化工设备的计算

一般化工和设备的设计及其计算

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二00四年＋月＋八日

目录

1、目录-----------------------------------------------2

2、筒体和封头设计的参数选择---------------------------3

（一）、设计压力 P---------------------------------3 （二）、设计温度 T---------------------------------3 （三）、许用应力[σ]和安全系数 n-------------------4 （四）、焊接接头系数 ----------------------------6 （五）、壁厚附加量 C ------------------------------7 （六）、直径系列与钢板厚度-------------------------7 （七）、最小壁厚-----------------------------------8 3、筒体与封头的设计及计算-----------------------------9

（一）、受内压薄壁园筒的计算公式-------------------9 （二）、半球形封头的计算公式（凹面受压）----------11 （三）、椭圆形封头的壁厚计算----------------------11 （四）、锥形封头的壁厚计算------------------------13 （五）、平板封头的壁厚计算------------------------13 4、化工计算公式及举例--------------------------------16

（一）、热位移和热--------------------------------16 （二）、热应力产生的轴向推力----------------------16 （三）、流体管径的计算----------------------------17 （四）、流体管子壁厚计算--------------------------18 （五）、泵的功率和效率计算------------------------19 5、传热学的有关公式及举例----------------------------21

（一）、热量衡算----------------------------------21 （二）、传热方程式--------------------------------26 （三）、传热温度差--------------------------------27 （四）、导热方程式和导热系数----------------------30 （五）、给热方程式和给热系数----------------------34 （六）、传热系数----------------------------------40 （七）、污垢热阻----------------------------------48 （八）、管路与设备的热损失和热绝缘----------------50 （九）、加热、冷却和冷凝--------------------------54 （＋）、蒸发--------------------------------------64 6、有关参数------------------------------------------75

一般化工设备计算公式及举例

筒体和封头设计的参数选择

一、设计压力 P

设计压力是容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。在相应设计温度下，确定容器壳壁计算厚度及其它元件尺寸时，还需要考虑液柱的静压、重量、风载荷、地震、温差及附件重量等等载荷，因此必须结合具体情况进行分析。用于强度计算的压力称计算压力。设计压力的取值如下：

P-----设计压力 Pw-----工作压力

1、装有安全泄放装置：P＝1.05～1.10Pw

2、外压容器：P＝可取略大于可能产生的内外压力差

3、真空容器：P＝（1）无安全控制装置取0.1MPa

（2）装备安全控制装置取1.25倍的最大内外压力

差或0.1MPa两者中的较小值

4、装有液化气体容器：

P＝根据容器可能达到的最高温度来确定（设置在地面的容器可按不低于40℃时的气体压力来考虑）

4、装有爆炸性介质并装有爆破片的容器：

P =取爆破片计算爆破压力加上爆破片制造范围的上限

二、设计温度 T

设计温度系指容器在工作过程中在相应的工作压力下壳壁元件

金属可能达到的最高或最低温度。容器的壁温可以由实验或由化工传热过程计算确定，若无法预计壁温，可参照下列设计决定温度：

1、不被加热或冷却的器壁，壁外无保温：

T＝取介质的最高或最低温度

2、用蒸汽、热水或其它液体介质加热或冷却的器壁：

T＝取加热介质的最高温度或冷却介质的最低温度。

3、用可燃气体加热或用电加热的器壁：

T＝器壁裸露在大气中取t介＋20℃，直接受影响器壁取介质温度t 介＋50℃，载热体温度超过600℃取≥t介＋100℃。设计温度不

低于250℃。

三、许用应力 [σ]和安全系数 n

材料的许用应力是以材料的极限应力为依据，并选择合理的安全系数后而得，即：

[σ]＝极限应力/安全系数

对于低碳钢一类的塑性材料制的容器，采用屈服强度σs作为计算许用压力的极限应力，但在实际应用中还常常用强度极限σh作为极限应力来计算。

当碳素钢或低合金钢的温度超过420℃，低合金铬钼钢超过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃的情况下，必须同时考虑蠕变极限来确定许用应力。

对于化工容器常以在一定温度下经过10万小时产生1％变形时的应力定为材料在该温度下的蠕变极限，σn t表示。这时的蠕变速度为1％/105＝10-7mm/（mm.h）。对于同一材料在同一温度下，蠕变速度不同，则蠕变极限也不同。

目前确定许用应力的极限应力值比较多的是采用持久极限来代替蠕变极限。这是因为对于蠕变只规定了蠕变速度，设计的容器在使用过程中会不断伸长，材料在高温下的延伸率较常温时小得多，往往在小变形情况下就发生断裂。所以只有当无持久极限数据时，才按蠕变极限来计算。持久极限是在某一温度条件下，达到额定时间（一般为10万小时）材料产生断裂时的应力，以σD t

表示。

综上所述，对于钢制压力容器，许用应力取下列中的最小值：

[σ]＝σb/n b