化工设备机械基础-复习题

《化工设备机械基础》期末考试（A 卷）
一、填空题（30）
1. 提高法兰刚度的途径是： 增加法兰厚度 、 减小螺栓作用力臂
和 增加法兰盘外径 。

2. 化工管道是化工生产中用于输送流体的主要通道，化工管道的常见连接方式有： 焊接 、 法兰连接 、 螺纹连接 和 承插连接 。

3. 自支撑式塔设备在受到风压作用时，产生三种作用力： 水平风力 、拉应力 和 压应力 。

4. 内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力的强度条件是：)(32max σσσ+=≤)][(φσt
K 5. 当地震烈度≥ 7 度 时，设计塔设备必须考虑地震载荷，当地震烈度
≥ 8 度 时，必须考虑垂直地震力。

6. 影响搅拌式反应器搅拌功率的因素有： 搅拌器的几何参数与运转参数 、
搅拌反应器壳的几何参数 、 搅拌介质的物性参数 。

7. 金属材料的化学性能主要是 耐腐蚀性 和 抗氧化性
8. 边缘应力具有的特性是 局部性 和 自限性 。

和 腐蚀裕量 组成。

1. 化工设备必须同时具有一定的强度和刚度。

（对 ）
2. 对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕度的方法，都能有效地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。

（错 ）
3. 在法兰设计中，如欲减薄法兰厚度，则应该加大法兰盘外径，加大法兰长颈部分的尺寸和加大力臂长度。

（错 ）
4. 压力容器通常要做压力试验，压力试验分为液压试验和气压试验，气压试验用于气体介质设备，液压试验用于液体介质设备。

（错 ）
5. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆形孔，应使椭圆的长轴与筒体的轴线平行。

（对 ）
)
1. 耐腐蚀性
金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。

2. 镇静钢
镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al 等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。

把FeO 中的氧还原出来，生成SiO 2和Al 2O 3。

钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。

钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。

3. 风载荷
风载荷应指垂直于气流方向的平面所受的风的压力。

4. 许用应力
许用应力是判定零件或构件受载后的工作应力过高或过低，预先确定一个衡量的标准。

凡是零件或构件中的工作应力不超过许用应力时，这个零件或构件在运转中是安全的，否则就是不安全的。

塑性材料（大多数结构钢和铝合金）以屈服极限为基准，除以安全系数后得许用应力，即[σ]=σs /n ；
脆性材料（铸铁和高强钢）以强度极限为基准，除以安全系数后得许用应力，即[σ]=σb /n 。

1. 试述搅拌反应釜的组成及各主要组成部分的作用。

（8分）
搅拌罐，搅拌装置，轴封装置。

搅拌罐：为反应提供空间
搅拌装置：增加反应速率，强化传质和传热效果，混合均匀，提供适宜的流动状态。

轴封装置：保证设备处于一定正压或真空条件操作，并防止物料的溢出或杂质的渗入
化工设备常用的防腐措施。

（6分）
目前的防腐措施主要有：开发耐蚀材料、涂覆保护层、电化学保护和添加缓蚀剂。

1）耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口，目前的主要耐腐蚀材料主要有：金属材料、高分子材料、无机非金属材料等。

后3项详见教材34页。

阅卷
得分
试一台液氨贮罐设计罐体，包括选材。

已知贮罐内径D i = 2600mm，罐体（不包括封头）长度L=4800mm。

使用地点：天津。

1.罐体壁厚设计
根据第二篇第八章选材所作的分析，本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。

设计壁厚δd根据(4-12)式计算：
式中P-设计压力。

本贮罐在夏季最高温度可达40℃，这时氨的饱和蒸气压为 1.555MPa（绝对压力)，故取
(表压)；D i=2600mm；[σ]t＝170MPa(附录6)；φ＝1.O(双面对接焊缝，100％探伤，表4-9)；C2=1mm 于是：
取C l＝0.8mm（见表4-10），圆整后取δn＝16mm厚的16MnR钢板制作罐体。

2．封头壁厚设计
采用标准椭圆形封头。

设计壁厚δd按(4-12)式计算：
式中φ＝1.0 (钢板最大宽度为3m，该贮罐直径为2.6m，故封头需将钢板并焊后冲压)；其它符号如前。

考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取δn＝16mm厚的16MnR钢板制作封头。

校核罐体与封头水压试验强度根据式(4-19)：
式中：；；σs=345 MPa （附录表6）
水压试验满足强度要求。

3．鞍座
首先粗略计算鞍座负荷。

贮罐总质量：
m=m1+m2+m3+m4
式中m1-罐体质量；m2-封头质量；m3-液氨质量；m4-附件质量。

（1）罐体质量m1
DN=2600mm，δn=16mm的筒节，每米质量为q1=1030Kg/m（见附录7），故m1=q1L=1030×4.8＝4944(Kg)
（2）封头质量m2
DN=2600mm，δn=16mm，直边高度h=40mm的椭圆形封头，其质量为q2=1100Kg/m（见附录19），故m2=2q2=2×1100＝2200(Kg)
（3）充水质量m3
m3=Vγ
式中V-贮罐容积，V=V对+V筒=2×2.51+4.8×5.309=30.42m3；γ-水的密度为1000Kg／m3。

m3＝30.52×1000＝30420 Kg
（4）附件质量m4
人孔约重200Kg，其它接管的总和按300Kg计，故m4=500Kg
设备总重量m=m1+m2+m3+m4=4950+2200+30420+500=38070=38.1 t
每个鞍座只承约受190KN负荷，所以选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座。

即
JB／T4712-92鞍座A2600一F
JB／T4712-92鞍座A2600一S
4.人孔
根据贮罐是在常温及最高工作压力为1．6MP a的条件下工作，人孔标准应按公称压力为1.6MP a的等级选取。

从人孔类型系列标准可知，公称压力为1.6MP a的人孔类型很多。

本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。

该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。

该人孔标记为：HG21523-95人孔RFⅣ（A·G）450-1.6 其中RF指突面密封，Ⅳ指接管与法兰的材料为20R，A·G 是指用普通石棉橡胶板垫片，450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6 Mp a。

5．人孔补强确定
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。

本设计所选用的人孔筒节内径d＝450mm，壁厚δn ＝10mm。

故补强圈尺寸确定如下：补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，根据补强的金属面积应大于等于开孔减少的截面积，补强圈的厚度按下式估算：
故补强圈取24mm厚
6．接口管
本贮罐设有以下接口管。

(1)液氨进料管：
采用φ57×3.5mm无缝钢管(强度应验算，在此略去)。

管的一端切成45°，伸入贮罐内少许。

配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰SO50-1.6 RF 16MnR。

因为壳体名义壁厚δn＝16mm>12mm，接管公称直径小于80mm，故不用补强。

(2)液氨出料管：
采用可拆的压出管φ25×3mm，将它用法兰套在接口管φ38×3.5mm内。

罐体的接口管法兰采用法兰：HG20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR。

与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR相同，但其内径为25mm（见总装图的局部放大图）。

液氨压出管的端部法兰(与氨输送管相连)采用HG20592 法兰SO20-1.6 RF 16MnR。

这些小管都不必补强。

压出管伸入贮罐2.5m。

(3)排污管：
贮罐右端最底部安设排污管一个，管子规格是φ57×3.5mm，管端焊有一与截止阀J41W一16相配的管法兰HG20592 法兰SO50-1.6 RF 16MnR。

排污管与罐体联接处焊有一厚度为10mm的补强圈。

(4)液面计接管
本贮罐采用玻璃管液面计BIW PN1.6，L＝1000mm，HG5-227-80两支。

与液面计相配的接管尺寸为φ18×3mm，管法兰为HG20592 法兰SO15-1.6 RF 16MnR。

(5)放空管接管
采用φ32×3.5mm无缝钢管，法兰HG20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR。

(6)安全阀接管
安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。

本贮罐选用φ32×2.5mm的无缝钢管，法兰为HG20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR。