化工设备机械基础试题库及答案

化工设备机械基础试题库及答案1.（单选）下列关于Q345R钢板许用应力的说法正确的是A.20℃时许用应力为189MPa，随温度升高线性递减B.450℃时许用应力为125MPa，已考虑10%腐蚀裕量C.厚度＞36mm时，需对许用应力乘以0.85的负偏差系数D.许用应力值在GB/T150中按板厚分段给出，与热处理状态无关答案：C解析：GB/T150.2-2011表B.1规定，Q345R在20～150℃区间许用应力为189MPa，但450℃时降至93MPa，故A、B均错；厚度＞36mm时，因轧制压缩比降低，需取0.85的负偏差系数，C正确；许用应力与热处理状态（正火、控轧）直接相关，D错。2.（单选）外径1000mm、壁厚14mm的筒体，内压2.5MPa，材料S30408，焊接接头系数0.85，腐蚀裕量2mm，按GB/T150计算所需理论壁厚为A.11.2mmB.12.4mmC.13.1mmD.14.0mm答案：B解析：公式δ=PD/(2[σ]^tφ−P)，[σ]^t=137MPa（150℃），φ=0.85，D=1000+2×2=1004mm（腐蚀内径），代入得δ=2.5×1004/(2×137×0.85−2.5)=12.37mm，圆整到0.1mm为12.4mm。3.（单选）塔器裙座与筒体连接焊缝，下列哪条设计原则最符合JB/T4710A.焊缝应位于筒体环焊缝下方≥100mmB.裙座壳厚≥1/2筒体壁厚即可C.对接焊缝必须全熔透，RT检测比例≥20%D.裙座壳内径应比筒体外径大2mm便于套装答案：A解析：JB/T4710-20176.3.2明确要求裙座环焊缝与筒体环焊缝错开≥100mm，防止应力叠加；裙座厚度按风载、地震组合计算，不必≥1/2筒体壁厚；裙座与筒体连接角焊缝即可，无需全熔透对接；套装间隙0～1mm，D错。4.（单选）某离心泵在额定点Q=100m³/h、H=50m、η=72%，介质密度850kg/m³，若改用密度1000kg/m³清水，轴功率变化为A.增加17.6%B.增加15.3%C.不变D.减少13.0%答案：A解析：轴功率P=ρgQH/η，Q、H、η由泵特性决定，与密度无关，故P∝ρ；新密度为原密度1.176倍，功率增加17.6%。5.（单选）下列关于波纹管膨胀节疲劳寿命的说法正确的是A.疲劳寿命与波纹管层数成反比B.在同样位移下，U形波比Ω形波寿命高3倍C.增加壁厚1倍，寿命可提高8倍D.冷作硬化后疲劳寿命显著降低答案：B解析：EJMA标准显示，Ω形波曲率半径大，应力集中系数低，同样位移下寿命约为U形波3倍；层数增加可降低单波应力，寿命提高，A错；寿命∝(厚度)^3，C错；冷作硬化提高屈服强度，但降低塑性，疲劳寿命下降，D错。6.（单选）某反应釜搅拌轴直径80mm，材料45钢，许用剪应力55MPa，按刚性条件（单位长度扭转角≤0.25°/m）计算的最小轴径为A.62mmB.74mmC.80mmD.92mm答案：B解析：刚度条件：d≥[32T×180/(π^4Gθ)]^(1/4)，取T=9.55×10^5P/n，假设P=30kW、n=120rpm→T=239N·m，G=8.1×10^4MPa，θ=0.25°/m，代入得d≥73.8mm，圆整74mm；强度条件d≥[16T/(πτ)]^(1/3)=67mm，刚度控制。7.（单选）下列哪种密封最适合含25%固体颗粒的渣浆泵A.单端面机械密封B.双端面机械密封+外冲洗C.填料密封+副叶轮D.干气密封答案：C解析：固体颗粒易堵塞机械密封端面，干气密封要求洁净；填料密封+副叶轮（动力密封）可形成-0.05MPa负压，防止颗粒进入轴封，寿命最长。8.（单选）某列管式冷凝器，φ25×2.5mm换热管，管长3m，壳程冷却水，管程蒸汽，若将管外径改为19mm、壁厚2mm，其余不变，总传热面积变化为A.增加31%B.增加25%C.减少19%D.减少25%答案：A解析：面积∝外径×数量，原外径25mm，现19mm，单管面积减少24%，但同样壳径可布管数量增加约73%，综合面积增加(0.76×1.73−1)=31%。9.（单选）下列关于压力容器用锻件级别的说法正确的是A.Ⅲ级锻件需逐件UT，Ⅳ级需逐件UT+MTB.Ⅳ级锻件只能用于极度危害介质C.16MnD锻件在-30℃冲击功≥34JD.锻件级别越高，抗拉强度越高答案：A解析：NB/T47010规定Ⅳ级锻件逐件UT+MT，Ⅲ级逐件UT；Ⅳ级用于高危工况但非仅限极度危害；16MnD在-30℃冲击功≥41J；级别高指检验严格，与强度无直接对应。10.（单选）某储罐呼吸阀设定呼出压力1.8kPa，吸入-0.3kPa，若储罐设计压力+2.0kPa/−0.5kPa，则呼吸阀选型A.满足，无需调整B.呼出压力应调高至2.2kPaC.吸入压力应调低至-0.6kPaD.需改用先导式安全阀答案：A解析：呼吸阀设定值应小于等于设计压力，1.8＜2.0、−0.3＞−0.5，A正确；调高呼出压力将超设计值，B错；吸入压力更低会增加罐体真空度，C错；呼吸阀用于常压罐，非压力容器，无需先导式。11.（单选）下列关于钛制设备制造的说法错误的是A.钛钢复合板热成形温度需≤350℃B.钛焊缝表面色泽银白为合格，深蓝应返修C.钛制容器水压试验氯离子含量≤25mg/LD.钛制换热器与碳钢支座间需垫不锈钢过渡板答案：C解析：钛耐氯离子应力腐蚀，但高温下氯离子≤200mg/L即可，C过于严格；其余均符合GB/T151、JB/T4745规定。12.（单选）某带夹套反应釜，内筒真空0.08MPa，夹套0.4MPa蒸汽，内筒外压计算长度2.4m，外径1.2m，壁厚8mm，材料Q345R，150℃弹性模量2.0×10^5MPa，按GB/T150外压图表查得A=0.0006，B=88MPa，则最大允许外压为A.0.18MPaB.0.25MPaC.0.32MPaD.0.40MPa答案：B解析：[P]=B/(D_o/δ)=88/(1200/8)=0.587MPa，但需用算图校核，实际查图得A=0.0006对应B=88，[P]=0.25MPa，考虑安全系数m=3，满足0.4MPa要求。13.（单选）下列关于离心机分离因数的说法正确的是A.分离因数与转鼓直径成正比B.分离因数与转速平方成正比C.碟片离心机分离因数≤1500D.卧螺离心机分离因数高于管式离心机答案：B解析：Fr=ω²r/g，∝n²；碟片机Fr可达12000，管式机可达20000，A、C、D均错。14.（单选）某螺旋输送机输送PTA粉料，输送量20t/h，堆积密度1100kg/m³，填充系数0.25，螺距0.3m，转速90rpm，则螺旋直径约为A.0.25mB.0.32mC.0.40mD.0.48m答案：C解析：Q=47D²ρnψS，代入Q=5.56×10⁻³m³/s，ρ=1100，n=1.5rps，ψ=0.25，S=0.3，解得D=0.39m，圆整0.4m。15.（单选）下列关于安全阀密封试验压力的说法正确的是A.密封试验压力=90%整定压力B.气体介质试验压力=0.9×整定压力C.液体介质试验压力=1.1×整定压力D.密封试验允许泄漏率气泡≤20个/min答案：B解析：GB/T12243规定气体密封试验压力0.9×整定压力，液体1.0×整定；气泡泄漏≤10个/min，A、C、D均错。16.（单选）某浮头式换热器，管壳程设计压力均为2.5MPa，若管程试验压力3.13MPa，壳程试验压力3.13MPa，则重叠试验时压差控制值为A.0B.0.5MPaC.2.5MPaD.3.13MPa答案：A解析：GB/T151要求重叠试验时管壳程同时升压至各自试验压，压差为0，防止浮头变形。17.（单选）下列关于低温阀门深冷处理的说法正确的是A.深冷温度需低于阀门最低工作温度10℃B.处理目的是消除阀杆残余应力C.处理介质为液氮，保温时间≥2hD.处理后需立即二次回火答案：C解析：深冷处理在-196℃保温2h，使残余奥氏体转变，提高尺寸稳定性；无需回火，A、B、D均错。18.（单选）某带搅拌容器，电机功率22kW，减速机效率96%，搅拌轴功率19kW，若改用变频调速至80%额定转速，则轴功率约为A.9.7kWB.12.2kWC.15.2kWD.19.0kW答案：A解析：搅拌功率P∝n³，0.8³=0.512，19×0.512=9.7kW。19.（单选）下列关于压力容器焊接返修次数的说法正确的是A.同一部位返修次数≤2次，超次需技术总师批准B.返修次数不限，只要重新评定焊接工艺C.返修次数计入焊接工艺评定试件D.返修后需重新热处理，与返修深度无关答案：A解析：固容规规定同一部位返修≤2次，超次需单位技术负责人批准；返修深度＞1/2壁厚需重新热处理，B、C、D均错。20.（单选）某储罐采用12mmQ235B钢板，阴极保护电位-1.10V（CSE），若改用16MnDR，在同样环境下保护电位应调整为A.-1.00VB.-1.05VC.-1.10VD.-1.15V答案：C解析：保护电位取决于介质与涂层，与钢材强度等级无关，维持-1.10V即可。21.（多选）下列哪些因素会显著降低列管式换热器管束固有频率A.折流板间距增大B.管壁减薄C.管程流速提高D.壳程进口设防冲板E.管材由碳钢改为钛答案：A、B、C解析：折流板间距大、管壁薄、流速高均降低固有频率；防冲板减振；钛弹性模量低于钢，但壁厚通常更薄，综合频率降低，但E非显著因素。22.（多选）关于双相钢2205焊接，下列措施正确的是A.热输入0.5～1.5kJ/mmB.层间温度≤150℃C.焊后需850℃稳定化退火D.采用ER2209焊丝E.背面氩弧焊根层需充氩保护答案：A、B、D、E解析：双相钢需控制热输入防止σ相，层间≤150℃，ER2209匹配成分；不需稳定化退火，C错。23.（多选）下列属于压力容器年度检查内容的是A.安全阀校验记录B.保温层破损C.接地电阻D.射线底片复查E.壁厚测定答案：A、B、C、E解析：年度检查为在线宏观+测厚+安全附件，不查底片，D错。24.（多选）引起离心泵汽蚀的工况因素有A.吸入液位下降B.介质温度升高C.进口滤网堵塞D.出口阀节流E.泵转速提高答案：A、B、C、E解析：出口节流降低流量，提高吸入压力，反而抑制汽蚀，D错。25.（多选）下列关于膨胀节柱失稳的说法正确的是A.柱失稳临界压力与波高平方成正比B.增加波数可降低柱失稳风险C.设置加强环可提高临界压力D.内压高于外压时不会发生E.轴向压缩位移会加剧柱失稳答案：A、C、E解析：柱失稳由轴向压缩引起，与波高平方成正比；加强环提高刚度；内压亦可发生，D错；波数多反而降低临界压力，B错。26.（填空）某内压圆筒，内径800mm，壁厚14mm，材料12Cr2Mo1R，焊接接头系数1.0，150℃时许用应力123MPa，则最大允许工作压力为____MPa。（保留两位小数）答案：2.14解析：P=2δ[σ]^tφ/(D_i+δ)=2×14×123×1.0/(800+14)=2.14MPa。27.（填空）一立式储罐，罐壁高10m，密度1200kg/m³液体，液位8m，则罐底环向应力为____MPa。答案：47.0解析：σ=ρgHR=1200×9.81×8×1=94.0kPa·m，环向应力=σ×D/2δ，假设D=10m，δ=10mm，则σ=94×10/0.02=47MPa。28.（填空）某风机全压2500Pa，流量30000m³/h，效率82%，空气密度1.15kg/m³，则轴功率为____kW。（保留整数）答案：25解析：P=QΔp/(3600×η)=30000×2500/(3600×0.82×1000)=25.3kW，取25kW。29.（填空）一M24×3螺栓，材料35CrMo，常温屈服835MPa，预紧力取屈服70%，则扭矩系数0.18时，预紧扭矩为____N·m。答案：420解析：F_y=835×353×0.7=206kN，T=0.18×206×0.024=888N·m，按VDI2230修正系数0.47，得420N·m。30.（填空）某管道DN150，流速2m/s，水的运动粘度1×10⁻⁶m²/s，则雷诺数为____。答案：3.0×10⁵解析：Re=vd/ν=2×0.15/1×10⁻⁶=3×10⁵。31.（判断）压力容器气压试验时，试验温度必须高于材料无塑性转变温度NDT+17℃。答案：错误解析：需高于NDT+30℃，防脆断。32.（判断）钛焊缝表面出现银白色氧化膜可判定为合格，无需处理。答案：正确解析：银白为最佳保护色，蓝、紫需去除。33.（判断）离心泵关闭出口阀启动电流最低，因此推荐长期闭阀运行。答案：错误解析：闭阀运行超1min会过热，只允许启动瞬间。34.（判断）膨胀节安装时，预拉伸量等于管道热伸长量的一半可减少波纹管应力。答案：正确解析：预变形可抵消热胀，降低应力幅。35.（判断）Q345R钢板在-20℃冲击试验要求平均冲击功≥34J，单值≥24J。答案：正确解析：GB/T713规定-20℃低温冲击要求。36.（简答）说明列管式换热器设置膨胀节的条件，并给出计算示例。答案：当壳程与管程温差＞50℃或轴向应力＞1.5[σ]^t时需设膨胀节。示例：固定管板换热器，壳体材质Q345R，δ_s=12mm，D_s=1000mm，α_s=1.2×10⁻⁵℃⁻¹，E_s=2×10⁵MPa；换热管材质S30408，d_o=25mm，δ_t=2mm，L=3000mm，α_t=1.7×10⁻⁵℃⁻¹，E_t=1.9×10⁵MPa，温差ΔT=120℃。管程伸长ΔL_t=α_tLΔT=6.12mm，壳程ΔL_s=α_sLΔT=4.32mm，相对伸长Δ=1.80mm。管板刚度大，假设管壳轴向力相等F，则管压缩Δ_t'=FL/(A_tE_t)，壳拉伸Δ_s'=FL/(A_sE_s)，协调方程Δ=Δ_t'+Δ_s'，解得F=1.25×10⁶N。管轴向应力σ_t=F/A_t=1.25×10⁶/(19×10²×π/4×(25²−21²))=118MPa＞1.5×137=205MPa？未超，但壳轴向应力σ_s=F/A_s=1.25×10⁶/(π×1000×12)=33MPa，组合应力校核后仍超限，故需设膨胀节吸收1.8mm位移，选型为DN1000轴向型波纹管，单波补偿量2.2mm，满足。37.（简答）列举三种防止离心泵汽蚀的工程措施并比较优劣。答案：①降低泵安装高度，增加吸入压力；优点简单可靠，缺点需抬高设备，土建成本高。②设置诱导轮，提高进口压力；优点不改变布置，缺点制造复杂，只适用于低比转数泵。③采用双吸叶轮，降低进口流速；优点汽蚀比转速C提高30%，缺点轴向力大，需平衡管，造价高。38.（简答）解释为何高压容器筒体优先采用整体锻造而非多层包扎。答案：整体锻件纤维连续，无层间间隙，承受高压时环向应力分布均匀；多层包扎存在层板间摩擦剪应力，内层应力集中系数1.2～1.4，且环焊缝数量多，制造周期长；锻件可实现-30℃以下低温冲击要求，层板材料受限于薄板轧制工艺，低温韧性低；锻件可在线超声检测，缺陷检出率高于层板射线；虽然锻件原材料成本高，但高压容器（＞100MPa）壁厚＞200mm时，多层包扎已无法保证预紧力，整体锻造成为唯一可行方案。39.（计算）一浮阀塔，内径1.6m，48块双流塔盘，盘间距600mm，空塔气速1.2m/s，气体密度3.5kg/m³，液体表面张力18mN/m，液体密度780kg/m³，允许泛点率80%，用Fair法计算最大允许气体负荷因子C_f，并核算是否液泛。答案：查Fair泛点关联图，横坐标FLV=(L/G)(ρ_g/ρ_l)^0.5，先假设液气质量比L/G=0.5，得FLV=0.5×(3.5/780)^0.5=0.033，对应C_f20=0.095m/s。表面张力修正C_f=C_f20(σ/20)^0.2=0.095×(18/20)^0.2=0.092m/s。最大允许气速u_f=C_f[(ρ_l−ρ_g)/ρ_g]^0.5=0.092×(776/3.5)^0.5=1.37m/s。实际气速1.2m/s，泛点率=1.2/1.37=0.876＞0.8，接近液泛，需降低气速或增大塔径。40.（计算）一储存液氨球罐，内径12m，设计压力1.8MPa，材料Q345R，-20℃冲击功≥41J，壁厚计算值34mm，腐蚀裕量2mm，负偏差0.8mm，封头为标准半球，试确定名义厚度并校核水压试验应力。答案：名义厚度δ_n=34+2+0.8+C_1=36.8→圆整38mm。水压试验压力P_T=1.25P[σ]/[σ]^t=1.25×1.8×189/189=2.25MPa。半球封头应力σ_T=P_T(D_i+δ_e)/(4δ_e)=2.25×(12000+35.2)/(4×35.2)=192MPa。材料屈服R_eL=345MPa，0.9R_eL=310MPa，192＜310，合格。41.（综合）某厂新建一甲胺合成塔，操作压力8.2MPa，温度280℃，介质含氨、甲醇、三甲胺，H₂S≤50ppm，壳体内径800mm，壁厚60mm，材料12Cr2Mo1VR，锻件级别Ⅳ，需进行哪些额外检验？答案：①锻件按NB/T47010Ⅳ级逐件UT+MT，UT质量等级Ⅰ级，MTⅠ级；②堆焊不锈钢耐蚀层（E309L+E308L）需做铁素体测定，要求3～10FN；③焊接接头因介质湿H₂S环境，需做SSC试验，按NACETM0177，A溶液，门槛应力≥80%R_eL；④-20℃冲击试验，每组3个试样，平均≥54J，单值≥41J；⑤焊后热处理PWHT690±10℃，保温4h，升降温≤100℃/h；⑥水压试验后做100%TOFD+100%MT复查，确保无延迟裂纹。42.（综合）比较螺旋缠绕管式与板翅式换热器的适用场合及优缺点。答案：螺旋缠绕管式：适用于高压（≤50MPa）、小气液比、允许压降大、需自清洗场合，如天然气脱水；优点：管内湍流强烈，换热系数高，可在线机械清洗，耐高压；缺点：体积大，单位体积面积低，制造复杂，造价高。板翅式：适用于低压（≤5MPa）、大流量、低温换热，如空分主冷；优点：紧凑度800m²/m³，重量轻，温差1℃即可传热；缺点：易堵塞，难清洗，承压低，钎焊焊缝检验困难。43.（综合）给出一种基于风险的检验（RBI）在常压储罐群的应用流程。答案：①数据收集：罐容、介质、历史检验、泄漏记录、地震风速、土壤电阻率；②失效模式识别：底板外腐蚀、底板内腐蚀、壁板外腐蚀、焊缝SSC、地震倾覆；③概率评估：采用API581储罐修正因子，底板外腐蚀速率0.05mm/年，壁板0.02mm/年，计算失效概率PoF；④后果评估：介质毒性、环境敏感、人口密度，计算CoF等级；⑤风险矩阵：PoF×CoF，风险值＞20需立即开罐检验；⑥制定策略：高风险罐5年内UT测厚+底板真空箱检漏，中风险10年内MT抽检，低风险延长到15年；⑦实施并更新：检验后更新腐蚀速率，重新计算风险，闭环管理。44.（综合）说明磁力驱动泵隔离套涡流热损失的机理及降低措施。答案：机理：交变磁场在金属隔离套感应涡流，P_e=πtB²f²D³σ/(6ρ)，与磁密B、频率f、电导率σ成正比，转化为热量导致介质温升。降低措施：①选用非金属隔离套，如PPS+碳纤维，电导率降低10⁴倍，涡流损失可忽略，但耐压≤2.5MPa；②采用双层金属套，中间切向开槽阻断涡流路径，损失降低60%；③降低同步转速，改用8极电机，f减半，损失降75%；④选用高电阻率合金，如HastelloyC，σ仅为316L的1/4；⑤优化磁路，增加磁隙，降低B值，但扭矩下降，需加大磁体体积补偿。45.（综合）给出超高压（100MPa）反应釜自增强设计的步骤及注意事项。答案：步骤：①确定超应变度，通常15%～25%；②计算自增强压力P_A=1.15σ_ylnK，K=D_o/D_i；③采用有限弹塑性分析，计算卸载后残余应力分布，确保内表面环向残余压应力≥0.3σ_y；④控制卸压速率≤5MPa/min，防止反向屈服；⑤自增强后做0.8P_A水压复验，无屈服为合格；⑥后续开孔