第二章中低压容器设计 一、填空题 1、边缘应力的特点是局部性和自限性。 2、容器的厚度有计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度、最小厚度之分。 3、压力试验有液压试验和气压试验两种。 二、简答题 1、什么是第一、二曲率半径？ 第一曲率半径一一经线上任一点的曲率半径就是旋转壳体在该点的第一曲率半径，用 r1表示。R1=K01,01为第一曲率中心。 第二曲率半径一一用过K点并与经线在K点的切线垂直的平面切割中间面，所得交线为 一曲线，此曲线在K点的曲率半径称为旋转壳体在该点的第二曲率半径，用r2表示。R2=KO2, 02为第二曲率中心。 2、什么是无力矩理论？ 旋转壳体在内压力作用下发生变形，在壳壁中产生拉应力和弯曲应力，当壳体的壁厚很 薄时弯曲应力比拉应力小得多（理论上可证明，拉应力与弯曲应力之比和壳体半径与壁厚之 比是同量级的)。在工程应用中，当壳体的径比K=Do/Di≤1.2时为了简化计算，常忽略弯曲 应力而只考虑拉应力的影响，这对一般的工程设计有足够的精度。这种分析问题的方法称为 “无力矩理论”，由此求得的旋转壳体中的应力称为“薄膜应力”。 3、无力矩理论的应用的条件是什么？ (1)壳体曲率半径的变化是连续的、无突变，壳体的厚度也无突变： (2)构成同一壳体材料的物理性能(E、μ等)是一致的： (3)作用在壳体上的外载荷是连续的，没有突变或集中载荷作用： (4)壳体边界处只有沿经线切线方向的约束，而经线的转动和法向位移均不受约束。 4、什么是边缘应力？ 在壳体上不满足无力矩理论应用条件的部位称为连接边缘，在边缘处壳体相互之间产生 的约束力称为边缘应力。 5、GB150对容器的最小厚度的规定是什么？ 在不包括腐蚀裕量的最小厚度作了如下限制
第二章 中低压容器设计 一、填空题 1、边缘应力的特点是局部性和自限性。 2、容器的厚度有计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度、最小厚度之分。 3、压力试验有液压试验和气压试验两种。 二、简答题 1、什么是第一、二曲率半径？ 第一曲率半径——经线上任一点的曲率半径就是旋转壳体在该点的第一曲率半径，用 r1 表示。R1=KO1，O1 为第一曲率中心。 第二曲率半径——用过 K 点并与经线在 K 点的切线垂直的平面切割中间面，所得交线为 一曲线，此曲线在 K 点的曲率半径称为旋转壳体在该点的第二曲率半径，用 r2 表示。R2=KO2， O2 为第二曲率中心。 2、什么是无力矩理论？ 旋转壳体在内压力作用下发生变形，在壳壁中产生拉应力和弯曲应力，当壳体的壁厚很 薄时弯曲应力比拉应力小得多（理论上可证明，拉应力与弯曲应力之比和壳体半径与壁厚之 比是同量级的）。在工程应用中，当壳体的径比 K=Do/Di≤1.2 时为了简化计算，常忽略弯曲 应力而只考虑拉应力的影响，这对一般的工程设计有足够的精度。这种分析问题的方法称为 “无力矩理论”，由此求得的旋转壳体中的应力称为“薄膜应力”。 3、无力矩理论的应用的条件是什么？ （1）壳体曲率半径的变化是连续的、无突变，壳体的厚度也无突变； （2）构成同一壳体材料的物理性能（E、μ 等）是一致的； （3）作用在壳体上的外载荷是连续的，没有突变或集中载荷作用； （4）壳体边界处只有沿经线切线方向的约束，而经线的转动和法向位移均不受约束。 4、什么是边缘应力？ 在壳体上不满足无力矩理论应用条件的部位称为连接边缘，在边缘处壳体相互之间产生 的约束力称为边缘应力。 5、GB150 对容器的最小厚度的规定是什么？ 在不包括腐蚀裕量的最小厚度作了如下限制
碳素钢、低合金钢制容器，0m不小于3mm: 对高合金钢制容器，dmn不小于2m。 6、什么是设计压力？ 设计压力是指设定的容器顶部的最高工作压力，用·表示，设计压力应标在容器的名牌 上：与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。 7、什么是设计温度？ 设计温度是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面温度的 平均值)，用t表示。对于0℃以上的金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作状态下 可能达到的最高温度：对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最 低温度。 8、压力试验的目的是什么？ 压力试验的目的是检查容器的宏观强度、焊缝的致密性及密封结构的可靠性，及时发现 容器钢材、制造及检修过程中存在的缺陷，是对材料、设计、制造及检修等各环节的综合性 检查。通过压力试验将容器的不安全因素在正式使用前充分暴露出来，防患于未然。所以压 力试验是保证设备安全运行的重要措施，必须严格执行。 9、在确定试验压力时应注意哪几点？ (1)容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允许工作压力代替设计 压力： (2)容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元 件材料的口可]/[比值中最小者： (3)立式容器（正常工作时容器轴线垂直地面）卧置（容器轴线处于水平位置）进行 液压试验时，其试验压力按式(2-9)确定的值再加上容器立置时圆筒所承受的最大液柱静 压力。容器的试验压力（液压试验时为立置和卧置两个压力值）应标在设计图纸上。 三、计算题 1、某内压容器的筒体设计，己知：设计压力P=0.4MPa,设计温度1=70℃，圆筒 内径D=1000mm,总高3000mm,盛装液体介质，液柱静压力为0.03MPa,圆筒材料 为16MnR,腐蚀裕量C2取l.5mm,焊接接头系数p=0.85,试求该容器的筒体厚度。 解：1、确定设计参数
碳素钢、低合金钢制容器， min 不小于 3mm； 对高合金钢制容器， min 不小于 2mm。 6、什么是设计压力？ 设计压力是指设定的容器顶部的最高工作压力，用 p 表示，设计压力应标在容器的名牌 上；与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。 7、什么是设计温度？ 设计温度是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面温度的 平均值），用 t 表示。对于 0℃以上的金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作状态下 可能达到的最高温度；对于 0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最 低温度。 8、压力试验的目的是什么？ 压力试验的目的是检查容器的宏观强度、焊缝的致密性及密封结构的可靠性，及时发现 容器钢材、制造及检修过程中存在的缺陷，是对材料、设计、制造及检修等各环节的综合性 检查。通过压力试验将容器的不安全因素在正式使用前充分暴露出来，防患于未然。所以压 力试验是保证设备安全运行的重要措施，必须严格执行。 9、在确定试验压力时应注意哪几点？ （1）容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允许工作压力代替设计 压力； （2）容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元 件材料的 / t 比值中最小者； （3）立式容器（正常工作时容器轴线垂直地面）卧置（容器轴线处于水平位置）进行 液压试验时，其试验压力按式（2-9）确定的值再加上容器立置时圆筒所承受的最大液柱静 压力。容器的试验压力（液压试验时为立置和卧置两个压力值）应标在设计图纸上。 三、计算题 1、某内压容器的筒体设计，已知：设计压力 p = 0.4MPa ，设计温度 t = 70 ℃，圆筒 内径 Di =1000mm ，总高 3000mm ，盛装液体介质，液柱静压力为 0.03MPa ，圆筒材料 为 16MnR，腐蚀裕量 C2 取 1.5mm ，焊接接头系数 = 0.85 ，试求该容器的筒体厚度。 解：1、确定设计参数
(1)压力参数： 设计压力：p=0.4MPa 液柱静压力：P液=H=3×1000×10=0.03MPa 液柱静压力大于设计压力的5%(0.02NMPa),应计入计算压力中。 计算压力：P=P+P液=0.4+0.03=0.43MPa (2)设计温度： 设计温度为：t=70℃。 (3)许用应力： 假设钢板厚度为616，由表3-6得：[o]t=170MPa。 (4)焊接接头系数： 由题目得：0=0.85 (5)钢板厚度负偏差： 假设钢板厚度为825，由表3-10得：C1=0.8mm。 (6)腐蚀裕量： 由题目得：C2=3mm。 2、求计算厚度6 6= P.D 0.43×1000 =1.49mm 2o]0-p.2×170×0.85-0.43 3、求设计厚度6d 6a=6+C2=1.49+1.5=2.99mm 4、求名义厚度8n 查表3-10得钢板的厚度负偏差C=0.3mm, 6+C1=2.99+0.3=3.29mm 圆整后取名义厚度d.=4mm。 考虑到低合金钢制容器的最小壁厚，由+C,=3+1.5=4.5知，名义厚度6n至少 取5mm。根据钢板厚度标准规格，名义厚度δn取为6mm。 5、检查
（1）压力参数： 设计压力： p = 0.4MPa ， 液柱静压力： p液 = Hg = 3100010 = 0.03MPa 液柱静压力大于设计压力的 5%（0.02MPa），应计入计算压力中。 计算压力： 0.4 0.03 0.43MPa pc = p + p液 = + = . （2）设计温度： 设计温度为：t=70℃。 （3）许用应力： 假设钢板厚度为 6~16，由表 3-6 得：[σ]t=170MPa。 （4）焊接接头系数： 由题目得： = 0.85。 （5）钢板厚度负偏差： 假设钢板厚度为 8~25，由表 3-10 得：C1=0.8mm。 （6）腐蚀裕量： 由题目得：C2=3mm。 2、求计算厚度δ 1.49mm 2 170 0.85 0.43 0.43 1000 2 c t c i = − = − = p p D 3、求设计厚度δd d = +C2 =1.49 +1.5 = 2.99mm 4、求名义厚度δn 查表 3-10 得钢板的厚度负偏差 C1 = 0.3mm ， d +C1 = 2.99 + 0.3 = 3.29mm ， 圆整后取名义厚度 n = 4mm 。 考虑到低合金钢制容器的最小壁厚，由 min +C2 = 3+1.5 = 4.5 知，名义厚度δn 至少 取 5mm。根据钢板厚度标准规格，名义厚度δn 取为 6mm。 5、检查
6n=6mm,在616和825范围内，[o]t=170MPa和C1=0.3mm没有变化，故取名义厚 度6n为6mm合适。 2、某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。己知：塔体内径Di=600mm, 设计压力p=2.2MPa,工作温度为-20`-3℃，选用材料为16MnR的钢板制造，单面焊，局部 无损检测，试确定其厚度。 解：1、确定设计参数 (1)压力参数： 设计压力p=2.2NMPa,计算压力pc=p=2.2NMPa. (2)设计温度： 由于工作温度为-20-3℃，所以t=-20℃。 (3)许用应力： 假设钢板厚度为616，由表3-6得：[o]t=170MPa。 (4)焊接接头系数： 由题目得：中=0.80。 (5)钢板厚度负偏差： 假设钢板厚度为8`25，由表3-10得：C1=0.8mm。 (6)腐蚀裕量： 由表3-13得：C2=3mm。 2、求计算厚度8 P.D 2.2×600 6= =4.89 2[op-p。2×170×0.8-2.2 mm 3、求设计厚度6d 6=6+C2=4.89+3=7.89 mm 4、求名义厚度8n 6a+C=7.89+0.8=8.69m 根据钢板厚度标准规格，名义厚度8n取为10mm。 考虑到低合金钢制容器的最小壁厚，由。=10>δm+C,=3+3=6知，满足最小壁 厚。 5、检查
δn=6mm，在 6~16 和 8~25 范围内，[σ]t=170MPa 和 C1=0.3mm 没有变化，故取名义厚 度δn 为 6mm 合适。 2、某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。已知：塔体内径 Di=600mm， 设计压力 p=2.2MPa，工作温度为-20~-3℃，选用材料为 16MnR 的钢板制造，单面焊，局部 无损检测，试确定其厚度。 解：1、确定设计参数 （1）压力参数： 设计压力 p=2.2MPa，计算压力 pc=p=2.2MPa. （2）设计温度： 由于工作温度为-20~-3℃，所以 t=-20℃。 （3）许用应力： 假设钢板厚度为 6~16，由表 3-6 得：[σ]t=170MPa。 （4）焊接接头系数： 由题目得：φ=0.80。 （5）钢板厚度负偏差： 假设钢板厚度为 8~25，由表 3-10 得：C1=0.8mm。 （6）腐蚀裕量： 由表 3-13 得：C2=3mm。 2、求计算厚度δ 4.89 2 170 0.8 2.2 2.2 600 2 c t c i = − = − = p p D mm 3、求设计厚度δd d = +C2 = 4.89+3 = 7.89 mm 4、求名义厚度δn d +C1 = 7.89 + 0.8 = 8.69 mm 根据钢板厚度标准规格，名义厚度δn 取为 10mm。 考虑到低合金钢制容器的最小壁厚，由 n =10 min +C2 = 3+3= 6 知，满足最小壁 厚。 5、检查
8n=10mm,在616和825范围内，[o]t=170MPa和C1=0.8mm没有变化，故取名义厚 度6n为10mm合适
δn=10mm，在 6~16 和 8~25 范围内，[σ]t=170MPa 和 C1=0.8mm 没有变化，故取名义厚 度δn 为 10mm 合适