过程设备设计_多选题

过程设备设计答案（简答题和计算题）1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。

筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。

封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。

密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。

开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。

支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。

安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。

2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。

如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。

而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。

毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。

易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。

如Q235-A·F 不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。

3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。

《过程设备设计》期末复习题及答案第一章规程与标准1-1 压力容器设计必须遵循哪些主要法规和规程？答：1．国发[1982]22号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》（简称《条例》）；2．劳人锅[1982]6号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则；3．劳部发[1995]264号：关于修改《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》"压力容器部分"有关条款的通知；4．质技监局锅发[1999]154号：《压力容器安全技术监察规程》（简称《容规》）；5．劳部发[1993]370号：《超高压容器安全监察规程》；6．劳部发[1998]51号：《压力容器设计单位资格管理与监督规则》；7．劳部发[1995]145号：关于压力容器设计单位实施《钢制压力容器-分析设计标准》的规定；8．劳部发[1994]262号：《液化气体汽车罐车安全监察规程》；9．化生字[1987]1174号：《液化气体铁路槽车安全管理规定》；10．质技监局锅发[1999]218号：《医用氧舱安全管理规定》。

1-2 压力容器设计单位的职责是什么？答：1．设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责；2．容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样；3．容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。

1-3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用与不适用范围是什么？答：适用范围：1．设计压力不大于35MPa的钢制容器；2．设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。

不适用范围：1．直接用火焰加热的容器；2．核能装置中的容器；3．旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室；4．经常搬运的容器；5．设计压力低于0.1MPa的容器；6．真空度低于0.02MPa的容器；7．内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线，如矩形为对角线、椭圆为长轴）小于150mm的容器；8．要求作废劳分析的容器；9．已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。

过程设备设计期末考卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 过程设备设计的主要目的是（）。

A. 提高设备性能B. 降低生产成本C. 保证设备安全D. 满足生产工艺要求2. 下列哪种设备不属于过程设备？（）A. 反应釜B. 蒸馏塔C. 风机D. 泵3. 过程设备设计的基本原则不包括（）。

A. 安全性B. 可靠性C. 经济性D. 实用性A. 生产能力B. 操作压力C. 设备材质D. 设备形状5. 下列哪种设备适用于高温、高压工况？（）A. 球罐B. 圆柱形储罐C. 立式储罐D. 卧式储罐6. 过程设备设计中，下列哪种应力属于一次应力？（）A. 温差应力B. 外压应力C. 重力应力D. 装饰应力A. GB 150B. ASMEC. JB 4732D. API8. 在过程设备设计中，下列哪种因素对设备的疲劳寿命影响最大？（）A. 材料性能B. 设备尺寸C. 工作温度D. 工作压力9. 下列哪种设备密封形式适用于有毒、易燃介质？（）A. 填料密封B. 垫片密封C. 橡胶密封D. 齿轮密封10. 过程设备设计中，下列哪种结构不利于设备的散热？（）A. 折流板B. 挡板C. 支承D. 拉杆二、填空题（每题2分，共20分）1. 过程设备设计的主要内容包括：____、____、____、____和____。

2. 压力容器的设计压力分为三个等级：____、____和____。

3. 设备的公称直径是指____的直径。

4. 过程设备设计中，常用的焊接方法有：____、____、____和____。

5. 在设备设计中，为了保证设备的强度和稳定性，通常需要对____、____、____和____等部位进行加强。

6. 设备的腐蚀裕量应根据____、____和____等因素确定。

7. 过程设备设计中，常用的法兰标准有：____、____和____。

8. 设备的绝热层分为____、____和____三个等级。

9. 设备的抗震设计应考虑____、____和____等因素。

过程设备设计复习题及答案换热设备6.1根据结构来分，下面各项中那个不属于管壳式换热器：（B ）A.固定管板式换热器B.蓄热式换热器C.浮头式换热器D.U形管式换热器6.2常见的管壳式换热器和板式换热器属于以下哪种类型的换热器：（C ）A.直接接触式换热器B.蓄热式换热器C.间壁式换热器D.中间载热体式换热器6.3下面那种类型的换热器不是利用管程和壳程来进行传热的：（B ）A.蛇管式换热器B.套管式换热器C.管壳式换热器D.缠绕管式换热器6.4下列关于管式换热器的描述中，错误的是：（C ）A.在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。

B.蛇管式换热器是管式换热器的一种，它由金属或者非金属的管子组成，按需要弯曲成所需的形状。

C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为容易。

D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。

6.5下列措施中，不能起到换热器的防振效果的有：（A）A.增加壳程数量或降低横流速度。

B.改变管子的固有频率。

C.在壳程插入平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板。

D.在管子的外边面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条。

6.1??按照换热设备热传递原理或传递方式进行分类可以分为以下几种主要形式：（ABC）A. 直接接触式换热器B. 蓄热式换热器C. 间壁式换热器D. 管式换热器6.2 下面属于管壳式换热器结构的有：（ABCD）A. 换热管B. 管板C. 管箱D. 壳体6.3 引起流体诱导振动的原因有：（ACD）A. 卡曼漩涡B. 流体密度过大C. 流体弹性扰动D. 流体流速过快6.4 传热强化的措施有：（BCD）A. 提高流量B. 增加平均传热温差C. 扩大传热面积D. 提高传热系数6.5 下列关于管壳式换热器的描述中，错误的是：（CD）A.管壳式换热器结构简单、紧凑、能承受较高的压力。

B.管壳式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗的场合。

多选题第1章压力容器导言1.1介质危害性介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（）A. 毒性B. 腐蚀性C. 氧化性D. 易燃性1.2压力容器分类下列属于第三类压力容器的是：（ c ）A .毒性程度为极度和高度危险介质的低压容器；B .毒性程度为极度和高度危险介质且PV大于等于0.2MPa.m3的低压容器；C .易燃或毒性程度为为中度危险介PV大于等于10MPa.m3的中压储存容器；D. 中压管壳式余热锅炉；E .高压容器1.3《容规》《容规》适用于具备下列哪些条件的压力容器：（ ABCD ）A. 最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；B .内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；C .容积（V）大于等于0.025m3；D. 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

1.4 过程设备过程设备在生产技术领域中应用十分广泛，是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必须的关键设备。

下列属于过程设备在实际生产中应用的是：（）A . 加氢反应器B . 超高压食品杀菌釜C . 核反应堆D .压缩机1.5压力容器分类凡属于下列情况之一者为一类压力容器（）；凡属于下列情况之一者为二类压力容器（）；凡属于下列情况之一者为三类压力容器（）；A .压力0.1MPa≤p＜1.6MPa 的容器；B .压力 0.1MPa＜p≤1.6MPa的容器；C .压力 1.6MPa＜p≤10.0MPa的容器；D .压力1.6MPa≤p＜10.0MPa 的容器；E .高压容器；F .极度毒性和高度危险介质的中压容器；G .极度毒性和高度危险介质的低压容器；H .真空容器。

1.6压力容器分类下列关于压力容器的分类错误的是：（）A .内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。

B .低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。

C .真空容器属低压容器。

D .高压容器都是第三类压力容器。

一氧化碳一、补充作业 1：划定下列容器类别序号设计压力 p() 介质容器（m 3） 设计温度(℃) 容器类别10.6 4 5020.5 氧气 10 50 31.6臭氧4050·压 力 容 器 分 类 方法:①先按照介质特性，选择相应的分类图，②再根据设计压力 p (单位)和容积 V (单位 m 3)， 标出坐标点，③确定容器类别。

第一组 是易燃性质，容器类别是类；第二组 属于 类；第三组 高度毒性，属于 类。

二、补充作业 2：压力容器十大主要受压元件1.壳体；②封头（端盖）；③膨胀节；④设备法兰；⑤球罐球壳板；⑥换热器的管板； ⑦换热管；⑧M36(含 36)以上的设备主螺柱；⑨公称直径大于或等于250 的接管；⑩公称 直径大于或等于 250 的管法兰三、问答题：国外产品图纸可否采用我国的材料及 150 标准制造压力容器？答： 不能，因为：1.安全系数 n 数值不一样，则应力许用值[σ ]t 不一样，计算壁厚不一 样；2.钢材几何尺寸偏差不一样，国外小一些，负偏差小；3.钢材化学成分和机械性能不 一样，国外严，国内松；4.制造、检验要求不一样，如，水压试验＝1.5P[σ ]/[σ ]t ，而 我国水压试验＝1.25P[σ ]/[σ ]t第二章一、一壳体成为回转薄壳轴对称的条件是什么？⑴满足薄壳条件: (t / R)≤0.1；⑵结构对称：结构的几何形状对称于回转轴；⑶载荷对 称：壳体任一横截面上的载荷对称于回转轴，但是沿轴线方向的载荷可以按照任意规律化。

⑷边界对称：支承壳体的边界对称于轴线。

⑸材质对称：壳体的材料性质对称于轴线。

二、试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比 a / 2 的原因？原因是其应力的分布特点及加工工艺性： ⑴应力绝对值从小到大为：a /b ＜2 → a / 2 → a / b ＞2 ；⑵加工工艺性从易到难为：a /b ＞2 → a / 2 → a / b ＜2 ；可以看到，标准椭圆形封头的应力分布及加工工艺性比其它的非标准椭圆形封头综合性好。

习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。

试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。

解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。

材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。

试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。

解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。

1试画图说明耳式、腿式、支撑式和裙式支座？（1）耳式支座 结构：由筋板和支脚板组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上。

特点：简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。

因此，当容器较大或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同。

（2）支承式支座 结构：在容器封头底部焊上数根支柱，直接支承在基础地面上。

特点：简单方便，但它对容器封头会产生较大的局部应力，因此当容器较大或壳体较薄时，必须在支座和封头间加垫板，以改善壳体局部受力情况。

（3）腿式支座（支腿）特点：结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间，但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接时不宜选用腿式支座。

P167（4）裙式支座应用：高大的立式容器，特别是塔器形式：圆筒形裙座和圆锥形裙座P168 2何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，βRt 的物理意义答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。

不连续应力有两个特征：局部性和自限性。

局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 的函数随着距连接处距离的增大，很快衰减至0。

自限性：连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。

β的物理意义：()Rt 4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。

该值越大，边缘效应影响范围越小。

Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。

反映边缘效应影响范围的大小。

3常见的局部开孔补强结构有哪几种？画图说明。

（1）补强圈补强 补强圈贴焊在壳体与接管连接处优点结构简单，制造方便，使用经验丰富；缺点1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。

习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。

试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。

解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。

材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。

试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。

解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。