湖北理工学院 课程设计课 程 设 计题 目： 卧式饱和水蒸汽 储罐设计 教 学 院： 环境科学与工程学院专 业：安全工程2011（1）班学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013年12月06日目 录第一章工作参数 3 1.1设计题目 3 1.2基本设计条件 3 1.3设计要求 3第二章 确定设计参数 32.1设计压力 32.2设计温度 3 2.3焊缝系数 3 2.4材料的选择 42.5腐蚀裕量 4第三章 容器的结构设计 43.1圆筒厚度的设计 43.2封头设计 43.3接管和法兰设计 53.4安全阀选型 53.5人孔设计 73.5.1人孔法兰选型 73.5.2人孔接管设计 7 3.6鞍座设计 73.6.1鞍座选型 73.6.2鞍座的安装位置 9第四章 补强设计 94.1补强判别 94.2补强计算 104.2.1接管计算壁厚 104.2.2有效补强范围 104.3补强设计 11第五章 强度校核 135.1水压试验应力校核 13参考文献 14 《锅炉与压力容器》课程设计任务书一、设计目的和任务 1.目的本设计是《锅炉与压力容器》课程教学的环节之一。
要求综合运用所学的有关专业基础、专业、工程知识，在设计中学习、巩固和提高工程设计理论与解决实际问题的能力2.任务进行压力容器设计即根据所给资料，设计出符合要求的压力容器，并编写设计说明书，绘制图形二、设计内容与要求1.设计计算说明书说明设计条件和设计要求；确定设计压力、设计温度、焊接接头系数，选择材料，确定钢材腐蚀裕量；对筒体和封头进行设计；确定接管的材料，在筒体上的布置方式及与外接管的连接方式；人孔设计；进行支座选型设计；开孔补强设计；水压试验强度校核；安全泄压装置和压力表的选型设计；绘制设计图2.设计图纸 按国标绘制设计总图，在设计总图上不能清楚表示的零部件需绘制零件图图纸不少于3张，A3图纸至少1张）三、设计资料题目：卧式饱和水蒸汽储罐设计1．结构形式：卧式2．基本设计条件1）设计条件：工作压力：3.2MPa；介质：水蒸汽2）筒体的公称容积：DN=1200mm，长度L=4500mm3）接管：进料管：Ф273×6（1个） 出料管：Ф108×5（2个） 排污管：Ф38×3（1个） 安全阀接管：Ф157×5（1个） 压力表接管：G1/2″ 人孔：Ф5004）支撑方式：鞍座（2个）。
四．时间安排序号内 容学 时 安 排1讲解课程设计要求；收集课程设计所需资料0.2周2确定设计参数，总体结构设计0.3周3局部结构设计，强度校核，绘制相关图形；0.5周4完善上述内容, 编写设计说明书，提交成果0.5周5总计1.5周第一章 工作参数1.1设计题目：卧式饱和蒸汽储罐1.2基本设计条件1、工作压力：3.2MPa2、介质名称：饱和水蒸气3、筒体公称容积：DN=1200mm, L=4500mm4、接管：进料管：Ф273×6（1个） 出料管：Ф108×5（2个） 排污管：Ф38×3（1个） 安全阀接管：Ф157×5（1个） 压力表接管：G1/2″ 人孔：Ф5005、支撑方式：鞍座（2个）1.3设计要求设计压力、设计温度、焊接接头系数、腐蚀裕量、选择封头、接管 方式及位置、支座位置、接管补强、接管法兰、鞍座放置位置、设计总图等第二章 确定设计参数2.1设计压力P设计压力取工作压力的1.1倍，即2.2设计温度T由饱和水蒸汽热力性质表可以查的，在工作压力为3.2时，水蒸汽的温度在233.89℃和252.59℃之间因设计温度应不小于最高工作温度，故可粗取设计温度为300℃。
2.3焊缝系数粗定Ф=0.9 （单面对接焊缝，100%探伤）2.4材料的选择已知容器介质为无毒无腐蚀性的水蒸汽，设计压力为3.52，根据GB150-1998[1]表4-1，本储罐可选用筒体材料为16MnR钢（钢材标准为GB6654-1996），板厚不大于30mm2.5腐蚀裕量 已知介质水为蒸汽，可取腐蚀裕量=1第三章 容器结构设计3.1圆筒厚度的设计假设圆筒的厚度在16~36mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，下的许用应力为由中径公式可得圆筒计算厚度： 查标准HG20580-1998表7-1知，钢板厚度负偏差为0.8mm，且由2.5节得知了腐蚀裕量则筒体的设计厚度 名义厚度， 圆整后取为 有效厚度3.2封头设计 查标准JB/T4746-2002[4]中表1，得公称直径本储罐可选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，K=1，公称直径由公式可得封头计算厚度 设计厚度：名义厚度： 圆整后取20mm有效厚度：3.3接管和法兰设计 该饱和水蒸汽储罐设置有进料管、出料管、排污管、安全阀、压力表、人孔。
由于储罐的设计压力为3.52，设计温度为300℃，根据GB/T 9115.2—2000[5] 可选用公称压力PN为4.0的凹凸面对焊钢制管法兰，且各法兰参数可由表四查得根据工作参数要求，可以确定尺寸： 进料管采用Ф273×6无缝钢管，设计伸出长度300mm，法兰标记DN300-PN2.5RF 出料管采用Ф108×5无缝钢管，设计内伸长度10mm，法兰标记DN100-PN2.5RF 排污管采用Ф38×3无缝钢管，设计内伸长度10mm，法兰标记 DN30-PN2.5RF 安全阀接管采用Ф157×5无缝钢管，设计伸出长度200mm，法兰标记DN150-PN2.5RF 压力表接管采用G1/2〃压力表，外径为21mm，接管为圆柱管管螺纹接管，接管与筒体 内部平齐，法兰标记 DN15-PN2.5RF3.4安全阀选型 （1）.确定气体的状态条件： 设Po—安全阀出口侧压力（绝压）0.103MPa 根据附录B4.2.1，得Pd—安全阀泄放压力为:Pd=1.1Ps+0.1 =1.1×1.1Pc＋0.1=3.972MPa 求出： Po/Pd=0.103/3.972=0.0259 而{2/(k+1)}k/(k-1) ={2/(1.3+1)}1.3/(1.3-1)=0.546 其中k为水蒸汽的绝热指数，k=1.3由Po/Pd＜（2/(k+1)）k/(k-1) （属于临界状态） 安全阀排放面积： 式中: C：气体特性系数,C=520√k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）得出：C=347K：安全阀额定泄放系数,可取K=0.675M：气体摩尔质量，水蒸汽摩尔质量M=18.2Kg/kmolZ：气体压缩系数，水蒸汽Z=0.9216T：气体绝对温度，T=273+=273+260=533k （2）容器安全泄放量的计算:式中：：为排放压力下的气体密度 ㎏/m3.查得ρ=5.388Kg/m3. v ：容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;根据HG/T20570.6-95中表,2.0.1，可取v=30m/sd ：进气管内径， d=157mm将上述、v、d代入式（B1）得=2.83×10-3×5.388×30×15 =11275.47㎏/h （3）安全阀排放面积的计算:将上述、C、K、Pd、M、Z、T代入上式（B5）可计算出：根据设备工况选用全启式安全阀且流通直径：根据安全阀公称直径与喉径对照表。
表1 安全阀公称直径与喉径对照表微启式安全阀喉径mm1216202532406580全启式安全阀喉径mm2025325065100125安全阀公称直径mm15202532405080100150200所以选用公称直径DN80的全启式安全阀.3.5人孔设计3.5.1人孔法兰选型由给定条件得到人孔的公称直径DN=500mm，根据HG/T 21517-2005[7]， 查表3-3，选用水平吊盖平焊法兰，法兰标记DN15-PN4.0 人孔RF3.5.2人孔接管设计接管计算壁厚： 设计壁厚： 名义壁厚：，圆整后取10mm 有效厚度：接管与筒体内部平齐3.6鞍座设计3.6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用16MnR钢首先估算鞍座的负荷：储罐总质量 1、—筒体质量：由DN=1200mm 的封头和筒体按照公式 其中：16MnR钢的密度 可以求得筒体质量2、封头的质量：根据可得单个该型号标准封头的质量为285kg所以3、水压试验水的质量：封头容积 （查表）筒体容积所以总体积已知水的密度则4、附件质量：附件总质量可粗取综上所述，即鞍座承受的总负荷为78.9kN，则每个鞍座承受的负荷为39.45kN。
查JB4712.1-2007[9]表1，优先选择轻型支座，带垫板，120C包角，焊制，四块筋板查[9]中表2，得出鞍座尺寸如表2表2 所选轻型鞍座尺寸表允许载荷kN1451筋板200鞍座高度h200140底板880200170610垫板320腹板66螺栓间距D720e55鞍座质量kg51弧长1410增加100mm高度增加的质量kg73.6.2鞍座的安装位置图 1双鞍座卧式容器的载荷除了操作压力外，还有筒体等的质量载荷和支座反力，根据筒体的剪力图和弯矩图分析，可以知道当鞍座设置在在距离筒体两边1/4处时，筒体受到的弯矩值最小，此时：第四章 补强设计4.1补强判别由于设计压力>2.5 ，故各接管均需要补强接管均采用与筒体相同的16Mn-R钢，附加厚度取进料管：开孔直径所以需要补强，且可以用等面积补强法进行补强同样方法可得进料管、出料管、排污管、安全阀接管、压力表接管、人孔接管的开孔直径分别为277mm、112mm、42mm、161mm、25mm、504mm，且都可以采用等面积补强法进行补强4.2补强计算4.2.1接管计算壁厚进料管：出料管：排污管：安全阀接管;压力表接管：人孔接管：由3.5节已得出。
其中压力表和人孔接管名义厚度均取10mm4.2.2有效补强范围有效宽度：进料管：出料管：排污管：安全阀接管：压力表接管：人孔接管：外侧有效高度： 内侧有效高度：4.3补强设计由于接管材料和筒体相同，故取强度消弱系数进料管：开孔消弱金属截面积：筒体富裕金属截面积：接管富裕金属截面积;焊缝金属截面积：焊脚高度取10mm，此为单面焊，故 则富裕金属总面积由 ，故需要补强，且补强面积根据补强圈标准，取补强圈外径同样方法，可计算出料管、排污管、 安全阀、压力表、人孔接管开孔的补强参数出料管：此为双面焊，故 富裕金属总面积由 ，故需要补强，且补强面积 补强圈外径取排污管： 此为双面焊，故 富裕金属总面积 由 ， 故需要补强，且补强面积 补强圈外径取安全阀接管;采用单面焊，故 富裕金属总面积由 ，故需要补强，且补强面积补强圈外径取压力表接管：采用双面焊，故 富裕金属总面积由 ，故需要补强，且补强面积 补强圈外径取人孔接管;采用单面焊，故 富裕金属总面积由 ，故需要补强，且补强面积补强圈外径取第五章 强度校核水压试验压力圆筒的薄膜应力为已知16Mn-R钢在设计温度下的屈服强度极限。
得 即，所以水压试验合格参考文献[1] GB150-1998 《钢制压力容器》[2] GB6654-1996 《压力容器用板》[3] HG20580-1998 《钢制化工容器设计基础规定》[4] JB/T4746-2002 《钢制压力容器封头》[5] GB/T 9115.2—2000[5] 《凹凸面对焊钢制法兰》[7] HG/T20570.6-95[8] HG/T 21517-2005《回转该带瓶颈平焊法兰人孔》[9] JB1154-73《椭圆形封头标准》[10] JB4712.1-2007《鞍式支座》第一部分13。