化工机械设备答案

1.碳钢的含碳量小于

2.11%，常用碳钢中一般含碳量1.4%

2.甲类钢是按照机械性能供应的钢，乙类钢是按照化学成分供应的钢

3.不锈钢的主要合金元素是铬、镍，450~850℃间停留较长时间，使晶粒边缘造成晶间腐蚀现象

4.非金属材料只要优异的耐腐蚀性，通常强度较低，质脆或不耐高温

5.外压容器的压力试验是用1.25倍设计压力，以液压？实验

6.使得容器失稳的外压称为临界压力，容器安全工作是的许用压力为[p]=p cr/m

7.碳钢热处理是将钢材经过加热、保温、冷却过程，以改变其组织结构，实现改变其性能的工艺

8.工程构件在正常使用状态下，一般不允许出现塑性变形；E值大小反映了材料抵抗变形能力的高低

9.决定薄膜应力大小的两个因素：压强，壳体厚度与中径比值δ/D

10.外压容器失效的形式有两种：强度不足而遭破坏，刚度不足而失稳

11.化工容器设计标准化参数：公称直径DN，公称压力PN

12.两个构件的连接处存在不相等的自由变形的原因：附加边缘力，弯矩作用，（边界分离）

13.设置加强圈以减筒体的计算长度来提高筒体的临界压力来提高筒的承载能力

14.σ=Nmax/A≤[σ]称为拉压时的强度条件，利用它常解决三类工程问题：强度校核、截面设计、确定许用载荷

一.试述化工设备的主要结构特点

A 壳体以回转体为多且尤以圆柱体居多.

B 管口和开孔多为了满足化工工艺需要,设备壳体上多处开孔,以连接管道和装配人孔,视镜等零部件.

C 焊接结构多化工设备零,部件的连接广泛采用焊接方法

D 尺寸相差悬殊化工设备的总体尺寸与设备的某些局部结构(如筒体与管口) 的尺寸往往相差悬殊.

E 标准化,通用化,系列化的零部件多如容器法兰,管法兰,支座,视镜,人孔,补强圈等.

二.化工设备机械设计的基本要求

安全方面：强度指容器抵抗外力破坏的能力。容器及构件应有足够的强度，保证安全生产

刚度指容器抵抗外力使其发生变形的能力。容器及构件应有足够的刚度防止在运输、使用过程中发生过度变形

稳定性指容器或构件在外力作用下维持其原有形状的能力。承受外压的容器或承受压力的构件，必须保证足够的稳定性，防止被压瘪或出现折皱

耐久性化工设备的耐久性是根据所要求的使用年限来决定的。设计使用年限是8年。选择适当材料或必要的防腐措施以及正确施工方法

经济方面：节省材料和便于制造在结构上保证尽可能降低材料消耗，减少或避免复杂加工工序

方便操作和便于运输

三.化工容器钢材的选取原则

重要容器用镇静钢，不宜采用沸腾钢，优先选用普通低碳合金钢

机械性能应符合要求

高温设备应选用强度级别在400MPa以上，持久强度大，蠕变系数大的低碳合金钢，如抗氧化刚、热强钢

低温设备首先考虑材料的冷脆性，可选用高铬镍钢、镍钢铝镇静钢

经济合算

四,.内压容器壁厚计算时参数的选取依据

设计压力p 1.标注在铭牌上的容器设计压力，其值不得小于最大工作压力

2.当容器各部位或受压元件所承受的液体静压力达到5%设计压力时，应取设计压力和液体静压力之和进行该部位或元件的设计计算

3.容器上装有安全阀时，取1.05~1.1倍的最高工作压力作为其设计压力

4.使用爆破膜作为安全装置时，取1.15~1.3倍的最高工作压力作为设计压力

5.设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定

（6.）真空容器按承受外压设计，当装有安全控制装置时，设计压力取1.25倍的最大内外压力差

（7.）外压容器的设计压力，应取不小于在正常操作情况下可能出现的最大内外压力差

五,.影响临界压力的因素有哪些

1.筒体几何尺寸的影响

δ/D越大，筒壁抵抗弯曲的能力越强，圆筒的临界压力高

当圆筒的δ/D相同时，筒体短者临界压力高

当筒体的δ/D和L/D值均相同时，有加强圈者临界压力高

2.筒体材料性能的影响

材料的弹性模量E和泊桑比μ值大，其抵抗变形的能力强，其临界压力也就高。但由于各种钢材的E和μ值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力

3.筒体椭圆度和材料不均匀的影响

壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使临界压力的数值降低

计算题:

内压容器设计

一, 为西安某厂设计液氨储罐：工艺给定Di＝1800mm，L＝4000mm，置于室外，罐上装有安全阀，试选择钢材并设计罐壁。（PVNH3＝1.55MPa）确定压力试验时的压力，并校核水压试验时的压力。

解：

(1)选择材料（常温，腐蚀性小）

因液氨腐蚀性小且常温工作，故可选一般钢材。A3R、20g、16MR等均可满足要求。根据优先的原则，选用16MR.

(2)设计参数

由西安最高温度42度，取42摄氏度液氨饱和蒸汽压为1.55MPa，取Pc=1.55*1.1=1.7MPa 由于粘度不高，腐蚀性不强，选取弹簧式安全阀。[σ]t查表9－4，16MR在常温许用应力。假设厚度在6－16范围内，则[σ]t＝170MPa。由于Di＝1800，采用双面对焊，且由于液氨罐为常压容器，焊缝局部探伤，取0.85。C1查表9－10，知C1＝0.8mm，C2取1mm，C＝C1+C2＝1.8mm。

将参数带入得δ≥12.3mm，圆整为14mm。

(3)应力校核

δT=126MPa

[σ]tσT[σ]t∴容器安全

(4)许可载荷校核

[P]＝工作压力Pc ∴设计容器安全。

(5)确定试验压力

PT=

PT ∴水压试验压力为2.2MPa

(6)校核器壁最大压力

σT＝

查表9－4，16MnR屈服极限，σS＝345MPa

σT∴压力试验时安全。

再用容器校准

二, 一台使用多年且腐蚀严重的容器，筒体直径Di＝2000，实测厚度σc＝8mm；蝶形上封头：Rci＝2000mm，ri＝300，δc上＝9.3mm，有拼接焊缝；折边锥形下封头：，ri＝300mm，折边部分δc1＝10.4mm，锥体部分δc1＝11mm；容器材质为碳钢Q235－A；焊缝为带垫板的全焊透结构，经20射线检测未发现超标缺陷。现欲用该容器盛装年腐蚀速率0.2mm/a常温介质，最大工作压力0.42MPa，使用年限三年，问是否允许。容器若要安装安全阀，其开启压力应为多少？

解：

该容器由三种不同形状壳体组成，可分别计算各自的最大许用工作压力[P]，对于再用容器的工作压力，可用一通式[σ]tϕ进行强度校核。必须满足的条件为[P]。

公式中参数的选定

[σ]t由表9－4可得113MPa，ϕ＝0.85（带垫板，局部探伤），记使用年限为n，腐蚀速率为λ，则δe＝δc－2n＝δc－

蝶形封头δe＝δc上－2nλ＝9.3－1.2－8.1mm

折边锥形封头形状系数K

锥形封头

则筒体的许用压力

蝶形封头[P]=0.56MPa 锥封头

比较以上四个许用压力，[P]min=0..55MPa

∴容器可以继续安全使用3年，若要装安全阀，则开启阀压力应满足，即

外压容器设计

设计一台分馏塔，尺寸如图所示。分馏塔在370度及真空条件下操作。现库房仅存有9mm