目录
第一章化工设备材料及其选择 (1)
1.1 本书习题 (1)
1.2 其他习题 (6)
第二章容器设计的基本知识 (6)
2.1 本书习题 (7)
2.2 其他习题 (8)
第三章内压薄壁容器的应力分析 (8)
3.1 本书习题 (8)
3.2 其他习题 (11)
第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计 (13)
4.1 本书习题 (13)
第五章外压圆筒与封头的设计 (15)
5.1 本书习题 (15)
5.2 其他习题.................................................................................... 错误！未定义书签。第六章容器零部件. (16)
5.1 本书习题 (16)
5.2 其他习题 (17)
第七章管壳式换热器的机械设计 (17)
6.1 本书习题 (17)
6.2 其他习题 (19)
第一章化工设备材料及其选择
1.1 本书习题
一. 名词解释
A组：
1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应
力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即ζ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加
动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵
抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。B组：
1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO
2和Al
2
O
3
。钢锭膜上大下小，浇注后钢液
从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，
浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全
锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸
腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。
8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。
9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。
10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。
形式名称组成C
(%)表
示
性能
固溶体铁素体（α-F e）+C0.006F强度和硬度低，塑
性和韧性好奥氏体（γ-F e）+C≥0.77A强度和硬度高，韧
性好，无磁性
马氏体（α-F e）+C过饱和M硬度高、脆、延展
性差、不稳定
化合物渗碳体C+F e→F e3C6.69C硬、脆，一定条件
下分解
混合物珠光体铁素体和渗碳
体机械混合物0.77P介于铁素体和渗碳
体之间
莱氏体珠光体和初次
渗碳体共晶混
合物
L硬度高
C.
1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需
要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。
2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气
中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。
3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，
得到接近平衡状态组织的热处理方法。
4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中
冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和
耐磨性。
5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消
除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。
6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，
一般采用调质处理。
7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S≤0.055%，P≤0.045%。普通碳
素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、
脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235—A·F。
8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S 、磷P 均≤0.04%），非金属杂质少，组织均匀，
表面质量较好。
9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的
钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。
D.
1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压
力容器用钢板有比较严格的要求。
2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。
3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20℃以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因
此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工
艺性和可焊性的钢。
4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。
（1） 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单
位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：
t
F p p K ?-=10（g/m 2·h ） K ：腐蚀速度，g/cm 2·h ；
p 0：腐蚀前试件的重量，g ；
p 1：腐蚀后试件的重量，g ；
F ： 试件与腐蚀介质接触的面积，m 2
；
t ： 腐蚀作用的时间， h ；
（2） 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，
没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属
其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚
度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即：
ρ
ρK K K a 76.8100036524=?= （mm/a ） 式中：K a ：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a ；
ρ：金属的相对密度，g/cm 3。
5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀
在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。
6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过
程中有电流产生。
7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑
性显著下降，甚至破坏的现象。
8.晶间腐蚀：腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，
使之强度和塑性完全丧失。——“内部瓦解”作用。
例如：奥氏体不锈钢晶间腐蚀，在450～850 ℃之间，生成(Cr·Fe)23C6，沿晶界析
出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶粒成为阴极，形成微电池。
9.应力腐蚀：定义：金属在腐蚀性介质和拉应力共同作用下产生的破坏形式。
三个阶段：
1）孕育阶段——机械裂纹。
2）裂纹扩展——裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。
3）破坏阶段。
10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。
二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
Ａ组
钢号种类含碳量% 合金元素含量（%）
符号意义
Q235-A·F 普通碳素甲类钢——
F：沸腾钢Q:钢材屈服
点
Q235-A 普通碳素甲类钢——A:甲类钢20g 优质碳素结构钢0.2% —g:锅炉钢16Mn R 普通低合金钢0.16% <1.5% R:容器钢20MnMo 普通低合金钢0.2% MnMo<1.5% —16MnDR 普通低合金钢0.16% Mn:<1.5% D:低温钢14Cr1Mo 普通低合金钢0.14% Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5% —0Cr13 铬不锈钢<0.08% Cr:13% —
1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢0.1% Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5% —
00Cr19Ni10 奥氏体不锈钢<0.03% Cr:19%;Ni:10% —
B组：
钢号种类含碳
量%
合金元素含量
（%）
符号意义
Q235-B,F 普通碳素乙类钢——
F：沸腾钢Q:钢材屈服
点
Q235-AR 普通碳素甲类容器
钢
——R:容器钢
16Mng 普通低合金钢0.16% Mn:<1.5% g:锅炉钢18Nbb 普通低合金钢0.18% Nb:<1.5% b:半镇静钢18MnMoNbR 普通低合金钢0.18% Mn.Mo.Nb:<1.5% —
09MnNiDR 普通低合金钢0.09% Mn.Ni:<1.5% R:容器钢06MnNb 普通低合金钢0.06% Mn.Nb:
12Cr2Mo1 普通低合金钢0.12% Cr:1.5～2.49%;
Mo:0.9～1.3%
—
0Cr18Ni12Mo2Ti 奥氏体不锈钢<0.08% Cr:18%;Ni:12%;
Mo:1.5～2.49%;
Ti:<1.5%
—
四、判断题
1．对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕量的方法，都能有效地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。（╳）
2．材料的屈强比（ζs/ζb）越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应极力追求高的屈强比。（╳）
3．材料的冲击韧度αk高，则其塑性指标δ5也高；反之，当材料的δ5高，则αk也一定高。（╳）
4．只要设备的使用温度在0～350℃范围内，设计压力≤1.6MPa，且容器厚度≤20mm，不论处理何种介质，均可采用Q235-B钢板制造。（╳）
5．弹性模量E和泊桑比μ是材料的重要力学性能，一般钢材的E和μ都不随温度的变化而变化，所以都可以取为定值。（╳）
6．蠕变强度表示材料在高温下抵抗产生缓慢塑性变形的能力；持久强度表示材料在高温下抵抗断裂的能力；而冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。（√）
五、填空题
1．对于铁碳合金，其屈服点随着温度的升高而（降低），弹性模量E随着温度的升高而（降低）。
2．δ、ψ是金属材料的（塑性）指标；ζb、ζs是金属材料的（强度）指标；Ak是金属材料的（冲击韧性）指标。
3．对钢材，其泊桑比μ＝（0.3）。
4．氢腐蚀属于化学腐蚀与电化学腐蚀中的（化学）腐蚀，而晶间腐蚀与应力腐蚀属于（电化学）腐蚀。
5．奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的温度范围是（450）～（850）℃，防止晶间腐蚀的方法一是减少奥氏体不锈钢中的含（碳）量，二是在奥氏体不锈钢中加入（Ti）和（Nb）元素。
6．应力腐蚀只有在（拉）应力状态下才能发生，在（压应力）和（剪切）应力状态下则不会发生应力腐蚀。
1.2 其他习题
1衡量金属材料的强度指标是（）、（）；衡量金属材料的塑性指标是（）、（）、（）；衡量金属材料的耐腐蚀性能指标是（），为了使设
计的构件具有一定的使用寿命，在设计截面尺寸时必须考虑（）。
2冷脆现象是指金属材料由常温下的（）材料，在深冷状态下变成（）材料的现象。
3金属材料具有（）、（）、（）、（）等加工的可能性称为加工工艺性能。
4材料性能如何分类？
5什么是退火？什么是正火？说明退火正火的目的和区别？
6下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？
Q215-B.F:代表普通碳素钢（钢种），其中Q为屈服点的头一个拼音字母，215为屈服点值，B表示质量等级，F表示沸腾钢。
20A:代表高级优质碳素钢，20为含碳量0.2%，A表示高。
15MnVDR: 代表普通低合金钢，含碳量0.15%左右，含Mn小于1.5%，含V小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢
第二章容器设计的基本知识
三类压力容器（1）高压容器；
（2）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；
（3）中度危害介质，且pV大于等于10MPa·m3中压储存容器；
（4）中度危害介质，且pV大于等于0.5MPa·m3中压反应容器；
（5）毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPa·m3的低压容器；
（6）高压、中压管壳式余热锅炉；
（7）中压搪玻璃压力容器；
（8）使用强度级别较高的材料制造的压力容器；
（9）移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；
（10）容积大于等于50 m3的球形储罐；
（11）容积大于5 m3的低温液体储存容器。
二类压力容器（1）中压容器；
（2）毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；
（3）易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；（4）低压管壳式余热锅炉；
（5）低压搪玻璃压力容器。
一
类
在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。
物质毒性危害程度：
极度危害：光气、汞、氰化氢
高度危害：甲醛,苯胺、氟化氢
中度危害：二氧化硫,硫化氢,氨
2.1 本书习题
一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
温度分级温度范围（oC）压力分级压力范围(Mpa) 常温容器－20oC ~200oC 低压容器0.1≤P＜1.6
中温容器壁温在常温和高温之间中压容器 1.6≤P＜10 高温容器壁温达到材料蠕变温度高压容器10≤P＜100
低温容器壁温低于－20oC 超高压容器P≥100
浅冷容器壁温在－20oC至－40oC之
间
真空容器
器外一个大气压，
内部为真空或低
于常压
深冷容器壁温低于－40oC ——
二、指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类
A组：
序号容器（设备）及条件类别
1 Φ1500，设计压力为10Mpa的管壳式余热锅炉
（高压）
三
2 设计压力为0.6MPa，容积为1m3的氯化氢气体贮
罐（）
三
3 Φ2000，容积为20 m3的液氨贮罐三
4 压力为10Mpa，容积为800立升的乙烯贮罐三
5 设计压力为2.5Mpa的糖玻璃容器三
B组：
序号容器（设备）及条件类别
1 压力为4Mpa的毒性程度为极度危害介质的容器三
2 Φ800，设计压力为0.6Mpa，介质为非易燃和无毒的管壳式
余热锅炉
二
3 用抗拉强度规定值下限为b =620Mpa材料制造的容器三
4 工作压力为23.5Mpa的尿素合成塔三
5 汽车罐车和铁路罐车三
三、填空题
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。
2.2 其他习题
在化工设备中用字母E表示的压力容器为（）。
A、反应器
B、换热器
C、分离器
D、存储器
在化工设备中用字母C表示的压力容器为（）。
A、反应器
B、换热器
C、分离器
D、盛装器
13．在化工设备中用字母S表示的压力容器为（）。
A、反应器
B、换热器
C、分离器
D、存储器
1.判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？
1）φ2000的液氨储罐
2）p为4MPa的剧毒介质容器
3）p为10MPa，V为800L的乙烯储罐。
2.下列容器属一、二、三类容器的哪一类？
1）直径为2000mm，设计压力为1MPa的圆筒形容器
2）设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器
3）设计压力为0.5MPa的管壳式余热锅炉
4）p为3MPa的氰化氢容器
第三章内压薄壁容器的应力分析
3.1 本书习题
一、名词解释
A组：
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、判断题（对者画√，错着画╳）
A 组：
1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×）
（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（√）
（3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×）
（4） 横截面为圆的椭球壳。 （√）
（5） 横截面为半圆的柱壳。 （×）
（6） 横截面为圆的锥形壳。 （√）
2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 2
1=，则该点的两向应力σσθ=m 。 （√）
4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，
壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×）
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
B 组：
1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布
的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
2. 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（√）
3. 凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力
公式求解的应力都是真实的。（×）
4. 椭球壳的长，短轴之比a/b 越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（√）
三、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径
A 组：
图图 3-29
1、 球壳上任一点 R R R ==21
2、圆锥壳上之M 点 ∞=1
R αcos 22D R m =
B 组：
图 3-32
图
1. 圆柱壳上任一点 2
,21D R R =
∞= 四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力σσθ和m
。
A 组： 图 3-34图图
1. 球壳上任一点，已知：p=2Mpa ，D=1008mm ，S=8mm 。
mm D R R 5042
1008221==== MP S PD m 6384100824=??==σ
S P R R m =+21σ
σθ MP S
PD 634==σθ 2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=0.5Mpa ，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21D A R R =
∞=点 MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=???==ασ
S P R R m =+21σσθ
MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=???==
ασθ
0,:21=∞=R R B 点 0==σσθm
五、工程应用题
1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为
2.5Mpa ，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，
试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m 。
【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm
1.00196.0816
16<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=??==σ
MPa S PD m 75.631628165.22=??==σ
2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为0.6Mpa ，厚度为20 mm ，试求该球形容器
壁内的工作压力是多少。
【解】 P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm
1.0001996.010020
20<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 15.75204100206.04=??===σσθ
3. 有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：圆筒平均直径为2030 mm ，
筒体与封头厚度均为30 mm ，工作压力为3Mpa ，试求；
⑴圆筒壁内的最大工作压力；
【解】(1) 圆筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm
1.00148.02030
30<==D S 属薄壁容器 MP S PD m 75.50304203024=??==σ 最大工作应力：MP S PD 5.10130
2203022=??==σθ
3.2 其他习题
回转壳体的轴对称问题是指壳体的（ ）、 （ ）、（ ）都是关于其
回转轴对称的。
答案: 几何形状 ; 承受的载荷 ;约束条件
薄膜应力理论的两个基本方程是（ ）、（ ）；其应用条件是壳体的
（ ）及（ ）必须是连续的和对称的。
在回转壳体上，若经线为直线时，第二曲率半径等于（）。
A、平行圆半径
B、∞
C、第一曲率半径
在回转壳体上，若经线为直线时，第一曲率半径等于（）。
A、平行圆半径
B、∞
C、第一曲率半径
问答：边缘应力与薄膜应力的区别？
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
4.1 本书习题
二、填空题
A 组：
1. 有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,
试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力p c =( 1.76 )Mpa;水压试验压力
p T =(2.2 )MPa.
2. 有一立式容器,下部装有10m 深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达
0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力
p c =( 0.617 )MPa;水压试验压力p T =(0.625 )MPa.
三、判断是非题(是者画√;非者画×)
1. 厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm 厚钢板的ζs 大于6mm
厚钢板的ζs . ( × )
2. 依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点ζs(t)时,即宣告该
容器已经”失效”. ( √ )
3. 安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小.
( √ )
4. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( × )
四、工程应用题
1、 某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,厚度附加量
为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[ζ]t =147MPa.
【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm; [ζ]t =147MPa.
S e = S n -C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
a e i e t w MP S D S P 17.120
10000200.11474][4][=+???=+=φσ 2、 有一圆筒形乙烯罐,内径D i =1600mm,壁厚S n =16mm,计算压力为p c =2.5MPa,工作温度为
-3.5℃，材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐
强度。
【解】（1）确定参数：D i =1600mm; S n =16mm; t w =-3.5℃; p c =2.5MPa.
φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）
16MnR ： 常温下的许用应力 [σ] = 170 MPa
设计温度下的许用应力 [σ]t = 170 MPa
常温度下的屈服点 σs = 345 MPa
有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm
（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw ]
][ 2][e i e t w S D S p +=φσMPa 33.213
16001385.01702=+???= ∵ Pc ＞[Pw ] ∴ 该贮罐强度不足
3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用
0Cr18Ni9Ti 。采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。
【解】
（1）确定参数：D i =1600mm; t w =5~105℃;
p w =1.6MPa; p c =1.1 p w =1.76MPa （装有安全阀）
φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）
C 2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）
材质：0Cr18Ni9Ti [ζ]t =112.9MPa
[ζ] =137MPa
（2）计算厚度：
mm p D p S c t i
c 8.1476
.185.09.1122160076.1][2=-???=-=φσ C 1=0.8mm （按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）, C=C 1+C 2=0.8mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=14.8+0.8=15.6mm.
圆整后，S n =16mm.
（3） 水压试验校核
s e
e i T T S S D p φσσ9.02)(≤+= 有效壁厚 S e = S n -C=16-0.8=15.2mm
试验压力 M P a P P t T 67.29.11213776.125.1]
[][25.1=??==σσ 计算应力 141.86MPa 15.2
2 15.2)(16002.67 2)(=?+?=+=e e i T T S S D P σ 应力校核
MPa 8.15685.02059.0 9.0=??=φσs
φσσS T 9.0 < ∴ 水压试验强度足够
9、 设计容器筒体厚度。已知内径D i =1400mm,计算压力p c =1.8MPa,设计温度为40℃,材质为
15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%探伤。
10、 【解】（1）确定参数：D i =1400mm; p c =1.8MPa; t=40℃;
φ=1.0（双面焊对接接头,100%探伤）；C 2=1mm.（介质无大腐蚀性）
15MnVR ：假设钢板厚度: 6~16mm ，则：
[ζ]t =177MPa ， [ζ] =177MPa ，σs = 390 MPa
（2）筒体壁厚设计：
mm p D p S c t i c 16.78
.10.1177214008.1][2=-???=-=φσ C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》）
C=C 1+C 2=1.25mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.16+1.25=8.41mm.
圆整后，S n =9mm.
（3） 筒体水压试验校核
s e
e i T T S S D p φσσ9.02)(≤+= 有效壁厚 S e = S n -C=9-1.25=7.75mm
试验压力 M P a P P t T 25.21771778.125.1]
[][25.1=??==σσ 计算应力 204.35MPa 7.75
2 7.75)(14002.25 2)(=?+?=+=e e i T T S S D P σ 应力校核
MPa 35113909.0 9.0=??=φσs
φσσS T 9.0 < ∴ 筒体水压试验强度足够
第五章 外压圆筒与封头的设计
5.1 本书习题
二、判断是非题（对者画√， 错者画X ）
1． 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也
不会发生弹性失稳。 （ X ）
2． 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。（ X ）
三、填空题
a) 受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。
b) 直径与壁厚分别为D ，δ的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p 作用时，其环向应力ζθ=（PD/2
δ），经向应力ζm （PD/4δ），它们均是（压）应力，且与圆筒的长度L （无）关。
c) 外压容器的焊接接头系数均取为Φ=（1）；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=（3）。
d) 外压圆筒的加强圈，其作用是将（长）圆筒转化成为（短）圆筒，以提高临界失稳压力，
减薄筒体壁厚。
四、工程应用题
A 组：
1、图5-21中A ，B ，C 点表示三个受外压的钢制圆筒，材质为碳素钢，ζs =216MPa ，E=206GPa 。试
回答：
（1）A ，B ，C 三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数n 等于（或大于）几？
（2）如果将圆筒改为铝合金制造（ζs =108MPa ，E=68.7GPa ），它的许用外压力有何变化？变
化的幅度大概是多少？（用比值[P]铝/[P]铜=？表示）
【解】 ·B ·C 。
CCC
·A L /D o D o /S e B
A 图5-21
（1）A —长圆筒，L/D 0值较大，临界压力P cr 仅与S e /D 0有关，而与L/D 0无关，失稳时的波形数n=2。
B —短圆筒，临界压力P cr 不仅与S e /D 0有关，而且与L/D 0有关，失稳时的波形数为n ＞2的整数。
C —临界圆筒（长、 短圆筒拐点处），长度等于临界长度，发生失稳时的波形数为n ≥2。
（2）在圆筒几何尺寸一定情况下，[P]只与E 有关。所以，改用铝合金后：
[P]铝/[P]铜=P cr 铝/P cr 铜=E 铝/E 钢=68.7/206=0.333 许用外压力下降了66.7%。
有一台聚乙烯聚合釜，其外径为D 0=1580mm ，高L=7060mm （切线间长度），有效厚度S e =11mm ，材质
为0Cr18Ni9Ti ，试确定釜体的最大允许外压力。（设计温度为200℃） （3
2.2???? ??=D E p e cr δ，()05.2059.2D L D E p e cr δ=，E t =1.84×105MPa ） 【解】 001.1722155cr D L D mm e
δ== ∵cr L L < ∴该聚合釜属于短圆筒 其临界压力()2.500/2.590.42/e t cr D p E
MPa L D δ== 取m =3，[P]=P cr /m=0.42/3=0.14MPa
第六章 容器零部件
5.1 本书习题
二、填空题：
A 组：
1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对
密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR ）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的
5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
B 组：
4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面
积)A 1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
三、是非判断题
1 法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。(×)
2 在法兰设计中，如欲减薄法兰的厚度t ，则应加大法兰盘外径D 0,加大法兰长径部分尺寸和加大臂
长度。(×)
3 金属垫片材料一般并不要求强度高，为要求其软韧，金属垫片主要用于中高温和中高压的法兰联接密封。(√)
4 法兰连接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封。所以预密封比压越大越好。(×)
5.2 其他习题
第七章管壳式换热器的机械设计
6.1 本书习题
一、思考题
1．衡量换热器好坏的标准大致有哪些？
答：传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造、安装、检修方便。
2．列管式换热器主要有哪几种？各有何优缺点？
答：如下表1所示：表 1
列管式换热器
种类
优点缺点
固定管板式结构较简单，造价较低，相对其
它列管式换热器其管板最薄。
管外清洗困难；
管壳间有温差应力存在；
当两种介质温差较大时必须
设置膨胀节。
浮头式一端管板固定，另一端管板可在
壳体内移动；管壳间不产生温差
应力；管束可抽出，便于清洗。
结构较复杂，金属耗量较大；
浮头处发生内漏时不便检查；
管束与管体间隙较大，影响传热。
填料函式管束一端可自由膨胀；造价比浮
头式低；检修、清洗容易；填函
处泄漏能及时发现。
壳程内介质有外漏的可能；
壳程中不宜处理易挥发、易燃、
易爆、有毒的介质。
U型管式只有一个管板；管程至少为两程；
管束可以抽出清洗；管子可自由
膨胀。
管内不便清洗；
管板上布管少，结构不紧凑，
管外介质易短路，影响传热效果；
内层管子损坏后不易更换。
3．列管式换热器机械设计包括哪些内容？
答：①壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；
②换热器封头选择，压力容器法兰选择；
③管板尺寸确定；
④管子拉脱力的计算；
⑤折流板的选择与计算；
⑥温差应力计算。
此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。4．换热管在管板上有哪几种固定方式？各适用范围如何？
答：固定方式有三种：胀接、焊接、胀焊结合。
胀接：一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过
4.0MPa，设计温度在350℃以下，且无特殊要求的场合。
焊接：一般用在温度压强都较高的情况下，并且对管板孔加工要求不高时。
胀焊结合：适用于高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无法克服焊接的“间隙腐蚀”
和“应力腐蚀”的情况下。
5．换热管与管板的焊接连接法有何优缺点？焊接接头的形式有哪些？
答：焊接连接比胀接连接有更大的优越性：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力
不太高时可使用较薄的管板。
焊接连接的缺点是：由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀和破裂；同时
管子与管板间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成“间隙腐蚀”。
焊接接头的形式有：①管板孔上不开坡口；
②管板孔端开60o坡口；
③管子头部不突出管板；
④孔四周开沟槽。
6．换热管采用胀焊结合方法固定于管板上有何优点？主要方法有哪些？
答：胀焊结合方法的优点：由于焊接连接产生应力腐蚀及间隙腐蚀，尤其在高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，
容易发生破坏，无论采用胀接或焊接均难以满足要求。而胀焊结合法能提高连接处的
抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。
主要方法有：先强度焊后贴胀、先强度焊后强度胀、先强度胀后密封焊等多种。
7．管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用于什么场合？
答：排列的标准形式有：①正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不
需要进行机械清洗的场合。
②正方形和转角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管间的
场合。
10．《钢制管壳式换热器设计规定》中换热器管板设计方法的基本思想是什么？
答：其基本思想是：将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这一弹性基础上的圆平板，然后根据载荷大小、管束的刚度及周边支撑情况来确定管板的弯曲应力。由于它比较
全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而计算比较精确。但计算公式较多，计算
过程也较繁杂。但应用计算机进行设计计算，是一种有效的设计方法。
11．换热管分程原因是什么？一般有几种分程方法？应满足什么条件？其相应两侧的管箱隔板形式如何？
答：分程原因：当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依
次流过各程管子。
分程方法：为了把换热器做成多管程，可在流道室（管箱）中安装与管子中心线相平
行的分程隔板。管程数一般有1，2，4，6，8，10，12等七种。
满足条件：①各程换热管数应大致相等；②相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃；
③各程间的密封长度应最短；④分程隔板的形式应简单。
管箱隔板形式有：单层和双层两种。
12．折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？
答：在对流传热的换热器中，为了提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，以提高传热效率，在壳程内装置折流板。折流板还起支撑换热管的作用。
常用形式有：弓形、圆盘-圆环形和带扇形切口三种。
折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端
拧入管板，折流板就穿在拉杆上，各板之间则以套在拉杆上的定距管来保持板间距离。
最后一块折流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。
13．固定管板式换热器中温差应力是如何产生的？有哪些补偿温差应力的措施？
答：当操作时，壳体和管子温度都升高，若管壁温度高于壳壁温度，则管子自由伸长量比
壳体自由伸长量大，但由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相
等，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是
温差应力，也称热应力。
补偿温差应力的措施有：解决壳体与管束膨胀的不一致性；或是消除壳体与管子间刚性约束，使壳体和管子都自由膨胀和收缩。
①减少壳体与管束间的温度差；
②装设侥性构件；
③使壳体和管束自由热膨胀；
④双套管温度补偿。
14．何谓管子拉脱力？如何定义？产生原因是什么？
答：换热器在操作中，承受流体压力和管壳壁的温度应力的联合作用，这两个力在管子与管板的连接接头处产生了一个拉脱力，使管子与管板有脱离的倾向。
拉脱力的定义：管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位为帕。
15．壳程接管挡板的作用是什么？主要有哪些结构形式？
答：在换热器进口处设置挡板（常称为导流筒），它可使加热蒸汽或流体导致靠近管板处才进入管束间，更充分的利用换热面积，目前常用这种结构来提高换热器的换热能力。
6.2 其他习题
在化工厂中，换热器的投资约占到了整个投资的40%，其中列管式换热器使用最为普遍。以下各项中不属于列管式换热器的是：（）
A 固定管板式换热器
B 填料函式换热器
C U形管式换热器
D 翅片式换热器
列管式换热器中，需要设置膨胀节以消除温差应力的是；换热管一端固定，另一端可以在管内自由移动的是。
列管式换热器主要有、、、四种，其中有温差应力的是。
可以通过设置膨胀节和选择膨胀系数相近的材料来克服固定管板式换热器的温差应力。（√）
列管式换热器中的折流板的作用是时壳层流体改变流向，发生湍流，增强传热效果，另外还有支承换热管的作用。（）
换热管在管板上的固定方式有三种，包括胀接、（）、（）。
换热设备按传热方式分、、。
压力参数包括：、、
对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚S min=( )mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚S min=( )mm.
提高法兰刚度的有效途径是（）( ）及( ）。
受外压的长圆筒,侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。
换热管在管板上的最常用的排列方式是（）
A、正三角形
B、转角正三角形
C、正方形
D、转角正方形
《化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 力的合成与分解法则有和两种。 2. 作用在梁上的载荷一般可分为集中力、和；根据梁的约束及支 承情况可以分为简支梁、和三种。 3. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加，含有杂质磷会造成性增加。 4. 两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是、和。 5. 材料破坏的主要形式有和。 6. 平面力偶系平衡的充要条件是。 7. 设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现，但它是和确 定时不可缺少的参数。 8. 压力容器制造完成之后必须进行压力试验，按照压力试验的介质种类可以分为和 两种方法。 9. GB 150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的标准。 10. 在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是厚度，用来承担外载荷强度 的厚度是厚度。 11. 法兰联接结构，一般是由、和三部分组成。 12. 为使薄壁回转壳体应力分析过程简化除假定壳体是的之外，还作 了、和。 13. 塔设备的裙座与筒体搭接结构焊缝受应力作用；对接结构焊缝承受应力作用。 14. 内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在工况时设备侧。 二、判断题 1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。 2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封， 所以预紧密封比压越大越好。 4. 使梁变成凹形的弯矩为负弯矩，使梁变成凸形的弯矩为正弯矩。 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。
化工过程设备机械基础期末复习B卷答案B Lele was written in 2021
2009 ～2010 学年第 二 学期 科目: 《化工机械基础》 考查试题 B 答案及评分标准 命题教师：陈志静 使用班级：石化专08-1、2、3班 一、填空题（每空0.5分，共9分） 1、大小相等；方向相反；作用在同一直线上 2、平衡状态； 3、力对点的矩；Fd ；力使物体绕矩心逆时针转为正，反之为负； 4、0．45%； 5、填料塔；板式塔； 6、管箱；管束；壳体；管板；折流板等； 7、Pa ；MPa ； 8、拉； 二、判断题（在（ ）内对的打“√”，错的打“×”，每题1分，共6分） 1、√ 2、× 3、√ 4、 × 5、 × 6、√ 三、多选题（每题2分，共10分，选多或选少均不得分） 1、ABD 2、AC 3、ABCD 4、BCD 5、ABD 四、简答题（每题5分，共25分） 1、边缘应力有两个明显的特点，即边缘应力的局限性和边缘应力的自 限必性。可以在构件连接处作局部处理边缘应力峰值，如在连接处有几何突变处可用圆弧过渡连接，在厚度突变处设置坡口，或在应力峰值高峰区采用局部加强结构等。 2、根据定义，δ为壳体计算壁厚，是按强度公式计算得到的厚度值， δd 是设计厚度，其值为δd=δ+C 2,C 2为腐蚀裕量，δn 为名义厚度，其值为δn=δd+C 1+Δ,C1为钢板负偏差，Δ为向上圆整值，δe 为有效厚度，δe=δn-C,C 为钢板壁厚附加量，C=C 1+C 2。 3、板式塔主要零部件有塔盘、降液管、溢流堰等，塔盘是塔内气液接 触分离的主要场所，为塔的物料分离提供条件。降液管是塔内液体下降的通道，使重组分物料最后由塔的下部出料。溢流堰的作用是保证塔板上有足够分离需要的流层高度，并保证塔内液体在塔板上均匀分布。 4、压力试验的目的是：验证容器在超工作压力条件下，容器的宏观强 度，焊缝的致密性，密封结构的可靠性，检查制造过程中容器的质量是否存在缺陷，在设备使用前的安全情况。常用的压力试验方法为液压试验，相对安全性好。 5、导流筒的作用是把进入壳程的流体引导至管束的羰头，充分利用管 束端部的换热面积，提高传热效率，并兼有防冲的作用，使管束不会受到进入壳程流体的过大冲蚀。
化工设备机械基础复习要点 第六章 1、910o C以下为具有体心立方晶格结构的α-铁，910o C以上为具有面心立方晶格结构的γ-铁。 2、碳溶解到α-铁中形成的固溶体叫铁素体，碳溶解到γ-铁中形成的固溶体叫奥氏体，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。铁素体和奥氏体均具有良好的塑性。 钢分为碳素钢、低合金钢、高合金钢。 3、退火是将零件放在炉中，缓慢加热至某一温度，经一定时间保温后，随炉或埋入沙中缓慢冷却。正火只是在冷却速度上与退货不同，退火是随炉缓冷而正火是在空气中冷却。经过正火的零件，有比退火更高的强度和硬度。 淬火的目的是为了获得马氏体以提高工件的硬度和耐磨性，淬火要求很高的冷却速度。回火就是把淬火后的钢件重新加热至一定温度，经保温烧透后进行冷却的一种热处理操作。低温回火：加热温度为150—250o C；中温回火：加热温度为350—450o C；高温回火：加热温度为500—650o C。 4、碳钢分为低碳钢，中碳钢，高碳钢三种。低碳钢：含碳量小于0.3%，是钢中强度较低，塑性最好的一类。冷冲压及焊接性能均好，是用于制作焊制的化工容器及负荷不大的机械零件。中碳钢：含碳量在0.3%—0.6%之间，钢的强度和塑性适中，可通过适当的热处理获得优良的综合力学性能，适用制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件。
高碳钢：含碳量在0.6%以上，钢的强度及硬度均高，塑性较差，用来制造弹簧，钢丝绳等。 5、Q245R R 指“容”，容器专用 20G G 指“锅”，锅炉专用 6、高合金钢号表示：①不锈钢（Cr 含量高时为铁素体Cr1，含量低是为马氏体 1Cr13 2Cr13 Cr17Ni2）Cr17：铬含量为17% ②耐热钢 7、单轧钢板的公称厚度为3—400mm ，公称宽度为600—4800mm ，公称长度为2000—20000mm 。B 类钢板的负偏差为-0.3mm 。 8、无缝钢管做筒体公称直径为筒体的外径，板卷制钢管的公称直径为筒体径，筒体和封头的公称直径为径。 9、HT:灰铸铁 RuT ：蠕墨铸铁 QT ：球墨铸铁 KT ：可锻铸铁 BT ： 白口铸 HT150 150---用单铸试棒作出的最低抗拉强度为150MPa 。 QT350-22L ：22指有室温-22℃下的冲击性能要求。 QT500-7 500—抗拉强度R m /MPa 7—最小伸长率7/%(min) 钢和铸铁的分界线 碳含量＞2.11%为铸铁 ＜2.11%为钢 第七章 应力分类：单向应力状态、二向应力状态、三向应力状态 10、容器：化工设备虽然尺寸大小不一，形状结构不同，部构件多种多样，但是它们都有一个外壳，这个外壳就叫容器。容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称。容器一般由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔（手孔）等原件构成。 11、压圆筒中的拉伸应力 环向拉伸应力（环向薄膜应力）δθ=pD i 2δ （其中Di 为中径，δ为厚度。）经向拉伸应力（经向薄膜应力）δm =PD 4δ
1．外压容器容器内外的压力差小于零叫外压容器。 2．边缘应力由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10 分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器对内压容器当其设计压力为0.1MPa P 1.6MPa 时为低压容器。6．等面积补强法在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准压力等级就是公称压力。 9．计算压力在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10. 20R 20表示含碳量为0.2%, R表示容器用钢。 1 1 ．设计压力设定在容器顶部的最高压力，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。 12.强制式密封完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13 .强度构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。 14. 临界压力导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15. 主应力在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力, 这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 二、判断是非题（正确的划"，错误划X） 1. 内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。（X） 2. 设计压力为4MPa的容器为高压容器。（X） 3. 容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（X） 4. 受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。（"） 5. 一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。（X） 6. 在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。（V） 7. 压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。（"） 8. 边缘应力具有自限性和局限性。（"） 9. 当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。（X） 1 0 .容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。（X） 11. 压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来（"） 12. 法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。（X） 13?当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（X） 14. 塔的最大质量出现在其水压试验时（"） 15. 塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。（X） 16. 从管理角度出发，低压容器一定是一类容器。（X）
化工设备机械基础模拟复习题 一解释以下术语 力偶力的平移原理固定端约束枝链约束名义屈服极限虎克定律剪切胡克定律弹性模量线应变强度指标应力状态主应力广义虎克定律硬度韧性剪力互等定理厚度附加量应力集中有效厚度纯剪切扭转角绕度公称肓径封头临界长度临界压力 二填空 1两力杆的变形特点是_________ :圆轴扭转的变形特点是 ___________ 。 2直径为10mm的直杆两端受1KN的拉力，则与轴线成30°角的斜截面上的正应力为，剪应力为_____ o 3脆性材料一般用作成压部件的原因是___________________ :圆轴扭转时常用空心的代替实心的，理由是______________ O 4有一三向主应力状态，o i> o 2> a 3，则最大剪应力为_________________ ,其作用位置 在_____________ 。 6有效厚度§ °、名义厚度6 n、设计厚度6
化工设备机械基础考试 试卷 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
《化工设备机械基础》试卷适用专业: 应用化工技术年级: 2010级考试方式：闭卷 班级：姓名：学号：考试时间： 120 分钟 一、选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内。（共8分，每小题1分） 1.设计压力为 2.5MPa的容器属于。（） A．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2.钢材的强度随温度的升高而，韧性和塑性随温度的降低而。 （） A．下降，升高 B．下降，下降 C．升高，下降 D．升高，升高3.不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于。（） A．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三 4.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的。（） A．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温脆性 5.从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种 凸形封头中，的受力情况最好。（） A．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 6.低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。（） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段
C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段 7.无缝钢管的公称直径指的是管子的。（） A．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他 8.设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压 力外，还应考虑法兰的：（） A．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度二、填空题。（每空1分，共20分） 1．过载时带会在轮上，可防止其他零件的损坏，起到过载安全保护作用。 2．齿轮传动的失效形式 有、、、 、。 3．材料的化学性能有、抗氧化性。 4．碳钢是含碳量小于 %的铁碳合金。 5．工程上，伸长率δ≥5%的材料称为材料，δ<5%的材料称为 材料。 6．45钢，表示平均含碳量为 %的优质碳素结构钢。 7．对碳素结构钢、低合钢制容器，规定壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度为 mm。
《化工过程设备设计》期末复习题答案 一、名词解释 1．外压容器 内外的压力差小于零的压力容器叫外压容器。 2．边缘应力 由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值 以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度 由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器 对内压容器当其设计压力为 1.6MPa P 1MPa 0<≤.时为低压容器。 6．等面积补强法 在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体 一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力 将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准等级就是公称压力。 9．计算压力 在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10．20R 20表示含碳量为0.2%，R 表示容器用钢。 11．设计压力 设定在容器顶部的最高压力，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。 12．强制式密封 完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13．强度 构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。
14．临界压力 导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15．主应力 在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力，这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 16．内压容器 内外压力差大于零的压力容器叫内压容器。 17．强度 构件抵抗外力作用不致发生过大变形或断裂的能力。 18．无力矩理论 因为容器的壁薄，所以可以不考虑弯矩的影响，近似的求得薄壳的应力，这种计算应力的理论为无力矩理论。 19．压力容器 内部含有压力流体的容器为压力容器。 20.薄膜应力 由无力矩理论求得的应力为薄膜应力。 二、判断是非题（正确的划√，错误划×） 1．内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。（×） 2．设计压力为4MPa的容器为高压容器。（×） 3．容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（×） 4．受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。（√） 5．一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。（×） 6．在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。（√） 7．压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。（√） 8．边缘应力具有自限性和局限性。（√） 9．当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。（×） 10．容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。（×） 11．压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来（√） 12．法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。（×） 13．当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（×）14．塔的最大质量出现在其水压试验时（√） 15．塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。（×）
一、填空题） ●管路的热补偿分____、____两种。 ●过压保护用____阀，排水阻汽用____阀。 ●按工作原理可将泵分为____、____和其他类型泵等三类。 ●根据离心泵泄漏位置的不同，可将泄漏分为____和____。 ●风机按排气压力分为____（Pd≤1.5×104Pa）和____（1.5×104Pa＜Pd＜2.0×104Pa）。 ●活塞式压缩机工作过程按工作原理可分为____、____、____、____等。 ●离心式压缩机主要由____、____、轴承及密封装置等部件组成。 ●GB150—98《钢制压力容器标准》中按内压容器的设计压力（P），将内压容器分为____、 ____、____、____四个压力等级。 ●按冷热流体热量交换方式将热交换器分为____、____、____三种。 ●板式塔气液接触属于____式传质、传热过程；填料塔气液接触属于____式传质、传热过 程。 ●搅拌反应釜由____、____、____、轴封装置和其他结构等几部分组成。 ●搅拌反应釜最常用的传热装置有____和____。 ●多级离心泵轴向力平衡的措施有（）、（）、（）。 ●活塞的基本结构有：（）（）（）。 ●列管式换热器中，需要设置膨胀节以消除温差应力的是( )；换热管一端 固定，另一端可以在管内自由移动的是( )。 ●离心式风机叶片有三种主要弯曲形式，（）叶片，（）叶片和 （）叶片。 ●在换热器中参加换热的两种流体在间壁两边分别以相反的方向流动，称为 ( )，若以相同的方向流动，则称为( )，在工业生产中，一般都采用 ( )，只有在特殊情况时，才采用( )。 ●活塞式压缩机工作原理包括（）、（）、（）、 膨胀四个过程。 ●填料塔中的填料分为实体填料和网体填料，拉西环和鲍尔环属于实体填料。实体 填料的填充方式有（）和（）。 ●止回阀的作用是控制流体的方向，按照结构的不同可以将其分为两种，主要是 （）和（）。 ●1MPa≈（）kgf/cm2
《化工设备设计基础》复习资料 一、单项选择题（每题2分，共24分） 1．内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在（）。 A．正常操作 B．停车情况 C．检修情况 D．以上答案都不对 2．目前，裙座与塔体连接焊缝的结构型式有（）。 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 3．塔盘在结构方面要有一定的（）以维持水平。 A．强度 B．刚度 C．稳定性 D．其它 4．搅拌器罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大，则夹套的传热面积（）。A．越大 B．越小 C．不变 D．以上答案均不对 5．与填料密封相比，机械密封的（）大约为填料密封的百分之一。 A．泄漏率 B．密封性 C．磨损率 D．使用率 6．列管换热器的传热效率（）板式换热器，且金属消耗量大。 A．不如 B．高于 C．等同 D．以上答案均不对 7．在高温高压条件下，换热器的管板与管子一般采用（）连接保持紧密性。 A．胀焊结合 B．胀接 C．搭接 D．对接 8．膨胀节是装在固定管板换热器上的挠性元件，其作用是（）。 A．消除壳体薄膜应力B．消除或减小不利的温差应力 C．消除管子中的拉脱力 D．增大换热器的换热能力 9．塔设备设计中最需要设置地脚螺栓的工况是（）。 A．空塔检修 B．水压试验 C．满负荷操作 D．其它 10．列管式换热强度焊的连接方式适用的条件范围为（）。 A．较高压力和较大振动场合 B．较高温度和较大振动场合 C．较大振动和间隙腐蚀场合 D．较高压力和较高温度场合
11．塔节的长度取决于（）。 A．工艺条件 B．塔径 C．操作情况 D．塔板数 12．在塔和塔段最底一层塔盘的降液管末端设置液封盘，其目的是（）。 A．防止液沫夹带B．保证降液管出口处的密封 C．防止淹塔D．防止液泛 二、填空题（每题2分，共12分） 1、塔设备按操作压力分为塔、常压塔和。 2．填料塔所用填料有鲍尔环、拉西环、阶梯环等填料；而随着金属丝网及金属板波纹等填料的使用，使填料塔效率大为提高。 3．管子与管板胀接时，除外，近年来已出现液压胀管 与胀管的方法。 4．搅拌反应器的传动装置包括：、、及机座等。 5．搅拌器转轴密封型式很多，有、液封、 和迷宫密封等。 6．正常操作的带夹套的反应器，其筒体和下封头的壁厚应按 和分别计算。 三、判断说明题（每题4分，共24分） 1．塔体压力试验时，不论水压试验或气压试验，限制条件都是相同的。 2．对易起泡的物料和具有腐蚀性的介质，已采用填料塔为好。 3．列管换热器温差应力只与换热器的类型及管壳程论热介质的温差有关，而与其它因素无关。 4．折流板与换热器壳体一般采用点焊固定连接。 5．填料密封中的液膜又使搅拌轴润滑和实现密封的双重作用。 6．安装在混凝土框架内的塔设备，不宜作轴向变形的限制。 ． 四、简答题（每题4分，共20分）
化工设备机械基础 期末复习题 一、选择题（共75题）： 1、在一定条件下使化工原料（物料、介质）发生化学和物理变化，进而得到所需要的新物质（产品）的生产过程，称为：（） A：化学工业B：化工生产C：过程工业 2、机械工作时不运动，依靠特定的机械结构等条件，让物料通过机械内部自动完成工作任务的，称为：（） A：化工设备B：化工机械C：化工机器 3、化工容器中主要用于完成介质的热量交换的是：（） A：反应压力容器B：分离类容器C：换热压力容器 4、某一化工容器的设计压力为5MPa，那么该容器属于：（） A：低压压力容器B：中压压力容器C：高压压力容器 5、以下属于列管式换热器组成部件的是：（） A：管板B：塔盘C：燃烧器 6、固定管板式换热器最大的缺点是会产生很大的：（） A：温差应力B：流体阻力C：温差轴向力 7、列管式换热器中，管子与管板为活动连接的是：（） A：固定管板式换热器B：浮头式换热器C：U形管式换热器 8、为了避免壳程流体对换热管产生的剧烈冲刷，延长换热管的使用寿命，我们应在壳程流体入口处设置：（） A：设备法兰B：安全附件C：缓冲挡板与接管 9、列管式换热器中，折流板与支持板的固定主要是通过（）来实现： A：拉杆和定距管B：导流筒C：填料函 10、板式塔总体结构分为塔顶、塔体和群座部分，其中塔顶部分主要功能是：（） A：固液分离B：气液分离C：液体再分布 11、板式塔总体结构分为塔顶、塔体和群座部分，其中塔体部分主要结构元件是：（）A：泡罩B：浮阀C：塔盘 12、浮阀塔中最常用的F-1型浮阀，其避免浮阀与塔板粘黏的装置是：（） A：阀腿B：降液管C：定距片 13、填料塔所用的填料分为实体填料和网体填料两大类，以下属于网体填料的是：（）A：拉西环B：鲍尔环C：鞍形网 14、填料塔所用的填料分为实体填料和网体填料两大类，以下属于实体填料的是：（）A：波纹板B：阶梯环C：鞍形网 15、搅拌反应釜为了使参加反应的各种物料混合均匀、接触良好，以加速反应进行和便于反应控制，我们需要设置：（） A：传热装置B：搅拌装置C：轴封装置 16、搅拌反应釜为了使釜体内温度控制在反应所需的范围内，我们需要设置：（） A：传热装置B：搅拌装置C：轴封装置 17、搅拌反应釜为了保持设备内的压力（或真空度），防止反应物料逸出和杂质的渗入，我们需要设置：（） A：传热装置B：搅拌装置C：轴封装置
中石油华东《化工设备设计基础》2016年秋学期在线作业（二） 一、判断题（共20 道试题，共100 分。） 1. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 2. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 3. 由于容器的公称直径和管子的公称直径所代表的具体尺寸不同，所以，同样公称直径的容器法兰和管法兰，他们的尺寸亦不相同，二者不能互相代用。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 4. 受外压作用的长圆筒其临界压力与圆筒的长度、直径、壁厚及材料种类有关。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 6. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 7. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 8. 安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展总趋势，安全系数将逐渐变小。 A. 错误
B. 正确 正确答案： 9. 不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 10. 强度设计准则是保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 11. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 12. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 13. 当短圆筒的长度增加到某一值，封头对筒体能起到的支撑作用，开始完全消失，该短圆筒的临界压力将下降到与长圆筒的临界压力相等，这个长度值称为临界长度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 14. A. 错误 B. 正确 正确答案： 15. 对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 16. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 17. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 18. 法兰联接密封的原理是：借助螺栓的压紧力，压紧法兰间的垫片并使之填满法兰密封
化工设备设计 第一章绪论 一.概念 1.过程:从原料到产品,要经过一系列物理的`化学的或者生物的加工处理步骤,这一系列额加工处理步骤称为过程。 2.过程设备：完成物理`化学或者生物加工所用到的设备叫过程设备。 3.过程设备设计：根据设备的工艺`强度`经济性等要求制定出得可用于制造的技术文件。 4.过程设备的特点： ①功能原理多种多样； ②化机电一体化； ③外壳一般为压力容器。 ５．过程设备的基本要求： ①安全可靠； ②满足过程要求；功能要求和寿命要求； ③综合经济性好； ④易于操作`控制和维护。 ６．影响过程设备安全可靠性的主要因素有： ①材料的强度`韧性和介质的相容性； ②设备的刚度`抗失稳的能力和密封性。 ７．过程设备更换新代有三个途径： ①改变工作原理；
②改进制造工业`结构和材料以提高综合技术性能； ③加强辅助功能使其更快适应使用。 第一章压力容器导言 １．压力容器基本组成 筒体、封头、密封装臵、开孔与接管、支座、安全附件 ２．安全附件安全阀 爆破片装臵、紧急切断阀、安全联锁装臵、压力表、液面计、测温仪表等 ３．不必开设检查孔的条件 a.筒体Di≤300mm 的压力容器 b.容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子，其尺寸不小于所规定检查孔的尺寸。 c.无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。 d.制冷装臵用压力容器。 e.换热器 ４．容器代号 反应压力容器 (代号R) 换热压力容器（代号E） 分离压力容器（代号S） 储存压力容器（代号C，其中球罐代号B） ５．GB150《钢制压力容器》 该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制
化工设备机械基础复习题 一、填空题 1、强度是指构件＿抵抗破坏＿的能力。 2、刚度是指构件＿抵抗变形＿的能力。 3、稳定性是指构件＿保持原有＿平衡状态的能力。 4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于＿平衡状态＿。 5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为＿内力 6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要＿大一些＿。 7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有＿纵向＿变形，同时＿横向＿也发生变形。 8、扭转是＿杆件＿的又种变形方式。 9、τ=Gr称为＿剪切＿虎克定律。 10、弯曲是工程实际中最常见的一种＿基本＿变形形式。 11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为＿可动＿。 12、外伸梁是简支梁的一端或＿两端＿伸出支座之外。 13、悬臂梁是梁的一端固定，另一端＿自由＿。 14、最大拉应力理论又称＿第一＿强度理论。 15、最大伸长线应变理论又称＿第二＿强度理论。 16、最大剪应力理论又称＿第三＿强度理论。 17、形状改变比能理论，又称＿第四＿强度理论。 18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为＿交变＿应力。 19、硬度是用来＿衡量＿固体材料软硬程度的力学性能指标。 20、裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力称为断裂＿韧性＿。 21、化工设备的密封性是一个十分＿重要＿的问题。 22、化工设备的耐久性是根据所要求的＿使用＿年限来决定。 23、发生边缘弯曲的原因是由于＿薄膜＿变形不连续。 24、当q/b=＿2＿时为标准型椭圆形封头。 25、圆柱壳体的环向应力为σθ=PD/2δ 26、球形壳体的环向应力为σθ=PD/4δ 27、δd是圆筒的＿设计＿厚度。 28、δ是圆筒的＿计算＿厚度。 29、有效厚度δe=＿δ+△＿ 30、凸形封头包括半球形封头＿椭圆形＿封头、碟形封头、球冠形封头四种。 31、碟形封头由以R i为半径的球面，以r为半径的＿过度弧＿高度为h0的直边三部分组成。 32、锥形封头在同样条件下与凸形封头比较，其＿受力＿情况较差。 33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的＿中间＿封头。 34、刚性圆筒，由于它的厚径比δe/D0较大，而长径比L/D0＿较小＿，所以一般不存在因失稳破坏的问题。 35、加强圈应有＿足够＿的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢组成。 36、卧式容器的支座有＿鞍座＿圈座和支腿三种。 37、立式容器有耳式支座、＿支承式支座＿腿式支座和裙式支座四种。 38、法兰按其整体性程度可分为松式法兰、＿整体＿法兰和任意式法兰三种。 39、国家标准中的手孔的公称直径有＿DN150＿和DN250两种。 40、平带一般由数层帆布＿粘合＿而成并用接头连接成环形带。
1．外压容器 容器内外的压力差小于零叫外压容器。 2．边缘应力 由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值 以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度 由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器 对内压容器当其设计压力为 1.6MPa P 1MPa 0<≤.时为低压容器。 6．等面积补强法 在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体 一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力 将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准压力等级就是公称压力。 9．计算压力 在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10．20R 20表示含碳量为0.2%，R 表示容器用钢。 11．设计压力 设定在容器顶部的最高压力，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。 12．强制式密封 完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13．强度 构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。 14．临界压力 导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15．主应力 在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力，这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 二、判断是非题（正确的划√，错误划×） 1．内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。 （×） 2．设计压力为4MPa 的容器为高压容器。 （×） 3．容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。 （×） 4．受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。 （√） 5．一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。 （×） 6．在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。 （√） 7．压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。 （√） 8．边缘应力具有自限性和局限性。 （√） 9．当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。 （×） 10．容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。 （×） 11．压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来 （√） 12．法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。 （×） 13．当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（×） 14．塔的最大质量出现在其水压试验时 （√） 15．塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。 （×） 16．从管理角度出发，低压容器一定是一类容器。 （×） 17．内、外压容器的壁厚设计均是按强度设计方法进行设计。 （×） 18．以无缝钢管制成的压力容器其公称直径为钢管的内径。 （×） 19．按无力矩理论求得的应力为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
化工制图练习一 一、填空 1．化工行业常见的工程图纸包括化工机器图、化工设备图和化工工艺图三大类。 2．车间布置设计的设计成果包括设备布置图、管路布置图和设备一览表。 3．在工艺流程图中一般要在两个地方标注设备位号，第一是标注在设备的正上方（或正下方），若在垂直方向排列设备较多时，它们的位号和名称也可由上而下按序标注。第二是标注在设备内或其近旁，但此处只注位号和位号线，不注名称。 4．设备位号标注 P1005a 、b P1005a 、b 氨水泵 相同设备序号 分类设备序号 工段（分区）序号 设备分类代号 6．管道代号标注 PG 13 10 －300 A1A －H 物料代号 （前、后标注） （上、下标注） 7．在工艺流程图上的调节与控制系统，一般由检测仪表、调节阀、执行机构和信号线四部分构成。常见的执行机构有气动执行、电动执行、活塞执行和电磁执行四种方式，请将下列图例的执行机构方式填入对应的括号内。 （电动执行）活塞执行) （电磁执行） 8．化工设备图需标注的尺寸，包括结构尺寸、装配尺寸和安装尺寸，以及不再绘图的零部件的相关尺寸和外形规格尺寸等。 9．化工设备图的标题栏的图名栏一般分三行填写。第一行为设备名称，第二行为设备的主要规格尺寸，第三行为图样或技术文件的名称。 二、简答题 1．简述工艺流程草图的绘制方法。 工艺流程草图一般以流程示意说明（或流程框图）为依据，简便绘制，所用
纸张和比例均可随意，对图面也没有过高要求，只要求图线清晰。绘制流程草图的重点是将实际生产过程所需要的全部设备、管线、控制阀门、重要管件与控制点，以及相关的检测仪表、计量装置和控制系统等表达出来，草图绘制的具体步骤如下： 1．按照实际生产的流程顺序，从左至右横向画出生产流程必需的全部设备、辅助设备与装置，补全在流程示意图（或文字说明）中没有详细说明（或画出）的附属装置，如必要的物料贮槽（罐）、料液输送泵、反应釜的搅拌装置、加热与控制系统，以及在生产过程中必需的高位计量槽、供水系统和滤渣的排放与输送装置等。同时，还应为没有标准图例的设备，根据其外形轮廓自行设计适当的简要图例； 2．画出系统必需的温度、压力和流量等检测仪表，控制系统和其他计量装置； 3．画出生产流程中必需的控制阀门以及相关的重要管件与控制点； 4．画出生产流程所有的物流线，并补全流程必需的公用工程（加热蒸汽、冷却水、压缩空气与冷冻盐水等）物流线，以及蒸汽伴管、对外接管等辅助管线； 5．给出必要的文字说明，包括设备名称、管道标注等。 2．化工生产装置的设备布置设计，通常需提供那些图纸？ 化工生产装置的设备布置设计，通常需提供以下图纸： 1、设备布置图； 2、设备安装详图； 3、管口方位图； 4、首页图。 3．何谓建筑图的定位轴线，有何作用，如何编号？ 把房屋的柱或承重墙的中心线用细点划线引出，在端点画一小圆圈，并按序编号称为定位轴线，可用来确定房屋主要承重构件的位置，房屋的柱距与跨度。在设备或管道布置图中则可用来确定设备与管道的位置。定位轴线的编号方法如下： 纵向定位轴线，水平方向自左至右采用阿拉伯数字1、2、3、……编号。 横向定位轴线，垂直方向自下而上采用大写字母A、B、C、……编号。4．设备布置图的设计需要满足哪些要求 设备布置图的设计需要满足以下要求：①生产工艺要求；②技术经济要求；③安全生产要求；④操作、安装与维修的要求；⑤操作人员的健康保健与环境要求； ⑥今后的扩建与发展。 5．“设备设计条件单”有哪些内容 “设备设计条件单”的内容包括：设备的技术特性与要求、设备结构简图和设备管口表，以及设备的其他相关数据与资料等。 6．贮槽的结构 常见的贮槽由封头、筒体、人孔、支座、液位计和相关接管构成。 7．反应釜的结构 反应釜一般由罐体、夹套、搅拌装置、传动装置和轴封装置，以及视镜和接管等附件组成。 8．热交换器类型 常用的热交换器分为直接式换热、间壁式换热和蓄热式换热三种类型，其中用得最多的还是间壁式换热器。 9．列管换热器中拉杆的作用 列管换热器中拉杆的用途是通过螺纹的紧固作用将折流板、定距管与管板连接在一起，为折流板定位。 10．填料塔的结构 填料塔通常由塔体、封头、容器法兰、裙座、填料层、填料支承板、液体分布器、液体再分布器、卸料口（即手孔）、除雾器，以及气液相的进、出口管等零部件
采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A ≤0.25D 0,且A 不大于0.2L 。 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓 和增加螺栓 的办法，对密封是有利的。 对已有内压薄壁圆筒设备进行强度校核的计算式为 。 t ()[]2t c i e e p D δσφσδ+=≤ 1、椭球壳的长、短轴之比a/b 越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀（ ） 2、在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应增加纵截面的削弱程度，以减小环向应力（ ） 3、短圆筒侧向失稳时波形数为2（ ） 4、从容器的安全、制造、使用等方面说明，对化工容器机械设计有哪些基本要求？ 答： （1）强度 （2）刚度 （3）稳定性 （4）耐久性 （5）密封性 （6）节省材料便于制造 （7）方便操作和便于运输 5、影响外压容器临界压力的因素有哪些？ 答：（1）筒体的几何尺寸 （2）筒体材料性能 （3）筒体椭圆度和材料不均匀的影响 6、轴对称回转体薄膜理论的应用范围？ 答：（1）回转壳体曲面在几何上是轴对称的，厚度无突变。曲率是连续变化的，材料均匀，各向同性。 （2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称，无突变。 （3）壳体边界是自由支承的。 （4）壳体边界上无横剪力，无弯矩。 7、某化工厂欲设计一台石油气分离用乙烯精馏塔。工艺参数为：塔体内径Di=600mm,计算压力p c =2.2MPa ，工作温度为-3至+20℃，塔体材料选用Q345R ，单面焊，局部无损检测。给定参数：C 2=1.0mm, C 1=0.25mm ，Φ=0.8， [σ]t =[σ]=170MPa ，σs =345MPa （1）确定塔体厚度。 （2）校核水压试验强度。 解：（1）已知参数：C 2=1.0mm, C 1=0.25mm ，Φ=0.8，[σ]t =[σ]=170MPa ，σs =345MPa 计算厚度 2.2600==4.（9mm ）21700. 8-2.22[]c i t c p D p δσφ?=??-
化工设备机械基础期末考试A卷（13.12） 工艺1215 成绩 一、选择题（2＊10） 1.填料塔里由于容易产生壁流现象，所以需要（）将液体重新分 布。 A、喷淋装置 B、液体再分布器 C、栅板 D、支撑装置 2.根据塔设备内件的不同可将其分为板式塔和填料塔，下列零部件板 式塔和填料塔都有的是（） A、泡罩 B、裙座 C、栅板 D、液体分布器 3.工业生产上最早出现的典型板式塔，其结构复杂，造价较高，安装 维修麻烦，气相压力降较大而逐渐被其他新的塔形取代的是（）。 A 泡罩塔 B 浮阀塔 C 筛板塔 D 填料塔 4.填料塔中传质与传热的主要场所是（） A 、填料 B 、喷淋装置C、栅板D、人孔 5.轴与轴上零件的主要连接方式是（） A、法兰连接 B、承插连接 C、焊接 D、键连接 6.利用阀前后介质的压力差而自动启闭，控制介质单向流动的阀门是 （） A、蝶阀 B、节流阀 C、止回阀 D、旋塞阀 7.将管子连接成管路的零件我们称为管件，下列管件可用于封闭管道 的是（）。 A、等径四通 B、等径三通 C、堵头 D、弯头8.在常用阀门中，用于防止超压保护设备的阀门是（） A.节流阀 B.截止阀 C.安全阀 D.旋塞阀 9.管式加热炉中（）是进行热交换的主要场所，其热负荷约占全 炉的70%-80%的，也是全炉最重要的部位。 A.、辐射室 B.、对流室 C.、余热回收系统 D.、通风系统 10.（）是一种将液体或固体悬浮物，从一处输送到另一处或从低 压腔体输送到高压腔体的机器。 A、泵 B、压缩机 C、离心机 D、风机 二、填空题（1＊40） 1、列管式换热器不存在温差应力的有、、 和。 2、常见填料的种类有、、、 等。 3、两齿轮能正确啮合的条件是和 。 4、管道常用的连接方式有、、 和。 5、溢流装置由、、三部分组成。 6、反应釜的传热装置有、。 7、搅拌器有、、、
2012级《化工设备设计基础》期末试题及答案 一、力学部分计算题：（共50分） 1、（10分） 1、图示三角形支架ABC ，A 、B 、C 三处为铰链链接。在两杆的连接处B 悬挂有重物G=30kN 。杆AB 和BC 材料相同，许用应力[σ]=120MPa 。AB 、BC 两杆直径d 分别为25mm 、30 mm 。试校核此支架是否安全。(已知A 、B 、C 三处均为铰接)。(AB 和BC 两杆的重量不计)（本题15分） 2sin 30 2306030 51.99tg300.577BC AB G S G KN G S KN = ==?==== （5分） 安全 （5分） 2、（15分） 解：0y F ∑= （5分） 0M ∑= 1 ()02 ql qx Q x --=1()2 Q x ql qx =-211 ()022 qx qlx M x -+=0x l 3 12 1 3 22 251.9910105.9[]120254 601084.88[]120304 AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ?===<=??= ==<= ?
（5分） 最大弯矩发生在梁的中点，其值为2 max 8 ql M = （3分） （3分） max 159120MPa MPa σ=不满足要求 （2分） 3、（15分） 解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩 （3分） 实心轴 （5分） 空心轴 （5分） d 2＝0.5D 2=23 mm 确定实心轴与空心轴的重量之比 （2分） 4、（10分） 横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。 （2分） 75 954995497162N m 100 x P M T n ==? =?=?..max13 111640MPa πx x P M M W d τ= = =10045m=45mm d = =.() max234221640MPa π1x x P M W D τα===- 20046m=46mm D = =.() 2231 132222245101 1.28461010.51A d A D α--???==? ??--?? ＝maxN cos N P A bh α σ= =1()() 2 M x qx l x = -() 0x l ≤≤232 max max 331112102881590.043232 Z ql M MPa W D σππ???= ===?