塔设备设计包括工艺条件和机械条件两方面。本设计是在满足工艺条件的前提下,对塔设备进行结构设计、材料选择、部件设计选用、塔体强度及稳定性计算。
2 材料选择与结构设计
2.1塔体设计
2.1.1 圆筒与封头的材料选择
塔体[3]是塔设备的外壳,由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成,塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外,还应考虑风力、地震、偏心载荷的强度和刚度问题,以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响。本设备操作压力为2.16MPa,设计温度为80℃,介质为丙烯。根据该设计条件、材料的焊接性能、加工工艺性能以及经济合理性,在符合GB150.1~150.4-2011《压力容器》、 《HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定》、《GB 713-1997 锅炉用钢板》和《GB 6654-1996 压力容器用钢板》的规定下,所供选择的主要有Q345R、Q-235、15MnVR和15MnVNR等,经过计算验证并查钢材厚度标准后,使用15MnVNR型钢板符合现有的钢板厚度标准。
查标准GB 150.1~150.4-2011《压力容器》得15MnVNR材料在设计温度80℃下的许用应力 , , 。
2.1.2 圆筒壁厚的计算
该容器中的焊接采用双面焊对接接头,且焊缝局部无损检测,通过查阅GB 150.1-150.4-2011《压力容器》中相关焊接接头系数的规定可知,双面焊对接接头在局部无损检测时取焊接接头系数 。
按照GB 150.1-150.4-2011《压力容器》关于压力容器的规定,为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄,应考虑腐蚀裕量,具体规定如下:对有腐蚀或磨损的元件,应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量;容器各元件受到的腐蚀程度不同时,可采用不同的腐蚀裕量;介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器,腐蚀裕量不小于1mm。综合各方面条件本设计腐蚀裕量选取C2=1.5mm。在设计温度为80℃,设计压力为2.16Mpa,主要受到的是内压的作用。
设计压力计算:
(2.1)
取计算压力为:
(2.2)
圆筒计算厚度:
(2.3)
圆筒设计厚度:
(2.4)
钢板厚度负偏差按照GB150规定选取钢板15MnVNR厚度负偏差C1为1.0mm,所以厚度附加量
圆筒名义厚度:
(2.5)
所以圆整至钢材标准值取32mm
圆筒有效厚度:
(2.6)
计算容器操作状态下的计算应力:
(2.7)
所以合格。
圆筒体的最大允许工作压力:
(2.8)
所以合格。
2.1.3 封头壁厚的计算
由于设计压力为2.376MPa,设计温度为80℃,故在满足工艺条件前提下比较封头的制造难易程度、消耗材料情况、工艺上的合理性确定上下封头,均采用内径为公称直径的EHA型标准椭圆形封头。其特点是易于冲压成型,制造方便,是目前低压容器中应用较多的封头之一。焊接接头系数 ,腐蚀裕量C2 =1mm。
封头计算厚度:
(2.9)
封头设计厚度:
(2.10)
钢板厚度负偏差按照GB709规定选取钢板15MnVNR厚度负偏差C1为1.0mm,所以厚度附加量C=C1 + C2=2.5 mm
封头名义厚度:
(2.11)
圆整至钢材标准值取32mm
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