锅炉锅筒设计说明书.docx

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锅炉锅筒设计说明书

锅炉汽包设计说明书

前言

由于Pe=2.8MPa可知Pe＜3.8MPa，是低压锅炉。

低压锅炉可以用20R即是Q345R钢，是钢板中的一大类－－容器板，具有特殊的成分与性能，主要用于做压力容器使用，针对用途，温度，耐腐的不同，所应该选用的容器板材质，也不尽相同

特点：

Q345R钢是屈服强度σs为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。

磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345（16Mn）钢，除抗拉强度、延伸率要求比Q345（16Mn）钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。

它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。

Q345R钢中可添加铌，钒，钛元素，其含量应填写在质量证明书中，上述3个元素含量总和应分别不大于0.050%、0.10%、0.12%。

综上所述，对于该课程设计选择Q345R的刚擦既满足使用条件。

由国标GB713-1997中可知公称厚度范围是6-150，宽度范围是650-3800.20R钢的化学成分、力学性能和冷弯性能、高温屈服强度、需用应力如下表：

有上述数据可知选材满足设计使用条件。

锅炉个给想尺寸及其计算如下表：

名称

符号

单位

计算公式或来源

计算值

取用值

设计规范

额定蒸发量

Z

t/h

给定

30

额定工作压力

Pe

MPa

给定

2.8

公称直径

Dn

mm

给定

1200

计算压力

额定压力

Pe

MPa

给定=2.8

2.8

2.8

ΔPa

MPa

ΔPa=0.05Pe

0.14

0.14

ΔPz

MPa

0（规定）

0

0

ΔPaz

MPa

ΔPaz=0.01H=0.01×0.6=0.006＜（Pe+ΔPz+ΔPz）×0.03=0.0882,则取ΔPaz=0

0

0

工作压力

Pg

MPa

Pg=Pe+ΔPe+ΔPaz

2.8

2.8

计算压力

P

MPa

P=Pg+ΔPa

2.94

2.94

绝对压力

Pa

MPa

P+0.1

3.04

3.04

临界饱和温度

Tbh

°C

233

233

计算壁温

Tb

°C

由Tb=Tbh（Tbh）

250

250

锅筒壁厚及长度

基本许用应力

[σ]J

MPa

由焊接设计简明手册P145取20R刚26~36时T=250°去的许用压力[σ]J=104

101

101

许用应力

[σ]

MPa

[σ]=η*[σ]J由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是η=1

101

101

减弱系数

Ψmin

参考焊缝和孔桥的最小减弱系数取0.7

0.7

理论壁厚

Sl

mm

Sl=

24.73

24.73

附加壁厚

C

mm

C=C1+C2+C3=0+0+3=3

3

3

取用壁厚

S

mm

S=Sl+C=24.73+3=27.73

27.73

28

有效壁厚

Sy

mm

Sy=S-C=28-3=25

25

25

锅筒长度

L

M

L=3.5Dn=3.5*1.2=4.2

4.2

4.2

封头壁厚

形状系数

Y

[2+（）2]

1

1

封头减弱系数

ψ

表7中选择有孔，无拼接焊缝ψ=1-d/Dn由后面人孔选择时得d=φ400mm，Dn=1200计算的ψ=0.667

0.667

0.65

理论壁厚

Sl

mm

Sl=

26.67

26.67

附加壁厚

C

mm

C=C1+C2=0+0=0

0

0

取用壁厚

S

mm

S=Sl-C=26.67-0=26.67

26.67

28

有效壁厚

Sy

mm

Sy=S-C=28-0=28

28

28

蒸汽管

计算壁温

Tb

°C

Tb=Tbh+10=233+10=243

243

250

基本许用应力

[σ]J

MPa

由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R刚6~16厚时T=250°C时[σ]J=104

110

110

许用应力

[σ]

MPa

[σ]=η*[σ]J由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是η=1

110

110

内径

dz

mm

dz=2z=30t/h=8.33m/s取v=40m/s由资料2的ρ=14kg/m3

137.65

140

减弱系数

Ψmin

Ψmin=ψh1×ψh2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝ψh1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板ψh2=0.85

0.81

0.81

壁厚

Sz

mm

Sz=

2.51

4

预留长度

L

mm

由书P54取L=3dz

414

450

水冷壁

规格

mm

低压φ51×2.5（给定）

φ51×2.5

数量

根

蒸汽管截面积为水冷壁截面积的35%左右

19.88

20

预留长度

L

mm

L=3×51=155

155

200

给水管

计算壁温

Tb

°C

Tb=Tbh+10=233+10=243

243

250

许用应力

[σ]

MPa

由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R6~16厚时T=250°C是[σ]J=110

110

110

流速

ν

m/s

ν=0.5~2取ν=1

1

1

ρ

kg/m3

取水的密度

1.0×103

1.0×103

内径

dg

mm

dz=2数据的选取同dz

73.84

75

减弱系数

Ψmin

Ψmin=ψh1×ψh2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝ψh1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板ψh2=0.85

0.81

0.81

壁厚

Sg

°C

Sg=

1.65

3

预留长度

L

mm

L=3dg=3×75=225

225

250

数量

n

根

由书p54设计给水管为3~6个取n=4

4

4

下降管

计算壁温

Tb

°C

由Tb=Tbh（Tbh≥250）

250

250

许用应力

[σ]

MPa

由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R刚6~16厚时T=250°C是[σ]J=110

110

110

数量

n

根

取下降管为4跟

4

内径

dx

mm

下降管的总截面=水冷壁管的总截面

116.68

120

减弱系数

Ψmin

Ψmin=ψh1×ψh2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝ψh1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板ψh2=0.85

0.81

0.81

壁厚

Sx

mm

Sg=

4.42

5

预留长度

L

Mm70

L=3dx=3×235=705

705

750

人孔法兰

公称直径

D1

Mm

根据法兰标准及人孔条件选择D1=400

400

400

法兰外圈直径

D2

Mm

根据法兰标准选择D2=500

500

500

连接凸面部分直径

D3

Mm

由法兰标准选择D3=347

347

347

法兰厚度

d1

mm

有标准选择d1=25+50

75

75

头孔法兰

公称直径

D1

Mm

根据法兰标准及人孔条件选择D1=300

300

300

法兰外圈直径

D2

Mm

根据法兰标准选择D2=400

400

400

连接凸面部分直径

D3

Mm

由法兰标准选择D3=224

224

224

法兰厚度

d1

mm

有标准选择d1=37.5+40

77.5

77.5

有附录1及书P58可知选择椭圆形封头时D0=

根据封头直边高度：

h=25mmS≤8mm

h=40mm10mm≤S≤18mm

h=50mmS≥20mm

所以选择D内为1200mm，则h内为300mm，h=50mm，封头的展开尺寸为D0=1564mm，又由国标GB713-1997可知道有满足封头尺寸的钢材，所以封头可用一块钢板冲压成型。

其中筒体封头各项校核数据如下表锅筒凸形封头强度校核计算

P

MPa

P=Pg+ΔPa

2.94

Pa

MPa

P+0.1

3.04

Tbh

°C

233

Tb

°C

由Tb=Tbh（Tbh）

250

[σ]J

MPa

由焊接设计简明手册P145取20R刚26~36时T=250°去的许用压力[σ]J=101

101

η

由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是η=1

[σ]

MPa

[σ]=η*[σ]Jη=1

101

φ

mm

φ=400mm

400

ψ

表7中选择有孔，无拼接焊缝ψ=1-d/Dn由后面人孔选择时得d=φ400mm，Dn=1200计算的ψ=0.667

0.667

Y

[2+（）2]

1

S

mm

S=Sl-C=26.67-0=26.67

28

C

mm

C=C1+C2=0+0=0

0

Sy

mm

Sy=S-C=28-0=28

28

Sl

mm

Sl=

26.67

[P]

MPa

[P]===3.16

3.16

其中锅筒筒体允许的最小减弱系数等于封头最高允许工作压力[P]==3.16，最高允许压力[P]=3.16,＜Pa=3.04，所以凸形封头的压力强度合格。

锅筒筒体允许最小减弱系数为[ψ]==0.619，所以锅筒减弱系数ψ=0.7＞[ψ]=0.619，所以满足条件减弱系数合格。

管子的最高允许工作压力[P]=，所以蒸汽管的最高允许工作压力[P蒸]==39.312MPa﹥﹥工作压力P=3.04，所以蒸汽管符合工作条件。

同理可得水冷壁和下降管的最大允许工作压力均大于实际工作压力，也符合工作条件。

人孔和头孔尺寸设计及校核：

（1）、锅炉受压元件上，椭圆人孔不得小于280×380，由资料4查得法兰标准尺寸有φ400，则取对应大小φ400mm的圆孔为人孔；

（2）、锅炉受压元件上，手孔短轴不得小于80mm，由资料4查得法兰标准尺寸有φ100，则取φ100mm的手孔；

（3）、锅炉受压元件上，椭圆形头孔，尺寸不得小于220×320，由资料4查得法兰标准尺寸有φ350，则取φ350的头孔；

（4）、开φ400mm的人孔时，==2.35＜0.35，人孔边缘到封头边缘的距离最大可为：

（1200-400）/2=450,要求最小距离为0.1S=148mm所以满足条件；

（5）、φ400mm的人孔使用条件：

==0.25＞0.2，所以封头不能太偏，最好在正中间，避免大的弯曲应力；=0.02＜0.1，不能太厚，满足条件，避免内外温度应力；==0.333＜0.6，开孔直径不能太大，满足条件，保证街头的强度；

（6）、φ100mm的头孔使用条件：

==0.25＞0.2，所以封头不能太偏，最好在正中间，避免大的弯曲应力；=0.02＜0.1，不能太厚，满足条件，避免内外温度应力；==0.25＜0.6，开孔直径不能太大，满足条件，保证街头的强度.；

（7）、凸形封头的计算压力2.94MPa＜最高工作压力[P]=3.16，即P＜[P]，封头强度满足条件合格；

（8）、筒体筒体允许最小减弱系数[ψ]===0.64，封头减弱系数ψ=0.667＞0.64满足条件合格；

综上所述φ400mm的人孔，φ100mm的头孔均满足使用条件。

筒体的展开图如下图：

锅筒下降管在锅筒6点钟下方，给水管和水冷壁分别在通体3点和11点半方向，蒸汽管在筒体12点钟方向。

其中水冷壁管与水平夹角是30°，且向6点钟方向偏。

水冷壁管沿水平纵向均匀分布20根管。

给水管沿水平纵向均匀分布4根管。

水冷壁相邻两孔的截距t==4200/（20+1）=200mm，水冷壁t0=dp+2=51+2=401＞t=200mm，所以水冷壁等直径纵向相邻两孔的孔桥减弱系数按下式计算：

ψ=（s-d）/s=（200-51）/200=0.745。

给水管相邻两孔的截距t==4200/（4+1）=840mm，给水管t0=dp+2=75+2=75+350=425＜t=840，所以无需减弱系数；同理下降管和蒸汽管的两孔截距明显大于t0，所以都没有孔桥减弱系数。

纵向的蒸汽管和水冷管或给水管两类孔之间的最小截距分别为：

t1==906，t2==1073.1水冷壁的t01=dp+2=（140+51）/2+350=445.5mm＜t=906mm，给水管的t02=dp+2=（140+75）/2+350=457.5mm＜t=1073.1mm，所以均没有孔桥减弱系数。

同理下降管和蒸汽管和水冷管的之间也没有孔桥减弱系数。

锅筒筒体水压试验最高允许压力不许超过下列规定值：

Psw=0.45ψswσs其中β=1+=1.04σs=340MPaψsw中焊缝的减弱系数为Ψmin=ψh1×ψh2由表6取ψh1=0.9，ψh2=0.9所以Ψmin=0.81，孔桥减弱系数ψ=0.81，所以ψsw选取两者中最小值ψsw=ψ=0.745，所以计算得Psw=8.725MPa＞Pa=3.04MPa，满足使用条件，合格。

锅筒封头水压试验最高许用压力不许超过下列规定值：

Psw=0.9ψswσs其中β=1+=1.04常温下σs=340MPa

同筒体水压试验选取孔桥减弱系数ψ=0.745，焊缝的最小减弱系数Ψmin=0.81，所以ψsw选取两者中最小值ψsw=ψ=0.745，计算得Psw=9.2MPa＞Pa=3.04MPa，满足使用条件，合格。

筒体最大加强孔径计算的过程表格如下表：

P=Pg+ΔPa

2.94

Tbh

°C

由上的资料1查的数据Tbh=233

233

Tb

°C

由Tb=Tbh（Tbh≥250）

250

[σ]J

MPa

由焊接设计简明手册P145取20R钢26~36时T=250°去的许用压力[σ]J=101

101

η

η=1

[σ]

MPa

[σ]=η*[σ]Jη=1

101

Sl

mm

Sl=

26.67

C

mm

C=C1+C2+C3=0+0+3=3

3

Sy

mm

Sy=S-C=28-3=25

25

Dn

mm

给定

1200

Ψmin

==0.633

由于D0=8.1，其中==0.633，所以D0=8.1=187.13mm。

又由书P61的公式最大加强孔径使用条件：

DnSy≤130×103，[d]≤200mm；如果DnSy≥130×103或[d]＞200mm，则取DnSy=130×103，[d]=200mm，所以由以上计算可得D0=187.13＜[d],即取D0=187.13。

蒸汽管的直径：

φ=140+2×4=148＜187.13，所以满足条件无需加强；

水冷管的直径：

φ=51+2×2.5=56＜187.13，所以满足条件无需加强；

给水管的直径：

φ=75+2×3=81＜187.13，所以满足条件无需加强；

下降管的直径：

φ=120+2×5=130＜187.13，满足条件，无需要加强；

综上所述，所有的管均不需要加强。

由书P60可知，孔桥互不影响节距t0为401mm，对于孔桥节距小于的水冷壁管的减弱系数为0.745，此减弱系数与筒体的Ψmin比较，Ψmin＞t0=0.7，所以孔桥是安全的不需要采取加强措施。

由草图可知不同种类的焊缝有11种，如下草图

[σ]S

=[σ]S=0.9×101=90.9MPa

对接纵焊缝的强度校核公式为：

[σ]S

=[σ]S=0.9×101=90.9MPa

≈D0=1564mm，则封头所需钢材直径为1600mm的方形钢板；一块封头许用的钢材体积为：

V=2.8=71680cm3；

两块封头的质量为：

M=271680=1125376g≈1.13吨；

封头钢材费用：

W2=1.13=5537元。

M=≈=49005537+≈；12、《现代电弧焊接方法及设备》吴志生主编P126；

13、《弧焊电源及其数字化控制》黄石生主编附录AP276；

14、赵熹华主编《焊接检验》；

15、课程设计资料附录四；

16、国标GB50236—98；

17、国标JBT4709-2000P17表5常用钢的预热温度表；

18、国标GBT1240-2003P7表7焊接与热处理规范；

19、参考国标GBGB50236—98；

20、材料成型基础焊接工程概论P43焊接工艺参数；

21、20R钢材的密度可由

22、20R钢材的售价可由中国网库供应信息网顿；

23、

24、

25、

25、可查得20R钢材的密度为7.85g/cm3；

26、由