锅炉压力容器课程设计设计题目压力容器设计能源与安全工程学院安全工程专业（二）班设计者学号指导老师田兆君课程设计时间 2011 年5月29日起至2011年 6月 12日一、 课程设计题目： 压力容器设计 二、 课程设计工作自 2011 年5月29日起2011年 6月 12 日止 三、 课程设计的内容及要求：一）基本工艺参数 主要设计参数二）学生完成的工作1． 总装备图一张（1号图纸）要求：图面布局合理，表达清晰，字迹工整，有标题栏、技术要求、技术特性表、管口表2． 由指导老师指定零件图一张（要求同上） 3． 设计说明书一份（1）根据工艺参数选定容器及夹套尺寸（包括直径、厚度、夹套与容器间距及连接尺2．筒体形状 ii D H =1.2，3．设计压力 P 设计=1.25P 操作 五、参考资料 1、《压力容器与化工设备实用手册》 2、《化工机械基础课程设计指导书》 3、《钢制石油化工压力容器设计规定》 4、《压力容器标准规范汇编》指导教师： 田兆君负责教师： 田兆君学生签名： 程锋附注：任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页锅炉压力容器课程设计1 前言锅炉、压力容器广发应用于电力、机械、化工、轻工、交通等运输部门及日常生活中，与我们的日常生活息息相关。
且随着社会经济的发展，对锅炉、压力容器的需求数量也日益增加。
通过对锅炉压力容器的分析，运用锅炉压力容器应力分析、强度设计、制造质量控制及安全装置相关的知识，了解其工作原理与各个部分的相关作用及其工作原理，并分析锅炉中可能出现的相关问题和缺陷并作出预防，从而加强对锅炉的认识。
2 相关计算一、筒体及封头的几何尺寸确定:（1）筒体及封头的形式：选择圆柱筒体及标准椭球形封头。
（2）确定筒体及封头直径： 由P设计=1.25P 操作 知 P 设计=1.25*0.4=0.5MPa筒体直径确定: ii D H =1.2 D i =2r得出 D=1.168m封头直径确定：由上可知 D=1.168m （3）选定封头的尺寸：封头内直径为1168mm 选取D N =1200mm 通过查询《压力容器与化工设备实用手册》第258页选取直边高度为40mm（41m D V V H i i 089.131.1271.05.14/2封头=-=-=π取公称直径尺度为1H =1000mm（5）选取夹套直径：D=1400mm 。
考虑到传热充分，而且夹套直径必然大于筒体直径，故根据《压力容器于化工设备实用手册》（214页）P258其参数表如下：（6）确定夹套高度，由于没有特殊说明，高度由传热面积确定。
F 热 =F 筒体+F 封头所以m D F F H 692.04.114.3235.234.5夹套封头热 2=⨯-=-≥π取公称尺度为2H =700mm（7）校核传热面积：工艺要求不小于5.342m ，实际传热面积：F 筒=F 筒体+F 筒=1.71+3.77=5.48>5.34F 夹=F 夹封+F 筒夹=2.306+3.14⨯1.4⨯0.71=5.38>5.34二、釜体及夹套强度计算 （1）设计压力的确定夹套的筒体和封头是内压容器，釜体的筒体和封头既受内压又受外压作用，由已知数据 P 设计=1.25P 操作，，可得：P 内设计=1.25⨯P 内操作=1.25⨯0.4=0.5MPaP 内设计=1.25⨯P 内操作=1.25⨯0.6=0.75MPa(2)夹套筒体壁厚和封头壁厚计算由教材《锅炉及压力容器安全》可知，对于筒体其壁厚计算公式为： S 夹[]038.85.018.075.075.05.1222140075.02夹 ≈+++-⨯⨯⨯=+-=C PPD tφσmm式中，P=0.75MPa ，j D =1400mm ，[]tσ为设计温度下材料许用应力，为122.5MPa ，φ为焊缝系数，采用单面焊的对接焊缝，无垫板，局部无损探伤，故取φ=0.7（夹套封头用钢板拼焊）；C 为壁厚附加量，C=C 1+C 2+C 3，其中C1为钢板负偏差，取0.8，C2为腐蚀裕度，取1，C3为加工减薄量，取0（对于封头热加工，取0.5），则由此可得S 夹=7.8，取标准规格为8mm 。
对于夹套封头计算公式，由教材《锅炉及压力容器安全》可知道，其计算公式为：[]C PYPD S ti +-=5.02φσ式中，Y 为椭圆球形封头的形状系数，Y=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+22261i ih D ，对于标准托球形封头而言，其形状系数为1;C 同样为壁厚附加量，但此时由于有热加工，所以C3=0.5，由此计算得到S夹封=8.026mm ，取标准值为8mm 。
为了照顾筒体和封头的焊接方便及焊接质量，取夹套筒体和封头的壁厚都为10mm 。
（3）釜体的筒体壁厚1）按承受0.5MPa 的内压计算 S 筒=[]mm C PD P ti 574.55.018.05.075.05.122212005.02筒 =+++-⨯⨯⨯=+-φσ式中，P=0.5MPa ，D=1200mm ，[]tσ为设计温度下材料许用应力，为122.5MPa ，φ为焊缝系数，采用单面焊的对接焊缝，无垫板，局部无损探伤，故取φ=0.75（夹套封头用钢板拼焊）；C 为壁厚附加量，C=C1+C2+C3,其中C1为钢板负偏差，取0.8，C2为腐蚀裕度，取1，C3为加工减薄量，取0.5，则由此可得S 筒=5.6mm 。
2)按承受0.5MPa 的外压力计算a ：在此情况下，外压计算不能再盲目套用以上公式，应该根据图表方法确定。
初步假定筒体的壁厚为10mm ，则筒体的外径为D0=1200+2⨯10=1220mm ； 筒体的计算长度为L=H1+h 封=1000+（300+40）=1340 则有098.10=D L由此查《压力容器与化工设备实用手册（上）》P203表WT —11可初定计算厚度为8.0mm 。
考虑到附加壁厚的影响，实际厚度为8..7+2.3=11mm ，取标准值为10mm 。
B ：壁厚验算，查《压力容器与化工设备实用手册（上）》P235中，根据D L为1.2，可估算出釜体为1MPa ，许用内压1.76MPa （P184），均大于最大工作压力，标准值符合设计要求。
（4）釜体封头壁厚计算 1）按内压计算 S 封=[]57.55.018.05.075.05.122212005.02封 内 =+++-⨯⨯⨯=+-C PD P tφσ式中，P=0.5MPa ，D 封=1200mm ，[]tσ为设计温度下材料许用应力，为122.5MPa ，φ为焊缝系数，采用单面焊缝的对接焊缝，无垫板，局部无损探伤，取φ=0.7；C 为壁厚附加量，C=C1+C2+C3，其中C1为钢板负偏差，取0.8，C2为腐蚀裕度，取1，C3为加工减薄量，由于封头热加工，取0.5，则由此可得S 封=5.57,取标准规格为6mm 。
2）按外压计算按照封头材料与设计温度的不同，《压力容器及化工设备实用手册》（上）)(由P275推荐方法）本手册共编制19张许用外压表（表EK —12至表EK —30）。
其公称直径为500~2000mm ，有效厚度为2至22mm 。
使用该表时应将封头图样上的名义厚度或实测厚度转换为有效厚度。
①设定C D =0δ，并按下式算出A ： A=9.0125.0D δ⨯ （2-2-2） ②根据材料及设定温度，从外压算图A-B 曲线上，按照算出的A 查出B 值。
③用[]09.0D B p δ∙=算出[p],当[p]稍大于计算压力p c 时，原设定的0D δ值有效，否则应重新假设D δ值，重复以上计算。
④将认定的0D δ值写成下式： 令D δ=C 则i i i i D C C CD D C D C CD ∙∙+=+≈+≈=)21()2()2(0δδ （2-2-4） 按（（2-2-4））式求出各种i D 时的δ值。
假定封头的厚度为有效壁厚为11mm ，则有 A=0012731.012009.011125.09.0125.0封 0=⨯⨯=⨯D S由此，根据P192图查得B ≈120MPa ，则[]MPa B P 22.11200119.01201200119.0=⨯=⨯=，大于计算压力，则假设有效，即以此确定有效壁厚为11mm 。
根据有效壁厚为11mm 查表P277得许用外压为0..9MPa ，大于计算压力0.75MPa ，确定封头的厚度为11mm 。
（5）水压试验 1)内压试验时：由教材第四章《锅炉及压力容器强度设计》可知，对于圆筒体，其壁厚设计公式为： S=[]C PPD ti+-φσ2进行水压试验的目的，主要是在已知的壁厚以及试验压力的情况下，所求得的应力是否在材料的许用应力范围之内，则有：δ圆筒=φ)(2)]( [CS CSDPir--+;δ椭球=φ)(2)](5.0 [CSC SYDPir--+式中，rP为实验压力，根据教材第五章P152表5—3可知：P r釜=1.25P设=1.25⨯0.5=0.625；Pr夹=1.25P设=1.25⨯0.75=0.9375 则有：δ夹套圆筒=[]MPa3.11475.0)3.210(2)3.210(14009375.0=⨯-⨯-+⨯δ釜体圆筒=[]MPa89.5775.0)3.211(2)3.211(1200625.0=⨯-⨯-+⨯δ夹套封头=[]MPa9.11375.0)3.210(2)3.210(5.0140019375.0=⨯-⨯-⨯+⨯⨯δ釜体圆筒=[]MPa7.5775.0)3.211(2)3.211(5.012001625.0=⨯-⨯-⨯+⨯⨯由此可见水压试验验证时，所求的应力均小于0.9+sδ，水压试验符合要求，设计合乎标准。
由以上分析计算可知，设计的基本几何参数如下：二、法兰的选取由已知设计参数，查《压力容器与化工设备实用手册（上）》P508表3-2-3可知基本形状参数及连接尺寸入下表三、视镜的选取由于视镜接缘直接焊在设备商，容易在焊接后引起接缘上的密封变形，因此此设计中选择带颈视镜，视镜的使用温度为0~2000C，温度上限是由玻璃材质决定的，温度下限主要考虑结霜问题，在不低于视镜所用钢材下限温度前提下也可以用于零下低温，但应设计防霜设置。
根据已知压力（0.6MPa）要求，查《压力容器与化工设备实用手册（上）》P675，其几何参数如下：四、支座的选取1、 釜体的总重量=G 筒体+2G 椭球壳=1.1⨯298+2⨯137=602kg2、 夹套的总重量=G 夹套+G 椭球壳=1⨯278+142=420kg3、 法兰及视镜总重量=33kg4、 釜体内酒精水溶液总质量：=（3.14⨯0.62⨯1.1+2⨯0.271）⨯1⨯103≈1800kg（由于此高效酒精回收装置中，酒精水溶液中酒精含量少，其混合液密度以水的密度近似代替）5、 夹套内水蒸气总质量：（3.14⨯0.72⨯1.1+0.398-3.14⨯0.62⨯1-0.271）⨯1⨯103≈535kg 则此压力容器装置的总重量为G=602+420+33+1800+535=3390kg 支座选择：由已知条件，选取焊制鞍式A 型支座。