1、安徽理工大學課程設計（論文）任務書 機械 院（部） 過控 教研室學號2010305705學生姓名李智慧專業（班級）化工設備10-1題目臥式容器設計設計技術參數容器內徑Di=1800mm容器長度（不包括封頭）L=5000mm設計壓力P=0.25MPa設計溫度t=100°C物料腐蝕輕微，密度為1500kg/m3設計要求選擇材料，確定筒體厚度、封頭形式及厚度、支座計算及選擇工作量整理說明書一份,大概20頁左右注：可填寫說明書（論文）的字數要求或要完成的圖紙數量。工作計劃6.11 布置設計任務，查閱參考資料第18周 初步設計臥式容器總體結構第19周 支座的強度計算與選擇、整理說明書上交參考資

2、料鄭津洋 董其伍 過程設備設計化工設計手冊機械工程手冊指導教師簽字唐瓊教研室主任簽字 2012年6月目 錄一計劃任務書-1二目錄-2三概述-43.1容器的分類-43.2壓力容器的結構特點-53.3壓力容器筒體的結構型式-5四總體結構設計-94.1設計技術參數-94.2容器材料的選擇-94.3筒體壁厚設計-104.4封頭厚度設計-104.5鞍座結構設計-114.5.1容器總質量與支座反力計算-114.5.2鞍座的選型-124.5.3確定鞍座安裝位置-13五應力校核-135.1筒體的軸向應力驗算-135.1.1軸向彎矩-135.1.2軸向應力-145.1.3軸向應力校核-155.2鞍座處的切向剪應

3、力-155.3驗算筒體在支座橫截面上的周向應力-165.4鞍座尺寸校核-17六設計結果匯總表-18七參考文獻-20三概述壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業、能源工業、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完全不同生產工藝作用的內件。3.1容器的分類1.按壓力容器的設計壓力（p）劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力等級： (1)低壓(代號L) 0.1MPap<1.6MPa (2)中壓(代號M) 1.6MPap<10.0MPa (3)高壓(代號H) 10

4、.0MPap<100.0MPa (4)超高壓(代號U) p100.0MPa。 2.按工藝過程中的作用不同分為： （1）反應容器：用于完成介質的物理、化學反應的容器。 （2）換熱容器：用于完成介質的熱量交換的容器。 （3）分離容器：用于完成介質的質量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。 （4）貯運容器：用于盛裝液體或氣體物料、貯運介質或對壓力起平衡緩沖作用的容器。3.根據容器的壓力高低，介質的危害程度以及在生產過程中的重要作用，綜合地將容器分為三類。屬于下列情況之一者為一類容器:（1）非易燃或無毒介質的低壓容器； （2）易燃或有毒介質的低壓分離器的換熱容器。屬于下列情況之一者為二類容器：

5、（1）中壓容器；（2）劇毒介質的低壓容器；（3）易燃或有毒介質的低壓反應容器和儲運容器；屬于下列情形之一者為三類容器：（1）高壓、超高壓容器；（2）劇毒介質的中壓容器（3）易燃或有毒介質（4）中壓廢熱鍋爐或內徑大于1米的低壓廢熱鍋爐。3.2壓力容器的結構特點 一般承受內壓的容器，除球形容器外，大多是由筒體和封頭組成。筒體是圓筒形殼體，封頭則有多種型式，高壓容器多采用平板封頭；中、低壓容器的封頭除平板和半球型外，還有半橢圓形封頭，蝶形封頭，錐形封頭等。3.3壓力容器筒體的結構型式圓柱形容器是最常見的一種壓力容器結構形式，具有結構簡單、易于制造、便于在內部裝設附件等優點，被廣泛用作反應器、換熱器、

6、分離器和中小容積儲存容器。圓筒形容器的容積主要由圓柱形筒體(以下簡稱圓筒)提供。圓筒可分為單層式和組合式兩大類。單層式優點是結構簡單。但厚壁單層式圓筒也存在一些問題，主要表現在：除整體鍛造式厚壁圓筒外，還不能完全避免較薄弱的深環焊接和縱焊縫，焊接缺陷的檢測和消除均較困難；且結構本身缺乏阻止裂紋快速擴展的能力；大型鍛件及厚鋼板的性能不及薄鋼板，不同方向力學性能差異較大，韌脆轉變溫度較高，發生低應力脆性破壞的可能性也較大；加工設備要求高；為此，人們相繼研制了多種組合式圓筒。常見的有以下幾種：（1）多層包扎式 這是目前世界上使用最廣泛、制造和使用經驗最為豐富的組合式圓筒結構。筒節由厚度為1225mm

7、的內筒和厚度為412mm的多層層板兩部分組成，筒節通過深環焊縫組焊成完整的圓筒。為了避免裂紋沿厚度方向擴展，各層板之間的縱焊縫應相互錯開75°。筒節的長度視鋼板的寬度而定，層數則隨所需的厚度而定。制造時，通過專用裝置將層板逐層、同心地包扎在內筒上，并借縱焊縫的焊接收縮力使層板和內筒、層板與層板之間相互貼緊，產生一定得預緊力。每個筒節上均開有安全孔，這種小孔可使層間空隙中的氣體在工作時因溫度升高而排出；當內筒出現泄漏時，泄漏介質可通過小孔排出，起到報警作用。多層包扎式圓筒制造工藝簡單，不需要大型復雜的加工設備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴展的能力

8、，減少了脆性破壞的可能性，同時包扎預應力可有效改善圓筒的應力分布；對介質適應性強，可根據介質的特性選擇合適的內筒材料。但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長、效率低、剛板材料利用率低，尤其是筒節間對接的深環焊縫對容器的制造質量和安全有顯著影響。這是因為：無損檢測困難，環焊縫的兩側均有層板，無法使用超聲檢測，僅能依靠射線檢測；焊縫部位存在很大的焊接殘余應力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降，因而焊縫質量較難保證；環焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復雜。(2)熱套式 采用厚鋼板（30mm以上）卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒節，然后將外層筒節加熱到計算的溫度進行套合，冷卻收縮后便得到緊密貼合的厚壁筒節。熱套

9、式圓筒需要有較準確的過盈量，對卷筒的精度要求很高，且套合或組裝成整體容器后，需再進行熱處理以消除套合預應力及深環焊縫的焊接殘余應力。熱套式圓筒除了具有包扎式圓筒的大多數優點外，還具有工序少，周期短等優點。（3）繞板式繞板式圓筒由內筒、繞板層和外筒三部分組成。它是在多層包扎式圓筒的基礎上發展起來的，兩者的內筒相同，所不同的是多層繞板式圓筒是在內筒外面連續纏繞若干層35mm厚的薄鋼板而構成筒節，繞板層只有內外兩道縱焊縫。為了使繞板開始端與終止端能與圓筒形成光滑連接，一般需要有楔形過渡段。外筒作為保護層，由兩塊半圓或三塊“瓦片”制成。繞板式結構機械化程度高，制造效率高，材料的利用率也高（可達到90以

10、上）。但由于薄卷板往往存在中間厚兩邊薄的現象，卷制后筒節兩端會出現明顯的累積間隙，影響產品的質量。（4）整體多層包扎式整體多層包扎式是一種錯開環焊縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結構。它首先將內筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封頭，然后在整個長度上逐層包扎層板，帶全長度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二層，直至所需厚度。這種方法包扎時各層的環焊縫可以相互錯開，另每層層板的縱焊縫也錯開一個較大角度，是整個圓筒上避免出現深環焊縫。圓筒與封頭或法蘭間的環焊縫改為一定角度的斜面焊縫，承載面積增大，具有高的可靠性。（5）繞帶式繞帶式是一種以鋼帶纏繞在內筒外面獲得所需厚度圓筒的方法，主要有型槽繞帶式和扁平鋼帶

11、傾角錯繞式兩種結構形式。型槽繞帶式 是用特制的型槽鋼帶螺旋纏繞在特制的內筒上，內筒外表面上預先加工有與鋼帶相齒合的螺旋狀凹槽。纏繞時，鋼帶先經電加熱，再進行螺旋纏繞，繞制后依次用空氣和水進行冷卻，使其收縮產生預緊力，可保證每層鋼帶貼緊；各層鋼帶之間靠凹槽和凸肩相互齒合，纏繞層能承受一部分由內壓引起的軸向力。這種結構的圓筒具有較高的安全性，機械化程度高，材料損耗少，且由于存在預緊力，在內壓作用下，筒壁應力分布較均勻。但鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求嚴，技術要求高；為保證鄰層鋼帶能相互齒合，需采用精度較高的專用纏繞機床。扁平鋼帶傾角錯繞式 這是中國首創的一種新型繞帶式圓筒。內筒厚度約占總厚度的

12、，采用簡單的“預應力冷繞”和“壓棍預彎貼緊”技術，以相對于容器環向15°30°傾角在薄內筒外交錯纏繞扁平鋼帶。鋼帶寬約80160mm、厚約416mm，其始末兩端分別與底封頭和端部法蘭相焊接。大量的實驗研究和長期使用實踐證明，與其他類型厚壁圓筒相比，扁平鋼帶傾角錯繞式圓筒結構具有設計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監控容易等優點。四總體結構設計4.1設計技術參數：容器內徑Di=1800mm容器長度（不包括封頭）L=5000mm設計壓力P=0.25MPa設計溫度t=100°C物料腐蝕輕微，密度為1500kg/m34.2容器材料的選擇此設計選用A3R型號的鋼板，查化工

13、容器及設備【1】附錄二，可知： 在設計溫度t=100，圓筒的厚度在616mm時：，許用應力： 在設計溫度t=100，圓筒的厚度在1736mm時：。，許用應力：4.3筒體壁厚設計1.已知參數:筒體內徑：Di=1800mm，設計溫度t=100°C采用雙面對接焊，局部無損檢測：計算壓力：圓筒的厚度在616mm時，許用應力：取鋼板厚度負偏差：腐蝕裕量：2.筒體壁厚設計計算壁厚 設計壁厚 名義厚度 ，圓整為6mm。有效厚度 對于碳素鋼、低合金鋼制的容器，規定不包括腐蝕裕量的最小厚度應不小于3mm，若加上2mm的腐蝕裕量，名義厚度至少應取5mm。由鋼材標準規格，名義厚度取為6mm。3檢查，沒有變

14、化，故取名義厚度6mm合適。4.4封頭厚度設計1.選用標準橢圓形封頭，長短軸比值為2，標準橢圓形封頭計算公式 選自過程設備設計【2】 式中： 形狀系數，對標準橢圓形封頭； 焊封系數。2.封頭厚度設計 計算壁厚 設計壁厚 名義厚度 ，圓整為6mm。有效厚度 3. 校核封頭的最小厚度：0.15%×Di=0.15%×1800=2.7mm<n，故取名義厚度滿足要求。4.參考JB1154-73,取封頭的直邊高度：，標準橢圓形封頭的曲面高度：4.5鞍座結構設計4.5.1容器總質量與支座反力計算容器總質量為：筒體的質量：Di=1800mm，, L=5000mm的筒節所以：封頭的質量

15、：Di=1800mm，的 橢圓形查JB-T4746-2002鋼制壓力容器用封頭得封頭其質量為，所以 容器充滿液態介質時液態介質的質量：筒體的總容積：查JB-T4746-2002鋼制壓力容器用封頭【3】得封頭的容積：容器的總容積：所以：附件質量（估計）：取容器的總質量：作用于每個支座的重力，即支座反力為：4.5.2鞍座的選型根據JB/T4712-1992鞍式支座【4】選輕型帶墊板，120包角，焊制，四塊筋板。標記為：JB/T 4712-92 ，鞍座A1800-F，鞍座材料Q235-A-F.4.5.3確定鞍座安裝位置安裝在雙支座上的臥式設備其情況與雙支點梁相似。若梁的全長為L，支座最合理位置應該是

16、梁的外伸長度,這時跨間的最大彎矩與支座截面處的彎矩相等，故對于雙支點臥式設備，從理論上講，應取。但是，由于封頭的剛性大于筒體的剛性，封頭對筒體有局部加強作用，若支座靠近封頭，則可充分利用封頭的加強效應，此時最好取（為筒體與封頭的內徑），且不大于.因為：且所以取：A=450mm簡圖如下五應力校核5.1筒體的軸向應力驗算5.1.1軸向彎矩筒體長L=5000mm，A=450mm，封頭凸出部分高H=450mm，則 ，根據化工容器及設備式6-68、6-69、6-71計算系數，值： 鞍座截面處軸向彎矩： = = 跨中截面軸向彎矩： = = 5.1.2軸向應力通過彎矩計算可知跨中軸向彎矩遠大于鞍座處軸向彎矩

17、，而，可以不考慮鞍座處的“偏塌”現象，因此，只計算跨中截面的軸向應力即可。跨中截面最高點的軸向應力：式中：殼體有效厚度，mm ； 筒體與封頭的內徑，mm 。則： 跨中截面最低點的軸向應力：=5.1.3軸向應力校核A3R在設計溫度t=100時的許用應力>臨界許用壓力按化工容器及設備式5-22為： 因為：遠小于和所以：從驗算可以看出，軸向應力在許用范圍之內，滿足強度及穩定性的要求。5.2鞍座處的切向剪應力因,可認為鞍座靠近封頭，故封頭對鞍座處筒體有加強作用。根據公式計算切向剪應力。鞍座包角，查化工容器及設備表6-13得,。圓筒中的切向剪應力：封頭中的最大切向剪應力： 筒體中切向剪應力許用值

18、標準橢圓形封頭中由內壓引起的應力，可由橢圓封頭壁厚計算公式導出下式 封頭中的切向剪應力許用值取 故切向剪應力在許用范圍之內。5.3驗算筒體在支座橫截面上的周向應力鞍座包角120°時，查化工容器及設備表6-14，得，查JB/T4712-1992鞍式支座得鞍座寬度，鞍座板作為加強板使用，以筒體厚度與鞍座板厚度之和代替，故筒體最低點處最大周向壓縮應力公式應改寫成式中： 鞍座板厚度故 容器的筒體部分長度，所以取計算長度，同樣以代替，并以代替,則鞍座角邊處的周向壓縮應力為： 因為 所以，二者均滿足校核條件。到此為止，筒體與封頭均滿足校核條件的要求。5.4鞍座尺寸校核鞍座板寬度b已在驗算周向壓縮力時予以確定，腹板的寬度可按化工容器及設備式6-95進行校核。系數由化工容器及設備表6