《过程设备设计》习题
《过程设备设计》期末复习题及答案
《过程设备设计》期末复习题及答案第一章规程与标准1-1 压力容器设计必须遵循哪些主要法规和规程？答：1．国发[1982]22号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》（简称《条例》）；2．劳人锅[1982]6号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则；3．劳部发[1995]264号：关于修改《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》"压力容器部分"有关条款的通知；4．质技监局锅发[1999]154号：《压力容器安全技术监察规程》（简称《容规》）；5．劳部发[1993]370号：《超高压容器安全监察规程》；6．劳部发[1998]51号：《压力容器设计单位资格管理与监督规则》；7．劳部发[1995]145号：关于压力容器设计单位实施《钢制压力容器-分析设计标准》的规定；8．劳部发[1994]262号：《液化气体汽车罐车安全监察规程》；9．化生字[1987]1174号：《液化气体铁路槽车安全管理规定》；10．质技监局锅发[1999]218号：《医用氧舱安全管理规定》。
1-2 压力容器设计单位的职责是什么？答：1．设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责；2．容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样；3．容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。
1-3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用与不适用范围是什么？答：适用范围：1．设计压力不大于35MPa的钢制容器；2．设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。
不适用范围：1．直接用火焰加热的容器；2．核能装置中的容器；3．旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室；4．经常搬运的容器；5．设计压力低于0.1MPa的容器；6．真空度低于0.02MPa的容器；7．内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线，如矩形为对角线、椭圆为长轴）小于150mm的容器；8．要求作废劳分析的容器；9．已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。
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过程设备设计复习题及答案换热设备6.1根据结构来分，下面各项中那个不属于管壳式换热器：（B ）A.固定管板式换热器B.蓄热式换热器C.浮头式换热器D.U形管式换热器6.2常见的管壳式换热器和板式换热器属于以下哪种类型的换热器：（C ）A.直接接触式换热器B.蓄热式换热器C.间壁式换热器D.中间载热体式换热器6.3下面那种类型的换热器不是利用管程和壳程来进行传热的：（B ）A.蛇管式换热器B.套管式换热器C.管壳式换热器D.缠绕管式换热器6.4下列关于管式换热器的描述中，错误的是：（C ）A.在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。
B.蛇管式换热器是管式换热器的一种，它由金属或者非金属的管子组成，按需要弯曲成所需的形状。
C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为容易。
D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。
6.5下列措施中，不能起到换热器的防振效果的有：（A）A.增加壳程数量或降低横流速度。
B.改变管子的固有频率。
C.在壳程插入平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板。
D.在管子的外边面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条。
6.1??按照换热设备热传递原理或传递方式进行分类可以分为以下几种主要形式：（ABC）A. 直接接触式换热器B. 蓄热式换热器C. 间壁式换热器D. 管式换热器6.2 下面属于管壳式换热器结构的有：（ABCD）A. 换热管B. 管板C. 管箱D. 壳体6.3 引起流体诱导振动的原因有：（ACD）A. 卡曼漩涡B. 流体密度过大C. 流体弹性扰动D. 流体流速过快6.4 传热强化的措施有：（BCD）A. 提高流量B. 增加平均传热温差C. 扩大传热面积D. 提高传热系数6.5 下列关于管壳式换热器的描述中，错误的是：（CD）A.管壳式换热器结构简单、紧凑、能承受较高的压力。
B.管壳式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗的场合。
过程设备设计课后习题答案（合集5篇）
过程设备设计课后习题答案（合集5篇）第一篇：过程设备设计课后习题答案习题1.一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。
试在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
材料为Q235-A时：δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2=9.724+0.8+2=12.524mm 取δn=14mm材料为16MnR时：=1.85⨯1000=9.724mm2⨯113⨯0.85-1.85δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2 =6.443+0.8+2=9.243mm取δn=10mm=1.85⨯1000=6.443mm2⨯170⨯0.85-1.852.一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa（即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。
试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
过程设备设计第三版答案(郑津洋 董其伍 桑芝富主编)最新最全版
第一章压力容器导言思考题1.1 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答:筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
思考题1.2 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答:介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。
如Q235-A•F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。
思考题1.3 《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答:《压力容器安全技术监察规程》依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也越高。
过程设备设计课后习题答案
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。
试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。
试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
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过程设备设计复习题及答案一、单选题1.压力容器导言1.1所谓高温容器是指下列哪一种：（A）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150适用下列哪种类型容器：（B）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（B）A弹性失效B塑性失效C爆破失效D弹塑性失效1.4有关《容规》适用的压力说法正确的是：（B）A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)1.5C）A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围1.6影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是：（B）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力1.7毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（）CA.<0.1mg/m3D.10mg/m31.8内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（C）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器1.9下列属于分离压力容器的是：（C）A.蒸压釜B.蒸发器C.干燥塔D.合成塔2.压力容器应力分析2.1在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：（D）A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善C.内加热情况下内壁应力有所恶化，而外壁应力得到改善D.内加热情况下内壁应力得到改善，而外壁应力有所恶化2.2通过对最大挠度和最大应力的比较，下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：（A）A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板2.3下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述，错误的是：（A）A.失稳临界压力与材料屈服点无关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响2.4下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（D）A.增加壁厚B.采用多层圆筒结构，对内筒施加外压C.自增强处理D.采用分析设计的方法2.5下列有关不连续应力的叙述，错误的为：（C）A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的B.具有局部性与自限性的特征C.其危害程度比总体薄膜应力大D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感2.6下列关于局部载荷说法正确的是：（）CA.对管道设备附件设置支架，会增加附件对壳体的影响B.对接管附件加设热补偿元件，无明显意义C.压力容器制造中出现的缺陷，会造成较高的局部应力D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系2.7外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（C）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个2.8下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：（D）A.假设壳体材料连续，均匀，各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压2.9关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：（B）A.板内为二向应力，切应力可予以忽略B.正应力沿板厚分布均匀C.应力沿半径分布与周边支承方式有关D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比3.压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是：（A）A.熔焊B.压焊C.钎焊D.点焊3.2一般高压容器的平盖制造用的钢材是：（C）A.钢板B.钢管C.锻件D.铸件3.3在焊接中力学性能得到明显改善，是焊接接头中组织和性能最好的区域是：（B）A.过热区B.正火区C.融合区D.焊缝3.4下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（D）A.尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷B.尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷C.尽量减少焊缝处的应力集中D.尽量选用好的焊接材料3.5下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：（A）A.裂纹B.夹渣C.气孔D.未熔透3.6下列金属会产生低温变脆的是：（B）A.铜B.碳素钢C.铝D.奥氏体不锈钢3.7磁粉检测属于：（D）A.破坏性检验B.外观检查C.密封性检查D.无损检测3.8下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（C）A.硫元素不是钢材中的有害元素。
过程设备设计第三版郑津洋董其伍化工工业出版社答案
思考题1．压力容器导言1.1 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构1.2 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
过程设备设计课后习题答案
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。
试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。
试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
过程设备设计终极版思考题答案
第1章压力容器导言思考题介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答：筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
过程设备设计复习题
一、判断题（×）1、压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
（×）2、弹性模数E 和泊桑比µ是金属材料的重要力学性能，一般钢材的E 和µ都不随温度的变化而变化，所以都可以取为定值。
（√）3、凹凸压紧面安装时易于对中，还能有效防止垫片被挤压出压紧面，适用与管法兰和容器法兰。
（√）4、在焊接中要注意，焊缝不要布置在高应力区，焊缝要尽可能避免交叉。
（√）5、在分馏塔机械设计中，水压试验时仅考虑风弯矩，最大弯矩为 e W M M M +=3.0max（ √ ）6、应变硬化将使材料的比例极限提高而塑性降低。
（ √ ）7、依据弹性失效理论，容器上一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服点t s σ时，即宣告该容器已经“失效”。
（ √ ）8、影响焊接接头系数的因素较多，主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求和长度比例有关。
（ ×）9、平焊法兰的刚度高于对焊法兰的刚度，可以承受更高的压力。
（ ×）10、壳体失稳时的临界压力随壳体材料的弹性模量E 、泊松比的增大而增大，而与其他因素无关。
（√ ）11、毒性程度为极度和高度危害介质，且PV 乘积大于等于0.2MPa•m 3 的低压容器属于第三类压力容器。
（√）12、开孔补强等面积补强法的的设计原则是：承受压力的壳体被削去的面积，必须在开孔周围补强范围之内补回同样的金属面积。
（×）13、对于受内压壳体，其上面各点一定是受到拉应力的作用，而不会受到压应力的作用。
（×）14、有效厚度为名义厚度减去钢材负偏差。
（√）15、对管壳式换热器，采用管内翅片虽然增加了传热面积，但是也改变了流体在管内的流动形势和阻力分布，泵功率的损失也会相应增加。
二、简答题1、压力容器设计有哪些设计准则？它们和压力容器失效形式有什么关系？答：压力容器的设计准则大致可分为强度失效设计准则、刚度失效设计准则、稳定失效设计准则和泄漏失效设计准则四大类。
过程设备设计第4章习题
C.二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。 D.二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加道一次应力之上的应力增量 4.8 交变载荷 以下载荷属于交变载荷的有： （ ） A.压力波动 B.开车停车 C.加热或冷却时温度变化引起的热应力变化 D.振动或容器接管引起的附加载荷 4.9 设计准则 下列有关压力容器设计准则的叙述，正确的有： （ ） A.弹性失效设计准则以容器整个危险面屈服作为实效状态。 B.弹塑性失效设计准则认为只要载荷变化范围达到安定载荷，容器就失效。 C.弹性失效设计准则较塑性失效设计准则更保守。 D.爆破失效设计准则认为压力达到全屈服压力时容器失效。 4.10 加强圈 为提高外压圆筒稳定性，需设置加强圈，下列有关加强圈的设计，正确的有： （ ） A.加强圈的最小间距应小于失稳临界长度。 B.在设计过程中，有可能通过增加加强圈的数量使圆筒厚度减薄。 C.加强圈与圆筒的连接可采用连续的或间断地焊接。 D.加强圈不可设置在筒体内部 4.11 封头 压力容器封头较多，下列叙述正确的有： （ ） A.凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和锥壳。 B.由筒体与封头连接处的不连续效应产生的应力增强影响以应力增强系数的形式引入厚度 计算式。 C.半球形封头受力均匀，因其形状高度对称，整体冲压简单。 D.椭圆形封头主要用于中、低压容器。 4.12 高压密封 下列属于提高高压密封性能的措施有： （ ） A.改善密封接触表面 B.改进垫片结构 C.采用焊接密封元件 D.增加预紧螺栓数量 4.13 安全阀 安全阀的优点包括： （） A.完全密封 B.多次使用 C.泄压反应快 D.只排出高于规定压力的部分压力 4.14 支座 在立式容器支座中，中小型直立容器常采用（ ）高大的塔设备则广泛采用（ ） ，大型卧式 储存采用（ ） A.耳式支座 B.裙式支座
过程设备机械设计基础课后习题答案
M1 = 10.8x − 5.99
M 2 = 5.4x − 4.37
RA
M3 = 0 M = 5.99kNm
max
MA
M(KNm)
300 A
510 150 B
或： M 1 = 0 M 2 = − 5 .4 x + 0 .81
0
x
-2.75
M 3 = − 10 .8 x + 4 .374
-5.99
2)
l
C
A
B
l 题4-8
2
查表选28a工字钢：Wz=508 cm3、q = 43.492Kg/m
∴Mmax
=
MG
+
Mq
=
56×103
+
1 8
43.492×9.8×82
=
59410N
⋅
m
校核：σ max
=
M max
[Wz ]
=
59410×103 508×103
=116.95 MPa< [σ ] =125MPa
=
28 .66 MPa
4
4
2
φ 10 mm 1 φ 20 mm
F
Q
1m1
∆ L1
=
N 1 L1 EA 1
12 × 10 3 × 1000 =
2 × 10 5 × π 10 2
= 0 .76 mm
4
∆L2
=
N 2L2 EA 2
=
9 × 10 3 × 500 2 × 10 5 × π 20 2
= 0 .072
M A yA Iz
10.9×106 ×60 = 120×2003
= 8.175MPa
过程设备设计课后习题答案
过程设备设计第二版1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成分别起什么作用2.答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成;筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间;封头的作用：与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用;密封装置的作用：保证承压容器不泄漏;开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要;支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上;安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行;3.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响答：介质毒性程度越高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高;如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时,碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测,整体必须进行焊后热处理,容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测,且液压试验合格后还得进行气密性试验;而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多;毒性程度对法兰的选用影响也甚大,主要体现在法兰的公称压力等级上,如内部介质为中度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于；内部介质为高度或极度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于,且还应尽量选用带颈对焊法兰等;易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求;如Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝包括角焊缝均应采用全焊透结构等;4.压力容器安全技术监察规程在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类答：因为pV乘积值越大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高;5.压力容器安全技术监察规程与GB150的适用范围是否相同为什么6.答：不相同;压力容器安全技术监察规程的适用范围：错误!最高工作压力≥不含液体静压力；错误!内直径非圆形截面指其最大尺寸≥0.15m,且容积≥0.025m3；错误!盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体;GB150的适用范围：错误!≤p≤35MPa,真空度不低于；错误!按钢材允许的使用温度确定最高为700℃,最低为-196℃；错误!对介质不限；错误!弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;GB150是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据；压力容器安全技术监察规程是政府对压力容实施安全技术监督和管理的依据,属技术法规范畴;7.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同它们的适用范围是什么8.答：JB/T4735钢制焊接常压容器与GB150钢制压力容器属于常规设计标准；JB4732钢制压力容器—分析设计标准是分析设计标准;JB/T4735与GB150及JB4732没有相互覆盖范围,但GB150与JB4732相互覆盖范围较广;GB150的适用范围：错误!设计压力为≤p≤35MPa,真空度不低于；错误!设计温度为按钢材允许的使用温度确定最高为700℃,最低为-196℃；错误!对介质不限；错误!采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!采用最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;JB4732的适用范围：错误!设计压力为≤p<100MPa,真空度不低于；错误!设计温度为低于以钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度最高为475℃；错误!对介质不限；错误!采用塑性失效设计准则、失稳失效设计准则和疲劳失效设计准则,局部应力用极限分析和安定性分析结果来评定；错误!应力分析方法是弹性有限元法、塑性分析、弹性理论和板壳理论公式、实验应力分析；错误!采用切应力理论；错误!适用疲劳分析容器,有免除条件;JB/T4735的适用范围：错误!设计压力为≤p<；错误!设计温度为大于-20～350℃奥氏体高合金钢制容器和设计温度低于-20℃,但满足低温低应力工况,且调整后的设计温度高于-20℃的容器不受此限制；错误!不适用于盛装高度毒性或极度危害的介质的容器；错误!采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!采用最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;2.压力容器应力分析思考题1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么答：几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称;2. 推导无力矩理论的基本方程时,在微元截取时,能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面为什么3.答：不能;如果采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面,这两截面与壳体的两表面相交后得到的两壳体表面间的距离大于实际壳体厚度,不是实际壳体厚度;建立的平衡方程的内力与这两截面正交,而不是与正交壳体两表面的平面正交,在该截面上存在正应力和剪应力,而不是只有正应力,使问题复杂化;4. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2的原因;答：a/b=2时,椭圆形封头中的最大压应力和最大拉应力相等,使椭圆形封头在同样壁厚的情况下承受的内压力最大,因此GB150称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 5. 何谓回转壳的不连续效应 不连续应力有哪些特征,其中β与 两个参数的物理意义是什么答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大,很快变小,对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来,称为“不连续效应”或“边缘效应”;不连续应力有两个特征：局部性和自限性;局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见,这些应力是的函数随着距连接处距离的增大,很快衰减至0;不自限性：连续应力是由于毗邻壳体,在连接处的薄膜变形不相等,两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致,对于用塑性材料制造的壳体,当连接边缘的局部产生塑性变形,弹性约束开始缓解,变形不会连续发展,不连续应力也自动限制,这种性质称为不连续应力的自限性;β的物理意义：()Rt 4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围;该值越大,边缘效应影响范围越小; Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比;反映边缘效应影响范围的大小;xe β-Rt6. 单层厚壁圆筒承受内压时,其应力分布有哪些特征 当承受内压很高时,能否仅用增加壁厚来提高承载能力,为什么答：应力分布的特征：错误!周向应力σθ及轴向应力σz 均为拉应力正值,径向应力σr 为压应力负值;在数值上有如下规律：内壁周向应力σθ有最大值,其值为：1122max -+=K K p i θσ,而在外壁处减至最小,其值为122min -=K p i θσ,内外壁σθ之差为p i ；径向应力内壁处为-p i ,随着r 增加,径向应力绝对值逐渐减小,在外壁处σr =0;错误!轴向应力为一常量,沿壁厚均匀分布,且为周向应力与径向应力和的一半,即2θσσσ+=r z ;错误!除σz 外,其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K 值有关;不能用增加壁厚来提高承载能力;因内壁周向应力σθ有最大值,其值为：1122max -+=K K p i θσ,随K 值增加,分子和分母值都增加,当径比大到一定程度后,用增加壁厚的方法降低壁中应力的效果不明显;7. 单层厚壁圆筒同时承受内压p i 与外压p o 用时,能否用压差o i p p p -=∆代入仅受内压或仅受外压的厚壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力为什么8.答：不能;从Lam è公式()()220200222202020220200222202020220200211i i i z i i i i i i i i i i i i r R R R p R p rR R R R p p R R R p R p r R R R R p p R R R p R p --=--+--=-----=σσσθ 可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力成正比,并不是与o i p p p -=∆成正比;而径向应力与周向应力的第二项与o i p p p -=∆成正比;因而不能用o i p p p -=∆表示;9. 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综合应力沿壁厚如何分布筒壁屈服发生在何处为什思考题7图么答：单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综合应力沿壁厚分布情况题图;内压内加热时,综合应力的最大值为周向应力,在外壁,为拉伸应力；轴向应力的最大值也在外壁,也是拉伸应力,比周向应力值小；径向应力的最大值在外壁,等于0;内压外加热,综合应力的最大值为周向应力,在内壁,为拉伸应力；轴向应力的最大值也在内壁,也是拉伸应力,比周向应力值小；径向应力的最大值在内壁,是压应力;筒壁屈服发生在：内压内加热时,在外壁；内压外加热时,在内壁;是因为在上述两种情况下的应力值最大;10. 为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程dr d r r r σσσθ=-,在弹塑性应力分析中同样适用11. 答：因平衡方程的建立与材料性质无关,只要弹性和弹塑性情况下的其它假定条件一致,建立的平衡方程完全相同;12. 一厚壁圆筒,两端封闭且能可靠地承受轴向力,试问轴向、环向、径向三应力之关系式2θσσσ+=r z ,对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段是否都成立,为什么13.答：对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段都成立; 在弹性阶段成立在教材中已经有推导过程,该式是成立的;由拉美公式可见,成立的原因是轴向、环向、径向三应力随内外压力变化,三个主应力方向始终不变,三个主应力的大小按同一比例变化,由式2θσσσ+=r z 可见,该式成立;对理想弹塑性材料,从弹性段进入塑性段,在保持加载的情况下,三个主应力方向保持不变,三个主应力的大小仍按同一比例变化,符合简单加载条件,根据塑性力学理论,可用全量理论求解,上式仍成立;14. 有两个厚壁圆筒,一个是单层,另一个是多层圆筒,二者径比K 和材料相同,试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同为什么15.答：从爆破压力计算公式看,理论上相同,但实际情况下一般不相同;爆破压力计算公式中没有考虑圆筒焊接的焊缝区材料性能下降的影响;单层圆筒在厚壁情况下,有较深的轴向焊缝和环向焊缝,这两焊缝的焊接热影响区的材料性能变劣,不易保证与母材一致,使承载能力下降;而多层圆筒,不管是采用层板包扎、还是绕板、绕带、热套等多层圆筒没有轴向深焊缝,而轴向深焊缝承受的是最大的周向应力,圆筒强度比单层有轴向深焊缝的圆筒要高,实际爆破时比单层圆筒的爆破压力要高;16. 预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么答：使圆筒内层材料在承受工作载荷前,预先受到压缩预应力作用,而外层材料处于拉伸状态;当圆筒承受工作压力时,筒壁内的应力分布按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成;内壁处的总应力有所下降,外壁处的总应力有所上升,均化沿筒壁厚度方向的应力分布;从而提高圆筒的初始屈服压力,更好地利用材料;17. 承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是什么其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么 18.答：承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是：错误!承受垂直于薄板中面的轴对称载荷；错误!板弯曲时其中面保持中性；错误!变形前位于中面法线上的各点,变形后仍位于弹性曲面的同一法线上,且法线上各点间的距离不变；错误!平行于中面的各层材料互不挤压;其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是：薄板内的应力分布是线性的弯曲应力,最大应力出现有板面,其值与()2t R p 成正比；而薄壁壳体内的应力分布是均匀分布,其值与()t R p 成正比;同样的()t R 情况下,按薄板和薄壳的定义,()()t R t R >>2,而薄板承受的压力p 就远小于薄壳承受的压力p 了; 19. 试比较承受均布载荷作用的圆形薄板,在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位置;答：错误!周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为：22max 43tpR =σ D pR w f '=644max 错误!周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为：()22max 833tpR μσ+= μμ++'=15644max D pR w s 错误!应力分布：周边简支的最大应力在板中心；周边固支的最大应力在板周边;两者的最大挠度位置均在圆形薄板的中心;错误!周边简支与周边固支的最大应力比值 ()()65.1233.0max max−−→−+==μμσσf r s r 周边简支与周边固支的最大挠度比值08.43.013.05153.0max max =++−−→−++==μμμf s w w其结果绘于下图20.试述承受均布外压的回转壳破坏的形式,并与承受均布内压的回转壳相比有何异同答：承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳,当壳体壁厚较大时也有可能出现强度失效；承受均布内压的回转壳的破坏形式主要是强度失效,某些回转壳体,如椭圆形壳体和碟形壳体,在其深度较小,出现在赤道上有较大压应力时,也会出现失稳失效;21.试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度材料是否正确,为什么22.答：影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松比、长度、直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷;提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度材料不正确,因为高强度材料的弹性模量与低强度材料的弹性模量相差较小,而价格相差往往较大,从经济角度不合适;但高强度材料的弹性模量比低强度材料的弹性模量还量要高一些,不计成本的话,是可以提高圆柱壳弹性失稳的临界压力的;23.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法答：有：应力集中系数法、数值解法、实验测试法、经验公式法;24.圆柱壳除受到压力作用外,还有哪些从附件传递过来的外加载荷答：还有通过接管或附件传递过来的局部载荷,如设备自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等;25.组合载荷作用下,壳体上局部应力的求解的基本思路是什么试举例说明;答：组合载荷作用下,壳体上局部应力的求解的基本思路是：在弹性变形的前提下,壳体上局部应力的总应力为组合载荷的各分载荷引起的各应力分量的分别叠加,得到总应力分量;如同时承受内压和温度变化的厚壁圆筒内的综合应力计算;习题1. 试应用无力矩理论的基本方程,求解圆柱壳中的应力壳体承受气体内压p,壳体中面半径为R,壳体厚度为t;若壳体材料由20R MPa MPa s b 245,400==σσ改为16MnR MPa MPa s b 345,510==σσ时,圆柱壳中的应力如何变化为什么2.解：错误!求解圆柱壳中的应力应力分量表示的微体和区域平衡方程式： δσσθφz p R R -=+21 φσππφsin 220t r dr rp F k r z k =-=⎰圆筒壳体：R 1=∞,R 2=R,p z =-p,r k =R,φ=π/2tpR pr t pRk 2sin 2===φδσσφθ 错误!壳体材料由20R 改为16MnR,圆柱壳中的应力不变化;因为无力矩理论是力学上的静定问题,其基本方程是平衡方程,而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解,不受材料性能常数的影响,所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响;3. 对一标准椭圆形封头如图所示进行应力测试;该封头中面处的长轴D=1000mm,厚度t=10mm,测得E 点x=0处的周向应力为50MPa;此时,压力表A 指示数为1MPa,压力表B 的指示数为2MPa,试问哪一个压力表已失灵,为什么4.解：错误!根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E 的内压力：标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2,即a/b=2,a=D/2=500mm;在x=0处的应力式为：MPa abt p bt pa 15002501022222=⨯⨯⨯===θθσσ 错误!从上面计算结果可见,容器内压力与压力表A 的一致,压力表B 已失灵;5. 有一球罐如图所示,其内径为20m 可视为中面直径,厚度为20mm;内贮有液氨,球罐上部尚有3m 的气态氨;设气态氨的压力p=,液氨密度为640kg/m 3,球罐沿平行圆A-A 支承,其对应中心角为120°,试确定该球壳中的薄膜应力;解：错误!球壳的气态氨部分壳体内应力分布：R 1=R 2=R,p z =-p MPa t pR t pR pr t pR k 100202100004.022sin 2=⨯⨯===⇒===+θφφθφσσφδσσσ 错误!支承以上部分,任一φ角处的应力：R 1=R 2=R,p z =-p+ ρg Rcosφ0-cos φ,r=Rsin φ,dr=Rcos φd φ7.0cos 105110710sin 0220==-=φφ由区域平衡方程和拉普拉斯方程：()[]()()()()()()()()()()()()()()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=--+=-=+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=-+-+=-+-+=-+=-+=⎰⎰⎰033022002220003302200222203322022003330220223002cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos cos cos cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin sin 3cos cos sin 2sin sin cos cos cos 32sin sin cos sin cos 2cos 2cos cos 2sin 2000φφφφφρφφφρφφσρφφσσσφφφφφρφφφφφφρφφφφρσφφρπφφφρπφφφρπφρπρφφπφσπφθφθφφφφg R p t R R tg R p R tg R p tR p g R p t R t g R t g R p R g R g R p R d g R rdr g R p rdr g R p t R zr r rr φ0h()()()(){()()()(){}()(){}[]MPa g R p t R 042.12cos 1.2sin 2.22sin 50.343cos 2.151.0sin 22.2sin 50.343cos 2092851.0sin 221974.4sin 5007.0cos 3151.0sin 35.081.94060151.0sin 102.0sin 02.010cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 32232232233226203302200222-+=-⨯+-⨯≈-⨯+-⨯=⎭⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=φφφφφφφφφφφφφφφφφφρφφφσφ ()()()()[]MPa g R p t R R tg R p 042.12cos 1.2sin 2.22sin 5cos 392.31974.221cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos 322033022002220-+-⨯-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=φφφφφφφφφρφφφρφφσθ 错误!支承以下部分,任一φ角处的应力 φ>120° ：R 1=R 2=R,p z =-p+ ρg Rcos φ0-cos φ,r=Rsin φ,dr=Rcos φd φ()[]()()()[]()()()()[]()()()()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=--+=-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-+-+==--+-+-+=--+-+=--+-+=⎰⎰⎰R h 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【免费下载】过程设备设计第三版(郑津洋)课后习题答案
答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘 应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。 不连续应力有两个特征：局部性和自限性。
局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 ex 的函数随着距连接处距离的增大，很快
值）。在数值上有如下规律：内壁周向应力 σθ 有最大值，其值为： max
pi
K2 K2
1
，而在外壁处减
1
2
至最小，其值为 min
pi
2 K 2 1 ，内外壁 σθ 之差为 pi；径向应力内壁处为-pi，随着 r 增加，径向
1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用? 答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。 筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。 封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。 密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。 开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。 支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。 安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和 工艺过程的正常进行。 2. 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？ 答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的 要求愈高。如 Q235-A 或 Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒 性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进 行焊后热处理，容器上的 A、B 类焊接接头还应进行 100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行 气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚 大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小 于 1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于 1.6MPa，且还应尽量选 用带颈对焊法兰等。
期末复习题答案——化工过程设备设计
《化工过程设备设计》期末复习题答案一、名词解释1．外压容器内外的压力差小于零的压力容器叫外压容器。
2．边缘应力由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。
3．基本风压值以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。
4．计算厚度由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。
5．低压容器对内压容器当其设计压力为 1.6MPa P 1MPa 0<≤.时为低压容器。
6．等面积补强法在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。
7．回转壳体一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。
8．公称压力将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准等级就是公称压力。
9．计算压力在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。
10．20R20表示含碳量为0.2%，R 表示容器用钢。
11．设计压力设定在容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。
12．强制式密封完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。
13．强度构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。
14．临界压力导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。
15．主应力在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力，这样的平面为主平面。
在主平面上作用的正应力为主应力。
16．内压容器内外压力差大于零的压力容器叫内压容器。
17．强度构件抵抗外力作用不致发生过大变形或断裂的能力。
18．无力矩理论因为容器的壁薄，所以可以不考虑弯矩的影响，近似的求得薄壳的应力，这种计算应力的理论为无力矩理论。
19．压力容器内部含有压力流体的容器为压力容器。
20.薄膜应力由无力矩理论求得的应力为薄膜应力。
二、判断是非题（正确的划√，错误划×）1．内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。
（×）2．设计压力为4MPa的容器为高压容器。
过程装备设计习题库第四章压力容器设计习题
第四章压力容器设计习题单选题4.1密封平垫密封属于：（）A.强制密封B.自紧式密封C.半自紧式密封D.以上三种都不是4.2设计准则同一承载能力下，仅受内压作用的圆筒按哪种计算方法计算的壁厚最薄：（）A.中径公式B.最大拉应力准则C.形状改变比能准则D.最大切应力准则4.3压力容器失效形式下列有关压力容器失效形式的叙述，正确的是：（）A.韧性断裂是在容器整体应力水平较高状态下发生的，因而比脆性断裂更具危害性。
B.脆性断裂属于疲劳断裂。
C.只有在交变载荷的作用下，才可能发生疲劳断裂。
D.蠕变断裂按断裂前的应力来划分，具有韧性断裂的特征。
4.4设计准则下列有关压力容器失效判据与设计准则的叙述，错误的是：（）A.失效判据是判别压力容器失效状态的依据B.失效判据是基于力学分析结果与简单实验测量结果相比较得出的。
C.失效判据不能直接用于压力容器设计计算。
D.为考虑压力容器制造过程中很多不确定因素，引入焊接接头系数得到与失效判据相对应的设计准则。
4.5设计准则在按弹性失效设计准则进行内压厚壁圆筒设计时，采用不同的强度理论会得到不同的结果，下列叙述错误的是：（）A.按形状改变比能屈服失效判据计算出的内壁初始屈服压力和实测值最为接近。
B.在厚度较大即压力较高时各种设计准则差别不大。
C.在同一承载能力下，中径公式算出的厚度最薄。
D.在同一承载能力下，最大切应力准则算出的厚度最厚。
4.6圆筒设计下列有关圆筒设计的叙述，正确的是：（）A.中径公式的适用范围仅限于薄壁圆筒即K<=1.2时。
B.对单层厚壁圆筒常采用塑性失效设计准则或爆破失效设计准则设计。
C.在厚壁圆筒的设计过程中，一般都考虑预应力的影响。
D.常规设计中需对圆筒的热应力进行校核计算。
4.7设计技术参数下列有关压力容器设计技术参数的叙述，正确的是：（）A.设计压力不得低于最高工作压力。
最高工作压力不包括液柱静压力。
B.设计压力引入安全系数后得到计算压力。
南京工业大学《过程设备设计》复习题
《过程设备设计》复习题一、填空1、压力容器基本组成：筒体、封头、密封装置、开孔与接管、支座、安全附件。
2、介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
3、压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。
4、壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。
5、薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值（t/R）max≤1/10。
6、厚壁圆筒中的热应力由平衡方程、几何方程和物理方程，结合边界条件求解。
7、改善钢材性能的途径：化学成分的设计、组织结构的改变、零件表面改性。
8、钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关，而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。
9、焊接接头系数——焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。
10、介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等；其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。
11、《压力容器安全技术监察规程》根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分为三类。
12、回转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。
13、厚壁圆筒中热应力及其分布的规律为：① 热应力大小与内外壁温差成正比；② 热应力沿壁厚方向是变化的。
14、压力容器用钢的基本要求：较高的强度；良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。
15、压力容器设计中，常用的强度判据：包括抗拉强度бb、屈服点бs、持久极限、蠕变极限、疲劳极限б-116、强度失效——因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效，包括（a）韧性断裂、（b）脆性断裂、（c）疲劳断裂、（d）蠕变断裂、（e）腐蚀断裂等。
二、简述题1、无力矩理论及无力矩理论应用条件？①壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。
②壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作用。
③壳体的边界处的约束可沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。
过程设备设计课后习题答案解析
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =1200mm ，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K ≤0.1mm/a ，设计寿命B=20年。
试在Q2305-A ·F 、Q235-A 、16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppDt1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppDt109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa （即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=2mm ，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。
试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
解：○1p=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
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《过程设备设计》习题1 压力容器导言1.1压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？压力容器主要由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件六大部件组成。
各部分的作用分别是：(1)筒体：提供工艺所需的承压空间(2)封头：与筒体等部件形成封闭空间(3)密封装置：保证压力容器正常、安全运行(4)开孔及接管：满足工艺要求和方便检修(5)支座：支撑和固定压力容器(6)安全附件：用于监控工作介质的参数，保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行1.2介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？介质的毒性程度和易燃特性愈高，压力容器爆炸、泄露或燃烧的危害性愈严重，对压力容器的选材、设计、制造、使用和管理的要求愈高。
1.3《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积PV大小进行分类？压力容器设计压力P与全容积V的乘积PV愈大，容器破裂时的爆炸能量愈大，危害性愈大，对容器的设计、制造、检查、使用和管理的要求就愈高，因而在确定压力容器类别时要视PV的大小进行分类。
1.4《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》和GB150《钢制压力容器》的适用范围有何区别？(1)《特种设备安全监察条例》适用于同时具备下列条件的压力容器：①最高工作压力大于等于0.1MPa（表压）；②压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L；③盛装介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
(2)《压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备下列条件的压力容器：①最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；②内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3；③盛装介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
(3)GB150《钢制压力容器》适用于同时具备下列条件的压力容器：①设计压力大于等于0.1MPa、小于等于35MPa；②设计温度范围根据钢材容许的使用温度确定，从-196到钢材的蠕变限用温度；③固定的，承受恒定的载荷。
不适用于：直接用火焰加热的容器；核能装置中的容器；旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压器室；真空度低于0.02MPa的容器；内直径小于150mm的容器；要求做疲劳分析的容器等。
2 压力容器应力分析思考题：2.1一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么？3压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1压力容器用钢有哪些基本要求？压力容器用钢的基本要求是有较高的强度，良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。
3.2影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？影响压力容器钢材性能的环境因素主要有温度高低、载荷波动、介质性质、加载速率等。
3.3为什么要控制压力容器用钢中的硫、磷含量？因为硫和磷是钢中最主要的有害元素。
硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。
磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。
将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即可大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。
3.4为什么说材料性能劣化引起的失效往往具有突发性？工程上可采取哪些措施来预防这种失效？因为材料性能劣化往往单靠外观检查和无损检测不能有效地发现，因而由此引起事故往往具有突发性。
工程上在设计阶段要预测材料性能是否会在使用中劣化，并采取有效的防范措施。
3.5压力容器选材应考虑哪些因素？压力容器零件材料的选择，应综合考虑容器的使用条件、相容性、零件的功能和制造工艺、材料性能、材料使用经验（历史）、综合经济性和规范标准。
4 压力容器设计思考题：4.1为保证安全，压力容器设计时应综合考虑哪些因素？具体有哪些要求？为保证安全，压力容器设计应综合考虑材料、结构、许用应力、强（刚）度、制造、检验等环节，这些环节环环相扣，每个环节都应予以高度重视。
压力容器设计就是根据给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，在确保安全的前提下，经济、正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。
结构设计主要是确定合理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强（刚）度设计的内容主要是确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求，以确保容器安全可靠地运行；密封设计主要是选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。
4.2压力容器的设计文件应包括哪些内容？压力容器的设计文件应包括设计图样、技术条件、设计计算书，必要时还应包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。
4.3压力容器设计有哪些设计准则？它们和压力容器失效形式有什么关系？压力容器设计准则大致可分为强度失效设计准则、刚度失效设计准则、失稳失效设计准则和泄漏失效准则。
压力容器设计时，应先确定容器最有可能发生的失效形式，选择合适的失效判据和设计准则，确定适用的设计规范标准，再按规范要求进行设计和校核。
4.4什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器的计算壁厚及其元件尺寸的压力。
对于储存液化气体的压力容器，其设计压力应高于工作条件下可能达到的最高金属温度下的液化气体的饱和蒸汽压。
4.5一容器壳体的内壁温度为i T ，外壁温度为o T ，通过传热计算得出的元件金属截面的温度平均值为T ，请问设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？设计温度取T 。
选材以设计温度为准。
4.6根据定义，用图标出计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？其中，若计算厚度小于最小厚度，则计算厚度取最小厚度值。
设计厚度。
因为设计厚度为计算厚度和腐蚀裕量之和，其中计算厚度是由强度（刚度）公式确定，而腐蚀裕量由设计寿命确定，两者之和同时满足强度和寿命要求。
4.7影响材料设计系数的主要因素有哪些？材料设计系数是一个强度“保险”系数，主要是为了保证受压元件强度有足够的安全储备量，其大小与应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切程度、制造工艺和使用管理的先进性以及检验水平等因素有着密切关系。
4.8压力容器的常规设计法和分析设计法有何主要区别？(1) 常规设计：① 将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热应力。
② 常规设计以材料力学及弹性力学中的简化模型为基础，确定筒体与部件中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体和部件是安全的。
③ 常规设计规范中规定了具体的容器结构形式。
(2) 分析设计：① 将各种外载荷或变形约束产生的应力分别计算出来,包括交变载荷,热应力,局部应力等。
② 进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保证容器在使用期内不发生各种形式的失效。
③ 可应用于承受各种载荷、任何结构形式的压力容器设计，克服了常规设计的不足。
4.9薄壁圆筒和厚壁圆筒如何划分？其强度设计的理论基础是什么？有何区别？ 若圆筒外直径与内直径的比值maz i o D D )(≤1.1~1.2时，称为薄壁圆筒；反之，则称为厚壁圆筒。
薄壁圆筒强度设计以薄膜理论为基础，采用最大拉应力准则；厚壁圆筒的强度计算以拉美公式为基础，采用塑性失效设计准则或爆破失效设计准则设计。
4.10高压容器的圆筒有哪些结构形式？它们各有什么特点和适用范围？(1) 多层包扎式：制造工艺简单，不需要大型复杂的加工设备；与单层式圆筒相比安全可靠性高；对介质适应性强；但制造工序多、周期长、效率低、钢板材料利用率低，尤其是筒节间对焊的深环焊缝对容器的制造质量和安全有显著影响。
(2) 热套式：具有包扎式圆筒的大多数优点外，还具有工序少，周期短等优点。
(3) 绕板式：机械化程度高，制造效率高，材料的利用率也高；但筒节两端会出现明显的累积间隙，影响产品的质量。
(4) 整体多层包扎式：是一种错开环缝合采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构，避免圆筒上出现深环焊缝，可靠性较高。
(5) 绕带式：又分型槽绕带式和扁平钢带倾角错绕式。
型槽绕带式结构的圆筒具有较高的安全性，机械化程度高，材料的损耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布比较均匀，但对钢带的技术要求高。
扁平钢带倾角错绕式圆筒结构具有设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易等优点。
4.11高压容器圆筒的对接深环焊缝有什么不足？如何避免？高压容器圆筒的对接深环焊缝影响容器的制造质量和安全：(1) 无损检测困难，无法用超声检测，只能依靠射线检测；(2) 焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降，，因而焊缝质量较难保证；(3) 环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。
采用整体多层包扎式或绕带式等组合式圆筒。
4.12对于内压厚壁圆筒，中径公式也可按第三强度理论导出，试作推导。
在仅受内压作用时，圆筒内壁处三向应力分量分别为：i r p -=σ；)11(22-+=K K p i θσ；)11(2-=K p i z σ 显然，θσσ=1，r σσ=3，由第三强度理论得：=-=-r σσσσθ314.13为什么GB150中规定内压圆筒厚度计算公式仅适用于设计压力[]φσtp 4.0≤？ 由圆筒的薄膜应力按最大拉应力准则导出的内压圆筒厚度计算公式为：[]p pR t i -=σδ22 （1） 按形状改变比能屈服失效判据计算出的内压厚壁筒体初始屈服压力与实测值较为吻合，因而与形状改变比能准则相对应的应力强度4eq σ能较好地反映厚壁筒体的实际应力水平。
4eq σ=c p K K 1322-与中径公式相对应的应力强度c eqm p K K )1(21-+=σ比值e q m eq σσ4随径比K 的增大而增大。
当K =1.5时，此比值为eqm eq σσ4≈1.25这表明内壁实际应力强度是按中径公式计算的应力强度的1.25倍。
GB150中取s n =1.6，在液压试验（T p =1.25p ）时，筒体内表面的实际应力强度最大为许用应力的1.25×1.25=1.56<1.6倍，说明筒体内表面金属仍未达到屈服点，处于弹性状态。
这说明式（1）的适用厚度可扩大到K ≤1.5。
当K =1.5时，δ=2/)1(-K D i =0.25i D ，代入式（1）得：[]c t i c i p D p D -=φσ225.0即 []φσtc p 4.0= 因此，内压圆筒厚度计算公式（1）仅适用于c p ≤0.4[]φσt时。
4.14椭圆形封头、碟形封头为何均设置直边段？直边段可避免封头和筒体的连接环焊缝处出现经向曲率半径突变，改善焊缝的受力状况。