過程裝備基礎(chǔ)習(xí)題解答

1、第14章 壓力容器設(shè)計(jì)14-1 某化工廠需設(shè)計(jì)一臺液氨儲槽，其內(nèi)直徑為2600mm，工作溫度為-10°C50°C，最高工作壓力為1.6MPa，材料選用Q345R，若封頭采用橢圓形封頭，試設(shè)計(jì)筒體與封頭的厚度。解：（1）由題可知：所需設(shè)計(jì)的液氨儲槽內(nèi)徑，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。因題目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=1.7 MPa；由于一般液氨儲槽液柱靜壓力不高，可忽略不計(jì)，故取計(jì)算壓力pc= 1.7 MPa。（2）由于液氨儲槽材料選用Q345R，假定儲槽厚

2、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；考慮液氨對Q345R材料有一定的腐蝕性，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)取腐蝕裕量；殼體采用采用雙面焊對接接頭、100%無損探傷，則其焊接接頭系數(shù)根據(jù)圓筒厚度的設(shè)計(jì)公式可得液氨儲槽筒體的計(jì)算厚度由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，故可選用n=15mm厚的鋼板，此厚度在假定的范圍內(nèi)，故計(jì)算有效。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式可得液氨儲槽封頭的計(jì)算厚度由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，因此，封頭也可選用n=15mm厚的鋼板。應(yīng)當(dāng)指出，這個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)所確定的厚度。

3、14-2 設(shè)計(jì)一臺不銹鋼（06Cr19Ni10）制承壓容器，最大工作壓力為1.2MPa，裝設(shè)安全閥，工作溫度為150°C，容器內(nèi)直徑為1m，筒體縱向?qū)雍缚p采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，試確定筒體厚度。解：（1）由題可知：承壓容器內(nèi)直徑，工作溫度為150°C，最高工作壓力，由于承壓容器裝設(shè)安全閥，則其設(shè)計(jì)壓力 p= (1.051.10) pw = (1.051.10)×1.2=1.261.32 MPa取設(shè)計(jì)壓力p= 1.32 MPa，計(jì)算壓力pc= 1.32 MPa。（2）由于承壓容器材料選用06Cr19Ni10 ，假定其厚度范圍為1.580mm，取設(shè)計(jì)溫度為

4、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；筒體縱向焊縫采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，則其焊接接頭系數(shù)。 根據(jù)圓筒厚度的設(shè)計(jì)公式可得承壓容器的器壁的計(jì)算厚度GB24511承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板和鋼帶中對于熱軋不銹鋼厚鋼板（公稱厚度5mm）的負(fù)偏差規(guī)定為0.30mm，故可選用n=7mm厚的鋼板（處于原假設(shè)厚度范圍內(nèi)）。因此，為滿足最大工作壓力為1.2MPa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8mm。14-3 試設(shè)計(jì)一圓筒形容器，已知圓筒的內(nèi)直徑Di = 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

5、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，設(shè)計(jì)溫度為100°C，設(shè)計(jì)壓力p= 3 MPa，腐蝕裕量，可取計(jì)算壓力pc= 3 MPa。（2）圓筒體厚度的確定由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；選取筒體采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，則其焊接接頭系數(shù)。 根據(jù)圓筒體厚度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算厚度為：由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，故可選用n=13mm（在原假設(shè)厚度范圍內(nèi)）厚的鋼板。因此，滿足

6、承壓要求的筒體名義厚度可確定為13mm。（3）封頭厚度的確定若采用半球形封頭，由于其內(nèi)徑，故可整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù)，由于封頭材料選為Q245R，假定其厚度范圍為316mm，查附錄2得材料的許用應(yīng)力，根據(jù)半球形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算厚度為： 由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，故可選用n=7mm厚的鋼板。若采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由于其內(nèi)直徑，故可采用整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù)，由于封頭材料選為Q245R，假定其厚度范圍為316mm，查附錄2得材料的許用應(yīng)力，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式，可得其計(jì)算厚度為：由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐

7、蝕裕量，故可選用n=11mm厚的鋼板（厚度處于原假設(shè)范圍內(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316mm，查附錄2得材料的許用應(yīng)力；由于其內(nèi)直徑，故可采用整體沖壓成型，則焊接接頭系數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭厚度的設(shè)計(jì)公式取，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：由于Q245R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，故可選用n=14mm厚的鋼板（厚度處于原假設(shè)范圍內(nèi)）。將上面各種封頭的計(jì)算結(jié)果列表比較如下：封頭型式所需厚度（mm）單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由表可見，半球形封頭單

8、位容積的表面積最小、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厚度。已知該容器內(nèi)直徑為1600 mm，計(jì)算壓力為0.2MPa，設(shè)計(jì)溫度為100°C，材料為Q345R，容器縱向?qū)雍缚p采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，腐蝕裕量為2mm。解：（1）由題可知：圓筒形容器內(nèi)徑，設(shè)計(jì)溫度為100°C，計(jì)算壓力pc= 0.2 MPa，取腐蝕裕量，由于焊縫采用雙面焊對接接頭、局部無損探傷，則焊接接頭系數(shù)。 由于封頭材料選為Q345R，假定其厚度范圍為316mm，查附錄2得材料的

9、許用應(yīng)力。（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：由于Q345R鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.30mm，腐蝕裕量，故可初選用n=4mm厚的鋼板。另外，由于Q345R為低合金鋼，根據(jù)GB150的規(guī)定，容器最小厚度，腐蝕裕量另加。因此，容器厚度應(yīng)為：，再考慮厚度負(fù)偏差，故應(yīng)選用n=6mm厚的鋼板。綜合考慮，可取其名義厚度為。14-5 一材質(zhì)為Q245R的反應(yīng)釜內(nèi)直徑為1600 mm，正常操作壓力為1.3MPa，安全閥的開啟壓力為1.4MPa，反應(yīng)溫度為200°C，介質(zhì)有輕微腐蝕性，取C2=2mm，反應(yīng)釜縱向?qū)雍缚p采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，經(jīng)檢修實(shí)測最小厚度為12 mm

10、，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，焊縫采用雙面焊對接接頭、局部無損檢測，則其焊接接頭系數(shù)。實(shí)測最小厚度為12 mm時，若繼續(xù)使用，考慮2mm的腐蝕裕量，則有效厚度，該反應(yīng)釜在使用期內(nèi)能夠承受的最大壓力由強(qiáng)度條件決定，即因此，在繼續(xù)使用期內(nèi)允許承受的最大工作壓力為1.38MPa，所以該反應(yīng)釜可以繼續(xù)使用。14-6 用Q245R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，直邊高度為40mm，在室溫下真空操作，無安全控制裝置，腐蝕裕量C2 = 2mm。試用圖算法求筒體厚度。解：（1）假設(shè)筒體名義厚度，

11、題中已知C2=2 mm，Q245R鋼板的C1=0.30mm，則有效厚度，筒體外徑，筒體計(jì)算長度；設(shè)計(jì)外壓。（2）計(jì)算L/D0、D0/e，（3）查圖14-6得。由系數(shù)A查圖14-7，以得到系數(shù)B的值。由于，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=2×105MPa）許用外壓力 由于且接近于，所選壁厚合適，即。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，最高操作溫度為150°C，最大壓力差為0.15MPa，腐蝕裕量C2 = 1mm。試用圖算法求筒體厚度。 解：（1）假設(shè)筒體厚度，題中已知C2=1m

12、m，C1=0.30mm，則有效厚度。筒體外徑，計(jì)算長度；設(shè)計(jì)外可取為；彈性模量。 （2）計(jì)算L/D0、D0/e，（3）查圖14-6得。由系數(shù)A查圖14-7，以得到系數(shù)B的值。由于值落在相應(yīng)溫度的外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)B曲線的直線部分，則外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)許用外壓力 由于且較為接近，所選壁厚合適，即。14-8 一圓筒形容器，其外直徑為1024mm，筒體計(jì)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時操作是否安全？解：由題可知：容器外徑，有效厚度，筒體計(jì)算長度；室溫下彈性模量。（1）計(jì)算L/D0、D0/e，（2）查圖14-6得。由系數(shù)A查圖14-7，以

13、得到系數(shù)B的值。由于值落在相應(yīng)溫度的外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)B曲線的直線部分，則外壓應(yīng)力計(jì)算系數(shù)許用外壓力由于真空容器可能承受的最大外壓為，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4 mm的Q345R鋼板制造，是否能滿足穩(wěn)定性要求，可否采取其他措施？解：由題可知：容器外徑，有效厚度，筒體計(jì)算長度。由于容器在室溫下真空操作，彈性模量。（1）計(jì)算L/D0、D0/e，（2）查圖14-6得系數(shù)。由系數(shù)A查圖14-8，以得到系數(shù)B的值。由于落在溫度材料線的左方，則許用外壓為 由于此真空容器可能承受的最大外壓為，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，則厚度的增加值會比較大，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 一減壓塔內(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（0.04MPa），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