过程装备基础第14章习题解答.docVIP

第14章 压力容器设计 14-1 某化工厂需设计一台液氨储槽，其内直径为2600mm，工作温度为-10°C～50°C，最高工作压力为1.6MPa，材料选用Q345R，若封头采用椭圆形封头，试设计筒体与封头的厚度。 解：（1）由题可知：所需设计的液氨储槽内径，工作温度为-10°C～50°C，设计压力的选取要视有无安全泄放装置而定。因题目中未提有安全泄放装置，则可按无安全泄放装置来设计，其设计压力应不低于最高工作压力，取p=1.7 MPa；由于一般液氨储槽液柱静压力不高，可忽略不计，故取计算压力pc= 1.7 MPa。 （2）由于液氨储槽材料选用Q345R，假定储槽厚度范围为3～16mm，取设计温度为50°C，查得材料的许用应力；考虑液氨对Q345R材料有一定的腐蚀性，根据工作经验取腐蚀裕量；壳体采用采用双面焊对接接头、100%无损探伤，则其焊接接头系数 根据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的计算厚度 由于Q345R钢板厚度负偏差C1=0.30mm，腐蚀裕量，故可选用δn=15mm厚的钢板，此厚度在假定的范围内，故计算有效。 根据标准椭圆形封头厚度的设计公式可得液氨储槽封头的计算厚度 由于Q345R钢板厚度负偏差C1=0.30mm，腐蚀裕量，因此，封头也可选用δn=15mm厚的钢板。 应当指出，这个厚度仅是满足承压强度要求所需的厚度，不是最终设计所确定的厚度。 14-2 设计一台不锈钢（06Cr19Ni10）制承压容器，最大工作压力为1.2MPa，装设安全阀，工作温度为150°C，容器内直径为1m，筒体纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，试确定筒体厚度。 解：（1）由题可知：承压容器内直径，工作温度为150°C，最高工作压力，由于承压容器装设安全阀，则其设计压力 p= (1.05～1.10) pw = (1.05～1.10)×1.2=1.26～1.32 MPa 取设计压力p= 1.32 MPa，计算压力pc= 1.32 MPa。 （2）由于承压容器材料选用06Cr19Ni10 ，假定其厚度范围为1.5～80mm，取设计温度为150°C，查附录2得材料的许用应力；考虑采用不锈钢，取腐蚀裕量；筒体纵向焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数。 根据圆筒厚度的设计公式可得承压容器的器壁的计算厚度 GB24511《承压设备用不锈钢钢板和钢带》中对于热轧不锈钢厚钢板（公称厚度≥5mm）的负偏差规定为0.30mm，故可选用δn=7mm厚的钢板（处于原假设厚度范围内）。 因此，为满足最大工作压力为1.2MPa的强度要求所需的该不锈钢制容器的筒体名义厚度可确定为8mm。 14-3 试设计一圆筒形容器，已知圆筒的内直径Di = 800mm，设计压力p = 3MPa，设计温度为100°C，材料选为Q245R，腐蚀裕量可取C2=2mm，试确定： （1）筒体的厚度； （2）分别计算半球形封头、标准椭圆形封头、碟形封头的厚度，并将计算结果进行比较。 解：（1）由题可知：圆筒形容器内直径，设计温度为100°C，设计压力p= 3 MPa，腐蚀裕量，可取计算压力pc= 3 MPa。 （2）圆筒体厚度的确定 由于圆筒体的材料选为Q245R，假定其厚度范围为3～16mm，查附录2得材料的许用应力；选取筒体采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数。 根据圆筒体厚度的设计公式，可得其计算厚度为： 由于Q245R钢板厚度负偏差C1=0.30mm，腐蚀裕量，故可选用δn=13mm（在原假设厚度范围内）厚的钢板。因此，满足承压要求的筒体名义厚度可确定为13mm。 （3）封头厚度的确定 若采用半球形封头，由于其内径，故可整体冲压成型，则焊接接头系数，由于封头材料选为Q245R，假定其厚度范围为3～16mm，查附录2得材料的许用应力，根据半球形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为： 由于Q245R钢板厚度负偏差C1=0.30mm，腐蚀裕量，故可选用δn=7mm厚的钢板。 若采用标准椭圆形封头，由于其内直径，故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数，由于封头材料选为Q245R，假定其厚度范围为3～16mm，查附录2得材料的许用应力，根据标准椭圆形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为： 由于Q245R钢板厚度负偏差C1=0.30mm，腐蚀裕量，故可选用δn=11mm厚的钢板（厚度处于原假设范围内）。 若采用标准碟形封头，由于封头材料选为Q245R，假定其厚度范围为3～16mm，查附录2得材料的许用应力；由于其内直径，故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数。根据标准碟形封头厚度的设计公式 取，，则 代入标准碟形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为： 由