2014年化机基础课程总结-例题

1、设计参数：工作压力设计参数：工作压力15.6MPa 15.6MPa ，工作温度，工作温度350 ,350 ,汽包内径为汽包内径为1300mm1300mm，装设安全阀，采用低合金钢，装设安全阀，采用低合金钢18MnMoNbR18MnMoNbR。【解解】（1 1）确定参数）确定参数 工作压力工作压力 15.6MPa15.6MPa，定为高压容器，属于三类容器，其焊缝结，定为高压容器，属于三类容器，其焊缝结构必须是双面对接焊结构，构必须是双面对接焊结构，100% 100% 无损探伤，取焊缝系数无损探伤，取焊缝系数 = 1= 1 例例1： 设计锅炉汽包的筒体壁厚设计锅炉汽包的筒体壁厚四章、四章、例题与讨

2、论例题与讨论12021/8/14 筒体需保温，则筒壁设计温度取介质温度，筒体需保温，则筒壁设计温度取介质温度，t t=350350； 采用低合金钢采用低合金钢 18MnMoNbR18MnMoNbR。 t=211 MPaMPa，（估计壁厚可能在估计壁厚可能在6060100mm100mm) s=390 MPa390 MPa ； 设置安全阀，计算压力安全阀，计算压力 PcPc= 1.1Pw1.1Pw=1.11.115.615.6 =17.1617.16(MPaMPa) ； 水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀，且为单面腐蚀且为单面腐蚀， 取取 C C2 2=1 1mm 22021/8

3、/14（2）计算壁厚）计算壁厚设计壁厚设计壁厚 d=+C2=55.1+1.0=56.1 (mm) 由由 56.1mm ,查表查表 4-9 得得 壁厚减薄量壁厚减薄量 C1=1.3 mm壁厚附加量壁厚附加量 C = C1+C2 =1.3+1.0 = 2.3 (mm)名义厚度名义厚度 n=+ C+圆整圆整=55.1+2.3+圆整圆整=58(mm) ) )( (55.155.117.1617.161 12112112 21300130017.1617.16 2 2D Dp pt ti ic cmmmmp pc c 32021/8/14 由由 T T 0.90.9s s 水压试验强度合格，水压试验强度

4、合格， 能保证试验时设备安全。能保证试验时设备安全。（3 3）校核水压试验时的强度）校核水压试验时的强度e=n-C=58-2.3=55.7(mm) )(45.2119019016.1725.125.1pTMPapt确定参数确定参数水压试验强度条件为水压试验强度条件为 s se ee ei iT TT T0.90.9MPaMPa26126155.755.72 255.7）55.7）（1300（130021.4521.452 2D Dp p ）（）（）（MPaMPa3693694104101.01.00.90.9 42021/8/14 例例2：有一无缝钢管收口制成旧气瓶，材质为：有一无缝钢管收口制

5、成旧气瓶，材质为 40Mn2A，实，实测其外径为测其外径为219mm，最小壁厚为，最小壁厚为 6.5mm 。查材料手册得该。查材料手册得该材料材料 b= 785 MPa， s=510 MPa， 5=18% 。校验后回答：（校验后回答：（1）常温下可否充）常温下可否充 15 MPa 氧气？氧气？ （2）如强度不够，最高允许工作压力多少？）如强度不够，最高允许工作压力多少？【解解】（1）确定参数）确定参数 Pc=15MPa Do=219mm n=6.5mm =1(无缝钢管）无缝钢管） C2=1mm C1=0(实测壁厚实测壁厚 6.5mm) e =6.5-1=5.5 mm 许用应力求取：许用应力求取

6、： t= b/nb ， s/ns=785/2.7 ，510/1.5=290.74/340(MPa) 取二者中较小的值为许用应力取二者中较小的值为许用应力 t=290.74 MPa ，52021/8/14 * 该气瓶的最大安全使用压力为该气瓶的最大安全使用压力为 13.48MPa。 * “实测壁厚实测壁厚” 概念，即无需考虑负偏差问题概念，即无需考虑负偏差问题 C1=0 * 无缝钢管制的容器公称直径为外经，壁厚计算公式中应采无缝钢管制的容器公称直径为外经，壁厚计算公式中应采用外径公式。用外径公式。（3）确定最高允许压力）确定最高允许压力02 2 6 215 .5 1 3 .4 8 ()2 1 9

7、5 .5teweP D2 M P a 计算公式为计算公式为 用于充装用于充装 15 MPa 气体强度不够；需降压，气体强度不够；需降压，改变使用用途改变使用用途。（2）强度校核公式为）强度校核公式为290.762021/8/14例例3 3 试为某厂设计一台试为某厂设计一台10m10m3 3液氨贮罐的筒体和封头的壁厚。液氨贮罐的筒体和封头的壁厚。对封头，按半球形、椭圆形、碟形和平板形，各种形式分别对封头，按半球形、椭圆形、碟形和平板形，各种形式分别计算，并对结果进行比较和讨论。计算，并对结果进行比较和讨论。 钢板负偏差钢板负偏差 C C1 1 = 0.25 mm = 0.25 mm （查表（查表

8、4-94-9） 名义壁厚名义壁厚 n n= = d d + C + C1 1+ +圆整圆整 = 8.11 + 0.25 = 8.36 mm= 8.11 + 0.25 = 8.36 mm 圆整后圆整后 ，取名义壁厚：，取名义壁厚：n n = 9 mm = 9 mmmmd 11.81.07.11C2设计壁厚设计壁厚解：（解：（1 1）筒体壁厚设计）筒体壁厚设计 按给定条件该容器为三类容器取按给定条件该容器为三类容器取 =1=1已知：已知：D Di i=1300 mm P=1300 mm Pc c= 1.6 MPa = 1.6 MPa 材质：材质：Q245R Q245R t t=147 MPa =1

9、47 MPa ，C C2 2 = 1 mm = 1 mm ， 封头用整块钢板冲压成型。封头用整块钢板冲压成型。 2 2c ct ti ic cp pD Dp p m mm m1 11 1. .7 71 1. .6 61 1. .0 01 14 47 72 21 13 30 00 01 1. .6 6 计算壁厚计算壁厚72021/8/14（2 2）按半球形封头设计）按半球形封头设计设计壁厚设计壁厚mmCd 4.551.03.552钢板负偏差钢板负偏差 C C1 1 = 0.25 mm = 0.25 mm （查表（查表4-94-9）名义壁厚名义壁厚 n n= = d d + C + C1 1+ +

10、圆整圆整 = 4.55 + 0.25+= 4.55 + 0.25+圆整圆整 =5mm =5mm mm3.551.61.0147413001.6 4cticpDp计算壁厚计算壁厚（3 3）按标准椭圆形封头设计）按标准椭圆形封头设计计算壁厚计算壁厚cticpDp0.5 2 mm27.7160.51.0147213001.6设计壁厚设计壁厚mmd 27.81.027.7C2钢板负偏差钢板负偏差 C1 = 0.25 mm （查表（查表4-9）82021/8/14名义壁厚名义壁厚 n n= = d d + C + C1 1+ +圆整圆整 = 8.27+ 0.25+= 8.27+ 0.25+圆整圆整 =9

11、mm =9mm（4 4）按标准碟形封头设计）按标准碟形封头设计ctic0.5p 2D p 1.2 mm51.81.60.51.0147213001.61.2计算壁厚计算壁厚设计壁厚设计壁厚mm 9.511.051.8C2d钢板负偏差钢板负偏差 C C1 1 = 0.25 mm = 0.25 mm （查表（查表4-94-9）名义壁厚名义壁厚 n n= = d d +C +C1 1+ +圆整圆整 =9.51 +0.25+=9.51 +0.25+圆整圆整=10 mm=10 mm92021/8/14（6 6）按平板封头设计）按平板封头设计 按标准无折边球形封头设计按标准无折边球形封头设计 附加已知条件

12、：附加已知条件：R Ri i=D=Di i h hi i=0.15D=0.15Di i = 30 = 30o o =1 =1 全焊透结全焊透结构构 P/P/ t t =0.012=0.012 R Ri i/D/Di i=1.0 =1.0 查查107107页图页图4-94-9得得 Q=2.25Q=2.25 mm 16.81 1.61140213001.62.25 p 2D p Qcticr计算壁厚计算壁厚mmd 17.811.016.81C2设计壁厚设计壁厚钢板负偏差钢板负偏差 C C1 1 = 0.25 mm = 0.25 mm （查表（查表4-94-9）名义壁厚名义壁厚 n n= =d d

13、+C +C1 1+ +圆整圆整 =17.81 +0.25+=17.81 +0.25+圆整圆整 =19mm =19mm 取结构特征系数取结构特征系数 K=0.25 DK=0.25 Dc c=D=Di i=1300 mm =1300 mm t t =123 MPa =123 MPa 102021/8/14封头型式封头型式圆筒圆筒半球形半球形椭圆形椭圆形碟形碟形无折边球无折边球形形平板平板壁厚壁厚 Sn(mm)959101976重量重量 kg104.2134.5 142.1208.62792制造难度制造难度 mm74.131.01231.60.251300tccpPKD 计算壁厚计算壁厚mmd 75

14、.131.074.13C2设计壁厚设计壁厚钢板负偏差钢板负偏差 C C1 1 = 0.25 mm = 0.25 mm （查表（查表4-94-9）计算结果比较计算结果比较112021/8/14五章、五章、例题与讨论例题与讨论例例1 1 试设计一外压圆筒的壁厚。试设计一外压圆筒的壁厚。已知：计算压力已知：计算压力 P Pc c = 0.2 MPa = 0.2 MPa 设计温度设计温度 t = 250 t = 250 内径内径 D Di i = 1800 mm = 1800 mm，材质，材质 Q345R Q345R 计算长度计算长度 L=10350 mm L=10350 mm 壁厚附加量壁厚附加量

15、C=2 mm EC=2 mm Et t = 186.4 = 186.4 10103 3 MPa MPa解：（解：（1 1）假设）假设 n n = 14 mm = 14 mm ， 则则 D Do o = D = Di i + 2 + 2 n n = 1800+2 = 1800+214=1828 mm 1828 mm e e = = n n - C =14-2 = 12 mm - C =14-2 = 12 mm 计算计算 L/DL/Do o =10350 /1828 = 5.7 =10350 /1828 = 5.7 D Do o/ /e e = 1828 /= 1828 /12 = 152 12

16、= 152 （2 2）求）求 值值（A A值）值） 查图查图5-5 5-5 得：系数得：系数A = 0.000102A = 0.000102122021/8/14（3）求）求 B 值值 由图由图5-9 ，A 点在温度曲线点在温度曲线左方，查不到系数左方，查不到系数B，由公式计算：，由公式计算： MPaAEBt 78.12000102.0104.18632323(4(4）求）求 PP MPa0.083415212.78eoDBP显然，显然，Pc=0.2Pc=0.2P=0.0834 P=0.0834 不安全；重新设计。不安全；重新设计。解决的办法有二个：重新假设解决的办法有二个：重新假设n n，增

17、大壁厚；，增大壁厚； 设计加强圈，改变设计加强圈，改变L L使使L/DeL/De降低降低132021/8/14若按增加壁厚计算若按增加壁厚计算MPaMPa 0.270.27 1025 .27DBPeo（1 1）假设）假设 n n=20 mm =20 mm ， 则则 D Do o= D= Di i+2+2n n =1840 mm =1840 mm ，e e= =n n -C=18 mm-C=18 mm 计算计算 L/DL/Do o=10350/1840 = 5.6 =10350/1840 = 5.6 ，D Do o/ /e e =1828/=1828/18=10218=1022020（2 2）求

18、）求 值值（A A值）值） 查图查图5-5 5-5 得：得：A = 0.00022A = 0.00022（3 3）求）求 B B 值值 由图由图5-9 5-9 ，A A 点在曲线右侧，查得点在曲线右侧，查得 B=27.5 MPaB=27.5 MPa（4 4）求）求 PP（5 5）比较）比较 P P 与与 P Pc c P=0.27 P=0.27P Pc c =0.2 Mpa =0.2 Mpa 且较接近，可用且较接近，可用 n n = 20 mm = 20 mm 的的Q345R Q345R 的钢板的钢板。142021/8/14讨论：讨论：采用采用n=20mmn=20mm，筒体需耗材，筒体需耗材1

19、1.5911.59吨，封头耗材吨，封头耗材1.1851.185吨，共耗材吨，共耗材12.812.8吨；吨；采用采用n=14mmn=14mm，筒体需耗材，筒体需耗材8.098.09吨，封头耗材吨，封头耗材0.810.81吨，加强圈耗材吨，加强圈耗材0.140.14吨，共耗吨，共耗材材9.049.04吨；吨； 节省约节省约3.763.76吨。吨。M MP Pa a 1 15 52 24 42 2. .5 5 28. 0DBPeo 按设两个加强圈计算：按设两个加强圈计算：mm34503103503LL 原原1529.118283450 e eo oo oD D D DL L 则则（1 1）壁厚仍取）

20、壁厚仍取n n=14 mm =14 mm ，e e=12 mm =12 mm 设两个加强圈，计算长度变为：设两个加强圈，计算长度变为：（2 2）求）求 值值（A A值）值） 查图查图5-5 5-5 ， 得：得：A = 0.00035A = 0.00035（3 3）求）求 B B 值值 由图由图5-9 5-9 ，A A 点在曲线右侧，查得点在曲线右侧，查得 B = 42.5 MPaB = 42.5 MPa（4 4）求）求 PP（5 5）比较）比较PP与与P Pc c P=0.28P=0.28 P Pc c=0.2 MPa =0.2 MPa 可以保证安全。可以保证安全。152021/8/14外压圆

21、筒的工程设计外压圆筒的工程设计（1）假设）假设n ，令，令 e = n - C , 计算计算 L / Do 和和 Do / e 的值；的值；（2）求）求 值值（A值），查图（值），查图（5-5）（3）求）求 B 值值根据所用材料，从图（根据所用材料，从图（5-7） 图（图（5-14）中选出）中选出相应的算图。相应的算图。有交点则查出有交点则查出B值值无交点则算出无交点则算出B值值A32tEB （4）求）求 P eoDBP（5）比较）比较cPP 应满足162021/8/14例题例题2 2 设计氧化塔。塔体外装有内径为设计氧化塔。塔体外装有内径为1m1m的夹套，材质为的夹套，材质为Q345R,Q3

22、45R,通以通以2.5MPa2.5MPa的蒸汽加热塔内物料。塔体内径为的蒸汽加热塔内物料。塔体内径为800mm,800mm,塔段计算长度为塔段计算长度为2m,2m,最高工作温度为最高工作温度为250,250,塔内操作压力为塔内操作压力为2.52.53.0MPa 3.0MPa 。塔体材料为。塔体材料为 Q345R,Q345R,内加不锈钢衬里内加不锈钢衬里, ,塔体顶塔体顶部安装防爆装置部安装防爆装置, ,确定塔体及夹套的壁厚。确定塔体及夹套的壁厚。【解解】一、塔体壁厚设计一、塔体壁厚设计1.1.参数：参数： D Di i=800mm, L=2000mm, =800mm, L=2000mm, t=

23、250, Ct=250, C2 2=1mm(=1mm(外壁）外壁）, , C C1 1=0.25mm=0.25mm 最高内压最高内压 P Picic=3=31.1=3.3(MPa) 1.1=3.3(MPa) ， 最高外压最高外压 P Pococ=2.5(MPa) ,=2.5(MPa) , =1.0(=1.0(可能处于外压工作状态），可能处于外压工作状态）， =163 MPa,=163 MPa,t t=147 MPa,=147 MPa, s s=325MPa,=325MPa,172021/8/14 设设n=20 mmn=20 mm，则，则e e= =n n-C= 20-1-0.25=18.75

24、mm-C= 20-1-0.25=18.75 mm， D Do o=D=Di i+2+2n n=800+2=800+220=840 mm.20=840 mm. L/DL/Do o=2000/840=2.4 , D=2000/840=2.4 , Do o/ /e=840/18.75=44.8e=840/18.75=44.8 查图查图5-55-5，A=0.0017,A=0.0017,查图查图5-95-9，B =115B =115 P=B/P=B/（D Do o/ /e e）= 115/46 = 2.5 MPa= 115/46 = 2.5 MPa p=Poc ,满足要求。满足要求。3.3.水压试验校核

25、：水压试验校核： P PT T=1.25P =1.25P =1.25 =1.252.5=3.125 MPa2.5=3.125 MPasTseeiTT0.9(MPa) 0.9(MPa) Dp 5.2920.13259.088.7775.182)75.18800(125.32)(水压试验校核是安全的。水压试验校核是安全的。2.按外压确定壁厚按外压确定壁厚：182021/8/144.4.按内压设计校核：按内压设计校核：。圆圆整整为为m mm m 1 14 4 )mm(1 .1225. 085.11)mm(85.1119 . 30 . 114728009 . 3Cp 2Dpn2ictiicd 塔体壁厚

26、取塔体壁厚取20mm20mm，满足内压要求。，满足内压要求。5. 5. 按内压水压试验校核按内压水压试验校核 PT=1.25P / t =1.253.9163/147=5.4 MPa sTseeiTT0.9(MPa) 5 .2920 . 13259 . 00.9(MPa) 38.12175.182)75.18800(4 . 52)D(p 192021/8/14设计分析设计分析 1.设备正常操作状态（压力为内压）上部最设备正常操作状态（压力为内压）上部最大压力大压力2.53.9MPa，需厚度为，需厚度为14，下部最大，下部最大压力压力01.4MPa，采用，采用14。 2.设备非正常操作状态设备非

27、正常操作状态 蒸汽系统故障而降压或泄压，设备的上蒸汽系统故障而降压或泄压，设备的上 部和部和下部均处于下部均处于2.53.9MPa下工作，需厚度为下工作，需厚度为14 氧化反应操作停止，氧化反应操作停止， 设备上部压力从设备上部压力从3.9MPa降为降为2.5MPa再降为再降为0MPa， 设备下部压力从设备下部压力从1.4MPa降为降为0MPa再降为再降为-2.5MPa， 只有在这种情况下才需厚度为只有在这种情况下才需厚度为20。而且若不是误操作这种。而且若不是误操作这种情况下应是逐渐关闭蒸汽系统。情况下应是逐渐关闭蒸汽系统。202021/8/143.3.水压试验校核水压试验校核 sTseei

28、TTtT0.9(MPa) 4.2488.03459.00.9(MPa) 4.16875.102)75.101000(4.32)D(p)MPa(4.31561705.225.1p25.1p 夹套壁厚取夹套壁厚取12mm12mm。1.1.设计参数设计参数 Pc=2.5 MPaPc=2.5 MPa， C C2 2=1 mm=1 mm， D Di i=1000 mm=1000 mm； =170 MPa=170 MPa； t t=156 MPa=156 MPa； 焊缝系数焊缝系数 =0.8 (单面焊，局部无损检验）单面焊，局部无损检验）6、夹套壁厚：、夹套壁厚： e=e=n-C=12-1.25=10.75(mm)n-C=12-1.25=10.75(mm)。圆圆