化工容器部分答案

1、1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚5 n=22mm壁厚附加量为 C=2mm ,承受的最大气体压力 P=2MPa , 焊接接头系数=0.85,试求筒体的最大应力。解：已知 Di=2000mm ,5=22mm , C=2mm, P=2MPa, =0.85,5=22-2=20mm则所以筒体的最大应力为P Die2118.82Mpa2 2000 202 0.85 20118.82MPa提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时Pw=2MPa2.某化工厂反应釜,PwDi e2 2000 202 0.85 20118.82MPa内径为1600mm。工作温度为5C- 105 C,工作压力为1.

2、6MPa,釜体材料用 0Crl8Ni9采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。解：已知 Di=1600mm查附表6, 0Crl8Ni9在105C时的，其许用应力 o105=137MPa。查表10-9,采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取 =0.85 介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。因装安全阀， 取设计压力 P=1.1 X 1.6=1.76MPa。根据式（10-12）PcDi2 tPcC21.76 16002 137 0.85 1.7612.18 mm估计 5n=8-25mm。查表 10-10,取 C1=0.8mm。则 5 = 5+C1=12.18+0.8=12.

3、98mm，圆整后取 5 n=13mm3. 材料为20的无缝钢管，规格为 57X 3.5,求在室温和400C时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加 量和C=1.5mm两种情况计算。解：已知 D0=57mm , 5 n=3.5mm 则 Di=D0- 2 5 n=52 X 3.5=50mm 查附表 7, 20 钢管在室温时 a =130MPa,在400 C时的a 400=86MPa。无缝钢管1（1）不考虑壁厚附加量室温时Pw2 eDi e2 130 1 3.550 3.591053.517MPa400C 时Pw2 400Di2 86 1 3.550 3.560253.511.2MPa（2）考虑壁厚附

4、加量 室温时Pw2e2130 1 252010MPaDie50 252400C 时Pw2 400e2 86 1 23446.6MPaDie50 2524. 今欲设计一台反应器，直径为3000mm,采用双面对接焊缝，100%探伤。工作压力为1. 8MPa,工作温度450 C,试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。解：已知 Di=3000mm, t=450 C, Pc=1.1 x 1.8=1.98MPa,=1 , C2=2mm (腐蚀很小，取 1,腐蚀较严重，取2mm，一般单面腐蚀)(1) 采用20Rd 450C =61MPa,代入公式得钢板负偏差取PcDidt2PcC

5、1=1.2mm，圆整后 S n=50mncC21.8 30002 61 1 1.846.93mm(5 分)(2) 采用 16MnRd 450C=66MPa，代入公式得PcDi2 tPcC21.8 3000 22 66 1 1.843.47mm钢板负偏差取 C1=1.2mm，圆整后Sn=46mm比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。5. 乙烯贮罐，内径1600mm,壁厚16mm，设计压力为2. 5MPa,工作温度-35C，材料为16MnR。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C= 1.5m m,试校核强度。解：已知内径 Di=1600mm , Sn=16mm。影=S-C

6、=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR 在 20C时的许用应20 C力d =170MPa。取 =0.85。则设计温度下筒体的计算应力为：tPc(Die)2.5 (1600 14.5)4036.252 e2 14.529.20 d =0.85x 170=144.5MPa因 dv d20所以，容器的强度是足够的。6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm,设计压力1.8MPa,设计温度40 C,材质为20R,介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头的形式。解：已知 Di=1200mm, P=1.8MPa, 20R在 40 C时的许用应力0=133MPa

7、。C2=1mm。=1.0(1)设计筒体壁厚PcDi2 tPcC21.8 12002 133 1 1.89.18mm取 Ci=0.8mm。贝U金=&+Ci=9.18+0.8=9.98mm，圆整取 b=10mm（2）设计封头壁厚 选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同9.15mmPcDi厂1.8 1200dtC22 0.5pc2 133 1 0.5 1.8取C1=0.8mm （估计壁厚10mm）,圆整后取 Si=10mm，与筒体同。设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm,设计压力1.8MPa,设计温度40C，材质为20R,介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（1

8、5分）（20R在40 C下d=133MPa）解：已知 Di=1200mm， t=40 C， Pc=1.8MPa， q| 40C=133MPa，护1，O=1mm。（ 2 分）1.8 1200（1）设计容器筒体壁厚19.18mm （4 分）2 133 1 1.8PcDiCdtC22Pc钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后5n=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采 用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由 定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大

9、，制造较难，中、低压小设备不宜采 用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准 椭圆形圭寸头。（3分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：PcDi2 t 0.5 pcC2（4 分）把数据代入公式，得考虑钢板厚度负偏差，取1.8 12002 133 10.5 1.81.09.15mm（2 分）C1=0.8mm，圆整后用 S n=10mm7. 某工厂脱水塔塔体内径为 Di = 700mm。壁厚为Sn = 12mm，工作温度为180 C。压力为2MPa。材质为20R。

10、塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C= 2mm,试校核塔体工作与水压试验强度。解：已知 Di= 700mm,Sn = 12mm, C=2mm Se= Sn-C = 10mm, P=2MPa, 20R 在 180C时的许用应力捫=126.6Mpa，护0.8 （塔体内径小，只能单面焊），设计温度下塔体的计算应力为：tPc （Die）2 （700 10）1420 71MPa2 e2 1020（H180=0.8 X 126.6=101.3MPat180因bV妙寸所以，塔体的强度是足够的。水压试验时的试验压力Pt1.25P丫801.25 21332.63MPa126.6水压试验时的应力为93.4

11、MPaPt (Die)2.63 (700 10)T2 e21020R 的 bS=245MPa,0.9 b s=0.9 X 0.8 X 245=a76因 bT V 0.9 bs 故水压试验强度足够。复习内插法:180 150200150180 150180 150()132 (123 132)200 150200 150132 90.6 126.6【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为Sn=12mm，工作温度为t=180 C,工作压力为Pw=2MPa，材料为0Cr18Ni9,塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在 150 C 以下b=137

12、MPa，在 200 C 下b=130MPa，常温下 bS=240MPa）解：已知Di=700mm，设计温度t=180 C，设计压力 Pc=1.1 X 2=2.2MPa，壁厚沪12m m,材料许用应力b 180C=132.8MPa,焊接接头系数 =0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。根据水压试验应力公式Pt 1.25 p 一tpT Di ePt1371.25 2.22.8MPa132.83e= (Ji-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm代入得2.8700 11.2T88.9MPa2 11.20.9 s=0.9X 0.8X 240=172.8MPa（T v0.9 s水

13、压试验时满足强度耍求。8. 有一长期不用的反应釜，经实测内径为1200mm,最小壁厚为10mm,材质为Q235-A，纵向焊缝为双面对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压力，工作温度为 200C，介质无腐蚀性，装设安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。解：已知 Di=1200mm，“= 10mm，护0.85，P=1.1 X 仁 1.1MPa， d200=1O5MPa，C2=0，取 Ci=0.8mm，R= Ci C2=10-0.8=9.2mm。设计温度下反应釜的计算应力为：tPc(Die)1.1 (1200 9.2) 72.3MPa2 e2 9.2(H180=0.85X 105

14、=89.3MPat200因bV妙寸所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。9. 有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm,高7060mm,壁厚11mm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大允许外压力(许用外压)。(设计温度为200 Co )解：已知外径 Do=1580mm，L=7060mm，壁厚5n=11mm，设计温度t=200 C，设计温度下材料的弹性模量Et=184000MPa, C1=0.8mm，C2=0mm则釜体有效厚度6e= 8n- C1- C2=11 0.8- 0=10.2mm根据临界长度公式:Lcr 1.17D0因为L P。(3) 当 Sn=9mm 时L/Do=700/(10

15、00+2 X 9) =0.69Do/ =1018/8.2=124.15查图得，A=1.5 X 10一3 ,再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故B=67MPaP=B 腳Do=67/124.15=0.54MPa P。所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。另外，需要对 n=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。已知 Di=1000mm，Pc=1.1 X 0.5=0.55MPa, t=275C， Q=118MPa (内插法)，护0.8，e=6.4mm则tPc Die0.551000 6.443.24MPat 0.8 11894.4MPa2 e26.4所以,这台缩聚釜可以采用7mm

16、厚的0Cr18Ni9钢板制造2)设计夹套厚度已知Di=1200mm, Pc=1.1 X 0.3=0.33MPa,t=275 C,d=90MPa （内插法）,（j）=0.8,C2=0mmPcDi0.33 1200（2 分）dC202.76mm2 tPc290 0.8 0.33取 C1=0.22mm，圆整后 n=3mm所以，夹套厚度3mm12. 今有一直径为640mm，壁厚为4mm、筒长5000mm的容器，材料为 Q235-A，工作温度为200C，试问该容器能承受0.1MPa外压？如不能承受，应加几个加强箍？ 解：已知 Di=640mm，=4mm，L=5000mm，t=200 C，P=0.1MPa

17、，Et=1.86 X 105MPa，G=0.3mm，C2=2mm，200 C下 Q235-A （含碳量 L,故该容器为短圆筒1.17Do1.17 6486481.714802.12mm2.51.7 6480.022MPa 5000 648I 2.5Pcr2.59EtD 2.59 1.86 105L DoP 0 022P-0.0073MPam 3t2.52.59E D。e D。mp52 52.59 1.86 105 6481.7 648 .3 0.1366.82mm由于Pv p,容器不能承受0.1MPa外压，所以需要加加强箍n=5000/366.82 -仁 12.63# 13 个所以应该加13个

18、加强箍。13. 试设计一中间试验设备一一轻油裂解气废热锅炉汽包筒体及标准椭圆形封头的壁厚，并画出封头草图，注明尺寸。己知设计条件为：设计压力1.2MPa,设计温度为350 C,汽包内径450mm,材质为16MnR,筒体带垫板，单面对接焊缝，100%探伤。解：已知 P=1.2MPa，Di=450mm，假设厚度 6-16mm，16MnR 在 350 C时的许用应力50=134MPa，护0.9， C2=2mm 。d取C1=0.5mm，则取PcDi7pCS n=mmC215022 134 0.9 1.24.25mm椭圆形封头，整体冲压取 =1PcDi考虑钢板负偏差，并考虑焊接方便，取C21.2 4502 134 1 0.5 1.24.02mmSn=6mm与筒体同14. 试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为800mm，锥底接一公称直径 DN150（外径为159mm）的接管。锥底半顶角为45,釜的设计压力为1.6MPa,工作温度为40C，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材质为 Q235-A。解：由于半顶角a 30,所以锥体大端采用带折边的结构。折边内半径r=0.1