1、第 14 章 压力容器设计14-1 某化工厂需设计一台液氨储槽，其内直径为 2600mm，工作温度为-10C50C，最高工作压力为 1.6MPa，材料选用 Q345R，若封头采用椭圆形封头，试设计筒体与封头的厚度。解：（1）由题可知：所需设计的液氨储槽内径 ，工作温度为-10mDi260C50C ，设计压力的选取要视有无安全泄放装置而定。因题目中未提有安全泄放装置，则可按无安全泄放装置来设计，其设计压力应不低于最高工作压力，取 p=1.7 MPa；由于一般液氨储槽液柱静压力不高，可忽略不计，故取计算压力 pc= 1.7 MPa。（2）由于液氨储槽材料选用 Q345R，假定储槽厚度范围为 316
2、mm ，取设计温度为50C，查得材料的许用应力 ；考虑液氨对 Q345R 材料有一定的腐蚀性，MPat189根据工作经验取腐蚀裕量 ；壳体采用采用双面焊对接接头、100%无损探伤，则mC2其焊接接头系数 0.1根据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的计算厚度 mpDcti 75.1.0189267.2由于 Q345R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可选用 n=15mm 厚的C2钢板，此厚度在假定的范围内，故计算有效。根据标准椭圆形封头厚度的设计公式可得液氨储槽封头的计算厚度 mpDctic 72.1.50.1892675.02 由于 Q345R 钢板厚度负偏差 C1=0.3
3、0mm，腐蚀裕量 ，因此，封头也可选用C2n=15mm 厚的钢板。应当指出，这个厚度仅是满足承压强度要求所需的厚度，不是最终设计所确定的厚度。14-2 设计一台不锈钢（06Cr19Ni10）制承压容器，最大工作压力为 1.2MPa，装设安全阀，工作温度为 150C，容器内直径为 1m，筒体纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，试确定筒体厚度。解：（1）由题可知：承压容器内直径 ，工作温度为 150C，最高工作mDi10压力 ，由于承压容器装设安全阀，则其设计压力MPapw2.p= (1.051.10) p w = (1.051.10)1.2=1.26 1.32 MPa取设计压力 p=
4、1.32 MPa，计算压力 pc= 1.32 MPa。（2）由于承压容器材料选用 06Cr19Ni10 ，假定其厚度范围为 1.580mm，取设计温度为 150C，查附录 2 得材料的许用应力 ；考虑采用不锈钢，取腐蚀裕量MPat1；筒体纵向焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数 。02C 85.0根据圆筒厚度的设计公式可得承压容器的器壁的计算厚度 mpDcti 04.732.18502.2GB24511承压设备用不锈钢钢板和钢带中对于热轧不锈钢厚钢板（公称厚度5mm ）的负偏差规定为 0.30mm，故可选用 n=7mm 厚的钢板（处于原假设厚度范围内） 。因此，为满足最大工作
5、压力为 1.2MPa 的强度要求所需的该不锈钢制容器的筒体名义厚度可确定为 8mm。14-3 试设计一圆筒形容器，已知圆筒的内直径 Di = 800mm，设计压力 p = 3MPa，设计温度为 100C，材料选为 Q245R，腐蚀裕量可取 C2=2mm，试确定：（1）筒体的厚度；（2）分别计算半球形封头、标准椭圆形封头、碟形封头的厚度，并将计算结果进行比较。解：（1）由题可知：圆筒形容器内直径 ，设计温度为 100C，设计压力mDi80p= 3 MPa，腐蚀裕量 ，可取计算压力 pc= 3 MPa。mC2（2）圆筒体厚度的确定由于圆筒体的材料选为 Q245R，假定其厚度范围为 316mm ，查
6、附录 2 得材料的许用应力 ；选取筒体采用双面焊对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数MPat147。 85.0根据圆筒体厚度的设计公式，可得其计算厚度为：mpDcti 72.9385.014722由于 Q245R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可选用 n=13mm（在C2原假设厚度范围内）厚的钢板。因此，满足承压要求的筒体名义厚度可确定为 13mm。（3）封头厚度的确定若采用半球形封头，由于其内径 ，故可整体冲压成型，则焊接接头系数mDi80，由于封头材料选为 Q245R，假定其厚度范围为 316mm ，查附录 2 得材料的许0.1用应力 ，根据半球形封头厚度的设计公式
7、，可得其计算厚度为：MPat47mpcti 10.43.1478由于 Q245R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可选用 n=7mm 厚的C2钢板。若采用标准椭圆形封头，由于其内直径 ，故可采用整体冲压成型，则焊mDi80接接头系数 ，由于封头材料选为 Q245R，假定其厚度范围为 316mm ，查附录 20.1得材料的许用应力 ，根据标准椭圆形封头厚度的设计公式，可得其计算厚MPat47度为： mpDctic 21.835.014725.02由于 Q245R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可选用 n=11mm 厚的C2钢板（厚度处于原假设范围内） 。若采
8、用标准碟形封头，由于封头材料选为 Q245R，假定其厚度范围为 316mm ，查附录 2 得材料的许用应力 ；由于其内直径 ，故可采用整体冲压MPat147mDi80成型，则焊接接头系数 。根据标准碟形封头厚度的设计公式0.ctipR5.2取 ， ，则mDRii709.mDri13673.16720341341rRMi代入标准碟形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为： mpcti 91.035.014728.5.02由于 Q245R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可选用 n=14mm 厚的C2钢板（厚度处于原假设范围内） 。将上面各种封头的计算结果列表比较如下：封头型式所需
9、厚度（mm）单位容积的表面积 制造难易程度半球形封头 7 最小 难椭圆形封头 11 次之 较易碟形封头 14 与椭圆形封头接近 较易由表可见，半球形封头单位容积的表面积最小、壁厚最薄、最节省材料，但制造困难。椭圆形封头材料的消耗，仅次于半球形，但制造容易，因此，综合比较后选用椭圆形封头为宜。14-4 试确定某一圆筒形容器的名义厚度。已知该容器内直径为 1600 mm，计算压力为 0.2MPa，设计温度为 100C，材料为 Q345R，容器纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，腐蚀裕量为 2mm。解：（1）由题可知：圆筒形容器内径 ，设计温度为 100C，计算压力mDi160pc= 0.
10、2 MPa，取腐蚀裕量 ，由于焊缝采用双面焊对接接头、局部无损探伤，则C2焊接接头系数 。 85.0由于封头材料选为 Q345R，假定其厚度范围为 316mm ，查附录 2 得材料的许用应力。MPat19（2）根据圆筒体厚度的设计公式，可得圆筒体的计算厚度为： mpDcti 0.1285.01926由于 Q345R 钢板厚度负偏差 C1=0.30mm，腐蚀裕量 ，故可初选用 n=4mm 厚C的钢板。另外，由于 Q345R 为低合金钢，根据 GB150 的规定，容器最小厚度 ，腐m3in蚀裕量另加。因此，容器厚度应为： ，再考虑厚度负偏差，故应选用md523n=6mm 厚的钢板。综合考虑，可取其
11、名义厚度为 。n614-5 一材质为 Q245R 的反应釜内直径为 1600 mm，正常操作压力为 1.3MPa，安全阀的开启压力为 1.4MPa，反应温度为 200C，介质有轻微腐蚀性，取 C2=2mm，反应釜纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测，经检修实测最小厚度为 12 mm，试判断该反应釜能否继续使用?解：反应釜材质为 Q245R，在 200C 下的许用应力 ，焊缝采用双面焊MPat13对接接头、局部无损检测，则其焊接接头系数 。实测最小厚度为 12 mm 时，若继85.0续使用，考虑 2mm 的腐蚀裕量，则有效厚度 ，该反应釜在使用期内能够承受me的最大压力由强度条件决定，即
12、 teiDp2)(MPaeit 38.10165因此，在继续使用期内允许承受的最大工作压力为 1.38MPa，所以该反应釜可以继续使用。14-6 用 Q245R 钢制造的圆筒形容器，其内直径为 1600mm，长 10000mm，两端为标准椭圆形封头，直边高度为 40mm，在室温下真空操作，无安全控制装置，腐蚀裕量 C2 = 2mm。试用图算法求筒体厚度。解：（1）假设筒体名义厚度 ，题中已知 C2=2 mm，Q245R 钢板的mn14C1=0.30mm，则有效厚度 ，筒体外径e 7.230.，筒体计算长度 ；设Do1628460 mL7.103408计外压 。MPap.（2）计算 L/D0、D
13、 0/e，36.12874oL15.397.28eo（3）查图 14-6 得 。由系数 A 查图 14-7，以得到系数 B 的值。由于01.A，A 值落在温度材料线的左方，则 外压应力计算系数（室温下 Q245R 的弹性0.模量 E=2105MPa） MPaEB67.140.201.325许用外压力Dpeo5.1.9674由于 且接近于 ，所选壁厚合适，即 。mn1414-7 某外压容器，其内直径为 2000mm，筒体计算长度为 6000mm，材料为Q245R，最高操作温度为 150C，最大压力差为 0.15MPa，腐蚀裕量 C2 = 1mm。试用图算法求筒体厚度。 解：（1）假设筒体厚度 ，
14、题中已知 C2=1mm，C 1=0.30mm，则有效厚度mn14。筒体外径 ，计算长度e 7.230.4 mDo0840；设计外可取为 ；弹性模量 。mL6MPap5. MPaE5.（2）计算 L/D0、D 0/e，96.28o 7.19.208eo（3）查图 14-6 得 。由系数 A 查图 14-7，以得到系数 B 的值。由于3.0A值落在相应温度的外压应力计算系数 B 曲线的直线部分，则外压应力计算系02.A数 MPaEB7.301.203.35许用外压力MPaDBpeo192.0753由于 且较为接近 ，所选壁厚合适，即 。 mn414-8 一圆筒形容器，其外直径为 1024mm，筒体
15、计算长度为 6000mm，材料为Q245R，在室温下真空操作，无安全控制装置。试问有效厚度为 12 mm 时操作是否安全？解：由题可知：容器外径 ，有效厚度 ，筒体计算长度D1024e12；室温下弹性模量 。mL60MPaE5.（1）计算 L/D0、D 0/e，86.524o 3.851204eo（2）查图 14-6 得 。由系数 A 查图 14-7，以得到系数 B 的值。由于.0A值落在相应温度的外压应力计算系数 B 曲线的直线部分，则外压应力计算系06.A数 MPaEB7.3410.206.325许用外压力 Dpeo8574由于真空容器可能承受的最大外压为 ，远小于许用外压的值，所以操作是
16、安Pa1.0全的。14-9 有一外直径为 1220 mm，计算长度为 5000 mm 的真空操作筒体，用有效厚度为4 mm 的 Q345R 钢板制造，是否能满足稳定性要求，可否采取其他措施？解：由题可知：容器外径 ，有效厚度 ，筒体计算长度mD120me4。由于容器在室温下真空操作，弹性模量 。mL50 MPaE510.2（1）计算 L/D0、D 0/e，1.42o 30542eo（2）查图 14-6 得系数 。由系数 A 查图 14-8，以得到系数 B 的值。由于06.A落在温度材料线的左方，则许用外压为06.A MPaDAEpeo 026.3051.26.235由于此真空容器可能承受的最大
17、外压为 ，大于许用外压的值，所以其稳定性a.不足。要通过增加厚度使其达到稳定性的要求，则厚度的增加值会比较大，不太经济；通过在该圆筒的外部或内部设置加强圈的方式来使其达到稳定性要求，是经济而有效的措施。14-10 一减压塔内直径为 2400 mm，塔体长度为 18000 mm，采用标准椭圆形封头。设计温度为 150C，设计压力为 300mmHg 柱（0.04MPa） ，塔体和封头的材料均为Q245R，试确定塔的厚度（假设无加强圈） 。解：采用图解法来计算塔体的有效厚度。（1）假设筒体有效厚度 ，筒体外径按 2428mm 来考虑，采用标准椭圆me7.12形封头，其直直边长为 40mm，则圆筒计算长度L84063/80（2）计算 L/D0、D 0/e，1.7248o 2.197.eo（3）查图 14-6 得 。由系数 A 查图 14-7，以得到系数 B 的值。由于06.A，A 值落在温度材料线的左方，则 外压应力计算系数（在设计温度为 15006.C， Q245R 的弹性模量 E=2105MPa） MPaEB0.81.206.325许用外压力Dpeo4.219.8由于设计压力为 0.04MPa，即 且接近于 ，故塔体的有效厚度 是合pme7.12适的。
