过程装备基础习题解答

1、14章习题解-CAL-FENGHAI-(202'第14章压力容器设计14-1某化工厂需设计一台液氨储槽，其内直径为2600mm,工作温度为- lCTC50°C,最高工作压力为，材料选用Q345R,若封头釆用椭圆形封头，试 设讣筒体与封头的厚度。解：（1）由题可知：所需设计的液氨储槽内径0=2600”“，工作温度为 -10°C50°C,设计压力的选取要视有无安全泄放装置而定。因题中未提有安 全泄放装置，则可按无安全泄放装置来设计，其设计压力应不低于最高工作压 力，取p=MPa： Lid于一般液氨储槽液柱静压力不高，可忽略不计，故取计算压 力 pc= MPa。

2、（2） III于液氨储槽材料选用Q345R,假定储槽片度范围为316mm,取 设计温度为50°C,查得材料的许用应力b= 189MP":考虑液氨对Q345R材 料有一定的腐蚀性，根据工作经验取腐蚀裕量C2 = 2mm :壳体采用采用双面焊 对接接头、100%无损探伤，则其焊接接头系数0 = 1.0根据圆筒厚度的设讣公式可得液氨储槽筒体的讣算厚度 p（D,1.7 x 2600J: =1 .75nim2b2x189x1.0-1.7由于Q345R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C? = 2mm ,故可选用 6n=15mm 的钢板，此厚度在假定的范围内，故计算有效。根据标

3、准椭圆形封头疗度的设计公式可得液氨储槽封头的计算厚度3 =严=， 2600_ = 11 如2b 0-0.5/?.2x 189x 1.0 0.5x 1.7由于Q345R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C2 = 2mm ,因此，封头也 可选用6n=15mm庁的钢板。应当指岀，这个厚度仅是满足承压强度要求所需的厚度，不是最终设计所 确定的片度。14-2设计一台不锈钢（06Crl9Nil0）制承压容器，最大工作压力为，装设 安全阀，工作温度为150°C,容器内直径为lm,筒体纵向对接焊缝采用双面焊 对接接头、局部无损检测，试确定筒体厚度。解：（1）由题可知：承压容器内直径0 =10

4、00”，工作温度为150°C,最高工作压力几=1.2MP“，由于承压容器装设安全阀，则其设计压力p=pw=X =MPa取设计压力p= MPa,计算压力pc= MPa。（2）由于承压容器材料选用06Crl9Nil0 ,假定其厚度范围为80mm,取 设计温度为150°C,查附录2得材料的许用应力考虑采用不锈 钢，取腐蚀裕量C, =0；筒体纵向焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数0 = 0.85。根据圆筒卑度的设计公式可得承压容器的器壁的讣算厚度r p（D,1.32x1000 r d = 、: =7.04mm2打2x111x0.85-1.32GB24511承压设

5、备用不锈钢钢板和钢带中对于热轧不锈钢厚钢板（公称厚 度N5mm）的负偏差规定为0.30mm,故可选用6n=7mm ,1?-的钢板（处F原假 设厚度范围内）。因此，为满足最大工作压力为的强度要求所需的该不锈钢制容器的筒体名 义厚度可确定为8mmo14-3试设i|-一圆筒形容器，已知圆筒的内直径Dj = 800mm,设计压力p = 3MPa,设计温度为100°C,材料选为Q245R,腐蚀裕量可取C2=2mm,试确 定：（1）筒体的厚度；（2）分别计算半球形封头、标准椭圆形封头、碟形封头的厚度，并将计算 结果进行比较。解：（1）由题可知：圆筒形容器内直径9=800”，设计温度为100

6、76;C, 设计压力p= 3 MPa,腐蚀裕量C? = 2mm ,可取计算压力pc= 3 MPa。（2）圆筒体厚度的确定山于圆筒体的材料选为Q245R,假定其厚度范围为316mm,查附录2得 材料的许用应力bJ=147MP"；选取筒体采用双面焊对接接头、局部无损检 测，则其焊接接头系数 = 0.85o根据圆筒体厚度的设计公式，可得其计算片度为:3 = 3X800= 9.72讪2打0-几2x147x0.85-3由于Q245R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C? = 2mm，故可选用6n=13mm （在原假设厚度范围内）厚的钢板。因此，满足承压要求的筒体名义 片度可确定为13m

7、m。（3）封头厚度的确定若采用半球形封头，山于其内径0 =800劲，故可整体冲压成型，则焊接接头系数 = 1.0,山于封头材料选为Q245R,假定其厚度范围为316mm,查附录2得材料的许用应力b=147 MPg ,根拯半球形封头厚度的设计公式，可 得其计算厚度为:J =響=3x800*10讪4b(p_p,4x147x1.0-3由于Q245R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量= 2mm，故可选用6n=7mm J赛的钢板。若采用标准椭圆形封头，山于其内直径0 =800劝，故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数0 = 10,山于封头材料选为Q245R,假定其厚度范圉为 316mm,查附录2得

8、材料的许用应力bj = 147MPa ,根据标准椭圆形封头片3x800度的设计公式，可得其计算厚度为:6 =°=八 '=&2 nun2【讨 0-0.5 亿 2xl47x 1.0 0.5x3由于Q245R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C = 2mm，故可选用6n=llmm厚的钢板（厚度处于原假设范圉内）。若采用标准碟形封头，由于封头材料选为Q245R,假定其厚度范围为3 16mm,查附录2得材料的许用应力a =47MPa ；由于其内直径0 =800讪,故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数0 = 1.0。根据标准碟形 封头厚度的设计公式一2刃0-0.5 化取

9、/?. = 0.9D： = 720" , r = 0.17 p = 136mm ,则代入标准碟形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为：MpR1.33x3x800 1Mnio =:= 10.9 min2b 0 0.5亿2x 147x 1.0 0.5x3山于Q245R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C? = 2mi"，故可选用 6n=14mm厚的钢板（厚度处于原假设范用内）。将上面各种封头的讣算结果列表比较如下:封头型式所需厚度（mm）爪位容积的表面积制造难易程度半球形封头7最小难椭圆形封头11次之较易碟形封头14与椭圆形封头接近较易山表可见，半球形封头单位容积的表面

10、积最小、壁厚最薄、最节省材料，但制 造困难。椭圆形封头材料的消耗，仅次于半球形，但制造容易，因此，综合比 较后选用椭圆形封头为宜。14-4试确定某一圆筒形容器的名义片度。已知该容器内直径为1600 mm, 计算压力为，设计温度为100°C,材料为Q345R,容器纵向对接焊缝釆用双面 焊对接接头、局部无损检测，腐蚀裕量为2mmo解：（1）由题可知：圆筒形容器内径卩=1600枷，设计温度为100。计算压力Pc= MPa,取腐蚀裕量C2 = 2mm ,山于焊缝采用双面焊对接接头、局 部无损探伤，则焊接接头系数0 = 0.85。由于封头材料选为Q345R,假定其厚度范围为316mm，查附录2

11、得材料 的许用应力刃=189MP“。（2）根据圆筒体厚度的设计公式，可得圆筒体的计算厚度为：5=0.2x1600 十 0”2打 0 一代 2x189x0.85-0.2由于Q345R钢板厚度负偏差Ci=0.30mm,腐蚀裕量C? = 2mm，故可初选用 6n=4mm片的钢板。另外，由于Q345R为低合金钢，根据GB150的规定，容器最小厚度Jmin > 3mm ,腐蚀裕量另加。因此，容器厚度应为：6»3 + 2 = 5曲，再考虑 厚度负偏差，故应选用6n=6mm用的钢板。综合考虑，可取其名义厚度为=6mm。14-5 材质为Q245R的反应釜内直径为1600 mm,正常操作压力为，

12、安 全阀的开启压力为，反应温度为200。介质有轻微腐蚀性，取C2=2mm,反应 釜纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，经检修实测最小厚度为 12 mm,试判断该反应釜能否继续使用解：反应釜材质为Q245R,在200°C下的许用应力焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数0 = 0.85。实测最小厚度为12 mm时，若继续使用，考虑2mm的腐蚀裕量，则有效片度6=10?,该反应釜在使用期内能够承受的最大压力山强度条件决定，即p(Di +6e)2 因此，在继续使用期内允许承受的最大工作压力为，所以该反应釜可以继续使 用。2x10x131x0.851600+10=

13、1.3&WP"14-6用0245R钢制造的圆筒形容器，其内直径为1600mm,长10000mm,两端为标 准椭圆形封头，直边髙度为40mm,在室温下真空操作，无安全控制装置，腐蚀裕量C2 = 2mmo试用图算法求筒体厚度。解：（1）假设筒体名义厚度戈=14“，题中已知C2=2 mm, Q245R钢板的Ci=0.30mm则有效厚度=14-0.30-2 = 11.7n/n , 筒体外径2=1600+2x14 = 1628zww ,筒体计算长度 L = 10080+ -x400 = 10347.7/n/n :设计外压p = Q.MPa.(2)计算 L/Do、D0/6e眯5牛罟5（3

14、）查图146得A«0.00011o S系数A査图147以得到系数B的值。山于AO.OOOll, A值落在温度材料线的左方，则外压应力计算系数（室温下Q245R 的弹性模量 E=2xlO5MPa)2 2B = AE = x 0.00011 x 2.0 x 10、= 14.67MPa3 3许用外压力=005MM139.15由于p v p且接近于/?,所选壁厚合适,即5n = 14mm。14-7某外压容器，其内直径为2000mm,筒体计算长度为6000mm,材料为Q245R,最髙操作温度为15CTC,最大压力差为，腐蚀裕MC2 = lmm.试用图算法求筒体厚度。解：（1）假设筒体厚度6=1

15、4加，题中已知C2=lmm, Ci=0.30mm,则有效厚度=14-0.30-1 = 12.7/?/? o 筒体外径 2=2000 + 2x14 = 2028?“ 计 算长度£ = 600077/77；设计外可取为p = 0A5MPa；弹性模量E = 2.0x105MP6/o(2)计算 L/Do、Do/6e(3)查图14-6得A «O.OOO23o由系数A查图14-7,以得到系数B的值。 由于A 0.00023值落在相应温度的外压应力汁算系数B曲线的直线部分，则外 压应力计算系数22B = -AE=-x 0.00023x 2.0 xlO5 = 30.7MP。33许用外压力由

16、于p < p且较为接近川，所选壁厚合适，即二呦。14-8 一圆筒形容器，苴外直径为1024mm,筒体讣算长度为6000mm,材料为Q245R,在室温下真空操作，无安全控制装置。试问有效厚度为12 mm时操作是否安全解：山题可知：容器外径Do= 1024/;/;/,有效厚度= 2mrn ,筒体计算长 度厶=6005"；室温下弹性模量E = 2.0xl05MPa。(1)计算 L/D。、D0/6e(2)查图146得A 0.00026o山系数A查图14-7,以得到系数B的值。山于40.00026值落在相应温度的外压应力计算系数B曲线的直线部分，则外 圧应力讣算系数22B = -AE =

17、 -x 0.00026x 2.0 x 10、= 34.7MM33许用外压力p = - = = 0.4 MPaL/D/ 85.33A山于真空容器可能承受的最大外压为0.1MP远小于许用外压的值，所以 操作是安全的。14-9有一外直径为1220 mm,计算长度为5000 mm的真空操作筒体，用有效厚度为4mm的Q345R钢板制造，是否能满足稳左性要求，可否采取其他措施解：山题可知：容器外径q =1220 ,有效片度=4/77/77 ,筒体计算长度厶= 5000”?。山于容器在室温下真空操作，弹性模量E = 2.0x105MP«o(1)计算 L/Do、D0/6e= 4.10,D°

18、 _ 1220= 305（2）查图246得系数A = 0.00006o由系数A查图以得到系数B的 值。由于A = 0.00006落在温度材料线的左方，则许用外压为2 x 0.00006 x 2.0xl053x305= 0.026 MPa山于此真空容器可能承受的最大外压为0.1MP-大于许用外压的值，所以 其稳定性不足。要通过增加厚度使其达到稳定性的要求，则卑度的增加值会比 较大，不太经济；通过在该圆筒的外部或内部设置加强圈的方式来使其达到稳 定性要求，是经济而有效的措施。14-10 一减圧塔内直径为2400 mm，塔体长度为18000 mm,采用标准椭圆 形封头。设计温度为150°C,设计压力为300mmHg柱（），塔体和封头的材料 均为Q245R,试确定塔的厚度（假设无加强圈）。解：采用图解法来计算塔体的有效厚度。（1）假设筒体有效片度,筒体外径按2428mm来考虑，采用标准椭圆形封头，其直直边长为40mm,则圆筒计算长度L = 18080+ 2x1/3x600 = 18480?/?（2）计算 L/