內(nèi)壓容器習(xí)題

習(xí)題一內(nèi)壓容器，設(shè)計(jì)（計(jì)算）壓力為0.85MPa，設(shè)計(jì)溫度為50℃；圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對(duì)接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進(jìn)行局部無(wú)損檢測(cè)；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對(duì)碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K≤0.1mm/a，設(shè)計(jì)壽命B=20年。試在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計(jì)算圓筒厚度。解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；鋼板為4.5~16mm時(shí)，Q235-A的[σ]t=113MPa，查表4-2，C1=0.8mm；鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t=170MPa，查表4-2，C1=0.8mm。材料為Q235-A時(shí)：材料為16MnR時(shí)：一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲(chǔ)存容器，兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，沒(méi)有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測(cè)試其在50℃時(shí)的最大飽和蒸氣壓小于1.62MPa（即50℃時(shí)丙烷飽和蒸氣壓）；圓筒內(nèi)徑Di=2600mm，筒長(zhǎng)L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=1.0，裝量系數(shù)為0.9。試確定：eq\o\ac(○,1)各設(shè)計(jì)參數(shù)；eq\o\ac(○,2)該容器屬第幾類壓力容器；eq\o\ac(○,3)圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；eq\o\ac(○,4)水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力，并進(jìn)行應(yīng)力校核。解：eq\o\ac(○,1)p=pc=1.1×1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t=170MPa，σs=345MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容積eq\o\ac(○,2)中壓儲(chǔ)存容器，儲(chǔ)存易燃介質(zhì)，且pV=75.689MPa·m3>10MPa·m3，屬三類壓力容器。eq\o\ac(○,3)圓筒的厚度標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度eq\o\ac(○,4)水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)力校核3.今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑Di=600mm，厚度δn=7mm，材料選用16MnR，計(jì)算壓力pc=2.2MPa，工作溫度t=-20~-3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計(jì)算其厚度，并將各種形式封頭的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。解：鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t=170MPa，σs=345MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0eq\o\ac(○,1)半球形封頭壁厚eq\o\ac(○,2)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚eq\o\ac(○,3)標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭壁厚eq\o\ac(○,4)平蓋封頭厚度從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和碟形封頭均可。一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，設(shè)計(jì)壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內(nèi)筒材料為16MnR，層板材料為16MnR，取C2=1.0mm，試確定圓筒的厚度。解：鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σi]t=[σ0]t=170MPa，σs=345MPa，查表4-2，C1=0.8mm，φi=1.0，φ0=0.9。為安全起見(jiàn)取φ=0.9，按中徑公式計(jì)算：今需制造一臺(tái)分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長(zhǎng)（指圓筒長(zhǎng)+兩端橢圓形封頭直邊高度）L1=6000mm，封頭曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空條件下操作，現(xiàn)庫(kù)存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A鋼板，問(wèn)能否用這三種鋼板制造這臺(tái)設(shè)備。解：計(jì)算長(zhǎng)度查表4-2得：8mm、12mm、14mm鋼板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三種厚度板各自對(duì)應(yīng)的有效厚度分別為：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三種厚度板各自對(duì)應(yīng)的外徑分別為：2016mm、2024mm、2028mmeq\o\ac(○,1)8mm塔計(jì)算eq\o\ac(○,2)12mm塔計(jì)算eq\o\ac(○,3)14mm塔計(jì)算圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應(yīng)液密度ρ=1000kg/m3，頂部設(shè)有爆破片，圓筒內(nèi)徑Di=1000mm，圓筒長(zhǎng)度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2.0mm，對(duì)接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)；夾套內(nèi)為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內(nèi)徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，試進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：eq\o\ac(○,1)確定各設(shè)計(jì)參數(shù)；eq\o\ac(○,2)計(jì)算并確定為保證足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾套的厚度；eq\o\ac(○,3)確定水壓試驗(yàn)壓力，并校核在水壓試驗(yàn)時(shí)，各殼體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是否滿足要求。解：eq\o\ac(○,1)各設(shè)計(jì)參數(shù)：eq\o\ac(

,1)反應(yīng)器圓筒各設(shè)計(jì)參數(shù)：按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標(biāo)定爆破壓力查GB150表B3爆破片的制造范圍，當(dāng)設(shè)計(jì)爆破壓力高于3.6MPa時(shí)，取精度等級(jí)0.5級(jí)，其制造范圍上限為3%設(shè)計(jì)爆破壓力，下限為1.5%設(shè)計(jì)爆破壓力，設(shè)計(jì)爆破壓力為按內(nèi)壓設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：按外壓設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：按外壓設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算長(zhǎng)度：設(shè)計(jì)溫度取工作溫度鋼板為6~16mm時(shí)，16MnR的[σ]t=170MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，φ=1.0eq\o\ac(

,2)夾套各設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力（并取計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力）：取最高工作壓力。設(shè)計(jì)溫度取10℃，C1=0。eq\o\ac(○,2)內(nèi)筒和夾套的厚度：eq\o\ac(□,1)圓筒和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚設(shè)計(jì)eq\o\ac(

,1)按內(nèi)壓設(shè)計(jì)時(shí)eq\o\ac(□,2)夾套壁厚設(shè)計(jì)有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計(jì)（計(jì)算）壓力為2.5MPa，設(shè)計(jì)溫度300℃，材料為16MnR，厚度δn=14mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個(gè)接管（方位見(jiàn)圖），材料均為20號(hào)無(wú)縫鋼管，接管a規(guī)格為φ89×6.0，接管b規(guī)格為φ219×8，接管c規(guī)格為φ159×6，試問(wèn)上述開(kāi)孔結(jié)構(gòu)是否需要補(bǔ)強(qiáng)？答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。接管b、c均需計(jì)算后確定。橢圓形封頭的計(jì)算厚度：16MnR在300℃時(shí)許用應(yīng)力，查表D1，6~16mm時(shí)，[σ]t=144MPa，查表4-2，C1=0.8mm；查表D21，≤10mm時(shí)，[σ]tt=101MPa；fr=101/144=0.701。接管c的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：8.具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲(chǔ)罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20mm，儲(chǔ)罐總長(zhǎng)10000mm，已知排放狀態(tài)下氯甲烷的汽化熱為335kJ/kg，儲(chǔ)罐無(wú)隔熱保溫層和水噴淋裝置，試確定該容器安全泄放量。解：容器安全泄放量9.求出例4-3中遠(yuǎn)離邊緣處筒體內(nèi)外壁的應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度。（例4-3：某一鋼制容器，內(nèi)徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設(shè)計(jì)壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力計(jì)算得到圓筒與平封頭連接處的邊緣力Q0=-1.102×106N/m，邊緣彎矩M0=5.725×104N·m/m，如圖所示。設(shè)容器材料的彈性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3。若不考慮角焊縫引起的應(yīng)力集中，試計(jì)算圓筒邊緣處的應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度）解：遠(yuǎn)離邊緣處筒體的應(yīng)力和應(yīng)