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文本内容:
思考题
1.压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的?
2.钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是哪个直径?无缝钢管制作筒体时,公称直径指的是哪个直径?
3.承受气体压力的圆筒和圆锥形壳体的应力有什么特点?标准椭圆壳的应力又是怎样的?
4.无力矩理论的适用条件是什么?
5.边缘应力的特点是什么?
6.在什么情况下需要考虑边缘应力?
7.比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况
8.外压圆筒的失稳形式有哪些?
9.影响外压圆筒临界压力的因素有哪些?
10.外压圆筒上设置加强圈的目的是什么?
1.法兰垫片密封的原理是什么?影响密封的因素有哪些?
2.法兰的型式有哪些?各有什么特点?
3.法兰密封面型式有哪些?各适用什么场合?
4.常用的垫片材料有哪些?
5.卧式容器和立式容器的支座有哪几种?
6.双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确定?
7.为什么压力容器壳体上开孔尺寸较小时可不另行补强?
8.GB150-1998对压力容器开孔的最大直径是如何规定的?
1.自支撑式塔设备设计时需要考虑哪些载荷?
2.简述内压塔操作时的危险工况及强度校合条件第三篇化工容器设计习题
1.已知DN2000mm的内压薄壁圆筒,壁厚n=22mm,壁厚附加量为C=2mm,承受的最大气体压力为P=2MPa焊接系数为φ=
0.85,试求筒体的最大应力解:作用在内压薄壁圆筒上的环向应力最大,根据内压薄壁圆筒应力计算公式得作用在圆筒上最大环向应力为σ1=PD/2,=n—C=22-2=20将数据代入公式得σ1=2*(2000+20)/2*20=101Mpa
2.某化工厂反应釜,内径为1600mm工作温度为5℃~105℃,工作压力为
1.6MPa,釜体材料用0Crl8Ni9Ti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】
(1)确定参数Di=1600mm;tw=5~105℃;pw=
1.6MPa;pc=
1.1pw=
1.76MPa(装有安全阀)φ=
0.85(双面焊对接接头局部探伤)C2=0(对不锈钢,当介质腐蚀性轻微时)材质0Cr18Ni9Ti[σ]t=
112.9MPa(按教材附录9表16-2,内插法取值)[σ]=137MPa
(2)计算厚度C1=
0.8mm(按教材表4-9取值,GB4237-92《不锈钢热轧钢板》)C=C1+C2=
0.8mm.名义壁厚Sn=S+C+圆整,S+C=
14.8+
0.8=
15.6mm.圆整后,Sn=16mm.3水压试验校核有效壁厚Se=Sn-C=16-
0.8=
15.2mm试验压力计算应力应力校核∴水压试验强度足够
3.材料为20的无缝钢管,规格为φ57×
3.5,求在室温和400℃时,各能耐多大的压力,按不考虑壁厚附加量和C=
1.5mm两种情况计算根据薄壁圆筒强度计算公式其最大许可承压P为式中,[σ]t查表得在400℃时为86MPa在常温下为130MPa焊缝系数为
0.9,有效厚度e=n-c当C=0时,e=
3.5Di=57-
3.5*2=50代入上式得【P】=2*86*
0.9*
3.5/50+
3.5【P】=
10.127MPa400℃时在常温时,【P】=2*130*
0.9*
3.5/50+
3.5=
15.308MPa.若考虑壁厚附加量和C=
1.5mm,那么e=n-c,e=2,在室温时,【P】=2*130*
0.9*2/(50+2)=9Mpa在400℃时,【P】=2*86*
0.9*2/50+2=
2.98Mpa
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450℃,试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度,并作分析比较根据内压容器设计壁厚公式得;初选厚度16-36mm对于20R材料来说,[σ]t=79MPa.对于16mnR材料来说,[σ]t=119MPa.根据两种材料属于单面腐蚀,取腐蚀裕量为1mm焊缝系数均为1,其计算壁厚分别为20Rδdmm.对于16mnRδdmm.分析同一台设备材料不同,其设计壁厚不同,使用16mnR设计厚度为
24.86mm,使用20R厚度为
33.21mm20R大于32mm就需要热处理,成本高且重量大使用16mnR经济合理
5.乙烯贮罐,内径1600mm,壁厚16mm,设计压力为2.5MPa,工作温度-35℃,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,试校核强度根据筒体强度校核公式[σ]t=170Mpa,焊缝系数为
0.85e=n-c,e=16-
1.5=
14.5mm.Pc=p=
2.5MPa.σt=
2.5*1600+
14.5/2*
14.5=
139.18MPa.[σ]tφ=170*
0.85=
144.5MPa.σt小于[σ]tφ,强度合格水压实验强度校核,PT=
1.25P[σ]/[σ]t=
1.25*
2.5*1=
3.125MPa.σT=301258*1600+
14.5/2*
14.5=
173.97Mpa.≤
0.9Σs*φ=
0.9*345*
0.85=
263.9Mpa所以强度合格,可以使用
6.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%探伤讨论所选封头的形式根据内压圆筒设计壁厚公式得厚度选择6-16mm,设计温度40℃下[σ]t=133MPa.焊缝系数为1C2=2mmδdmm.C1=
0.8mm考虑到钢板负偏差圆整后,取n=11mm.计算封头壁厚半球形封头封头的选择容器的封头通常有椭圆形、半球形、蝶形、球冠形、锥形、平板封头由于半球形封头尽管受应力最小,但制造困难,所以一般不采用;椭圆封头应力分布连续,且制造容易;蝶形封头曲率半径变化不连续,产生边缘应力大,在相同受力条件下碟形封头的壁厚要比椭圆形封头厚度要大些;锥形封头主要用于蒸发器、结晶器、喷雾干燥器、沉降器等的底部,优点是便于收集和卸除这些设备中的固体物料,缺点是由于接头结构的突变,易产生应力集中,需要局部补强总和对比,选择椭圆形封头最经济、合理其设计厚度为(标准椭圆封头),如忽略分母中的微小差异,两个公式完全一样,取n=11mm.某工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm壁厚为n=12mm,工作温度为180℃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7解根据筒体强度,PC=2MPae=n-C=12-2=10mm.工作温度为180℃下材料的许用应力为
126.62MPa.焊缝系数为
0.85σt=2*(700+10)/2*10=71MPa.[σ]tφ=
126.62*
0.85≈108MPa.σt<[σ]tφ,该塔筒体强度满足根据水压试验强度公式PT=
1.25P[σ]/[σ]t[σ]=133MPa.[σ]t=
126.62MPa.σs=245MPa.PT=
1.25*2*133/
126.62=
2.63MPa.σT=
2.63*700+10/2*10=
93.365MPa.
0.9σsφ=
0.9*245*
0.85=
187.425MPa.σT小于
0.9σsφ水压试验强度满足
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,今欲利用该釜承受1MPa的内压力,工作温度为200℃,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筒体强度计算公式得Pc*Di+≦
0.9[σ]TφPc=P*
1.1安全阀=
1.1MPa.mm,[σ]T=105MPa.焊缝系数因不确定是否探伤,所以
0.85带入上式Pc*Di+()MPa.
0.9[σ]Tφ=
0.9*105*
0.85=
80.325MPa.Pc*Di+≦
0.9[σ]Tφ说明该釜满足强度要求,可以使用
9.有一台聚乙烯聚合釜,外径1580mm,高7060mm,壁厚llmm,材质为0Crl8Ni9,试确定釜体的最大允许外压力设计温度为200℃解首先判断外压圆筒的临界长度LcrLcr=
1.17Do√Do/eDo=1580mme=11-
0.8=
10.2mm.Lcr=
1.17*1580√1580/
10.2=
23007.6mmLcr大于筒体高度,所以属于短圆筒根据短圆筒临界压力计算公式得Pcr=
2.59Ete/Do
2.5/(L/Do)Et=
1.84*105Mpa带入上式得Pcr=
2.59*
1.84*105*(
10.2/1580)
2.5/7060/1580Pcr=
0.36Mpa取安全系数为m=3则【P】=Pcr/m=
0.119Mpa.∴聚合釜的最大允许外压力为
0.119MPa
10.今欲设计一台常压薄膜蒸发干燥器,内径为500mm,其外装夹套的内径为600m,夹套内通
0.53MPa的蒸汽,蒸汽温度为160℃,干燥器筒身由三节组成,每节长1000mm,中间用法兰联接材质选用Q235-A,夹套焊接条件自定介质腐蚀性不大,试确定干燥器及其夹套的壁厚【解】一.设计干燥器筒身
1.设计参数Di=500mmL=3000mmpc=
0.53-0=
0.53MPaC2=2mm(双面腐蚀),φ=
0.8(单面带垫板对接焊,局部无损检验)[σ]=113MPa[σ]160=105MPa,σs=235MPa
2.设计壁厚
(1).设Sn=8mm则δe=8-2-
0.8=
5.2mmDO=500+2*8=516mmL/D0=3000/516=
5.8,DO/Se=99
(2)查图5-5,得A=
0.00019,查图5-8,B=25MPa
(3)[p]=B*δe/DO=25/99=
0.25<pc.稳定性不够,采取加加强圈方法设置两个加强圈,则L=3000/3=1000mm.1设壁厚Sn=8mmL/DO=1000/516=
1.94D0/Se=992查图5-5得A=
0.00065查图5-8得B=923[p]=BSe/DO=92/99=
0.91>pc且接近名义壁厚为8mm
3.水压试验校核:PT1=
1.25p=
1.25×
0.53=
0.66MPa干燥器筒体水压试验合格二.蒸汽夹套壁厚设计(内压容器)
1.设计参数pc=
0.53MPaDi=600mmC2=1mmφ=
0.8单面带垫板对接焊,局部无损检测)
2.计算壁厚查得C1=
0.3mm名义壁厚δn=4mm(满足最小壁厚要求)δe=4-
1.3=
2.7mm
11.设计一台缩聚釜,釜体内径1000mm,釜身高度为700mm,用0Crl8Ni9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
0.3MPa的氮气釜内物料温度<275℃,夹套内载热体最大压力为
0.2MPa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
12.今有一直径为640mm,壁厚为4mm、筒长5000mm的容器,材料为Q235-A,工作温度为200℃,试问该容器能承受
0.1MPa外压?如不能承受,应加几个加强箍?因名义壁厚δn=4mm,查得C2=1mm、C1=
0.3mm.E=
1.86*105MPaδe=δn-C=
2.7mmL/D0=5000/640=
7.8D0/δe=640/
2.7=237,经查图可得A=
0.00004,在曲线左方,代入公式[P]=2AE/3(D0/δe)[P]=2*
0.00004*
1.86*105MPa/3*237=
0.021MPa工作外压P=
0.1MPa>[P],所以不能承受该外压需要补强补强圈的最大间距为L=
2.59ED0δe/D
02.5=
2.59*
1.86*105*640*
2.7/
6402.5/3*
0.1=1188mm加补强箍个数为N=5000/1188=
4.21,需要增设4个加强箍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,注明尺寸己知设计条件为设计压力
1.2MPa,设计温度为350℃,汽包内径450mm,材质为16MnR,筒体带垫板,单面对接焊缝,100%探伤
14.试设计一反应釜锥形底的壁厚,该釜内径为800mm,锥底接一公称直径DN150外径为159mm的接管锥底半顶角为45°,釜的设计压力为
1.6MPa,工作温度为40℃,釜顶装有安全阀,介质无大腐蚀性,材质为Q235一A解首先确定锥壳是否下需要加强,根据已给参数,Pc=
1.1P=
1.1*
1.6=
1.76Mpa,[σ]T=113Mpa,焊缝系数φ=
0.85,Pc/[σ]Tφ=
0.0183,半顶角α=45°,查图10-27,需要增加厚度为应力增值系数,由表查得,
15.试为一精馏塔配塔节与封头的联接法兰及出料口接管法兰已知条件为塔体内径800mm,接管的公称直径为100mm,操作温度300℃,操作压力
0.25MPa,材质Q235一A绘出法兰结构图并注明尺寸【解】塔节与封头的联接法兰——容器法兰根据该塔的工艺条件温度、压力及塔径,塔节与封头联接的法兰应该选用甲型平焊法兰根据操作温度、设计压力和使用材料,由表6-4可知应按法兰的公称压力为
0.6MPa来选择尺寸由附录十四表32查得法兰各部尺寸,并绘注于图1中由表6-1可采用平面密封面,垫片材料为石棉橡胶板,宽度从表6-3中查得值为20mm联接螺栓为M20,共24个,材料由表6-6查得为35螺母材料为Q235-A
(2)出料口接管法兰——管法兰根据计算压力、法兰材质和工作温度查附录十五表34,确定接管法兰的公称压力为
0.25MPa;根据公称压力、公称直径按表6-10确定法兰类型和密封面型式为突面板式平焊管法兰,法兰标记HG20592法兰PL100-
0.25RFQ235-A根据公称压力、工作温度由附录十五表35查得垫片选用石棉橡胶垫圈,螺栓、螺柱材质为35由表36得法兰各部尺寸及螺栓、螺柱规格,并绘于图2中图1甲型平焊法兰(容器法兰)(法兰-RF800-
0.6JB4702-92)图2突面板式平焊管法兰(HG20592法兰PL100-
0.25RFQ235-A)
16.为一不锈钢1Crl9Ni9制的压力容器配制一对法兰,最大工作压力为
1.6MPa,工作温度为150℃,容器内径为1200mm确定法兰型式,结构尺寸,绘出零件图
17.在直径为1200mm的液氨贮罐上开一个450圆形人孔,试配制该人孔法兰包括法兰、垫片、螺栓http://
210.
41.
126.18/hgsj/chapter/
06.htmhttp://
210.
41.
126.18/hgsj/http://jwcweb.lnpu.edu.cn/lnpujpk/gcsbsj/index.html
9.有一台聚乙烯聚合釜,外径1580mm,高7060mm,壁厚llmm,材质为0Crl8Ni9,试确定釜体的最大允许外压力设计温度为200℃解首先判断外压圆筒的临界长度LcrLcr=
1.17Do√Do/eDo=1580mme=11-
0.8=
10.2mm.Lcr=
1.17*1580√1580/
10.2=
23007.6mmLcr大于筒体高度,所以属于短圆筒根据短圆筒临界压力计算公式得Pcr=
2.59Ete/Do
2.5/(L/Do)Et=
1.84*105Mpa带入上式得Pcr=
2.59*
1.84*105*(
10.2/1580)
2.5/7060/1580Pcr=
0.36Mpa取安全系数为m=3则【P】=Pcr/m=
0.119Mpa.∴聚合釜的最大允许外压力为
0.119MPa有一台聚乙烯聚合釜,外径1580mm,高7060mm,壁厚llmm,材质为0Crl8Ni9,试确定釜体的最大允许外压力设计温度为200℃解首先判断外压圆筒的临界长度LcrLcr=
1.17Do√Do/eDo=1580mme=11-
0.8=
10.2mm.Lcr=
1.17*1580√1580/
10.2=
23007.6mmLcr大于筒体高度,所以属于短圆筒根据短圆筒临界压力计算公式得Pcr=
2.59Ete/Do
2.5/(L/Do)Et=
1.84*105Mpa带入上式得Pcr=
2.59*
1.84*105*(
10.2/1580)
2.5/7060/1580Pcr=
0.36Mpa取安全系数为m=3则【P】=Pcr/m=
0.119Mpa.∴聚合釜的最大允许外压力为
0.119MPa。