过程设备设计课后习题答案解析

习题

1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。

解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的

[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t

= 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。

材料为Q235-A 时：

[]mm

C C p

pD

t

1412.524mm 28.0724.99.724mm

85

.185.011321000

85.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=

-=

δδδφσδ取 材料为16MnR 时：

[]mm

C C p

pD

t

109.243mm 28.0443.6mm

443.685

.185.017021000

85.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=

-=

δδδφσδ取

2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。

解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t

= 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。容积

33

22m .689MPa 57474.42782.1,42.474m 86.24

4

⋅=⨯==⨯⨯=

=

pV L D V i π

π

○

2中压储存容器，储存易燃介质，且pV=75.689MPa ·m 3>10MPa ·m 3

，属三类压力容器。 ○

3圆筒的厚度 []mm

C C p

pD

t

18mm 493.6128.0693.1313.693mm

62

.1117022600

782.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=

-=

δδδφσδ取 标准椭圆形封头的厚度

[]mm

C C p

pD

t

18mm 528.6128.0728.1313.728mm

62

.15.0117022600

782.15.02n 21n ==++=++≥=⨯-⨯⨯⨯=

-=

δδδφσδ取

○

4水压试验压力 MPa p p T 228.2782.125.125.1=⨯==

应力校核

3. ()()()

MPa

D p s e e i T T 5.3103459.09.0191.667MPa 8.21828.2182600228.22=⨯=≤=-⨯-+⨯=+=φσδδσ3.今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径D i =600mm ，厚度δn =7mm ，材料选用16MnR ，计算

压力p c =2.2MPa ，工作温度t=-20~-3℃。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。

解：钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t

= 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ，取C 2=1.0mm ，φ=1.0

○

1半球形封头壁厚 []mm

p D p c

t

i

c 7 3.747mm 10.81.947 1.947mm

2

.20.11704600

2.24n ==++=-⨯⨯⨯=

-=

δφσδ取

○

2标准椭圆形封头壁厚 []mm

p D p c

t

i

c 7 5.695mm 10.8895.3 3.895mm

2

.25.00.11702600

2.25.02n ==++=⨯-⨯⨯⨯=

-=

δφσδ取

○

3标准碟形封头壁厚 []mm

p R Mp r

R M D R c t

i c i

i i 75mm 44.610.8645.4mm 645.42.25.00.11702540

2.2325.15.02325.1102540341341102mm

60017.00.17D r 540mm,6009.09.0n i ==++=⨯-⨯⨯⨯⨯=-==⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+⨯=⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛+

==⨯===⨯==δφσδ取

○

4平盖封头厚度 []mm

mm mm ，C mm

Kp D K ，n t c

c

p 40285.391.18.0385.371.140~3424385.370

.11702

.23.06003

.05841==++=>-=⨯⨯⨯

===-δφ

σδ取时钢板厚度查表系数的结构形式序号取表 从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。