化工容器部分答案

1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚S n=22mm 壁厚附加量为 C=2mm ，承受的最大气体压力 P=2MPa ， 焊接接头系数
©=0.85,试求筒体的最大应力。

解：已知 D i =2000mm n =22mm , C=2mm ,
则
估计 S n=8-25mm 。

查表 10-10，取 C1=0.8mm 。

则 S n ' =S d+C 1=12.18+0.8=12.98mm ，圆整后取 S n=13mm 3.材料为20的无缝钢管，规格为© 57X 3.5，求在
室温和400C 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。

解：已知 D 0=57mm ，S n=3.5mm,贝U Di=D0- 2 S n=57-2 X.5=50mm 。

查附表 7, 20 钢管在室温时 [(y]=130MPa, 在
400 C 时的[a ]400=86MPa 无缝钢管 © =1
(1) 室温时
400 C 时
P=2MPa ，© =0.85，S e =22-2=20mm 。

P D 2 e 所以筒体的最大应力为 118.82M pa 。

2 2000 20
118.82M Pa
2 0.85 20
提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时
[P w ]=2 MPa
t
P
w D i
2
2000 20
118.82M Pa
2 0.85 20
2.某化工厂反应釜，内径为1600mm 。

工作温度为 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。

5C 〜105C ，工作压力为1.6MPa ，釜体材料用0Crl8Ni9。

解：已知 Di=1600mm
查附表6，0Crl8Ni9在105C 时的，其许用应力[a ]105
=137MPa 。

查表
10-9,采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取© 介质对不锈钢腐蚀极微，取
C2=0。

因装安全阀， 取设计压力 P=1.1 X 1.6=1.76MPa 。

根据式(10-12)
P c D i 2[ ]t
—C2
P c
=0.85。

1.76 1600 2 137 0.85 1.76
12.18 mm
不考虑壁厚附加量
[P w ]
2[] D i e
2 130 1 3.5
50 3.5
17MPa
53.5
[P w ]
2[ ]400
D i
2 86 1 3.5 50 3.5
匹 11.2 MPa
53.5
(2) 室温时
考虑壁厚附加量
© [ b ] 20=0.85X 170=144.5MPa
因 b t V© [ b ] 20
所以，容器的强度是足够的。

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40C ，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。

P=1.8MPa , 20R 在 40C 时的许用应力[d 40=133MPa 。

C 2=1mm 。

© =1.0
[P w ]
2[]
可e
2 130 1 2
50 2
竺 10M Pa
52
400 C 时
[P w ]
2[ ]400
D i
2 86 1 2 50 2
344
6.6 MPa
52
4.今欲设计一台反应器，直径为 温度450C ，试用 20R 和16MnR 解：已知 D i =3000mm , t=450 C, 取2mm ，一般单面腐蚀) (1)采用20R
[b ] 450C
=61MPa ,代入公式得
3000mm ， 两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。

P c =1.1 X 1.8=1.98MPa ，© =1，C 2=2mm (腐蚀很小，取 1,
采用双面对接焊缝，100 %探伤。

工作压力为1. 8MPa ，工作
腐蚀较严重,
P c D i
C 2
钢板负偏差取C 1=1.2mm ，圆整 (2)采用 16MnR
[b ] 450C
=66MPa ，代入公式得
1
.8
沁 2
46.93mm
1 1.8
61 (5 分)
P c D i 2 t
P c
C 2
1.
8 3000
2 2 66 1 1.8
43.47mm
钢板负偏差取C 1=1.2mm ，圆整后S 比较两种材料设计反应器厚度可知，
n =46mm
16MnR 比20R 节省材料。

5.乙烯贮罐，内径 1600mm 壁厚 面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量
16mm 设计压力为 2. 5MPa 工作温度-35 C,材料为
C = 1.5mm 试校核强度。

16MnR 。

采用双
解：已知内径 Di=1600mm 5 n=16mmS e= S n-C=16-1.5=14.5mm 。

P=2.5 MP a 。

16MnR 在 力[b ] 20C
=170MPa 。

取© =0.85。

则设计温度下筒体的计算应力为：
20 C 时的许用应
t P c (D i
2 e
e )
2.5 (1600
14.5) 4036.25
2 14.5
29
139.2M Pa
解：已知 D i =1200mm , (1)
设计筒体壁厚
P c D i
P ： C
2
1.8 1200 1 9.18mm
2 13
3 1 1.8
20
取 C 1=0.8mm 。

贝Ll ' =+C 1=9.18+0.8=9.98mm ，圆整取 5i =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。

7.某工厂脱水塔塔体内径为 D i = 700mm 。

壁厚为S n = 12mm ，工作温度为180C 。

压力为2MPa 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。

解：已知 D i = 700mm ，S n = 12mm ，C=2mme=S n -C = 10mm ，P=2MPa ，20R 在 180C 时的许用应力
[b ]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：
）[b ] 180=0.8X 126.6=101.3MPa
____ P c D i
d
取C 1=0.8mm （估计壁厚
设计容器筒体和封头壁厚。

腐蚀性，双面对接焊缝， 解：已知 D i =1200mm ， （1）设计容器筒体壁厚
1.8 1200 1 9.15mm
2 13
3 1 0.5 1.8
10mm ），圆整后取8n =10mm ，与筒体同。

0.5 P c C 2
已知内径 1200mm ，设计压力1.8MPa ，
100%探伤。

讨论所选封头形式。

（15分）
P c =1.8MPa ， [ b ] 40C
=133MPa ， t=40 C, 设计温度40C ，材质为20R ，介质无大
（20R 在 40C 下[b ]=133 MPa ）
（2 分）
（J ） =1 , C 2=lmm 。

P c D i
t
2
P c
C 2
1.8 1200 2 133 1 1.8
1 9.18mm （ 4 分）
钢板负偏差取 C 1=0.8mm ，圆整后S n =10mm （2）设计容器封头壁厚
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：
P c D i
C
d
t T-Z C 2
2 0.5 P c
（4 分）
把数据代入公式，得
1.8 1200 1.0 9.15mm
2 13
3 1
0.5 1.8
（2 分）
考虑钢板厚度负偏差，取
C 1=0.8mm ，圆整后用 S n =10mm
材质为
t P c （D i
2 e
e ）
2 （700 10） 2 10
^20 71MPa
因 b ' <© [ b ] 180
所以，塔体的强度是足够的。

水压试验时的试验压力
水压试验时的应力为
20R 的 b s=245MPa 0.9 ©b s=0.9 X (M8=X76.4MPa ，因 b T<0.9 ©
故水压试验强度足够。

复习内插法:
S e=S n-C 1-C 2=12-0.8-0=11.2mm
代入得
2 11.2
0.9 ^b s=0.9X 0.8X 240=172.8MPa b T < 0.9 ©b s
水压试验时满足强度要求。

P T 1.25 P
1.25 2 旦
126.6
2.63 MPa
P T Q
2 e
e )
2.63 (700 10)
2 10
93.4 MPa
[]180
[]150
([ ]200 [ ]150
)
132 (123 200 150
132)
180 150 200 150
132 9 0.6 126.6
【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为
D i =700mm ，壁厚为S n=12mm ， 工作温度为t=180 C,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 C 以下[b ]=137MPa ，在 200C 下[b ]=130MPa ，常温下 b s=240MPa ） 解：已知D i =700mm ，设计温度
S n =12mm ，材料许用应力[b ] t=180 C ，设计压力 P c =1.1 X 2=2.2 MPa ，壁厚
180C
=132.8MPa ，焊接接头系数© =0.8，钢板负偏差 C 仁0.8mm ，腐蚀裕量
C 2=0mm 。

根据水压试验应力公式
P T 1.25
P T D i
2 e
P T 1.25 2.2
137 132.8
2.8 MPa
2.8 700
T
112
88.9 MPa
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 200C ，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。

解：已知 D i =1200mm , S n = 10mm ,© =0.85, P=1.1 X 1=1.1MPa , [ a ]200
=105MPa , C 2=0,取 C 1=0.8mm , S e = S n
— C 1 — C 2=10-0.8=9.2mm 。

设计温度下反应釜的计算应力为：
© [ a ] 180=0.85X 105=89.3MPa
因 a t
<© [ a ] 200
所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。

9.有一台聚乙烯聚合釜，外径 1580m m ,高7060mm ，壁厚11mm ，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大
允许外压力(许用外压)。

(设计温度为200Co )
解：已知外径D o =1580mm , L=7060mm ，壁厚S n=11mm ,设计温度t=200C ，设计温度下材料的弹性模量
E t =184000MPa , C 1=0.8mm , C 2=0mm ，则釜体有效厚度 S e= S n- C 1- C 2=11- 0.8-0=10.2mm
根据临界长度公式：
根据短圆筒的临界压力公式
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
空，继之抽高真空，最后通 0.5MPa 的氮气。

釜内物料温度低于 275C ，夹套内载热体最大压力为 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 250C 下]=122MPa ，在 300C 下[a ]=114MPa ; Q235-A 在 250C 下[a ]=94MPa ,在 300 C 下
[a ]=86MPa)
解：1）设计釜体厚度
已知 D i =1000mm , L=700mm , t=275 °C, P 。

=0.3 MPa , © =0.8 ,材料为 0Cr18Ni9 钢板S n 分别为 5mm 、
7mm 、 9mm ，它们 的钢板负偏差 C 1分别为 0.5mm 、0.6mm 、0.8mm ，腐蚀裕量 C 2=0mm 。

则钢板有效厚度S e 分别为4.5mm 、6.4mm 和8.2mm
(1 )当6 n =5mm 时
L/Do=700/ (1000+2 X 5) =0.69
Do/ S e =1010/4.5=224.44
查图得，A=6.0 X 10-4
，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故
t P c （D i
27
e ）
“（
1200 9.2
）72.3M Pa 2 9.2
因为LvL cr ，所以此聚合釜为短圆筒
L cr •L^D o 上 1.17 158。

J 黑
22922.6mm
许用外压:
P cr 2.59E t
D o 2.5
【参考题】设计一台缩聚釜,
L/D o P cr P — m
釜体内径为
2.59 184000 1021580
7060/1580
2.5
0.357M Pa
0.357 c 一c —c ----- 0.119M Pa
3
0.3 MPa 。

B=53 MPa
[P]=B S e ZDo=53/224.44=0.24MPa < P 。

(2)当6 n =7mm 时
B=63 MPa
[P]=B S e /Do=63/158.44=0.40MPa > P 。

(3)当6 n =9mm 时
L/Do=700/ （1000+2 x 9） =0.69
查图得，A=1.5 x 10-3
，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故
B=67 MPa
[P]=B S e /Do=67/124.15=0.54MPa > P 。

所以可以采用7mm 厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。

另外，需要对S n =7mm 的缩聚釜进行内压强度校核。

已知 D i =1000mm ，P c =1.1 x 0.5=0.55 MPa ，t=275 °C， [ b ]=118 MPa （内插法），）=0.8，S e =6.4mm
取 C 1=0.22mm ，圆整后 S n =3mm 所以，夹套厚度3mm
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200C ，试问该 容器能承受0.1MPa
外压？如不能承受，应加几个加强箍？ 解：已知 D i =640mm ， S n =4mm ，L=5000mm ，t=200 C ，P=0.1MPa ，E t =1.86 x
105M Pa ，C 1=0.3mm ，C 2=2mm ，
200 C 下 Q235-A (含碳量 <0.22% )
3
由于[P] < P ,容器不能承受0.1MPa 外压，所以需要加加强箍
L/Do=700/ (1000+2 x 7) =0.69
查图得，A=1.1 x 10-3
，再查图得,
Do/ S e =1014/6.4=158.44 A 值所在点落在材料温度线的右方，故
Do/ S e =1018/8.2=124.15
t
P c D i
皂
O.55 1000 6.4
43.24M Pa
2 6.4
t
0.8 118 94.4MPa
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 D i =1200mm ，P c =1.1 x 0.3=0.33MPa ，t=275 C ， [b ]=90MPa （内插法）， (J) =0.8, C 2=0mm
(2 分)
RD i
d
0.33 1200 2 90 0.8 0.33
0 2.76mm
L cr 1.17
L cr > L ,故该容器为短圆筒
D o 目 1.17 648、愕
14802.12mm
P cr 2.59E t
;
2.5
e / o
2.59 1.86 105
L/D 。

2.5
1.7648
—
0.022M Pa
5000/648
的弹性模量为
1.86x 105MPa ，S e = S n - C 1-C 2=4 - 0.3 - 2=1.7mm
進 0.0073M Pa
锥底半顶角为45°,釜的设计压力为1.6MPa ,工作温度为40C ，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材
质为 Q235-A 。

解：由于半顶角0> 30°,所以锥体大端采用带折边的结构。

折边内半径 取同一厚度，锥体厚度按下式计算：
fP c D i C
\ C 2
0.5巳
查表得 f=0.645 ,P c =1.6MPa ,D i =800mm ,[ a ]=113MPa , © =1.0（采用双面对接焊缝，全部无损探伤），C 2=1mm ,
代入公式得
过渡区厚度为:
查表得K=0.8181，代入公式得
比较后取S d =8.36mm ,钢板负偏差取 C 1=0.8mm ，圆整后S n =10mm
L ZSgEJ do 2.5 2.59 倔
105 648
^
6482.
5
366.82mm
mp
3 0.1
n=5000/366.82 - 1=12.63 - 13个
所以应该加13个加强箍。

13.试设计一中间试验设备
注明尺寸。

己知设计条件为： 筒体带垫板，单面对接焊缝，
―-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，
设计压力 1.2MPa ，设计温度为 350C ，汽包内径 450mm ，材质为16MnR ,
100%探伤。

解：已知 P=1.2MPa, Di=450mm ，假设厚度 6-16mm , 16MnR 在 350 C 时的许用应力[a ]
35
°=134MPa , © =0.9 ,
C 2=2mm 。

P c D i d 2[ ]t
取 C 1=0.5mm ，则取 S n ：5mm 椭圆形封头，整体冲压取© =1
C 2
1.2 450
P c
134 0.9 1.2
2 4
.25mm
P c P i
d
—07PI
考虑钢板负偏差，并考虑焊接方便，取
14.试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为 C
2
S n =6mm 1.2 450
2 4.02mm
2 134 1 0.5 1.2
与筒体同。

800mm 锥底接一公称直径 DN150（外径为159mm 的接管。

r=0.15D i , r=120mm 。

整个封头
（2 分）
0.645 1.6 800
d
113 1 0.5
1 8.36mm 1.6
（2 分）
KP c D i
0.5P c C 2
（2 分）
0.8181 1.6 800 —: ------ : ------- 1 2 113 1 0.5 1.6
5.65mm
（2 分）。