鍋爐鍋筒設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、鍋爐汽包設(shè)計(jì)說(shuō)明書前言由于Pe=2.8MPa可知Pe3.8MPa，是低壓鍋爐。低壓鍋爐可以用20R 即是Q345R鋼，是鋼板中的一大類容器板，具有特殊的成分與性能，主要用于做壓力容器使用，針對(duì)用途，溫度，耐腐的不同，所應(yīng)該選用的容器板材質(zhì)，也不盡相同特點(diǎn)：Q345R鋼是屈服強(qiáng)度s為340MPa級(jí)的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于低合金高強(qiáng)度鋼板Q345(16Mn)鋼，除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比Q345(16Mn)鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性。它是目前我國(guó)用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。Q345R鋼中可添加鈮，釩，鈦元素，其含量應(yīng)填寫在質(zhì)量證明書中，上

2、述3個(gè)元素含量總和應(yīng)分別不大于0.050%、0.10%、0.12%。綜上所述，對(duì)于該課程設(shè)計(jì)選擇Q345R的剛擦既滿足使用條件。由國(guó)標(biāo)GB 713-1997中可知公稱厚度范圍是6-150，寬度范圍是650-3800.20R鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能和冷彎性能、高溫屈服強(qiáng)度、需用應(yīng)力如下表：有上述數(shù)據(jù)可知選材滿足設(shè)計(jì)使用條件。鍋爐個(gè)給想尺寸及其計(jì)算如下表：名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源計(jì)算值取用值設(shè)計(jì)規(guī)范額定蒸發(fā)量Zt/h給定30額定工作壓力PeMPa給定2.8公稱直徑Dnmm給定1200計(jì)算壓力額定壓力PeMPa給定=2.82.82.8PaMPaPa=0.05Pe0.140.14PzMPa0（規(guī)定）0

3、0PazMPaPaz=0.01H=0.01× 0.6=0.006(Pe+Pz+Pz) ×0.03=0.0882,則取Paz=000工作壓力PgMPaPg=Pe+Pe+Paz2.82.8計(jì)算壓力PMPaP=Pg+Pa2.942.94絕對(duì)壓力PaMPaP+0.13.043.04臨界飽和溫度Tbh°C233233計(jì)算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh）250250鍋筒壁厚及長(zhǎng)度基本許用應(yīng)力JMPa由焊接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) P145 取20R剛2636時(shí)T=250°去的許用壓力J =104101101許用應(yīng)力MPa= *J 由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)

4、，取鍋筒不受熱是=1101101減弱系數(shù)min參考焊縫和孔橋的最小減弱系數(shù)取0.70.7理論壁厚SlmmSl =24.7324.73附加壁厚CmmC=C1+C2+C3 =0+0+3=333取用壁厚SmmS=Sl+C=24.73+3=27.7327.7328有效壁厚SymmSy=S-C=28-3=252525鍋筒長(zhǎng)度LML=3.5Dn=3.5*1.2=4.24.24.2封頭壁厚形狀系數(shù)Y 2+()211封頭減弱系數(shù)表7中選擇有孔，無(wú)拼接焊縫=1-d/ Dn 由后面人孔選擇時(shí)得d=400mm，Dn =1200計(jì)算的=0.6670.6670.65理論壁厚SlmmSl =26.6726.67附加壁厚C

5、mmC=C1+C2 =0+0=000取用壁厚SmmS=Sl-C=26.67-0=26.6726.6728有效壁厚SymmSy =S-C=28-0=282828蒸汽管計(jì)算壁溫Tb°CTb=Tbh+10=233+10=243243250基本許用應(yīng)力JMPa由資料3焊接簡(jiǎn)明手冊(cè)P145表4-35取20R剛616厚時(shí)T=250°C時(shí)J=104110110許用應(yīng)力MPa= *J 由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)，取鍋筒不受熱是=1 110110內(nèi)徑dzmmdz=2 z=30t/h=8.33m/s 取v=40m/s 由資料2的=14kg/m3137.65140減弱系數(shù)minmin=h1&

6、#215;h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對(duì)接焊縫h1=0.9，單面對(duì)接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81壁厚SzmmSz=2.514預(yù)留長(zhǎng)度Lmm由書P54取L=3 dz414450水冷壁規(guī)格mm低壓51×2.5（給定）51×2.5數(shù)量根蒸汽管截面積為水冷壁截面積的35%左右19.8820預(yù)留長(zhǎng)度LmmL=3×51=155155200給水管計(jì)算壁溫Tb°CTb=Tbh+10=233+10=243243250許用應(yīng)力MPa由資料3焊接簡(jiǎn)明手冊(cè)P145表4-35取20R616厚時(shí)T=250°C是J=110110110流速m/s=

7、0.52 取=111kg/m3取水的密度1.0×1031.0×103內(nèi)徑dgmmdz=2 數(shù)據(jù)的選取同dz73.8475減弱系數(shù)minmin=h1×h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對(duì)接焊縫h1=0.9，單面對(duì)接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81壁厚Sg°CSg =1.653預(yù)留長(zhǎng)度LmmL=3 dg=3×75=225225250數(shù)量n根由書p54設(shè)計(jì)給水管為36個(gè) 取n=444下降管計(jì)算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）250250許用應(yīng)力MPa由資料3焊接簡(jiǎn)明手冊(cè)P145表4-35取20R剛616厚時(shí)

8、T=250°C是J=110110110數(shù)量n根取下降管為4跟4內(nèi)徑dxmm下降管的總截面=水冷壁管的總截面116.68120減弱系數(shù)minmin=h1×h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對(duì)接焊縫h1=0.9，單面對(duì)接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81壁厚SxmmSg =4.425預(yù)留長(zhǎng)度LMm70L=3 dx=3×235=705705750人孔法蘭公稱直徑D1Mm根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)及人孔條件選擇D1=400400400法蘭外圈直徑D2Mm根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)選擇D2=500500500連接凸面部分直徑D3Mm由法蘭標(biāo)準(zhǔn)選擇D3=347347347法蘭厚度d1mm

9、有標(biāo)準(zhǔn)選擇d1=25+507575頭孔法蘭公稱直徑D1Mm根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)及人孔條件選擇D1=300300300法蘭外圈直徑D2Mm根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)選擇D2=400400400連接凸面部分直徑D3Mm由法蘭標(biāo)準(zhǔn)選擇D3=224224224法蘭厚度d1mm有標(biāo)準(zhǔn)選擇d1=37.5+4077.577.5有附錄1及書P58可知選擇橢圓形封頭時(shí)D0=根據(jù)封頭直邊高度：h=25mm S8mm h=40mm 10mmS18mm h=50mm S20mm所以選擇D內(nèi)為1200mm， 則h內(nèi)為300mm，h=50mm，封頭的展開尺寸為D0=1564mm，又由國(guó)標(biāo)GB 713-1997可知道有滿足封頭尺寸的鋼材，所以封

10、頭可用一塊鋼板沖壓成型。其中筒體封頭各項(xiàng)校核數(shù)據(jù)如下表鍋筒凸形封頭強(qiáng)度校核計(jì)算PMPaP=Pg+Pa2.94PaMPaP+0.13.04Tbh°C233Tb°C由Tb= Tbh (Tbh ）250JMPa由焊接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) P145 取20R剛2636時(shí)T=250°去的許用壓力J =101101由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)，取鍋筒不受熱是=1MPa= *J =1101mm=400mm400表7中選擇有孔，無(wú)拼接焊縫=1-d/ Dn 由后面人孔選擇時(shí)得d=400mm，Dn =1200計(jì)算的=0.6670.667Y 2+()21SmmS=Sl-C=26.67-0=2

11、6.6728CmmC=C1+C2 =0+0=00SymmSy =S-C=28-0=2828SlmmSl =26.67PMPaP=3.163.16其中鍋筒筒體允許的最小減弱系數(shù)等于封頭最高允許工作壓力P=3.16，最高允許壓力P =3.16, Pa=3.04，所以凸形封頭的壓力強(qiáng)度合格。鍋筒筒體允許最小減弱系數(shù)為= =0.619，所以鍋筒減弱系數(shù)=0.7= 0.619，所以滿足條件減弱系數(shù)合格。管子的最高允許工作壓力P=，所以蒸汽管的最高允許工作壓力P蒸=39.312MPa工作壓力P=3.04，所以蒸汽管符合工作條件。同理可得水冷壁和下降管的最大允許工作壓力均大于實(shí)際工作壓力，也符合工作條件。人

12、孔和頭孔尺寸設(shè)計(jì)及校核：（1）、鍋爐受壓元件上，橢圓人孔不得小于280×380，由資料4查得法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸有400，則取對(duì)應(yīng)大小400mm的圓孔為人孔；（2）、鍋爐受壓元件上，手孔短軸不得小于80mm，由資料4查得法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸有100，則取100mm的手孔；（3）、鍋爐受壓元件上，橢圓形頭孔，尺寸不得小于220×320，由資料4查得法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸有350，則取350的頭孔；（4）、開400mm的人孔時(shí)，=2.350.35，人孔邊緣到封頭邊緣的距離最大可為：(1200-400)/2=450,要求最小距離為0.1S=148mm 所以滿足條件；（5）、400mm的人孔使用條件：=0.

13、250.2，所以封頭不能太偏，最好在正中間，避免大的彎曲應(yīng)力；=0.020.1，不能太厚，滿足條件，避免內(nèi)外溫度應(yīng)力；=0.3330.6，開孔直徑不能太大，滿足條件，保證街頭的強(qiáng)度；（6）、100mm的頭孔使用條件：=0.250.2，所以封頭不能太偏，最好在正中間，避免大的彎曲應(yīng)力；=0.020.1，不能太厚，滿足條件，避免內(nèi)外溫度應(yīng)力；=0.250.6，開孔直徑不能太大，滿足條件，保證街頭的強(qiáng)度.；（7）、凸形封頭的計(jì)算壓力2.94MPa最高工作壓力P= 3.16，即PP，封頭強(qiáng)度滿足條件合格；（8）、筒體筒體允許最小減弱系數(shù)=0.64，封頭減弱系數(shù)=0.6670.64滿足條件合格；綜上所述

14、400mm的人孔，100mm的頭孔均滿足使用條件。筒體的展開圖如下圖：鍋筒下降管在鍋筒6點(diǎn)鐘下方，給水管和水冷壁分別在通體3點(diǎn)和11點(diǎn)半方向，蒸汽管在筒體12點(diǎn)鐘方向。其中水冷壁管與水平夾角是30°，且向6點(diǎn)鐘方向偏。水冷壁管沿水平縱向均勻分布20根管。給水管沿水平縱向均勻分布4根管。水冷壁相鄰兩孔的截距t=4200/(20+1)=200mm，水冷壁t0=dp+2=51+2=401t=200mm，所以水冷壁等直徑縱向相鄰兩孔的孔橋減弱系數(shù)按下式計(jì)算：=（s-d）/s=(200-51)/200=0.745。給水管相鄰兩孔的截距t=4200/(4+1)=840mm，給水管t0=dp+2=

15、75+2=75+350=425t=840，所以無(wú)需減弱系數(shù)；同理下降管和蒸汽管的兩孔截距明顯大于t0，所以都沒有孔橋減弱系數(shù)。 縱向的蒸汽管和水冷管或給水管兩類孔之間的最小截距分別為：t1=906，t2=1073.1水冷壁的t01=dp+2=（140+51）/2+350=445.5mmt=906mm，給水管的t02=dp+2=（140+75）/2+350=457.5mmt=1073.1mm，所以均沒有孔橋減弱系數(shù)。同理下降管和蒸汽管和水冷管的之間也沒有孔橋減弱系數(shù)。鍋筒筒體水壓試驗(yàn)最高允許壓力不許超過(guò)下列規(guī)定值：Psw=0.45sws 其中=1+=1.04 s =340MPa sw中焊縫的減弱

16、系數(shù)為min=h1×h2由表6取h1=0.9，h2=0.9所以min =0.81 ，孔橋減弱系數(shù)=0.81，所以sw選取兩者中最小值sw=0.745，所以計(jì)算得Psw=8.725MPaPa=3.04MPa，滿足使用條件，合格。鍋筒封頭水壓試驗(yàn)最高許用壓力不許超過(guò)下列規(guī)定值：Psw=0.9sws 其中=1+=1.04常溫下s =340MPa同筒體水壓試驗(yàn)選取孔橋減弱系數(shù)=0.745，焊縫的最小減弱系數(shù)min =0.81，所以sw選取兩者中最小值sw=0.745，計(jì)算得Psw=9.2MPaPa=3.04MPa，滿足使用條件，合格。筒體最大加強(qiáng)孔徑計(jì)算的過(guò)程表格如下表：P=Pg+Pa2.9

17、4Tbh°C由上的資料1查的數(shù)據(jù)Tbh=233233Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）250JMPa由焊接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) P145 取20R鋼2636時(shí)T=250°去的許用壓力J =101101=1MPa= *J =1101SlmmSl =26.67CmmC=C1+C2+C3 =0+0+3=33SymmSy=S-C=28-3=2525Dnmm給定1200min=0.633由于D0=8.1，其中=0.633，所以D0=8.1=187.13mm。又由書P61的公式最大加強(qiáng)孔徑使用條件：DnSy130×103，d200mm；如果DnSy130×

18、;103或d 200mm，則取DnSy=130×103，d =200mm，所以由以上計(jì)算可得D0=187.13d,即取D0=187.13。蒸汽管的直徑：=140+2×4=148187.13，所以滿足條件無(wú)需加強(qiáng)；水冷管的直徑：=51+2×2.5=56187.13，所以滿足條件無(wú)需加強(qiáng)；給水管的直徑：=75+2×3=81187.13，所以滿足條件無(wú)需加強(qiáng)；下降管的直徑：=120+2×5=130187.13，滿足條件，無(wú)需要加強(qiáng)；綜上所述，所有的管均不需要加強(qiáng)。由書P60可知，孔橋互不影響節(jié)距t0為401mm，對(duì)于孔橋節(jié)距小于的水冷壁管的減弱系數(shù)為0.745，此減弱系數(shù)與筒體的min比較，mint0=0.7，所以孔橋是安全的不需要采取加強(qiáng)措施。由草圖可知不同種類的焊縫有11種，如下草圖S=S=0.9×101=90.9MPa對(duì)接縱焊縫的強(qiáng)度校核公式為：S=S=0.9×101=90.9MPa D0=1564mm，則封頭所需鋼材直徑為1600mm的方形鋼板；一塊封頭許用的鋼材體積為：V=2.8=71680cm3；兩塊封頭的質(zhì)量為：M=271680=1125376g1.13噸；封頭鋼材費(fèi)用：W2=1.13=553