化工容器部分答案

1、1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚5 n=22mm壁厚附加量为 C=2mm ,承受的最大气体压力 P=2MPa , 焊接接头系数=0.85,试求筒体的最大应力。 解：已知 Di=2000mm ,5 n=22mm , C=2mm , P=2MPa, =0.85 ,5 e=22-2=20mm 则 所以筒体的最大应力为 P Di e 2 118.82Mpa。 2 2000 20 2 0.85 20 118.82MPa 提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时Pw=2MPa 2.某化工厂反应釜, PwDi e 2 2000 20 2 0.85 20 118.82MPa 内径为1600m

2、m。工作温度为 5C105C,工作压力为1.6MPa ,釜体材料用 0Crl8Ni9 采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。 解：已知 Di=1600mm 查附表6, 0Crl8Ni9在105C时的，其许用应力a 105=137MPa。 查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取 =0.85 介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0 o 因装安全阀， 取设计压力 P=1.1 X 1.6=1.76MPa 根据式(10-12) PcDi 2 tPc C2 1.76 1600 2 137 0.85 1.76 12.18 mm 估计 5 n=8-25mm。查表 10-1

3、0，取 C1=0.8mm。 贝U5 n = 5 d+C 1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取 5 n=13mm 3.材料为20的无缝钢管，规格为 57X 3.5，求在室温和400C时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附 加量和C=1.5mm两种情况计算。 解：已知 D0=57mm , 5 n=3.5mm,贝U Di=D0- 2 5 n=57-2 X.5=50mm。查附表 7, 20 钢管在室温时 a=130MPa, 在400 C时的 a400=86MPa 无缝钢管 =1 (1) 不考虑壁厚附加量 室温时 Pw 2 e 2 130 1 3.5 910 17MPa Di e50 3.5

4、53.5 400 C时 Pw 2 400 e 2 86 1 3.5 602 11.2MPa Di e50 3.5 53.5 (2)考虑壁厚附加量 室温时 Pw 2e2 130 1 2 520 10MPa Die 50 2 52 400 C时 Pw 2 400e 2 86 1 2 344 6.6MPa Die 50 2 52 4.今欲设计一台反应器，直径为3000mm，采用双面对接焊缝，100 %探伤。工作压力为1. 8MPa，工作 温度450C，试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。 解：已知 Di=3000mm， t=450C， Pc=1.1 x 1.8=1.98

5、MPa， =1，C2=2mm (腐蚀很小，取 1,腐蚀较严重， 取2mm，一般单面腐蚀) (1)采用20R b 450C =61MPa，代入公式得 钢板负偏差取 d C1=1.2mm， (2)采用 16MnR b 450C =66MPa，代入公式得 PcDi C2 1.8 3000 2 61 1 1.8 46.93mm (5 分) PcDi 2 tPc C2 8 3000 2 2 66 1 1.8 43.47mm 钢板负偏差取 C1=1.2mm，圆整后S n=46mm 比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。 5.乙烯贮罐，内径 1600mm壁厚16mm设计压力为 2. 5

6、MPa工作温度-35 C,材料为 16MnR。采用双 面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C= 1.5mm试校核强度 解：已知内径 Di=1600mm S n=16mmS e= S n-C=16-1.5=14.5mm。P=2.5MPa。16MnR在 20C时的许用应 力b 2c=170MPa。取 =0.85。 则设计温度下筒体的计算应力为： 4036.25 29 139.2MPa tPc(Die)2.5 (1600 14.5) 2 e2 14.5 b b 20=0.85x 170=144.5MPa 因 b 上 v b 20 所以，容器的强度是足够的。 6.设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200

7、mm，设计压力1.8MPa，设计温度40C，材质为20R，介质 无大腐蚀性。双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头的形式。 解：已知 Di=1200mm，P=1.8MPa，20R 在 40 C 时的许用应力b40=133MPa。C2=1mm。 =1.0 (1)设计筒体壁厚 PcDi 2 tPc C2 1.8 1200 2 133 1 1.8 9.18mm 取 Ci=0.8mm。贝U$ =+Ci=9.18+0.8=9.98mm，圆整取 !=10mm （2）设计封头壁厚 选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同 PcDi厂1.8 1200 dtC2 2 0.5pc2 133 1 0.5 1.8

8、 取C1=0.8mm （估计壁厚10mm）,圆整后取n=10mm，与筒体同。 9.15mm 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa,设计温度40C，材质为20R，介质无大 腐蚀性，双面对接焊缝, 100%探伤。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40C下b =133MPa） 解：已知 Di=1200mm，t=40 C， （1）设计容器筒体壁厚 Pc=1.8MPa， b 40C=133MPa， =1，C2=1mm。 （2 分） PcDi t 2Pc C2 1.8 1200 2 133 1 1.8 9.18mm （ 4 分） 钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后S

9、n=10mm （2）设计容器封头壁厚 从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采 用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由 定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采 用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局 部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准 PcDi 2 t0.5pc C2 （4 分） 椭圆形封头。 （3 分） 根据标准椭圆形封头壁厚公

10、式： 把数据代入公式，得 考虑钢板厚度负偏差，取 1.8 1200 2 133 10.5 1.8 1.0 9.15mm （2 分） C1=0.8mm，圆整后用 S n=10mm 7.某工厂脱水塔塔体内径为Di = 700mm。壁厚为S n = 12mm，工作温度为180C。压力为2MPa。材质为 20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C = 2mm,试校核塔体工作与水压试验强度。 解：已知 Di= 700mm，S n = 12mm，C=2mmS e=S n -C= 10mm，P=2MPa，20R 在 180C时的许用应力 b 18=126.6Mpa， =0.8 （塔体内径小，只能单

11、面焊）， 设计温度下塔体的计算应力为： tPc （Die） 2 （700 10） 1420 71MPa 2 e 2 10 20 b 180=0.8X 126.6=101.3MPa因 b t V b 180 所以，塔体的强度是足够的。 水压试验时的试验压力 PT 1.25P ,180 1.25 2 133 126.6 2.63MPa 水压试验时的应力为 T 出263 (700 10)93.4MPa 2 e210 20R 的 b s=245MPa 0.9 b s=0.9 X (48=X76.4MPa，因 b TV0.9 bs 故水压试验强度足够。 复习内插法: 180 150 ( 200 150)

12、 180 150 200 150 132 (123 132) 180 150 200 150 132 9 0.6 126.6 【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为S n=12mm，工作温度为t=180 C,工作压力为 Pw=2MPa，材料为0Cr18Ni9，塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在 150 C 以下b =137MPa，在 200C下b =130MPa，常温下 b s=240MPa） Pc=1.1 X 2=2.2MPa，壁厚 解：已知Di=700mm，设计温度t=180 C，设计压力 S n=12mm，材料许用应力b 180

13、C=132.8MPa， 焊接接头系数 =0.8，钢板负偏差 6=0.8mm，腐蚀裕量 C2=0mm pT Di e 根据水压试验应力公式 Pt1.25 p 一t Pt 1.25 2.2 137 132.8 2.8MPa S e= S n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm 代入得 2.8700 11.2 T 88.9MPa 2 11.2 0.9 b s=0.9X 0.8X 240=172.8MPa b tV 0.9 b s 水压试验时满足强度要求。 8.有一长期不用的反应釜，经实测内径为 1200mm最小壁厚为10mm材质为Q235-A，纵向焊缝为双面对 接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲

14、利用该釜承受1MPa的内压力，工作温度为 200C，介质无腐蚀性，装设 安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。 解：已知 Di=1200mm， 5 n= 10mm， =0.85，P=1.1 x 1=1.1MPa， a 2=lO5MPa，C2=0，取 Ci=0.8mm， S e= 5 n C1 C2=10-0.8=9.2mm。 设计温度下反应釜的计算应力为： Pc(Die) 1.1 (1200 9.2) 2 9.2 72.3MPa a 180=0.85X 105=89.3MPa 因 a 七 V a 200 所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的 9.有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm，高7

15、060mm，壁厚11mm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大 允许外压力（许用外压）。（设计温度为200Co ） 解：已知外径Do=1580mm，L=7060mm，壁厚5 n=11mm,设计温度t=200C，设计温度下材料的弹性模量 Et=184000MPa， C1=0.8mm， C2=0mm，则釜体有效厚度 5 e= 5 n- C1- C2=11-0.8-0=10.2mm 根据临界长度公式： 页,1580 Lcr1.17D。，一o1.17 158022922.6mm cr飞 e10.2 因为LLcr，所以此聚合釜为短圆筒 根据短圆筒的临界压力公式 Pcr 许用外压： 2.59Et 2.

16、5 Do L Do 2.59 184000 2.5 10.2 1580 7060 1580 0.357MPa p cr P m 0.357 3 0.119MPa 【参考题】设计一台缩聚釜，釜体内径为 1000mm，釜身高度为 700mm，用厚度为 5mm、7mm、9mm的 0Cr18Ni9钢板制造。釜体夹套内径为1200mm，用Q235-A钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真 空，继之抽高真空，最后通 0.5MPa的氮气。釜内物料温度低于 275C，夹套内载热体最大压力为0.3MPa。 整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。 （20 分

17、） （0Cr18Ni9 在 250 C 下a =122MPa，在 300 C 下a =114MPa ; Q235-A 在 250 C 下a =94MPa，在 300 C 下a =86MPa） 解：1）设计釜体厚度 已知 Di=1000mm，L=700mm，t=275 C，P=0.3MPa， =0.8，材料为 0Cr18Ni9 钢板5 n 分别为 5mm、7mm、 9mm ，它们 的钢板负偏差 C1分另U为 0.5mm、0.6mm、0.8mm ，腐蚀裕量 C2=0mm 。 则钢板有效厚度5 e分别为4.5mm、6.4mm和8.2mm （1 ）当5 n=5mm 时 L/Do=700/ （1000+

18、2 X 5） =0.69Do/ 5 e=1010/4.5=224.44 查图得，a=6.0 X 10-4，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=53MPa P=B 5 e/Do=53/224.44=0.24MPa P。 （3 ）当5 n=9mm 时 L/Do=700/ （1000+2 X 9） =0.69Do/ 5 e=1018/8.2=124.15 查图得，A=1.5 X 10-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=67MPa P=B 5 e/Do=67/124.15=0.54MPa Po 所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。 另外，需要对5

19、 n=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。 已知 Di=1000mm，Pc=1.1 X 0.5=0.55MPa，t=275 C， a =118MPa （内插法）=0.8，5 e=6.4mm 则 tPc Di e 0.55 1000 6.4t 则 43.24MPa0.8 11894.4MPa 2 e2 6.4 所以，这台缩聚釜可以采用 7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造 2）设计夹套厚度 已知 Di=1200mm，Pc=1.1 X 0.3=0.33MPa，t=275 C， a =90MPa （内插法）， =0.8，C2=0mm （2 分） 2 tFC C2 0.33 1200 2 90 0.8 0.33 0 2.76mm 取 C1=0.22mm，圆整后 5 n=3mm 所以，夹套厚度3mm 12.今有一直径为640mm壁厚为4mm筒