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中国石油大学（北京）网络与继续教育学院期末考试《化工过程设备设计》学习中心：姓名：学号：关于课程考试违规作弊的说明1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。
一、简答题（每题10分，共60分。
注：学号末尾数为奇数的考生请对1、3、5、7、9、11题进行作答，学号末尾数为偶数的考生请对2、4、6、8、10、12题进行作答）1．设计某一钢制外压短圆筒时，发现Q245R钢板算得的临界压力比设计要求低10%，能否改用屈服限比Q245R高35%的Q345R钢板来满足设计要求？为什么？答：不能，因为临界压力与材料的强度是无关的。
3.什么是无缝钢管的公称直径？答：无缝钢管公称通径是管路系统中所有管路附件用数字表示的尺寸，公称通径是供参考用的一个方便的圆整数，与加工尺寸仅呈不严格的关系。
5. 指出圆柱壳上任意一点的第一与第二曲率半径。
设圆柱壳的半径为R？答：R1为正无穷大，R2=R7.解释什么叫压力容器的边缘应力？边缘应力具有什么性质？答：用无力矩理论分析壳体的应力时，不考虑壳体的弯曲变形，这曲率与载荷没有突变等条件。
但容器往往由不同几何形状的壳体组合而成，当壳体受压后，不同壳体的应力是不同的。
例如圆筒形壳体与较厚的平板封头连接时，在内压作用下，圆筒和平板受到相互间的约束。
由于平板较厚，在半径方向的变形量很小，在连接边缘（边缘：变形不连续处。
如：支承突变处）处的壳体因受平板的限制不能像远离连接边界处的其它部分的圆筒那样自由膨胀。
在筒体和平盖连接的局部区域，由于要达到变形协调而产生边缘力和边缘力矩，由边缘力和边缘力矩引起的应力，称为边缘应力或不连续应力。
过程设备设计课后习题答案（合集5篇）第一篇：过程设备设计课后习题答案习题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Di=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：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
材料为Q235-A时：δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2=9.724+0.8+2=12.524mm 取δn=14mm材料为16MnR时：=1.85⨯1000=9.724mm2⨯113⨯0.85-1.85δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2 =6.443+0.8+2=9.243mm取δn=10mm=1.85⨯1000=6.443mm2⨯170⨯0.85-1.852.一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Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=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。
1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
过程设备考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 过程设备中，用于控制流体流动的设备是（）。
A. 泵B. 压缩机C. 阀门D. 换热器答案：C2. 以下哪项不是过程设备的基本组成部分？（）A. 容器B. 管道C. 传感器D. 计算机答案：D3. 过程控制中，用于测量温度的传感器类型是（）。
A. 压力传感器B. 流量传感器C. 温度传感器D. 液位传感器答案：C4. 在过程设备中，用于分离气体和液体的设备是（）。
A. 过滤器B. 干燥器C. 分离器D. 蒸发器5. 过程设备中，用于储存液体的设备是（）。
A. 反应器B. 塔C. 储罐D. 换热器答案：C6. 以下哪项是过程设备中常见的腐蚀类型？（）A. 化学腐蚀B. 物理腐蚀C. 机械腐蚀D. 热腐蚀答案：A7. 过程设备中，用于控制压力的设备是（）。
A. 泵B. 压缩机C. 压力控制器D. 流量控制器答案：C8. 过程设备中，用于测量流量的设备是（）。
A. 压力表B. 温度计C. 流量计D. 液位计答案：C9. 以下哪项不是过程设备的设计要求？（）B. 经济性C. 美观性D. 可靠性答案：C10. 过程设备中，用于控制液位的设备是（）。
A. 泵B. 压缩机C. 液位控制器D. 换热器答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 过程设备中，以下哪些设备用于流体输送？（）A. 泵B. 压缩机C. 阀门D. 储罐答案：A、B2. 过程设备中，以下哪些设备用于流体的储存？（）A. 储罐B. 塔C. 反应器D. 管道答案：A3. 过程设备中，以下哪些传感器用于测量流体参数？（）A. 压力传感器B. 流量传感器C. 温度传感器D. 液位传感器答案：A、B、C、D4. 过程设备中，以下哪些设备用于流体的分离？（）A. 过滤器B. 干燥器C. 分离器D. 蒸发器答案：A、C5. 过程设备中，以下哪些设备用于流体的加热或冷却？（）A. 反应器B. 塔C. 换热器D. 储罐答案：C三、判断题（每题1分，共10分）1. 过程设备的设计必须考虑材料的耐腐蚀性。
目录第一章压力容器导言 (1)第二章压力容器应力分析 (5)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第四章压力容器设计 (16)第五章储存设备 (23)第六章换热设备 (24)第七章塔设备 (26)第八章反应设备 (26)【概念题参考答案】 (27)第一章压力容器导言【教学基本内容和要求】1．了解压力容器基本组成和主要零部件；2．了解介质的毒性和易燃性，掌握压力容器几种不同分类方法；3．了解压力容器的质量保证体系的内容，了解常用压力容器标准和规范。
一．【思考题】1．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？2．压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？3．《容规》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？4．《容规》与GB150的适用范围是否相同？为什么？5．GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？6．过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？7．在我们做压力容器爆破实验时发现，容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方，而并非处于理论上应力集中的连接处的地方，请问原因何在？二．【判断题】1．压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。
（）2．易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10％或爆炸上限和下限之差小于等于20％的气体。
（）3．高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类压力容器。
（）4．压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。
（）5．压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150。
（）6．盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。
（）7．压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
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 。
《过程设备设计Ⅰ》试卷评分标准及参考答案一、填空题（共18分）1、（2分）0.1Mpa≤P≤35Mpa2、（4分）局部性；自限性；圆弧过渡；减少两构件的刚度差；3、（4分）无力矩；有力矩；薄膜；均匀；5、（3分）低应力脆断；断裂时容器无明显塑性变形；最大主应力方向；5、（2分）破坏性检验；非破坏性检验；6、（3分）拉伸应力；特定合金和介质的组合；延迟脆性断裂；二、单项或多项选择题（每小题2.5分，共15分，选择完全正确才能得分）1、AC2、BC3、D4、C5、ABD6、A三、判断对错（正确的打√，错误的打×并说明理由）（每小题2分，共10分）1、错误提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹。
2、正确3、错误周边简支发生在中心处。
4、错误也可以用锻造筒节、绕带筒体等。
5、错误在一定条件下，可以不开检查孔。
四、简答题（每小题5分，共25分）1、压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。
（2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。
2、简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。
与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。
3、外压圆筒采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。
这种说法是否合理？为什么？L D很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此答：设置加强圈将增加制造成本；而且，当/o时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。
因此，加强圈的数量并不是越多越好，应当设计合理的间距。
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 ppDt1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppDt109.243mm 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.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.试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳相比有
何异同？答：承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳，当壳体壁厚较大
时也有可能出现强度失效；承受均布内压的回转壳的破坏形式主要是强度失
效，某些回转壳体，如椭圆形壳体和碟形壳体，在其深度较小，出现在赤道上
有较大压应力时，也会出现失稳失效。
3.影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松
比、长度、直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷。
提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料不正确，因为高强度材料的
弹性模量与低强度材料的弹性模量相差较小，而价格相差往往较大，从经济角
度不合适。
但高强度材料的弹性模量比低强度材料的弹性模量还量要高一些，
不计成本的话，是可以提高圆柱壳弹性失稳的临界压力的。
4.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有：应力集中系数法、数值解法、实
验测试法、经验公式法。
5.圆柱壳除受到压力作用外，还有通过接管或附件传递过来的局部载荷，如设
备自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的
载荷等。
10.压力容器选材应综合考虑压力容器的使用条件、零件的功能和制造工艺、
材料性能、材料使用经验、材料价格和规范标准。
11.为保证安全，压力容器设计时应综合考虑：材料、结构、许用应力、强度、
刚度、制造、检验等环节。
压力容器设计的具体要求：压力容器设计就是根据
给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，确保安全的前提下，经济、
正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。
结构设计主要是确定
合理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强（刚）
度设计的内容主要是确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求；密封设计
主要是选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。
14.○1当满足δ/D≤0.1或K≤1.2属薄壁圆筒，否则属厚壁圆筒。
○2强度设计
的理论基础是弹性失效设计准则。
弹性失效设计准则是以危险点的应力强度达
到许用应力为依据的。
○3。
对于各处应力相等的构件，如内压薄壁圆筒，这种
设计准则是正确的。
但是对于应力分布不均匀的构件，如内压厚壁圆筒，由于
材料韧性较好，当危险点（内壁）发生屈服时，其余各点仍处于弹性状态，故
不会导致整个截面的屈服，因而构件仍能继续承载。
在这种情况下，弹性失效
(一点强度)设计准则就显得有些保守。
15.椭圆形封头、碟形封头为何均设置短圆筒？答：短圆筒的作用是避免封头
和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。
16.从受力情况排序依次是半球形、椭圆形、碟形、锥壳和平盖封头，由好变
差；从制造情况顺序正好相反。
半球形封头是从受力分析角度，最理想的结构
形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼
焊工作量较大。
半球形封头常用在高压容器上。
椭圆形封头的椭球部分经线曲
率变化平滑连续，应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，
易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。
17.压力试验的目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破
坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。
对外压容器，在外压作用下，
容器中的缺陷受压应力的作用，不可能发生开裂，且外压临界失稳压力主要与
容器的几何尺寸、制造精度有关，与缺陷无关，一般不用外压试验来考核其稳
定性，而以内压试验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。
由于在相同压力和容积下，试验介质的压缩系数越大，容器所储存的能量也越
大，爆炸也就越危险，故应用压缩系数小的流体作为试验介质。
气体的压缩系
数比液体的大，因此选择液体作为试验介质，进行液压试验。
18.压力容器分类的原则：满足外载荷与内力及内力矩平衡的应力，即“非自
限性”的应力；相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的应力，在材料为塑
性材料时具有“自限性”的应力；局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加
在上述两原则下的应力之上的应力增量，具有高度的“局部性”。
1。
