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1、夹套罐设计说明书 学院：山西大同大学工学院专业：材料成型及控制工程（焊接）班级：10 材料一班 姓名：王垠雨 指导教师：魏雷目 录1设计说明- 1 -1.1设备用途- 1 -1.2工作原理- 1 -1.3主要管口用途- 1 -2设计参数的选取- 2 -2.1设计压力- 2 -2.2设计温度- 2 -2.3材料的选择及许用应力确定- 2 -2.4焊缝系数- 3 -2.5附加厚度- 3 -3几何参数的确定- 3 -3.1描述设备的总体结构- 3 -3.2确定各封头参数- 4 -3.3罐体高度及设备容积- 4 -3.4夹套高度及传热面积的计算- 5 -3.5搅拌口法兰尺寸的确定- 6 -3.6窥镜规
2、格的确定- 6 -3.7其他法兰接口尺寸的确定- 7 -3.7.1蒸汽入口和疏水出口尺寸的确定- 7 -3.7.2进料口、出料口尺寸确定- 8 -3.7.3温度表、压力表尺寸确定- 8 -3.7.4安全阀尺寸确定- 9 -4罐体强度设计- 10 -4.1罐体筒体内压强度设计- 10 -4.2罐体封头内压强度设计- 11 -4.3罐体筒体外压稳定性设计- 12 -4.4罐体封头外压稳定性设计- 12 -5夹套强度设计- 13 -5.1夹套筒体内压强度设计- 13 -5.2夹套封头内压强度设计- 14 -6罐体与夹套连接处的剪切强度设计- 14 -6.1罐体质量计算- 14 -6.2罐体内介质质量
3、计算- 14 -6.3罐体上法兰及其他附属件质量计算- 15 -6.4总负荷计算- 15 -6.5焊缝连接处环形面积计算- 15 -6.6焊缝连接处剪切应力强度校核- 15 -6.7纵焊缝校核- 16 -6.8环焊缝校核- 16 -7开孔补强计算- 16 -7.1搅拌器连接口补强面积计算- 16 -7.2蒸汽入口补强计算- 17 -8水压实验压力确定- 17 -8.1罐体水压实验校核- 17 -8.1.1罐体筒体水压实验压力确定- 17 -8.1.2罐体封头在水压实验压力下的强度校核- 18 -8.1.3罐体筒体在水压实验压力下的稳定性校核- 18 -8.1.4罐体封头在水压实验压力下的稳定性
4、校核- 19 -8.2夹套水压实验校核- 19 -8.2.1夹套水压实验压力确定- 19 -8.2.2夹套封头在水压实验压力下的强度校核- 20 -9支座的选取- 20 -9.1容器总质量的计算- 20 -9.2支座选取- 21 -总 结- 22 -焊接工艺卡1- 23 -焊接工艺卡2- 24 -参考文献- 25 -1设计说明1.1设备用途压力容器泛指承受介质压力的密闭容器。本次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
5、渡结构与罐体连接。在罐体和夹套之间形成一个约50mm左右的间隔。1.2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。1.3主要管口用途 压力容器设备上共开有11个孔，连接有不同的接管。各管口的名称如表1.1所示： 表1.1设备管口表符号公称尺寸用途aDN搅拌器连接口bDN安全阀口cDN温度表口dDN压力表口eDN安全阀口fDN蒸汽入口gDN蒸气
6、入口hDN窥镜口iDN进料口jDN冷凝水出口kDN出料口2设计参数的选取2.1设计压力设计压力(P)：设定的容器顶部允许达到的最高表压力，它与相应的设计温度一起作为容器的设计载荷条件，其值不得低于工作压力(PPw)。设计压力P的选取：当容器上装有安全阀时，P，即取等于或略高于安全阀的开启压力。而取(1.051.10Pw)亦成立。 设计压力 P=这里K取1.10，罐内工作压力0.8MPa，夹套工作压力1.0MPa罐内设计压力 P=1.100.8=0.88MPa夹套的设计压力 P=1.101.0=1.10MPa2.2设计温度设计温度：容器在正常工作中，在相应设计压力下，壳壁或元件金属可能达到的最高
7、或最低温度(指温度0)。罐内的工作温度为100，夹套内的操作温度为饱和蒸汽温度。查饱和水蒸气表可知： ，则。夹套的设计压力 P=1.110.19716=11.21688查表得约为183.2。圆整后得=200。罐内的设计温度取100，夹套内的设计温度取200。2.3材料的选择及许用应力确定此夹套罐的材料选择0Cr18Ni9，选取该号钢材的厚度在4.516mm之间。依据钢板标准GB4238， 得，此号钢板在100时，在200时许用应力为。2.4焊缝系数焊缝系数表示由于焊接或焊缝中可能存在的缺陷对结构原有强度的削弱的程度。在本次设计中压力容器为钢制容器，且所有的焊缝均采用双面焊或相当于双面焊全熔透的
8、对接焊缝，和100%全部无损检测，由化工容器及设备简明设计手册，查表可得焊缝系数=1.0。2.5附加厚度附加厚度C=钢板负偏差C1+腐蚀余度C2，罐内公称直径500mm，夹套公称直径为600mm。罐体的圆筒壳1.95mm，查表得负偏差为0.18mm 夹套圆筒壳3.15mm，查表得负偏差为0.25mm, 腐蚀裕度取。所以此次设计中的罐体和夹套的厚度附加量均采用0.25+1=1.25mm3几何参数的确定3.1描述设备的总体结构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
9、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。如图3.1所示：图3.1设备结构简图3.2确定各封头参数罐体封头和夹套封头均采用标准椭圆形封头。罐体的公称直径为500mm，夹套的公称直径600mm。依据标准封头的标准JB/T4737-95和化工容器及设备简明设计手册，可选取封头各参数，如表3.1所示：表3.1罐体封头参数公称直径mm曲面高度mm直边高度mm内表面积容积罐体封头500125400.3330.0242夹套封头600150400.4640.03963.3罐体高度及设备容积罐体总高度包括筒体高度和封头高度，圆筒体高度按罐体直径的23倍确定。这里取罐体直径的2倍。圆筒体的高度
10、 式中 -圆筒体高度；Di-罐体直径罐体的总高度 H= 式中 -椭球封头曲面高度 -椭球封头的直边高度所以 圆筒体高度=2500=1000mm 罐体总高度H=1000+2（125+40）=1330mm 筒体的容积 =3.141=0.1963 筒体封头的体积 =0.0242。 罐的总体积 V=0.1963+20.0242=0.2447每部分高度如图3.2所示： h1h2H 图3.2罐高示意图3.4夹套高度及传热面积的计算根据酒精溶液的高度来确定夹套的高度，罐体酒精填充系数按0.8计算。实际夹套的焊缝高度比酒精液面高度低1020mm，这里取10mm。罐体内酒精溶液的高度=873.74mm，由于在罐
11、体和夹套之间形成一个50mm左右的间隔。所以计算夹套的高度是要加上这个间隔的宽度。夹套高度=酒精溶液高度-10+间隔的宽度=873-10+50=913mm传热面积按罐体内表面积计算=式中:-筒体表面积 -封头表面积=3.140.51=1.571，=0.333S=1.571+20.333=2.2373.5搅拌口法兰尺寸的确定依据化工容器及设备简明设计手册对搅拌器进行选型。DJ=0.25DN=0.25500=125mm，由此可选桨式直叶型搅拌器，搅拌器的直径为125mm，b=（0.10.25）DJ，h=（0.21）DJ，z=2，其中b为搅拌器的宽度，h为搅拌器离底的高度，z为桨叶数。这里取 b=0
12、.1 DJ=0.1500=50mm h=0.2 DJ=0.2 500=100mm 依据HG20593-1997，容器的设计压力为0.88MPa，选PN=1.0MPa，公称直径为125mm，所以法兰可选全平面型板式平焊钢管法兰。查表的PN=1.0MPa，Dn=125mm，法兰的数据如表3.2所示，具体标注如图3.3所示：表3.2 PN=1.0MPa板式平焊钢管法兰尺寸公称通径DNmm管子外径Amm连接尺寸法兰厚度Cmm法兰内径Bmm法兰理论重量（kg）法兰外径Dmm螺栓孔中圆直径K螺栓孔直径L mm螺旋孔数量n螺纹Th125133250210188M16221355.65图3.3板式平焊钢制管法
13、兰由于接管外径等于133mm，壁厚为4mm，假设接管长度为100mm，所以接管质量为1.272Kg。3.6窥镜规格的确定依据HGJ50286的标准，公称直径为125mm公称压力为1.0MPa，且介质浓度小于200时可采用一般压力容器视镜，视镜的规格如表3.3所示，各参数的示意图如图3.4所示：表3.3视孔尺寸公称直径mm公称压力MPaDmmmmmmmmHmm螺栓质量(kg)标准号数量直径碳素钢1251.022519040281058M1614.7HGJ502869图3.4一般压力容器视镜3.7其他法兰接口尺寸的确定3.7.1蒸汽入口和疏水出口尺寸的确定由于蒸汽入口的DN=40mm，疏水出口的DN=65mm，依据HG 20593-1997 板式平焊钢制管法兰可得蒸汽入口与疏水出口的尺寸如表3.4所示，由表可知蒸汽入口的外径为48.3mm，壁厚为3mm，
