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化机下册习题课 压力容器设计 例题 例1：设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,工作压力为2.2MPa（不计液注高度），工作温度t=-3～-20℃，塔体保温。确定该塔壁厚及选用的材料。 【解】1.选材 介质腐蚀性——轻微；工作温度——低温； 工作压力——中压。故选用16MnR。 2.确定参数 （1） 由DN=600mm,筒体采用板卷， Di=600mm； （2） 由题意“不计液注高度”，无安全泄放装置，pc=2.2MPa ； （3）因压力为中压，直径较小，故可采用带垫板单面对接 焊结构，局部无损探伤，φ=0.8 ； （4）塔体保温，设计温度取介质温度， [s]t=170MPa ； （5）常温屈服点ss=345MPa； （6） 腐蚀轻微，单面腐蚀， C2 =1mm 。 例2 设计锅炉汽包的筒体壁厚。工作压力为15.6MPa,工作温度为350℃,其内径为1300mm。 【解】 1.选材：工作温度中温，工作压力为高压，有轻微腐蚀。 故采用低合金钢18MnMoNbR（GB6654-96)。ss=410MPa。 2.确定参数 （1）工作压力15.6MPa,是高压容器，属于三类容器。其焊缝结构必须是双面对接焊结构或其他等强度焊接，100%无损探伤， φ=1 。 （2） 筒体需保温，则筒壁设计温度取介质温度， [s]=[s]350=190MPa （3）需安装安全阀，pc=p=1.1×15.6=17.16(MPa)。 （4）水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀，且为单面腐蚀，C2=1mm。 3.计算壁厚 例3 校验旧气瓶。资料记载该气瓶材质为40Mn2A，系无缝钢管收口而成。实测其外径为219mm,最小壁厚为6.5mm。查材料手册得该材料的sb=785MPa,ss=510MPa, （1）常温下可否充15MPa氧气？（2）如强度不够，最高允许工作压力多少？ 【解】1.确定参数 pc=15MPa, DO=219mm, δn=6.5mm, 无缝钢管f=1， C2=1mm, 实测壁厚6.5mm ，则C1=0, δe=6.5-1=5.5mm, 许用应力求取： [s]t=min｛sb/nb ,ss/ns｝=min｛785/3 ,510/1.6｝=262(MPa) 。 2.强度校核 校核公式为 2.强度校核 校核公式为 例题2。设计氧化塔。塔体外设置内径为1米的夹套，材质为16MnR(GB6654-96),通以2.5MPa的蒸汽加热塔内物料。塔体内径为800mm,塔段计算长度为2米,最高工作温度为250℃,塔内操作压力为2.5MPa～3.0MPa 。塔体材料为 16MnR,内加衬里。塔体顶部安装安全阀。确定塔体及夹套的壁厚。 【解】一.塔体壁厚设计。 1.参数： Di=800mm,L=2000mm, t=250℃,C2=1mm(外壁）, 最高内压Pic=3×1.1=3.3(MPa) ， 最高外压POC=2.5(MPa) , φ=0.8(带垫板单面对接焊，局部无损检验），[σ]=170MPa, * （3）确定计算壁厚 由δ+C2=4.9+1.0=5.9(mm), 16MnR属GB6654-96标准内的材料，得C1=0.25mm， 则 C=C1+C2=0.25+1.0=1.25(mm)。 名义壁厚δn=δ+C+圆整量 ， δ+C=4.9+1.25=6.15(mm), 圆整为7mm。 （4）校核水压试验强度 水压试验强度条件为： 式中pT=1.25p=1.25×2.2=2.75(MPa),([s]/[s]t≈1); δe=δn-C1-C2=7-0.25-1.0=5.75(mm) 则 而 0.9δsφ=0.9×345×0.8=248.4（MPa) 可见 σT＜ 0.9 δsφ ，所以水压试验强度足够。 结构简图： 4.设计壁厚： δd=δ+C2=61.5+1.0=62.5(mm), 查表4-9得C1=1.8(mm) 壁厚附加量C=C1+C2=0.25+1.0=1.25(mm) 5.名义厚度 δn=δ+C+圆整量 61.5+1.25=62.75(mm) ， 圆整后为65（mm)。 6.校核水压试验强度 水压试验强度条件为： 式中 δe=δn-C=65-2.8=62.2(mm) 则 sT=234.9(MPa)。 而 0.9fss=0.9×1×410=369(MPa) sT＜ 0.9fss 水压试验合格。 充15MPa强度不够。 3.确定最高允许工作压力 计算公式为 该气瓶的最大安全使用压力为13.