题目
试设计一台立式反应容器,已知该反应器的最高工作压力pw=3.0,(MPa),工作温度tw=60^circ(C),顶部设有安全阀,圆筒内径D_1=1000,(mm),圆筒材料为Q345R,腐蚀裕量C_2=2,(mm),对接焊缝采用双面全熔透焊接接头,且进行局部无损检测。解:(1)、确定各设计参数;(2)、确定筒体厚度。① 确定设计压力:P= 【空一】,(MPa)② 确定计算温度:t= 【空二】(}^circ{C)③ 确定厚度附加量:C=C_1+C_2= 【空三】,(mm)④ 确定焊接接头系数:varphi= 【空四】⑤ 确定设计温度下的许用应力:[sigma]t= 【空五】,(MPa)(2)、确定筒体厚度:① 计算厚度:delta=PcD_1/(2[sigma]tvarphi-Pc)= 【空六】,(mm);② 设计厚度:delta d=delta+C_2= 【空七】,(mm);③ 名义厚度:delta ngeqdelta d+C_1= 【空八】,(mm);④ 有效厚度:delta e=delta n-(C_1+C_2)= 【空十】,(mm);
试设计一台立式反应容器,已知该反应器的最高工作压力$pw=3.0\,\text{MPa}$,工作温度$tw=60^{\circ}\text{C}$,顶部设有安全阀,圆筒内径$D_1=1000\,\text{mm}$,圆筒材料为Q345R,腐蚀裕量$C_2=2\,\text{mm}$,对接焊缝采用双面全熔透焊接接头,且进行局部无损检测。 解:(1)、确定各设计参数;(2)、确定筒体厚度。 ① 确定设计压力:$P=$ 【空一】$\,\text{MPa}$ ② 确定计算温度:$t=$ 【空二】${}^{\circ}\text{C}$ ③ 确定厚度附加量:$C=C_1+C_2=$ 【空三】$\,\text{mm}$ ④ 确定焊接接头系数:$\varphi=$ 【空四】 ⑤ 确定设计温度下的许用应力:$[\sigma]t=$ 【空五】$\,\text{MPa}$ (2)、确定筒体厚度: ① 计算厚度:$\delta=PcD_1/(2[\sigma]t\varphi-Pc)=$ 【空六】$\,\text{mm}$; ② 设计厚度:$\delta d=\delta+C_2=$ 【空七】$\,\text{mm}$; ③ 名义厚度:$\delta n\geq\delta d+C_1=$ 【空八】$\,\text{mm}$; ④ 有效厚度:$\delta e=\delta n-(C_1+C_2)=$ 【空十】$\,\text{mm}$;
题目解答
答案
1. 设计压力 $ p = 3.1 \, \text{MPa} $。
2. 计算温度 $ t = 60^\circ \text{C} $。
3. 厚度附加量 $ C = C_1 + C_2 = 0 + 2 = 2 \, \text{mm} $。
4. 焊接接头系数 $ \phi = 0.85 $。
5. 许用应力 $ [\sigma]_t = 170 \, \text{MPa} $。
6. 计算厚度:
\[
\delta = \frac{3.1 \times 1000}{2 \times 170 \times 0.85 - 3.1} = \frac{3100}{285.9} \approx 10.84 \, \text{mm}
\]
7. 设计厚度:
\[
\delta_d = 10.84 + 2 = 12.84 \, \text{mm}
\]
8. 名义厚度:
\[
\delta_n \geq 12.84 \, \text{mm}, \, \text{取} \, \delta_n = 14 \, \text{mm}
\]
9. 有效厚度:
\[
\delta_e = 14 - 2 = 12 \, \text{mm}
\]
答案:
1. $ p = 3.1 \, \text{MPa} $。
2. $ t = 60^\circ \text{C} $。
3. $ C = 2 \, \text{mm} $。
4. $ \phi = 0.85 $。
5. $ [\sigma]_t = 170 \, \text{MPa} $。
6. $ \delta \approx 10.84 \, \text{mm} $。
7. $ \delta_d = 12.84 \, \text{mm} $。
8. $ \delta_n = 14 \, \text{mm} $。
9. $ \delta_e = 12 \, \text{mm} $。
解析
本题主要考查立式反应容器的设计参数确定及筒体筒体厚度计算,解题思路是依据相关设计规范和给定条件,逐步确定各设计参数参数,再利用内压圆筒厚度计算公式计算筒体厚度。
(1)确定各设计参数
- 确定设计压力:
设计压力应不小于最高工作压力,一般取最高工作压力的1.05 - 1.1倍。本题中最高工作压力$p_w = 3.0\,\text{MPa}$,取$p = 1.033p_w=1.033\times3.0\approx3.1\,\text{MPa}$。 - 确定计算温度:
计算温度一般取工作温度,本题工作温度$t_w = 60^{\^{\circ\text{C}$,所以$t = 60^{\circ}\text{C}$。 - 确定厚度附加量:
厚度附加量$C = C_1 + C_2$,其中$C_1$为钢板厚度负偏差,本题未提及,取$C_1 = 0\,\text{mm}$,已知腐蚀裕量$C_2 = 2\,\text{mm}$,则$C = 0 + 2 = 2\,\text{mm}$。 - 确定焊接接头系数:
对接焊缝采用双面全熔透焊接接头,且进行局部无损检测,根据相关规范,此时焊接接头系数$\varphi = 0.85$。 - 确定设计温度下的许用应力:
圆筒材料为Q345R,设计温度$t = 60^{\circ}\text{C}$,查材料许用应力表可得$[\sigma]_t = 170\,\text{MPa}$。
(2)确定筒体厚度
- 计算厚度:
对于内压圆筒,计算厚度$\delta$的计算公式为$\delta=\frac{pD_1}{2[\sigma]_t\varphi - p}$,已知$p = 3.1\,\text{MPa}$,$D_1 = 1000\,\text{mm}$,$[\sigma]_t = 170\,\text{MPa}$,$\varphi = 0.85$,代入公式可得:
$\delta=\frac{3.1\times \times1000}{2\times170\times0.85 - 3.1}=\frac{3100}{289 - - 3.1}=\frac{3100}{285.9}\approx10.84\,\text{mm}$。 - 设计厚度:
设计厚度$\delta_d=\delta + C_2$,将$\delta = = 10.84\,\text{mm}$,$C_2 = 2\,\text{mm}$代入可得:
$\delta_d=10.84 + 2 = 12.84\,\text{mm}$。 - 名义厚度:
名义厚度$\delta_n\geq\delta_d + C_1$,$\delta_d = 12.84\,\text{mm}$,$C_1 = 0\,\text{mm}$,则$\delta_n\geq12.84\,\text{mm}$,根据钢板规格,取$\delta_n = 14\4\,\text{mm}$。 - 有效厚度:
有效厚度$\delta_e=\delta_n-(C_1 + C_2)$,将$\delta_n = 14\,\text{mm}$,$C_1 = 0\,\text{mm}$,$C_2 = 2\,\text{mm}$可得:
$\delta_e=14-(0 + 2)=12\,\text{mm}$