過程裝備基礎(chǔ)習(xí)題解答

1、14章習(xí)題解-CAL-FENGHAI-(202'第14章壓力容器設(shè)計(jì)14-1某化工廠需設(shè)計(jì)一臺(tái)液氨儲(chǔ)槽，其內(nèi)直徑為2600mm,工作溫度為- lCTC50°C,最高工作壓力為，材料選用Q345R,若封頭釆用橢圓形封頭，試 設(shè)訃筒體與封頭的厚度。解：（1）由題可知：所需設(shè)計(jì)的液氨儲(chǔ)槽內(nèi)徑0=2600”“，工作溫度為 -10°C50°C,設(shè)計(jì)壓力的選取要視有無安全泄放裝置而定。因題中未提有安 全泄放裝置，則可按無安全泄放裝置來設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于最高工作壓 力，取p=MPa： Lid于一般液氨儲(chǔ)槽液柱靜壓力不高，可忽略不計(jì)，故取計(jì)算壓 力 pc= MPa。

2、（2） III于液氨儲(chǔ)槽材料選用Q345R,假定儲(chǔ)槽片度范圍為316mm,取 設(shè)計(jì)溫度為50°C,查得材料的許用應(yīng)力b= 189MP":考慮液氨對(duì)Q345R材 料有一定的腐蝕性，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)取腐蝕裕量C2 = 2mm :殼體采用采用雙面焊 對(duì)接接頭、100%無損探傷，則其焊接接頭系數(shù)0 = 1.0根據(jù)圓筒厚度的設(shè)訃公式可得液氨儲(chǔ)槽筒體的訃算厚度 p（D,1.7 x 2600J: =1 .75nim2b2x189x1.0-1.7由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C? = 2mm ,故可選用 6n=15mm 的鋼板，此厚度在假定的范圍內(nèi)，故計(jì)算有效。根據(jù)標(biāo)

3、準(zhǔn)橢圓形封頭療度的設(shè)計(jì)公式可得液氨儲(chǔ)槽封頭的計(jì)算厚度3 =嚴(yán)=， 2600_ = 11 如2b 0-0.5/?.2x 189x 1.0 0.5x 1.7由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C2 = 2mm ,因此，封頭也 可選用6n=15mm庁的鋼板。應(yīng)當(dāng)指岀，這個(gè)厚度僅是滿足承壓強(qiáng)度要求所需的厚度，不是最終設(shè)計(jì)所 確定的片度。14-2設(shè)計(jì)一臺(tái)不銹鋼（06Crl9Nil0）制承壓容器，最大工作壓力為，裝設(shè) 安全閥，工作溫度為150°C,容器內(nèi)直徑為lm,筒體縱向?qū)雍缚p采用雙面焊 對(duì)接接頭、局部無損檢測(cè)，試確定筒體厚度。解：（1）由題可知：承壓容器內(nèi)直徑0 =10

4、00”，工作溫度為150°C,最高工作壓力幾=1.2MP“，由于承壓容器裝設(shè)安全閥，則其設(shè)計(jì)壓力p=pw=X =MPa取設(shè)計(jì)壓力p= MPa,計(jì)算壓力pc= MPa。（2）由于承壓容器材料選用06Crl9Nil0 ,假定其厚度范圍為80mm,取 設(shè)計(jì)溫度為150°C,查附錄2得材料的許用應(yīng)力考慮采用不銹 鋼，取腐蝕裕量C, =0；筒體縱向焊縫采用雙面焊對(duì)接接頭、局部無損檢測(cè)，則其焊接接頭系數(shù)0 = 0.85。根據(jù)圓筒卑度的設(shè)計(jì)公式可得承壓容器的器壁的訃算厚度r p（D,1.32x1000 r d = 、: =7.04mm2打2x111x0.85-1.32GB24511承壓設(shè)

5、備用不銹鋼鋼板和鋼帶中對(duì)于熱軋不銹鋼厚鋼板（公稱厚 度N5mm）的負(fù)偏差規(guī)定為0.30mm,故可選用6n=7mm ,1?-的鋼板（處F原假 設(shè)厚度范圍內(nèi)）。因此，為滿足最大工作壓力為的強(qiáng)度要求所需的該不銹鋼制容器的筒體名 義厚度可確定為8mmo14-3試設(shè)i|-一圓筒形容器，已知圓筒的內(nèi)直徑Dj = 800mm,設(shè)計(jì)壓力p = 3MPa,設(shè)計(jì)溫度為100°C,材料選為Q245R,腐蝕裕量可取C2=2mm,試確 定：（1）筒體的厚度；（2）分別計(jì)算半球形封頭、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭、碟形封頭的厚度，并將計(jì)算 結(jié)果進(jìn)行比較。解：（1）由題可知：圓筒形容器內(nèi)直徑9=800”，設(shè)計(jì)溫度為100

6、76;C, 設(shè)計(jì)壓力p= 3 MPa,腐蝕裕量C? = 2mm ,可取計(jì)算壓力pc= 3 MPa。（2）圓筒體厚度的確定山于圓筒體的材料選為Q245R,假定其厚度范圍為316mm,查附錄2得 材料的許用應(yīng)力bJ=147MP"；選取筒體采用雙面焊對(duì)接接頭、局部無損檢 測(cè)，則其焊接接頭系數(shù) = 0.85o根據(jù)圓筒體厚度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算片度為:3 = 3X800= 9.72訕2打0-幾2x147x0.85-3由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C? = 2mm，故可選用6n=13mm （在原假設(shè)厚度范圍內(nèi)）厚的鋼板。因此，滿足承壓要求的筒體名義 片度可確定為13m

7、m。（3）封頭厚度的確定若采用半球形封頭，山于其內(nèi)徑0 =800勁，故可整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù) = 1.0,山于封頭材料選為Q245R,假定其厚度范圍為316mm,查附錄2得材料的許用應(yīng)力b=147 MPg ,根拯半球形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式，可 得其計(jì)算厚度為:J =響=3x800*10訕4b(p_p,4x147x1.0-3由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量= 2mm，故可選用6n=7mm J賽的鋼板。若采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，山于其內(nèi)直徑0 =800勸，故可采用整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù)0 = 10,山于封頭材料選為Q245R,假定其厚度范圉為 316mm,查附錄2得

8、材料的許用應(yīng)力bj = 147MPa ,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭片3x800度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算厚度為:6 =°=八 '=&2 nun2【討 0-0.5 億 2xl47x 1.0 0.5x3由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C = 2mm，故可選用6n=llmm厚的鋼板（厚度處于原假設(shè)范圉內(nèi)）。若采用標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，由于封頭材料選為Q245R,假定其厚度范圍為3 16mm,查附錄2得材料的許用應(yīng)力a =47MPa ；由于其內(nèi)直徑0 =800訕,故可采用整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù)0 = 1.0。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)碟形 封頭厚度的設(shè)計(jì)公式一2刃0-0.5 化取

9、/?. = 0.9D： = 720" , r = 0.17 p = 136mm ,則代入標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算厚度為：MpR1.33x3x800 1Mnio =:= 10.9 min2b 0 0.5億2x 147x 1.0 0.5x3山于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C? = 2mi"，故可選用 6n=14mm厚的鋼板（厚度處于原假設(shè)范用內(nèi)）。將上面各種封頭的訃算結(jié)果列表比較如下:封頭型式所需厚度（mm）爪位容積的表面積制造難易程度半球形封頭7最小難橢圓形封頭11次之較易碟形封頭14與橢圓形封頭接近較易山表可見，半球形封頭單位容積的表面

10、積最小、壁厚最薄、最節(jié)省材料，但制 造困難。橢圓形封頭材料的消耗，僅次于半球形，但制造容易，因此，綜合比 較后選用橢圓形封頭為宜。14-4試確定某一圓筒形容器的名義片度。已知該容器內(nèi)直徑為1600 mm, 計(jì)算壓力為，設(shè)計(jì)溫度為100°C,材料為Q345R,容器縱向?qū)雍缚p釆用雙面 焊對(duì)接接頭、局部無損檢測(cè)，腐蝕裕量為2mmo解：（1）由題可知：圓筒形容器內(nèi)徑卩=1600枷，設(shè)計(jì)溫度為100。計(jì)算壓力Pc= MPa,取腐蝕裕量C2 = 2mm ,山于焊縫采用雙面焊對(duì)接接頭、局 部無損探傷，則焊接接頭系數(shù)0 = 0.85。由于封頭材料選為Q345R,假定其厚度范圍為316mm，查附錄2

11、得材料 的許用應(yīng)力刃=189MP“。（2）根據(jù)圓筒體厚度的設(shè)計(jì)公式，可得圓筒體的計(jì)算厚度為：5=0.2x1600 十 0”2打 0 一代 2x189x0.85-0.2由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.30mm,腐蝕裕量C? = 2mm，故可初選用 6n=4mm片的鋼板。另外，由于Q345R為低合金鋼，根據(jù)GB150的規(guī)定，容器最小厚度Jmin > 3mm ,腐蝕裕量另加。因此，容器厚度應(yīng)為：6»3 + 2 = 5曲，再考慮 厚度負(fù)偏差，故應(yīng)選用6n=6mm用的鋼板。綜合考慮，可取其名義厚度為=6mm。14-5 材質(zhì)為Q245R的反應(yīng)釜內(nèi)直徑為1600 mm,正常操作壓力為，

12、安 全閥的開啟壓力為，反應(yīng)溫度為200。介質(zhì)有輕微腐蝕性，取C2=2mm,反應(yīng) 釜縱向?qū)雍缚p采用雙面焊對(duì)接接頭、局部無損檢測(cè)，經(jīng)檢修實(shí)測(cè)最小厚度為 12 mm,試判斷該反應(yīng)釜能否繼續(xù)使用解：反應(yīng)釜材質(zhì)為Q245R,在200°C下的許用應(yīng)力焊縫采用雙面焊對(duì)接接頭、局部無損檢測(cè)，則其焊接接頭系數(shù)0 = 0.85。實(shí)測(cè)最小厚度為12 mm時(shí)，若繼續(xù)使用，考慮2mm的腐蝕裕量，則有效片度6=10?,該反應(yīng)釜在使用期內(nèi)能夠承受的最大壓力山強(qiáng)度條件決定，即p(Di +6e)2 因此，在繼續(xù)使用期內(nèi)允許承受的最大工作壓力為，所以該反應(yīng)釜可以繼續(xù)使 用。2x10x131x0.851600+10=

13、1.3&WP"14-6用0245R鋼制造的圓筒形容器，其內(nèi)直徑為1600mm,長10000mm,兩端為標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭，直邊髙度為40mm,在室溫下真空操作，無安全控制裝置，腐蝕裕量C2 = 2mmo試用圖算法求筒體厚度。解：（1）假設(shè)筒體名義厚度戈=14“，題中已知C2=2 mm, Q245R鋼板的Ci=0.30mm則有效厚度=14-0.30-2 = 11.7n/n , 筒體外徑2=1600+2x14 = 1628zww ,筒體計(jì)算長度 L = 10080+ -x400 = 10347.7/n/n :設(shè)計(jì)外壓p = Q.MPa.(2)計(jì)算 L/Do、D0/6e瞇5牛罟5（3

14、）查圖146得A«0.00011o S系數(shù)A査圖147以得到系數(shù)B的值。山于AO.OOOll, A值落在溫度材料線的左方，則外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)（室溫下Q245R 的彈性模量 E=2xlO5MPa)2 2B = AE = x 0.00011 x 2.0 x 10、= 14.67MPa3 3許用外壓力=005MM139.15由于p v p且接近于/?,所選壁厚合適,即5n = 14mm。14-7某外壓容器，其內(nèi)直徑為2000mm,筒體計(jì)算長度為6000mm,材料為Q245R,最髙操作溫度為15CTC,最大壓力差為，腐蝕裕MC2 = lmm.試用圖算法求筒體厚度。解：（1）假設(shè)筒體厚度6=1

15、4加，題中已知C2=lmm, Ci=0.30mm,則有效厚度=14-0.30-1 = 12.7/?/? o 筒體外徑 2=2000 + 2x14 = 2028?“ 計(jì) 算長度£ = 600077/77；設(shè)計(jì)外可取為p = 0A5MPa；彈性模量E = 2.0x105MP6/o(2)計(jì)算 L/Do、Do/6e(3)查圖14-6得A «O.OOO23o由系數(shù)A查圖14-7,以得到系數(shù)B的值。 由于A 0.00023值落在相應(yīng)溫度的外壓應(yīng)力汁算系數(shù)B曲線的直線部分，則外 壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)22B = -AE=-x 0.00023x 2.0 xlO5 = 30.7MP。33許用外壓力由

16、于p < p且較為接近川，所選壁厚合適，即二呦。14-8 一圓筒形容器，苴外直徑為1024mm,筒體訃算長度為6000mm,材料為Q245R,在室溫下真空操作，無安全控制裝置。試問有效厚度為12 mm時(shí)操作是否安全解：山題可知：容器外徑Do= 1024/;/;/,有效厚度= 2mrn ,筒體計(jì)算長 度厶=6005"；室溫下彈性模量E = 2.0xl05MPa。(1)計(jì)算 L/D。、D0/6e(2)查圖146得A 0.00026o山系數(shù)A查圖14-7,以得到系數(shù)B的值。山于40.00026值落在相應(yīng)溫度的外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)B曲線的直線部分，則外 圧應(yīng)力訃算系數(shù)22B = -AE =

17、 -x 0.00026x 2.0 x 10、= 34.7MM33許用外壓力p = - = = 0.4 MPaL/D/ 85.33A山于真空容器可能承受的最大外壓為0.1MP遠(yuǎn)小于許用外壓的值，所以 操作是安全的。14-9有一外直徑為1220 mm,計(jì)算長度為5000 mm的真空操作筒體，用有效厚度為4mm的Q345R鋼板制造，是否能滿足穩(wěn)左性要求，可否采取其他措施解：山題可知：容器外徑q =1220 ,有效片度=4/77/77 ,筒體計(jì)算長度厶= 5000”?。山于容器在室溫下真空操作，彈性模量E = 2.0x105MP«o(1)計(jì)算 L/Do、D0/6e= 4.10,D°

18、 _ 1220= 305（2）查圖246得系數(shù)A = 0.00006o由系數(shù)A查圖以得到系數(shù)B的 值。由于A = 0.00006落在溫度材料線的左方，則許用外壓為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壓為0.1MP-大于許用外壓的值，所以 其穩(wěn)定性不足。要通過增加厚度使其達(dá)到穩(wěn)定性的要求，則卑度的增加值會(huì)比 較大，不太經(jīng)濟(jì)；通過在該圓筒的外部或內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)圈的方式來使其達(dá)到穩(wěn) 定性要求，是經(jīng)濟(jì)而有效的措施。14-10 一減圧塔內(nèi)直徑為2400 mm，塔體長度為18000 mm,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓 形封頭。設(shè)計(jì)溫度為150°C,設(shè)計(jì)壓力為300mmHg柱（），塔體和封頭的材料 均為Q245R,試確定塔的厚度（假設(shè)無加強(qiáng)圈）。解：采用圖解法來計(jì)算塔體的有效厚度。（1）假設(shè)筒體有效片度,筒體外徑按2428mm來考慮，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其直直邊長為40mm,則圓筒計(jì)算長度L = 18080+ 2x1/3x600 = 18480?/?（2）計(jì)算 L/