化工容器卧式内压罐体课程设计设计压力3.5MPa.docx

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1、姓名：刘鑫学号：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：3.5立方米设计压力：

2、1.5MPa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=3.5m3选取容器筒体内径Di=1100mm椭圆封头参数：DN=1

3、100mmH=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=1.5Mp,水压实验压力为PTt=PD2-0.5Pt=1.5110021700.9-1.50.5=4.9mmtn=t+C1+C2+圆整值=8mm1.2.1封头重量的计算直段长度为2

4、5mm,中径长度D=1100+8=1108mm直段所用钢材体积为V1V1=DLV1=3.141108825V1=mm3=0.m3椭圆部分所用钢材体积为V2V2=1.38=1.380.008V2=0.01104一个完整椭圆封头的体积为VV=V1+V2V=0.+0.01104=0.0117m3一个完整椭圆封头的质量为m=V,钢材密度=7850Kg/m3m=92.12Kg两个封头总重为：m1=292.12=184.24Kg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：20.198=0.396m3 则筒体直段长:L=3.5-0.3

5、96550210-6=3268mm 圆整为3270mm筒体直段的计算厚度为tete=PDi2-Pte=1.5110021700.9-1.5=4.9mmtn=te+C1+C2+圆整值=8mm筒体直段体积为V,其中径为：D=Di+teD=1100+8=1108V=DL=3.14110882740V=mm3=0.091m3筒体直段质量为m=V，钢材密度=7850Kg/m3m=714.35Kg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

6、：576 开孔直径 d=57-26=45 接管名义厚度tn=6 接管的计算厚度为：t=PDi2-P=1.557-1221190.9-1.5t=0.21mm 壳体名义厚度Tn=8 壳体计算厚度T=4.9mm 开孔处的削弱的截面积：A0=dT+2Ttn-C(1-fr)A0=(57-26)4.9+24.96-3(1-0.7)A0=229.32mm2 补强圈宽度：B=max2d,d+2tn+2TnB=max90,45+28+26B=90mm补强区外侧高度：h1=dtn=456=16.43mm补强区内侧高度：h2=dtn=456=16.43mmA1=16.2mm2A2=96.84mm2A3=152.45

7、mm2A0=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=90-457-4.9-3-26-3(1-0.7)A1=2.7mm22) 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=216.436-3-0.320.7+216.436-3-20.7A2=61.23mm23)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=22+8.342+282+6(8.342+2)12+2A3=152.45m

8、m2A1+A2+A3=2.7+61.23+152.45=216.38mm2因为开孔处的削弱的截面积：A0=229.32mm2即：A1+A2+A3A0所以需要补强 根据等面积补强原则，有效补强范围内最小补强圈横截面积为：A4=A0-（A1+A2+A3） A4=12.94mm2根据JB/T4736-2002表中选取厚度与壳体厚度相当，公称直径为50mm的补强圈。其具体参数如下：dN=50mm di=45mm d0=90mm h=8mm m=0.3Kg2.2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

9、削弱系数fr为：fr=20Q235=0.7接管尺寸：48012开孔直径d=480-212+23=462接管名义厚度tn=12接管的计算厚度为：t=PDi2-P=1.5480-2421190.9-1.5 t=3.22mm人孔处补强计算：A0=1682.64mm2A1=179.4mm2A2=1445.13mm2A3=152.45mm2壳体名义厚度Tn=8 壳体计算厚度T=4.9mm开孔处的削弱的截面积：A0=dT+2Ttn-C(1-fr)A0=(480-212+23)4.9+24.912-3(1-0.7)A0=2290.26mm2补强圈宽度：B=max2d,d+2tn+2TnB=max924+27

10、+212B=924mm补强区外侧高度：h1=dtn=46212=74.46mm补强区内侧高度：h2=dtn=46212=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=4628-4.9-3-212-3(1-0.7)A1=40.8mm2(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=274.4612-3-3.220.7+274.4612-3-20.7A2=1332.24mm2(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

11、积为：A3=2梯形+三角形+矩形A3=22+8.342+282+6(8.342+2)12+2A3=152.45mm2A1+A2+A3=40.8+1332.24+152.45=1525.49mm2因为开孔处的削弱的截面积：A0=2290.26mm2即：A1+A2+A3A0所以需要补强。根据等面积补强原则，有效补强范围内最小补强圈横截面积为：A4=A0-（A1+A2+A3） A4=764.77mm2根据JB/T4736-2002表中选取厚度与壳体厚度相当，公称直径为450mm的补强圈。其具体参数如下：dN=450mm di=480mm d0=760mm h=8mm m=16.9Kg三、水压试验校核

12、 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=1.88MPa=PTD2t=1.88(4.9+1100)24.9=212MPaQ345屈服极限为s=345MPa0.9s=0.9345=310.5MPa及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=-610655024.91=-1.29MPa二是水压试验下，筒体最低处有最大拉应力：2=PRi2te+M1Ri2te=155024.9+1.412=5

13、7.5MPa因轴向许用临界压力由A=0.094Ri/te=0./4.9=0.00084查外压圆筒和球壳壁厚计算图可得B=105MPa，即cr=105MPa，故：1t，1cr2t 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=0.8817044.285504.9=5.56MPahmax=0.40117044.285504.9=2.53MPa封头内压引起的应力计算公式为：h=-KPDi2the，所以：h=-KPDi2the=1110024.9=112.24MPa因此：ma

14、x0.8t=0.8170=136MPacr=105MPahmax1.25t-h=1.25170-112.24=100.26MPa4.2.4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=-0.7617044.284.9(170+1.565504.9)=-10.53MPa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 51.25t61.25t=1.25170=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：=KFHSb0=0.20417044.28166.676=3.16MPa因此23sat=23111=74MPa因此验算合格。计算数据