化工机械设备模拟题2key

本文格式为Word版，下载可任意编辑——化工机械设备模拟题2key一、填空

1.金属材料常用的两个强度指标分别是屈服点σs和抗拉强度σb。2.铁碳合金的基本组织为铁素体F，奥氏体A和渗碳体C。

3.按要求各写出一种常用的钢号：压力容器专用的普通碳素钢Q235-AR/Q235-BR

/Q235-CR，优质碳素锅炉钢20g，低合金容器钢16MnR/15MnVR/18MnMoNbR，铬

镍不锈钢0Cr18Ni9/0Cr18Ni10Ti。

4.以下符号分别代表金属材料的哪些性能指标：HB布氏硬度，?延伸率，?断面收缩率，??冲击韧性。

5.对于中、低压薄壁容器，目前采用的强度设计准则为弹性失效设计准则，在该设计准则下，其强度安全条件是设计温度下的计算应力小于等于材料在设计温度下的许

用应力乘以焊缝系数/σt≤[σ]tφ。

6．一盛装液化气的容器，顶部装有安全阀，最高使用温度为50℃，已知该液化气在50℃时的饱和蒸气压（绝压）为2.07MPa，确定该容器的设计压力p=_2.07～

2.17MPa；水压试验压力pT=_2.59～2.71_MPa。

7．高压容器的压力范围10≤P＜100MPa，高压容器属于三类压力容器，其焊接接头结构应采用双面焊对接接头的形式，对焊缝的无损检测长度比率应为100%。这种容器设计时焊缝系数Φ应取1。

8.外压圆筒设置加强圈，其作用是将长圆筒转化为短圆筒，以提高外压圆筒的临界压力。

9.造成法兰联接密封失效的主要途径及方式是密封面泄漏，为了达到预期的密封效果，在中、低压容器中常采用的法兰密封面形式为平面型密封面，凹凸型密封面和榫槽型密封面。

10.双鞍式支座中，其中一个为F型称为固定支座，另一个为S型称为活动支座，二者结构上的区别是底板的螺栓孔F型为圆孔，S型为长圆孔。11.固定管板式换热器中，管子与壳体产生温差应力的主要原因是管壁与壳壁存在温度差和管子与壳体是刚性连接的。在固定管板式换热器的壳体上装设膨胀节可以部分地减小温差应力。

12.塔体设计时的轴向应力包括：计算压力引起的轴向应力?1；操作或非操作时重量载荷及垂直地震力引起的轴向应力?2和最大弯矩引起的轴向应力?3；其中最大弯矩包括：风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩之和。

13.以下符号分别代表金属材料的哪些性能指标：?b抗拉强度，?s屈服点，

E弹性模量，??冲击韧性。

14.碳素钢钢板，其屈服点?S随温度的升高而降低、随钢板厚度的增大而降低。15.薄壁圆筒承受内压时，其环向应力是经向应力的两倍，因此，筒体上的径向焊缝比环向焊缝更简单产生破坏。

16.高压容器的压力范围10≤P＜100MPa，高压容器属于三类压力容器，其焊接接头结构应采用双面焊对接接头的形式，对焊缝的无损检测长度比率应为100%。这种容器设计时焊缝系数Φ应取1。

17．按要求各写出一种常用的钢号：铬镍不锈钢0Cr18Ni9/0Cr18Ni10Ti，低合金容器钢16MnR/15MnVR/18MnMoNbR，优质碳素锅炉钢20g，压力容器专用的普通碳素钢Q235-AR/Q235-BR/Q235-CR。

18.在容器壁厚设计的各阶段，以下符号所代表的厚度名称分别是：S计算厚度、Sd设计厚度、Sn名义厚度、Se有效厚度。

19.各种凸形封头，从受力角度讲，球形封头受力最好；从制造角度讲，碟形/椭圆形封头较易加工。

20.有一卧式蒸汽罐，装有安全阀，最高工作压力1MPa，工作温度250℃，确定罐的设计压力1.05～1.1MPa，计算压力1.05～1.1MPa，罐的水压试验压力1.31～1.375???/???tMPa。

21.中、低压容器法兰常见的密封面形式有平面密封面、凹凸型密封面和榫槽型密封面。其中榫槽型密封面的密封效果好，可用在易燃、易爆、有毒的介质，以及压力较高的场合。

22.双鞍式支座中，其中一个为F型称为固定支座，另一个为S型称为活动支座，二者结构上的区别是底板的螺栓孔F型为圆孔，S型为长圆孔。23.换热器的管子与管板若采用胀接的方法连接，则要求管板材料的硬度比管子材料的要高，目的是避免在胀接时管板产生塑性变形影响胀接的紧凑性。而在管子与管板连接接头处产生的拉脱力是由介质压力和温差应力联合作用的结果。

24.塔设备设计中，需要进行稳定性和强度校核的危险截面有塔体和裙座连接处的2－2截面；裙座上开人孔处的1－1截面；设备的基底0－0截面。

二、判断题对者画“√〞，错者画“×〞（每题1分，共15分）1.由于普通碳素钢在较高温度下，抗氧化腐蚀性能和强度都变得很差。所以，碳钢大都只能用在400?C以下的温度场合。（√）

2．同一种材料的使用温度的降低或板厚的减薄,其许用应力值可提高些。（√）

3.碳素钢中的含碳量越高，钢的强度及硬度越高，因此压力容器应尽量采用高碳钢，可使壁厚减薄。（×）

4．三类压力容器失效时的危害程度比二类压力容器的高。（√）

5.边缘应力虽然具有较高的峰值应力，但它经过一个周期后就明显地衰减了。（√）

6．锥型壳的大端应力最大，顶点应力为零,若开孔则最好开在小端。（√）7.焊接接头系数?的大小只取决于对焊缝的检测数量、检测等级、与焊接接头型式无关。（×）

8.容器的焊缝分A、B、C、D四类，其中A类焊缝受力比B类焊缝的大一倍，C、D类焊缝应力小好多可忽略。（×）9．内压容器只要一有压力，就是三类容器。（×）

10.设计某钢制外压容器时，若采用普通碳素钢板满足不了设计要求，则可采用高强钢板。（×）

11.法兰联接中，长颈对焊法兰比平焊法兰的刚度大，因此，长颈对焊法兰适用于较高压力场合。（√）

12．短圆筒的临界压力，除与圆筒材料弹性模量和圆筒的壁厚与直径之比有关，还与圆筒的长径比有关。（√）

13.列管换热器管子与管板连接无论采用焊接或是胀接方法，都要验算拉脱力。

（×）14.任何形式换热器的换热管与壳体间都有温度差但不一定会产生温差应力。（√）

15．尽管塔设备的裙座上并不存在由操作压力产生的应力，但也必需对裙座进行强度和稳定性校核。（√）

16.碳素钢中的含碳量越高，钢的强度及硬度越高，因此压力容器应尽量采用高碳钢，可使壁厚减薄。（×）

17．选用不锈钢材质的压力容器，对任何介质都不需考虑腐蚀问题。（×）18．同一种材料的使用温度的提高或板厚的增加，其许用应力值降低。（√）19.三类压力容器失效时的危害程度比二类压力容器的高。（√）20.焊接接头系数?的大小只取决于焊接接头型式、与检测数量、检测等级无关。（×）

21.受内压的椭圆形封头顶点处的经向应力最大。（√）

22.容器的焊缝分A、B、C、D四类，其中A类焊缝受力比B类焊缝的大一倍，C、D存在着比A、B大好多的焊接剩余应力，检验时要给以重视。（√）23.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。（√）

24.压力容器水压试验的目的是为了检验容器的宏观强度和有无渗漏现象。（√）25.采用高强度钢板制造外压容器可以提高其临界压力。（×）

26.长圆筒的临界压力仅与圆筒材料的弹性模量和圆筒的壁厚与直径之比有关，而与圆筒的长径比无关。（√）

27．法兰的刚度与强度对保证密封的可靠性，具有同等重要的意义。（×）28.受内压的锥形封头，最大应力出现在锥体的大端，且锥角愈大应力值愈大。（√）

29.任何形式的换热器换热管与壳体间都有温度差，因而必然会产生温差应力。（×）

30．塔设备的裙座上并不承受介质压力，也就不会产生应力，所以对裙座进行强度和稳定性校核是不必要的。（×）三、选择题（共6分）

1.选择锅炉分汽缸的材质。工作压力0.8MPa，工作温度为200℃。（C）A.3Cr13B.Q235-AFC.20RD.QT450-12.圆柱壳与椭球壳连接点处（赤道圆）应力发生突变，原因是：（A）A.该回转壳体的第一曲率半径发生突变

B.连接点处有赤道圆C.该回转壳体的其次曲率半径发生突变

3.选择反应器筒体的材质。工作温度为450℃，工作压力为2.0MPa。(B）A.QT450-1B.14Cr1MoRC.3Cr13D.20g4.为一台反应器选择材质。介质：N2、H2，工作温度500℃，工作压力为1.5MPa。（A）

A.0Cr18Ni10TiB.Q235-AFC.20D.16MnR

5.为一低温储罐选择筒体的材质。工作温度为-60℃，工作压力为2.0MPa。(A）A.09MnNiDRB.16MnRC.3Cr13D.18MnMoNbR6.圆柱壳与圆锥壳连接点处应力发生突变，原因是：（B）

A.该回转壳体的第一曲率半径发生突变

B.该回转壳体的其次曲率半径发生突变C.连接点处有焊缝四、简答题

1.（4分）说明以下四种管板与壳体联接结构的焊缝属于哪类焊缝，指出适用的压力范围及对介质腐蚀状况的优缺点？

（a）（b）（c）（d）（a）角焊缝≤1.0MPa筒体壁厚＜10㎜，有间隙腐蚀可能，强度低；

（b）角焊缝≤1.0MPa筒体壁厚＜10㎜，有间隙腐蚀可能，强度高；（c）对接焊缝，≤4.0MPa，有间隙腐蚀时采用；

（d）对接焊缝，≤4.0MPa，无间隙腐蚀时采用；

2.（6分）将以下钢的热处理工艺、热处理名称及热处理的目的填上相应的连线。

随炉冷却淬火细化晶粒、改善机械性能、消除剩余应力空气中冷却退火提高硬度、强度和耐磨性

水中冷却正火降低硬度、改善机械性能、消除剩余应力

3.（5分）将以下钢材的牌号用线连到对应的种类上

优质碳素钢15MnVR不锈耐酸钢0Cr13低合金结构钢Q235-C普通碳素钢0Gr18Ni9铁素体不锈钢204.写出设备法兰名称（3分）

长颈对焊法兰乙型平焊法兰甲型平焊法兰

5．（4分）分别回复以下四种管子与管板联接结构形式有什么优缺点？

（a）管板孔不开坡口，连接强

度差；适于低压、管壁较薄时

（b）管板孔开坡口，连接强

度好；较常采用

（c）管端部不伸管板，焊接质

量不易保证，适合立式，要求管程介质须排净

（d）管孔四周开沟槽，降低管

子和管板间焊接应力

6.（5分）将以下钢材的牌号用线连到对应的种类上

Q235-B不锈耐酸钢18MnMoNb优质碳素钢

20g低合金结构钢1Gr18Ni9Ti低合金结构钢

16MnR普通碳素钢

7.（6分）图示换热器名称：填料函式换热器

（1）管程的程数两管程；

（2）此设备上有几块设备法兰五块；（3）设计时是否应计算管子拉脱力否；

（4）管程的右端管箱与壳体之间是靠什么结构连接的填料函滑动连接。（5）指出设备中的四个编号零部件名称：

①管箱分程隔板②管板③折流板④换热管。

五、计算题

1、（8分）已知外压操作的塔设备，操作状态下的介质压力引起的轴向应力?1＝－20MPa，自重载荷引起的轴向应力?2＝－30MPa，弯矩引起的轴向应力?3＝±70MPa。

（1）求出操作状态下的组合轴向拉、压应力（写出计算过程）；（2分）（2）按比例作出每种应力的应力图和操作状态下的组合应力图；（4分）（3）指出可能出现的最大组合轴向拉、压应力发生在什么时刻、什么位置。

（2分）

风向

?1=-20MPa?2=-30MPa?3=±70MPa?组

（1）?组拉=?1+?2+?3=-20-30+70=20MPa?组压=?1+?2+?3=-20-50-70=-140MPa

（3）最大组合拉应力出现在停车时设备的迎风面；最大组合压应力出现在操作时设备的

背风面；

2、（8分）已知内压操作的塔设备，操作状态下介质压力引起的轴向应力?1＝60MPa，自重载荷引起的轴向应力?2＝－50MPa，弯矩引起的轴向应力?3＝±40MPa。

（1）求出操作状态下的组合轴向拉、压应力（写出计算过程）；（2分）（2）按比例作出每种应力的应力图和操作状态下的组合应力图；（4分）（3）指出可能出现的最大组合轴向拉、压应力发生在什么时刻、什么位置。（2分）

风向

?1=60MPa?2=-50MPa?3=±40MPa

?组

（1）?组拉=?1+?2+?3=60-50+40=50MPa

?组压=?1+?2+?3=60-50-40=-30MPa

（3）最大组合拉应力出现在操作时设备的迎风面；

最大组合压应力出现在停车时设备的背风面；

3、（15分）有一外压操作的容器内径1200mm，壁厚12mm，容器筒体部分长（切线间）为4000mm。材质为16MnR，介质对材料的腐蚀速率为0.1mm/年,容器的工作温度为200℃，计算中可忽略钢板的负偏差，试确定：

（1）经计算确定该容器能否用在0.6MPa的外压力下安全工作。（2）假使不能,有几种途径可满足工作条件？

（3）按你所选的方案重新设计可满足工作要求的容器壁厚。

解：

⑴校核容器许用的外压依据给定的腐蚀速率C2=Ka·B=0.1㎜/a×12=1.2㎜

取C2=2,C1=0，Se=Sn–C=12-2=10㎜D0=Di+2Sn=1200+2×12=1224㎜

D0/Se=1224/10=122.4＞20，L/Do=4000/1224=3.27查图得A=0.0003,

以材料16MnR,工作温度200℃及系数A查图得：B=37,

B37即许用的外压力为?P????0.302MPa＜0.6Mpa

DoSe122.4该容器不能在0.6Mpa外压下工作。

⑵解决的途径有：一是利用该容器，增加加强圈缩短计算长度提高承受外压的能力；二是重新设计，增加壁厚。

⑶a.利用该容器，增加两道加强圈，则计算长度变为：1/3筒体部分长度L=4000/3=1333mm

Se=10mm,Do/Se=1224/10=122.4＞20,L/Do=1333/1224=1.09

查图得A=0.0012,以材料16MnR,工作温度200℃及系数A查图得：B=118,

B118许用的外压力为?P????0.96MPa＞0.6MPa

DoSe122.4该容器能在0.6Mpa外压下安全工作。

b.增加壁厚，重新设计，假设壁厚取Sn=16㎜,

取C2=2,C1=0，Se=Sn–C=16-2=14㎜D0=Di+2Sn=1200+2×16=1232㎜

D0/Se=1232/14=88＞20，L/Do=4000/1232=3.25查图得A=0.00048,

以材料16MnR,工作温度200℃及系数A查图得：B=60,

B60即许用的外压力为?P????0.68MPa＞0.6MPa

DoSe88该容器能在0.6MPa外压下安全工作。

4、（18分）设计一台高压锅炉用蒸汽包的筒体，内径为1800mm，汽包上装有安全阀，汽包的最高工作压力为10.5MPa，设计温度为430℃，腐蚀裕量按规定取用，钢板负偏差忽略，材质选18MnMoNbR钢板，该钢板有关数据如表：

钢号18MnMoNbR状态厚度㎜正火加30～60常温指标590570440410以下温度（℃）下的许用应力（MPa）197190197197197197197177190190190190190177?b（MPa）?s（MPa）≤20100200300350425450回火＞60～100要求先确定参数：容器的类别、Pc、???t、C2和φ的取值；简要说明所取值的依据。

解：

①确定设计参数

腐蚀裕量取C2=2规定对水蒸汽取不小于1；

设计压力Pc=1.05P工=1.05×10.5=11.025Mpa汽包上装有安全阀

材料的许用应力查取???=193MPa,按设计温度为430℃，板厚在＞30～60㎜间插值取得；

容器的类别该容器应按三类容器设计制作，由于属于高压容器；

焊缝系数取?=1，三类容器规定必需100%探伤，且采用双面全焊透结构；②筒体壁厚设计计算厚度S?t

pcDi2?????pct?11.025?1800?52.9mm

2?193?1?11.025设计厚度Sd?S?C2?52.9?2?54.9mm

名义厚度Sn?Sd?C1?圆整量?54.9?0?圆整量取Sn=55㎜。③水压试验条件下的强度校核

试验压力PT?1.25P????1.25?11.025?197?14.07MPa

193???t有效厚度Se=Sn-C=55-2=53㎜试验时筒壁产生的应力?T?PT?Di?Se?14.07?1800?53???245.96MPa

2Se2?53材料允许的试验应力0.9?S?=0.9×440×1=396MPa＞?T=245.96Mpa

所设计的筒体在水压试验条件下是安全的。

5、（18分）设计一台内径为1500mm，最高工作压力为10MPa，设计温度为320℃的高压蒸压釜的壳体，釜上装有安全阀，介质为水蒸汽，腐蚀裕量按规定取用，钢板负偏差忽略，材质选15MnVNR钢板，该钢板有关数据如表：

钢号状态厚度㎜15MnVNR正火＞16～36常温指标以下温度（℃）下的许用应力（MPa）?b（MPa）?s（MPa）≤20100150200250300350550420183183183183183181169＞36～60530400177177177177177172159要求先确定参数：C2、Pc、???t、容器的类别、φ的取值；简要说明所取值的依据。

解：

①确定设计参数

腐蚀裕量取C2=2规定对水蒸汽取不小于1；设计压力Pc=1.05P工=1.05×10=10.5Mpa汽包上装有安全阀

材料的许用应力查取???=166.8MPa,按设计温度为320℃，板厚在＞36～60㎜间插值取得；

容器的类别该容器应按三类容器设计制作，由于属于高压容器；

焊缝系数取?=1，三类容器规定必需100%探伤，且采用双面全焊透结构；②筒体壁厚设计计算厚度S?t

pcDi2?????pct?10.5?1500?48.7mm

2?166.8?1?10.5设计厚度Sd?S?C2?48.7?2?50.7mm

名义厚度Sn?Sd?C1?圆整量?50.7?0?圆整量取Sn=52㎜。③水压试验条件下的强度校核

试验压力PT?1.25P????1.25?10.5?177?13.93MPa

166.8???t有效厚度Se=Sn-C=52-2=50㎜试验时筒壁产生的应力?T?PT?Di?Se?13.93?1500?50???215.92MPa

2Se2?50材料允许的试验应力0.9?S?=0.9×400×1=360MPa＞?T=215.92MPa

所设计的筒体在水压试验条件下是安全的。

6、（15分）有一外压操作的反应器，内径1000mm，壁厚12mm，筒体部分长（切线间）为5000mm。材质为15CrMo，介质对材料腐蚀较微弱,容器