过程设备设计

1、名词解释：1. 机械密封 / 端面密封 ：是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相 互贴合，并做相对运动达到密封的装置。2. 临界压力 ：壳体失稳时所能承受的相应外压力，称为临界压力，用Pcr 表示。3. 自紧密封 ：依靠容器内部的介质压力压紧密封元件实现密封的形式。4. 等面积补强 ：壳体因开孔削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离 范围内予以等面积补偿。5. 应力集中系数 ：受内压壳体与接管连接处最大应力与壳体不开孔时环向薄膜 应力之比，用 Kt 表示。6. 自增强 ：通过超工作压力处理，由筒体自身外层材料的弹性收缩引起的残余 应力，使工作时应力分布趋于均匀，提高屈

2、服承载能力的措施。7. 焊接接头系数 ：焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度的受消弱程度。8. 一次应力 ：求得的薄膜应力与相应的载荷同时存在，平衡外加载荷引起的应力，随外载荷 的增大而增大。9. 二次应力 ：在两壳体连接边缘处切开后，自由边界上受到的边缘力和边缘力矩作用时的有 力矩理论的解，求得的应力称二次应力。10. 预紧密封比压 ：预紧时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件， 单位面积上所需的最小压紧力。称为预紧密封比压。11. 第一曲率半径 ：回转壳体经线上某一点的曲率半径，称为第一曲率半径。第二曲率半径 ：壳体中面上所考察的任意一点到该点法线与回转轴交点之间的长度。12.

3、 分析设计 ：对容器在不同部位、由不同载荷引起的、对容器失效形式有不同影响的应力 加以不同的限制的设计方法，称做分析设计方法。13. 设计压力 ：是指设定的容器顶部的最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件， 其值不得低于工作压力。14. 工作压力 ：指容器在正常工作过程中顶部可能产生的最高压力。15. 计算压力 ：是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液 柱静压力。16. 临界转速 ：当搅拌轴的转速达到轴自振频率时会发生强烈震动，并出现很大弯曲。17. 无力矩理论 ：当薄壳的抗弯刚度非常小，或者中面的曲率、扭转改变非常小时，弯曲内 力很小。这种省略弯曲内力的壳体

4、理论。18. 有力矩理论 ：在壳体理论中，若同时考虑薄膜内力和弯曲应力。19. 不连续应力 ：由于这种总体结构不连续，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边缘效应或不连续效应。 由此引起的局部应力称为不连续应力或边缘应 力。20.热应力 ：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。21.残余应力 ：当厚壁圆筒进入弹塑性状态后，这时若将内应力Pi 全部卸除，塑性区因存在残余变形不能恢复原来尺寸， 而弹性区由于本身弹性收缩， 力图恢复原来的形状， 但受到塑 性区残余变形的阻挡， 从而在塑性区中出现压缩应力， 在弹性区内产生拉伸应力， 这种自平 衡的应力

5、就是残余应力。把这种卸载后保留下来的变形称为残余变形。22.薄壁圆筒 ：对于圆柱壳体，若外直径与内直径的比值(Do/Di)max<=1.11.2.23 回转薄壳 ：中面由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转360。而成的薄壳称为回转薄24 外压壳体的失稳 /屈曲 ：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。25 临界长度 ：对于给定的 D 和 t 的圆筒，有一特征长度作为区分 n=2 的长圆筒和 n>2 的短 圆筒的界限，此特性尺寸称为临界圆筒。26 临界风速 ：塔产生共振时的风速。27 饱和蒸汽压

6、：是指在一定温度下，储存在密闭容器中的液化气体达到汽液两相平衡时， 气液分界面上的蒸汽压力。28 强度胀 ：是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。29 密封焊 ：是指保证换热管与管板连接密封性能的焊接，不保证强度。30 贴胀 ：是指为消除换热管与管孔间的间隙并不承担拉脱力的轻度胀接。31 流化床反应器 ：流体以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流 动的主题流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置。32 圆筒全屈服压力或极限压力 ：假设材料为理想弹塑性，承受内压的厚壁圆筒，当筒壁达 到整体屈服状态时所承受的压力。33 卸载定理 ：以载荷的改变量为假想载

7、荷，按弹性理论计算该载荷所引起的应力和应变， 此应力和应变实际是应力和应变的改变量。 从卸载前的应力和应变减去这些改变量就得到卸 载后的应力和应变。34 塑性变形 /永久变形 ：当载荷卸除后能够恢复的变形为弹性变形，载荷卸除后不能够恢复 的变形称为塑性变形或永久变形。35 应变时效 ：在较高温度下停留一定时间后，会出现强度和硬度提高，塑性和韧性降低的 现象。36 焊后热处理 ：利用金属在高温下屈服强度的降低，使内应力高的地方产生塑性流变，从 而达到消除或者降低焊接残余应力目的一种热处理，属去应力退火。37 名义厚度 ：指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即标注 在图样上

8、的厚度。简答1. 提高屈服承载能力的措施 ：a对圆筒施加外压的方法有多种，最常用的是采用多层圆筒结 构；b将厚壁圆筒在使用之前进行加压处理，使其内压力超过初始屈服压力。2. 降低局部应力的措施：a合理的结构设计：减少两连接件的刚度差；尽量采用圆弧过渡；局部区域补强；选择合适的开孔方位。B减少附件传递的局部载荷 C尽量减少结构中的缺陷。3. 减小轴端挠度、提高搅拌轴临界转速的措施 ：缩短悬臂段搅拌轴的长度；增加轴径；设置 底轴承或中间轴承；设置稳定器4. 影响搅拌功率的因素：搅拌器的几何尺寸与转速：搅拌器直径、桨叶宽度、桨叶倾斜角、 转速、单个搅拌器叶片数、搅拌器距离容器底部的距离等；搅拌容器的

9、结构：容器直径、液 面高度、挡板数、挡板宽度，导流筒的尺寸等；搅拌介质的特性：液体的密度、黏度；重力 加速度。5. 塔设备共振的危害：轻者使塔产生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操 作，重者使塔设备导致严重破坏，造成事故。6. 简述塔设备的振动原因及防振措施：原因：由于风载荷作用产生沿着风力方向的振动和垂直风力方向的振动（诱发振动），主要是诱发振动。当塔的固有频率与卡曼涡街的频率相 等时，塔体即产生振动。防振措施：塔在操作时激振力的频率不得在塔体第一振型固有频率的0.851.3倍范围内，即不得在如下范围内：0.85fci ： fv ：1.3fci如在范围内，应采取如下措施：1增大

10、塔的固有频率；2增大塔的阻尼3采取扰流装置7. 无理拒理论应用条件：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、弯矩和转矩作用；壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界角度和挠度。8. 弹性模板的小挠度理论：a板弯曲时其中面保持中性 b变形前位于中面法线上的各点，变 形后仍位于弹性曲面的同一法线上， 且法线上各点间的距离不变 c平行于中面的各层材料互 不挤压。9. 减少轴端挠度、提高搅拌轴临界转速的措施：a缩短悬臂段搅拌轴的长度 b增加轴径c设 置底轴承或中间轴承 d设置稳定器10机械密封的结构：它由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置

11、、固定在设备上的静环以及辅 助密封圈组成。当转轴旋转时，动环和固定不动的静环紧密接触，并经轴上弹簧压紧力的作用，阻止容器内介质从接触面上泄漏。A点是动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用O形环，B点是动环与静环作相对旋转运动时的端面密封，属动密封，是机械密封的关键。 两个密封端面的平面度和粗糙度要求较高，依靠介质的压力和弹簧力使两端面保持密紧接 触，并形成一层极薄的液膜起密封作用。C点是静环与静环座之间的密封，属静密封。D点是静环座与设备之间的密封，属静密封11机械密封工作原理：动环和静环之间的摩擦面称为密封面。密封面上单位面积所受的力称为端面比压，它是动环在介质压力和弹簧力的共同作用下，紧

12、压在静环上引起的，是操作时保持密封所必须的静压力。端面比压过大，将造成摩擦面发热使摩擦加剧，功率消耗增加，使用寿命缩短；端面比压减小，密封面因压不紧而泄漏，密封失效。12根据结构特点，管壳式换热器有哪几种主要类型？如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用何种类型的换热器，说明选型的理由。管壳式换热器可分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式、釜式重沸器。如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用U型管式换热器。因为U型管式换热器能够很好的清除由于管壳壁温差所引起的应力，且U型管式换热器便于清洗壳程。 U型管式换热器只有一个固定的管板，管子受热时可以自由膨胀，不影响

13、壳程，故能很好的清除管壳 壁温差引起的热应力，同时也便于清洗壳程，也能承受较高的管程压力。13请绘出一种机械密封结构简图指出该结构可能存在的泄漏点。14搅拌轴轴径确定的依据 （1）扭转变形（2）临界转速（3）扭距和弯矩联合作用下的强度（4 ）轴封处允许的径向位移15按传热方式或热传递原理进行分类，换热设备有哪几种主要形式，各有什么特点？（1）直接接触式换热器：它是利用冷热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器；（2）蓄热式换热器：它是借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器；（3）间壁式换热器：它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔 开，互不接触，

14、热量通过间壁由热流体传递给冷流体；（4）中间载热体式换热器：它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。16搅拌轴轴径确定的依据。（1）扭转变形（2）临界转速（3）扭距和弯矩联合作用下的强 度（4）轴封处允许的径向位移填空1选择压力容器用钢的焊接材料时：力学性能，抗拉强度2一般来说容器热处理的目的（作用）分为四种 焊后热处理、恢复力学性能热处理、改善力学性能热处理、消氢热处理。3管壳式换热器换热管与管板连接的详细划分有强度焊、强度胀、强度焊加贴胀和强度胀加密封焊四种。4换热管的排列形式主要是：正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形，不小于1.25倍。5目前提高奥氏体不锈钢抗

15、晶间腐蚀能力的措施大致有固溶化处理、降低钢中的含碳量、添加稳定碳化物的元素6厚壁筒体三个应力中，环向应力、径向应力7焊接接头系数应根据受压元件的焊接接头形式无损检测的长度比例8整体补强的型式有增加壳体的厚度、厚壁管、整体锻件。9低温低应力工况系 指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于或等于-20C ,小于或等于钢材标准常温屈服点的 1/6 ,且不大于50MPa10焊接接头与焊缝不同之处时：焊接接头是一焊缝、熔合区 热影响区 焊缝金属。11咬边的危害是：破坏了焊接的连续性、降低了焊接接头的力学性能、引起应力集中。12卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应 水平上下；垂直左右；通液口 。13

16、GB151标准推荐的三种防短路结构有：旁路挡板;挡管;中间挡板。14换热器的I级管束是指采用有色金属管和不锈钢管、高精度等级II普通精度等级15容器用钢在与温度200 C应考虑氢腐蚀问题。16GB150规定仅适用于锥壳半锥角a w 60°的轴对称无折边锥壳或折边锥17外压计算中，只有当加强圈有足够大的_惯性矩时，才能改变圆筒的外18 GB150规定凸形封头或球壳的开孔最大直径d< 0.5Di。佃GB150规定锥壳与筒体的连接应采用全焊透结构。20 GB150规定若条件许可推荐以厚壁管 代替补强圈补强。21法兰密封面主要有平形、凹凸、榫槽三种，其中后两种密封性能优22内压筒体壁厚

17、计算公式适用于单层、多层、热套筒体的计算。当法兰的径向应力 d R超过许用值时： 厚度 进行调节，而增加 锥颈 厚度23椭圆封头在外压下的稳定是针对封头的球面部分 考虑的，按 当量球壳0.924垫片系数是针对法兰在操作状态下：密封 压力；大。25最大允许工作压力是根据容器壳体的有效厚度；最小值。26设计锥形封头时，封头大端当锥壳半锥角_a > 30°时，采用折边锥形27对于压力容器锥壳：锥体半顶角a匕45无折边结构a > 45带过渡段的折边结构。28 GB150标准管辖的容器，其范围是指壳体及与其连为整体的受压零29有防腐要求的不锈钢容器，表面需做酸洗、钝化处理。30壳体

18、上的开孔应为 圆形、椭圆形或长圆形。2.0 。31低温压力容器的结构设计要求均应有足够柔性；约束；温度；高应力；圆角。32低温压力容器的支座需设置垫板，不得直接焊在壳体上。33外压及真空容器的主要破坏形式是稳定性失效；低温破坏形式是脆性破坏。34容器上凡被补强圈、支座、垫板35壳体加工成形后的最小厚度，应不包括腐蚀裕量 。36焊接街头由 焊缝、熔合区、热影响区 三部分组成。37坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂 等缺陷。38不等厚钢材对接若超过GB150中规定的厚度差时， 可采用如下处理方式：单面削薄厚板边缘，双面削薄厚板边缘；堆焊方法。39带颈法兰应采用热轧 或 锻件加工。40锻件法兰应经正火或完全退火热处理。41膨胀节设计的关键两点是有足够的强度和必要的挠性。42凸形封头的成形方法有冲压及旋压。43在压力容器制造中，焊接接头表面不得裂纹、未焊透、未熔合和气孔44标准抗拉强度下限值大于540Mpa ; _磁粉 或 渗透探伤。45在采用钢板制造带颈法兰时，圆环全焊透结构型式，焊后进行 热处理及100%射46管壳式换热器壳程圆筒的最小厚度除满足压力容器制造工艺、运输和安装要求外，还要 考虑抽装管束和重叠组装；大。47换热器主要组合有前端管箱、壳体、一包括管束和后端结构三部分。48当换热器接管设计温度高于或等于300C时，应采用 对焊法兰。49强度胀中开