旋风分离器设计方案用户：特瑞斯信力（常州）燃气设备有限公司型号： XC24A-31 任务书编号： SR11014 工作令： SWA11298 图号： SW03-020-00编制：日期：本设计中旋风分离器属于中压容器，应以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。
设计标准如下：a. TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》b. GB150-1998《钢制压力容器》c. HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》d. JB4712.2-2007《容器支座》2、旋风分离器结构与原理旋风分离器结构简单、造价低廉，无运动部件，操作范围广，不受温度、压力限制，分离效率高。
一般主要应用于需要高效除去固、液颗粒的场合，不论颗粒尺寸大小都可以应用，适用于各种燃气及其他非腐蚀性气体。
说明：旋风分离器的总体结构主要由：进料布气室、旋风分离组件、排气室、集污室和进出口接管及人孔等部分组成。
旋风分离器的核心部件是旋风分离组件，它由多根旋风分离管呈叠加布置组装而成。
旋风管是一个利用离心原理的2英寸管状物。
待过滤的燃气从进气口进入，在管内形成旋流，由于固、液颗粒和燃气的密度差异，在离心力的作用下分离、清洁燃气从上导管溜走，固体颗粒从下导管落入分离器底部，从排污口排走。
由于旋风除尘过滤器的工作原理，决定了它的结构型式是立式的。
常用在有大量杂物或有大量液滴出现的场合。
其设计的主要步骤如下：①根据介质特性，选择合适的壳体材料、接管、法兰等部件材料；②设计参数的确定；③根据用户提供的设计条件及参数，根据GB150公式，预设壳体壁厚；④从连接的密封性、强度等出发，按标准选用法兰、垫片及紧固件；⑤使用化工设备中心站开发的正版软件，SW6校核设备强度，确定壳体厚度及接管壁厚；⑥焊接接头型式的选择；⑦根据以上的容器设计计算，画出设计总设备图及零件图。
4、材料的选择①筒体与封头的材料选择：天然气最主要的成分是甲烷，经过处理的天然气具有无腐蚀性，因此可选用一般的钢材。
由操作条件可知，该容器属于中压、常温范畴。
在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。
综合了材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板的耗材量与质量以及价格的要求，筒体和封头的材料选择钢号为Q345R的钢板，使用状态为热轧（设计温度为-20～475℃，钢板标准GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板）。
②接管的材料选择：根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择16Mn号GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》作各型号接管。
因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择16MnII锻件作为接管材料。
③法兰的材料选择：法兰选用ASME B16.5-2009钢制管法兰，材质：16MnII，符合NB/T47008-2009压力容器用碳素钢和低合金钢锻件标准。
④其他附件用材原则：与受压件相焊的的垫板，选用与壳体一致的材料：Q345R GB713-2008；其余非受压件，选用Q235-B GB3274 《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带》；5、设计参数的确定根据用户提供的容器运行条件，确定该设备的设计参数如下： 工作压力：2.5~5.7MPa ； 工作温度：-19~+50℃； 设计压力：6.3MPa ； 设计温度：-19/+60℃； 最大允许工作压力：6.3MPa ； 腐蚀裕量：2.0mm ； 水压试验压力：9.45MPa ； 气密试验压力：6.3MPa ；焊接接头系数：1.0；6、筒体与封头壁厚的选择①筒体壁厚的计算：根据GB150公式（5-1），计算筒体壁厚：[]ctc p DNp -⨯=ϕσδ2 （5-1） δ—设计厚度（mm ）； C 2—腐蚀裕量（mm ）； P c —筒体的设计压力（MPa ）； DN —筒体的公称直径（mm ）； Φ—焊接接头系数；[σ]t —钢板在设计温度下的许用应力（MPa ）。
则[]c tc p DNp -⨯=ϕσδ2=17.103.60.118926003.6=-⨯⨯⨯mm 将设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整到钢板的标准规格厚度，即筒体的名义厚度：δn =δ+C 1 +C 2即δn =δ+C 1+C 2=10.17+0.3+2=12.47mm 。
圆整后取δn =14mm 厚的Q345R钢板制作筒体。
②椭圆封头壁厚的计算：由于椭圆封头厚度的计算公式和筒体厚度的计算公式几乎一样，说明圆筒体采用标准椭圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同样厚度的钢板来制造。
故采用标准椭圆封头。
封头的设计厚度为：[]ct5.02P DNP c -∙=φσδ （2-4） 即[]ct5.02P DNP c -∙=φσδ=3.65.00.118926003.6⨯-⨯⨯⨯=10.08mm 考虑钢板厚度负偏差，需圆整，封头的名义厚度仍利用公式于是： δn =δ+C 1+C 2=10.08+0.3+2=12.38mm ， 考虑椭圆封头制造中的12%δn 冲压减薄量： 12.38X1.12=13.87mm圆整后取δn =16mm 厚的Q345RGB713钢板制作封头。
因此，为方便控制椭圆封头与筒体的对接错变量，选择δn =16mm 的Q345R 钢板作为壳体的厚度。
7、法兰、垫片及紧固件的选择法兰选用的标准：ASME B16.5-2009（CLASS 系列）； 垫片选用的标准：ASME B16.20（CLASS 系列）； 紧固件选用的标准：ASME B18.2.1~2（CLASS 系列）；8、SW6软件校核设备强度，确定壳体壁厚及接管壁厚内筒体内压计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算条件筒体简图计算压力 P c 6.30MPa 设计温度 t 60.00 ︒ C内径 D i 600.00mm 材料Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 [σ] 189.00MPa 设计温度许用应力 [σ]t 189.00MPa 试验温度下屈服点 σs 345.00MPa 钢板负偏差 C 1 0.30mm 腐蚀裕量 C 2 2.00mm 焊接接头系数 φ1.00厚度及重量计算 计算厚度 δ = P D P c it c2[]σφ- = 10.17mm有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 13.70 mm 名义厚度 δn = 16.00 mm 重量 413.20 Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P[][]σσt= 9.4500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 310.50MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 211.66MPa 校核条件 σT ≤ [σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]=2δσφδe t i e []()D += 8.43832MPa 设计温度下计算应力 σt= P D c i e e()+δδ2= 141.11 MPa [σ]t φ 189.00MPa校核条件 [σ]t φ ≥σt结论 合格内筒上封头内压计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算条件椭圆封头简图计算压力 P c 6.30 MPa 设计温度 t 60.00 ︒ C 内径 D i 600.00 mm 曲面高度 h i 175.00mm 材料Q345R (板材) 设计温度许用应力 [σ]t 189.00 MPa 试验温度许用应力 [σ] 189.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.30 mm 腐蚀裕量 C 2 2.00 mm焊接接头系数 φ1.00厚度及重量计算形状系数K = 16222+⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥D h i i = 0.8231 计算厚度 δ = KP D P c it c 205[].σφ- = 8.30mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 11.78 mm 最小厚度 δmin = 3.00 mm 名义厚度 δn = 14.08mm 结论 满足最小厚度要求 重量53.04Kg压 力 计 算最大允许工作压力[P w ]= 205[].σφδδt ei e KD += 8.90982MPa结论合格内筒下封头内压计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算条件椭圆封头简图计算压力 P c 6.30 MPa 设计温度 t 60.00 ︒ C 内径 D i 600.00 mm 曲面高度 h i 175.00mm 材料Q345R (板材) 设计温度许用应力 [σ]t 189.00 MPa 试验温度许用应力 [σ] 189.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.30 mm 腐蚀裕量 C 2 2.00 mm焊接接头系数 φ1.00厚度及重量计算形状系数K = 16222+⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥D h i i = 0.8231 计算厚度 δ = KP D P c it c 205[].σφ- = 8.30mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 11.78 mm 最小厚度 δmin = 3.00 mm 名义厚度 δn = 14.08mm 结论 满足最小厚度要求 重量53.04Kg压 力 计 算最大允许工作压力[P w ]= 205[].σφδδt ei e KD += 8.90982MPa结论合格开孔补强计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司接管: a,φ234×20计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力p c 6.3MPa设计温度60℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ1壳体内直径D i600mm壳体开孔处名义厚度δn16mm壳体厚度负偏差C10.3mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力[σ]t189MPa接管实际外伸长度90mm接管实际内伸长度0mm 接管材料16Mn 接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量2mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm 补强圈外径mm 补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1t0mm 补强圈厚度负偏差C1r mm 接管材料许用应力[σ]t178MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ10.17mm 接管计算厚度δt 3.495mm 补强圈强度削弱系数f rr0接管材料强度削弱系数f r0.942开孔直径d198mm 补强区有效宽度B396mm 接管有效外伸长度h162.93mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔削弱所需的补强面积A2035mm2壳体多余金属面积A1691.6mm2接管多余金属面积A21719mm2补强区内的焊缝面积A364mm2 A1+A2+A3=2475 mm2 ，大于A，不需另加补强。