化工机械基础第三篇习题解析.docx

1、化工机械基础第三篇习题解析第三篇 习题1、已知DN2000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P=2MPa，焊接接头系数=0.85，试求筒体的最大应力。解：已知Di=2000mm，n=22mm，C=2mm，P=2MPa，=0.85，e=22-2=20mm。 则所以筒体的最大应力为118.82Mpa。提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时Pw=2MPa2. 某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5105，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Crl8Ni9。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：已知D

2、i=1600mm。查附表6，0Crl8Ni9在105时的，其许用应力105=137MPa。查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取=0.85。介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。因装安全阀，取设计压力P=1.11.6=1.76MPa。根据式（10-12）估计n=8-25mm。查表10-10，取C1=0.8mm。则 n=d+C1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取n=13mm3. 材料为20的无缝钢管，规格为573.5，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。 解：已知D0=57mm，n=3.5mm，则Di=D0-2n=57-23.

3、5=50mm。查附表7，20钢管在室温时 =130MPa,在400时的400=86MPa。无缝钢管=1（1） 不考虑壁厚附加量室温时400时（2） 考虑壁厚附加量室温时400时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18MPa，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。 解：已知Di=3000mm， t=450， Pc=1.11.8=1.98MPa，=1，C2=2mm（腐蚀很小，取1，腐蚀较严重，取2mm，一般单面腐蚀）（1）采用20R 450=61MPa，代入公式得（5分）钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整

4、后n=52mm（2）采用16MnR 450=66MPa，代入公式得钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后n=48mm比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。 5. 乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为25MPa，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C1.5mm，试校核强度。 解：已知内径Di=1600mm，n=16mm。e=n-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR在20时的许用应力 20=170MPa。取=0.85。则设计温度下筒体的计算应力为： 20=0.85170=144.5MPa因t 20

5、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。 解：已知Di=1200mm，P=1.8MPa，20R在40时的许用应力40=133MPa。C2=1mm。=1.0（1） 设计筒体壁厚取C1=0.8mm。则 n=d+C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取n=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。取C1=0.8mm（估计壁厚10mm），圆整后取n=10mm，与筒体同。-设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压

6、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。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40下=133MPa）解：已知Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。 （2分）（1）设计容器筒体壁厚（4分）钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后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

7、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：（4分） 把数据代入公式，得（2分） 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.8mm，圆整后用n=10mm -7. 某工厂脱水塔塔体内径为Di700mm。壁厚为n12mm，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C2mm，试校核塔体工作与水压试验强度。 解：已知Di700mm，n12mm，

8、C=2mm。e=nC10mm，P=2MPa，20R在180时的许用应力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： 180=0.8126.6=101.3MPa因t 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s=245MPa，0.9s=0.90.8245=176.4MPa，因T0.9s故水压试验强度足够。复习内插法：【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为n=12mm，工作温度为t=180，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。（0

9、Cr18Ni9在150以下 =137MPa，在200下=130MPa，常温下s=240MPa）解：已知Di=700mm，设计温度t=180，设计压力Pc=1.12=2.2MPa，壁厚n=12mm，材料许用应力 180=132.8MPa，焊接接头系数=0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。根据水压试验应力公式 e=n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm 代入得 0.9s=0.90.8240=172.8MPaT0.9s 水压试验时满足强度要求。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

10、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。 解：已知Di=1200mm，n10mm，=0.85，P=1.11=1.1MPa， 200=105MPa，C2=0，取C1=0.8mm，e=nC1C2=10-0.8=9.2mm。设计温度下反应釜的计算应力为： 180=0.85105=89.3MPa因t 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1580mm，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200。) 解：已知外径Do=

11、1580mm，L=7060mm，壁厚n=11mm，设计温度t=200，设计温度下材料的弹性模量Et=184000MPa， C1=0.8mm， C2=0mm，则釜体有效厚度e=n- C1- C2=110.80=10.2mm根据临界长度公式：因为LLcr，所以此聚合釜为短圆筒根据短圆筒的临界压力公式许用外压：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600mm，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。 （解略）11.

12、 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。 （解略）【参考题】设计一台缩聚釜，釜体内径为1000mm，釜身高度为700mm，用厚度为5mm、7mm、9mm的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

13、真空，最后通0.5MPa的氮气。釜内物料温度低于275，夹套内载热体最大压力为0.3MPa。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250下=122MPa，在300下=114MPa；Q235-A在250下=94MPa，在300下=86MPa）解： 1）设计釜体厚度已知Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料为0Cr18Ni9钢板n分别为5mm、7mm、9mm，它们的钢板负偏差C1分别为0.5mm、0.6mm、0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。 则钢板有效厚度e分别为4.5

14、mm、6.4mm和8.2mm （1）当n=5mm时 L/Do=700/（1000+25）=0.69 Do/e=1010/4.5=224.44 查图得，A=6.010-4，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=53MPa P=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo（2）当n=7mm时 L/Do=700/（1000+27）=0.69 Do/e=1014/6.4=158.44 查图得，A=1.110-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=63MPa P=Be/Do=63/158.44=0.40MPaPo（3）当n=9mm时 L/Do=700/（1000+29）=0.69 Do/e=1018/8.2=124.15 查图得，A=1.510-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=67MPa P=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。