过程设备设计例题(答案) 下载本文

??KpcDi1?2.64?1000??7.80mm t2[?]??0.5pc2?170?1?0.5?2.64取C2?1mm,则封头设计厚度?d???C2?7.80?1?8.80mm

同上取C1?0.3mm

则封头名义厚度?n??d?C1?8.8?0.3?9.1mm

考虑钢板常用规格厚度,向上圆整可取封头名义厚度?n?10mm,有时为了备料和焊接上的方便,在计算值差别不大及耗材不多时,可取封头与筒体壁厚相同?n?12mm。

(5)试验压力的确定

采用液压试验,试验压力pT?1.25p(6)试验应力校核

?T?[?]170?1.25?2.64??3.3MPa

170[?]tpT?Di??e?3.3??1000??12?0.3?1????155.86MPa

2?e2??12?0.3?1?而 0.9?ReL?0.9?0.85?345?263.9MPa

?T?0.9?ReL,液压试验应力校核合格。

设计举例:

内径Di=1800mm的圆柱形容器,采用标准椭圆形封头,在封头中心设置Φ159×4.5的内平齐接管。封头名义厚度?n=18mm,设计压力p=2.5MPa,设计温度t=150℃,接管外伸高度h1=200mm。封头和补强圈材料均为Q345R,其许用应力[?]=163MPa,接管材料为10号钢,其许用应力[?]t=108MPa。封头和接管厚度附加量均取2mm,液体静压力可以忽略。试作封头开孔补强设计。 解 (1)补强及补强方法判别

①补强判别 根据表3-8,允许不另行补强的最大接管外径为?89mm。此开孔外径等于?159mm,故需考虑其补强。

tt ②补强计算方法判别

开孔直径 d?di?2C?159?2?4.5?2?2?154mm 本凸形封头开孔直径d?154mm?Di1800??900mm,满足等面积法开孔补强计22算的适用条件。因接管已定,故采用补强圈进行补强。

(2)开孔削弱所需要的补强截面积A

①封头计算厚度 由于在椭圆形封头中心区域开孔,所以封头的计算厚度按式(3-47)确定。因为液体静压力可以忽略,即pc?p;查表4-1可得,标准椭圆形封头K1?0.9;又因开孔处焊接接头系数??1.0,故封头计算厚度

??K1pcDi2?????0.5pct?0.9?2.5?1800?12.5mm

2?163?1.0?0.5?2.5 ②开孔削弱所需要的补强截面积

[?]t108先计算强度削弱系数fr???0.663,接管有效厚度为

[?]t163t?et??nt?Ct?4.5?2?2.5mm,

即开孔削弱所需要的补强截面积

A?d??2??et?1?fr??154?12.5?2?12.5?2.5?(1?0.663)?1946mm2

(3)补强范围

①有效宽度 B?max??2d

?d?2?n?2?nt?2?154?308?max??308mm

154?2?18?2?4.5?199???d?nt?154?4.5?26.3②外侧有效补强高度 h1?min?

??接管实际外伸长度?200?26.3mm

③内侧有效补强高度 h2?min???d?nt?154?4.5?26.3

??接管实际内伸长度?0?0mm

(4)补强面积

①壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1

A1??B?d???e????2?et??e????1?fr?

??308?154??18?2?12.5??2?2.5?18?2?12.5??1?0.663?

?533mm2

②接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2 接管计算厚度?t?pcdi2.5?150

??1.76mm2[?]tt??pc2?108?1?2.5所以 A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2t?fr

?2?26.3??2.5?1.76??0.663?0?25.8mm2

③焊缝金属的截面积A3(焊脚取8mm) 因是内平齐接管,所以 A3?2?(4)需另加补强面积A4

因 Ae?A1?A2?A3?533?25.8?64?622.8mm2

故需另加补强面积A4?A?Ae?1946?622.8?1323.2mm2 (5)补强圈设计

根据接管公称直径dN150选补强圈,参照JB/T4736《补强圈》取补强圈外径

1?8?8?64mm2 2D2?300mm,内径D1?163mm,因B?308mm?D2,补强圈在有效补强范围内。

补强圈计算厚度为 ???A41323.2??9.66mm

D2?D1300?163考虑腐蚀裕量和钢板厚度负偏差并经圆整,取补强圈名义厚度为12mm即可。但为了便于备料,也可取18mm与封头等厚。

设计举例:

今需制作一台分馏塔,塔的内径为2000mm,塔身(包括两端标准椭圆形封头的直边)长度为6000mm。封头(不包括直边)深度为500mm。材料选Q245R,分馏塔在300℃及真空下操作,微腐蚀。

(1) 无加强圈时,设计该塔的壁厚。

(2) 若目前仅有9mm厚的钢板,试设计加强圈。 解: (1) 无加强圈时

① 筒体壁厚计算

1L?6000??500?2?6333.4mm3 塔体计算长度

假设

?n?12mm,取腐蚀裕量C2?1mm,Q245R钢板厚度负偏差为

C1?0.3mm,则

?e??n?C?12??0.3?1??10.7mm

筒体外径 Do?Di?2?n?2000?2?12?2024mm

DL6333.42024??3.129,o??189.2 Do2024?e10.7DoLD?由o、e查图4-7几何曲线得A?0.00016

根据Q245R材料的屈服极限ReL?245MPa?207MPa,查图4-8知A值在300℃材料线左方,故B值按下式计算

22EA??1.81?105?0.00016?19.3MPa 33B19.3 即许用外压力 [p]???0.102MPa

Do189.2 B??ep?0.1MPa。

而设计压力p?0.1MPa,计算压力c因pc?[p] 且接近,故?n?12mm即为所求。

② 封头壁厚计算

为了制造方便,封头厚度取筒体厚度,即

?n?12mm。