过程装备基础第章习题解答 .docx

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1、精品名师归纳总结第 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 C50C，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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：1由题可知： 所需设计的液氨储槽内径Di2600mm，工作温度为 -10 C50C，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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

2、高，可忽视不计，故取运算压力pc= 1.7 MPa 。t2由于液氨储槽材料选用Q345R，假定储槽厚度范畴为3 16mm，取设计温度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结50C，查得材料的许用应力189MPa 。考虑液氨对 Q345R 材料有肯定的腐蚀性，根可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结据工作体会取腐蚀裕量C22mm。壳体采纳采纳双面焊对接接头、100% 无损探伤，就其可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结焊接接头系数1.0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

3、名师归纳总结依据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的运算厚度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc Di t2pc1.7218926001.01.711.75mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q345R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，故可选用 n=15mm 厚的钢可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结板，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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc D i1.7260011

4、.72mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t20.5 pc21891.00.51.7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q345R钢板厚度负偏差C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，因此，封头也可选用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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150C，容器内直径为1m，筒体纵向对接焊缝采纳双面焊

5、对接接头、局部无损检测，试确定筒体厚度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：1由题可知：承压容器内直径Di1000mm ，工作温度为 150 C，最高工作压可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结力 pw1.2MPa ，由于承压容器装设安全阀，就其设计压力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 。t2由于承压容器材料选用06Cr19Ni10，假定其厚度范畴为1.5 80mm，取设计温可编辑资料 - -

6、- 欢迎下载精品名师归纳总结度为 150C，查附录2 得材料的许用应力111MPa 。考虑采纳不锈钢，取腐蚀裕量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc Di1.3210007.04mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t2pc21110.851.32可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归

7、纳总结GB24511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5mm的负偏差规定为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1.2MPa 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 8mm 。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 100C，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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：1由题可

8、知：圆筒形容器内直径Di800mm，设计温度为100 C，设计压力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结p= 3 MPa ，腐蚀裕量 C22mm ，可取运算压力 pc= 3 MPa 。2圆筒体厚度的确定由于圆筒体的材料选为Q245R，假定其厚度范畴为3 16mm，查附录 2 得材料的许用应力t147MPa 。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：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc Dit2pc321478000.8539.72mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q245

9、R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，故可选用 n=13mm在原可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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封头厚度的确定可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结假设采纳半球形封头，由于其内径Di800mm，故可整体冲压成型，就焊接接头系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数1.0 ，由于封头材料选为Q245R，假定其厚度范畴为3 16mm，查附录 2 得材料的许可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结用应力t147MPa ，依据半球形封头厚度的设计公式，可得其

10、运算厚度为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc Dit4pc341478001.034.10mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q245R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，故可选用 n=7mm 厚的钢可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结板。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结假设采纳标准椭圆形封头，由于其内直径Di800mm ，故可采纳整体冲压成型，就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料

11、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结焊接接头系数1.0 ，由于封头材料选为Q245R，假定其厚度范畴为316mm，查附录 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结得材料的许用应力t147MPa ，依据标准椭圆形封头厚度的设计公式，可得其运算厚可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度为：pc Dit20.5 pc321478001.00.538.21mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q245R 钢板厚度负偏差C

12、1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，故可选用 n=11mm 厚的钢可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结板厚度处于原假设范畴内 。t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3 16mm，查可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结附录 2 得材料的许用应力147MPa 。由于其内直径Di800mm ，故可采纳整体冲可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压成型，就焊接接头系数1.0 。依据标准碟形封头厚度的设计公式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Mp c Rit20.5 pc

13、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取 Ri0.9Di720mm， r0.17Di136mm，就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结M13Ri4r1720341361.33可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结代入标准碟形封头厚度的设计公式，可得其运算厚度为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Mpc Ri1.33380010.91mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结c2t0.5 p21471.00.53可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q245R 钢板厚度负偏差

14、C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm ，故可选用n=14mm 厚的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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mm 单位容积的外表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Q

15、345R ，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 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：1由题可知：圆筒形容器内径Di1600mm，设计温度为 100 C，运算压力 pc=可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.2 MPa，取腐蚀裕量 C22mm ，由于焊缝采纳双面焊对接接头、局部无损探伤，就焊接可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接头系数0.85 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于封头材料选为Q345R，假定其厚度范畴为3 16mm，查附录 2 得材料的许用应力t189MPa 。2依据圆筒体厚度的设计公

16、式，可得圆筒体的运算厚度为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pc Dit2pc0.2218916000.850.21.00mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 Q345R 钢板厚度负偏差C1=0.30mm ，腐蚀裕量 C22mm，故可初选用 n=4mm 厚的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结钢板。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结另外，由于 Q345R 为低合金钢，依据GB150 的规定，容器最小厚度min3mm ，腐可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - -

17、 - 欢迎下载精品名师归纳总结蚀裕量另加。 因此，容器厚度应为：d325mm，再考虑厚度负偏差， 故应选用 n=6mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结厚的钢板。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结综合考虑，可取其名义厚度为n6mm。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 200C，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 ，试判定该可编

18、辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结反应釜能否连续使用 .解： 反应釜材质为 Q245R，在 200C 下的许用应力t131MPa ，焊缝采纳双面焊可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对接接头、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，假设可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结连续使用， 考虑 2mm 的腐蚀裕量，就有效厚度e10mm ，该反应釜在使用期内能够承担可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下

19、载精品名师归纳总结的最大压力由强度条件打算，即p Die 2 e t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t2 ep210 131 0.851.38MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Die1600 10可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结因此，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 40mm，在室温下真空操作， 无安全掌握装置， 腐蚀裕量 C

20、2 = 2mm 。试用图算法求筒体厚度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：1假设筒体名义厚度n14mm ，题中已知 C2=2 mm ，Q245R 钢板的 C1=0.30mm ，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就有效厚度e140.302211.7mm，筒体外径 Do16002141628mm ，筒体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结运算长度 L10080400310347.7 mm 。设计外压 p0.1MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2运算 L/D 0、D 0/ e可编辑资料

21、 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L101347 .7Do1628D o6.36 ，e162811.7139.15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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=2105MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B许用外压力2 AE320.0001132.010 514.67 MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pB14.67D

22、o139.15e0.105 MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 pp 且接近于 p ，所选壁厚合适，即n14mm 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结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 150C，最大压力差为 0.15MPa，腐蚀裕量 C2 = 1mm 。试用图算法求筒体 厚度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解： 1假设筒体厚度n14mm ，题中已知C2=1mm ， C1=0.30mm ，就有效厚度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结e140.3

23、0112.7mm。 筒 体 外 径 Do20002142028mm ， 计 算 长 度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L6000mm 。设计外可取为p0.15MPa。弹性模量 E2.0105 MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2运算 L/D 0、D 0/ e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L6000Do2028D o2.96 ，e202812.7159.7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3查图14-6 得 A0.00023 。由系数 A查图 14-7，以得到系数B的值。由于A0.00023 值落在相应温度的外压应力运算系数

24、B 曲线的直线部分，就 外压应力运算系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数B许用外压力2 AE320.0002332.010530.7 MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pB30.7Do159.7e0.192MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于 pp 且较为接近p ，所选壁厚合适，即n14mm 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结14-8 一圆筒形容器， 其外直径为 1024mm ，筒体运算长度为 6000mm ，材料为 Q245R，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳

25、总结在室温下真空操作，无安全掌握装置。试问有效厚度为12 mm 时操作是否安全？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解： 由题可知：容器外径D01024mm ，有效厚度e12mm ，筒体运算长度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L6000mm 。室温下弹性模量E2.0105 MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1运算 L/D 0、D 0/ e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L6000Do1024D o5.86 ，e10241285.33可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2查图14-6 得 A0.00026 。由系数

26、A查图 14-7，以得到系数B的值。由于A0.00026 值落在相应温度的外压应力运算系数B 曲线的直线部分，就 外压应力运算系数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B2 AE3许用外压力20.0002632.010534.7 MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pB34.7Do85.33e0.41MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于真空容器可能承担的最大外压为0.1MPa，远小于许用外压的值，所以操作是安全可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的。14-9 有一外直径为1220 mm

27、 ，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？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解 ： 由题可知：容器外径D01220mm ，有 效厚度e4mm ，筒体运算长度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L5000mm 。由于容器在室温下真空操作，弹性模量E2.010 5 MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1运算 L/D 0、D 0/ e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L5000Do12204.10 ， D oe12204305可编辑资料 -

28、- - 欢迎下载精品名师归纳总结2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A0.00006 落在温度材料线的左方，就许用外压为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结p2 AE20.000062.01050.026 MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3 Doe3305可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于此真空容器可能承担的最大外压为0.1MPa，大于许用外压的值， 所以其稳固性不可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结足。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

29、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 150C，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。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1假设筒体有效厚度e12.7mm，筒体外径按2428mm 来考虑，采纳标准椭圆形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结封头，其直直边长为40mm，就圆筒运算长度可编辑资料 - -

30、- 欢迎下载精品名师归纳总结L1808021 / 360018480mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2运算 L/D 0、D 0/ e可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L18480Do24287.61， Doe242812.7191.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3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A0.00006 ， A 值落在温度材料线的左方，就外压应力运算系数在设计温度为150 C，Q245R 的弹性模量 E=2105MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B许用外压力2 AE320.0000632.01058.0MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pB8.0Do191.2e0.042MPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于设计压力为0.04MPa，即 pp 且接近于p ，故塔体的有效厚度e12.7mm是合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结适的。可编辑资料 - - - 欢迎下载