《化工设备设计基础》复习

1、化工设备设计基础复习1工程力学基础1. 强度:构件抵抗破坏的能力2. 刚度:构件抵抗变形的能力3. 稳定性:构件保持原有平衡形态能力4. 强度性能:抵抗破坏的能力,用s和b表示弹性性能:抵抗弹性变形的能力,用E表示塑性性能:塑性变形的能力,用延伸率和截面收缩率表示 5. 什么叫强度?直杆拉伸或压缩时的强度条件是什么?6. 低碳钢的拉伸试验中,从开始加载至断裂经过哪几个阶段?7. 钢材的机械性能主要包含哪些指标?8. 工程设计中有哪几种常用的强度理论?9. 材料破坏有哪几种主要形式?2化工设备设计1. 内压薄壁圆筒设计1 什么叫强度失效准则?2 什么叫腐蚀余量?腐蚀余量与哪些参数有关?3 为何引

2、入焊缝系数?焊缝系数与哪些参数有关?4 内压薄壁容器设计中,有几种壁厚名称?这些壁厚的含义是什么?这些壁厚之间的大小关系如何?5 水压试验的目的是什么?容器如何进行压力试验?6 如何确定水压试验的试验压力?对立式容器的卧置做水压试验时,其试验压力又如何确定?7 水压试验的强度校核公式2. 外压容器设计1 什么是外压容器?2 什么叫临界压力?临界压力与什么因素有关?3 什么叫计算长度?4 什么叫长圆筒?什么叫短圆筒?5 什么叫失稳?外压容器的稳定性条件是什么?6 设置加强圈的目的是什么?加强圈的类型有哪些?3. 压力容器开孔与接管1 开孔补强的目的是什么?2 等面积补强法的设计原则是什么?3 在

3、内压薄壁圆筒上开一椭圆孔,椭圆孔的长轴应如何放置?为什么?4. 容器零部件标准的选用1 法兰联结结构一般是由哪三个部分组成?2 法兰的公称压力与哪些因素有关?3 鞍座有哪些型式?4 一台卧式容器的鞍座型式如何选择?为什么?5. 化工设备设计的基本要求1 安全可靠:材料的强度高、韧性好;材料与介质相容;结构有足够的刚度和抗失稳能力;密封性能好2 满足过程要求:功能要求;寿命要求(高压容器:20年,塔、反应设备:15年3 综合经济性好:生产效率高、消耗低;结构合理、制造方便、结构紧凑;易于运输和安装4 易于操作、维护和控制:操作简单、可维护性好和可修理性好、便于控制5 优良的环境性能:防污染、防噪

4、声等6. 压力容器的一般分类方法常见的按下列等进行分类1 压力大小2 用途3 受压方式4 制造方法5 壳体结构形式7. 失效的最终表现形式:泄漏、过度变形和断裂。设计时,应先确定容器最有可能发生的失效形式,选择合适的失效判据和设计准则,确定适用的设计规范标准,再按规范标准要求进行设计和校核。8. 失效设计准则分类1 强度失效设计准则(弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、弹塑性失效设计准则、疲劳失效设计准则蠕变失效设计准则、脆性断裂失效设计准则2 刚度失效设计准则3 稳定失效设计准则4 泄漏失效设计准则9. 公称直径DN表示,单位mm用钢板卷制成的筒体,DN为内径用无缝钢管制作

5、的筒体,DN为外径注意:设计时,应将工艺计算初步确定的设备内径,调整为符合表2-3或表2-4所规定的公称直径。10. 公称压力PN表示,单位MPa11. 容器及管道的操作压力经标准化以后的压力承压设备标准名录6 GB 150-1998 钢制压力容器7 JB 4710- 2000(92钢制塔式容器8 JB 4731-2000 钢制卧式容器9 GB 151-1999 管壳式换热器10 JB/T 4715- 92 固定管板式换热器型式与基本参数11 JB/T 4714- 92 浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数12 JB/T 4717- 92 U型管式换热器型式与基本参数13 JB/T 4722-9

6、2 管壳式换热器用螺纹换热管基本参数与技术条件12. 有力矩理论壳壁虽薄,但仍有一定厚度和刚度,故除拉应力外,还存在由弯矩引起的弯曲应力。13. 无力矩理论假定壳体很薄,其断面不能承受弯矩,壳体中只有拉或压应力,不存在弯曲应力14. 微体平衡方程 15. 区域平衡方程 16. 试解释椭形人孔的短轴总与筒体纵轴平行的原因?17. 筒体强度计算1 据失效准则:2 焊接因素:3 计算壁厚:4 设计壁厚:5 腐蚀余量6 名义壁厚:7 钢板负偏差示向上圆整至钢板标准规格厚度8 有效壁厚:9 最小壁厚: 18. 设计参数确定1 设计压力P2 设计温度3 焊缝系数4 许用应力5 壁厚附加量19. 外压圆筒设

7、计 Pcr与什么因素有关?1 与材质有关(E2 与粗细有关(Ø 3 与长短有关(L失稳的实质:是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡临界压力:Pcr的数值与筒体的几何尺寸、材质及结构有关,是每个容器固有的。这种关系是怎样的? 3化工设备常用材料1 金属材料中碳,硫,磷,锰,硅对材料性能各有何影响?2 什么叫热处理?什么叫调质处理?3 碳钢按质量如何分类?碳钢的牌号如何规定?4 指出Q235B中各符号的含义?指出20R中各符号的含义?5 合金钢按用途如何分类?6 指出0Cr18Ni9Ti及16MnR中各符号的含义?4塔设备1 外压操作的塔设备,最大组合轴向

8、拉应力应出现在什么工况?什么风面?2 塔设备设计时,除了有操作压力作用外,还应考虑哪些载荷的作用?3 填料塔常用液体分布装置主要有什么?4 按照传热方式的不同,换热设备的分类5 管壳式换热器结构型式6 载荷以不同方式作用于杆件会产生不同变形,杆件变形的基本方式7 低碳钢材料在拉伸时,弹性阶段应力与应变成正比,该比例常数称为什么?8 工程上塑性指标通常指什么?9 设备选材时必须考虑的加工工艺性能主要指标10 设备材料的普通热处理的分类11 卧式容器支座主要形式12 立式容器支座主要形式13 塔设备按其结构特点分类可分为几类?14 反应釜搅拌器主要类型 15 试分析内压薄壁容器设计中，常用的几种壁

9、厚之间的大小关系。 16 试分析 0Cr18Ni9Ti 中各字母和数字的含义。试分析 16MnR 中各字母和数字的含义 17 设备设计的失效准则有哪些？ 18 圆筒型外压容器的临界压力与哪些因素有关？ 19 塔设备设计时，除了有操作压力作用外，还应考虑哪些载荷的作用？ 20 压力容器常见的封头有哪些形式？排出其受力的由好至差的顺序。 5 计算题 1. 筒体内外压设计：夹套反应釜，内外压计算确定反应釜釜体壁厚.参见课件 夹套反应 釜 例题 2. 容器内压校核：长期闲置的反应釜体，不知道其为双面焊接还是单面焊接以及对接焊 缝是否作过检验。 今欲用其承受一定的内压， 介质有弱腐蚀性， 试判断该反应釜

10、是否能用。 参见习题 3. 容器外压校核：校核容器容器能否承受某一外压？ 如不能承受， 应加几个箍？ 下面题目供参考 压力容器基础知识考试题 一、判断题 1 压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造，均应严格执行 压力容器安全技术监察规程的规定。 （ ） 2 内压圆筒强度计算公式的理论依据是第一强度理论。 （） 3 压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ） 4 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。（） 5 材料抗拉强度 sb>540MPa 的钢制压力容器的 C、D 类焊缝必须进行磁粉或渗透探伤 检查。 （） 6 对

11、易燃或 II、III 级毒性的介质，选用管法兰的公称压力不得低于 1MPa。（） 7 公称直径大于等于 250mm 接管的对接焊接接头须 20无损探伤。 （×） 8外压容器因开孔削弱，所须补强面积比内压容器开孔削弱所须的补强面积 大。 （× ） 9 金属温度是指受压元件内表面的最高温度。 （× ） 10压力容器的补强圈，应至少设置一个直径不小于 M6 的泄漏信号指示孔。（） 11压力容器设计中，将主要受压元件材料选错，属设计技术性错误。 （×） 12悬挂式支座设计时仅须考虑重量载荷。 （×） 13工作压力系指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的

12、最高压力。 （ ） 14低温容器是指工作温度低于或等于-20的容器。 （×） 15外压容器圆筒体的不圆度是造成其失稳的主要原因。 （） 16压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ） 17换热器的接管法兰在设计温度>300，必须采用整体法兰。 （） 18裙座壳的有效有效厚度应不小于塔器的圆筒有效厚度。 （） 19GB151-89 规定当换热管为 U 型管时，U 型管的直管长度即为公称长度。（ ） 20压力容器专用钢板的磷含量不应大于 0.03，硫含量不应大于 0.02。（） 二、填空题 1、 GB150-1998 适用于设计压力不大于 3

13、5 MPa，不低于 0.1MPa 的钢制压力容器的设 计、制造检验和验收。GB150-1998 管辖范围是设计压力不大于 35 Mpa 不低于 0.1MPa 及 _真空度0.02MPa。 2、 GB151-1999 适用的换热器参数是_ DN2600mm，PN35MPa，PN*DN1.75×10 4。换热器与管板的连接形式有 固定管板_，_浮头式_，U 型管板和填料函_。 3、 压力容器的压力试验目的是检验容器的宏观强度和致密性能，内压容器的液压试验 压力为 Pt=1.25Pd X /t，液压试验圆筒的强度条件 t0.9s (0.2。 4、 标准椭圆型封头的有效厚度不小于 3mm 主

14、要原因是保证标准椭圆型封头的刚度要 求。 5、 焊接接头系数 应根据受压元件焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。 6、 介质的毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进 行气密性试验。 7、 JB4710-92钢制塔式容器标准适用于高度大于 10m 米，且高度与平均直径之比 大于 5 的裙座自支承钢制塔器。不适用于 a）带有拉牵装置的塔式容器 b） 有操作平台联成一体的排塔或塔群。C）带有夹套的塔式容器。 8、 奥氏体不锈钢板许用应力值有两项，一项高值，一项低值，高值适用于允许产生微 量永久变形之元件(如筒体，低值适用于不允许产生微量永久变形之元件(如设备法兰等。 9

15、、 压力容器壳体上的开孔形状应为_圆形_，_椭圆形_或_长圆形_。 10 设计锥行封头时，封头大端当锥壳半锥角 30° 时，应采用带过渡段的折口边结构，否 则应按应力分析的方法进行设计。 三、问答题 1、 GB150-1998 对压力容器壳体开孔补强的孔径有什么限制？为什么？ 答：见 P92 页 8.2 条 容器孔边应力集中的理论分析是借助于无限大平板上开小圆孔为基础的。但大开孔时，除 有拉（压）应力外，还有很大的弯曲应力，且其应力集中范围超出了开小孔时的局部范围， 在较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。因此，小开孔的理论分析就不适用了。 2、 容规中符合哪些条件的压力容器为第二类压

16、力容器？ 答：P4 页 6.2 条 3、 换热器管箱在什么情况下要进行热处理？为什么？ 答：碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过 1/3 圆筒内 径的管箱，应进行焊后热处理。设备法兰密封面热处理后精加工。 因为热处理使得设备法兰较大变形得以恢复，充分保证了设备法兰的密封性。 4、 换热器的级别在 GB151 中是如何划分的，在设计、制造上有何不同？ 答： 以壳程和管程中最高级别的划分作为换热器级别的划分。 可以按照管程和壳程的具体实 际级别分别进行设计和制造。 5、 应力腐蚀的主要因素是什么，哪些介质可引起碳素钢和低合金钢应力腐蚀？ 答：拉应力和腐蚀介质（环境）存在。 NaOH，湿 H2S，液氨, 高温高压氢腐蚀环境 6、 有一带夹套的设备，内筒最高工作压力为真空度 200mmHg（0.03MPa），夹套内的 最高工作压力为 0.4MPa，材料均为 Q