过程装备课程设计.doc
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过程装备课程设计.doc
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目录
1设计任务书 2
2符号说明 4
3设计计算 6
3.1筒体计算 6
3.1.1筒体材料选择 6
3.1.2设计压力 6
3.1.3设计温度 6
3.1.4厚度及厚度附加量 6
3.1.5焊接接头系数 7
3.1.6许用应力 7
3.2封头设计 7
3.2.1封头材料选择 7
3.2.2设计厚度(K=1) 7
3.3耐压校核 8
3.3.1耐压试验压力 8
3.4支座选择 8
3.4.1支座材料选择 8
3.4.2支座型式及安装位置 8
3.4.3鞍座包角及高度 9
3.4.4许用应力的确定 9
3.4.5支座附件尺寸的确定 9
3.5设计载荷 9
3.6载荷分析 10
3.6.1均布载荷q和支座反力F 10
3.6.2竖向剪力Fq和力偶M 11
3.7弯矩和剪力 11
3.7.1弯矩 11
3.7.2剪力 12
3.8圆筒应力计算及校核 12
3.8.1圆筒轴向应力及校核 12
3.8.2圆筒和封头切应力及校核 14
3.8.3支座截面处圆筒体的周向应力 14
3.8.4腹板水平拉应力及校核 15
4结论 17
5参考文献 18
1设计任务书
一、设计时间安排
从第17周(2015年12月14日)至第18周(2015年12月25日)。
二、设计内容安排
1.熟知相关的标准、规范及规定等相关资料;
2.设备的设计计算及强度、稳定性校核;
3.编写设计说明书一份;
4.绘制1号装配图一张。
三、设计条件
设计数据
设备名称
中压蒸汽凝液罐
容积m3
17.95
容器类别
安装地点
抚顺
设计压力MPa
1.0
介质名称
水汽、液
设计温度℃
200
介质密度kg/m3
1000
操作压力MPa
介质粘度
操作温度℃
介质特性
轻度危害
保温材料
复合硅酸铝卷毡
保温厚度
100
序号
接管名称
数量
DN
PN
接管要求
备注
1
蒸汽出口
1
250
2.5
2
人孔
1
500
2.5
3
凝结水入口
1
300
2.5
4
凝结水出口
1
200
2.5
5
排污口
1
80
2.5
6
测温口
1
25
4.0
7
现场液位计口
1
20
4.0
8
远传液位计口
1
50
5.0
四、设计要求
1.学生要按照任务书要求,独立完成容器的设备设计;
2.计算单位一律采用国际单位;
3.计算过程及说明应清楚;
4.所有标准件均要写明标记或代号;
5.设计说明书目录要有序号、内容、页码;
6.设计说明书中与装配图中的数据一致。
如果装配图中有修改,在说明书中要注明变更;
7.书写工整,字迹清晰,层次分明;
8.设计说明书要有封面和封底,横向装订成册。
2符号说明
Pc-设计压力,Mp;
-焊接接头系数表查得0.85;
-腐蚀裕量,mm;
-材料厚度负偏差,mm;
C-厚度附加量,mm;
-圆筒名义厚度,mm;
-圆筒有效厚度,mm;
-圆筒内直径,mm;
A-鞍座中心线到封头切线距离,mm;
-圆筒外直径,mm;
F-每个支座的反力,N;
-系数;
L-封头切线间距离,mm;
-圆筒中间处的轴向弯矩,;
-支座处圆筒的轴向弯矩,;
-圆筒内半径,mm;
-封头曲面深度,mm;
K-系数,容器不焊接在支座上时,K=1;焊接时,K=0.1;
m-容器总质量,Kg;
P-设计压力,;
-鞍座垫板名义厚度,mm;
-封头名义厚度,mm;
-封头有效厚度,mm;
-鞍座包角,;
-设计温度下容器壳体材料的许用应力,Mp;
-鞍座材料的许用应力,Mp;
-圆筒中间处横截面内最高、最低点处的轴向应力,Mp;
-支座处圆筒横截面内最高、最低点处的轴向应力,Mp;
-支座处圆筒横截面最低点处的周向应力,Mp;
-无加强圈时鞍座边缘处的圆筒周向应力,Mp;
-无加强圈时鞍座垫板边缘处的圆筒周向应力,Mp;
-鞍座腹板水平方向的平均拉力,Mp;
-圆筒切向剪应力,Mp;
-封头应力,Mp;
3设计计算
3.1筒体计算
3.1.1筒体材料选择
Q345R
3.1.2设计压力
P=1MPa=Pc
3.1.3设计温度
T=200℃
3.1.4厚度及厚度附加量
δ==(1×2000)/(2×183×0.85-1)=6.45mm
δd=δ+C2=6.45+3=9.45mm
δn=δd+C1+∆=9.45+∆=10mm由钢材标准规格δn=10mm
δe=δn-C=10-3=7mm
C=C1+C2=3mm
3.1.5焊接接头系数
φ=0.85
3.1.6许用应力
由表D-1查得Q345R在T=200℃、厚度为3-16mm时[σ]t=183MPa
3.2封头设计
3.2.1封头材料选择
Q345R椭圆形封头
3.2.2设计厚度(K=1)
δ===6.44mm
δd=δ+C2=6.44+3=9.44mm
δn=δd+C1+∆=9.44+0+∆=10mm
由钢材标准规格δn=10mm
3.3耐压校核
3.3.1耐压试验压力
η=1.25[σ]=189MPa(常温下)
==1.25×1×189÷183=1.29MPa
σ===129.65MPa
σ≤0.9φReL(Rpo.2)=0.9×0.85×345=263.9MPa
满足要求
3.4支座选择
3.4.1支座材料选择
Q235B
3.4.2支座型式及安装位置
双鞍式支座
支座中心到封头切线的距离A≤0.5Ra且A≤0.2L
3.4.3鞍座包角及高度
θ=120°h=250mm
3.4.4许用应力的确定
查表得[σ]sa=120MPa
3.4.5支座附件尺寸的确定
(1)底板=1420mm=220mm=12mm
(2)腹板=10mm
(3)筋板=331mm=190mm=260mm=8mm
(4)垫板=350mme=40mm=8mm弧长=2330mm
3.5设计载荷
卧式储罐的设计载荷包括长期载荷、短期载荷和附加载荷。
(1)长期载荷设计压力,内压或外压(真空);储罐的质量载荷,除自身质量外,还包括储罐所容纳的物料质量,保温层、梯子平台、接管等附加质量载荷。
(2)短期载荷雪载荷、风载荷、地震载荷,水平试验冲水重量。
(3)附加载荷指卧罐上高度不大于10m的附属设备(如精馏塔、除氧头、液下泵和搅拌器等)受重力及地震影响所产生的载荷。
3.6载荷分析
置于对称分布的双鞍座卧式储罐所受的外力包括载荷和支座反力,储罐受重力作用时,可以近似地看成支承在两个铰支点上受均布载荷的外伸简支梁,梁上受到如图的外力作用。
3.6.1均布载荷q和支座反力F
假设卧式储罐的总重为2F,此总重包括储罐重量及物料重量,必要时包括雪载荷。
对于盛装气体或轻于水的液体储罐,因水压试验时重量最大,此时物料重量均按水重量计算。
对于半球形、椭圆形或蝶形等凸形封头,折算为同直径的长度为2H/3的圆筒(H为封头的曲面深度),故储罐两端为凸形封头时,重量载荷作用的总长度为
L’=L+=5000+4×525/3=5700mm
设储罐总重沿长度方向均匀分布,则作用在总长度上的单位长度均布载荷为
2F=mg→F=
估算鞍座的负荷:
储罐总质量
筒体质量:
单个封头的质量:
,
充液质量:
水压试验充满水,故取介质密度为ρ=1000,
附件质量:
人孔质量为194kg,其他接管总和为200kg,即=394kg
综上所述,
则,
q=2F/L’=2F/(L+)=
3.6.2竖向剪力Fq和力偶M
Fq=Hq=×0.525×37.2×10=N
=-Hq×H=-q=2.56N/m
=(qR1)×=q=9.3N/m
M=-=6.74N/m
3.7弯矩和剪力
3.7.1弯矩
==0.234
==F(L-A)=71×10N.m
==1.13
==0.075
===-3.7×10N.m
3.7.2剪力
A=500mm≤0.5Ri=500mm
V=F=1.06N
3.8圆筒应力计算及校核
3.8.1圆筒轴向应力及校核
3.8.1.1两支座跨中截面处圆筒的轴向应力
(1)截面最高点(压应力)
==47.74MPa
(2)截面最低点(拉应力)
=52.26MPa
3.8.1.2支座截面处圆筒的轴向应力
(1)支座截面最高点(拉应力)
=1.0
=49.88MPa
(2)支座截面最低点(压应力)
=1.0
=50.12MPa
3.8.1.3圆筒轴向应力的校核
|M|>|M|时,只需要校核跨中截面的应力;
(1)在操作工况下:
拉应力σ≤[σ]tφ=155.55MPa
压应力σ≤[σ]cr及[σ]t=183MPa
(2)在水压试验下:
拉应力σ≤0.9φReL=263.93MPa
压应力σ≤min{0.8ReL;B}=276MPa
满足要求
3.8.2圆筒和封头切应力及校核
3.8.2.1支座截面处无加强圈但A≤0.5R被封头加强的圆筒
(查表5-2得,当A≤0.5R、θ=120°时K=0.88、K=0.401);
最大切应力
=9.33×10pa
3.8.2.2封头切应力
=4.25×10pa
3.8.2.3圆筒和封头切应力的校核
τ≤0.8[σ]t=164.4MPa
满足要求
3.8.3支座截面处圆筒体的周向应力
3.8.3.1圆筒截面最低处的周向应力
当鞍座包角=120°时K=0.760、K=0.013、k=1;
Ra=R+=1.005m
b=8=8.03m
b=b+1.56=8.14m
=-1.41Mpa
3.8.3.2无加强圈圆筒鞍座处最大周向应力
(1)鞍座边角处的最大周向应力
L=5000mm<8Ri=8000mm
=-67.96MPa
(2)鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力
L=5000mm<8Ri=8000mm
=-33.4MPa
3.8.4腹板水平拉应力及校核
3.8.4.1支座腹板的水平分力Fs
当鞍座包角=120°时,k=0.204
Fs=kF=2.16×10N
3.8.4.2垫板起加强作用时的拉应力
H=min{H;}=0.337m
b=0.012m
b=b=8.14m
=1.78Mpa
3.8.4.3应力校核
σ=1.78Mpa≤[σ]sa=80MPa
满足要求
4结论
通过这次的课程设计,理论加上实践,使我对过程设备有了更深刻的认识,尤其是对卧式储罐的理解,各具体零部件功能和规格,特性的认识,也纠正了自
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- 过程 装备 课程设计
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