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文檔簡介
1、河南城建學院壓力容器與管道安全課程設計 班 級 專 業 安全工程 課程名稱 壓力容器與管道安全 指導教師 楊豪 學 號 姓 名 目錄1設計題目21.1封頭的選擇21.2支座的選取22 工藝計算221筒體壁厚的計算22.2封頭壁厚的計算32.3鞍座的計算32.4筒體軸向應力校核42.5筒體軸向應力計算52.6筒體和封頭切向應力校核62.7筒體環向應力校核72.8鞍座有效斷面平均壓力82.9開孔補強的計算93 設備結構總圖111設計題目 某廠需添置一臺液氨貯罐,已知:設計壓力p=2MPa,設計溫度T=44,容器內徑D=1240mm,容積V=3.2立方米,設備充裝系數0.9,采用鞍式支座。試設計該設
2、備。純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般碳素鋼,壓力容器專用鋼板為20R,另外還有一些合金鋼,如16MnR、15MnVR等也適合做為壓力容器的鋼板。1.1封頭的選擇幾何方面,就單位容積的表面積來說,以半球形封頭為最小。橢圓形和蝶形封頭的容積和表面積基本相同,可以近似認為相等。力學方面,在直徑、厚度和計算壓力相同的條件下,半球形封頭的應力最小,二向薄膜應力相等,而沿經線的分布式均勻的。如果與壁厚相同的圓筒體連接,邊緣附近的最大應力與薄膜應力并無明顯不同。橢圓形封頭的應力情況就不如半球形封頭均勻。由應力分析可知,橢圓形封頭沿經線各點的應力是變化的,頂點處應力最大,在赤道上可能出現環向內壓應力,對于標準橢
3、圓形封頭與壁厚相等的圓筒體相連接時,其可以達到與筒體等強度2。1.2支座的選取本題目為鞍式支座。2 工藝計算21筒體壁厚的計算筒體的理論計算壁厚公式為2: (3.1)式中 筒體的理論計算壁厚,mm; pc筒體計算壓力,MPa; Di筒體內徑,mm; t鋼板在設計溫度下的許用應力,MPa;焊接接頭系數,其值為1。取計算壓力pc=p=2MPa,筒體內徑Di=DN=1240mm,查表2.1知16MnR在設計溫度為44時的許用應力為t=163MPa,將這些數值代入公式(3.1)計算出筒體的計算厚度為: 7.6mm由于液氨對金屬有一定的腐蝕,取腐蝕裕量C2=2mm,故筒體的設計厚度為:由鋼板厚度負偏差表
4、查得C1=0.8mm,故名義壁厚為:圓整后取n=10mm。2.2封頭壁厚的計算2.2.1采用的是標準橢圓形封頭,各參數與筒體相同,其厚度計算式為2: 7.6mm7.6mm7.6設計厚度為:名義厚度為:圓整后取n=10mm。查得標準橢圓形封頭的直邊高度(JB/T4737-95)為h0=25mm。2.3鞍座的計算首先粗略計算鞍座負荷。貯罐總質量為儲罐總質量M= M1+ M2+ M3式中M1罐體質量,kgM2封頭質量,kgM3液氨質量,kg2.3.1 罐體質量m1DN=1240 mm,=8 mm的筒節,查得每米質量為370kg/m,由查得筒體每米長的容積=1.12/m,查得封頭每米長的容積=0.33
5、/m.然后由V=2V封+V筒=2V2+V1L=2×0.33+1.12L=2.8解得L=1.9m,取公稱直徑DN=1240mm,壁厚=8mm的筒體,查表得每米質量是q1=190kg/m,所以M4=2×190+2×370=1083 kg由于整個罐的容積為2.8,故其水壓試驗時罐內的水重為M2=2.8×1000=2800其它附件質量M3人孔質量約為85 kg,其他接管質量和按200 kg計。于是,設備總質量為M= M1+ M2+ M3 =2800+1083+(85+200)=4168 kg由以上計算內容的鞍座反力G=Mg=41680N2.4筒體軸向應力校核2.
6、4.1筒體軸向彎矩計算筒體中間處截面的彎矩為 (5.1)式中F鞍座反力(N);Rm橢圓封頭長半軸外半徑(mm);L兩封頭切線之間的距離(mm);A鞍座的位置(mm);hi筒體內半徑(mm);其中所以 支座處截面上的彎矩為 (5.2)于是2.5筒體軸向應力計算2.5.1由彎矩引起的軸向應力圓筒中間截面上最高點處: (5.3)于是最低點處:鞍座截面處最高點處:最低點處:=2.5.2由設計壓力引起的軸向應力 (5.4)于是2.5.3軸向應力組合與校核最大軸向拉應力出現在筒體中間截面最低點處, 于是 (5.5)許用軸向拉壓應力t=163MPa,合格。最大軸向壓應力出現在充滿水時,在筒體中間截面的最高點
7、處軸向許用應力 (5.6)根據A值查外壓容器設計的材料溫度線圖6(化工設備機械基礎,趙軍編,P152)圖11-9,查得B=130MPa,取許用壓縮應力,合格。2.6筒體和封頭切向應力校核2.6.1筒體切向應力計算 (5.7)由化工機械工程手冊(上卷)P11-100表11.4-12查得K3=0.880,K4=0.401。于是2.6.2封頭切向應力計算 (5.8)于是合格.2.7筒體環向應力校核2.7.1環向應力計算設墊片不起作用。(1)在鞍座處橫截面最低點處 (5.9)式中b2筒體有效寬度。由化工機械基礎手冊(上卷)P11-101表11.4-13查得K5=0.7603,K6=0.0132。式中k
8、=0.1考慮容器焊在鞍座上 (5.10)式中b支座軸向寬度。于是故(2)鞍座邊角處軸向應力因為,所以 (5.11)(3)環向應力校核合格。合格。2.8鞍座有效斷面平均壓力支座承受的水平分力 (5.12)由化工機械工程手冊(上卷)P11-103表11.4-15查得K9=0.204。于是鞍座有效斷面平均應力 (5.13)式中Hs鞍座計算高度;b0鞍座腹板厚度。其中Hs取鞍座實際高度(Hs=250mm)和中的最小值,即Hs=250mm。腹板厚度于是應力校核:合格。式中,鞍座材料16MnR的許用應力。2.9開孔補強的計算由于人孔的筒節不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標準。由表3.1知本設計所選用
9、的人孔筒節內徑di450mm,壁厚nt10mm。據此差得補強圈尺寸(JB/T 4736-2002)為:外徑D2=760mm,內徑D1=450+2×10+14=484mm。開孔補強的有關計算參數如下3: 2.9.1 開孔所需補強面積A內壓容器的圓筒開孔后所需的補強面積為 mm2 (3.4)式中 d開孔直徑,圓形孔取接管內直徑加兩倍壁厚附加量,mm;殼體開孔處的計算厚度,mm;et接管有效厚度,mm;fr強度削弱系數,等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比值。對于圓筒,殼體開口出的計算厚度為:7.6mm開孔直徑由于接管材料與殼體材料都為16MnR,故fr=1,將這些數據代入式(3.4)得:開孔所需補強面積2.9.2有效寬度B二者中取較大值B=911.2mm。2.9.3 有效高度(1) 外側高度h1二者中取較小值h1=73.94mm(2) 內側高度h2二者中取較小值h2=0mm。2.9.4 補強面積Ae在有效補強范圍內,可作為補強的截面積按下式計算 (3.5)式中 Ae補強面積,mm2;A1殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積按式(3.6),mm2;A2接管有效厚度減去計算厚度
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