过程设备设计课后习题答案

1、习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为 0.85MPa,设计温度为50C；圆筒内径 Di=1200mm , 对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃， 但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀， 腐蚀速率KW0.lmm/a,设计寿命B=20年。试在Q2305-A F、 Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。解：Pc=1.85MPa, Di=1000mm,（f）=0.85, C2=0.1 a0=2mm;钢板为 4.516mm 时，Q235-A 的 bt=113 MPa,查表 4-2, Ci=0.8mm；钢板为 676mm 时,16M

2、nR 的=170 MPa,查表 4-2, Ci=0.8mm。材料为Q235-A时：pDtpC1 C29.724mm1.85 10009.724 0.8 2 12.524mm2 113 0.85 1.8514mm材料为16MnR 时:精选pD_tpC1 C26.443mm1.85 10006.443 0.8 2 9.243mm2 170 0.85 1.8510mm2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50c时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50c时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径Di=2600mm,筒长L=8000mm

3、 ;材料为16MnR,腐蚀裕量C2=2mm , 焊接接头系数4 =1.0,装量系数为 0.9。试确定：。1各设计参数；。2该容器属第几类压力容 器；多圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；0水压试验时的压力，并进行应力校核。解：0p=pc=1.1 1.62=1.782MPa , Di=2600mm, C2=2mm,（）=1.0,钢板为 616mm 时，16MnR 的bt= 170 MPa,（rs=345 MPa ,查表 4-2, C1二0.8mm。容积-Di2L 2.62 8 42.474m3, pV 1.782 42.474 75.689MPa m344中压储存容器，储存易燃介质，且 pV=

4、75.689MP a n3>10MPa - n3,属三类压力容器。 圆筒的厚度1.782 26002 170 1 1.6213.693mmpD2 t 0.5 p13.728mmC1 C2 13.693 0.8 2 16.493mm取 n 18mm标准椭圆形封头的厚度1.782 26002 170 1 0.5 1.62nC1 C2取 n 18mm13.728 0.8 2 16.528mm水压试验压力pT 1.25 p 1.25 1.782 2.228MPa应力校核Pt Die 2.2282600 18 2.83. TT-i- 191.667M Pa 0.9 s 0.9 345 310.5M

5、Pa2 e218 2.83.今欲设计一台乙烯精储塔。已知该塔内径Di=600mm,厚度8 n=7mm ,材料选用16MnR ,计算压力Pc=2.2MPa,工作温度t=-20-3C。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为 封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。解：钢板为 616mm 时，16MnR 的打=170 MPa,s=345 MPa,查表 4-2, C1=0.8mm ,取 C2=1.0mm , （|）=1.0半球形封头壁厚PcDit4Pc2.2 6004 170 1.0 2.21.947mm1.947 0.8 13.747mm取 n 7mm

6、标准椭圆形封头壁厚PcDi2.2 600t 3.895mm2 t 0.5 pc 2 170 1.0 0.5 2.23.895 0.8 15.695mm取 n 7mm标准碟形封头壁厚Ri 0.9Di 0.9 600 540mm,r 0.17Di 0.17 600 102mm314540, 1021.325MpcRi2 t0.5 pc4.645mm1.325 2.2 5402 170 1.0 0.5 2.2 4.645 0.8 1 6.445mm 取 n 7mm平盖封头厚度取表4 8序号5的结构形式，系数K 0.3I Kpc,0.3 2.2p DcJ600 37.385mmP 丫 t、170 1.

7、0查表4 2钢板厚度 3440时，C11.1mm37.385 0.8 1.139.285mm取 n 40mm从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。4. 一多层包扎式氨合成塔，内径Di=800mm,设计压力为31.4MPa,工作温度小于200C,内筒材料为16MnR,层板材料为16MnR,取C2=1.0mm ,试确定圆筒的厚度。解：钢板为 676mm 时，16MnR 的it= = ot = 170 MPa , s=345 MPa,查表 4-2, Ci=0.8mm ,M=1.0, e 0=0.9。为安全起见取4 =0.9,按中径公式计算：PcD31.4 8002 17

8、0 0.9 31.491.479mm13.6mm取6mm层板16层，内筒1层，共17层的总壁厚负偏差为17 0.891.479 13.6 1 106.079mm取 n 110mm5. 今需制造一台分储塔，塔的内径Di=2000mm,塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）L1=6000mm ,封头曲面深度 hi=500mm ,塔在370c及真空条件下操作， 现库存有8mm、 12mm、14mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。解：计算长度2hi2 500L L1- 6000 6333.333mm33查表4-2得：8mm、12mm、14mm钢板，C1=0.8mm ;取C2=

9、1mm。三种厚度板各自对应的 有效厚度分别为： 8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三种厚度板各自对应的 外径分别为：2016mm、2024mm、2028mmO8mm塔计算2016 6.2 325.161 20, L. D0查图4-6得：A2AEP 3D0 e0.00007;查图4-7得:2 0.00007 1.69 1053 325.1616333.333 2016 3.142_ _5 _E 1.69 105 MPa0.0243MPa 0.1MPa8mm钢板不能制造这台设备C212mm塔计算D0. e2024 10.2 198.431 20, L.

10、 D0 6333.333 2024 3.129查图4-6# : A 0.0001;查图4-7得：E 1.69 105MPa2AEP 3 D° e_52 0.0001 1.69 105 0.057MPa 0.1MPa3 197.64712mm钢板不能制造这台设备14mm塔计算D0 e2028 12.2 166.23 20, L. D0查图4-6得：A2AE p3D。 e0.00022;查图4-7得:2 0.00022 1.69 1053 166.236333.333 2028 3.123_ _5 _E 1.69 1 05 MPa0.149MPa 0.1MPa14mm钢板能制造这台设备6

11、.图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工 作压力pw=3.0MPa ,工作温度Tw=50 C,反应液密度p =1000kg/m3,顶部设有爆破片，圆筒内径Di=i000mm,圆筒长度 L=4000mm ,材料为16MnR ,腐蚀裕量 C2=2.0mm ,对接焊缝 采用双面全熔透焊接接头，且进行 100%无损检测；夹套内为冷却水，温度 10C,最高压力 0.4MPa,夹套圆筒内径 Di=1100mm,腐蚀裕量 C2=1.0mm ,焊接接头系数4 =0.85 ,试进行 如下设计：。确定各设计参数；计算并确定为保证足够的强度和稳定性，内筒和夹套的厚度；确定水压试

12、验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。解：O各设计参数：。反应器圆筒各设计参数：按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力Psmin1.43pw 1.43 3 4.29MPa查GB150表B3爆破片的制造范围，当设计爆破压力高于3.6MPa时，取精度等级 0.5级，其制造范围上限为 3%设计爆破压力，下限为 1.5%设计爆破压力，设计爆破压力为PbPsmin 1 0.015 4.29 1.015 4.354MPa按内压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：p pb 1 0.034.354 1.03 4.485MPa按外压设计时的设计

13、压力（并取计算压力等于设计压力）：p 0.4 1.25 0.5MPa按外压设计时的计算长度：L 4000 300 40 10003990mm4设计温度取工作温度钢板为 616mm 时，16MnR 的（7了= 170 MPa ,查表 4-2 , C1=0.8mm ,腐蚀裕量 C2=2.0mm , （）=1.0夹套各设计参数：设计压力（并取计算压力等于设计压力）：取最高工作压力。设计温度取10C, Ci=0o内筒和夹套的厚度：0圆筒和标准椭圆形封头壁厚设计今按内压设计时圆筒壁厚：pD2 t p4.485 10002 170 1 4.48513.368mmC1 C213.3680.8 2 16.16

14、8mm取 n 18mm标准椭圆形封头壁厚pD2 t4.485 100013.279mm0.5 p 2 170 1 0.5 4.485C1 C213.2790.8 2 16.079mm 取 n 18mm圆筒稳定性校核 ： 取 n 18mm, e 18 2.8 15.2mm, D01000 36 1036mmDo e 1036 15.2 68.15820, L D03990 1036 3.851查图 4-6得：A 0.00055; 查图 4-8得：B 70MPa0.5MPa一B701.027MPaD0 e 68.15818mm满足稳定性要求标准椭圆形封头稳定性校核：取n 18mm, e 18 2.

15、8 15.2mm,D0 1000 36 1036mm, 查表 4 5得系数 K1 0.9, R0K1D0 0.9 1036 932.4mm0.1250.125 15.2A 0.002查图 4-8得：B 160MPaRo e 932.4B 160 15.2p 2.608MPa 0.5MPaRo e 932.4n18mm满足稳定性要求区夹套壁厚设计圆筒壁厚：PD2 Pn C1 C21.525 10.4 1100 1.525mm 2 170 0.85 0.42.525mm ,取 n 4mm 3mm标准椭圆形封头壁厚C1C21.524pD0.4 11002 t 0.5p2 170 0.85 0.5 0

16、.41 2.524mm ,取 n 4mm 3mm1.524mm7.有一受内压圆 筒形容器，两 端为椭圆 形封头，内 径 Di=1000mm ,设计（计算）压力为 2.5MPa,设计温度300 C, 材料为16MnR ,厚度8 n=14 mm,腐蚀裕量C2=2.0mm ,焊接 接头系数。=0.85;在圆筒和封头焊有三个接管（方位见图），材料均为20号无缝钢管，接管 a规格为。89X6,0接管b规 格为（）219X6接管c规格为。159X,6试问上述开孔结构是否 需要补强？答：卞据GB150规定，接管a不需要另行补强。接管 b、c均 需计算后确定。椭圆形封头的计算厚度：16MnR 在 300 c时

17、许用应力，查表 D1 , 616mm 时，（rt= 144 MPa,查表 4-2, C1=0.8mm ;查表 D21 , & 10mm 时，（r tt= 101 MPa； fr=101/144=0.701。标准椭圆形封头壁厚pD2 t 0.5p 接管b的计算厚度2.5 10002 144 0.85 0.5 2.510.265mmpD 2.5 203 t2tp 2 101 2.5接管c的计算厚度2.557mmpDt2.5 1472 101 2.51.851mm接管的有效厚度：et 8 2.8 5.2mm,封头的有效厚度：e 14 0.8 2 11.2mm 开孔直径：d 219 2 8 2

18、2 0.8197.4mm所需最小补强面积-一一一一 一 一一一一 一 一 一一2A d 2 et 1 fr 197.4 10.265 2 10.265 5.21 0.7012058.231mm181.662mm 2B 2d 2 197.4 394.8mm,儿 150mm, h20AiB d e 2 et e 1 f197.4 0.935 2 5.2 0.935 0.2992A22h1ett fr 2h2 et C2 f2 150 2.557 0.701537.737mmA3 36mm2AeAiA2A3181.662537.73736 755.399mm 2 A,需补强增加补强金属面积：A4AA

19、4 2058.231 755.399 1302.832mm 2接管c的补强计算：接管的有效厚度：et 6 2.8 3.2mm,封头的有效厚度：e 14 0.8 2 11.2mm 开孔直径：d 159 2 6 22 0.8152.6mm所需最小补强面积_ _ _ _ _2A d 2 et 1fr152.6 10.265 2 10.265 3.2 1 0.7011635.204mmB 2d 2 152.6 305.2mm,储 150mm, h20A1B d e 2 et e 1 fr 152.6 0.935 2 3.2 0.935 0.299 140.892mm2A2 2h1 et t fr 2h

20、2 et C2 fr 2 150 1.349 0.701 283.695mm2A3 36mmAe AiA2 A3 140.892 283.695 36 460.587mm 2 A,需补强增加补强金属面积 ： A4AA4 1635.204 460.587 -1174.617m m28.具有椭圆形封头的卧式氯甲烷（可燃液化气体） 储罐，内径Di=2600mm,厚度8 n=20 mm,储罐总长10000mm,已知排放状态下氯甲烷的汽化热为335kJ/kg,储罐无隔热保温层和水喷淋装置，试确定该容器安全泄放量。解：容器安全泄放量Ar容器受热面积，m2。椭圆形封头的卧式压力容器，_ _-_ 2ArD0

21、L0.3D02.64100.3 2.6483.595mF 系数，压力容器装在地面以下，用沙土覆盖时，取F 0.3;压力容器在地面上时，取F 1；当设置大于10L / m 2 min的喷淋装置时，取F 0.6q在泄放压力下液化气体的气化潜热，kJ/kg,q2.55 105 FAr0.822.55 105 1 83.5950.82Ws rq335335kJ /kg28686.85kg /h7.969kg/s9.求出例4-3中远离边缘处筒体内外壁的应力和应力强度。（例4-3:某一钢制容器，内径Di=800mm ,厚度t=36mm ,工作压力pw=10MPa ,设计压力p=11MPa。圆筒与一平封头连接， 根据设计压力计算得到圆筒与平封头连接处的边缘力Qo=-1.102 106N/m,边缘弯矩M0=5.725 104NI m/m,如图所示。设容器材料的弹性模量E=2X105MPa,泊松比 科=0