过程设备设计全面复习资料

绪论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。2. GB150、JB4732三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？答：GB150钢制压力容器属于常规设计标准；JB4732钢制压力容器分析设计标准是分析设计标准。JB/T4735与GB150及JB4732没有相互覆盖范围，但GB150与JB4732相互覆盖范围较广。GB150的适用范围： 设计压力为0.1MPap35MPa，真空度不低于0.02MPa；设计温度为按钢材允许的使用温度确定（最高为700，最低为-196）；对介质不限；采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数；采用最大应力理论；不适用疲劳分析容器。JB4732的适用范围：设计压力为0.1MPap=A，开孔后不需加强；若Ae=A1+A2+A3=A-Ae21、 支座类型：卧式容器支座和立式容器支座 （耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座；中小型直立容器常采用前三种，高大的塔设备则广泛采用裙式支座） 22、 焊接接头的形式：对接接头、角接接头、T字接头、搭接接头 坡口形式：I、V、单边V、U 、J形23、 耐压试验：在超设计压力下进行的，有液压试验、气压试验及气液组合压力试验压力试验的目的：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。24、 泄露试验目的：考核容器密封性能，检查的重点是可拆的密封装置和焊接接头等部位。泄露试验方法：气密性试验、氨泄露试验、卤素检漏试验、氦检漏试验25、应力分类的依据：应力对容器强度失效所起的作用大小。两个因素：应力产生原因；应力作用区域与分布形式。应力的分类：一次应力“非自限性”；二次应力 塑性材料时具有“自限性”；峰值应力 “局部性” 5.储运设备1、 储罐：卧式圆柱形储罐（地面卧式储罐、底下卧式储罐）；立式平底筒形储罐（固定顶储罐、浮顶储罐）；球形储罐（支座类型：柱式，裙式）；低温储罐2、 卧式储罐支座形式有鞍式和圈座。采用双鞍座时，应遵循：双鞍座卧式储罐的受力状态可简化为受均布载荷的外伸简支梁。当鞍座邻近封头时，封头对支座处的筒体有局部加强作用。3、鞍座包角：小时则鞍座重量轻，但是储罐-支座系统的重心较高，且鞍座处筒体上的应力较大。(120/135/150)4、扁塌现象：如果圆筒上不设置加强圈，支座的位置A0.5Ri时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在该弯矩下，导致支座处圆筒的上半部发生形变，即为扁塌。 6.换热设备1、 换热设备分类（作用原理）：直接接触式；储热式；间壁式；中间载热体式换热器2、 管壳式换热器：固定管板式；浮头式；U形管式；填料函式；釜式重沸器。3、 换热管与管板的连接方法：强度胀接，强度焊接和胀焊并用。4、 折流板的目的：提高壳层流体的流速，增加湍动程度，并使壳层流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳层流体的传热系数，同时减少结垢。 常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种。5、 流体诱导振动：换热器管束受壳程流体流动的激发而产生的振动（纵向流诱振和横向流诱振）横向流诱振的原因：漩涡脱落、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转换防振措施：改变流速；改变管子固有频率；增设消声版；抑制周期性漩涡；设置防冲板或导流筒6、 提高传热系数的方法：主动强化（有源强化）、被动强化（无源强化）7、 扩展表面强化传热主要包括槽管和翅片管。8、 换热设备壳程强化传热途径：改变管子外形或在管外加翘片；改变壳程挡板或管束支承结构 7.塔设备1、 塔设备的作用：实现气（汽）-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际进行传质及传热的目的。2、 填料塔的基本特点：结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。对于热敏性及容易发泡的物料，更显其优越性。3、 散装填料是指安装以乱堆为主的填料，也可以整砌。可分为环形，鞍形，环鞍形。4、 液体分布器按结构形式可分为：管式、槽式、喷洒式、盘式。5、 板式塔分类：按结构分：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔；按气液两相流动方式分：错流板式塔、逆流板式塔；按流体流动形式分：单溢流型、双溢流型6、 裙座：圆筒形、圆锥形。7、 塔设备除介质压力外，还承受各种重量、管道推力、偏心载荷、风载荷、地震载荷。8、 三种工况：正常操作、停车检修、压力试验9、 设备防振措施：增大塔的固有频率；采用扰流装置；增大塔的阻尼 8.反应设备1、 轴封的目的：避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入搅拌容器。2、填料密封：结构简单，制造容易。适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的设备。3、机械密封：泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长。过程设备设计复习题一、填空1、 压力容器基本组成：筒体、封头、密封装置、开孔与接管、支座、安全附件。2、 介质毒性程度愈高，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。3、 压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。4、 壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。5、 薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值（t/R）max1/10。6、 厚壁圆筒中的热应力由平衡方程、几何方程和物理方程，结合边界条件求解。7、 改善钢材性能的途径：化学成分的设计、组织结构的改变、零件表面改性。8、 钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关，而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。9、 焊接接头系数焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。10、介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等；其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。11、压力容器安全技术监察规程根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分为三类。12、转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。13、厚壁圆筒中热应力及其分布的规律为： 热应力大小与内外壁温差成正比； 热应力沿壁厚方向是变化的。14、压力容器用钢的基本要求：较高的强度；良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。15、压力容器设计中，常用的强度判据：包括抗拉强度b、屈服点s、持久极限、蠕变极限、疲劳极限-116、强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效，包括（a）韧性断裂、（b）脆性断裂、（c）疲劳断裂、（d）蠕变断裂、（e）腐蚀断裂等。二、简述题1、 无力矩理论及无力矩理论应用条件？ 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作用。 壳体的边界处的约束可沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。2、 不连续效应？由于结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。3、 厚壁容器应力特征与分析方法？应力沿壁厚不均匀分布；若内外壁间的温差大，应考虑器壁中的热应力；应考虑径向应力，是三向应力状态；静不定问题，需平衡、几何、物理等方程联立求解等。4、 失稳现象？承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。5、 局部应力的产生、危害性与降低局部应力的措施？局部载荷：设备的自重、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；附加应力：在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处，在局部区域产生的附加应力，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等。危害性：过大的局部应力使结构处于不安定状态，在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致疲劳失效。降低局部应力的措施：（1）合理的结构设计（a）减少两连接件的刚度差；（b）尽量采用圆弧过渡；（c）局部区域补强；（d）选择合适的开孔方位。（2）减少附件传递的局部载荷：如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低局部应力。例如：对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这些附件的重量对壳体的影响；对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产生的热载荷。（3）尽量减少结构中的缺陷：在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操作等原因，可能在容器中留下气孔、夹渣、未焊透等缺陷，这些缺陷会造成较高的局部应力，应尽量避免。6、压力容器失效判据、设计准则？将力学分析结果与简单实验测量结果相比较，判别压力容器是否会失效。这种判据，称为失效判据。设计准则根据失效判据，再考虑虑各种不确定因素，引入安全系数，得到与失效判据相对应的设计准则。包括：强度失效设计准则；刚度失效设计准则；稳定失效设计准则；泄漏失效设计准则。7、不连续应力的自限性：不连续应力是由弹性变形受到约束所致，因此对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区产生塑变形，这种弹性约束就开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称不连续应力的自限性。8、热应力和热应力的特点因温度变化引起的自由膨胀或收缩受到约束，在弹性体内所引起的应力，称为热应力。a . 热应力随约束程度的增大而增大b. 热应力与零外载相平衡，是自平衡应力c. 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低d . 热应力在构件内是变化的9、长圆筒和短圆筒？L/Do和Do/t较大时，其中间部分将不受两端约束或刚性构件的支承作用，壳体刚性较差，失稳时呈现两个波纹，n=2。L/Do和Do/t较小时，壳体两端的约束或刚性构件对圆柱壳的支持作用较为明显，壳体刚性较大，失稳时呈现两个以上波纹，n2。10、过程设备设计设计要求？安全性与经济性的统一；安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修等。 设计要求包括：（1）工作介质： 介质学名或分子式、主要组分、比重及危害性等；（2）压力和温度：工作压力、工作温度、环境温度等；（3）操作方式与要求： 注明连续操作或间隙操作，以及压力、