锅炉与压力容器,课程设计正文

摘要压力容器是各种承受气、液介质压力密闭容器的通称。

随着社会的进步，压力容器不仅承受介质压力，还常常承受介质不同温度及腐蚀的作用，在日常生活中压力容器在各方面中得到了广泛的应用。

但是压力容器在使用中易于发生各种事故，其中压力容器的爆炸事故常造成灾难性的后果。

本次课程设计中的压力容器是高效酒精回收装置中的夹套罐。

夹套罐由内外两个容器套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连接。

通过计算确定夹套罐的结构尺寸以及选择，并进行开口补强和水压试验，校核容器的强度，检验所选材料是否符合要求，以达到设计的目的。

最后通过用CAD制图，画出压力容器和法兰的总体结构，使设计的图样一目了然。

关键词：夹套罐；压力容器；椭球封头；强度；结构尺寸1设计说明本次课程设计中的压力容器是高效酒精回收装置中的夹套罐。

夹套罐就是在普通罐子四周和底部通过焊接包上一层,其间必须是空的,用以通蒸汽或冷却水，达到给罐子加温或冷却的目的.夹套罐工作原理：罐体盛装酒精溶液，罐体上部安装有搅拌装置，使酒精溶液在加热过程中得到均匀搅拌。

在内置容器上设置有进料口、出料口、搅拌器口、压力表口、安全阀口、观察口等工艺接口。

在夹套上设置两个蒸汽入口，夹套的下部设有一个冷凝水出口。

蒸汽进入夹套后，对罐体内的酒精溶液进行加热，蒸汽冷凝成水后从冷凝水出口流出。

夹套罐开孔状况：压力容器设备上共开有11个孔，连接有不同的接管。

a孔位于内置容器上封头的中心，用于连接搅拌器；b、e孔为安全阀孔，同样位于内置容器上封头上；c、d同样位于内置容器上封头上， c孔用于设置温度表，d孔用于设置压力表；f孔和g 孔位于夹套筒体上，是水蒸气的入口。

h孔位于罐体上，用于设置视镜。

i孔位于罐体筒体上，是进料口。

J孔位于夹套封头上，为冷凝水出口。

K孔位于罐体的下封头上，作为出料口。

表1.1主要工艺参数位置项目罐内夹套内参数介质酒精水溶液水蒸汽操作压力(Mpa) 0.40.5操作温度(℃) 100 饱和蒸汽温度公称直径（mm）9001000容积(m3) 1.144 0.151传热面积(m2 ) 5.97使用年限152设计参数选取2.1 设计压力设计压力：wP K P =当中低压容器上装有安全阀时，设计压力不小于工作压力的（1.05-1.1）倍，求得容器和夹套的设计压力分别为：罐内的设计压力:MPaP K P w 44.04.01.1=⨯==夹套内的设计压力：MPaP K P w 55.05.01.1=⨯==2.2 设计温度设计温度是指容器在正常工作中，在相应设计压力下，金属可能达到的最高或最低温度。

根据设计条件已知：罐内的工作温度为100℃，夹套内水蒸气的温度等于25.611055.0110cmkgfP =+⨯=+⨯，查表得1.161=d T ℃。

圆整后得170=d T ℃。

2.3 材料的选择及许用应力确定选择Q —235B 号钢，该号钢材厚度为 4.5—16mm ，钢材标准为G B3274，MPaMPa sb 235,375==σσ此号钢板在100℃时的许用应力MPab 113=σ，在200℃时许用应力为MPa105=σ2.4 焊缝系数的确定本次课程设计的夹套罐选择100%全部无损检测,双面焊。

焊接接头系数为1.0。

2.5厚度附加量确定罐的圆筒壳：mm PD P ti 89.144.01105290044.0][2=-⨯⨯⨯=-⋅=ϕσδ查表得负偏差mm C 18.01= 夹套圆筒壳：mm PD P ti 63.255.011052100055.0][2=-⨯⨯⨯=-⋅=ϕσδ查表得负偏差mm C 2.01=。

腐蚀裕度取mm C 12=。

在考虑材料机械强度的最小壁厚外，考虑材料的负偏差及介质的腐蚀性，加工减薄量及使用寿命等因素再增加的壁厚量以确保实际工程中的安全可靠。

所以，罐和夹套的厚度附加量均采用mm C C C 2.112.021=+=+=3几何参数确定3.1设备的总体结构该设备由罐体和夹套两部分组成，底部采用支撑式支座。

由内外两个容器套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连接。

在罐体和夹套之间形成一个50mm 左右的间隔。

3.2罐体封头各参数罐体上有一法兰，采用标准椭球封头。

已知罐内径mm D i 900=，经查表得，曲面高度mm h 2251=，直边高度mm h 402=，内表面积21880.0m F =，容积31121.0m V =。

3.3罐体的高度及容积根据罐的内径,900mm D i =取筒体高度mm h 1800=，求得筒体的体积hr V 22π==3.14=⨯⨯8.145.02 1.1443m 。

罐体的总体积122V V V +==1.144+2=⨯121.0 1.3863m 。

设计的罐体高度与罐体公称直径的长度之比为2。

罐体的高度等于筒体的高度加上两个封头的高度，封头的高度等于曲面高度加上直边高度。

所以罐体高度的计算公式如下：)(221h h D H i n ++= （3.1） 式中：n D -罐体的公称直径；i h -罐体封头的曲面高度； h-罐体封头的直边高度。

)40225(29002+⨯+⨯=H =2330mm3.4夹套的高度计算首先确定罐体内成装的酒精溶液的高度，根据酒精溶液的高度来确定夹套的高度。

通常夹套的高度都要比筒体内液体的高度略低（10～20㎜），本次课设中取其高度20㎜。

罐的充装系数为0.8，所以罐内体积为：3'119878.0121.08.0386.18.0m V V V =-⨯=-⨯=酒筒体内酒精高度：m h h rV h 82.1265.045.09878.02212=+⨯=++=ππ酒酒所以夹套筒体高度：mm h h 180020182020'=-=-=酒夹套封头选择标准椭球封头，封头具体尺寸为：曲面高度mm h 2501=，直边高度,252mm h =内表面积2116.1m F =，容积3151.0m V =由于间隙50m m ，所以夹套整体高度为mm 1850501800=+ 传热面积计算：2'197.58.145.0288.02m rh F S H =⨯⨯⨯+=+=ππ3.5 搅拌口法兰尺寸确定根据夹套罐罐体公称直径选择相应的搅拌器及相关数据，搅拌器的型式选桨式直叶。

21803605.0)1~2.0(723602.0)25.0~1.0(3609004.0)75.0~25.0(==⨯===⨯===⨯==Z mm D h mm D D mm D D j j j N j因为搅拌口开口要比结构参数大10㎜，所以搅拌口开口为370㎜。

因为MPa P 44.0=，为了保证安全，故MPa P N 0.1=，根据法兰标准JB ∕T81-1994，搅拌口法兰尺寸确定为：法兰的管子外径A 为89㎜，法兰厚度20mm,法兰内径B 为91㎜，公称直径为80 mm,法兰理论质量为3.24㎏。

3.6窥镜规格的确定选取公称直径mm D N 100=，公称压力MPa P N 0.1=的视镜。

根据标准HGJ 502—86，可列出表3.1：表3.1 窥镜规格DD 1b 1b 2d H ⨯ ShH 1螺栓质量(kg)标准号数量直径碳素钢Ⅰ不锈钢Ⅱ 200 1652626108⨯4801428M1610.9HGJ502—86—7HGJ502—86—17 3.7其他法兰接口尺寸的确定1温度表尺寸确定根据法兰标准JB ∕T 81-1994，温度表口法兰的公称直径是10㎜，法兰理论重量是0.55㎏。

接管的管子外径是14㎜，接管壁厚3㎜，接管理论质量为0.814㎏/m,接管长度为100㎜，所以接管质量为0.0814㎏。

2压力表尺寸确定根据法兰标准JB ∕T 81-1994，压力表口螺母规格M14×1.5，管子外径为25mm ，管长为100㎜，接管壁厚4㎜，接管理论质量为2.07㎏/m.法兰的外径为90mm ，厚度为16mm ，理论质量为0.87kg/m 。

安全阀尺寸确定3进、出料口尺寸确定根据法兰标准JB ∕T 81-1994，进料口和出料口的开孔直径大概为罐内公称直径的1/10左右，所以取进、出料口的开孔直径为100㎜，选管子的外径为108㎜，接管壁厚4㎜，接管理论质量为10.26㎏/m ，接管长度为100㎜，所以接管的总质量为1.026㎏。

进料口法兰外径A 为220㎜，法兰内径B 为110㎜，螺栓孔中心圆直径K 为180㎜，螺栓孔直径L 为18㎜，螺栓数量n 为8，螺栓为M16，密封面尺寸d 为155㎜，密封面尺寸f 为3㎜，法兰厚度C 为22㎜，法兰理论重量4.01㎏。

型号：MPa P mm D N N 0.1,100==。

4蒸汽入口尺寸确定根据法兰标准JB ∕T 81-1994，蒸汽入口公称通径是150mm ，选接管的外径是159，厚度是6 mm ，法兰内径B 为161mm, 法兰外径D 为285mm, 螺栓孔中心圆直径K 为240㎜，螺栓孔直径L 为23㎜，螺栓数量n 为8，螺栓为M20，密封面尺寸d 为210㎜，密封面尺寸f 为3㎜，法兰厚度C 为24㎜，法兰理论重量6.67㎏。

型号：MPa P mm D N N 0.1,150==。

5冷凝水出口尺寸确定根据法兰标准J B ∕T81-1994，冷凝水出口的公称通径为80mm ,可以确定冷凝水出口开孔直径是100mm ，选接管的外径是89mm ，厚度是4mm ，接管理论质量为8.38㎏/m ，长度L=100mm,所以接管总质量为0.838kg 。

法兰内径B 为91mm, 法兰外径D 为200mm, 螺栓孔中心圆直径K 为160㎜，螺栓孔直径L 为18㎜，螺栓数量n 为4，螺栓为M16，密封面尺寸d 为135㎜，密封面尺寸f 为3㎜，法兰厚度C 为20㎜，法兰理论重量3.24㎏。

型号：MPa P mm D N N 0.1,80==。

6安全阀口尺寸确定本容器采用A28H-16型微启式安全阀，根据罐体设计压强和传热面积可查出该容器的蒸汽耗量是98.2h t /。

根据公式其中MPa P K 44.0,1== A-接管口横截面积；23101)144.02.10(235.01098.23≈⨯+⨯⨯⨯=A 2mmmm Ad A d 54231044,42≈⨯===πππ选接管的外径是38mm ，厚度是6mm ，接管理论质量为4.74㎏/m ，L=100mm.法兰内径B 为39mm, 法兰外径D 为140mm, 螺栓孔中心圆直径K 为100㎜，螺栓孔直径L 为18㎜，螺栓数量n 为4，螺栓为M16，密封面尺寸d 为78㎜，密封面尺寸f 为2㎜，法兰厚度C 为16㎜，法兰理论重量 1.4㎏。