化工容器卧式内压罐体课程设计设计压力3.0MPa.docx

姓名：王新升学号：专业：过程装备与控制工程2011级过程装备与控制工程化工容器课程设计目录设计内容说明3一、筒体几何参数的确定41.1容器内径的确定41.2封头的确定41.2.1封头重量的计算41.3筒体直段的确定5二、补强计算62.1接管H在容器壳上开孔的补强计算62.2人孔接管ML在容器壳上开孔的补强计算8三、水压试验校核11四、鞍座的选取及校核114.1鞍座的选取114.2鞍座的校核124.2.1弯矩计算134.2.2跨中截面处的轴向应力134.2.3筒体和封头的切向应力144.2.4筒体的轴向应力154.2.5鞍座腹板应力15设计内容说明压力容器类别：第二类全容积：3.0立方米设计压力：1.0MPa介质：C3 C4 介质特性：易燃易爆主体材料标准与供货状态：GB-6654-1996 Q-345设计温度：50操作温度：40推荐焊条: A.S&A.S J507 A.S&l C.S J427 C.S&C.S J427监察规程：压力容器安全技术监察规程制造技术条件：GB150-2011压力容器设计规范：GB150-2011压力容器焊接规程：JB/T4709-2007压力容器焊接规程 无损检测标准：JB4730-2005承压设备无损检测2011级过程装备与控制工程王新升 一、 筒体几何参数的确定容器筒内径：Di=1100mm1.1容器内径的确定根据容积V=3m3选取容器筒体内径Di=1100mm椭圆封头参数：DN=1100mmH=300mmA=1.398m2V=0.198m3h1=275mmh2=25mmtn=7mmm=80.61Kg1.2封头的确定根据JB/T47462002钢制压力容器用封头规定，选取公称直径为1100mm的标准椭圆封头，其具体参数如下：DN=1100mm 总深度H=300mm内表面积A=1.398m2 容积V=0.198m3椭球部分深度 h1=275mm直段长度 h2=25mm封头的厚度计算：设计压力为P=1Mp,水压实验压力为PTt=PD2-0.5Pt=1×11002×170×0.9-1×0.5=3.6mmtn=t+C1+C2+圆整值=7mm1.2.1封头重量的计算直段长度为25mm,中径长度D=1100+7=1107mm直段所用钢材体积为V1V1=DLV1=3.14×1107×7×25V1=mm3=0.m3椭圆部分所用钢材体积为V2V2=1.38=1.38×0.007V2=0.00966m3一个完整椭圆封头的体积为VV=V1+V2V=0.+0.00966=0.01027m3一个完整椭圆封头的质量为m=V,钢材密度=7850Kg/m3m=80.61Kg两个封头总重为：m1=2×80.61=161.22Kg筒体直段：L=2740mmte=3.6mmtn=7mmm=523.36Kg1.3筒体直段的确定两个椭球封头的总容积为：2×0.198=0.396m3 则筒体直段长:L=3-0.396×5502×10-6=2740mm 筒体直段的计算厚度为tete=PDi2-Pte=1×11002×170×0.9-1=3.6mmtn=te+C1+C2+圆整值=7mm筒体直段体积为V,其中径为：D=Di+teD=1100+7=1107V=DL=3.14×1107×7×2740V=.4mm3=0.06667m3筒体直段质量为m=V，钢材密度=7850Kg/m3m=523.36Kg二、补强计算2.1接管H在容器壳上开孔的补强计算 接管H材料：20钢 许用应力为=119MPa 壳体材料：Q345 许用应力为=170MPa 开孔处材料的强度削弱系数fr为： fr=20Q235=0.7 接管尺寸：57×6 开孔直径 d=57-2×6=45 接管名义厚度tn=6 接管的计算厚度为：t=PDi2-P=1×57-122×119×0.9-1t=0.21mm 壳体名义厚度Tn=7 壳体计算厚度T=3.6mm 开孔处的削弱的截面积：A0=dT+2Ttn-C(1-fr)A0=(57-2×6)×3.6+2×3.66-3(1-0.7)A0=168.75mm2 补强圈宽度：B=max2d,d+2tn+2TnB=max90,45+2×7+2×6B=90mm补强区外侧高度：h1=dtn=45×6=16.43mm补强区内侧高度：h2=dtn=45×6=16.43mmA1=16.2mm2A2=96.84mm2A3=152.45mm2A0=1682.64mm2补强区有效补强金属面积:1) 承受内压时，容器壳体设计计算厚度之外多余的金属面积：A1=B-dTn-T-C-2tn-C(1-fr)A1=90-457-3.6-3-26-3(1-0.7)A1=16.2mm22) 承受内压时，计算厚度以外多余的金属截面积：A2=2h1tn-C-tfr+2h2tn-C-C2frA2=2×16.436-3-0.210.7+2×16.436-3-20.7A2=96.84mm23)有效补强区范围内焊接的有效截面积为A3如图所示焊缝横截面积为：A3=2×梯形+三角形+矩形A3=2×2+8.342+2×7÷2+6×(8.342+2)×12+2A3=152.45mm2A1+A2+A3=16.2+96.84+152.45=265.5mm2因为开孔处的削弱的截面积：A0=168.75mm2即：A1+A2+A3>A0所以不需要补强2.2人孔接管ML在容器壳上开孔的补强计算接管ML材料：20钢 许用应力为=119MPa壳体材料： Q345 许用应力为=170MPa开孔处材料的强度削弱系数fr为：fr=20Q235=0.7接管尺寸：480×12开孔直径d=480-2×12+2×3=462接管名义厚度tn=12接管的计算厚度为：t=PDi2-P=1×480-242×119×0.9-1 t=2.14mm人孔处补强计算：A0=1682.64mm2A1=179.4mm2A2=1445.13mm2A3=152.45mm2壳体名义厚度Tn=7 壳体计算厚度T=3.6mm开孔处的削弱的截面积：A0=dT+2Ttn-C(1-fr)A0=(480-2×12+2×3)×3.6+2×3.612-3(1-0.7)A0=1682.64mm2补强圈宽度：B=max2d,d+2tn+2TnB=max924,462+2×7+2×12B=924mm补强区外侧高度：h1=dtn=462×12=74.46mm补强区内侧高度：h2=dtn=462×12=74.46mm补强区有效补强金属面积:(1)承受内压时，容器壳体设计计算厚度之外多余的金属面积：A1=B-dTn-T-C-2tn-C(1-fr)A1=462×7-3.6-3-212-3(1-0.7)A1=179.4mm2(2)承受内压时，计算厚度以外多余的金属截面积：A2=2h1tn-C-tfr+2h2tn-C-C2frA2=2×74.4612-3-2.140.7+2×74.4612-3-20.7A2=1445.13mm2(3)有效补强区范围内焊接的有效截面积为A3如图所示焊缝横截面积为：A3=2×梯形+三角形+矩形A3=2×2+8.342+2×7÷2+6×(8.342+2)×12+2A3=152.45mm2A1+A2+A3=179.4+1445.13+152.45=1776.98mm2因为开孔处的削弱的截面积：A0=1682.64mm2即：A1+A2+A3>A0所以不需要补强。三、水压试验校核 水压试验压力：PT=1MPa最大应力：=191.19MPa0.9s=310.5MPa水压试验测试压力为PTPT=1.25PtPT=1.25MPa=PTD2t=1.25×(3.6+1100)2×3.6=191.19MPaQ345屈服极限为s=345MPa0.9s=0.9×345=310.5MPa及<0.9s所以校验合格。四、鞍座的选取及校核4.1鞍座的选取在进行水压试验时鞍座承受最大压力，包括水的重量、筒体的重量和管道、法兰以及人孔等的重量。其中水的密度为=1000Kg/m3,注水后，水的总重为m0=vm0=1000×3=3000Kg鞍座承受的总重为m=3474.88Kg(各部分的重量见装配图)鞍座的支座反力为：F=mg2=17044.28N根据JB/T47122007选取公称直径为1100的轻型鞍座F、S型各一个，材料为Q235-AF，其具体参数如下：允许载荷：Q=145KN 鞍座中心至封头的距离A=275mm鞍座宽度：b=170mm 腹板厚度：b0=6mm鞍座包角：=120° 安装高度200mm4.2鞍座的校核设计压力 1.0Mp设计温度 T50水的密度 =1000Kg/m3筒体：内径Di=1100mm，Ri=550mm，长度L=2740mm，公称厚度tn=7mm，壁厚附加量Cb=3mm，计算厚度te=3.6mm。封头：深度H=300mm，直边高度h=25mm，公称高度thn=7mm，壁厚附加量Cb=3mm，the=3.6mm容器与封头的材料为Q345，=170MPa鞍座材料为Q235-AF,sa=111MPa4.2.1弯矩计算筒体在支座跨中截面的弯矩计算公式为：M1=F(C1L-A)筒体在支座截面处的弯矩计算公式为：M2=FAC2(1-AL+C3RiA-C2)式中系数C1、C2和C3按L/Ri=2740/1500=4.98和H/Ri=0.55计算由教科书中图13-16 图13-18查得C1=0.23，C2=1.1，C3=0.07，故跨中截面弯矩为：M1=F(C1L-A)M1=17044.28×0.23×2740-275M1=6.05×106Nmm M2=FAC2(1-AL+C3RiA-C2)M2=17044.28×2751.1×(1-+0.07×-1.1)M2=-25.72×105Nmm4.2.2跨中截面处的轴向应力因M1>M2，A=12Ri,故仅需校核跨中截面的轴向力，且因正压操作，危险工况一是在非操作状态下，及容器充满物料而无压力时，在筒体最高点有最大压应力：1=-M1Ri2te=-6.05×106×5502×3.61=-1.77MPa二是水压试验下，筒体最低处有最大拉应力：2=PRi2te+M1Ri2te=-1×5502×3.6+1.412=77.8MPa因轴向许用临界压力由A=0.094Ri/te=0./3.6=0.00062查外压圆筒和球壳壁厚计算图可得B=105MPa，即cr=105MPa，故：1<t，1<cr2<t 验算合格。4.2.3筒体和封头的切向应力因A=Ri/2，=120°，K3=0.88，K4=0.401，故由公式：max=K3FRite和hmax=K4FRithe可得：max=0.88×17044.28550×3.6=7.57MPahmax=0.401×17044.28550×3.6=3.45MPa封头内压引起的应力计算公式为：h=-KPDi2the，所以：h=-KPDi2the=1×11002×3.6=159.42MPa因此：max<0.8t=0.8×170=136MPacr=105MPahmax<1.25t-h=1.25×170-159.42=53.08MPa4.2.4筒体的轴向应力鞍座截面筒体最低处的轴向应力计算公式为：5=-K5Fte(b+1.56Rite)因A=Ri/2，=120°，K5=0.76，所以：5=-0.76×17044.283.6(170+1.56550×3.6)=-15.03MPa鞍座边角处筒体的轴向应力计算公式：6=-F4te(b+1.56Rite)-3K6F2te26=12.77MPa因此 5<1.25t6<1.25t=1.25×170=212.5MPa验算合格。4.2.5鞍座腹板应力鞍座腹板厚度b0=6mm，垫板离地高度为200mm，此值大于Ri/3，因此实际高度Ri3=5003=166.67mm，故：=K'FHSb0=0.204×17044.28166.67×6=3.16MPa因此<23sat=23×111=74MPa因此验算合格。计算数据