题目
5.今欲设计一台化肥厂用的甲烷反应器,直径 _(1)=3200mm, 计算压力-|||-_(c)=2.6M(P)_(a), 设计温度为255℃,材质为16MnR,采用双面焊对接接头,-|||-100%无损检测,腐蚀裕量取 _(2)=1.5mm, 试设计该反应器壁厚。
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定参数
根据题目给出的条件，确定反应器的直径 ${D}_{1}=3200mm$，计算压力 ${p}_{c}=2.6MPa$，设计温度为255℃，材质为16 MnR，采用双面焊对接接头，100%无损检测，腐蚀裕量取 ${C}_{2}=1.5mm$。根据这些条件，可以确定材料的许用应力 ${[ \sigma ] }^{t}=146MPa$，腐蚀裕量 ${C}_{2}=1.5mm$，常温下许用应力 ${[ \sigma ] }=163MPa$。
步骤 2：计算壁厚
根据公式 $\Delta =\dfrac {{P}_{1}{D}_{1}}{2{[ \sigma ] }_{1}{t}_{1}-{P}_{c}}$，计算反应器的壁厚。其中，${P}_{1}$ 为计算压力，${D}_{1}$ 为反应器直径，${[ \sigma ] }_{1}$ 为许用应力，${t}_{1}$ 为壁厚，${P}_{c}$ 为计算压力。将已知数值代入公式，计算得到 $\Delta =28.75mm$。加上腐蚀裕量 ${C}_{2}=1.5mm$，得到 $s+{C}_{1}+{C}_{2}=31.15mm$。圆整后，得到 ${s}_{n}=32mm$。
步骤 3：水压强度试验校核
根据公式 ${P}_{T}=1.25p\cdot \dfrac {[ {O}^{] }}{[ {O}^{-}] }$，计算水压试验压力。其中，$p$ 为计算压力，${[ {O}^{] }}$ 为常温下许用应力，${[ {O}^{-}] }$ 为设计温度下的许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${P}_{T}=3.63MPa$。根据公式 ${\sigma }_{T}=\dfrac {{P}_{T}({D}_{1}+{s}_{e})}{2{\sigma }_{e}}$，计算水压试验下的应力。其中，${P}_{T}$ 为水压试验压力，${D}_{1}$ 为反应器直径，${s}_{e}$ 为有效壁厚，${\sigma }_{e}$ 为许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${\sigma }_{T}=198MPa$。根据公式 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.940s$，校核水压试验下的强度。其中，${\sigma }_{1}$ 为水压试验下的应力，$s$ 为许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.9\times 1\times 325=292.5MPa$。因为 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.940s$，所以水压试验下强度足够。
根据题目给出的条件，确定反应器的直径 ${D}_{1}=3200mm$，计算压力 ${p}_{c}=2.6MPa$，设计温度为255℃，材质为16 MnR，采用双面焊对接接头，100%无损检测，腐蚀裕量取 ${C}_{2}=1.5mm$。根据这些条件，可以确定材料的许用应力 ${[ \sigma ] }^{t}=146MPa$，腐蚀裕量 ${C}_{2}=1.5mm$，常温下许用应力 ${[ \sigma ] }=163MPa$。
步骤 2：计算壁厚
根据公式 $\Delta =\dfrac {{P}_{1}{D}_{1}}{2{[ \sigma ] }_{1}{t}_{1}-{P}_{c}}$，计算反应器的壁厚。其中，${P}_{1}$ 为计算压力，${D}_{1}$ 为反应器直径，${[ \sigma ] }_{1}$ 为许用应力，${t}_{1}$ 为壁厚，${P}_{c}$ 为计算压力。将已知数值代入公式，计算得到 $\Delta =28.75mm$。加上腐蚀裕量 ${C}_{2}=1.5mm$，得到 $s+{C}_{1}+{C}_{2}=31.15mm$。圆整后，得到 ${s}_{n}=32mm$。
步骤 3：水压强度试验校核
根据公式 ${P}_{T}=1.25p\cdot \dfrac {[ {O}^{] }}{[ {O}^{-}] }$，计算水压试验压力。其中，$p$ 为计算压力，${[ {O}^{] }}$ 为常温下许用应力，${[ {O}^{-}] }$ 为设计温度下的许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${P}_{T}=3.63MPa$。根据公式 ${\sigma }_{T}=\dfrac {{P}_{T}({D}_{1}+{s}_{e})}{2{\sigma }_{e}}$，计算水压试验下的应力。其中，${P}_{T}$ 为水压试验压力，${D}_{1}$ 为反应器直径，${s}_{e}$ 为有效壁厚，${\sigma }_{e}$ 为许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${\sigma }_{T}=198MPa$。根据公式 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.940s$，校核水压试验下的强度。其中，${\sigma }_{1}$ 为水压试验下的应力，$s$ 为许用应力。将已知数值代入公式，计算得到 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.9\times 1\times 325=292.5MPa$。因为 ${\sigma }_{1}\leqslant 0.940s$，所以水压试验下强度足够。