过程设备设计参考试题

1、文档编码 : CH3H8I9J5M10 HP6M3Z6D7M4 ZY2H5K5C5H10一、填空题 ：（每空分,共 20 分）1. 压力容器设计的基本要求是安全性和经济性；2. 压力容器的质量治理和保证体系包括和设计、材料、制造检测四个方面；3. 我国压力容器设计规范主要有GB150钢制压力容器和 JB4732 钢制压力容器分析设计标准,同时作为政府部门对压力容器安全监督的法规主要是压力容器安全技术监察规程；4. 压力容器用钢,力学性能的保证项目一般有 s 、 b 、和 ARV；并且把握钢材中化学成分,含碳量为 % ,目的是 提高可焊性；含硫量为% ,目的是 防止热脆；含磷量为% ,目的是 防

2、止冷脆；5. 法兰设计中,垫圈的力学性能参数 y 称为 预紧密封比压,其含义为 初始密封条件初始密封时,施加在垫片上的最小压紧力；m称为 垫片系数,其含义为 操作密封比压 / 介质运算压力；6. 华脱尔斯 waters 法是以 弹性设计 基础的设计方法,将高颈法兰分成 1 壳体,2 椎颈,3 法兰环三部分进行分析,然后利用壳体理论和平板理论对三部分进行应力分析；7. 常见的开孔补强结构形式有1 贴板补强,2 厚壁管补强,3 整锻件；8. 双鞍座卧式容器设计时,对筒体主要校核跨中截面处轴向弯曲应力 1, 2 ； 支座截处 1 轴向弯曲应力 3, 4,2 切向剪应力 ,3 周向弯曲应力和周向压缩力

3、 5, 6, 71, 8；9塔设备在风力作用下,平行于风力的振动,使塔产生 倾倒趋势,垂直于风力的振动,使塔产生 诱导共振；10固定管板换热器中,由于 壳体壁温 和 管束壁温 的不同,固而在 壳体 和 管束 上产生了温差应力,在设计中,可以实行 壳体上设膨胀节 的方法削减温差应力；二、判定题： 每道题分,共 10 分；正确画,错误画1当开孔直径和补强面积相同时,接受插入式接管比平齐式接管更有利于补强； 2. 在筒体与端盖连接的边缘区,由于 Q0,M0 产生的边缘应力具有局部性,属于一次局部薄膜应力； 3. 密封设计中,轴向自紧密封,主要依靠密封元件的轴向刚度大于被联接件的轴向刚度； 4. 外

4、压 容 器 失 稳 的 根 本 原 因 是 由 于 壳 体 材 料 的 不 均 匀 和 存 在 一 定 的 椭 圆 度 所 致 ； 5. 受 横 向 均 布 载 荷 作 用 的 圆 平 板 , 板 内 应 力 属 于 一 次 总 体 薄 膜 应 力 ； 6. “ 分析设计法” 是比“ 规章设计法” 更先进的设计方法,过程设备设计将用“ 分析设计法”取代“ 规章设计法”； 7. 等面积补强法,是依据弹性理论建立的一种精确补强方法,因而能较好的解决开孔引起的应力集中问题；8. 高压容器设计,由于介质压力较高,从安全角度考虑,设计壁厚 t d越厚越好； 9. 圆筒体上开圆孔,开孔边缘轴向截面的应力集

5、中现象比环向截面更严肃； Pcr 表征,而不用临界应力10. 轴向外压圆筒的临界载荷通常以临界压力cr； . 11. 压力容器制作完毕必需进行耐压试验和气密性试验 12. 卧式容器鞍式支座结构,在容器与鞍座之间加垫板,以焊接固定,有效地降低了支座反力在容器中产生的局部应力； 13一夹套反应釜,罐体内压力为,夹套内压力为,就罐体内设计压力取为； 14换热器中,管子与管板胀接时,为了达到紧固密封要求,管子的硬度要低于管板材料的硬度； 15对于高大的直立塔设备,由于裙座圈底部承担最大的重量载荷和弯曲载荷,只要该截面应力校核条件中意,就说明该设备是安全的； 16搅拌反应釜中的轴封装置,接受机械密封,将

6、极易泄漏的轴向密封转为不易泄漏的端面密封； 17法兰密封设计中,表征垫片材料特点的两个主要参数y,m 的大小仅与垫片材料、结构等因素有关,而与介质压力P无关； 18液化石油气储罐,储存介质的饱和蒸汽压,随温度、容积的大小而变化；19 JB4731 钢制卧式容器规定 A 0.2L ,主要考虑了封头对筒体的加强作用； 20承担均布外压的壳体,由于失稳时显现不同的波纹数,所以属于非弹性失稳； 三、回答以下问题 ：每道题 4 分, 共计 20 分1. 压力容器依据压力容器安全技术监察规程分为三类,分类的依据是什么 答：分类的依据： （1）容器的设计压力； （2）设计压力与容积的乘积 pv 的大小；（3

7、）介质的危害程度介质的毒性和易燃性；（4）容器的应用场合； （5）容器的材料强度；2. 容器进行压力试验和致密性试验的目的是什么试验压力如何确定 答 ： 压 力 试 验 的 目 的 （ PT Pi ）： 1. 检 验 容 器 的 宏 观 强 度 ； 2. 检 验 容 器 的 致 密 性 ；P T1.25Pct且（P0.1）MPa2. 检验全焊缝的致密性；P气P T致密性试验的目的：1. 检验容器密封结构的牢靠性；3. 依据定义,用图标出各种壁厚之间的关系；答：运算厚度名义厚度dc2设计厚度nc1c2圆整量en-c 1c2有效厚度主c1c2c32毛胚厚度min2mm（高合金钢）实主c3成型厚度m

8、in3mm（碳素钢,低合金钢）,4指出以下钢号按化学成分和用途分属哪类钢材,并注明各代号的意义；Q235-A, Q235-AF, 16MnR, 20HP, 15MnVR, 1Cr18Ni11Ti, 00Cr18Ni9Ti 答：一般碳素钢：Q235-A平炉或氧气转炉冶炼的甲类冷静钢；Q235-AF平炉或氧气转炉冶炼的甲类沸腾钢； Q代表碳素钢；253材料在常温下的屈服极限；A质量等级代号,只保证力学性能；F钢的脱氧方法：沸腾钢；低合金钢：16MnR,15MnVR压力容器专用低合金钢；16c%=%,Mn=1%；15c%=%,V=1%；R压力容器专用钢代号；高合金钢：1Cr18Ni11Ti , 00

9、Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢；1c%=%,Cr =18%；00c%=%, Ni=9%,Ti =1% ；优质碳素钢：20HP焊瓶专用优质碳素结构钢；20c%=%5. 分析设计法将应力分为哪几类写出相应的应力限制条件；答：分析设计法依据容器承担不同载荷 产生的不同应力 对容器失效的影响不同将应力分为三类；Sm基本许用应力强度；K载荷组合系数；Sa由疲乏设计曲线确定的许用应力幅；S1=Pm；S2=Pc；S3= Pc+ Pb ；S4= Pm（Pc）+ Pb+Q；S5= S 4+ F ；四、 指出以下图中结构不合理之处,并提出改进措施；（共计 25 分）1压力容器焊接结构（15 分）碟形封头和筒体的

10、连接焊缝：1. 加过渡段； 2. 接受全焊透结构；平板封头和筒体连接：1. 加过渡段； 2. 对接焊；变圆弧连接：将较厚度削薄；开孔补强：补强圈连接焊缝,接受全焊透结构；裙座和底面封头焊接：1. 躲开二道焊缝重叠,距离3 ； 2. 改为对接焊；2. 容器壳体上焊缝分类（10 分）A 类容器纵焊缝 / 封头拼接焊缝 / 球形封头与筒体焊缝 / 插头接管与壳体对接焊缝；B 类容器环焊缝 / 锥形段与接管焊缝 / 直颈法兰与接管焊缝；C类法兰与筒体焊缝 / 法兰与接管焊缝 / 平管与壳体焊缝；D类接管与壳体焊缝 / 补强圈与壳体焊缝；五、运算题： 共 25 分一夹套反应器,两端均接受椭圆形封头,反应

11、器圆筒内反应液的最高工作压力 p =3 .0MPa ,工作温度 T=50,反应液密度 =1000kg/m 3,顶部设有爆破片,圆筒内径 Di = 1000mm,圆筒长度L =4000mm,材料选用 16MnR,腐蚀余量 C2=2 mm,对接焊缝接受全熔透焊接接头,且进行 100%无损检测,夹套内为冷却水,温度为 15,最高工作压力为 0 .4MPa,夹套圆筒直径 Dji = 1100mm,腐蚀 p余量 C2j=1 mm,焊接接头系数 =0 .85 ,许用外压 P= 1 .7MPa；试进行如下运算：1 确定各设计参数；2 运算并确定为保证足够的强度和稳固性,夹套和内筒的厚度；3 确定水压试验压力

12、,并校核水压试验时,各壳体的强度和稳固性是否中意要求解： 1. 设计压力：内筒：P 计（1. 051 .1）P IMax1. 0533 .15MPaP 液gh9.81064（2 0.040.25）0.045MPa5%P0 .16MPaP 设P 设3.15MPa0. 42MPaPoP IMax1 .050.4夹套：P 计（.1 051 . 1）P IM ax .1 05 0.4 0 . 42MPaP 液 gh 9.8 10 6 4-0.3（0.04 0.25）0.039MPa 0 . 02MPaP 设 P 设 P 液 0 . 42 .0 039 0 . 46 MPa2. 设计温度：内筒：t设tm

13、axI5030夹套：t设tmax15153. 焊缝系数：内1,夹0.854. 许用应力：t170MPa内,（616mm）内s夹345MPa内st113MPa夹,（4.516mm）345MPa内二厚度设计：内筒： 1. 强度设计：c筒PDc3.1510009 .40mmmin3mm2tP217013. 152c内c2外2130.15%1.5mm2c29 .4312.4d1 .6mmc10ndc 119 .4314mm2kPDc9.3mmhmin计t0.5Phm14mm,e14311mm强度钢度条件中意；2稳固性校核 :Pc P maxI 0.42MPaP 1.7MPaPc 0.42MPa稳固性条件中意；夹套：强度设计：夹n2P 夹Dc0.4611001.6mmmin3mmtP21130.850.46夹13100.86mmmi