化工设备机械基础（设备部分）教案

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的液柱静压力小于5%设计压力时，可以忽略液柱静压力。

试验压力PT——进行压力试验时容器顶部的压力。 二、温度

金属温度——沿元件金属截面的温度平均值。

设计温度——容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度。 试验温度——进行压力试验时，壳体的金属温度。 （标志在设备铭牌上的设计温度应是壳体设计温度） 三、厚度（单位为mm）

1．计算厚度?c——按公式计算得到的厚度。

2．设计厚度?d——计算厚度?c+腐蚀裕量C2，即：?d??c?C2。

3．名义厚度?n——设计厚度?d+钢材厚度负偏差C1+向上圆整至钢材标准规格厚度的差?,即：

?n??d?C1????c?C1?C2??。名义厚度为标注在图样上的厚度。

4．有效厚度?e——?e??n?C1?C2??n?C??c??

5．厚度附加量C——钢材厚度负偏差C1+腐蚀裕量C2，即：C?C1?C2

6．最小厚度?min——为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，根据工程实践经验所规定的不包括腐蚀裕量C2的最小元件厚度值。 对于不锈钢容器，取?min?2mm

?内径D?3800mm时,??2Dimm,且不小于3mm?imin1000对于碳素钢和低合金钢容器?

?件确定?内径Di?3800mm时,根据运输和制造安装条对于换热设备，其最小厚度?min的规定更为严格，具体规定见P118表5-4、5-5。

四、耐压试验及气密性试验

耐压试验目的——检验容器在超设计压力情况下的宏观强度以及焊缝和其它连接部位的致密性。一般为液压试验，以水、油等为试验介质，特殊情况下作气压试验，以N2、惰性气体为试验介质。 耐压试验试验压力 1．液压试验：pT?1.25pd[?] t[?][?] [?]t2．气压试验：pT?1.15pd 注意：以公式计算的试验压力pT是指试验压力的下限值（最低值）。

对于外压或真空容器，压力试验时也用内压进行试验，其试验压力为： 液压试验：pT?1.25p

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气压试验：pT?1.15p

3．气密性试验：主要用于介质的毒性程度为极度或高度危害的介质的容器，以检验其密封性能，必须在压力试验合格后进行。气密性试验的压力可取为pd，介质一般为NH3等渗透力强的气体。 4．压力试验前的应力校核 （1）液压试验时：?T?pT(Di??e)?0.9?s

2?e?pT(Di??e)?0.8?s

2?e? （2）气压试验时：

?T?符号：?T——压力试验时的应力，Mpa

?s——材料在试验温度下的屈服点，MPa

五、焊接接头系数?——指材料在焊接时，焊缝区的强度由于各种因素的影响而有所降低，为了保证安全，在材料的许用应力前乘以一个系数?，这个系数就称为焊接接头系数。

焊接接头系数?的选择，一般规则为：

（1）双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头系数：100%无损检测时取??1.0；局部无损检测时取?=0.85。

（2）单面焊对接接头系数：100%无损检测时取??0.9；局部无损检测时取?=0.8。 六、内压圆筒的薄膜应力理论

薄膜应力理论又称为无力矩理论。即在应力分析中只考虑两向薄膜应力??,??而不考虑弯曲应力和剪切应力得到的理论。在仅考虑介质压力情况下对圆筒的应力，其结论简化为：

pDpR? 2??pDpR?轴向应力：??? 4?2?环向应力：??? 从上面的计算公式可以看出：内压圆筒壳体的应力只与几何尺寸有关，而与所用材料无关。

筒 体

第二节 筒体

换热器的筒体（包括管箱上的短节）做强度计算时应按GB150中的有关规定进行。 一、 内压圆筒 其计算公式为：

计算厚度：

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??P?Di(2[?]???P)t mm (5-15) *（要求掌握）

名义厚度：

?n???c??mm (5-16)

式中：

P──设计压力，计算短节厚度时P=Pt； 计算筒体厚度时P=Ps；

[?]t──材料在设计温度下许用应用，MPa ；

二、 外压圆筒 其计算步骤为： 1．当Do/?e?20时

（1）设?n，令?e??n?c，定出L/Do和Do/?e（L为圆筒计算长度）； （2）由L/Do及Do/?e的值在几何图上查得系数A；

（3）用A在厚度算图上查得系数B；

若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按式（5-17）计算许用外压力[P]：

[P]?BDo?e (5-17)

若所得A值落在设计温度下材料线的左方，则用式（5-18）计算许用外压力[P]：

[P]?2AE (5-18)

3(Do?e)（4）[P]应大于或等于Pt，否则须再假设名义厚度，重复上述计算，直到[P]大于且接近于Pt为止。 2．当Do/?e?20时

（1）用与第1条相同的步骤得到系数B值；但当Do/?e?4.0时，应按式(5-19)计算系数A值：

A?1.1(Do?e)2 (5-19)

系数A>0.1时，取A =0.1。

（2）按式（5-20）计算许用外压力：

2?o2.251[P]?min{[?0.0625]B,[1?]} （5-20）

Do?eDo?eDo?e式中：?o──应力，取以下两值中的较小值：

?o?2[?]t

?o?0.9?st或?o?0.9?0.2t

（3）[P] 应大于或等于Pc，否则须再假设名义厚度?n，重复上述计算，直到[P]大于且接近Pc为止。 ※ 换热器的筒体壁厚按上述步骤得出名义厚度后，其最小厚度不得低于表5-4、表5-5的规定。

例题讲解

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[例1]内压容器壁厚的确定

某化工厂欲设计一台固定管板式换热器。工艺参数为：换热器内径Di?600mm，壳程工作压力为 pw?2.0MPa，工作温度为t?60?C~95?C，壳程介质为水。试选择换热器壳程材料并确定其壁厚。【解】

（1）选材：由于水对钢材的腐蚀不大，温度在60~95?C，压力为中压，故选用材料为16MnR。 （2）确定参数：

pd?1.1?2.0?2.2MPa;取腐蚀裕量c2?1mm （3）计算壁厚：

Di?600mm;[?]t?170MPa;??0.85t?98?

?c?Pd?Di?2[?]t???Pd??2.2?600?4.6(mm)

2?170?0.85?2.2根据计算壁厚4.6mm，加上C2后为5.6mm，查钢板厚度负偏差表得C1?0.6mm，故：

?c?C??d?C1?C2?4.6?1?0.6?6.2(mm)

向上圆整后取名义厚度为：?n?7mm （4）校核水压试验强度： 水压试验压力：pT?1.25p[?]?1.25?2.2?1?2.75MPa t[?]应力校核：?T?pT(Di??e)?0.9?s

2?e?上式中：?e??n?C?7?1.6?5.4mm;则：?T??s?345MPa（GB150）

2.75?(600?5.4)?192.7(MPa)?0.9?s?0.9?345?310.5(MPa)

2?5.4?0.8所以水压试验强度满足要求。

[例2]内压容器强度校核

有一台搁置的旧换热器，其材料为Q235-B，实测外径为Do=800mm，最小壁厚为?n?7.5mm。已知：壳体设计温度为常温，[?]?113MPa,??0.85,C1?0,C2?1mm。现想使用这台换热器，

其壳程工状为：使用温度为常温，工作压力为4.0Mpa，介质为水，问这台旧换热器的壳体是否满足强度要求？如强度不够，该壳体的最大工作压力是多少？ 【解】

（1）确定参数

p?4MPa,Do?800mm,?n?7.5mm,[?]?113MPa,- 16 -

??0.85