化工设备工程师考试试题及答案

化工设备工程师考试试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。下列选项中，只有一项符合题意）1.根据压力容器的压力、温度以及腐蚀介质等情况，对压力容器进行分类，以下哪种情况通常会导致压力容器划分为第三类？（）A.内壁衬里、内件由碳钢构成，且设计壁厚小于等于12mm的压力容器B.易燃或无毒介质，且PV乘积大于等于10MPa·m³的压力容器C.介质为易燃或毒性程度为高度危害介质，且PV乘积大于等于0.5MPa·m³的压力容器D.非易燃或无毒介质，且PV乘积大于等于100MPa·m³的压力容器2.在压力容器设计中，为确保应力腐蚀开裂风险最低，在选择材料时通常优先考虑以下哪种措施？（）A.选择屈服强度尽可能高的材料B.选择碳含量尽可能低的材料C.选择在操作介质和环境条件下具有良好抗应力腐蚀性能的材料D.选择壁厚尽可能薄的材料3.对于碳钢和低合金钢制压力容器的焊接接头，进行射线检测（RT）时，通常优先选用哪种透照方法？（）A.聚焦法B.软焦点法C.曝光时间尽可能长的方法D.透照距离尽可能远的方法4.安全阀是压力容器的主要安全泄压装置之一，其回座压力通常定义为？（）A.安全阀开始起跳时的压力B.安全阀完全打开时的最高压力C.安全阀在泄放过程中，阀瓣自动回落并重新密封时的压力D.安全阀整定压力的90%5.压力容器的封头，尤其是大直径、高压力容器的封头，常采用球冠形或椭圆形，其主要目的是？（）A.美观B.方便安装内件C.提高封头强度，降低应力水平D.方便制造和运输6.对于承受循环载荷的压力容器部件，最需要关注的问题是？（）A.局部应力集中B.疲劳破坏C.蠕变变形D.脆性断裂7.在选用压力容器用碳素钢材料时，通常对硫（S）含量有更严格的限制，主要原因在于？（）A.硫会提高材料的导电性B.硫在高温下易形成“热脆”现象C.硫会降低材料的塑性和韧性D.硫会加速材料的腐蚀8.下列哪种焊接方法属于不熔化电极电弧焊？（）A.气体保护金属极电弧焊（GMAW/MIG）B.氢原子焊（HAW）C.等离子弧焊（PAW）D.电阻点焊9.压力容器进行水压试验时，其试验压力通常规定为设计压力的多少倍？（）A.1.0倍B.1.1倍C.1.25倍D.1.5倍10.影响压力容器耐腐蚀性能的关键因素之一是材料的（）A.硬度B.强度C.化学成分D.密度二、填空题（每空2分，共20分）1.压力容器的强度计算通常基于___理论和___理论。2.对于压力容器法兰连接，根据密封面形式不同，常见的有___式和___式两种。3.压力容器设计中，关于封头形状的选择，当直径D与壁厚S之比大于___时，可采用平封头。4.常用的压力容器安全泄压装置除了安全阀外，还有___和___。5.碳钢和低合金钢制压力容器焊接后，通常需要进行___处理以消除残余应力。6.根据中国压力容器安全规程（TSG），压力容器的设计文件至少应包括___、设计说明书、计算书等。7.压力容器在使用过程中，常见的腐蚀形式有___腐蚀、___腐蚀和应力腐蚀开裂。8.对于盛装易燃、易爆、有毒介质的压力容器，其接地电阻一般要求小于___欧姆。9.压力容器的定期检验通常包括外部检查、___检验和耐压试验（必要时）。10.选择压力容器材料时，应综合考虑介质的___、操作温度、压力、设备尺寸、制造工艺、经济性以及标准法规要求等因素。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述压力容器设计中，进行应力分析的主要目的。2.简述焊接残余应力对压力容器性能可能产生的主要不利影响。3.简述压力容器安全阀起跳后，泄放量随压力变化的典型规律。四、计算题（共25分）1.（10分）某厂拟建一台内径为2000mm，壁厚为20mm的圆筒形不锈钢储罐，用于储存常温下的有压液体。设计压力为1.6MPa。假设该储罐封头采用标准椭圆封头（长轴与短轴之比为2:1）。试计算该圆筒部分在内压作用下的周向应力（σ_h）和轴向应力（σ_l）。（材料的弹性模量E=200GPa，泊松比ν=0.3，忽略封头的影响，仅计算圆筒应力）（π≈3.1416）2.（15分）某压力容器的安全阀按照规范要求进行整定。设计压力为P设=1.6MPa，设计温度为200℃。安全阀的泄放量计算系数Cv为50。安全阀背压（包括液体静压和排汽管阻力等）Ps为设计压力的10%。试计算该安全阀的整定压力P设定（安全阀开始起跳的压力）应设定为多少？并简述确定整定压力时需要考虑的主要因素。（假设安全阀在背压为Ps时，其流量系数Cv与起跳流量系数相同）五、分析题（共20分）1.（20分）某反应釜在运行多年后，发现釜体人孔部位存在明显的腐蚀坑。该反应釜操作压力为1.0MPa，操作温度为150℃，内部盛装弱腐蚀性液体。请分析可能导致该处腐蚀严重的因素有哪些？并提出相应的防腐措施建议（至少提出三种不同的措施）。---试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.C5.C6.B7.B8.C9.C10.C二、填空题1.勒夏特列；最大剪应力2.榫槽；法兰3.104.爆破片；易熔塞5.热处理6.压力容器设计图7.点蚀；均匀8.1009.内部10.物理三、简答题1.答案：应力分析的主要目的是确定压力容器在承受工作载荷及其他载荷（如风载、地震载荷、安装应力等）时，其内部各部位产生的应力分布情况，特别是最大应力值及其位置。通过应力分析，可以评估这些应力是否在材料的许用范围内，判断容器是否满足强度、刚度和稳定性要求，识别应力集中区域，为采取必要的结构措施（如增加过渡圆角、开孔补强等）提供依据，确保压力容器的安全可靠运行。解析思路：考察对压力容器设计核心环节的理解。应力分析是评估容器承载能力的基础，其目的是验证强度、刚度和稳定性，识别风险点。2.答案：焊接残余应力对压力容器的性能可能产生以下主要不利影响：a.降低容器的疲劳寿命，因为残余应力相当于预加应力，会加速疲劳裂纹的萌生和扩展。b.在低温或存在腐蚀介质时，残余应力可能诱发应力腐蚀开裂。c.在制造、运输或使用过程中，可能因残余应力释放导致构件发生变形或开裂。d.增加压力容器运行时的实际工作应力，使其更容易超过材料的许用应力。解析思路：考察对焊接工艺后续影响的认识。残余应力是客观存在的，它通过影响疲劳、应力腐蚀、变形和实际应力来体现其不利性。3.答案：安全阀起跳后，随着阀门开度的增大，其阀瓣与阀座之间的流通面积逐渐增大。在初期，泄放量近似与压力差的平方根成正比（线性阶段）。当阀门接近全开时，流通面积达到最大，泄放量主要受背压和阀前压力差的影响，此时泄放量趋于稳定，进入近乎线性（或近似恒定）的泄放阶段。解析思路：考察对安全阀工作原理和泄放特性的理解。描述泄放量随开度变化的典型规律，区分不同阶段的特点。四、计算题1.解析思路：计算圆筒在内压下的周向应力和轴向应力。根据薄壁压力容器应力公式，周向应力σ_h=(p*D)/(2*S)，轴向应力σ_l=(p*D)/(4*S)。其中p为内压，D为内径，S为壁厚。答案：π=3.1416内径D=2000mm=2.0m壁厚S=20mm=0.02m内压p=1.6MPa周向应力σ_h=(p*D)/(2*S)=(1.6*2.0)/(2*0.02)=3.2/0.04=80MPa轴向应力σ_l=(p*D)/(4*S)=(1.6*2.0)/(4*0.02)=3.2/0.08=40MPa答：该圆筒部分的周向应力为80MPa，轴向应力为40MPa。2.解析思路：计算安全阀整定压力。整定压力应高于设计压力，且要克服背压。通常整定压力P设定=P设+ΔP，其中ΔP是一个安全裕量，可以取（0.05~0.10）*P设，或者根据规范要求确定。题目未明确裕量，但背压为设计压力的10%，起跳时需要克服此背压。最保守的整定压力应至少等于设计压力加上背压。题目提示背压时流量系数与起跳相同，暗示计算复杂，但按克服背压原则，整定压力应≥P设+Ps。为简化，常取P设定=P设*(1+背压比例)。按此思路计算。答案：设计压力P设=1.6MPa背压Ps=10%*P设=0.1*1.6=0.16MPa整定压力P设定=P设+Ps=1.6+0.16=1.76MPa（注：实际操作中整定压力可能略高于此值，需加裕量。此处按直接克服背压计算。）影响因素：主要考虑设计压力、背压（包括液体静压头和排汽管阻力）、安全阀的流量系数Cv、背压下的流量系数修正、安全裕度要求等。五、分析题1.解析思路：分析人孔处腐蚀严重的原因，需从介质、结构、环境、材料等多方面考虑。人孔法兰连接是焊接结构，焊缝及热影响区是常见薄弱点。连接处存在应力集中（焊缝、法兰螺栓紧固、结构不连续）。介质即使整体弱腐蚀，也可能在特定区域（如缝隙、应力集中处）富集或发生反应加剧腐蚀。运行环境（如温度、可能存在的局部沉积物）也会影响腐蚀速率。提出措施应针对上述可能原因，如改善结构设计（增大半径）、加强焊接质量与热处理、选择更耐腐蚀材料、采用先进的防腐涂层或阴极保护等。答案：可能导致人孔部位腐蚀严重的因素：a.焊接因素：人孔法兰为焊接结构，焊缝及其附近的热影响区是腐蚀的敏感区域，焊接缺陷（如未焊透、夹渣）可能成为腐蚀源。b.结构因素：法兰连接处存在应力集中，特别是在螺栓紧固区域和法兰过渡圆角处，应力集中会加速腐蚀。c.介质因素：虽然介质整体弱腐蚀，但在人孔附近可能存在缝隙腐蚀、局部电池效应或腐蚀产物沉积，导致局部腐蚀加剧。d.材料因素：如果人孔或法兰材料的耐腐蚀性相对基体材料较差，此处会优先发生腐蚀。e.运行环境：人孔常处于介质的高位或容易积液积垢的位置，可能形成腐蚀微环境。