鍋爐壓力容器課程設計

1、鍋爐壓力容器課程設計設計題目壓力容器設計能源與安全工程學院安全工程專業(yè)（二）班設計者學號指導老師田兆君課程設計時間20n年5月29日起至2011年6月12日一、課程設計即目：壓力容器設計二、課程設計工作自2011年5月29口起2011年6月12日止三、課程設計的內容及要求:罐內夾套內介質酒精溶液水蒸氣操作壓力0.4Mpa0.6Mpa操作溫度°C-20-200-20-200容枳（m3）1.5適當傳熱面積不小于5.34m2使用年限12年-）基本工藝參數二）學生完成的工作符號公稱尺寸連接尺寸aDN100HG20593bPN0.6DN50HG20593cPN0.6DN50HG20593dDN

2、100HG20593eDN125（視鏡）HG20593fDN100HG20593gPN0.6DN50HG20593主要設計參數1 .總裝備圖一張（1號圖紙）要求：圖面布局合理，表達清晰，字跡工整，有標題欄、技術要求、技術特性表、管口表2 .由指導老師指定零件圖一張（要求同上）3 .設計說明書一份（1）根據工藝參數選定容器及夾套尺寸（包括直徑、厚度、夾套與容器間距及連接尺寸，保證有足夠的傳熱面積）。（2）容器的強度設計a.筒體強度及穩(wěn)定性設計b.封頭強度及穩(wěn)定性設計（3）夾套罐壁厚設計a.筒體部分設計b.封頭部分設計（4）附件設計（5）開孔補強設計（6）水壓力試驗設計X4 .夾套罐使用說明書一份

3、四、已知數據：1 .材料選用筒體和夾套為A3F,各參數如下:鋼號鋼材標準鋼材狀態(tài)板厚mm常溫度下機械性能設計溫度卜材料許用應力位kgf/cm?5kgf/cm2o,kgf/cm2a3fGB700-79熱軋W123800240012502 .簡體形狀%=1.2,3 .設計壓力P陵計=1.25P操作五、參考資料1、壓力容器與化工設備實用手冊2、化工機械基礎課程設計指導書3、鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定4、壓力容器標準規(guī)范匯編指導教師：田兆君負貴教師：田兆教學生簽名：提隹附注：任務廿應該附在已完成的課程設計說明書首頁鍋爐壓力容器課程設計1前言鍋爐、壓力容器廣發(fā)應用于電力、機械、化工、輕工、交通等運輸部

4、門及口常生活中，與我們的口常生活息息相關。且隨著社會經濟的發(fā)展，對鍋爐、壓力容器的需求數量也口益增加。通過對鍋爐壓力容器的分析，運用鍋爐壓力容器應力分析、強度設計、制造質量控制及安全裝置相關的知識，了解其工作原理與各個部分的相關作用及其工作原理，并分析鍋爐中可能出現的相關問題和缺陷并作出預防，從而加強對鍋爐的認識。2相關計算一、筒體及封頭的幾何尺寸確定：(1)筒體及封頭的形式：選擇圓柱筒體及標準橢球形封頭。(2)確定筒體及封頭直徑：由P設計=L25P操作知P設計=1.25*0.4=0.5MPa筒體直徑確定：=zrr2H覬=1.2D=2r得出D=1.168m封頭直徑確定：由上可知D=1.168m

5、(3)選定封頭的尺寸：封頭內直徑為1168mm選取DxlZOOmm通過查詢壓力容器與化工設備實用手冊第258頁珥=D；/4選取直邊高度為40mm公稱直徑Dnmm曲面高度hlmm直邊高度hOmm內表面積Fm2重量(kg)厚度S(mm)容積V一3m1200300401.712164120.271(4)確定筒體的實際高度%v一%頭1.5-0.2711.31=1.08ftn取公稱點徑尺度為H=1000mm(5)選取夾套直徑：D=1400mrrio考慮到傳熱充分，而且夾套直徑必然大于筒體直徑，故根據壓力容器于化工設備實用手冊(214頁)P258其參數表如下:(6)確定夾套高度，由于沒有特殊說明，高度由傳

6、熱面積確定。公稱直徑(mm)曲邊高度h(mm)直邊高度h,(mm)厚度S(mm)內表面積F(m2)容積V(m3)重量(kg)1400350401023060.421183F熱二F簡體+F抖頭所以h、?F.一F”頭二5.342.235=0692m-孫真3.14x1.4取公稱尺度為H7700mm(7)校核傳熱面積：工藝要求不小于5341/,實際傳熱面積:F筒體+F筒=1.71+3.77=5.48>5.34F冬F夾時J憤夾;2.306+3.14x1.4x0.71=5.38>5.34二、釜體及夾套強度計算(1)設計壓力的確定夾套的筒體和封頭是內壓容器，釜體的筒體和封頭既受內壓又受外壓作用，

7、由已知數據P諛計=1.25Pm.,可得:P內設計=l.25xP內悚作=l,25x0.4=0.5MPaP內設計=1.25xP內擢作=1.25x0.6=0.75MPa(2)夾套筒體壁厚和封頭型厚計算由教材鍋爐及壓力容器安全可知，對于筒體其壁厚計算公式為：+0.8+l+0.5a8.038mm0.75x14002x12250.75-0.75式中，P=0.75MPa.D)=1400mm,b1t為設計溫度卜材料許用應力，為122.5MPa,。為焊縫系數，采用單面焊的對接焊縫，無型板，局部無損探傷，故取。=0.7(夾套封頭用鋼板拼焊)；(:為壁厚附加最，C=C1+C2+C3,其中Cl為鋼板負偏差，取0.8,

8、C2為腐蝕裕度，取1.C3為加工減薄量，取0(對封頭熱加工，取0.5),則由此可得Sy7.8,取標準規(guī)格為8mmo對于夾套封頭計算公式，由教材鍋爐及壓力容器安全可知道，其計算公式為：cPRYcS=+C2b>_0.5P式中，Y為橢圓球形封頭的形狀系數，Y=92+2，對于標準托球形封頭而言，其形6Lwj狀系數為1；C同樣為壁厚附加量，但此時由于有熱加工，所以C3=0.5,由此計算得到S.=8.026mm取標準值為8mm為了照顧筒體和封頭的焊接方便及焊接質量，取夾套筒體和封頭的壁厚都為10mm.（3）釜體的筒體壁厚1）按承受0.5MPd的內壓計算0.5x1200S陸=2bJ°_p2x

9、1225x0.75-0.5+0.8+1+0.5=5.574nm式中，P=0.5MPa,D=1200mm."f為設計溫度下材料許用應力，為122.5MPd,。為焊縫系數，采用單面焊的對接焊縫，無墊板，局部無損探傷，故取。=0.75（夾套封頭用鋼板拼焊）：C為壁厚附加量，C=C1+C2+C3,其中C1為鋼板負偏差，取0.8.C2為腐蝕裕度，取LC3為加工減薄量，取0.5,則由此可得S*=5.6mm.2）按承受0.5MPa的外壓力計算a：在此情況下，外壓計算不能再盲目套用以上公式，應該根據圖表方法確定。初步假定筒體的鴕厚為10mm.則筒體的外徑為D0=1200+2xi0=1220mm：筒體

10、的計算長度為L=Hl+h封=1000+（300+40）=1340則有上=1.098D。由此杳壓力容器與化工設備實用手冊（上.）P203表WT11可初定計算厚度為8.0mm考慮到附加壁厚的影響，實際厚度為8.7+2.3=llmm,取標準值為10mm,B：壁厚驗算，查壓力容器與化工設備實用手冊（上）P235中，根據工為1.2,可估算D。出釜體為IMPa,許用內壓L76MPa（P184）,均大于最大工作壓力，標準值符合設計要求。（4）釜體封頭里厚計算1）按內壓計算P，D封+C二2crJ-P0.5x12002x122570.75-0.5+0.8+1+0.5=5.57式中，P=0.5MPa,D封=120

11、0mm,bj為設計溫度卜材料許用應力，為122.5MPa.。為焊縫系數，采用單面焊縫的時接焊縫，無墊板，局部無損探傷，取。=0.7：C為壁厚附加量，C=C1+C2+C3,其中Cl為鋼板負偏差，取U.8,C2為腐蝕裕度，取LC3為加工減薄策，由于封頭熱加工，取0.5,則由此可得S封=5.57,取標準規(guī)格為6mm。2）按外壓計算按照封頭材料與設計溫度的不同，壓力容器及化工設備實用手冊（上）（由P275推薦方法）本手冊共編制19張許用外壓表（表EK-12至表EK-30）。其公稱直徑為5002000mm.有效厚度為2至22mm。使用該表時應將封頭圖樣上的名義厚度或實測厚度轉換為有效厚度。設定2=C,并

12、按下式算出A：A=也吏X2-（2-2-2）Do0.9Do根據材料及設定溫度，從外壓算圖A-B曲線上，按照算出的A查出B值。用p=EC算出見當期稍大于計算壓力d時，原設定的導值有效，否則應重新0.9DnDr假設值，重復以上計算。D。將認定的值寫成下式:D。令=CD。(2-2-4)則5=CD。aC(Di+25)aC(D+2CDJ=Q+2C)CD按（2-2-4）式求出各種D,時的b值。假定封頭的厚度為有效壁厚為11mm,則有A：/、星=0.125x11=0002730.9D鼾0.9x1200由此，根據P192圖查得B*120Mpa,則p=xL=絲2乂=L22MPa,大0.912000.91200于計

13、算壓力，則假設有效，即以此確定有效壁厚為llmrm根據有效壁厚為11mm查表P277得許用外壓為O.9MPa,大于計算壓力0.75MPa,確定封頭的厚度為11mm。（5）水壓試驗1）內壓試驗時：由教材第四章鍋爐及壓力容器強度設計可知，對于圓筒體，其壁厚設計公式為：進行水壓試驗的目的，主要是在已知的壁厚以及試驗壓力的情況卜，所求得的應力是否在材料的許用應力范圍之內，則有：PrDxY+0.5(S-C)2(SC)族式中，P,為實驗壓力，根據教材第五章P152表53可知:Pr»=1.25P«=1.25X0.5=0.625：Pr夾=L25P設=1.25X0.75=0.9375則有:S

14、0.9375x1400+(10-2.3)1,一3&叁周倚=-=114.3MPa2x(10-23)x0.75e0.625x12004-(11-23)1臺o舉刖=-=57.89MPa2x(11-23)x0.75c0.9375xlxl4004-0.5x(10-2.3)1八旌'頭=-=113.9MPa2x(10-23)x0.7560.625xlxl20(h-0.5x(l1-2.3)0步體nm=57.7MPa2x(11-23)x0.75由此可見水壓試驗驗證時，所求的應力均小于0.94+,水壓試驗符合要求，設計合乎標準。由以上分析計算可知，設計的基本幾何參數如下：筒體壁厚mm筒體內徑mm筒

15、體高度mm封頭壁厚mm封頭內徑mm曲邊高度mm直邊高度mm釜體11012001000110120030040夾套101400100010140035040二、法蘭的選取由已知設計參數，查壓力容器與化工設備實用手冊（上）P508表3-2-3可知基本形狀參數及連接尺寸入下表接管序號公稱直徑DN鋼管外徑Al連接尺寸板式平焊法蘭法蘭蓋法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺孔直徑L螺孔數狀n螺紋Th法蘭內徑BI坡口寬度b法蘭厚度C法吐質量kg厚度C質量kga100108210170184M161100183.41184.75b5057140110144M12590161.51161.86c505714011014

16、4M12590161.51161.86d100108210170184M161100183.41184.75e125133240200188M161350184.08186.10f100108210170184M161100183.41184.75g5057140110144M12590161.51161.86三、視鏡的選取由于視鏡接緣宜接焊在設備商，容易在焊接后引起接緣上的密封變形，因此此設計中選擇帶頸視鏡，視鏡的使用溫度為0200°C,溫度上限是由玻璃材質決定的，溫度下限主要考慮結霜問題，在不低于視鏡所用鋼材卜限溫度前提卜也可以用于零卜低溫，但應設計防霜設置。根據已知壓力（0.6

17、MPa）要求，查壓力容器與化工設備實用手冊（上）P675,其幾何參數如下：公稱直徑Dg公稱壓力MPaDDibidHxSh螺柱重量Kg數量n直徑d1250.982251902828133x4801438M1613.6四、支座的選取1、釜體的總重量=G筒體+2G橢球殼=1.1X298+2xl37=602kg2、夾套的總重M：=G夾套+G橢球殼=lx278+142=420kg3、法蘭及視鏡總重量=33kg4、釜體內酒精水溶液總質量：=（3.14XO.62X1.1+2XO.271）XIX103«1800kg（由于此高效酒精回收裝置中，酒精水溶液中酒精含量少，其混合液密度以水的密度近似代替）5

18、、夾套內水蒸氣總質量：（3.14x0.72x1.1+0398314x0.62x1-0.271）Xlx103«535kg則此壓力容器裝置的總重量為G=602+420+33+1800+535=3390kg支座選擇：由己知條件，選取焊制鞍式A型支座。查壓力容器與化工設備實用手冊（上）P567表3-3-5,可知其幾何參數如下：公稱直徑DN允許載荷QkN鞍座高度h底板腹板筋板Li%61821>2b3831400160200100170101023014018010壓力容器的綜合性檢驗（-）強度試驗根據加載大小1、破壞性強度試驗試驗載荷和工作載荷相同，加載至容器破壞，用破壞載荷和正常工作載

19、荷的比值說明容器的強度。這種試驗用于試制新的壓力容器；改變容器的加工工藝或大量生產而質量尚未穩(wěn)定的情況。2、超載試驗試驗載荷超過工作我荷一定百分比，如超過25%,50%來觀察焊接接頭是否出現裂紋，或者變形是否符合要求，壓力容器應100%經受超載試驗。根據加載介質。1、水壓測試水為加載介質試驗目的除強度實驗外，還試驗壓力容器的密封性。試驗條件環(huán)境溫度應高于5。試驗壓力一般為工作壓力的1.25-L5倍（1.25倍用于內壓容器，1.5倍用于外壓容器）。試驗過程容器灌滿水一用水泵加壓，達到試驗壓力后，在試驗壓力卜持續(xù)一定的時間后，將壓力降至工作壓力f沿焊縫邊緣1520nm的部位用0.40.5kg重的原

20、頭小錘輕擊，并仔細檢查焊健的密封性。2、氣壓試驗用氣體加我介質。這種實驗比水壓試驗更加靈敏和迅速，不存在排水的麻煩，但危險性很大。試驗壓力一般為工作壓力的1.15倍。試驗過程氣壓緩升至試驗壓力的10%,且不超過0.05MN/m2,保壓5minf檢查全部焊縫和連接部位f緩升至試驗壓力的50%后，按每級為規(guī)定試驗壓力的10%的級差，逐級升至試驗壓力，保樂lOmin后，將壓力降至設計壓力再檢查，以無滲漏為合格。（二）、密封性試驗1 .氣密試驗試驗壓力為設計壓力的1.05倍，試驗時，壓力緩升至試臉壓力后保壓lOmin,降至設計壓力后再檢資氣密性。這種氣密性試驗需經說呀試驗合格后進行。對于小容器，侵入水

21、中檢查；對于大容器，可在焊縫及其他鏈接部位涂肥皂水檢查。2 .氨氣試驗容器焊健表面用5%硝酸汞水溶液侵過的紙帶或醫(yī)用繃帶蓋上，容器內打入含1%（體積）氨氣的壓縮空氣，加壓至所需壓力值。如有缺陷，氨氣透過焊縫，并作用在侵過的硝酸汞的紙上或繃帶上，使該處形成黑色的圖像。這種實驗常用于壓力很低（有時只有數十毫米或數玄米的水柱），但密封性要求很高的管道和熱換器。3 .煤油試驗在較易修補和發(fā)現缺陷的那一面焊縫表面涂上白粉水溶液，干燥后，在另一面的焊縫表面涂煤油，由于煤油的滲透性很強，焊縫上有缺陷時燥油即透過而在白粉上顯示油斑點或油條帶痕跡。壓力容器的定期檢查（一）壓力容器定期檢驗包括外部檢驗、內外部檢驗

22、、全面檢驗和耐壓試驗.1、外部檢驗外部檢驗可以在壓力容器運行過程中進行。檢驗內容包括：（1）壓力容器的本體、接II部位、焊接接頭等的裂紋、過熱、變形、泄漏等。（2）外表面的腐蝕：保溫層破損、脫落、潮濕。（3）檢漏孔、信號孔的漏液、漏氣：疏通檢漏管；排放（疏水、排污）裝置。（4）壓力容器與相鄰管道或構件的異常振動、響聲，相互摩擦。（5）進行安全附件檢查。（6）支承或支座的損壞，基礎卜.沉、傾斜、開裂，緊固件的完好情況。（7）運行的穩(wěn)定情況：安全狀況等級為4級的壓力容器監(jiān)控情況。2、內外部檢驗內外部檢驗是在壓力容器停運時檢驗，其檢驗內容有：（1）外部檢驗的全部項目。（2）結構檢臉。重點檢查的部位有

23、：筒體與封頭連接處、開孔處、焊縫、封頭、支座或支承、法蘭、排污口。（3）幾何尺寸。凡是有資料可確認容器幾何尺寸的，一般核對其主要尺寸即可。時在運行中可能發(fā)生變化的幾何尺寸，如筒體的不圓度、封頭與簡體鼓脹變形等，應重點復核。（4）表面缺陷。主要有：腐蝕與機械損傷、表面裂紋、焊縫咬邊、變形等。應對表面缺陷進行認真的檢查和測定。（5）壁厚測定。測定位置應有代表性，并有足夠的測定點數。（6）材質。確定主要受壓元件材質是否惡化。（7）保溫層、堆焊層、金屬襯里的完好情況。（8）焊縫埋藏缺陷檢查。（9）安全附件檢查。（10）緊固件檢查。3、全面檢驗包括內、外部檢臉的全部項口，還應按規(guī)定做焊縫無損探傷和耐壓試

24、驗。4、耐壓試驗耐壓試驗是壓力容器停機檢驗時，所進行的超過最高工作壓力的液壓試驗或氣壓試驗。耐壓試驗應遵守壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程的有關規(guī)定。耐壓試驗的目的是檢驗鍋爐、壓力容器承壓部件的強度和嚴密性。在試驗過程中,通過觀察承壓部件有無明顯變形或破裂,來驗證鍋爐、壓力容器是否具有設計壓力卜.安全運行所必需的承壓能力。同時，通過觀察焊縫、法蘭等連接處有無滲漏，來檢驗鍋爐、壓力容器的嚴密性。（二）定期檢驗的周期外部檢驗期限：每年至少一次。內外部檢驗期限分為：安全狀況等級為13級的，每隔6年至少一次：安全狀況等級為34級的，每隔3年至少一次。有下列情況之一的壓力容器，內外部檢驗期限應適當縮短：（1）介

25、質對壓力容器材料的的腐蝕情況不明、介質對材料的腐蝕速率大于O.25mm/a,以及設計者所確定的腐蝕數據嚴重不準確的：（2）材料焊接性能差，在制造時曾多次返修的：（3）首次檢驗的：（4）使用條件差，管理水平低的：（5）使用期限超過15年，經技術鑒定，確認不能按正常檢驗周期使用的；（6）檢驗員認為應該縮短的。有卜.列情況之一的壓力容器，內外部檢驗期限應適當延長：（1）非金屬襯里層完好的，但其檢驗周期不應超過9年：（2）介質對材料的腐蝕速率低于O.lmm/a或有可靠的耐腐蝕金屬襯里的壓力容器,通過一至二次內外部檢驗，確認符合原要求的，但不應超過10年：（3）裝仃觸媒的反應器以及裝有充填物的大型壓力容

26、器，其定期檢驗周期由使用單位根據設計圖樣和實際使用情況確定。耐樂試驗期限：每10年至少一次。有卜.列情況之一的壓力容器，內外部檢驗合格后必須進行耐壓試驗：用焊接方法修理或更換主要受壓元件的：改變使用條件且超過原設計參數的；更換材里在重新對里前：停止使用兩年重新復用的：新安裝的或移裝的；無法進行內部檢驗的；使用單位對壓力容器的安全性能有懷疑的。因情況特殊不能按期進行內外檢驗或耐壓試驗的，使用單位必須申明理由，提前三個月提出中報，經單位技術負責人批準，由原檢驗單位提出處理意見，省級主管部門審杳同意,發(fā)放壓力容器使用證的勞動部門備案后，方可延長，但一般不應超過12個月。壓力容器缺陷的處理及維護1 .

27、表面缺陷的處理意見（1）表面裂紋的處理。根據產生的部位不同分為母材裂紋和焊縫裂紋，母材裂紋是在軋制鋼板時形成的，而焊縫裂紋是在熔化焊接時產生的，它可分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。熱裂紋是焊縫金屬由結晶開始一直冷卻到固相線732c以前所產生的裂紋，特征是沿原奧氏體晶界開裂，多產生在焊縫中心，個別情況下產生在焊接熱影響區(qū)，近焊縫的母材夾渣也可能引起熱裂紋。冷裂紋是焊縫金屬冷卻到30CTC以下時所產生的，也稱氫致裂紋或延遲裂紋，常產生在熱影響區(qū)的熔合線附近的過熱區(qū)中，有時也產生于焊縫金屬中。再熱裂紋是在熱處理或500600C工作后產生的裂紋，常產生于焊縫熱影響區(qū)的粗品區(qū)中，對于母材裂紋用砂輪機打磨消

28、除，對于焊縫裂紋只要不是因選材不當或不是因結構的原因造成的，一般用砂輪機打磨消除。打磨消除裂紋后的剩余壁厚只要滿足強度要求，可不進行補焊，打磨部位應光滑并圓滑過渡，側面斜度應不大于1：4,反之，則時進行補焊恢復，確是因選材不當造成的裂紋，該容器應報廢，如是因結構不當造成的可視具體情況作出修復或判廢處理。（2）表面腐蝕的處理。形成的原因一是由于大氣腐蝕，二是由容器內的介質引起的腐蝕。表面腐蝕分為均勻性面腐蝕和分散點腐蝕。均勻性的而腐蝕按最小剩余壁厚進行強度校核，如強度滿足，可不作處理，但應圓滑過渡，對分散的點腐蝕，如同時符合卜列條件的可不作處理：腐蝕深度不超地壁厚（扣除腐蝕裕量）的1/5：在直徑

29、為200mm的范闈內，點腐蝕面積不超過40cm2或沿任一立徑點腐蝕長度之和不超過40mln,反之，則視具體情況作補焊恢復或作降壓、更換處理。（3）變形（凹陷、鼓包）的處理。對此缺陷處理應根據具體情況進行分析。如是由于使用過程中產生的變形，該容器一般都判廢。反之，則可繼續(xù)或限定條件使用。（4）機械損傷、工卡具焊跡、電弧擦傷的處理。對此缺陷一般用砂輪打磨消除后的最小乘余壁厚滿足強度要求，可不補焊，但對打磨部位進行圓滑過渡，側面斜度應不大11：4.反之，應補焊恢復。對不銹耐酸鋼容器的表面如有影響耐腐蝕性能的缺陷,必須進行修磨或補焊。（5）弧坑、焊縫氣孔、焊縫夾渣、焊痛、內凹和焊縫成型不符合有關規(guī)定的

30、處理。而此缺陷一般均用砂輪機打磨消除。如焊縫余高低于母材Imu可進行補焊恢復。（6）咬邊的處理。對低溫容器、交變載荷或頻繁間歇操作的焊縫咬邊，都應打磨消除。其它容器股可.按卜列原則處理：內表面焊縫咬邊深度不超過0.5mm,連續(xù)長度不超過lOOran,且焊縫兩側咬邊總長不超過該焊縫長度的10%者，可不作處理。超過者，一般應打磨消除或打磨后補焊。外表面焊縫咬邊深度不超過1.0mm,連續(xù)長度不超過100mm.且焊縫兩側咬邊總長不超過該焊縫長度的15%者，可不作處理，超過者，一般應打磨消除或打磨后補焊。（7）錯邊、棱角的處理。屬于一般性超標，可作打磨處理或不作處理。對于超標嚴重的應通守應力分析，作出能否繼續(xù)使用的結論。2 .焊縫內部缺陷的處理意見一是使用當中產生的缺陷。二是根據檢視中的第36條規(guī)定執(zhí)行，如安全等級達不到要求，則按CVDA-84壓力容器缺陷評定進行安全評定，或視具體情況作出返修判廢。進行