化工容器部分答案

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1、.1 1、已知已知 DN2000DN2000 的内压薄壁圆筒，的内压薄壁圆筒，壁厚壁厚 n=22mm，n=22mm，壁厚附加量为壁厚附加量为 C=2mmC=2mm，承受的最大气体压力承受的最大气体压力 P=2MPaP=2MPa，焊接接头系数焊接接头系数 =0.85，试求筒体的最大应力。=0.85，试求筒体的最大应力。解：已知 Di=2000mm，n=22mm，C=2mm，P=2MPa，=0.85，e=22-2=20mm。则提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时Pw=2MPa所以筒体的最大应力为 118.82Mpa。PDie22000 20118.82MPa2e20.8520tPwD

2、ie22000 20118.82MPa2e20.85202. 2. 某化工厂反应釜，某化工厂反应釜，内径为内径为 1600mm1600mm。工作温度为工作温度为 5105，工作压力为5105，工作压力为1.6MPa1.6MPa，釜体材料用，釜体材料用0Crl8Ni90Crl8Ni9。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。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 105时的，其许用应力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

3、对不锈钢腐蚀极微，取 C2=0。因装安全阀，取设计压力 P=1.11.6=1.76MPa。根据式（10-12）dpcDi1.761600C 0 12.18 mm221370.851.762t pc估计n=8-25mm。查表 10-10，取 C1=0.8mm。则n=d+C1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取n=13mm3. 3. 材料为材料为 2020 的无缝钢管，规格为的无缝钢管，规格为57573.53.5，求在室温和，求在室温和 400400时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和量和 C=1.5mmC=1.5mm 两种情况计算。两种情况计

4、算。解：已知 D0=57mm，n=3.5mm，则 Di=D0-2n=57-23.5=50mm。查附表 7，20 钢管在室温时 =130MPa,在 400时的400=86MPa。无缝钢管 =1（1）室温时不考虑壁厚附加量Pw 400时2e213013.591017MPa aDie50 3.553.52400e28613.5602Pw 11.2MPa aDie503.553.5（2）室温时考虑壁厚附加量-优选.Pw 400时2e21301252010MPa aDie50 2522400e28612344Pw 6.6MPa aDie50 2524. 4. 今欲设计一台反应器，直径为今欲设计一台反应器

5、，直径为 3000mm3000mm，采用双面对接焊缝，采用双面对接焊缝，100100探伤。工作压力为探伤。工作压力为 1 18MPa8MPa，工作温，工作温度度 450，试用450，试用 20R20R 和和 16MnR16MnR 两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。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=450， Pc=1.11.8=1.98MPa，=1，C C2 2=2mm=2mm（腐蚀很小，取（腐蚀很小，取 1 1，腐蚀较严重，腐蚀较严重，取取 2mm2mm，一般单面腐蚀），一般单面腐蚀）（1）采用 20R450=61MPa，代入公式得d钢板

6、负偏差取 C1=1.2mm，圆整后n=50mm（2）采用 16MnR450=66MPa，代入公式得2 PctPcDiC21.83000 2 46.93mm26111.8（5 分）d2 PctPcDiC21.83000 2 43.47mm26611.8钢板负偏差取 C1=1.2mm，圆整后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. 5. 乙烯贮罐，内径乙烯贮罐，内径1600mm1600mm，壁厚，壁厚 16mm16mm，设计压力为，设计压力为 2 25MPa5MPa，工作温度，工作温度-35-35，材料为，材料为 16MnR16MnR 。采用双。采用双面对

7、接焊，局部无损探伤，壁厚附加量面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量 C C1.5mm1.5mm，试校核强度。，试校核强度。解：已知内径 Di=1600mm，n=16mm。e=n-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR 在 20时的许用应力 20=170MPa。取=0.85。则设计温度下筒体的计算应力为：tPc(Di ie)2.5(1600 14.5)4036.25139.2MPa2e214.52920=0.85170=144.5MPa因t20所以，容器的强度是足够的。6. 6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径设计容器筒体和封头壁厚。已知内径 1200mm1200mm，设

8、计压力，设计压力 1.8MPa1.8MPa，设计温度，设计温度 40，材质为40，材质为 20R20R，介质无，介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，大腐蚀性。双面对接焊缝，100100探伤。讨论所选封头的形式。探伤。讨论所选封头的形式。解：已知 Di=1200mm，P=1.8MPa，20R 在 40时的许用应力40=133MPa。C2=1mm。=1.0（1）设计筒体壁厚dpcDi1.81200C 1 9.18mm2t213311.82 pc-优选.取 C1=0.8mm。则n=d+C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取 n=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。d

9、取 C1=0.8mm（估计壁厚 10mm） ，圆整后取 n=10mm，与筒体同。-pcDi1.81200 C 1 9.15mm221331 0.51.82t 0.5pc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 40，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 40下=133MPa）解：已知 Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。（2 分）（1）设计容器筒体壁厚d（2）设计容器封头壁厚2 PctPcDiC21.812001 9.18mm

10、213311.8（4 分）钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后n=10mm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，故可采用标准椭圆形封头。（3 分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：把数据代入公式，得

11、dpcDiC2t20.5pc（4 分）d1.812001.0 9.15mm21331 0.51.8（2 分）考虑钢板厚度负偏差，取 C1=0.8mm，圆整后用n=10mm-7. 7. 某工厂脱水塔塔体内径为某工厂脱水塔塔体内径为 D Di i700mm700mm。 壁厚为壁厚为n n12mm12mm， 工作温度为工作温度为 180。180。 压力为压力为 2MPa2MPa。 材质为材质为 20R20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为 C C2mm2mm，试校核塔体工作与水压试验强度。，试校核塔体工作与水压试验强度。解：已知 Di700mm，

12、n12mm，C=2mm。e=nC10mm，P=2MPa，20R 在 180时的许用应力180=126.6Mpa，=0.8（塔体内径小，只能单面焊） ，设计温度下塔体的计算应力为：tPc(Di ie)2(700 10)1420 71MPa2e21020180=0.8126.6=101.3MPa-优选.因t180所以，塔体的强度是足够的。水压试验时的试验压力PT1.25P1331.252 2.63MPa a126.6180水压试验时的应力为T20R 的s=245MPa，PT(Di ie)2.63(700 10) 93.4MPa2e2100.9s=0.90.8245=176.4MPa，因T0.9s故

13、水压试验强度足够。复习内插法：180150 (200150)13290.6 126.6180150180150132 (123132)200150200150【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为 Di=700mm，壁厚为n=12mm，工作温度为 t=180，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以下 =137MPa，在 200下=130MPa，常温下s=240MPa）解：已知 Di=700mm，设计温度 t=180，设计压力 Pc=1.12=2.2MPa，壁厚n=12mm， 材料许用应力180=13

14、2.8MPa， 焊接接头系数=0.8， 钢板负偏差 C1=0.8mm， 腐蚀裕量 C2=0mm。根据水压试验应力公式e=n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm代入得pT1.25pTtpTDie2epT1.252.2137 2.8MPa132.8T2.870011.2 88.9MPa211.20.9s=0.90.8240=172.8MPaT0.9s水压试验时满足强度要求。8. 8. 有一长期不用的反应釜，经实测内径为有一长期不用的反应釜，经实测内径为 1200mm1200mm，最小壁厚为，最小壁厚为 10mm10mm，材质为，材质为 Q235-AQ235-A，纵向焊缝为双面，纵向焊缝为双

15、面-优选.对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受1MPa1MPa 的内压力，工作温度为的内压力，工作温度为 200200，介质无腐蚀性，装，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。设安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。解：已知 Di=1200mm，n10mm，=0.85，P=1.11=1.1MPa， 200=105MPa，C2=0，取 C1=0.8mm，e=nC1C2=10-0.8=9.2mm。设计温度下反应釜的计算应力为：t180=0.85105=89.3MPa因t200Pc(Di ie)1.1(1200 9.2) 72.3

16、MPa2e29.2所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。9. 9. 有一台聚乙烯聚合釜，外径有一台聚乙烯聚合釜，外径 1580mm1580mm，高，高 7060mm7060mm，壁厚，壁厚 11mm11mm，材质为，材质为 0Crl8Ni90Crl8Ni9，试确定釜体的最大允，试确定釜体的最大允许外压力（许用外压）许外压力（许用外压） 。( (设计温度为设计温度为 200。200。) )解：已知外径 Do=1580mm，L=7060mm，壁厚n=11mm，设计温度 t=200，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e=n- C

17、1- C2=110.80=10.2mm根据临界长度公式：根据短圆筒的临界压力公式Lcr1.17DoDo因为 LLcr，所以此聚合釜为短圆筒e1.171580 1580 22922.6mm10.2pcr 2.59Ete许用外压：2.5Do10.2 1580 2.59184000 0.357MPaL Do7060 1580ppcr0.357 0.119MPam32.5【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

18、空，继之抽高真空，最后通 0.5MPa 的氮气。釜内物料温度低于 275，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）（0Cr18Ni9 在 250下=122MPa，在 300下=114MPa；Q235-A 在 250下=94MPa，在 300下=86MPa）解： 1）设计釜体厚度已知 Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料为 0Cr18Ni9 钢板n分别为 5mm、7mm、则钢板有效厚度e分别为 4.5mm、6.4mm 和 8.2mm（1）当n=5m

19、m 时L/Do=700/（1000+25）=0.69Do/e=1010/4.5=224.44查图得，A=6.010-4，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故B=53MPaP=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo9mm ， 它 们 的 钢 板 负 偏 差C1分 别 为0.5mm 、 0.6mm 、 0.8mm ， 腐 蚀 裕 量C2=0mm 。-优选.（2）当n=7mm 时L/Do=700/（1000+27）=0.69Do/e=1014/6.4=158.44查图得，A=1.110-3，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故B=63MPaP=Be/Do=63/158

20、.44=0.40MPaPo（3）当n=9mm 时L/Do=700/（1000+29）=0.69Do/e=1018/8.2=124.15查 图 得 ， A=1.5 10-3， 再 查 图 得 ， A值 所 在 点 落 在 材 料 温 度 线 的 右 方 ， 故B=67MPaP=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用 7mm 厚的 0Cr18Ni9 钢板制造这台缩聚釜。另外，需要对n=7mm 的缩聚釜进行内压强度校核。已知 Di=1000mm，Pc=1.10.5=0.55MPa，t=275， =118MPa（内插法） ，=0.8，e=6.4mm则tcie 43.24MPa

21、t118 0.8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=1.10.3=0.33MPa，t=275， =90MPa（内插法） ，=0.8，C2=0mm（2 分）所以，夹套厚度 3mm12.12. 今有一直径为今有一直径为 640mm640mm，壁厚为，壁厚为 4mm4mm、筒长、筒长 5000mm5000mm 的容器，材料为的容器，材料为 Q235-AQ235-A，工作温度为，工作温度为 200200，试问，试问该容器能承受该容器能承受 0.1MPa0.1MPa 外压？如不能承受，应加几个加强箍？外压？如不能承受，应加几个

22、加强箍？解：已知Di=640mm，n=4mm，L=5000mm，t=200，P=0.1MPa，Et=1.86105MPa，C1=0.3mm，C2=2mm，200下 Q235-A（含碳量 0.22%）的弹性模量为1.86105MPa，e=n C1C2=40.32=1.7mmPD 2e0.551000 6.426.4 94.4MPadPcDi0.331200C 0 2.76mm2t2900.80.332 Pc取 C1=0.22mm，圆整后n=3mmLcr1.17DoDoLcrL，故该容器为短圆筒e1.1764864814802.12mm1.7Pcr 2.59EteDoL Do2.52.51.7 6

23、48 2.591.861055000 648 0.022MPaPPcr0.022 0.0073MPam3由于PP，容器不能承受 0.1MPa 外压，所以需要加加强箍2.59EtDoeDoL mp2.52.591.861056481.7 64830.12.5 366.82mm-优选.n=5000/366.821=12.6313 个所以应该加 13 个加强箍。13.13. 试设计一中间试验设备轻油裂解气废热锅炉汽包筒体及标准椭圆形封头的壁厚，并画出封头草图，试设计一中间试验设备轻油裂解气废热锅炉汽包筒体及标准椭圆形封头的壁厚，并画出封头草图，注明尺寸。己知设计条件为：设计压力注明尺寸。己知设计条件

24、为：设计压力 1.2MPa1.2MPa，设计温度为，设计温度为 350，汽包内径350，汽包内径 450mm450mm，材质为，材质为 16MnR16MnR，筒，筒体带垫板，单面对接焊缝，体带垫板，单面对接焊缝，100100探伤。探伤。解：已知 P=1.2MPa，Di=450mm，假设厚度 6-16mm，16MnR 在 350时的许用应力350=134MPa，=0.9，C2=2mm。d取 C1=0.5mm，则取 n=5mm椭圆形封头,整体冲压取=1pcDi1.2450C 2 4.25mm221340.91.22t pcd考虑钢板负偏差，并考虑焊接方便，取 n=6mm 与筒体同。pcDi1.24

25、50 C 2 4.02mm2t21341 0.51.22 0.5pc14.14. 试设计一反应釜锥形底的壁厚，试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为该釜内径为 800mm800mm，锥底接一公称直径，锥底接一公称直径DN150(DN150(外径为外径为 159mm)159mm)的接管。的接管。锥底半顶角为锥底半顶角为 4545，釜的设计压力为，釜的设计压力为1.6MPa1.6MPa，工作温度为，工作温度为4040，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材质，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材质为为 Q235-AQ235-A。解：由于半顶角30，所以锥体大端采用带折边的结构。折边内半径 r=0.15Di，r=120mm。整个封头取同一厚度，锥体厚度按下式计算：dfPcDiC2t0.5Pc（2 分）查表得 f=0.645， Pc=1.6MPa， Di=800mm， =113MPa， =1.0 （采用双面对接焊缝， 全部无损探伤） ， C2=1mm，代入公式得d过渡区厚度为：0.6451.68001 8.36mm11310.51.6（2 分）d查表得 K=0.8181，代入公式得20.5PctKPcDiC2（2 分）d0.81811.68001 5.65mm21131 0.51.6（2 分）比较后取d=8.36mm，钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后n=10mm-优选