锅炉与压力容器,课程设计课程设计说明

1绪论压力容器泛指承受介质压力的密闭容器。

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。

在罐体和夹套之间形成一个50mm左右的间隔。

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，蒸汽冷凝成氺后从冷凝水出口流出。

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。

2设计参数的选取设计参数主要包括设计压力，设计温度，焊缝系数，材料的选用及许用压力，同时还包括厚度附加量的确定。

2.1设计压力由于在本次设计的容器上装有安全阀，通常设计压力为操作压力的1.05-1.10倍，在本次设计中采用1.1倍的操作压力，即罐内的设计压力为P=0.9*1.1=0.99 Mpa，夹套内设计压力为P=1.0*1.1=1.10 Mpa。

12.2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。

根据设计要求，在1.10Mpa条件下，饱和水蒸气的温度为184.1℃，因此，圆整后设计温度取为200℃。

22.3材料的选择及许用应力确定容器的材料选用碳素钢Q-235-B，使用状态热轧，厚度4.5-16mm的条件下，其在200℃，许用应力为105MPa3。

在常温状态下，其许用应力为113MPa。

屈服点σs=235Mpa。

2.4焊缝系数根据工艺要求，容器采用双面焊或相当于双面焊的全熔透对接焊，并采用大于20%的局部无损探伤。

所以，焊缝系数选取为0.854。

1《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P2482《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P2493《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P2524《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P2615《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P2522.5 厚度附加量厚度附加量，主要包括两部分1.C 1钢板负偏差（如表2.1所示）；C 2腐蚀裕度，C 1的选择主要与材料的厚度有关5。

表1.1 钢板厚度负偏差选择表罐的园筒壳：0.99800 4.52[]21050.850.99i tP D mm Pδσφ⋅⨯===-⨯⨯-查表得负偏差10.5C m m=夹套园筒壳： 1.1900 5.52[]21050.85 1.1i tP D mm Pδσφ⋅⨯===-⨯⨯-查表得负偏差10.5C m m=。

腐蚀裕度取mm C 12=。

此次设计中的罐和夹套的厚度附加量均采用1210.5 1.5C C C m m =+=+=3几何参数的确定夹套容器的几何参数的确定主要包括封头参数，罐体高度及体积，夹套高度以及传热面积，搅拌口法兰尺寸，视孔尺寸，其他法兰、接管尺寸的确定。

3.1封头参数的确定罐体封头为标准椭球形封头，其曲面高度h 1为内直径的四分之一。

h 1=Di/4=800/4=200mm,直边高度h 2=40mm 。

其内表面积为0.792㎡，容积为0.0871 m 33.2罐体高度及体积罐体高度包括高度和封头高度，圆柱体高度一般为内直径的2倍，即：11228001600H D m m=*=*=式中 H 1为圆柱体高度，mm ；D i 为罐体的直径，mm ；罐体的总高度为112H H h =+式中 h 1为椭球封头曲面高度，mm ；H 1为圆柱体的高度，mm ； 根据以上两个公式得罐体高度为2.0m查相应手册6得出圆柱体部分一米高的体积为0.636，则圆柱体部分体积10.636 1.60 1.0176V =*=3m，封头7的体积为0.08713m 。

罐体总体积为1.19183m 。

6 《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P 312 7《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P 3163.3夹套高度一般来讲，夹套的焊缝高度比液面高度低10mm 左右，酒精的填充系数为0.8，可求得酒精的最大体积为0.866343m ，则酒精在圆柱体内的液面高度为1.31m ，所以，夹套的圆柱部分高度为1.30m 。

夹套总高度为圆柱部分高度、封头部分高度与间隙之和为1.615m 。

因此，夹套封头选择标准椭球封头，封头尺寸为曲面高度1225h m m =，直边高度240h m m=，其内表面积210.880F m =，封头体积310.121V m =。

83.4传热面积传热面积是指夹套内的罐体表面积。

可知，一米高直径为800mm 的圆柱体表面积为2.51㎡，封头的表面积为0.792㎡。

所以：传热面积：21.30 2.510.792 4.055H S m =*+=。

3.5搅拌口法兰尺寸的确定搅拌器为直叶桨式，其桨叶直径一般为罐体直径的0.25-0.7倍，在本次设计中，选择桨叶直径为0.25倍的罐体直径0.258002000.2200400.52001002j D m m b m m h m m Z =*==*==*==因此，选取公称压力为 1.0MPa 下的法兰，其具体尺寸为公称通径250N D m m =，管子外径1273A mm=，法兰外径395D m m =，法兰螺孔中心圆直径350K m m =，螺孔直径22L m m =螺孔数量12n =，螺纹20h T M =，法兰8《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P 316内径1276B mm =，法兰厚度26C m m =，法兰理论重量为11.9k g 9。

管子的长度为100mm ，壁厚为3.5mm ，质量为0.462kg 。

103.6视口尺寸的确定窥视口处无接管及法兰。

选取公称直径为80N D m m =，公称压力为 1.0N a F M P =的视镜，质量为6.8㎏，其尺寸标准如下：112160,13036,24D m m D m m b m m b m m====视镜的型号为视镜 1.080501861IP N D N H G J --11。

3.7其他法兰、接口尺寸的确定 （1）安全阀口法兰尺寸确定安全阀是一种安全保护用阀，它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。

安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。

压力容器上的所有安全阀的总排量，必须大于等于压力容器的安全泄放量。

可知该容器的安全泄放量为2660 kg/h 。

/0.235(10.21)A G P K=**+ （3.3）式中 A 为安全阀的流通面积，24A dπ=mm 2；G 为安全阀排量，kg/h ；p 为安全阀入口蒸汽压力，MPa ；9《压力容器与化工设备实用手册》上册，P508 10 《压力容器与化工设备实用手册》上册，P 25 11《化工容器及设备简明设计手册》第二版，P 713K 为安全阀入口处蒸汽比容系数，查表的K=1；根据公式 2.3可求得安全阀的流通面积为926.28mm 2,可知安全阀的流通直径34.35mm 。

因此，安全阀采用A44Y-16C 型安全阀，安全阀法兰的尺寸选取如下：公称压力 1.6MPa ，公称通径50N D m m =，钢管外径157A m m =，法兰外径165D m m =，法兰内径159B m m =，法兰厚度20C m m =，法兰理论重量为20㎏，螺纹16h T M =，螺孔中心圆直径125K m m =，螺孔直径18L m m =，螺孔数量4n =。

管子的长度为100mm ，壁厚为 3.5mm ，质量为0.462kg 。

12（2）温度计口法兰尺寸确定温度计口选用的法兰尺寸如下：公称压力为1.0a P N M P =,公称通径10N D m m=，管子外径114A m m =，法兰外径90D m m =，法兰内径115B m m =，法兰厚度14C m m =，螺孔中心圆直径60K m m =，螺孔直径14L m m =，法兰理论重量为0.61kg 。

管子的长度为100mm ，壁厚为3mm ，质量为0.082k g 。

13（3）压力表口接管压力表口不需要法兰，压力表口为焊接的无缝钢管。

公称直径为25m m 管子外径A=32mm ，管子的长度为100m m ，壁厚为 3.5mm ，质量为0.246k g 。

14（4）出料口及进料口法兰尺寸确定根据出料口及进料口法兰公称直径为罐体内直径的十分之一左右，则选用的法兰尺寸如下：法兰的公称压力为 1.0N a P M P =，法兰公称通径80N D m m =，钢管外径189A m m =，法兰外径200D m m =，法兰内径191B m m =，法兰厚度20C m m =，螺孔直径18L m m =，螺孔中心圆直径160K m m =，法兰理论重量为3.59kg 。

15管子的长度为100mm ，壁厚12 《压力容器与化工设备实用手册》上册，P25 13 《压力容器与化工设备实用手册》上册，P25 14 《压力容器与化工设备实用手册》上册，P25 15《压力容器与化工设备实用手册》上册，P508为4mm ，质量为0.84kg 。

16（5）水蒸气的入口法兰尺寸的确定水蒸气的入口法兰尺寸如下：法兰公称压力为 1.0N a P M P =，公称通径100n D mm =，管子外径1108A m m =，法兰外径220D m m =，法兰内径1110B m m =，法兰厚度22C m m =，螺孔直径18L m m =，螺孔中心圆直径180K m m=，法兰理论重量为4.57kg 。

17管子的长度为100mm ，壁厚为4.5m m ，质量为1.03k g 。

18（6）冷凝水出口法兰的尺寸确定 冷凝水出口法兰尺寸如下：法兰公称压力 1.0a PN M P =，公称通径100n D mm =，管子外径1108A m m =，法兰外径220D m m =，法兰内径1110B m m =，法兰厚度22C m m =，螺孔直径18L m m =，螺孔中心圆直径180K m m =，法兰理论重量为4.57kg 。