化工设备机械基础习题和答案及解析

.wd.化工设备机械根基习题解答化工设备机械根基习题解答第一篇:化工设备材料 第一章化工设备材料及其选择一.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=E，比例系数E为弹性模数04. 硬度:金属材料外表上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入外表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(口):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，二o.307.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，即开场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，从开场加载到发生断裂所能到达的最大应力值 。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中的氧复原出来，生成Si02和A12030钢镀膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢键上部形成集中缩孔，内部严密坚实。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。其链模上小下大，浇注后钢液在键模中发生自脱氧反响，放出大量CO气体，造成沸腾现象。沸腾钢徒中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全键之中，因而内部构造疏松。3. 半镇静钢:介于镇静钢和沸腾钢之间，链模也是上小下大，钢链内部构造下半部像沸腾钢，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参加的。7.铸铁:含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体:碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫铁素体09.奥氏体:碳溶解在V-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G铁中过饱和的固溶体。c.1. 热处理:钢铁在国态下通过加热，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。4.1卒火:将钢加热至浮火温度(临界点以 30 50oC)并保温一定时间，然后再猝火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。浮火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5. 回火:在零件碎火后再进展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洋火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。6. 调质:洋火力口高温回火的操作。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运0.055%，P运O. 045%。普通碳素构造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局部按顺序组成，例如:Q235A.F。8. 优质碳素钢:含硫，磷等较少(含硫 S、磷P 均运0.04%)，非金属杂质少，组织均匀，外表质量较好。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。10. 锅炉钢:有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管王要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D.1. 容器钢:化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求对比严格，对压力容器用钢板有对比严格的要求。2. 耐热钢:能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。o3. 低温用钢:由于普通碳钢在低温下( -20C 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外表积、 单位时间腐蚀引起的重量变化。即:K=PO -Pl!_F.t(只/m2h)K:腐蚀速度，g/cm2h;po:腐蚀前试件的重亘，g;Pl:腐蚀后试件的重豆，g;F: 试件与腐蚀介质接触的面积，m2: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，因此当重量损失一样时，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:K=24x365K= _ K(mm/a)_.-8.76一u1000式中:Ka:用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a;p:金属的相对密度，g/cm305. 化学腐蚀:金属遇到枯燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属外表上，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:一种局部的，选择性的破坏。9.应力腐蚀:金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。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顿。二. 指出以下钢材的种类、含碳量及合金元素含量A组钢号种类含碳量%合金元素二 雷 (%)符号忘义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优质碳素构造钢O.2%g: 锅炉钢16MnR普通低合金钢O. 16%1. 5%R: 容器钢20Mn岛10普通低合金钢O.2%MnMo1 .5%16MnDR普通低合金钢O. 16%Mn: 1. 5%D:低温钢14Crl真宜。普通低合金钢O. 14%Cr :0.9-1. 3%:Mo: 1. 5%OCr13络不锈钢0.08%Cr: 13%lCr18Ni9Ti奥氏体不锈钢O. 1%Cr :18%:Ni:9%:Ti:1. 5%00Cr19NilO奥氏体不锈钢0.03%Cr :19%:Ni :10%B组:钢号种类含碳J目亘r%合金元素含 量 (%)符号忘义Q235-B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O. 16%Mn :1. 5%g :锅炉钢18Nbb普通低合金钢O. 18%Nb :1. 5%b :半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢O.18%Mn.Mo.Nb : 1.5%09岛fnNiDR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:!.5%2Cr13络不锈钢O. 2%Cr 13%12Cr2Mol普通低合金钢O. 12%Cr :1.5-2.49%:Mo :O.9-1. 3%OCr18Ni12M02Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr :18%:Ni :12%: Mo :1. 5-2.49%:Ti :1. 5%一 、选择材料设备介质设计温设计压供选材料应选材料度jOC力/孔1Pa氨合成塔外氮、氢、少量氨三三20015IOCr18Ni9Ti，20，18MnMoNbR筒Q235-A.F，或18MnMoNbR，I13MnNiMoNbR15MnVR，13MnNiMoNbR氯化氢吸收|氯化氢气体，盐酸，水|孙山I0.2Q235-A.R，Q235-A.R+铜衬lCr18Ni9Ti，铜，里铝，硬聚氯乙烯塑料，盼醒树脂漆浸溃的不透性石墨溶解乙:快气瓶蒸压釜水蒸汽三三20015Q235-A，18MnMoNbROCr19NilO，20，16MnR，18MnMoNbR， 07MnCr岛foVR高温高压废|转化气I890热锅炉的高ICH2，C02，N2，CO，H20，CI1000温气侧壳体|且，Ar)内衬3.1418MnMoNbR，OCr13，Q235-A.R，Cr25Ni20，OCr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20化工设备机械根基习题解答第一章化工设备材料及其选择二.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，ePa=E，比例系数E为弹性模数。4.硬度:金属材料外表上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入外表发生变形或破裂 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.泊桑比叩头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，=0.307.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，即开场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，从开场加载到发生断裂所能到达的最大应力值。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中的氧复原出来，生成SiOz和Alz030钢镀膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢键上部形成集中缩孔，内部严密坚实。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。其链模上小下大，浇注后钢液在统模中发生自脱氧反响，放出大量CO气体，造成沸腾现象。沸腾钢镜中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全键之中，因而内部构造疏松。3. 半镇静钢:介于镇静钢和沸腾钢之间，链模也是上小下大，钢链内部构造下半部像沸腾钢，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参加的。7.铸铁:含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体:碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫铁素体09.奥氏体:碳溶解在V-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 G 铁中过饱和的固溶体。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. 浮火:将钢加热至浮火温度(临界点以 30 50oC)并保温一定时间，然后再泽火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。j牢火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5. 回火:在零件洋火后再进展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洋火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。6. 调质:浮火力口高温回火的操作。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运0.055%，P运0.045%。普通碳素构造钢的 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 局部按顺序组成，例如:Q235A.F。8.优质碳素钢:含硫磷等较少(含硫S、磷P均运0.04%)，非金属杂质少，组织均匀，外表质量较好。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。10.锅炉钢:有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热 面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D.1. 容器钢:化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求对比严格，对压力容器用钢板有对比严格的要求。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 (-200C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。(3)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外表积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即:K=PO-Pl1.(g/m2h)F.tK:腐蚀速度，g/cm2 h;po:腐蚀前试件的重亘，g;Pl:腐蚀后试件的重量，g;F: 试件与腐蚀介质接触的面积，m2;t:腐蚀作用的时间，h;(4)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，因此当重量损失一样时，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:K=24x365K= _ K(mm/a)_.-8.76一u1000式中:ka: 用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a;3p:金属的相对密度，g/cm 05. 化学腐蚀:金属遇到枯燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属外表上，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:一种局部的，选择性的破坏。9.应力腐蚀:金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。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顿。二.指出以下钢材的种类、含碳量及合金元素含量A组牌号种类含碳量%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优质碳素构造钢O. 2%g: 锅炉钢16MnR普通低合金钢O. 16%1.5%R: 容器钢20MnMo普通低合金钢0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金钢o. 16%Mn:1.5%D:低温钢14CrlMo普通低合金钢o. 14%Cr:O. 9-1. 3%:Mo: 1. 5%OCr13铭不锈钢0.08%Cr: 13%lCr18Ni9Ti奥氏体不锈钢O. 1%Cr:18%:Ni:9%:Ti:1.5%00Cr19NilO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O. 16%Mn:1.5%g :锅炉钢18Nbb普通低合金钢O. 18%Nb: 1.5%b:半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢O. 18%Mn.Mo. Nb:1.5%09岛1nNiDR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:1.5%2Cr13铭不锈钢0.2%Cr: 13%12Cr2Mol普通低合金钢O. 12%Cr: 1. 5，._，2. 49%:Mo:0.9 ，._，1.3%OCr18Ni12Mo2Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr :18%:Ni :12%: Mo: 1. 5，._，2. 49%:Ti : 1.5%C组:钢号种类含碳置。合金元素二量(%)符号意义Q235-C普通碳素特类钢Q:钢材屈服点15MnNbR普通低合金容器钢O. 15%Mn.Nb:1.5%R: 容器钢06AICu普通低合金钢O. 06%Al.Cu:1.5%Cr22Ni14N奥氏体钢O. 10%Cr:22%:Ni:14%: N :1.5%Cr25Ni20奥氏体钢O. 10%Cr :25%:Ni :20%OCr17Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr :17%:Ti :1.5%40岛1n2A普通低合金钢0.40%Mn: 1. 5，._，2. 49%A : 局级优质钢15g优质碳素构造钢O. 15%g :锅炉钢20R优质碳素构造钢O. 20%R: 容器钢三、选择材料设备介质设计泪度/OC设计压力/孔1Pa供选材料应选材料氨合成塔外筒氮 、氢、少量氨三三 20015OCr18Ni9Ti ，20，Q235-A.F ，18MnMoNbR， 15MnVR，13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氢吸收氯化氢气体，甜酸，水80，1200.2Q235-A.R，Q235-A.R+铜衬塔lCr18Ni9Ti，同，里水蒸汽运 20015铝，硬聚氯乙烯塑料，盼醒树脂漆浸溃的不透性石愚溶解乙快气Q235-A，18MnMoNbR瓶蒸压釜OCr19Nil0，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR高温高压废|转化气I890，热锅炉的高I(H2，C02，N2，CO，H20，CI1000温气侧壳体|且，Ar)内衬3.14I18MnMoNbR ，OCr13，Q235-A.R，Cr25Ni20，OCr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20四、判断题1.对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶问腐蚀，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。(X)2.材料的屈强比(SIb)越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应竭力追求高的屈强比。(X)3.材料的冲击韧度k高，则其塑性指标5也高;反之，当材料的5高，则k也一定高。(X)4.只要设备的使用温度在03500C范围内，设计压力运1.6MPa，且容器厚度运20mm，不管处理何种介质，均可采用Q235-B钢板制造。(X)5.弹性模量E和泊桑比以是材料的重要力学性能，一般钢材的E和都不随温度的变化而变化，所 以都可以取为定值。(X)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.、是金属材料的(塑性)指标;Ob、s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，其泊桑比口 =(0.3)。4.氢腐蚀属于化学腐蚀与电化学腐蚀中的(化学)腐蚀，而晶问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)oc，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参加(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。化工设备机械根基习题解答第二章容器设计的 基本知识一.、指出以下压力容器温度与压力分级范围温度分级温度范围 COC)压力分级压力范围(Mpa)常温容器200 C -2000 C低压容器0.1运P1.6中温容器壁温在常温和高温之间中压容器1.6运P10局温容器壁温到达材料蠕变温度向压容器10运P100低温容器壁温低于200 C超高压容器P 二三 100浅冷容器壁温在200 C 至400 C 之间真空容器器外个大气压，内部为真空或低于常压深冷容器壁温低于400 C二、指出以下容器属于一、二、三类容器的哪一类A组:序号容器(设备)及条件类别1500 ，设计压力为 10Mpa 的管壳式余热锅炉一2设计压力为 0.6MPa ，容积为1旷的氯化氢气体贮罐一32000，容积为 20 旷的液氮贮罐一4压力为 10Mpa，容积为800 立升的乙烯 贮罐一5设计压力为 2.5Mpa 的糖玻璃容器一B组:序号容器 (设备)及条件米别二7_压力为 4Mpa 的毒性程度为极度危害介质的容器一2800 ，设计压力为 0.6Mpa ，介质为非易燃和无毒 的管壳式余热锅炉一3用抗拉强度规定值下限为 b =620Mpa 材料制造的容器一4工作压力为 23.5Mpa 的尿素合成塔一5汽车罐车 和铁路罐车一三、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。3、查手册找出以下无封钢管的公称直径DN 是多少毫米?规格14X325X345 X 3.557 X 3.5108X4DNCmm)102040501004、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级?PNCMpa)0.250.601.01.62.54.06.4PNCMpa)0.10.250.400.601.01.62.54.05、管法兰标准中公称压力PN 有哪些等级?6.目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是(最高工作压力pw二三O.lMPa; 内直径 Di二三150mm，且容积V二三0.025的介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。)7.我国现有与压力容器相关的标准与规定有近(300)个。化工设备机械根基习题解答第三篇:典型化工设备的机械设计第七章管壳式换热器的机械设计一、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，构造可靠，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列管式换热器优占缺占种类管外清洗困难;固定管板式浮头式填料函式U型管式构造较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。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。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。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。构造较复杂，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。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。管内不便清洗;管板上布管少，构造不紧凑，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:壳体直径的决定和壳体壁厚的计算:换热器封头选择，压力容器法兰选择:管板尺寸确定:管子拉脱力的计算:折流板的选择与计算:温差应力计算。此外还应考虑接收、接收法兰选择及开孔补强等。4.我国常用于列管式换热器的无缝钢管规格有哪些?通常规定换热管的长度有哪些?答:我国管壳式换热器常用无缝钢管规格(外径壁厚)，如下表2所示。换热管长度规定A唱 ，i为: 1500mrn，2000mrn，2500mrn，3000mm，4500mrn，5000mm，6000mm，7500mm，9000mrn，12000mrn。换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4，25之间，常用的为6，10。立式换热器，其比值多为46。表2换热管规格(mm)碳钢低合金钢rt 19X 2rt 25 X 2.5rt 32 X 3rt 38 X 3不锈钢rt 19X 2rt 25 X 2rt 32 X 2. 5rt 38 X 2.55. 换热管在管板上有哪几种固定方式?各适用范围若何?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. OMPa，设计温度在3500C 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，无法抑制焊接的间隙腐蚀 和应力腐蚀的情况下。6. 换热管胀接于管板上时应注意什么?胀接长度若何确定?答:采用胀接时，管板硬度应比管端硬度高，以保证胀接质量。这样可防止在胀接时管板产生塑性变形，影响胀接的严密性。如达不到这个要求时，可将管端进展退火处理，降低硬度后再进展胀接。另外，对于管板及换热器材料的线膨胀系数和操作温度与室温的温差D_t，必须符合表3的规定。表3线膨胀系数和温度10%A/30%D_ t 1550C30%三A/50%D_ t 50%D_t72 0Co表中:=1/2(al+2)，1，2分别为管板与换热管材料的线膨胀系数，l/C。A=11-2 I ，l/oC0D_t等于操作温度减去室温(200C)。7. 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:管板孔上不开坡口;管板孔端开600坡口;管子头部不突出管板:孔四周开沟槽。8.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。9.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:正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不需要进展机械清洗的场合。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 一弹性根基上的圆平板，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。由于它对比全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而计算对比准确。但计算公式较多，计算过程也较繁杂。但应用计算机进展设计计算，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若何?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:各程换热管数应大致相等:相邻程问平均壁温差一般不应超过280C;各程间的密封长度应最短;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. 折流板的作用若何?常用有哪些形式?若何定位?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端流强度，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、圆盘一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若何产生的?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，假设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11金;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。减少壳体与管束间的温度差;装设侥性构件;使壳体和管束自由热膨胀:双套管温度补偿。14.何谓管子拉脱力?若何定义?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.壳程接收挡板的作用是什么?主要有哪些构造形式?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，目前常用这种构造来提高换热器的换热能力。三、试验算固定管板式换热器的拉脱力条件如下:工程操作压力MPa操作温度。C材质线膨胀系数1/0C弹性模数MPa许用应力MPa尺寸m管子根数排列方式管间距mm管子与管板连接构造:胀接长度m许用拉脱力MPa管子1.02001011.8X10-60.21X106113t25X2.5X2000562正三角形a二32开槽胀接l二30qJ=4壳体0.610016MnR11.8X10-60.21X106173t1000X8解:在操作压力下，每平方米胀接周边产生的力 qp:q=ZZp1rd_1其中:41.0x396p25x30x3.14=0.168(M)在温差应力作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力qt :2oq一z-GZ一(do2ldi)ot4dl4dt=其中:E(tt-ts)aLE(tt-ts)1+二L号(d;-d)n(25L-20)x562As1+4-4x1008x8:rD中Snqt =4x25x30又qp与qt作用方向一样，则:q=qp+qt=0.168+3.777 =3.945(MPa)qq，故管子拉脱力在许用范围内。8.我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有(特种设备安全监察条例、压力容器安全技术监察规程、钢制压力容器)三个。9.GB150-1998 钢制压力容器是我国压力容器标准体系中的(核心)标准。10.容器机械设计的 基本要求主要有(强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便 于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理)等八条。化工设备机械根基习题解答第三章内压薄壁容器的应力分析一、名词解释A组:1 .薄壁容器:容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于 O. 1的容器。2 .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。3.经线:假设通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。4.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。5.第一曲率半径:中间面上任一点M 处经线的曲率半径。6.小位移假设:壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。7.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。8.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。9.边缘应力的自限d性:当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开场缓解，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，J，错着画X)A组:1.以下直立薄壁容器，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。(X)(2)横截面为圆的轴对称柱壳。(，J)(3)横截面为椭圆的柱壳。(X)(4)横截面为圆的椭球壳。(，J)(5)横截面为半圆的柱壳。(X)(6)横截面为圆的锥形壳。(，J)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。(X)3.薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径RI=R2，则该点的两向应力机=，J)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。(X)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。(，J)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。(，J)2.由于圆锥形容器锥顶局部应力最小，所以开空宜在锥顶局部。( ，J)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。(x)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。(-j)5.因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不管在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封头。(x)三、指出和计算以下回转壳体 上诸点的第一和第二曲率半径A组:DDMCMB| 广1图3-29图3-30图3-311、球壳上任一点Rl=R2=R2、圆锥壳上之M点Rl=R-Dm22cos3、碟形壳上之连接点A与B1A点:在球壳上:A(C):R二R2二R在弧面上:A(B):Rl二rlR2二R1B点:在弧面上:B(A):R二rlR2二r在圆柱壳上:B(B):Rl二，R2二rB组:己RDAGf干J图3-32圆柱壳上任一点Rl二，R2=22.圆锥壳与柱壳的连接点 A 及锥顶点BRB图3-33A(B):Rl=，R2=cosB(柱):Rl=，R2二RB:R1=，R2=0四、计算以下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m和。A组:S图3-34b图3-36球壳上任一点，己知:p=2Mpa，D=1008mm，=8mmoD1008Rl=R2=言=一一=504mmm44x8mp一一一-RlR2=些=63MP42.圆锥壳上之A点和B点，己知: p=O.5Mpa ，D=1010mm，S=10mm，a=30o oDA点:Rl=，R2=2cos4cos4x10x0.866mp一一一-RlR22cos2x10x0.866B点:R1二，R2=0m=03.椭球壳上之A，B，C点，/-1010/一、b一/505一:p=lMpa，a=1010mm，b=505mm，=20mmoB点处坐标x=600mm。标准椭圆形封头1b;7 .L . 2bA点(x=0，y=b):Rl=R2=Pa1xl0l0B点:=P旷-x2(a2b2)43.3MPaam2&?、/?P2&C点(x =，y=O):a4aa-E/x:= 27.7MPat22x20五、工程应用题201. 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816mm，壁厚为16川，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力j口机。【解】P二2.5MpaD二816mm 二16mm16一=一一=0.01960.1属薄壁容器D816m44x16m252x162.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=0.6MpaD=10020mm=20mm20一-0.0019960.1属薄壁容器D10020m二454x203.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，:圆筒平均直径为2030mm，筒体与封头厚度均为30mm，工作压力为3Mpa，试求:(1)圆筒壁内的最大工作压力;(2)假设封头椭圆长，短半轴之比分别为J2，2，2. 5 时，计算封头上薄膜应力的j日矶的最大值并确定其所在的位置。【解】(1)圆筒P=3MpaD=2030mm=30mm530一-0.01480.1属薄壁容器D2030m454x30最大工作应力:22x30(2)椭圆形封头:j=d时在x二0，y二b，(顶点处)有最大值飞2 x 30m/max2b271.78MP;=2时，在叫=b 处(顶点处)m-max2飞b2x30在x=a，y=O点(边缘处)-max2飞b2x30j=25时，在叫=b处(顶点处)m-max2飞b2x30在x=a，y=O点(边缘处)Pa，_a2。(R)max=二二。一一)215.69MPx2b24.有一半顶角为450的圆锥形封头，其内气体压力为2MPa，封头厚度为14mm，所求应力点M处的 平均直径为1014mm，试求M点处的j口o【解】P=2MpaD=1014mmS=14mm14一-0.01380.1属薄壁容器D1014PM?，J1-apD12xl014Z3m=4cos一M。4x14PMA咱，AOZ31-M- OaA咱 一回且 -Aoo-且-2?一pD12cos