过程设备设计

1、1. 压力容器主要由哪几部分构成？各有什么作用？答：（1）筒体。提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一。（2）封头。当容器组装后不需要开启时，封头可直接与筒体焊在一起，从而有效地保证密封、节省材料和减少加工制造的工作量。（3）密封装置。对于需要多次开启的容器，封头和筒体之间需要一个密封装置，防止物料泄露。（4）开孔与接管。在容器上开孔的目的是为了便于检修（人孔和手孔），或是为了安装各种安全附件、或是为了满足工艺的要求。（5）加强圈。开孔会引发开孔区域产生过大的应力，为安全计，需要补强圈补强（6）支座。压力容器靠支座支承并固定在基础上。（7）安全附件。安装各种安全泄放装置和各种压

2、力表、测温仪表、液位计等保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。2. 压力容器分类的理由？答：压力容器潜在的危害程度不同。 压力容器发生事故所造成的危害程度差别很大，而决定危害程度的因素又很多，有压力、温度、物料的相态、物料的毒性、易燃易爆性、规模、使用场所等。3. 压力容器的分类？（1） 按设计压力大小分：低压容器（L） 0.1MPap<1.6MPa中压容器（M） 1.6MPap<10MPa高压容器（H） 10MPap<100MPa超高压容器（U） p>100Mpa（2）按用途分：反应器、换热器、分离器和储罐。（3）按安装方式分：固定式和移动式。（4）按安全管理分

3、（按容规分类）分为三类： a.具有下列情况之一的，为第三类压力容器：高压容器中压容器且介质为极度毒性和高度危害中压贮存容器且介质为易燃或中等毒性、 pv10MPa. m³中压反应容器且介质为易燃或中等毒性、pv0.5MPa. m³低压容器且介质为极度毒性和高度危害、 pv0.2MPa. m³高压、中压管壳式余热锅炉中压搪玻璃压力容器使用强度级别较高的材料制造的压力容器(抗拉强度540MPa)移动式压力容器容积大于50m³的球形容器容积大于5m³的低温贮存容器b.具有下列情况之一的，为第二类压力容器：中压容器低压容器且介质为极度毒性和高度危害低压

4、反应器和低压贮存容器，介质易燃或毒性中等低压管壳式余热锅炉低压搪玻璃压力容器除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。（4）如何看待压力容器的规范？在容器分类中，为什么不仅要考虑压力的高低，还要考虑pv的大小？答：为确保压力容器在设计寿命内，安全可靠地运行，需制定一系列压力容器规范标准，给出材料、设计、制造、检验、合格评估等方面的基本要求。压力容器的危害性与其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值越大，则容器破裂时爆炸能量越大，危害性也越大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也就越高。（5）解决不连续问题的方法?a.有力矩理论。b.采用塑性好的材料.如铜、铝、钛的合金，或低碳钢。c.合

5、理的结构设计。（6）如何降低局部应力？答：a.合理的结构设计 :减少两连接部件的刚度差别；尽量采用圆弧过渡。b. 减少附件传递的局部载荷。c.尽量减少结构中的缺陷。d.局部补强。e.选择合理的开孔位置。（7）压力容器用钢的基本要求？ 答：a. 较高的强度。b.良好的塑性。c.韧性。d.制造性。e.与介质的相容性 ，介质使材料脆化、腐蚀。f.经济性。（8）压力容器钢材的选择需考虑的因素？答：a.压力容器的使用条件。b.制造工艺的特点。c.材料的使用经验（尤其是工业经验）。d.经济性能。e.相关规范和标准。（9）容器焊缝分类？答：A类焊缝：容器纵焊缝、凸形封头拚接焊缝。B类焊缝：容器环向焊缝。C类

6、焊缝：法兰、平封头、管板等与壳体的连接焊缝。D类焊缝：接管、人孔等与壳体或封头处的焊缝。注意：A、B类焊缝必须为对接焊缝。焊缝分类是为了便于管理。（10）应力分类及限制？答：应力分类按照应力产生的原因和应力的分布特点。a.一次应力载荷引起的应力，无“自限性”，作用范围大，危害大。b.二次应力不同部件间的相互约束造成的应力，作用范围为局部，危害比一次应力小。c.峰值应力局部不连续造成的应力，高度局部性，危害小。（11）换热器的分类？答：a.按用途分预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器。b.按材料分金属的、陶瓷的、石墨的等。c.按热量传递方式分间壁式、混合式、蓄热式、中间载热体式。最常用的换

7、热器为：金属制间壁式换热器。陶瓷或石墨制换热器主要用于温度较高或介质腐蚀性很强的场合。热管主要用于小传热温差、或要求传热量大而体积很小的场合（如计算机芯片的冷却）。（12）塔体上承受哪些载荷？答：a.压力（内压或外压）b.自重c.风载荷d.地震载荷（13）填料塔中填料的功能是什么？在结构上有什么特点？成功开发出规整填料的意义是什么？答：填料是填料塔的核心内件，它为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面，与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。共同特点：都是具有一定外形结构的颗粒体。意义：规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则，整齐地堆砌的材料，这种填料人为地规定了填料层中气液的流路，减少了沟流

8、和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热传质的效果。1、产生不连续应力的根本原因是总体结构不连续。 它的两个重要特点分别是局部性和 自限性。2、ASME的中文意思是 美国机械工程师学会 ；GB1501998标准的标准名称是GB1501998 钢制压力容器。3、在压力容器分类中，D0/Di小于 1.11.2的是薄壁容器，采用无力矩理论进行分析设计。4、压力容器的不连续应力有局部性和自限性两个特点。5、外压容器的失效形式为压缩屈服失稳和失稳破坏。6、外压容器的失效形式主要是失稳破坏，内压容器的失效形式主要是 。7、薄壁容器的设计采用常规设计方法，厚壁容器采用分析设计方法。8、焊接操作会造成焊缝金属

9、晶体颗粒一次结晶。1、一中压容器，介质为空气，该容器属于（A）类容器。 A一类容器； B.二类容器； C.三类容器； D.无法确定2、在薄壁容器的应力分析中，无力矩理论适用于(A)A.封头与筒体； B.封头与筒体的连接处； C.无不连续效应的地方3、一外压圆柱形容器，两端均采用标准半椭球封头，封头与筒体的有效厚度均为10mm，公称直径为1000mm，筒体加封头直边段长共10000mm，中间无刚性构件。此外压容器属于(B)。(1.17公式)A.长圆筒； B.短圆筒； C.无法确定1、在其它参数相同的前提下，（B）的应力最小。A.半球形封头； B.标准半椭球封头； C.半锥角等于45°的

10、无折边锥封头； D. 半锥角等于45°的有折边锥封头2、一般情况下，压力容器用材料的含碳量为(B) (压力容器所用的碳素钢，其含碳量为0.02%2.11%，一般低于1.35%) 。A.<0.02；B. <0.2； C. 0.20.6； D. > 2.063、厚壁内压圆柱形容器，在内加热的情况下，最大环向应力发生在（A）(书P42表2-1)。A.内壁； B.外壁； C.中面； D；不确定4、在容器的强度理论中，最符合真实情况的是（C）。(书P108图4-1) A.最大拉应力准则； B. 最大剪应力准则； C. 形状改变比能准则D. 中径公式5、一低压容器，介质为CO2

11、，该容器属于（A）类容器。A一类容器； B.二类容器； C.三类容器； D.无法确定1、容器开孔会造成容器强度的削弱，在设计中如何处理？答：尽量减少开孔的数量，尤其要避免开大孔，对容器上已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。2、为什么厚壁容器只能采用有力矩理论进行设计？答：与薄壁圆筒相比，承受压力和温度载荷时，厚壁圆筒所产生的应力不仅有经向应力和周向应力，还应考虑径向应力。厚壁容器的抗弯刚度大，弯曲内力大，不能省略，因此只能采用有力矩理论进行设计。3、压力容器设计中，分析设计和常规设计的区别是什么？适用对象各是什么？答：区别：a.常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷

12、处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热应力。b.常规设计以材料力学和弹性力学中的简化模型为基础，确定筒体与部件中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用范围内，则认为通体和部件安全。c.常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，无法应用于规范以外的其他容器结构和载荷形式，不利于新型设备的开发和使用。 适用对象：常规设计适用于规范内的低中参数压力容器。分析设计适用于常规设计适用范围以外的压力容器，如受变动载荷作用的压力容器、结构或者载荷特殊的压力容器，以及压力高、直径大的高参数压力容器和超过常规设计制造允差的例外情况。4、为什么要对压力容器的应力进行分类？如何分？答：原因：压

13、力容器潜在的危害程度不同。 压力容器发生事故所造成的危害程度差别很大，而决定危害程度的因素又很多，有压力、温度、物料的相态、物料的毒性、易燃易爆性、规模、使用场所等。分类：（1）按设计压力大小分：低压容器（L） 0.1MPap<1.6MPa中压容器（M） 1.6MPap<10MPa高压容器（H） 10MPap<100MPa超高压容器（U） p>100Mpa（2）按用途分：反应器、换热器、分离器和储罐。（3）按安装方式分：固定式和移动式。（4）按安全管理分（按容规分类）分为三类： a.具有下列情况之一的，为第三类压力容器：高压容器中压容器且介质为极度毒性和高度危害中压贮存

14、容器且介质为易燃或中等毒性、 pv10MPa. m³中压反应容器且介质为易燃或中等毒性、pv0.5MPa. m³低压容器且介质为极度毒性和高度危害、 pv0.2MPa. m³高压、中压管壳式余热锅炉中压搪玻璃压力容器使用强度级别较高的材料制造的压力容器(抗拉强度540MPa)移动式压力容器容积大于50m³的球形容器容积大于5m³的低温贮存容器b.具有下列情况之一的，为第二类压力容器：中压容器低压容器且介质为极度毒性和高度危害低压反应器和低压贮存容器，介质易燃或毒性中等低压管壳式余热锅炉低压搪玻璃压力容器除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。 5、请分别说明温度和焊接操作对压力容器用钢材的性能的影响。答：温度：金属在常温或者低温下发生应变强化现象，采用应变强化技术，可以显著提高奥氏体不锈钢的许用应力，降低容器重量。同时经冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢出现应变时效，冲击功大幅度下降，表现出常温下的脆化。焊接：焊接接头的焊缝金属温度高，温差大，偏析严重，组织差别大，焊接接头区域产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷，影响钢材的力学性能