锅炉锅筒设计说明书.docx

锅炉汽包设计说明书前言由于Pe=2.8MPa可知Pe3.8MPa，是低压锅炉。低压锅炉可以用20R 即是Q345R钢，是钢板中的一大类容器板，具有特殊的成分与性能，主要用于做压力容器使用，针对用途，温度，耐腐的不同，所应该选用的容器板材质，也不尽相同特点：Q345R钢是屈服强度s为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345(16Mn)钢，除抗拉强度、延伸率要求比Q345(16Mn)钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。Q345R钢中可添加铌，钒，钛元素，其含量应填写在质量证明书中，上述3个元素含量总和应分别不大于0.050%、0.10%、0.12%。综上所述，对于该课程设计选择Q345R的刚擦既满足使用条件。由国标GB 713-1997中可知公称厚度范围是6-150，宽度范围是650-3800.20R钢的化学成分、力学性能和冷弯性能、高温屈服强度、需用应力如下表：有上述数据可知选材满足设计使用条件。锅炉个给想尺寸及其计算如下表：名称符号单位计算公式或来源计算值取用值设计规范额定蒸发量Zt/h给定30额定工作压力PeMPa给定2.8公称直径Dnmm给定1200计算压力额定压力PeMPa给定=2.82.82.8PaMPaPa=0.05Pe0.140.14PzMPa0（规定）00PazMPaPaz=0.01H=0.01 0.6=0.006(Pe+Pz+Pz) 0.03=0.0882,则取Paz=000工作压力PgMPaPg=Pe+Pe+Paz2.82.8计算压力PMPaP=Pg+Pa2.942.94绝对压力PaMPaP+0.13.043.04临界饱和温度TbhC233233计算壁温TbC由Tb= Tbh (Tbh）250250锅筒壁厚及长度基本许用应力JMPa由焊接设计简明手册 P145 取20R刚2636时T=250去的许用压力J =104101101许用应力MPa= *J 由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是=1101101减弱系数min参考焊缝和孔桥的最小减弱系数取0.70.7理论壁厚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锅筒长度LML=3.5Dn=3.5*1.2=4.24.24.2封头壁厚形状系数Y 2+()211封头减弱系数表7中选择有孔，无拼接焊缝=1-d/ Dn 由后面人孔选择时得d=400mm，Dn =1200计算的=0.6670.6670.65理论壁厚SlmmSl =26.6726.67附加壁厚CmmC=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蒸汽管计算壁温TbCTb=Tbh+10=233+10=243243250基本许用应力JMPa由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R刚616厚时T=250C时J=104110110许用应力MPa= *J 由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是=1 110110内径dzmmdz=2 z=30t/h=8.33m/s 取v=40m/s 由资料2的=14kg/m3137.65140减弱系数minmin=h1h2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝h1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板h2=0.850.810.81壁厚SzmmSz=2.514预留长度Lmm由书P54取L=3 dz414450水冷壁规格mm低压512.5（给定）512.5数量根蒸汽管截面积为水冷壁截面积的35%左右19.8820预留长度LmmL=351=155155200给水管计算壁温TbCTb=Tbh+10=233+10=243243250许用应力MPa由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R616厚时T=250C是J=110110110流速m/s=0.52 取=111kg/m3取水的密度1.01031.0103内径dgmmdz=2 数据的选取同dz73.8475减弱系数minmin=h1h2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝h1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板h2=0.850.810.81壁厚SgCSg =1.653预留长度LmmL=3 dg=375=225225250数量n根由书p54设计给水管为36个 取n=444下降管计算壁温TbC由Tb= Tbh (Tbh250 ）250250许用应力MPa由资料3焊接简明手册P145表4-35取20R刚616厚时T=250C是J=110110110数量n根取下降管为4跟4内径dxmm下降管的总截面=水冷壁管的总截面116.68120减弱系数minmin=h1h2由表6取有氩弧打底的单面焊接有坡口对接焊缝h1=0.9，单面对接焊缝带金属板垫板h2=0.850.810.81壁厚SxmmSg =4.425预留长度LMm70L=3 dx=3235=705705750人孔法兰公称直径D1Mm根据法兰标准及人孔条件选择D1=400400400法兰外圈直径D2Mm根据法兰标准选择D2=500500500连接凸面部分直径D3Mm由法兰标准选择D3=347347347法兰厚度d1mm有标准选择d1=25+507575头孔法兰公称直径D1Mm根据法兰标准及人孔条件选择D1=300300300法兰外圈直径D2Mm根据法兰标准选择D2=400400400连接凸面部分直径D3Mm由法兰标准选择D3=224224224法兰厚度d1mm有标准选择d1=37.5+4077.577.5有附录1及书P58可知选择椭圆形封头时D0=根据封头直边高度：h=25mm S8mm h=40mm 10mmS18mm h=50mm S20mm所以选择D内为1200mm， 则h内为300mm，h=50mm，封头的展开尺寸为D0=1564mm，又由国标GB 713-1997可知道有满足封头尺寸的钢材，所以封头可用一块钢板冲压成型。其中筒体封头各项校核数据如下表锅筒凸形封头强度校核计算PMPaP=Pg+Pa2.94PaMPaP+0.13.04TbhC233TbC由Tb= Tbh (Tbh ）250JMPa由焊接设计简明手册 P145 取20R刚2636时T=250去的许用压力J =101101由表4受压元件许用压力修正系数，取锅筒不受热是=1MPa= *J =1101mm=400mm400表7中选择有孔，无拼接焊缝=1-d/ Dn 由后面人孔选择时得d=400mm，Dn =1200计算的=0.6670.667Y 2+()21SmmS=Sl-C=26.67-0=26.6728CmmC=C1+C2 =0+0=00SymmSy =S-C=28-0=2828SlmmSl =26.67PMPaP=3.163.16其中锅筒筒体允许的最小减弱系数等于封头最高允许工作压力P=3.16，最高允许压力P =3.16, Pa=3.04，所以凸形封头的压力强度合格。锅筒筒体允许最小减弱系数为= =0.619，所以锅筒减弱系数=0.7= 0.619，所以满足条件减弱系数合格。管子的最高允许工作压力P=，所以蒸汽管的最高允许工作压力P蒸=39.312MPa工作压力P=3.04，所以蒸汽管符合工作条件。同理可得水冷壁和下降管的最大允许工作压力均大于实际工作压力，也符合工作条件。人孔和头孔尺寸设计及校核：（1）、锅炉受压元件上，椭圆人孔不得小于280380，由资料4查得法兰标准尺寸有400，则取对应大小400mm的圆孔为人孔；（2）、锅炉受压元件上，手孔短轴不得小于80mm，由资料4查得法兰标准尺寸有100，则取100mm的手孔；（3）、锅炉受压元件上，椭圆形头孔，尺寸不得小于220320，由资料4查得法兰标准尺寸有350，则取350的头孔；（4）、开400mm的人孔时，=2.350.35，人孔边缘到封头边缘的距离最大可为：(1200-400)/2=450,要求最小距离为0.1S=148mm 所以满足条件；（5）、400mm的人孔使用条件：=0.250.2，所以封头不能太偏，最好在正中间，避免大的弯曲应力；=0.020.1，不能太厚，满足条件，避免内外温度应力；=0.3330.6，开孔直径不能太大，满足条件，保证街头的强度；（6）、100mm的头孔使用条件：=0.250.2，所以封头不能太偏，最好在正中间，避免大的弯曲应力；=0.020.1，不能太厚，满足条件，避免内外温度应力；=0.250.6，开孔直径不能太大，满足条件，保证街头的强度.；（7）、凸形封头的计算压力2.94MPa最高工作压力P= 3.16，即PP，封头强度满足条件合格；（8）、筒体筒体允许最小减弱系数=0.64，封头减弱系数=0.6670.64满足条件合格；综上所述400mm的人孔，100mm的头孔均满足使用条件。筒体的展开图如下图：锅筒下降管在锅筒6点钟下方，给水管和水冷壁分别在通体3点和11点半方向，蒸汽管在筒体12点钟方向。其中水冷壁管与水平夹角是30，且向6点钟方向偏。水冷壁管沿水平纵向均匀分布20根管。给水管沿水平纵向均匀分布4根管。水冷壁相邻两孔的截距t=4200/(20+1)=200mm，水冷壁t0=dp+2=51+2=401t=200mm，所以水冷壁等直径纵向相邻两孔的孔桥减弱系数按下式计算：=（s-d）/s=(200-51)/200=0.745。给水管相邻两孔的截距t=4200/(4+1)=840mm，给水管t0=dp+2=75+2=75+350=425t=840，所以无需减弱系数；同理下降管和蒸汽管的两孔截距明显大于t0，所以都没有孔桥减弱系数。 纵向的蒸汽管和水冷管或给水管两类孔之间的最小截距分别为：t1=906，t2=1073.1水冷壁的t01=dp+2=（140+51）/2+350=445.5mmt=906mm，给水管的t02=dp+2=（140+75）/2+350=457.5mmt=1073.1mm，所以均没有孔桥减弱系数。同理下降管和蒸汽管和水冷管的之间也没有孔桥减弱系数。锅筒筒体水压试验最高允许压力不许超过下列规定值：Psw=0.45sws 其中=1+=1.04 s =340MPa sw中焊缝的减弱系数为min=h1h2由表6取h1=0.9，h2=0.9所以min =0.81 ，孔桥减弱系数=0.81，所以sw选取两者中最小值sw=0.745，所以计算得Psw=8.725MPaPa=3.04MPa，满足使用条件，合格。锅筒封头水压试验最高许用压力不许超过下列规定值：Psw=0.9sws 其中=1+=1.04常温下s =340MPa同筒体水压试验选取孔桥减弱系数=0.745，焊缝的最小减弱系数min =0.81，所以sw选取两者中最小值sw=0.745，计算得Psw=9.2MPaPa=3.04MPa，满足使用条件，合格。筒体最大加强孔径计算的过程表格如下表：P=Pg+Pa2.94TbhC由上的资料1查的数据Tbh=233233TbC由Tb= Tbh (Tbh250 ）250JMPa由焊接设计简明手册 P145 取20R钢2636时T=250去的许用压力J =101101=1MPa= *J =1101SlmmSl =26.67CmmC=C1+C2+C3 =0+0+3=33SymmSy=S-C=28-3=2525Dnmm给定1200min=0.633由于D0=8.1，其中=0.633，所以D0=8.1=187.13mm。又由书P61的公式最大加强孔径使用条件：DnSy130103，d200mm；如果DnSy130103或d 200mm，则取DnSy=130103，d =200mm，所以由以上计算可得D0=187.13d,即取D0=187.13。蒸汽管的直径：=140+24=148187.13，所以满足条件无需加强；水冷管的直径：=51+22.5=56187.13，所以满足条件无需加强；给水管的直径：=75+23=81187.13，所以满足条件无需加强；下降管的直径：=120+25=130187.13，满足条件，无需要加强；综上所述，所有的管均不需要加强。由书P60可知，孔桥互不影响节距t0为401mm，对于孔桥节距小于的水冷壁管的减弱系数为0.745，此减弱系数与筒体的min比较，mint0=0.7，所以孔桥是安全的不需要采取加强措施。由草图可知不同种类的焊缝有11种，如下草图S=S=0.9101=90.9MPa对接纵焊缝的强度校核公式为：S=S=0.9101=90.9MPa D0=1564mm，则封头所需钢材直径为1600mm的方形钢板；一块封头许用的钢材体积为：V=2.8=71680cm3；两块封头的质量为：M=271680=1125376g1.13吨；封头钢材费用：W2=1.13=5537元。M=49005537+ ；12、现代电弧焊接方法及设备吴志生主编P126；13、弧焊电源及其数字化控制黄石生主编附录AP276；14、赵熹华主编焊接检验；15、课程设计资料附录四；16、国标 GB 5023698；17、国标JBT4709-2000 P17表5常用钢的预热温度表；18、国标GBT1240-2003 P7表7焊接与热处理规范；19、参考国标GB GB 5023698；20、材料成型基础焊接工程概论P43焊接工艺参数；21、20R钢材的密度可由22、20R钢材的售价可由中国网库供应信息网 顿；23、24、25、25、 可查得20R钢材的密度为7.85g/cm3；26、由