化工设备设计习题概述 (1)材料 (2)薄膜理论 (2)平板理论 (4)内压容器设计 (4)外压容器设计 (13)法兰 (16)开孔补强 (17)支座 (19)储存设备 (20)换热设备 (20)塔设备 (21)反应设备 (23)概述●填空题1.化工压力容器设计应当是以（安全）为前提，并尽可能作到（经济）。

2.构成压力容器外壳的六大部件是（筒体），（封头），（密封装置），（开孔接管），3.（支座）及（安全附件）。

4.内压容器按设计压力大小分类如下：（0.1Mpa≤p<1.6MPa）为低压容器，（1.6Mpa≤p<10MPa）为中压容器，（10Mpa≤p<100MPa）为高压容器，（p≥100MPa）为超高压容器。

5.容器按其在生产工艺过程中的作用原理可分为（反应压力容器）、（换热压力容器）、（分离压力容器）、（储存压力容器）。

6.按压力容器技术管理和监督检查，将压力容器分为（三）类。

7.直径为2000mm，设计压力为10Mpa的废热锅炉。

（三类容器）8.设计压力为0.6Mpa的氟化氢气体储罐。

（二类容器）9.设计压力为1.0Mpa的搪玻璃压力容器。

（二类容器）10.p为4Mpa的剧毒介质容器。

（三类容器）11.直径为2000mm，设计压力为1MPa的圆筒形容器。

（一类容器）12.设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器。

（三类容器）13.设计压力为0.5MPa的管壳式余热锅炉。

（二类容器）14.p为3MPa的氰化氢容器。

（三类容器）15.设计压力为1.5MPa，毒性程度为极度和高度危害介质的容器为（二）类容器。

16.易燃介质且毒性程度为中度危害介质的低压储存容器属于（二）类。

17.毒性为高度或极度危害介质，PV大于0.2MPam3的低压容器为（一）类。

18.计压力为1.6 Mpa,盛装液化石油气且pv值乘积为9Mpa.m3的容器属于（二）类容器。

19.我国的第一部压力容器国家标准是（GB150-89《钢制压力容器》），该标准适用于设计压力不大于（35 MPa）的钢制压力容器的设计，制造，检验及验收。

20.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），（稳定失效设计准则）和（泄漏失效设计准则）。

●问答题1.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要视压力乘容积的大小？2.容器上的基本受压部件和非受压部件分别指的是什么？●简述题1.目前在化工容器设计中已被采用的设计准则有哪几种？答：弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、弹塑性失效设计准则、疲劳失效设计准则、断裂失效设计准则、蠕变失效设计准则、失稳失效设计准则。

2.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围如何？是否相同？为什么？答：不相同，因为GB150是设计、制造压力容器产品的依据，适用于设计压力不大于35 Mpa的固定的、承受恒定载荷的钢制压力容器的设计，制造，检验及验收。

而《压力容器安全技术监察规程》是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据，属于技术法规范畴。

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）内直径大于等于0.15m，且容积大于等于0.025m3;（3）盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高原等于标准沸点的液体。

二者相辅相成，构成了中国压力容器产品完整的国家质量标准和安全管理法规体系。

材料●填空1.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）。

2.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.不锈钢中的主要合金元素(铬)是耐腐蚀性能的主要来源；（镍）扩大不锈钢耐蚀范围；（钼）提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力，提高钢的耐热强度；（钛）防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀。

●问答题1、压力容器专用的低合金钢板16MnR与一般合金钢板16Mn有什么主要区别？答：磷、硫的含量不同，16MnR均要求低于0.035%，而16Mn仅要求分别低于0.045%和0.050%；16MnR的检验要求更严格。

2、硫和磷对钢材性能有何影响？为什么要控制压力容器用钢中的硫磷合量？答：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，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辅照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。

因此，与一般结构钢相比，压力容器用钢中的硫磷合量控制更加严格。

3、下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？答：Q215-B.F 代表普通碳素钢（钢种），其中Q为屈服强度的头一个拼音字母，215为屈服强度值，B表示质量等级，F表示沸腾钢。

20A代表高级优质碳素钢，20为含碳量0.2%。

15MnVDR 代表普通低合金钢，含碳量0.15%左右，含Mn小于1.5%，含V小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢。

Q235-A.F 代表普通碳素钢（钢种），其中Q为屈服强度的头一个拼音字母，235为屈服强度值，A表示质量等级，F表示沸腾钢。

20代表优质碳素钢，20为含碳量0.2%。

16MnDR 代表普通低合金钢，含碳量0.16%，含Mn小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢薄膜理论●问答题1、什么是无力矩理论？其适用范围有何限制？答：一般情况下，对于薄壁壳体在内压作用下，薄膜内力和弯曲内力同时存在。

当薄壳中面的曲率、扭率改变非常小时，弯曲内力很小，在考察薄壳平衡时可省略弯曲内力的影响，于是得到无矩应力状态。

这种省略弯曲内力的壳体理论，称为无力矩理论或薄膜理论。

为保证回转薄壳处于薄膜状态，壳体形状、加载方式及支承一般应同时满足如下条件：壳体曲面必须连续，不存在曲率、厚度或材料突变；外载荷必须连续，不存在外力矩或集中载荷；壳体边界必须自由，不存在支撑或约束。

2、不连续应力有何特性？对于受静载荷作用的塑性材料壳体在设计中如何对待不连续应力？答：（1）局部性 不连续应力只存在于连接处附近的局部区域，随离开边缘的距离增加而迅速衰减，影响范围很小。

（2）自限性 不连续应力是由于边界两侧彼此弹性约束而产生的，因此对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区产生塑性变形，这种弹性约束就开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制。

对于受静载荷作用的塑性材料壳体，在设计中一般不作具体计算，仅采取结构上作局部处理的办法，以限制其应力水平。

● 选择填空1．当容器的D 0/D i 是（ ）时，则该容器属于薄壁容器。

A ：D 0/D i <1.2；B ：D 0/D i ≤1.2; C: D 0/D i ≥1.22．回转薄壳中的最大薄膜应力 σmax 与半径和厚度之比R/δ的 (c) 成正比。

(a) 平方 （b ） 三次方 （c ）一次方 （d ）0.5 次方● 计算1、试用无力矩理论的基本方程求解圆柱壳中的应力，已知壳体受气压P=1.2MPa,中面半径R=1000 mm,壳体厚度δ=12 mm 。

解: 环向应力1001210002.1PR =⨯=δ=σθ （MPa ） 轴向应力5012210002.12PR =⨯⨯=δ=σϕ (MPa) 2、上题中，若壳体材料由20R(σb =400MPa, σs=245MPa)改为16MnR (σb =510MPa, σs=345MPa),圆柱壳中的应力如何变化？为什么？解: 圆柱壳中的应力不变，因为圆柱壳中的应力只与其几何尺寸有关而与其材料无关。

3、一圆筒形容器如图所示，筒体上端连接半球形封头，下端接锥形封头，其半锥角为30℃，整个容器壁厚均为12mm ，设计压力为2.0MPa ，筒体内径为1200mm ，试分别求容器上的A 、B 、C 、D 点的薄膜应力σφ、σθ的值。

解：D=D i +δ=1200+12=1212mmA 点在半球形封头上，经向应力和周向应力相等：MPa pD 5.50124121224=⨯⨯===δσσθϕ (2分) B 点在圆筒上 经向应力：MPa pD 5.50124121224=⨯⨯==δσϕ (2分) 周向应力：MPa pD 101122121222⨯⨯==δσθ (2分) 1200C 点在锥壳大端： 经向应力：MPa pD 3.583212412122cos 14=⨯⨯==αδσϕ (2分) 周向应力：MPa pD 6.1163212212122cos 12=⨯⨯==αδσθ (2分) D 点在锥壳顶点：r=0 经向应力：MPa pr 0cos 14==αδσϕ (2分) 周向应力：MPa pD 0cos 12==αδσθ (2分) 平板理论● 问答题1、何谓薄板？在压力容器中薄板应力分析的理论基础是什么？答：所谓薄板是指板的厚度与板面的最小尺寸（直径或边长）的比值小于等于1/5。

在压力容器中，大多数薄板受载变形后的挠度（即垂直于板面方向的位移）远小于板厚，因此对薄板的应力分析多采用薄板弯曲的小挠度理论。

2、受均部载荷圆形平板的应力分布有什么特点？答：受均部载荷圆形平板的应力分布特点是：（1）板内为环向应力和径向应力两向应力；（2）应力沿厚度呈线性分布，为纯弯曲应力；（3）应力沿半径方向的分布及最大应力点的位置与周边的支承方式有关。

周边简支时，最大应力位于板中心；周边固支时，最大应力位于板边缘；● 选择填空1、 受均布载荷圆板，板中的最大弯曲应力σmax 与半径和厚度之比R/δ的 （a ） 成正比。

(a) 平方 （b ） 三次方 （c ）一次方 （d ）0.5 次方内压容器设计● 填空1．工作压力是指在 正常工作 情况下，容器 顶部 可能达到的最高压力。

2．设计压力指 设定的 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条件，其值 不低于 工作压力。

3．根据GB150，计算压力指在相应设计温度下，用以 确定元件厚度 的压力，其中包括液柱静压力。

4。

当元件所承受的液柱静压力 小于5% 设计压力时，可忽略不计。

5．根据GB150，设计温度是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度。

设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。

6．根据GB150，标志在铭牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。

7．设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和。

8．名义厚度指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。

即标注在图样上的厚度。

9．根据GB150，对于锥壳大端，当锥壳半顶角α≤30º时，可以采用无折边结构。

当锥壳半顶角α＞30º时，应采用带过渡段的折边结构。