化工機械設備模擬題2key

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工機械設備模擬題2key一、填空

1.金屬材料常用的兩個強度指標分別是屈服點σs和抗拉強度σb。2.鐵碳合金的基本組織為鐵素體F，奧氏體A和滲碳體C。

3.按要求各寫出一種常用的鋼號：壓力容器專用的普通碳素鋼Q235-AR/Q235-BR

/Q235-CR，優(yōu)質碳素鍋爐鋼20g，低合金容器鋼16MnR/15MnVR/18MnMoNbR，鉻

鎳不銹鋼0Cr18Ni9/0Cr18Ni10Ti。

4.以下符號分別代表金屬材料的哪些性能指標：HB布氏硬度，?延伸率，?斷面收縮率，??沖擊韌性。

5.對于中、低壓薄壁容器，目前采用的強度設計準則為彈性失效設計準則，在該設計準則下，其強度安全條件是設計溫度下的計算應力小于等于材料在設計溫度下的許

用應力乘以焊縫系數(shù)/σt≤[σ]tφ。

6．一盛裝液化氣的容器，頂部裝有安全閥，最高使用溫度為50℃，已知該液化氣在50℃時的飽和蒸氣壓（絕壓）為2.07MPa，確定該容器的設計壓力p=_2.07～

2.17MPa；水壓試驗壓力pT=_2.59～2.71_MPa。

7．高壓容器的壓力范圍10≤P＜100MPa，高壓容器屬于三類壓力容器，其焊接接頭結構應采用雙面焊對接接頭的形式，對焊縫的無損檢測長度比率應為100%。這種容器設計時焊縫系數(shù)Φ應取1。

8.外壓圓筒設置加強圈，其作用是將長圓筒轉化為短圓筒，以提高外壓圓筒的臨界壓力。

9.造成法蘭聯(lián)接密封失效的主要途徑及方式是密封面泄漏，為了達到預期的密封效果，在中、低壓容器中常采用的法蘭密封面形式為平面型密封面，凹凸型密封面和榫槽型密封面。

10.雙鞍式支座中，其中一個為F型稱為固定支座，另一個為S型稱為活動支座，二者結構上的區(qū)別是底板的螺栓孔F型為圓孔，S型為長圓孔。11.固定管板式換熱器中，管子與殼體產(chǎn)生溫差應力的主要原因是管壁與殼壁存在溫度差和管子與殼體是剛性連接的。在固定管板式換熱器的殼體上裝設膨脹節(jié)可以部分地減小溫差應力。

12.塔體設計時的軸向應力包括：計算壓力引起的軸向應力?1；操作或非操作時重量載荷及垂直地震力引起的軸向應力?2和最大彎矩引起的軸向應力?3；其中最大彎矩包括：風彎矩、地震彎矩和偏心彎矩之和。

13.以下符號分別代表金屬材料的哪些性能指標：?b抗拉強度，?s屈服點，

E彈性模量，??沖擊韌性。

14.碳素鋼鋼板，其屈服點?S隨溫度的升高而降低、隨鋼板厚度的增大而降低。15.薄壁圓筒承受內壓時，其環(huán)向應力是經(jīng)向應力的兩倍，因此，筒體上的徑向焊縫比環(huán)向焊縫更簡單產(chǎn)生破壞。

16.高壓容器的壓力范圍10≤P＜100MPa，高壓容器屬于三類壓力容器，其焊接接頭結構應采用雙面焊對接接頭的形式，對焊縫的無損檢測長度比率應為100%。這種容器設計時焊縫系數(shù)Φ應取1。

17．按要求各寫出一種常用的鋼號：鉻鎳不銹鋼0Cr18Ni9/0Cr18Ni10Ti，低合金容器鋼16MnR/15MnVR/18MnMoNbR，優(yōu)質碳素鍋爐鋼20g，壓力容器專用的普通碳素鋼Q235-AR/Q235-BR/Q235-CR。

18.在容器壁厚設計的各階段，以下符號所代表的厚度名稱分別是：S計算厚度、Sd設計厚度、Sn名義厚度、Se有效厚度。

19.各種凸形封頭，從受力角度講，球形封頭受力最好；從制造角度講，碟形/橢圓形封頭較易加工。

20.有一臥式蒸汽罐，裝有安全閥，最高工作壓力1MPa，工作溫度250℃，確定罐的設計壓力1.05～1.1MPa，計算壓力1.05～1.1MPa，罐的水壓試驗壓力1.31～1.375???/???tMPa。

21.中、低壓容器法蘭常見的密封面形式有平面密封面、凹凸型密封面和榫槽型密封面。其中榫槽型密封面的密封效果好，可用在易燃、易爆、有毒的介質，以及壓力較高的場合。

22.雙鞍式支座中，其中一個為F型稱為固定支座，另一個為S型稱為活動支座，二者結構上的區(qū)別是底板的螺栓孔F型為圓孔，S型為長圓孔。23.換熱器的管子與管板若采用脹接的方法連接，則要求管板材料的硬度比管子材料的要高，目的是避免在脹接時管板產(chǎn)生塑性變形影響脹接的緊湊性。而在管子與管板連接接頭處產(chǎn)生的拉脫力是由介質壓力和溫差應力聯(lián)合作用的結果。

24.塔設備設計中，需要進行穩(wěn)定性和強度校核的危險截面有塔體和裙座連接處的2－2截面；裙座上開人孔處的1－1截面；設備的基底0－0截面。

二、判斷題對者畫“√〞，錯者畫“×〞（每題1分，共15分）1.由于普通碳素鋼在較高溫度下，抗氧化腐蝕性能和強度都變得很差。所以，碳鋼大都只能用在400?C以下的溫度場合。（√）

2．同一種材料的使用溫度的降低或板厚的減薄,其許用應力值可提高些。（√）

3.碳素鋼中的含碳量越高，鋼的強度及硬度越高，因此壓力容器應盡量采用高碳鋼，可使壁厚減薄。（×）

4．三類壓力容器失效時的危害程度比二類壓力容器的高。（√）

5.邊緣應力雖然具有較高的峰值應力，但它經(jīng)過一個周期后就明顯地衰減了。（√）

6．錐型殼的大端應力最大，頂點應力為零,若開孔則最好開在小端。（√）7.焊接接頭系數(shù)?的大小只取決于對焊縫的檢測數(shù)量、檢測等級、與焊接接頭型式無關。（×）

8.容器的焊縫分A、B、C、D四類，其中A類焊縫受力比B類焊縫的大一倍，C、D類焊縫應力小好多可忽略。（×）9．內壓容器只要一有壓力，就是三類容器。（×）

10.設計某鋼制外壓容器時，若采用普通碳素鋼板滿足不了設計要求，則可采用高強鋼板。（×）

11.法蘭聯(lián)接中，長頸對焊法蘭比平焊法蘭的剛度大，因此，長頸對焊法蘭適用于較高壓力場合。（√）

12．短圓筒的臨界壓力，除與圓筒材料彈性模量和圓筒的壁厚與直徑之比有關，還與圓筒的長徑比有關。（√）

13.列管換熱器管子與管板連接無論采用焊接或是脹接方法，都要驗算拉脫力。

（×）14.任何形式換熱器的換熱管與殼體間都有溫度差但不一定會產(chǎn)生溫差應力。（√）

15．盡管塔設備的裙座上并不存在由操作壓力產(chǎn)生的應力，但也必需對裙座進行強度和穩(wěn)定性校核。（√）

16.碳素鋼中的含碳量越高，鋼的強度及硬度越高，因此壓力容器應盡量采用高碳鋼，可使壁厚減薄。（×）

17．選用不銹鋼材質的壓力容器，對任何介質都不需考慮腐蝕問題。（×）18．同一種材料的使用溫度的提高或板厚的增加，其許用應力值降低。（√）19.三類壓力容器失效時的危害程度比二類壓力容器的高。（√）20.焊接接頭系數(shù)?的大小只取決于焊接接頭型式、與檢測數(shù)量、檢測等級無關。（×）

21.受內壓的橢圓形封頭頂點處的經(jīng)向應力最大。（√）

22.容器的焊縫分A、B、C、D四類，其中A類焊縫受力比B類焊縫的大一倍，C、D存在著比A、B大好多的焊接剩余應力，檢驗時要給以重視。（√）23.凡薄壁殼體，只要其幾何形狀和所受載荷對稱于旋轉軸，則殼體上任何一點用薄膜理論應力公式求解的應力都是真實的。（√）

24.壓力容器水壓試驗的目的是為了檢驗容器的宏觀強度和有無滲漏現(xiàn)象。（√）25.采用高強度鋼板制造外壓容器可以提高其臨界壓力。（×）

26.長圓筒的臨界壓力僅與圓筒材料的彈性模量和圓筒的壁厚與直徑之比有關，而與圓筒的長徑比無關。（√）

27．法蘭的剛度與強度對保證密封的可靠性，具有同等重要的意義。（×）28.受內壓的錐形封頭，最大應力出現(xiàn)在錐體的大端，且錐角愈大應力值愈大。（√）

29.任何形式的換熱器換熱管與殼體間都有溫度差，因而必然會產(chǎn)生溫差應力。（×）

30．塔設備的裙座上并不承受介質壓力，也就不會產(chǎn)生應力，所以對裙座進行強度和穩(wěn)定性校核是不必要的。（×）三、選擇題（共6分）

1.選擇鍋爐分汽缸的材質。工作壓力0.8MPa，工作溫度為200℃。（C）A.3Cr13B.Q235-AFC.20RD.QT450-12.圓柱殼與橢球殼連接點處（赤道圓）應力發(fā)生突變，原因是：（A）A.該回轉殼體的第一曲率半徑發(fā)生突變

B.連接點處有赤道圓C.該回轉殼體的其次曲率半徑發(fā)生突變

3.選擇反應器筒體的材質。工作溫度為450℃，工作壓力為2.0MPa。(B）A.QT450-1B.14Cr1MoRC.3Cr13D.20g4.為一臺反應器選擇材質。介質：N2、H2，工作溫度500℃，工作壓力為1.5MPa。（A）

A.0Cr18Ni10TiB.Q235-AFC.20D.16MnR

5.為一低溫儲罐選擇筒體的材質。工作溫度為-60℃，工作壓力為2.0MPa。(A）A.09MnNiDRB.16MnRC.3Cr13D.18MnMoNbR6.圓柱殼與圓錐殼連接點處應力發(fā)生突變，原因是：（B）

A.該回轉殼體的第一曲率半徑發(fā)生突變

B.該回轉殼體的其次曲率半徑發(fā)生突變C.連接點處有焊縫四、簡答題

1.（4分）說明以下四種管板與殼體聯(lián)接結構的焊縫屬于哪類焊縫，指出適用的壓力范圍及對介質腐蝕狀況的優(yōu)缺點？

（a）（b）（c）（d）（a）角焊縫≤1.0MPa筒體壁厚＜10㎜，有間隙腐蝕可能，強度低；

（b）角焊縫≤1.0MPa筒體壁厚＜10㎜，有間隙腐蝕可能，強度高；（c）對接焊縫，≤4.0MPa，有間隙腐蝕時采用；

（d）對接焊縫，≤4.0MPa，無間隙腐蝕時采用；

2.（6分）將以下鋼的熱處理工藝、熱處理名稱及熱處理的目的填上相應的連線。

隨爐冷卻淬火細化晶粒、改善機械性能、消除剩余應力空氣中冷卻退火提高硬度、強度和耐磨性

水中冷卻正火降低硬度、改善機械性能、消除剩余應力

3.（5分）將以下鋼材的牌號用線連到對應的種類上

優(yōu)質碳素鋼15MnVR不銹耐酸鋼0Cr13低合金結構鋼Q235-C普通碳素鋼0Gr18Ni9鐵素體不銹鋼204.寫出設備法蘭名稱（3分）

長頸對焊法蘭乙型平焊法蘭甲型平焊法蘭

5．（4分）分別回復以下四種管子與管板聯(lián)接結構形式有什么優(yōu)缺點？

（a）管板孔不開坡口，連接強

度差；適于低壓、管壁較薄時

（b）管板孔開坡口，連接強

度好；較常采用

（c）管端部不伸管板，焊接質

量不易保證，適合立式，要求管程介質須排凈

（d）管孔四周開溝槽，降低管

子和管板間焊接應力

6.（5分）將以下鋼材的牌號用線連到對應的種類上

Q235-B不銹耐酸鋼18MnMoNb優(yōu)質碳素鋼

20g低合金結構鋼1Gr18Ni9Ti低合金結構鋼

16MnR普通碳素鋼

7.（6分）圖示換熱器名稱：填料函式換熱器

（1）管程的程數(shù)兩管程；

（2）此設備上有幾塊設備法蘭五塊；（3）設計時是否應計算管子拉脫力否；

（4）管程的右端管箱與殼體之間是靠什么結構連接的填料函滑動連接。（5）指出設備中的四個編號零部件名稱：

①管箱分程隔板②管板③折流板④換熱管。

五、計算題

1、（8分）已知外壓操作的塔設備，操作狀態(tài)下的介質壓力引起的軸向應力?1＝－20MPa，自重載荷引起的軸向應力?2＝－30MPa，彎矩引起的軸向應力?3＝±70MPa。

（1）求出操作狀態(tài)下的組合軸向拉、壓應力（寫出計算過程）；（2分）（2）按比例作出每種應力的應力圖和操作狀態(tài)下的組合應力圖；（4分）（3）指出可能出現(xiàn)的最大組合軸向拉、壓應力發(fā)生在什么時刻、什么位置。

（2分）

風向

?1=-20MPa?2=-30MPa?3=±70MPa?組

（1）?組拉=?1+?2+?3=-20-30+70=20MPa?組壓=?1+?2+?3=-20-50-70=-140MPa

（3）最大組合拉應力出現(xiàn)在停車時設備的迎風面；最大組合壓應力出現(xiàn)在操作時設備的

背風面；

2、（8分）已知內壓操作的塔設備，操作狀態(tài)下介質壓力引起的軸向應力?1＝60MPa，自重載荷引起的軸向應力?2＝－50MPa，彎矩引起的軸向應力?3＝±40MPa。

（1）求出操作狀態(tài)下的組合軸向拉、壓應力（寫出計算過程）；（2分）（2）按比例作出每種應力的應力圖和操作狀態(tài)下的組合應力圖；（4分）（3）指出可能出現(xiàn)的最大組合軸向拉、壓應力發(fā)生在什么時刻、什么位置。（2分）

風向

?1=60MPa?2=-50MPa?3=±40MPa

?組

（1）?組拉=?1+?2+?3=60-50+40=50MPa

?組壓=?1+?2+?3=60-50-40=-30MPa

（3）最大組合拉應力出現(xiàn)在操作時設備的迎風面；

最大組合壓應力出現(xiàn)在停車時設備的背風面；

3、（15分）有一外壓操作的容器內徑1200mm，壁厚12mm，容器筒體部分長（切線間）為4000mm。材質為16MnR，介質對材料的腐蝕速率為0.1mm/年,容器的工作溫度為200℃，計算中可忽略鋼板的負偏差，試確定：

（1）經(jīng)計算確定該容器能否用在0.6MPa的外壓力下安全工作。（2）假使不能,有幾種途徑可滿足工作條件？

（3）按你所選的方案重新設計可滿足工作要求的容器壁厚。

解：

⑴校核容器許用的外壓依據(jù)給定的腐蝕速率C2=Ka·B=0.1㎜/a×12=1.2㎜

取C2=2,C1=0，Se=Sn–C=12-2=10㎜D0=Di+2Sn=1200+2×12=1224㎜

D0/Se=1224/10=122.4＞20，L/Do=4000/1224=3.27查圖得A=0.0003,

以材料16MnR,工作溫度200℃及系數(shù)A查圖得：B=37,

B37即許用的外壓力為?P????0.302MPa＜0.6Mpa

DoSe122.4該容器不能在0.6Mpa外壓下工作。

⑵解決的途徑有：一是利用該容器，增加加強圈縮短計算長度提高承受外壓的能力；二是重新設計，增加壁厚。

⑶a.利用該容器，增加兩道加強圈，則計算長度變?yōu)椋?/3筒體部分長度L=4000/3=1333mm

Se=10mm,Do/Se=1224/10=122.4＞20,L/Do=1333/1224=1.09

查圖得A=0.0012,以材料16MnR,工作溫度200℃及系數(shù)A查圖得：B=118,

B118許用的外壓力為?P????0.96MPa＞0.6MPa

DoSe122.4該容器能在0.6Mpa外壓下安全工作。

b.增加壁厚，重新設計，假設壁厚取Sn=16㎜,

取C2=2,C1=0，Se=Sn–C=16-2=14㎜D0=Di+2Sn=1200+2×16=1232㎜

D0/Se=1232/14=88＞20，L/Do=4000/1232=3.25查圖得A=0.00048,

以材料16MnR,工作溫度200℃及系數(shù)A查圖得：B=60,

B60即許用的外壓力為?P????0.68MPa＞0.6MPa

DoSe88該容器能在0.6MPa外壓下安全工作。

4、（18分）設計一臺高壓鍋爐用蒸汽包的筒體，內徑為1800mm，汽包上裝有安全閥，汽包的最高工作壓力為10.5MPa，設計溫度為430℃，腐蝕裕量按規(guī)定取用，鋼板負偏差忽略，材質選18MnMoNbR鋼板，該鋼板有關數(shù)據(jù)如表：

鋼號18MnMoNbR狀態(tài)厚度㎜正火加30～60常溫指標590570440410以下溫度（℃）下的許用應力（MPa）197190197197197197197177190190190190190177?b（MPa）?s（MPa）≤20100200300350425450回火＞60～100要求先確定參數(shù)：容器的類別、Pc、???t、C2和φ的取值；簡要說明所取值的依據(jù)。

解：

①確定設計參數(shù)

腐蝕裕量取C2=2規(guī)定對水蒸汽取不小于1；

設計壓力Pc=1.05P工=1.05×10.5=11.025Mpa汽包上裝有安全閥

材料的許用應力查取???=193MPa,按設計溫度為430℃，板厚在＞30～60㎜間插值取得；

容器的類別該容器應按三類容器設計制作，由于屬于高壓容器；

焊縫系數(shù)取?=1，三類容器規(guī)定必需100%探傷，且采用雙面全焊透結構；②筒體壁厚設計計算厚度S?t

pcDi2?????pct?11.025?1800?52.9mm

2?193?1?11.025設計厚度Sd?S?C2?52.9?2?54.9mm

名義厚度Sn?Sd?C1?圓整量?54.9?0?圓整量取Sn=55㎜。③水壓試驗條件下的強度校核

試驗壓力PT?1.25P????1.25?11.025?197?14.07MPa

193???t有效厚度Se=Sn-C=55-2=53㎜試驗時筒壁產(chǎn)生的應力?T?PT?Di?Se?14.07?1800?53???245.96MPa

2Se2?53材料允許的試驗應力0.9?S?=0.9×440×1=396MPa＞?T=245.96Mpa

所設計的筒體在水壓試驗條件下是安全的。

5、（18分）設計一臺內徑為1500mm，最高工作壓力為10MPa，設計溫度為320℃的高壓蒸壓釜的殼體，釜上裝有安全閥，介質為水蒸汽，腐蝕裕量按規(guī)定取用，鋼板負偏差忽略，材質選15MnVNR鋼板，該鋼板有關數(shù)據(jù)如表：

鋼號狀態(tài)厚度㎜15MnVNR正火＞16～36常溫指標以下溫度（℃）下的許用應力（MPa）?b（MPa）?s（MPa）≤20100150200250300350550420183183183183183181169＞36～60530400177177177177177172159要求先確定參數(shù)：C2、Pc、???t、容器的類別、φ的取值；簡要說明所取值的依據(jù)。

解：

①確定設計參數(shù)

腐蝕裕量取C2=2規(guī)定對水蒸汽取不小于1；設計壓力Pc=1.05P工=1.05×10=10.5Mpa汽包上裝有安全閥

材料的許用應力查取???=166.8MPa,按設計溫度為320℃，板厚在＞36～60㎜間插值取得；

容器的類別該容器應按三類容器設計制作，由于屬于高壓容器；

焊縫系數(shù)取?=1，三類容器規(guī)定必需100%探傷，且采用雙面全焊透結構；②筒體壁厚設計計算厚度S?t

pcDi2?????pct?10.5?1500?48.7mm

2?166.8?1?10.5設計厚度Sd?S?C2?48.7?2?50.7mm

名義厚度Sn?Sd?C1?圓整量?50.7?0?圓整量取Sn=52㎜。③水壓試驗條件下的強度校核

試驗壓力PT?1.25P????1.25?10.5?177?13.93MPa

166.8???t有效厚度Se=Sn-C=52-2=50㎜試驗時筒壁產(chǎn)生的應力?T?PT?Di?Se?13.93?1500?50???215.92MPa

2Se2?50材料允許的試驗應力0.9?S?=0.9×400×1=360MPa＞?T=215.92MPa

所設計的筒體在水壓試驗條件下是安全的。

6、（15分）有一外壓操作的反應器，內徑1000mm，壁厚12mm，筒體部分長（切線間）為5000mm。材質為15CrMo，介質對材料腐蝕較微弱,容器