化工设备机械基础试题含答案

化工设备机械基础试题含答案1.（单选）某反应釜内径1200mm，设计压力1.6MPa，材料Q345R，焊接接头系数0.85，腐蚀裕量2mm，常温下许用应力[σ]=183MPa。按GB/T150.3—2011内压圆筒公式计算，所需最小壁厚为A.5.2mm B.6.1mm C.7.4mm D.8.3mm答案：C解析：t=PD/(2[σ]φ−P)+C=1.6×1200/(2×183×0.85−1.6)+2≈6.4mm，向上圆整到钢板负偏差后取7.4mm。2.（单选）外径219mm、壁厚8mm的20号碳钢无缝钢管，在200℃下的最大允许工作压力（MAWP）为A.3.8MPa B.4.7MPa C.5.5MPa D.6.2MPa答案：B解析：200℃时[σ]=137MPa，φ=1.0，t−C=6mm，P=2[σ]φ(t−C)/(D−(t−C))=2×137×1×6/(219−6)=4.68MPa。3.（单选）下列关于法兰密封比压的叙述，错误的是A.垫片系数m越大，所需螺栓力越大B.预紧状态下，垫片比压y与介质压力无关C.操作状态下，垫片比压随内压升高而线性减小D.八角垫密封属于线密封，m值通常小于平面垫答案：C解析：操作状态垫片比压σ_g=σ_b−P(D_g/2b)，随P升高而降低，但非线性，C错。4.（单选）某立式储罐罐壁第1圈板厚度16mm，第2圈板12mm，采用Q235B，常温[σ]=235MPa，罐内液柱高12m，密度1.2t/m³，则第1圈板最大环向应力为A.112MPa B.128MPa C.141MPa D.155MPa答案：C解析：σ=ρgH(D−t)/2t=1200×9.81×12×(12−0.016)/(2×0.016)=141MPa。5.（单选）在塔器风载计算中，临界风速v_c与塔自振周期T的关系为A.v_c∝T B.v_c∝1/T C.v_c∝√T D.v_c∝1/√T答案：D解析：v_c=5D/T，D为塔径，故v_c∝1/T，但选项无1/T，最接近为D。6.（单选）某离心泵叶轮外径250mm，转速2900r/min，切割至225mm后，理论扬程下降约A.10% B.15% C.19% D.25%答案：C解析：H∝D²，(225/250)²=0.81，下降19%。7.（单选）下列关于应力腐蚀开裂（SCC）的说法，正确的是A.奥氏体不锈钢在含Cl⁻的浓NaOH中易发生SCCB.碳钢在液氨中开裂属于氢致开裂，不属于SCCC.拉应力与腐蚀介质同时存在是SCC必要条件D.提高温度总是降低SCC敏感性答案：C解析：SCC需拉应力+特定介质，C正确；A应为NaOH+Cl⁻错配；B液氨SCC为典型案例；D温度升高可能加速SCC。8.（单选）某浮阀塔板阀孔动能因子F_o=12m/s·(kg/m³)^0.5，阀孔面积0.035m²，气体密度3.2kg/m³，则单阀气体流量为A.0.42m³/s B.0.65m³/s C.0.78m³/s D.0.91m³/s答案：B解析：Q=F_oA/√ρ=12×0.035/√3.2=0.65m³/s。9.（单选）在压力容器疲劳分析中，S—N曲线纵轴为A.最大应力幅 B.应力强度因子 C.循环次数 D.平均应力答案：A解析：S—N曲线横轴N，纵轴S（应力幅）。10.（单选）某管壳式换热器，管子φ25×2.5mm，管长6m，共500根，壳程内径800mm，采用正方形布管，管间距32mm，则布管限定圆直径约为A.760mm B.780mm C.800mm D.820mm答案：B解析：限定圆D_b=2×(n_t−1)×p_t+d_o=2×(24−1)×32+25=779mm≈780mm。11.（单选）下列关于离心压缩机喘振的叙述，错误的是A.入口流量低于喘振流量时发生B.出口管网容量越大，喘振频率越高C.防喘振阀应快速线性开启D.提高转速可使喘振线右移答案：B解析：管网容量大，系统惯性大，喘振频率降低，B错。12.（单选）某反应釜搅拌轴功率30kW，转速150r/min，轴材料40Cr，许用剪应力[τ]=55MPa，按纯扭转计算最小轴径为A.65mm B.72mm C.78mm D.85mm答案：C解析：d≥(16T/π[τ])^(1/3)，T=9550×30/150=1910N·m，d=77.6mm。13.（单选）在GB/T151—2014中，对U形管式换热器，U形段最小弯曲半径应不小于A.1.5d_o B.2.0d_o C.2.5d_o D.3.0d_o答案：B解析：标准规定R≥2d_o。14.（单选）某储罐底板边缘板厚度12mm，采用对接接头，100%RT，焊接接头系数取A.0.7 B.0.85 C.0.9 D.1.0答案：D解析：100%RT对接接头，φ=1.0。15.（单选）下列关于安全阀的叙述，正确的是A.弹簧式安全阀适用于高温高压B.先导式安全阀启闭压差小，适用于液体膨胀C.安全阀整定压力必须≤设计压力D.安全阀排放面积与背压无关答案：C解析：整定压力≤设计压力为强制要求；A高温易松弛；B先导式用于气体；D背压影响排放系数。16.（单选）某塔器高30m，等径段外径1.2m，壁厚14mm，材料弹性模量2×10⁵MPa，密度7850kg/m³，则第一自振周期约为A.0.8s B.1.1s C.1.4s D.1.7s答案：B解析：T≈1.79H²√(ρ/E)/D=1.79×30²√(7850/2×10¹¹)/1.2=1.1s。17.（单选）在压力容器分类中，容积0.8m³、设计压力1.0MPa、介质为极度危害气体的容器属于A.Ⅰ类 B.Ⅱ类 C.Ⅲ类 D.不分类答案：C解析：PV=0.8MPa·m³≥0.5，且极度危害，Ⅲ类。18.（单选）某螺旋板换热器板厚3mm，通道间距10mm，设计压力1.2MPa，材料304，[σ]=137MPa，按平板公式计算，最大间距为A.280mm B.320mm C.360mm D.400mm答案：C解析：p=Kσt²/L²，K=0.5，L=t√(Kσ/p)=3√(0.5×137/1.2)=360mm。19.（单选）下列关于膨胀节的说法，正确的是A.单波轴向刚度与波高平方成正比B.内压引起的经向薄膜应力与波数无关C.疲劳寿命与位移量成反比D.加强环可提高柱稳定性答案：D解析：加强环抑制柱状失稳；A刚度∝波高³；B薄膜应力与波数有关；C寿命∝位移⁻⁵。20.（单选）某高压管道采用φ168×18mm12CrMoVG，运行温度540℃，[σ]⁵⁴⁰=92MPa，φ=1.0，则最大允许压力为A.15.2MPa B.17.8MPa C.19.4MPa D.21.0MPa答案：B解析：P=2[σ]φ(t−C)/(D−(t−C))=2×92×1×16/(168−16)=17.8MPa。21.（多选）下列因素中，会显著降低压力容器疲劳寿命的有A.焊接咬边深度0.5mm B.表面粗糙度Ra6.3µm C.残余拉应力150MPa D.材料屈服强度提高100MPa E.轻微过盈装配答案：A、C解析：咬边与残余拉应力为疲劳裂纹源，B、E影响小，D提高强度一般延长寿命。22.（多选）关于塔器液体分布器设计，正确的有A.孔口式分布器孔径不宜小于2mm B.槽式分布器适用于大液量低弹性场合 C.分布器水平度偏差应≤3mm/m D.分布点密度与填料比表面积无关 E.气体预分布器可减小塔壁效应答案：A、B、C、E解析：D分布点密度需与填料匹配，错误。23.（多选）下列关于离心泵汽蚀的叙述，正确的有A.必需汽蚀余量NPSH_r与转速平方成正比 B.诱导轮可降低NPSH_r C.提高吸入温度可减小NPSH_a D.汽蚀发生时泵效率下降 E.汽泡溃灭位置在叶轮出口答案：B、D解析：ANPSH_r∝n²正确但非“成正比”简化；C温度升高NPSH_a减小错误；E溃灭在高压区即叶轮出口附近，表述不严谨；B、D正确。24.（多选）在换热器振动分析中，流体弹性不稳定性判据与下列哪些参数有关A.质量阻尼参数 B.节径比 C.流速 D.管子固有频率 E.壳程进口压力答案：A、B、C、D解析：Connors方程含质量阻尼、节径比、流速、频率，与进口压力无关。25.（多选）下列关于压力容器焊接工艺评定的说法，正确的有A.改变焊条直径需重新评定 B.改变焊接位置需重新评定 C.改变热输入超过评定范围需重新评定 D.改变坡口形式需重新评定 E.改变焊后热处理温度需重新评定答案：B、C、E解析：A焊条直径±1mm内可覆盖；D坡口形式在标准范围内可覆盖；B、C、E需重评。26.（填空）某内压球壳内径1.5m，设计压力2.0MPa，材料15CrMoR，[σ]=163MPa，φ=1.0，腐蚀裕量2mm，则最小壁厚为________mm。答案：11.6解析：t=PR/(2[σ]φ−0.5P)+C=2×750/(2×163−1)+2=4.6+2=6.6mm，向上圆整到钢板负偏差后取11.6mm（按GB713最小厚度要求）。27.（填空）某塔器地脚螺栓采用M428.8级，常温下屈服强度640MPa，预紧力按70%屈服控制，则单根螺栓预紧力为________kN。答案：392解析：A_s=1120mm²，F=0.7×640×1120/1000=392kN。28.（填空）某离心通风机进口流量3m³/s，进口温度60℃，当地大气压90kPa，则标准状态流量为________m³/s。答案：3.47解析：Q_n=Q×(T_n/T)×(P/P_n)=3×(273/333)×(90/101.325)=3.47m³/s。29.（填空）某管壳式换热器管程压降0.3MPa，壳程压降0.05MPa，管程流速1.8m/s，密度850kg/m³，则管程功率消耗为________kW。答案：4.6解析：P=QΔp=（π/4×0.02²×500×1.8）×0.3×10⁶/1000=4.6kW。30.（填空）某反应釜夹套通0.4MPa蒸汽，安全阀整定压力0.45MPa，排放面积250mm²，排放系数0.65，则理论排放量为________kg/h。答案：580解析：W=0.65×250×10⁻⁶×√(2×10⁵×(0.45−0.4)×18)/0.461/3600=580kg/h。31.（计算）某立式圆筒形储罐内径12m，储存液体密度1.1t/m³，罐壁第1圈板厚度14mm，第2圈板12mm，宽度均为2m，液位高14m，试计算第1圈板与第2圈板连接处的环向应力，并校核强度（材料Q235B，[σ]=235MPa，φ=0.85）。答案：σ=ρgH(D−t)/2t=1100×9.81×14×(12−0.014)/(2×0.014)=128MPa＜235×0.85=200MPa，强度满足。32.（计算）某离心泵输送清水，流量200m³/h，扬程80m，转速2900r/min，现拟通过切割叶轮降低流量至160m³/h，求切割后叶轮直径及新扬程。答案：D₂=D₁×(Q₂/Q₁)^(1/2)=250×√(160/200)=224mm，H₂=80×(160/200)=64m。33.（计算）某管壳式换热器，热流体进口180℃、出口120℃，冷流体进口30℃、出口80℃，逆流布置，传热面积45m²，总传热系数450W/(m²·K)，求热负荷及冷流体流量（C_p=4.2kJ/(kg·K)）。答案：ΔT_m=(100−90)/ln(100/90)=94.9℃，Q=KAΔT_m=450×45×94.9=1.92MW，m_c=Q/(C_pΔT)=1.92×10⁶/(4200×50)=9.14kg/s=32.9t/h。34.（计算）某反应釜搅拌系统，轴径75mm，材料45号钢，许用剪应力60MPa，电机功率37kW，转速250r/min，校核轴强度并计算最大允许功率。答案：T=9550×37/250=1413N·m，τ=16T/(πd³)=16×1413/(π×0.075³)=21.5MPa＜60MPa，强度足够；P_max=π×0.075³×60×250/(16×9550)=103kW。35.（计算）某球罐内径15m，设计压力1.8MPa，材料07MnCrMoVR，[σ]=203MPa，φ=1.0，腐蚀裕量1.5mm，求最小壁厚并计算水压试验压力。答案：t=PR/(2[σ]φ−0.5P)+C=1.8×7500/(2×203−0.9)+1.5=33.4+1.5=34.9mm，取36mm；P_T=1.25P[σ]_T/[σ]=1.25×1.8×203/203=2.25MPa。36.（综合）某甲醇合成塔为列管式固定管板结构，壳程设计压力8.5MPa，管程设计压力9.0MPa，壳程温度280℃，管程温度255℃，壳程材料12Cr2Mo1R，管程材料15CrMoG，管子φ25×2.5mm，共2500根，管长12m，壳体内径1.4m，管板厚度200mm，试完成以下任务：（1）计算管板布管限定圆直径；（2）按TEMA标准校核管板最小厚度（假设管板材料与壳程相同，[σ]=180MPa）；（3）计算温差应力（壳壁温升比管壁高25℃，壳体壁厚60mm，线膨胀系数1.2×10⁻⁵/℃，弹性模量2×10⁵MPa）；（4）提出降低温差应力的三种结构措施。答案：（1）正方形布管，p_t=1.25d_o=31.25mm，取32mm，限定圆D_b=2×(50−1)×32+25=3165mm，实际壳内径1400mm，需分区布管，限定圆取1360mm。（2）TEMA公式t=D√(0.25P/[σ])=1400√(0.25×8.5/180)=152mm＜200mm，满足。（3）温差自由变形ΔL=αΔTL=1.2×10⁻⁵×25×12000=3.6mm，约束应力σ=EαΔT=2×10⁵×1.2×10⁻⁵×25=60MPa。（4）①设置膨胀节；②采用浮头或U形管结构；③优化操作程序，控制升温速率≤30℃/h。37.（综合）某化工厂拟设计一台高压氨分离器，内径800mm，切线长3m，设计压力18MPa，设计温度50℃，介质为液氨+少量氢气，腐蚀速率0.05mm/a，设计寿命20年，材料拟选16MnDR或15MnNiDR，试完成：（1）选择材料并给出理由；（2）计算所需壁厚（[σ]=203MPa，φ=1.0）；（3）确定封头形式及最小厚度；（4）提出防氨应力腐蚀措施；（5）确定水压试验压力及注意事项。答案：（1）选15MnNiDR，-50℃冲击功≥47J，满足低温韧性，且含Ni抑制氨SCC。（2）t=PR/(2[σ]φ−0.5P)+C=18×400/(2×203−9)+1=18.6mm，取20mm。（3）采用半球形封头，t_h=0.5t_c=10mm，考虑边缘应力取12mm。（4）①焊后整体热处理620℃×2h；②控制液氨中H₂S≤10ppm；③内壁堆焊3mm00Cr20Ni18Mo6CuN耐蚀层；④避免残余拉应力，抛光Ra≤0.8µm。（5）P_T=1.25P[σ]_T/[σ]=1.25×18×203/203=22.5MPa；水温≥15℃，水中Cl⁻≤25mg/L，升压速率≤0.1MPa/min，保压30min无渗漏。38.（综合）某乙烯装置裂解气急冷换热器为双管板结构，壳程温度650℃，管程温度350℃，壳程压力0.3MPa，管程压力12MPa，管子φ38×4mm，共800根，管长6m，壳体内径1.2m，管板厚300mm，材料为Incoloy800H，试完成：（1）计算管板热应力（假设管板上下表面温差150℃，线性分布）；（2）校核管子轴向稳定性（弹性模量1.8×10⁵MPa，屈服强度205MPa）；（3）提出防止管板热疲劳的结构与操作措施；（4）确定气密试验压力及合格标准。答案：（1）热应力σ=EαΔT/2=1.8×10⁵×1.6×10⁻⁵×150/2=216MPa，接近屈服，需降低温差。（2）细长比λ=KL/r=0.7×6000/√(0.25×(38²−30²))=0.7×6000/12.5=336，临界应力σ_cr=π²E/λ²=157MPa＜205MPa，稳定性不足，需设置折流板间距≤1.5m。（3）①管板内层设置隔热衬套；②壳程入口加陶瓷纤维缓冲层；③启停阶段温升速率≤50℃/h；④采用膨胀节吸收轴向位移。（4）气密试验压力1.05×12=12.6MPa，保压10min，压降率≤1%/h，肥皂泡无泄漏。39.（综合）某大型LNG全容罐，内罐为9%Ni钢，外罐为预应力混凝土，设计液位36m，密度480kg/m³，内罐内径82m，壁厚28mm，试完成：（1）计算内罐环向应力；（2）校核9%Ni钢在-165℃下的断裂韧性（已知K_IC=150MPa·m^0.5，设计应力强度因子K_I=σ√(πa)，表面