過程設(shè)備設(shè)計(復(fù)習(xí))(1)考試復(fù)習(xí)二民院

過程設(shè)備設(shè)計課程復(fù)習(xí)概要北方民族大學(xué)化工學(xué)院2015年6月說明：過程設(shè)備設(shè)計屬于專業(yè)主干課，通過考試檢驗同學(xué)們的學(xué)習(xí)效果。通過期末系統(tǒng)復(fù)習(xí)把有關(guān)內(nèi)容消化，為今后畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。以下只是學(xué)完該課程后需要同學(xué)們應(yīng)該掌握的重點部分，如果有精力，盡量系統(tǒng)復(fù)習(xí)。第一章、壓力容器導(dǎo)言：（一）、基本概念1、過程設(shè)備的特點：（1）功能原理多種多樣；（2）化機電一體化（3）外殼一般為壓力容器2、過程設(shè)備的要求：安全可靠；滿足過程要求（主要指功能要求和壽命要求）；綜合經(jīng)濟性好；易于操作、維護和控制3、過程設(shè)備更新?lián)Q代的途徑：（1）改變工作原理；（2）改進制造工藝、結(jié)構(gòu)和材料以提高其綜合技術(shù)性能；（3）加強輔助功能使其更適應(yīng)使用者4、過程裝備的內(nèi)涵：單元過程設(shè)備和單元過程機器二者統(tǒng)稱為過程裝備。5、壓力容器的基本組成：壓力容器通常是由板、殼組成的焊接結(jié)構(gòu)。過程設(shè)備=內(nèi)件+外殼，

外殼一般包括筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座和安全附件，其功能是提供能承受一定溫度和壓力的密閉空間。6、壓力容器的焊接接頭型式有哪些？對接、搭接、角接

7、壓力容器按照承壓高低分為四個等級:

低壓(代號L)容器0.1MPa≤p＜1.6MPa;中壓(代號M)容器1.6MPa≤p＜10.0MPa;高壓(代號H)容器10MPa≤p＜100MPa;超高壓(代號U)容器p≥100MPa。8、固定式壓力容器應(yīng)具備的條件：

（1）最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（不含液體靜壓力）；（2）工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa.L；（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體（二）判斷題1、判斷下列容器屬一、二、三類容器的哪一類？1）φ2000mm長度為6000mm的液氨儲罐;2）p為4MPa的劇毒介質(zhì)容器;3）p為10MPa，V為800L的乙烯儲罐。4）公路上汽油罐車5）設(shè)計壓力為2.5Mpa的空氣儲罐。6）設(shè)計壓力為1.5Mpa的二氧化硫吸收塔。第一章、壓力容器導(dǎo)言：第一章、壓力容器導(dǎo)言：2、按承載方式分類，壓力容器可分為：（

）

A.

內(nèi)壓容器

B.

外壓容器

C.

反應(yīng)壓力容器

D.

真空容器第一章、壓力容器導(dǎo)言：3、介質(zhì)危害性有多種，其中影響壓力容器分類的是：（

）

A.

毒性

B.

腐蝕性

C.

氧化性

D.

易燃性第二章壓力容器應(yīng)力分析（一）、基本概念1、薄壁圓柱殼或薄壁圓筒劃分：外直徑與內(nèi)直徑的比(Do/Di)max≤1.1—1.2；外直徑與內(nèi)直徑的比值(Do/Di)max＞1.1—1.2。2、無力距理論的適用條件假設(shè)：殼體材料連續(xù)、均勻、各向同性；受載后的變形是彈性小變形；殼壁各層纖維在變形后互不擠壓；3、內(nèi)壓作用下的薄壁容器其筒體上任一點的應(yīng)力情況：

第二章壓力容器應(yīng)力分析內(nèi)壓pB點軸向：經(jīng)向應(yīng)力或軸向應(yīng)力圓周的切線方向：周向應(yīng)力或環(huán)向應(yīng)力σθ壁厚方向：徑向應(yīng)力σr三向應(yīng)力狀態(tài)、二向應(yīng)力狀態(tài)4、不連續(xù)應(yīng)力（邊緣應(yīng)力）的特點;局部性、自限性5、厚壁圓筒熱應(yīng)力的特點：

第二章壓力容器應(yīng)力分析a.熱應(yīng)力隨約束程度的增大而增大b.熱應(yīng)力與零外載相平衡，是自平衡應(yīng)力c.熱應(yīng)力具有自限性，屈服流動或高溫蠕變可使熱應(yīng)力降低d.熱應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)是變化的6、第二章壓力容器應(yīng)力分析減小熱應(yīng)力的措施1、控制設(shè)備的加熱和冷卻速度2、控制和減小構(gòu)件的熱變形約束(見圖）3、設(shè)置膨脹節(jié)4、采用良好的保溫層第二章壓力容器應(yīng)力分析7、降低局部應(yīng)力的措施（1）減少兩連接件的剛度差（2）盡量采用圓弧過渡（3）局部區(qū)域補強（4）選擇合適的開孔方位8、外壓的短圓筒，失穩(wěn)時，出現(xiàn)的波形個數(shù)為：（）

A.兩個

B.四個

C.大于兩個

D.大于四個第二章壓力容器應(yīng)力分析第二章壓力容器應(yīng)力分析（二）分析題：1、分析：問題：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個易裂？筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時應(yīng)予以注意。第二章壓力容器應(yīng)力分析（二）分析題：2、分析：問題1：錐形封頭為什么不適合做壓力容器封頭？問題2:橢圓形封頭的應(yīng)力分布有什么特點？問題3:橢圓形封頭為什么要設(shè)置直邊段？第二章壓力容器應(yīng)力分析（三）計算題：1、用應(yīng)力計算說明在同樣內(nèi)壓力的作用下球形容器比圓筒型容器壁厚薄的理由。2、不同安裝方式下，充裝液體的內(nèi)壓容器應(yīng)力計算：p0第二章壓力容器應(yīng)力分析p0第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響1、化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性①.操作條件的限制②.制造條件的限制③.材料自身性能的限制2、選材要遵循適用、安全和經(jīng)濟的原則。3、怎樣區(qū)分冷熱加工？從金屬學(xué)的觀點來區(qū)分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結(jié)晶溫度。第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響4、焊接接頭組成？焊接接頭組成焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)5、減少焊接應(yīng)力和變形的措施如：＊盡量減少焊接接頭數(shù)量＊相鄰焊縫間應(yīng)保持足夠的間距＊盡可能避免交叉，避免出現(xiàn)十字焊縫＊焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)＊焊前預(yù)熱等等＊當(dāng)焊接造成的殘余應(yīng)力會影響結(jié)構(gòu)安全運行時，還需設(shè)法消除焊接殘余應(yīng)力。設(shè)計焊接工藝第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響

6、材料的力學(xué)性能指標(biāo)：衡量材料力學(xué)性能的指標(biāo)有強度、硬度、彈性、塑性、韌性等。7、材料的加工工藝性能：

加工工藝性能包括鑄造性、鍛造性、焊接性和切削加工性等。這些性能直接影響化工設(shè)備和零部件的制造工藝方法和質(zhì)量，因此加工工藝性能是化工設(shè)備選材時必須考慮的因素。第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響5、鐵碳合金應(yīng)如何劃分歸類？含碳量在0.02％～2％的稱為鋼；大于2％的稱為為鑄鐵，小于0.02％時，稱為工業(yè)純鐵。純鐵和含碳量大于4.3％的鑄鐵在工程上很少應(yīng)用。6、金屬材料的熱處理的方法：

熱處理表面熱處理普通熱處理表面淬火化學(xué)熱處理退火正火淬火回火第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響7、正火與退火的主要區(qū)別：正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同。正火的冷卻速度比退火快，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度較低，組織中珠光體量增多，且珠光體比較細，因此，強度和硬度提高。鑄、鍛件切削加工前一般進行退火或正火。第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響8、普通碳素鋼中含有的雜質(zhì)元素：

除含碳以外，碳鋼中的雜質(zhì)元素有Mn、Si、S、P、O、N、H等。這些雜質(zhì)是由礦石及冶煉過程中帶入的，對鋼材性能有一定影響：

S引起“熱脆”、P引起“冷脆”、O降低鋼的強度、塑性。有害元素。Mn使鋼的強度提高、Si有助于脫氧，有益元素。第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響9、新國標(biāo)對常見鋼的牌號表示方法及符號的規(guī)定：

Q235-AF中各字母、數(shù)字的意義：

Q：鋼材屈服點“屈”字漢語拼音首位字母；

235：此鋼的屈服極限為235MPa；

A：質(zhì)量等級。共有A、B、C、D四個等級；其中 Q195和Q275不分等級，Q215和Q255分A、B 兩個等級，Q235分四個等級第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響

0Cr13含碳量小于0.08%，含鉻13%

0Cr18Ni9：含碳量小于0.08%，含鉻18%，含鎳9%15CrMoR\00Cr19Ni10\09MnNiD\20MnMo

10、金屬材料在焊接厚板時必須在焊接接頭處開適當(dāng)?shù)钠驴?，坡口的主要作用是什么?/p>

第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響11、對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質(zhì)量的重要措施，常用的焊接的檢驗方法有哪些？外觀檢查、無損探傷、水壓試驗和氣壓試驗、焊接接頭的力學(xué)性能試驗

12、焊縫的內(nèi)部缺陷：未焊透、夾渣、氣孔、裂紋、第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響13、在鋼材焊縫邊緣開坡口的目的。14、壓力容器焊縫的接頭型式有哪些第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響

1、壓力容器按照設(shè)計壓力劃分等級第四章壓力容器設(shè)計容器分類設(shè)計壓力p（MPa）低壓容器0.1≤p＜1.6中壓容器1.6≤p＜10高壓容器10≤p＜100超高壓容器p≥100一、概念部分

2、壓力容器按照管理等級可以分為三類：會判斷容器類別：

1）壓力為0.8MPa的低溫液氨儲罐;2）p為4MPa的氰化鈉介質(zhì)儲存容器;3）p為1.65MPa的管殼式余熱鍋爐。4）工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔第四章壓力容器設(shè)計

3、壓力容器失效形式：按照失效原因，壓力容器失效形式可以分為強度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效、泄露失效。4、薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力的大小比較：筒體上開橢圓孔，如何開孔？

5、什么是壓力容器常規(guī)設(shè)計？常規(guī)設(shè)計稱為“按規(guī)則設(shè)計”，只考慮單一的最大載荷工況，按一次施加的靜力載荷處理，不考慮交變載荷，也不區(qū)分短期載荷和永久載荷，因而不涉及容器的疲勞壽命問題。第四章壓力容器設(shè)計6、對于薄壁壓力容器，會用應(yīng)力公式（中經(jīng)公式推導(dǎo)壁厚計算公式。7、厚壁壓力容器圓筒組合形式有那些？多層包扎式、熱套式、繞板式、整體多層包扎式、繞帶式8、壓力容器設(shè)計技術(shù)主要參數(shù)有哪些？設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)、許用應(yīng)力等第四章壓力容器設(shè)計

9、壓力容器立式容器和臥式容器支座型式：臥式：鞍座、圈座、支腿立式：耳式支座、支承式支座、裙式支座10、各支座在校核載荷時如何確定數(shù)量？夾套反應(yīng)器四個耳座、臥式換熱器兩個鞍座11、分清楚容器設(shè)計的幾種厚度，并搞清楚它們之間的關(guān)系：計算厚度、設(shè)計厚度、名義厚度、有效厚度，第四章壓力容器設(shè)計12、壓力容器設(shè)計過程中，各種參數(shù)的選?。汉缚p系數(shù)、壁厚負偏差、腐蝕裕度、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、許用應(yīng)力13、外壓容器設(shè)計兩種基本方法：公式法、圖算法需要設(shè)定壁厚，反復(fù)試算，直到合適為止。外壓容器為什么要設(shè)置加強圈？第四章壓力容器設(shè)計14、壓力容器封頭類型：球形封頭與橢圓形封頭的內(nèi)應(yīng)力分布特點對比第四章壓力容器設(shè)計15、受內(nèi)壓的錐形封頭與球形封頭其內(nèi)應(yīng)力分布特點？16、為什么壓力容器很少采用平板封頭？17、壓力容器局部開孔補強結(jié)構(gòu)形式有哪些？補強圈補強、厚壁接管補強、整鍛件補強18、開孔補強設(shè)計準(zhǔn)則：等面積補強法、壓力面積補強法、極限載荷補強法第四章壓力容器設(shè)計19、影響法蘭密封的因素主要有哪些:

螺栓預(yù)緊力；壓緊面質(zhì)量（密封面特征）；墊片性能；法蘭剛度和螺栓剛度；操作條件的影響。第四章壓力容器設(shè)計20、壓力容器和管道中常用的法蘭密封面型式：突面、凹凸面、榫槽面（各適用場合）21、根據(jù)工作條件選取標(biāo)準(zhǔn)法蘭：法蘭公稱壓力：與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。見下面法蘭標(biāo)準(zhǔn)局部：第四章壓力容器設(shè)計給定法蘭的工作溫度、工作壓力根據(jù)下表會選用法蘭。如工作溫度280℃，工作壓力為0.9MPa,應(yīng)選用那種法蘭？第四章壓力容器設(shè)計22、壓力容器耐壓試驗:23、壓力容器泄漏試驗：24、壓力容器安全泄放裝置有哪些？25、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計：第四章壓力容器設(shè)計

二、計算題1、內(nèi)壓容器計算：例題1-1：某化工廠欲設(shè)計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。解析：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。根據(jù)式(10-12)第四章壓力容器設(shè)計

δd為設(shè)計厚度式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPaj=0.8(已知)；C2=1.0mm

得：第四章壓力容器設(shè)計考慮鋼板厚度負偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗時的應(yīng)力

校核：

第四章壓力容器設(shè)計16MnR的屈服限σs=345MPa（附錄表6）

2、外壓容器計算：例題：有一臺聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材質(zhì)為0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允許外壓力。(設(shè)計溫度為200℃。)

解：首先判斷外壓圓筒的臨界長度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe/Do=1580mm,

δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17*1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒體高度，所以屬于短圓筒。第四章壓力容器設(shè)計根據(jù)短圓筒臨界壓力計算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84*105Mpa,帶入上式得：Pcr=2.59*1.84*105（10.2/15802.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系數(shù)為m=3,則【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允許外壓力為0.119MPa第四章壓力容器設(shè)計第五章儲運設(shè)備基本概念：1、設(shè)計雙鞍座臥式容器時，支座位置應(yīng)按照那些原則確定？試說明理由根據(jù)均布載荷的外伸梁的力學(xué)分析可知，當(dāng)外伸梁的長度A為梁的全長L的0.207倍時，跨間的最大彎矩與支座截面處的彎矩(絕對值)相等，若外伸加長，支座截面處的應(yīng)力加大。因而，臥式容器通常要求A≤0.2L。此外，由于封頭的剛性大于圓筒體的剛性，封頭對于圓筒體有加強作用，若支座鄰近封頭，即A≤0.5D0（D0為圓筒平均外徑），則可充分利用封頭的加強效應(yīng)。因此在滿足A≤0.2L時，尚應(yīng)盡量滿足A≤0.5D0。

第五章儲運設(shè)備

和立式容器一樣，臥式容器的支座也應(yīng)固定在基礎(chǔ)上。但是，環(huán)境和物料溫度的變化會使臥式容器的圓筒體產(chǎn)生伸縮，若因支座固定而不允許圓筒體伸縮，圓筒體內(nèi)部將增加附加應(yīng)力。因此臥式容器只允許一個支座固定，另一支座的地腳螺栓孔開成長圓孔，允許滑動。2、雙鞍座臥式容器設(shè)計中應(yīng)計算那些應(yīng)力？試分析這些應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？

圓筒軸向應(yīng)力計算及校核：主要包括兩支座跨中截面處筒體的軸向應(yīng)力和支座截面處圓筒的軸向應(yīng)力。這些軸向應(yīng)力是由于內(nèi)壓與筒體的重力載荷引起的。

圓筒和封頭切應(yīng)力的計算及校核：分三種情況，支座截面處有加強圈、無加強圈等。支座截面處的環(huán)向應(yīng)力計算：由支座反力產(chǎn)生的切應(yīng)力會對圓筒徑向產(chǎn)生環(huán)向彎矩（1）軸向彎矩（M1-M2

）的計算（2）軸向應(yīng)力（σ1-σ4

）的校核

σ1：跨中截面最低點（壓應(yīng)力），σ2：跨中截面最高點（拉應(yīng)力），σ3：支座截面最低點（壓應(yīng)力），σ4：支座截面最高點（拉應(yīng)力），K1、K2為系數(shù)第五章儲運設(shè)備3、儲罐設(shè)計裝填系數(shù)的確定：一般對液化氣體有充裝系數(shù)的說法，確定充裝系數(shù)是為了確保液化氣體在升溫時，儲罐內(nèi)能保留一定的氣相安全空間，不至于液化氣體體積膨脹，引起儲罐的壓力劇增。因此首先確定儲罐的安全系數(shù)。再用液化氣體的飽和密度乘以有效容積系數(shù)。一般設(shè)計容積大于裝填容積，裝填容積大于實際容積。例如液化儲罐設(shè)計容積就是儲罐的具體容積，裝填容積就是因為按照盛裝介質(zhì)的理化性質(zhì)，需要在里面安裝溫度、壓力等容器，所以需要富裕一定的空間。液化石油氣在一定條件下易氣化，所以實際重裝的液化氣不易裝滿，一般充裝系數(shù)為0.85.根據(jù)GB18442《低溫絕熱壓力容器》6.3.2.1的規(guī)定“有效容積不得超過幾何容積的95%”，所以充裝系數(shù)都在0.95以下，現(xiàn)在大部分低溫壓力容器生產(chǎn)廠家取的都在0.9到0.95之間，充裝系數(shù)越低，氣相空間越大，相對而言稍微安全點，但要達到固定的有效容積，幾何容積就會做的越大，材料消耗稍微多一點點。第五章儲運設(shè)備第五章儲運設(shè)備4、球罐一般開設(shè)幾個人孔？怎樣布局？人孔是球罐便于檢修人員進入其內(nèi)部進行檢驗和檢修的通道。球罐在施工過程中，罐內(nèi)的通風(fēng)、煙塵的排除以及腳手架、工器具至內(nèi)件的組裝也是需要通過人孔來完成。根據(jù)工作需要，球罐一般需要開設(shè)兩個人孔，分別設(shè)置在上下極板上，球罐必須進行焊后整體熱處理，則人孔應(yīng)設(shè)置在上下極板的中心。球罐人孔直徑以DN500為主。5、設(shè)計球形儲罐應(yīng)考慮那些載荷？各種罐體形式有何特點？

第六章?lián)Q熱設(shè)備按作用原理或傳熱方式直接接觸換熱器蓄熱式換熱器間壁式換熱器中間載熱體式換熱器一、基本概念：1、換熱器按照傳熱方式如何劃分？第六章?lián)Q熱設(shè)備換熱設(shè)備的設(shè)計內(nèi)容工藝尺寸的設(shè)計計算整體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計一、基本概念：2、換熱器設(shè)計包括那些內(nèi)容？第六章?lián)Q熱設(shè)備3、換熱設(shè)備應(yīng)滿足的基本要求：（1）滿足工藝要求（工藝