2022年过程装备基础第章习题解答.docx
精选学习资料 - - - - - - - - - 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 -10 °C50°C,最高工作压力为 1.6MPa,材料选用 Q345R ,假设封头采纳椭圆形封头,试设计筒体与封头的厚度；解：1由题可知： 所需设计的液氨储槽内径 Di 2600 mm,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；因题目中未提有安全泄放装置,就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=1.7 MPa；由于一般液氨储槽液柱静压力不高,可忽视不计,故取运算压力 pc= 1.7 MPa ；2由于液氨储槽材料选用 Q345R,假定储槽厚度范畴为 316mm,取设计温度为t50°C,查得材料的许用应力 189 MPa；考虑液氨对 Q345R 材料有肯定的腐蚀性,根据工作体会取腐蚀裕量 C 2 2 mm；壳体采纳采纳双面焊对接接头、100%无损探伤,就其焊接接头系数 1 0.依据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的运算厚度pcDip c1 . 72600C11 . 75 mm2t2189.1 01 . 7由于 Q345R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm,腐蚀裕量22 mm,故可选用 n=15mm 厚的钢板,此厚度在假定的范畴内,故运算有效；依据标准椭圆形封头厚度的设计公式可得液氨储槽封头的运算厚度由于p cDi51 . 726001 . 711 . 72 mm2t.0p c21891 0.0 5Q345R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ,腐蚀裕量C22mm,因此,封头也可选用n=15mm 厚的钢板；应当指出,这个厚度仅是满意承压强度要求所需的厚度,不是最终设计所确定的厚度；14-2 设计一台不锈钢06Cr19Ni10 制承压容器,最大工作压力为 1.2MPa ,装设安全阀,工作温度为 150°C,容器内直径为 1m,筒体纵向对接焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损检测,试确定筒体厚度；名师归纳总结 解：1由题可知：承压容器内直径Di1000 mm,工作温度为150°C,最高工作压第 1 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 力pw1 . 2 MPa,由于承压容器装设安全阀,就其设计压力p= 1.05 1.10 pw = 1.05 1.10× 1.2=1.261.32 MPa 取设计压力p= 1.32 MPa ,运算压力pc= 1.32 MPa ；2由于承压容器材料选用06Cr19Ni10 ,假定其厚度范畴为1.580mm,取设计温度为 150°C,查附录2 得材料的许用应力t111 MPa；考虑采纳不锈钢,取腐蚀裕量C20；筒体纵向焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损检测, 就其焊接接头系数0 .85依据圆筒厚度的设计公式可得承压容器的器壁的运算厚度2pcDip c2.1 3210007 . 04mm；5mm的t1110 . 85.1 32GB24511承压设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负偏差规定为0.30mm,故可选用n=7mm 厚的钢板处于原假设厚度范畴内因此,为满意最大工作压力为 度可确定为 8mm；1.2MPa 的强度要求所需的该不锈钢制容器的筒体名义厚14-3 试设计一圆筒形容器,已知圆筒的内直径D i = 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分别运算半球形封头、标准椭圆形封头、碟形封头的厚度,并将运算结果进行比 较；解：1由题可知：圆筒形容器内直径Di800 mm,设计温度为100°C,设计压力p= 3 MPa ,腐蚀裕量C22 mm,可取运算压力pc= 3 MPa ；2圆筒体厚度的确定应力由于圆筒体的材料选为Q245R,假定其厚度范畴为316mm,查附录2 得材料的许用t147 MPa；选取筒体采纳双面焊对接接头、局部无损检测,就其焊接接头系数0 .85；依据圆筒体厚度的设计公式,可得其运算厚度为：名师归纳总结 2pcDipc238003.9 72 mm第 2 页,共 8 页t1470 . 85- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由于 Q245R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm,腐蚀裕量C22mm,故可选用 n=13mm在原假设厚度范畴内厚的钢板；因此,满意承压要求的筒体名义厚度可确定为 13mm ；3封头厚度的确定假设采纳半球形封头,由于其内径 Di 800 mm,故可整体冲压成型,就焊接接头系数 1 . 0,由于封头材料选为 Q245R,假定其厚度范畴为 316mm,查附录 2 得材料的许t用应力 147 MPa,依据半球形封头厚度的设计公式,可得其运算厚度为：4 pt c D ip c 4 147 3 800.1 0 3 .4 10 mm由于 Q245R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm,腐蚀裕量 C 2 2 mm,故可选用 n=7mm 厚的钢板；假设采纳标准椭圆形封头,由于其内直径 Di 800 mm,故可采纳整体冲压成型,就焊接接头系数 1 0.,由于封头材料选为 Q245R,假定其厚度范畴为 316mm,查附录 2t得材料的许用应力 147 MPa,依据标准椭圆形封头厚度的设计公式,可得其运算厚度为：名师归纳总结 2tpcDipc238000 5.3.8 21 mm第 3 页,共 8 页0 . 51471 0.由于 Q245R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm,腐蚀裕量C22 mm,故可选用 n=11mm 厚的钢板厚度处于原假设范畴内；假设采纳标准碟形封头,由于封头材料选为Q245R,假定其厚度范畴为316mm,查附录 2 得材料的许用应力t147 MPa；由于其内直径Di800 mm,故可采纳整体冲压成型,就焊接接头系数10.；依据标准碟形封头厚度的设计公式MpcR i2t.0 5pc取R i0 . 9Di720 mm,r0 . 17 Di136 mm,就- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - M13R i137201 .334r4136代入标准碟形封头厚度的设计公式,可得其运算厚度为：MpcR i1 . 333800310 . 91 mmn=14mm 厚的2t.05pc21471 . 00 . 5由于 Q245R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ,腐蚀裕量C22 mm,故可选用钢板厚度处于原假设范畴内；将上面各种封头的运算结果列表比较如下：所需厚度封头型式单位容积的外表积制造难易程度 mm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由表可见,半球形封头单位容积的外表积最小、壁厚最薄、最节约材料,但制造困难；椭圆形封头材料的消耗,仅次于半球形,但制造简单,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厚度；已知该容器内直径为 1600 mm,运算压力为0.2MPa,设计温度为 100°C,材料为 Q345R ,容器纵向对接焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损检测,腐蚀裕量为 2mm；解：1由题可知：圆筒形容器内径 Di 1600 mm,设计温度为 100°C,运算压力 pc= 0.2 MPa,取腐蚀裕量 C 2 2 mm,由于焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损探伤,就焊接接头系数 0 . 85；由于封头材料选为 Q345R,假定其厚度范畴为 316mm,查附录 2 得材料的许用应力t189 MPa；2依据圆筒体厚度的设计公式,可得圆筒体的运算厚度为：名师归纳总结 p cDic0 2.1600C1 . 00 mm,故可初选用n=4mm 厚的第 4 页,共 8 页2tp2189.0 850 . 2C1=0.30mm,腐蚀裕量22mm由于 Q345R 钢板厚度负偏差- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 钢板；另外,由于 Q345R 为低合金钢,依据 GB150 的规定,容器最小厚度 min 3 mm,腐蚀裕量另加； 因此,容器厚度应为：d 3 2 5 mm,再考虑厚度负偏差, 故应选用 n=6mm厚的钢板；综合考虑,可取其名义厚度为 n 6 mm；14-5 一材质为 Q245R 的反应釜内直径为 1600 mm,正常操作压力为 1.3MPa,安全阀的开启压力为 1.4MPa,反应温度为 200°C,介质有稍微腐蚀性,取 C2=2mm,反应釜纵向对接焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损检测,经检修实测最小厚度为 12 mm,试判定该反应釜能否连续使用 . t解： 反应釜材质为 Q245R,在 200°C 下的许用应力 131 MPa,焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损检测,就其焊接接头系数 0 . 85；实测最小厚度为 12 mm 时,假设连续使用, 考虑 2mm 的腐蚀裕量,就有效厚度 e 10 mm,该反应釜在使用期内能够承担的最大压力由强度条件打算,即p2ep Dieet.1 38 MPa2t210131.0 85Die160010因此,在连续使用期内答应承担的最大工作压力为1.38MPa,所以该反应釜可以连续使用；14-6 用 Q245R 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, 直边高度为 试用图算法求筒体厚度；40mm,在室温下真空操作, 无安全掌握装置, 腐蚀裕量 C2 = 2mm；解：1假设筒体名义厚度n14 mm,题中已知 C2=2 mm ,Q245R 钢板的 C1=0.30mm,就有效厚度e140 . 30211 7.mm,筒体外径Do16002141628 mm,筒体运算长度L100802400103477.mm；设计外压p0.1 MPa；32运算 L/D 0、D 0/ e 名师归纳总结 L101347.76 .36,Do1628139 . 15第 5 页,共 8 页Do1628e11 . 7- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3查图14-6 得A0 .00011；由系数A 查图14-7,以得到系数B 的值；由于A0.00011,A 值落在温度材料线的左方,就外压应力运算系数室温下Q245R 的弹性模量 E=2× 105MPaB2AE20 . 000112 .010514.67MPa33许用外压力pDB14.670 .105MPao139.15e由于 p p 且接近于 p ,所选壁厚合适,即 n 14 mm；14-7 某外压容器,其内直径为 2000mm,筒体运算长度为 6000mm,材料为 Q245R ,最高操作温度为 150° C,最大压力差为 0.15MPa,腐蚀裕量 C2 = 1mm ；试用图算法求筒体厚度；e解： 1假设筒体厚度n14 mm,题中已知C2=1mm, C1=0.30mm,就有效厚度140 .30112 . 7 mm； 筒 体 外 径Do20002142028 mm, 计 算 长 度L6000mm；设计外可取为p0. 15MPa；弹性模量E2.0105MPa；2运算 L/D 0、D 0/ e AL6000.296,Do2028159 7.B 的值；由于Do2028e12 .73查图14-6 得A0 .00023；由系数A 查图14-7,以得到系数B 曲线的直线部分,就外压应力运算系0 .00023值落在相应温度的外压应力运算系数数B2AE20.000232.010530.7MPa33许用外压力pDB307.0 .192MPao159.7e名师归纳总结 由于pp且较为接近p ,所选壁厚合适,即n14 mm；6000mm,材料为 Q245R,第 6 页,共 8 页14-8 一圆筒形容器, 其外直径为1024mm,筒体运算长度为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 在室温下真空操作,无安全掌握装置；试问有效厚度为12 mm 时操作是否安全？L解： 由题可知：容器外径D01024 mm,有效厚度e12 mm,筒体运算长度6000mm；室温下弹性模量E2 .0105MPa；1运算 L/D 0、D 0/ e AL60005 .86,Do102485 . 33B 的值；由于Do1024e122查图14-6 得A0 .00026；由系数A 查图14-7,以得到系数B 曲线的直线部分,就外压应力运算系0 .00026值落在相应温度的外压应力运算系数数B2AE20.0002620.105347.MPa33许用外压力pDB34 7.0 41 MPao85 . 33e由于真空容器可能承担的最大外压为01. MPa,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,运算长度为5000 mm 的真空操作筒体, 用有效厚度为4 mm 的 Q345R 钢板制造,是否能满意稳固性要求,可否实行其他措施？L解 ： 由题可知：容器外径D01220 mm,有 效厚度2 .e4mm,筒体运算长度5000mm；由于容器在室温下真空操作,弹性模量E0105MPa；1运算 L/D 0、D 0/ e 名师归纳总结 AL50004 .10,Do1220305第 7 页,共 8 页Do1220e42查图 14-6 得系数A0.00006；由系数 A 查图 14-8,以得到系数B 的值；由于0 .00006落在温度材料线的左方,就许用外压为p32AEe20. 000062.01050. 026MPaDo3305由于此真空容器可能承担的最大外压为0.1 MPa,大于许用外压的值,所以其稳固性不- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 足；要通过增加厚度使其到达稳固性的要求,就厚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到达稳固性要求,是经济而有效的措施；14-10 一减压塔内直径为 2400 mm,塔体长度为 18000 mm,采纳标准椭圆形封头；设计温度为 150°C,设计压力为 300mmHg 柱 0.04MPa,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： 采纳图解法来运算塔体的有效厚度；1假设筒体有效厚度 e 12 . 7 mm,筒体外径按 2428mm 来考虑,采纳标准椭圆形封头,其直直边长为 40mm,就圆筒运算长度L 18080 2 1 / 3 600 18480 mm2运算 L/D 0、D 0/ e L184807.61,Do2428191 2.Do2428e12 . 73查图14-6 得A0 .00006；由系数A 查图14-7,以得到系数B 的值；由于外压应力运算系数在设计温度为150°C,A0 .00006,A 值落在温度材料线的左方,就Q245R 的弹性模量E=2×105MPa8 .0 MPaB2AE20 .000062.010533许用外压力pDB8.00.042MPao1912.e由于设计压力为0.04MPa,即pp且接近于p ,故塔体的有效厚度e12 .7 mm是合适的；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页
