(zhì)或?qū)毫ζ鹌胶饩彌_作用的容器。3.根據(jù)容器的壓力高低，介質(zhì)的危害程度以及在生產(chǎn)過程中的重要作用，綜合地將容器分為三類。屬于下列情況之一者為一類容器:（1）非易燃或無毒介質(zhì)的低壓容器； （2）易燃或有毒介質(zhì)的低壓分離器的換熱容器。屬于下列情況之一者為二類容器：（1）中壓容器；（2）劇毒介質(zhì)的低壓容器；（3）易燃或有毒介

5、質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲運(yùn)容器；屬于下列情形之一者為三類容器：（1）高壓、超高壓容器；（2）劇毒介質(zhì)的中壓容器（3）易燃或有毒介質(zhì)（4）中壓廢熱鍋爐或內(nèi)徑大于1米的低壓廢熱鍋爐。3.2壓力容器的結(jié)構(gòu)特點 一般承受內(nèi)壓的容器，除球形容器外，大多是由筒體和封頭組成。筒體是圓筒形殼體，封頭則有多種型式，高壓容器多采用平板封頭；中、低壓容器的封頭除平板和半球型外，還有半橢圓形封頭，蝶形封頭，錐形封頭等。3.3壓力容器筒體的結(jié)構(gòu)型式圓柱形容器是最常見的一種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點，被廣泛用作反應(yīng)器、換熱器、分離器和中小容積儲存容器。圓筒形容器的容積主要由圓柱形筒體(

6、以下簡稱圓筒)提供。圓筒可分為單層式和組合式兩大類。單層式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單。但厚壁單層式圓筒也存在一些問題，主要表現(xiàn)在：除整體鍛造式厚壁圓筒外，還不能完全避免較薄弱的深環(huán)焊接和縱焊縫，焊接缺陷的檢測和消除均較困難；且結(jié)構(gòu)本身缺乏阻止裂紋快速擴(kuò)展的能力；大型鍛件及厚鋼板的性能不及薄鋼板，不同方向力學(xué)性能差異較大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高，發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞的可能性也較大；加工設(shè)備要求高；為此，人們相繼研制了多種組合式圓筒。常見的有以下幾種：（1）多層包扎式 這是目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗最為豐富的組合式圓筒結(jié)構(gòu)。筒節(jié)由厚度為1225mm的內(nèi)筒和厚度為412mm的多層層板兩部分組成，筒節(jié)通過深環(huán)焊

7、縫組焊成完整的圓筒。為了避免裂紋沿厚度方向擴(kuò)展，各層板之間的縱焊縫應(yīng)相互錯開75°。筒節(jié)的長度視鋼板的寬度而定，層數(shù)則隨所需的厚度而定。制造時，通過專用裝置將層板逐層、同心地包扎在內(nèi)筒上，并借縱焊縫的焊接收縮力使層板和內(nèi)筒、層板與層板之間相互貼緊，產(chǎn)生一定得預(yù)緊力。每個筒節(jié)上均開有安全孔，這種小孔可使層間空隙中的氣體在工作時因溫度升高而排出；當(dāng)內(nèi)筒出現(xiàn)泄漏時，泄漏介質(zhì)可通過小孔排出，起到報警作用。多層包扎式圓筒制造工藝簡單，不需要大型復(fù)雜的加工設(shè)備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力，減少了脆性破壞的可能性，同時包扎預(yù)應(yīng)力可有效改善圓筒的應(yīng)力

8、分布；對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)介質(zhì)的特性選擇合適的內(nèi)筒材料。但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長、效率低、剛板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對接的深環(huán)焊縫對容器的制造質(zhì)量和安全有顯著影響。這是因為：無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無法使用超聲檢測，僅能依靠射線檢測；焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降，因而焊縫質(zhì)量較難保證；環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。(2)熱套式 采用厚鋼板（30mm以上）卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒節(jié)，然后將外層筒節(jié)加熱到計算的溫度進(jìn)行套合，冷卻收縮后便得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。熱套式圓筒需要有較準(zhǔn)確的過盈量，對卷筒的精度要求很高，且套合或組

9、裝成整體容器后，需再進(jìn)行熱處理以消除套合預(yù)應(yīng)力及深環(huán)焊縫的焊接殘余應(yīng)力。熱套式圓筒除了具有包扎式圓筒的大多數(shù)優(yōu)點外，還具有工序少，周期短等優(yōu)點。（3）繞板式繞板式圓筒由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成。它是在多層包扎式圓筒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者的內(nèi)筒相同，所不同的是多層繞板式圓筒是在內(nèi)筒外面連續(xù)纏繞若干層35mm厚的薄鋼板而構(gòu)成筒節(jié)，繞板層只有內(nèi)外兩道縱焊縫。為了使繞板開始端與終止端能與圓筒形成光滑連接，一般需要有楔形過渡段。外筒作為保護(hù)層，由兩塊半圓或三塊“瓦片”制成。繞板式結(jié)構(gòu)機(jī)械化程度高，制造效率高，材料的利用率也高（可達(dá)到90以上）。但由于薄卷板往往存在中間厚兩邊薄的現(xiàn)象，卷制后筒節(jié)兩端

10、會出現(xiàn)明顯的累積間隙，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。（4）整體多層包扎式整體多層包扎式是一種錯開環(huán)焊縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。它首先將內(nèi)筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封頭，然后在整個長度上逐層包扎層板，帶全長度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二層，直至所需厚度。這種方法包扎時各層的環(huán)焊縫可以相互錯開，另每層層板的縱焊縫也錯開一個較大角度，是整個圓筒上避免出現(xiàn)深環(huán)焊縫。圓筒與封頭或法蘭間的環(huán)焊縫改為一定角度的斜面焊縫，承載面積增大，具有高的可靠性。（5）繞帶式繞帶式是一種以鋼帶纏繞在內(nèi)筒外面獲得所需厚度圓筒的方法，主要有型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯繞式兩種結(jié)構(gòu)形式。型槽繞帶式 是用特制的型槽鋼帶螺旋纏

11、繞在特制的內(nèi)筒上，內(nèi)筒外表面上預(yù)先加工有與鋼帶相齒合的螺旋狀凹槽。纏繞時，鋼帶先經(jīng)電加熱，再進(jìn)行螺旋纏繞，繞制后依次用空氣和水進(jìn)行冷卻，使其收縮產(chǎn)生預(yù)緊力，可保證每層鋼帶貼緊；各層鋼帶之間靠凹槽和凸肩相互齒合，纏繞層能承受一部分由內(nèi)壓引起的軸向力。這種結(jié)構(gòu)的圓筒具有較高的安全性，機(jī)械化程度高，材料損耗少，且由于存在預(yù)緊力，在內(nèi)壓作用下，筒壁應(yīng)力分布較均勻。但鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求嚴(yán)，技術(shù)要求高；為保證鄰層鋼帶能相互齒合，需采用精度較高的專用纏繞機(jī)床。扁平鋼帶傾角錯繞式 這是中國首創(chuàng)的一種新型繞帶式圓筒。內(nèi)筒厚度約占總厚度的，采用簡單的“預(yù)應(yīng)力冷繞”和“壓棍預(yù)彎貼緊”技術(shù)，以相對于容

12、器環(huán)向15°30°傾角在薄內(nèi)筒外交錯纏繞扁平鋼帶。鋼帶寬約80160mm、厚約416mm，其始末兩端分別與底封頭和端部法蘭相焊接。大量的實驗研究和長期使用實踐證明，與其他類型厚壁圓筒相比，扁平鋼帶傾角錯繞式圓筒結(jié)構(gòu)具有設(shè)計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監(jiān)控容易等優(yōu)點。四總體結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1設(shè)計技術(shù)參數(shù)：容器內(nèi)徑Di=1800mm容器長度（不包括封頭）L=5000mm設(shè)計壓力P=0.25MPa設(shè)計溫度t=100°C物料腐蝕輕微，密度為1500kg/m34.2容器材料的選擇此設(shè)計選用A3R型號的鋼板，查化工容器及設(shè)備【1】附錄二，可知： 在設(shè)計溫度t=100，圓筒的

13、厚度在616mm時：，許用應(yīng)力： 在設(shè)計溫度t=100，圓筒的厚度在1736mm時：。，許用應(yīng)力：4.3筒體壁厚設(shè)計1.已知參數(shù):筒體內(nèi)徑：Di=1800mm，設(shè)計溫度t=100°C采用雙面對接焊，局部無損檢測：計算壓力：圓筒的厚度在616mm時，許用應(yīng)力：取鋼板厚度負(fù)偏差：腐蝕裕量：2.筒體壁厚設(shè)計計算壁厚 設(shè)計壁厚 名義厚度 ，圓整為6mm。有效厚度 對于碳素鋼、低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于3mm，若加上2mm的腐蝕裕量，名義厚度至少應(yīng)取5mm。由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取為6mm。3檢查，沒有變化，故取名義厚度6mm合適。4.4封頭厚度設(shè)計1.選用標(biāo)準(zhǔn)橢

14、圓形封頭，長短軸比值為2，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計算公式 選自過程設(shè)備設(shè)計【2】 式中： 形狀系數(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭； 焊封系數(shù)。2.封頭厚度設(shè)計 計算壁厚 設(shè)計壁厚 名義厚度 ，圓整為6mm。有效厚度 3. 校核封頭的最小厚度：0.15%×Di=0.15%×1800=2.7mm<n，故取名義厚度滿足要求。4.參考JB1154-73,取封頭的直邊高度：，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的曲面高度：4.5鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計容器總質(zhì)量與支座反力計算容器總質(zhì)量為：筒體的質(zhì)量：Di=1800mm，, L=5000mm的筒節(jié)所以：封頭的質(zhì)量：Di=1800mm，的 橢圓形查JB-T4746-2002鋼制壓力容

15、器用封頭得封頭其質(zhì)量為，所以 容器充滿液態(tài)介質(zhì)時液態(tài)介質(zhì)的質(zhì)量：筒體的總?cè)莘e：查JB-T4746-2002鋼制壓力容器用封頭【3】得封頭的容積：容器的總?cè)莘e：所以：附件質(zhì)量（估計）：取容器的總質(zhì)量：作用于每個支座的重力，即支座反力為：鞍座的選型根據(jù)JB/T4712-1992鞍式支座【4】選輕型帶墊板，120包角，焊制，四塊筋板。標(biāo)記為：JB/T 4712-92 ，鞍座A1800-F，鞍座材料Q235-A-F.確定鞍座安裝位置安裝在雙支座上的臥式設(shè)備其情況與雙支點梁相似。若梁的全長為L，支座最合理位置應(yīng)該是梁的外伸長度,這時跨間的最大彎矩與支座截面處的彎矩相等，故對于雙支點臥式設(shè)備，從理論上講，

16、應(yīng)取。但是，由于封頭的剛性大于筒體的剛性，封頭對筒體有局部加強(qiáng)作用，若支座靠近封頭，則可充分利用封頭的加強(qiáng)效應(yīng)，此時最好?。橥搀w與封頭的內(nèi)徑），且不大于.因為：且所以?。篈=450mm簡圖如下五應(yīng)力校核5.1筒體的軸向應(yīng)力驗算軸向彎矩筒體長L=5000mm，A=450mm，封頭凸出部分高H=450mm，則 ，根據(jù)化工容器及設(shè)備式6-68、6-69、6-71計算系數(shù)，值： 鞍座截面處軸向彎矩： = = 跨中截面軸向彎矩： = = 軸向應(yīng)力通過彎矩計算可知跨中軸向彎矩遠(yuǎn)大于鞍座處軸向彎矩，而，可以不考慮鞍座處的“偏塌”現(xiàn)象，因此，只計算跨中截面的軸向應(yīng)力即可?？缰薪孛孀罡唿c的軸向應(yīng)力：式中：殼體

17、有效厚度，mm ； 筒體與封頭的內(nèi)徑，mm 。則： 跨中截面最低點的軸向應(yīng)力：=軸向應(yīng)力校核A3R在設(shè)計溫度t=100時的許用應(yīng)力>臨界許用壓力按化工容器及設(shè)備式5-22為： 因為：遠(yuǎn)小于和所以：從驗算可以看出，軸向應(yīng)力在許用范圍之內(nèi)，滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性的要求。5.2鞍座處的切向剪應(yīng)力因,可認(rèn)為鞍座靠近封頭，故封頭對鞍座處筒體有加強(qiáng)作用。根據(jù)公式計算切向剪應(yīng)力。鞍座包角，查化工容器及設(shè)備表6-13得,。圓筒中的切向剪應(yīng)力：封頭中的最大切向剪應(yīng)力： 筒體中切向剪應(yīng)力許用值 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭中由內(nèi)壓引起的應(yīng)力，可由橢圓封頭壁厚計算公式導(dǎo)出下式 封頭中的切向剪應(yīng)力許用值取 故切向剪應(yīng)力在許用范圍之

18、內(nèi)。5.3驗算筒體在支座橫截面上的周向應(yīng)力鞍座包角120°時，查化工容器及設(shè)備表6-14，得，查JB/T4712-1992鞍式支座得鞍座寬度，鞍座板作為加強(qiáng)板使用，以筒體厚度與鞍座板厚度之和代替，故筒體最低點處最大周向壓縮應(yīng)力公式應(yīng)改寫成式中： 鞍座板厚度故 容器的筒體部分長度，所以取計算長度，同樣以代替，并以代替,則鞍座角邊處的周向壓縮應(yīng)力為： 因為 所以，二者均滿足校核條件。到此為止，筒體與封頭均滿足校核條件的要求。5.4鞍座尺寸校核鞍座板寬度b已在驗算周向壓縮力時予以確定，腹板的寬度可按化工容器及設(shè)備式6-95進(jìn)行校核。系數(shù)由化工容器及設(shè)備表6-15查出為0.204；按JB/T4712-1992鞍式支座得腹板厚度，鞍座最低點的高度。鞍座有效截面的高度限制在以內(nèi)，此值大于鞍座最低點的高度，故有效截面高度應(yīng)為鞍座實際高度減去底板厚度。則所以，腹板的尺寸滿足強(qiáng)度要求。六設(shè)計結(jié)果匯總表設(shè)計參數(shù)數(shù)值單位圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力127MPa圓筒的內(nèi)徑D1800mm圓筒的名義厚度6mm圓筒厚度附加量C2.5mm封頭名義厚度6mm封頭厚度附加量C2.5mm容器長度（不包括封頭）L5000mm鞍座軸向?qū)挾萣220mm鞍座高度H鞍座包角120°鞍座底板中心至封頭切線距離A450mm封頭直邊高度25mm筒體與封頭的內(nèi)徑900mm筒體的質(zhì)量G254.