卧式压力容器课程设计

1、安徽理工大学课程设计（论文）任务书过控 教研室机械院（部）学号2010305705学生姓名李智慧专业（班级）化工设备10-1题目卧式容器设计设计技术参数容器内径Di=1800mm容器长度（不包括封头）L=5000mm设计压力P=0.25MPa设计温度t=100 C物料腐蚀轻微，密度为1500kg/m3设计要求选择材料，确定筒体厚度、封头形式及厚度、支座计算及选择工作量整理说明书一份，大概20页左右注：可填写说明书（论文）的字数要求或要完成的图纸数量。工作计划6.11布置设计任务，查阅参考资料第18周初步设计卧式容器总体结构第19周 支座的强度计算与选择、整理说明书上交4 TV, 参考 资料郑津

2、洋董其伍过程设备设计化工设计手册机械工程手册指导教师签字唐琼教研室主任签字2012年6月目录一计划任务书 1二目录 2三概述 43.1 容器的分类 43.2 压力容器的结构特点 53.3 压力容器筒体的结构型式 5四总体结构设计 94.1 设计技术参数 94.2 容器材料的选择 94.3 筒体壁厚设计 104.4 封头厚度设计 104.5 鞍座结构设计 114.5.1 容器总质量与支座反力计算 114.5.2 鞍座的选型 124.5.3 确定 鞍座安装位置 13五应力校核 135.1 筒体的轴向应力验算 135.1.1 轴向弯矩 135.1.2 轴向应力 145.1.3 轴向应力校核 155.

3、2 鞍座处的切向剪应力 155.3 验算筒体在支座横截面上的周向应力 165.4 鞍座尺寸校核 17六设计结果汇总表 18七参考文献 20三. 概述压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、 科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力 容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等 六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完全不 同生产工艺作用的内件。3.1容器的分类1. 按压力容器的设计压力(p)划分为低压、中压、高压和超高压 四个压力等级：(1) 低压(代号 L) O.IMPa p1 .6MPa(2) 中压(代号 M) 1.6MPaW pvlO

4、.OMPa(3) 高压(代号 H) 10.0MPa lOO.OMPa2. 按工艺过程中的作用不同分为：(1) 反应容器：用于完成介质的物理、化学反应的容器。(2) 换热容器：用于完成介质的热量交换的容器。(3) 分离容器：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。(4) 贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压 力起平衡缓冲作用的容器。3. 根据容器的压力高低，介质的危害程度以及在生产过程中的重 要作用，综合地将容器分为三类。属于下列情况之一者为一类容器（1）非易燃或无毒介质的低压容器；（2）易燃或有毒介质的低压分离器的换热容器。 属于下列情况之一者为二类容器：（1）中压

5、容器；（ 2）剧毒介质的低压容器；（3）易燃或有毒介质的低压反应容器和储运容器； 属于下列情形之一者为三类容器：（1）高压、超高压容器；（2）剧毒介质的中压容器（3）易燃或有毒介质（4）中压废热锅炉或内径大于 1 米的低压废热锅炉。3.2 压力容器的结构特点一般承受内压的容器， 除球形容器外，大多是由筒体和封头组成。 筒体是圆筒形壳体，封头则有多种型式，高压容器多采用平板封头； 中、低压容器的封头除平板和半球型外，还有半椭圆形封头，蝶形封 头，锥形封头等。3.3 压力容器筒体的结构型式 圆柱形容器是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、 易于制造、便于在内部装设附件等优点， 被广泛用作反

6、应器、 换热器、 分离器和中小容积储存容器。圆筒形容器的容积主要由圆柱形筒体 （以下简称圆筒 ） 提供。圆筒可分为单层式和组合式两大类。 单层式优点是结构简单。 但 厚壁单层式圆筒也存在一些问题，主要表现在： 除整体锻造式厚壁圆筒外， 还不能完全避免较薄弱的深环焊接 和纵焊缝， 焊接缺陷的检测和消除均较困难； 且结构本身缺乏阻止裂 纹快速扩展的能力； 大型锻件及厚钢板的性能不及薄钢板， 不同方向力学性能差异 较大，韧脆转变温度较高，发生低应力脆性破坏的可能性也较大； 加工设备要求高； 为此，人们相继研制了多种组合式圆筒。常见的有以下几种： （1）多层包扎式这是目前世界上使用最广泛、 制造和使用

7、经验最为丰富的组合式 圆筒结构。筒节由厚度为1225mm勺内筒和厚度为412mm勺多层 层板两部分组成， 筒节通过深环焊缝组焊成完整的圆筒。 为了避免裂 纹沿厚度方向扩展，各层板之间勺纵焊缝应相互错开75。筒节勺长度视钢板勺宽度而定，层数则随所需勺厚度而定。制造时，通过专 用装置将层板逐层、 同心地包扎在内筒上， 并借纵焊缝勺焊接收缩力 使层板和内筒、层板与层板之间相互贴紧，产生一定得预紧力。每个 筒节上均开有安全孔， 这种小孔可使层间空隙中勺气体在工作时因温 度升高而排出；当内筒出现泄漏时，泄漏介质可通过小孔排出，起到 报警作用。多层包扎式圆筒制造工艺简单， 不需要大型复杂勺加工设备； 与

8、单层式圆筒相比安全可靠性高， 层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度 方向扩展的能力， 减少了脆性破坏的可能性， 同时包扎预应力可有效 改善圆筒的应力分布； 对介质适应性强， 可根据介质的特性选择合适 的内筒材料。但多层包扎式圆筒制造工序多、周期长、效率低、刚板 材料利用率低，尤其是筒节间对接的深环焊缝对容器的制造质量和安 全有显著影响。这是因为： 无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法使用超声检测， 仅能依靠射线检测； 焊缝部位存在很大的焊接残余应力， 且焊缝晶粒易变得粗大而 韧性下降，因而焊缝质量较难保证； 环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。（2） 热套式采用厚钢板（30mm以上）卷焊成直

9、径不同但可过盈配合的筒节， 然后将外层筒节加热到计算的温度进行套合， 冷却收缩后便得到紧密 贴合的厚壁筒节。 热套式圆筒需要有较准确的过盈量， 对卷筒的精度 要求很高， 且套合或组装成整体容器后， 需再进行热处理以消除套合 预应力及深环焊缝的焊接残余应力。 热套式圆筒除了具有包扎式圆筒 的大多数优点外，还具有工序少，周期短等优点。（ 3）绕板式绕板式圆筒由内筒、 绕板层和外筒三部分组成。 它是在多层包扎 式圆筒的基础上发展起来的， 两者的内筒相同， 所不同的是多层绕板 式圆筒是在内筒外面连续缠绕若干层 35mm厚的薄钢板而构成筒 节，绕板层只有内外两道纵焊缝。 为了使绕板开始端与终止端能与圆

10、筒形成光滑连接，一般需要有楔形过渡段。外筒作为保护层，由两块 半圆或三块“瓦片”制成。绕板式结构机械化程度高，制造效率高， 材料的利用率也高（可达到90%以上）。但由于薄卷板往往存在中间 厚两边薄的现象， 卷制后筒节两端会出现明显的累积间隙， 影响产品 的质量。（ 4）整体多层包扎式 整体多层包扎式是一种错开环焊缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒 结构。它首先将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封头，然后 在整个长度上逐层包扎层板， 带全长度上包扎好并焊完磨平后再包扎 第二层，直至所需厚度。这种方法包扎时各层的环焊缝可以相互错开， 另每层层板的纵焊缝也错开一个较大角度， 是整个圆筒上避免出现深

11、环焊缝。圆筒与封头或法兰间的环焊缝改为一定角度的斜面焊缝， 承 载面积增大，具有高的可靠性。（ 5）绕带式 绕带式是一种以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度圆筒的方法， 主要有型槽绕带式和扁平钢带倾角错绕式两种结构形式。 型槽绕带式 是用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒 上，内筒外表面上预先加工有与钢带相齿合的螺旋状凹槽。缠绕时， 钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕制后依次用空气和水进行冷却， 使其收缩产生预紧力， 可保证每层钢带贴紧； 各层钢带之间靠凹槽和 凸肩相互齿合， 缠绕层能承受一部分由内压引起的轴向力。 这种结构 的圆筒具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在 预紧力，在

12、内压作用下，筒壁应力分布较均匀。但钢带需由钢厂专门 轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互齿合， 需采用精度较高的专用缠绕机床。 扁平钢带倾角错绕式这是中国首创的一种新型绕带式圆筒。内筒厚度约占总厚度的11,采用简单的“预应力冷绕”和“压64棍预弯贴紧”技术，以相对于容器环向1530倾角在薄内筒外交错缠绕扁平钢带。钢带宽约 80160mm厚约416mm其始末两 端分别与底封头和端部法兰相焊接。大量的实验研究和长期使用实践 证明，与其他类型厚壁圆筒相比，扁平钢带倾角错绕式圆筒结构具有 设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易等优点。四. 总体结构设计4.1设计技术参数：容器

13、内径 Di=1800mm容器长度（不包括封头）L=5000mm设计压力P=0.25MPa设计温度t=100 C物料腐蚀轻微，密度为1500kg/m34.2容器材料的选择此设计选用A3R型号的钢板，查化工容器及设备【附录二，可知: 在设计温度t=100 C,圆筒的厚度在616mm时：b 380MPa , s 240MPa，许用应力：t 127MPa 在设计温度t=100 C,圆筒的厚度在1736mnS寸:b 380MPa。 s 230MPa，许用应力：t 127MPa4.3筒体壁厚设计1. 已知参数： 筒体内径：Di=1800mm 设计温度t=100 C 采用双面对接焊，局部无损检测：0.85

14、计算压力：Pc P 0.25MPa 圆筒的厚度在616mrfl寸，许用应力：t 127MPa 取钢板厚度负偏差：C10.5mm腐蚀裕量：C2 2mm2. 筒体壁厚设计计算壁厚设计壁厚名义厚度有效厚度PcDit2Pc0.25 18002 127 0.85 0.25C22.09 24.09mm2.09mmC1 C2 2.09 0.5 2 4.59mm，圆整为 6mmC1C260.5 23.5mm对于碳素钢、低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚 度应不小于3mm若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度至少应取 5mm由钢材标准规格，名义厚度取为 6mm3. 检查6mm ,t没有变化，故取名义厚度6m

15、m合适4.4封头厚度设计1. 选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2,标准椭圆形封头计算公式t 口选自过程设备设计2 t0.5PC式中：K 形状系数，对标准椭圆形封头K 1；焊封系数0.85。2. 封头厚度设计计算壁厚KPcD2 t0.5Pc0.25 18002 127 0.85 0.5 0.252.09mm设计壁厚C22.09 24.09mm名义厚度Ci C2 2.09 0.5 2 4.59mm，圆整为 6mm有效厚度CiC26 0.5 23.5mm3. 校核封头的最小厚度：0.15%x Di=0.15%x 1800=2.7mm临界许用压力按化工容器及设备式 5-22为：cr 0.06E0.06

16、 1.9710603546 MPaRi90因为：1远小于 t和 cr所以：从验算可以看出，轴向应力在许用范围之内，满足强度及稳定 性的要求。5.2鞍座处的切向剪应力因令炭5,可认为鞍座靠近封头故封头对鞍座处筒体有加强作用。根据公式K3F100 Ri e计算切向剪应力。鞍座包角120，查化工容器及设备表6-13得K3 0.880, K4 0.401。圆筒中的切向剪应力:K3F100R e0.88 114000100 90 0.3531.85MPa封头中的最大切向剪应力:k4f100R e0.401 114000100 90 0.3514.51MPa筒体中切向剪应力许用值0.80.8 127101

17、.6MPa标准椭圆形封头中由内压引起的应力，可由椭圆封头壁厚计算公式导出下式PDiH2 e25 18075.63MPa2 0.35 0.85封头中的切向剪应力许用值取1.25 th 1.25 12775.6383.12MPah故切向剪应力在许用范围之内5.3验算筒体在支座横截面上的周向应力鞍座包角120时，查化工容器及设备表6-14，得K5 0.760，K60.0132，查JB/T4712-1992鞍式支座得鞍座宽度 b 22cm，鞍座板作为加强板使用，以筒体厚度与鞍座板厚度之和e S1代替S0，故筒体最低点处最大周向压缩应力公式应改写成K5F5100 e 3 b 10 e 3式中： e 0.

18、35Cm鞍座板厚度S11.2cm0.760 114000100 0.351.2 22100.351.214.9MPa容器的筒体部分长度L 8R，所以取计算长度I 2 罟 250cm，同 样以e S1代替S ,并以（S。 2100 4 0.35 1.2 22 10 0.35 1.2100 500 0.351.225.7MPa S2）代替S02,则鞍座角边处的周向压缩应力为:F12K6FR2 2100 4 e S1 b 10 e S 100L eS1因为t5 mincr11400012 0.0132 114000 9061.25 t 1.25 127 158.75MPa所以，二者均满足校核条件。到此为止，筒体与封头均满足校核条件的要求5.4鞍座尺寸校核鞍座板宽度b已在验算周向压缩力时予以确定，腹板的宽度可 按化工容器及设备式6-95进行校核。却 2100Hsbo 3系数K9由化工容器及设备表6-15查出为0.204 ;按JB/T4712-1992鞍式支座得腹板厚度b。1cm，鞍座最低点的高度25cm。鞍座有效截面的高度限制在扒90 30cm以内，此值大于鞍座最低点的高度，故有效截面高度应为鞍座实际高度减去底板厚度25 2 23cm。贝卩0.2