过程装备基础第章习题解答

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-10°C ～50°C ，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mm D i 2600=，工作温度为-10°C ～50°C ，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p c = 1.7 MPa 。

（2）由于液氨储槽材料选用Q345R ，假定储槽厚度范围为3～16mm ，取设计温度为50°C ，查得材料的许用应力[]MPa t

189=σ；考虑液氨对Q345R 材料有一定的腐蚀性，根据工作经验取腐蚀裕量mm C 22=；壳体采用采用双面焊对接接头、100%无损探伤，则其焊接接头系数0.1=φ

根据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的计算厚度

[]mm p D p c t i c 75.117

.10.1189226007.12=-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q345R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ，腐蚀裕量mm C 22=，故可选用δn =15mm 厚的钢板，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

[]mm p D p c t i c 72.117

.15.00.1189226007.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q345R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ，腐蚀裕量mm C 22=，因此，封头也可选用δn =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150°C ，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mm D i 1000=，工作温度为150°C ，最高工作压

力MPa p w 2.1=，由于承压容器装设安全阀，则其设计压力

p= (1.05～1.10) p w = (1.05～1.10)×1.2=1.26～1.32 MPa

取设计压力p= 1.32 MPa ，计算压力p c = 1.32 MPa 。

（2）由于承压容器材料选用06Cr19Ni10 ，假定其厚度范围为1.5～80mm ，取设计温度为150°C ，查附录2得材料的许用应力[]MPa t

111=σ；考虑采用不锈钢，取腐蚀裕量02=C ；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85.0=φ。

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

[]mm p D p c t i c 04.732

.185.01112100032.12=-⨯⨯⨯=-=φσδ GB24511《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δn =7mm 厚的钢板（处于原假设厚度范围内）。

因此，为满足最大工作压力为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D i = 800mm ，设计压力p = 3MPa ，设计温度为100°C ，材料选为Q245R ，腐蚀裕量可取C 2=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mm D i 800=，设计温度为100°C ，设计压力p= 3 MPa ，腐蚀裕量mm C 22=，可取计算压力p c = 3 MPa 。

（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3～16mm ，查附录2得材料的许用应力[]MPa t

147=σ；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85.0=φ。

根据圆筒体厚度的设计公式，可得其计算厚度为：

[]mm p D p c t i c 72.93

85.0147280032=-⨯⨯⨯=-=φσδ

由于Q245R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ，腐蚀裕量mm C 22=，故可选用δn =13mm （在原假设厚度范围内）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mm D i 800=，故可整体冲压成型，则焊接接头系数0.1=φ，由于封头材料选为Q245R ，假定其厚度范围为3～16mm ，查附录2得材料的许用应力[]MPa t

147=σ，根据半球形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为： []mm p D p c t i c 10.43

0.1147480034=-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q245R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ，腐蚀裕量mm C 22=，故可选用δn =7mm 厚的钢板。

若采用标准椭圆形封头，由于其内直径mm D i 800=，故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数0.1=φ，由于封头材料选为Q245R ，假定其厚度范围为3～16mm ，查附录2得材料的许用应力[]MPa t

147=σ，根据标准椭圆形封头厚度的设计公式，可得其计算厚度为：

[]mm p D p c t i c 21.83

5.00.1147280035.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q245R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ，腐蚀裕量mm C 22=，故可选用δn =11mm 厚的钢板（厚度处于原假设范围内）。

若采用标准碟形封头，由于封头材料选为Q245R ，假定其厚度范围为3～16mm ，查附录2得材料的许用应力[]MPa t

147=σ；由于其内直径mm D i 800=，故可采用整体冲压成型，则焊接接头系数0.1=φ。根据标准碟形封头厚度的设计公式

[]c t i c p R Mp 5.02-=φσδ

取mm D R i i 7209.0==，mm D r i 13617.0==，则