过程设备设计课程设计
前言
本次设计主要在于巩固过程设备设计这门课程所学的相关知识，是该课程的一个总结性教学环节。在整个教学计划中，它培养学生初步掌握化工设备工程设计的过程，熟悉设计之中所设计的标准，规范的内容和使用方法，是毕业设计的一次预演。
过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是化工，炼油，轻工，交通，食品，制药，冶金，纺织，城建，海洋工程等传统部门所必需的关键设备。一些新技术领域，如航空航天技术，能源技术等，也离不开过程设备。而压力容器是广泛用于各种行业的特种设备。由于涉及人的生命和工业生产安全，历来受到国家及有关各级行政部门的高度重视，制订了一系列法规、规定和条例。而过程设备设计这门课正是压力容器设计的核心课程。
我们这次主要是关于液化石油气储罐的设计。
主要指导思想是：
1.选材合理，备料方便；
2.结构设计保证工艺过程顺利和进行并使得运输，安装盒维修方便。
3.全部设计工作均符合现行标准和规范。
4.保证设备安全。
第一章 设计参数的选择
设计题目：液化石油气储罐设计 已知条件：
工作压力为0.79MPa ，在武汉地区储罐的工作温度为-19℃~50℃，容积为853
m 。
分析：
此设备为低压容器，液化石油气为易燃气体，因此其应为第二类压力容器。
设计压力：
取最高工作压力的1.1倍，即 1.10.790.869P MPa =?=。
设计温度：
最高工作温度为50℃，一般当W T >15℃时，介质设计温度应在工作温度的基础上
加15~30℃，故可取设计温度为70℃。
主要受压元件材料的选择：
0.869P MPa =，设计温度为70℃，综合考虑安全性和经济性，查询有关资料，选择16MnR （Q345R ），假设壳体厚度在6~16mm 范围内，查表GB150中表4-1
可得[]170MPa σ=，[]170t
MPa σ=，R 345eL MPa =。
第二章 容器强度的计算及校核
2.1 封头与筒体的厚度计算：
2.1.1 考虑采用双面对接焊，局部无损擦伤，焊接接头系数取0.85?=。
根据长径比在3~6内最为合适，取/4i L D =，则4i L D =。 取充气系数0.9，则
2
222420.944324
i i i i i D D V D L V D D πππ??=+=?+??? ???封头 ∴33
850.912
i i D D ππ=+? 3.03i D m = 查表圆整为3000i D mm =。则3
3.817V m =封头，总深度790H mm =，代入原式反
算：
8592 3.81712.290.94
L L m π
=?+??= 则/12.29/3 4.1i L D ==在区间3~6内，符合要求。 计算厚度[]0.8693000
7.6921700.869
2c i t
c
P D mm P δδ???=
=
=?--
厚度超过5mm ，根据GB3531《低温压力容器用低合金钢钢板》规定，可取10C =，
取腐蚀余量21C mm =，
则筒体设计厚度27.6918.69d C mm δδ=+=+= 则筒体名义厚度18.6908.69n d C mm δδ≥+=+=
考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度12n mm δ=。
2.1.2 封头壁厚设计：
选用标准椭圆形封头，其形状系数1k =，封头采用钢板整体冲压而成，焊接接头系数取
1.0?=，故封头计算壁厚：
[]10.8693000
7.68217010.50.869
20.5c i t
c
kP D mm P δδ????=
=
=??-?-
取21C mm =，则封头设计厚度27.6818.68d C mm δδ=+=+= 同上取10C =，则封头名义厚度18.6808.68n d C mm δδ≥+=+=
考虑钢板常用厚度规格，以及为了材料采购和焊接上的方便，可取封头壁厚与筒体壁厚相同12n mm δ=。 2.1.3 液压试验应力校核：
试验压力[][]
170
1.25
1.250.869 1.086170
2T t
MPa σσσ==??
= 故()()()()
1.08630001210148.6221210T i e T e P D MPa σσσ?+--?+=
==?--
而0.90.90.85345263.93eL R MPa ?=??=
0.9T eL R σ?<,液压试验应力校核合格。
2.2 支座选型和结构确定
2.2.1 鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座，根据JB/T4712中得垫板材料一般应与容器筒体材料相同，故选用Q345R 。估计鞍座负荷：
储罐总质量12342m m m m m =+++
1m ——筒体质量：()2
2124n m L D D π
ρδ??=?
+-?
?
()3
227.851012.29 3.02434
π
=????-
9118.4kg =
2m ——单个封头质量：查表得2775.7m kg =
3m ——充气质量：ρρ>水气，水压试验充满水，故取ρ水。
2224
i V V V D L V π
=+=?+筒封封
2312.292 3.81704
π
=
??+?
3
94.46m =
则3394.461094462.9m V kg ρ=?=?=
4m ——附件质量：估人孔质量为200kg ，其他接管总和为400kg ，4600m kg =。
综上，9118.42775.794462.9600105732.7m kg =+?++=
105732.79.811037237.8G mg N ==?=
则每个鞍座承受约518618.9N 。
由此据表JB/T4712.1-2007表3得相应参数： 公称直径DN
允许载荷QkN
鞍座高度h 底板
腹板
筋板
3000 785
250
1l
1b
1σ
2σ
3l
2b
3b
3σ
2180
360
16
10
340
316
410
10
垫板 螺栓配置
鞍座质量
增加100mm 高度增加的质量kg
弧长 4b
4σ
e 间距2l 螺孔d 螺纹 孔长l 462 34
3490
660
12
120
1940
28
M24
60
2.2.2 鞍座位置确定
根据JB/T4712-2005中规定：当满足0.2A L ≤时，最好使0.5m A R ≤2n m i R R σ??
=+ ??
?
. 圆整012.30L m = 由标准型椭圆封头
()27904024
i i D D
h mm H h =?=-=-
当0.2A L ≤时，()()00.220.2123002402476A L h mm ≤?+=?+?= 当0.5m A R ≤时，()0.50.515006752.52
2i n D A mm σ??
≤?+=?+=
??? 取752.5A mm =，圆整为750mm 。 增加100mm 高度增加的质量为34kg 。
两封头切线间距离021230024012380L L h mm =+=+?=。
2.3 封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定
2.3.1封头（图1）
由前边各项数据已定，由JB/T4746-2002，选用300012345EHA Q R ?-。 2.3.2 法兰（图2）
选用带颈对焊钢制管法兰，按GB20595-2009标准，都是FM （凹面），凹凸面安装时易于对中，且能有效地防止垫片被挤出压紧面，使用于 6.4PN MPa ≤的容器法兰和管法兰。选用尺寸见表1。 符号
公称直径
连接尺寸标准
连接面形式
钢管外径
1A
法兰外径D
螺栓孔中心圆直径
K
14a - 20 2520PN DN 凹面 25 105 75 12e -
80 2580PN DN 凹面 89 200 160 d
500 25500
PN DN
凹面 530 715 650 ,,,f g h 12m -
50 2550PN DN
凹面 57 165 125 ,j k
80
2580PN DN
凹面
89
200
160
螺栓孔直径L 螺栓孔数量n 螺纹Th
法兰厚度τ N S R H
质量/kg 14a - 14 4 M12 18 40 2.3 4 40 10 12e -
18 8 M16 24 105 3.2 8 58 50 d
33 20 M30?2 34 578 11 12 90 70.7 ,,,f g h 12m -
16 4 M16 18 75 2.9 6 48 30 ,j k
18
8
M16
24
105
3.2
8
58
50
2.4 紧固件的选用
根据紧固件HG/T20592~20635-2009密封面形式为凸面。
垫片的选择：垫片是螺栓法兰连接的核心，决定密封性能，选用非石棉纤维橡胶，尺寸见表4。 公称直径DN
垫片内径1D
垫片外径2D
垫片厚度T
包边宽度b
20 27 61 1.5 3 50 61 107 1.5 3 80 89 142 1.5 3 500
530
624
3
3
2.5 材料的选择
筒体、封头、人孔、鞍座为Q345R ，接管选用10号钢。
第三章 容器及其附件强度校核
3.1 卧式容器的应力校核
3.1.1圆筒轴向弯矩计算
鞍座支反力518618.92
mg
F N =
=，79040750i h H h mm =-=-=， 圆筒中间截面上的轴向弯矩：
()2
2212144413m i i R h FL A L M h L L ??-+????=?-
??+????
()2222 1.5060.7501518618.912.38040.75012.38040.750412.3801312.380??
?-+??????=-
???+?????
1129.2K N m =?
鞍座平面上的轴向弯矩：
2
22121413m
i i
R h A L AL
M FA h L ??
--+??=-?-
????+???
?
220.75 1.5060.75112.38020.7512.38518618.90.75140.7501312.380??
--+??
??=-?-?????+
?????
17.88KN m =-?
3.1.2 圆筒轴向应力计算及校核
3.1.2.1 圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力
最高点处：
3
11220 1.5061129.21014.412 3.1420.011 3.14 1.5060.011
c m e m e P R M MPa R σσσ???=-=-=-????
最低点处：
63
1222
0.86910 1.5061129.21073.92 3.1420.011 3.14 1.5060.011
c m e m e P R M MPa R σσσ????=+=+=????
3.1.2.2 鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力
由于2
m
R A ≤
，则圆筒在鞍座平面上呗封头加强，轴向应力3σ位于横截面最高点，系数1K ，2K 由JB/T4731-2005《钢制卧式容器》表7-1得：1 1.0K =，2 1.0K =， 则鞍座横截面最高点处轴向应力：
63
2322
10.86910 1.50617.881059.722 3.1420.011 3.141 1.5060.011
c m e m e P R M MPa K R σσσ????=-=+=?????? 鞍座横截面最高点处轴向应力：
3
2422
20 1.50617.88100.232 3.1420.011 3.141 1.5060.011
c m e m e P R M MPa k R σσσ???=+=-=-?????? 3.1.2.3 圆筒轴向应力校核
0.0940.094
0.000691500
11i e
A R σ=
==，查询课本132P 图4-8得：92B MPa =， 即[][]max 92ac B MPa σσ==>，故合格。 3.1.3 切向剪应力计算及校核
2
m R A ≤
带来的加强作用，由表5-2查得在包角为120o
时，30.880K =，40.401K =， 筒体中最大剪应力30.88518618.9
27.55150611
m e K F MPa R τσ?=
==? 而[][]0.80.8170136t
MPa τστ==?=> 故切向剪应力校核合格。
3.1.4封头中附加拉伸应力：
40.401518618.9
12.55150611
h m e K F MPa R τσ?=
==? 由内压引起的拉伸应力：
10.8693000
118.52211
c i h e KP D MPa σσ???=
==? []1.25 1.25170118.594t
h h MPa σστ-=?-=>，合格。
3.1.5 支座封面处圆筒周向应力计算与校核
3.1.5.1 鞍座处横截面的最低点处周向应力
55e b
K kF
b σσ?=-
当容器焊在支座上时，取0.1k =，
5k ，6k 由JB/T4731-2005表7-3查得：50.76k =，60.013k =
则50.10.76518618.9
11.3411316
MPa σ??=-
=-?
3.1.5.2 鞍座角边处的周向应力
123808.381500
M L R ==≥
∴6622
23518618.930.013518618.9120.8842411316211
e e K F F MPa b σσσ??=-
-=--=-??? 3.1.5.3 应力校核
[]511.34170t
MPa σσ=<= []6120.88 1.25212.5t
MPa σσ=<=
3.1.6 鞍座应力计算与校核
3.1.6.1 鞍座有效断面平均应力 鞍座应承受的水平分力9s F K F =， 查JB/T4731-2005表7-5得90.204K =
∴0.204518618.9105798.3S F N =?=
鞍座有效断面平均应力：
90
42.3s
s F MPa H b σ=
= s H ——计算高度，鞍座实际高度和
5023
m
R mm =中较小者，此处取250s H mm =。 0b ——鞍座腹板厚度，010b mm =。
3.1.6.2 鞍座有效断面应力校核
[]s σ——鞍座材料Q345R 的许用应力[]170s MPa σ=
[]92
42.3113.23
s MPa σσ=<
=，合格。 3.1.6.3 腹板与筋板组合截面应力计算及校核
圆筒中心线至基础表面距离41506250121768V m H R h mm δ=++=++= 查表5-5可得设计地震烈度为7度（0.1g ）时的水平地震影响系数10.08α=，则 轴向力：10.081037237.882979EV F mg N α==?= 筋板面积：2
123316103160A b mm δ==?=
腹板面积：()()2
21220218020102160A l mm δ=-=-?=
1332180
101510151034071522
l x l mm δ=
----=----= 3
171557202
Z x m m δ=+
=+=
2137203401060Z Z l m m
=+=+= 则2
12
663160216021120sa A A A mm =+=?+= 形心：()12266316031610
22146.321120c sa A b y mm A δ+???=== 2231610146.316.722
c c b y y mm δ++'=
-=-= ()()3
32122311220231212b y l b I A Z Z δδ?-??=?+++????
()()
3
322102180203161023316072010601212?-???=??+++???? 10
3
1.8810m m =?
()3
2213122061212b z c c l b I A xy A y δδ?-??'=+++????
()3
2
10218020
31610
6316071516.72160146.3
12
12?-???=+??++??
???
83
3.8510mm =?
腹板与筋板组合截面断面系数：
1max 360
101017022b mm ?=
-=-= 1max
21801010108022
l Z mm =-=-= 10
73max 1.8810 1.74101080y ry I Z mm Z ?=
==?
863max
3.8510 2.2610170
z
rz I Z mm ??=
==?
()63, 2.2610r rz ry Z Z Z mm ==?
取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数0.4f =，1f α<，故EV mg F f <，则
()
22EV EV V sa sa r sa F H
F H F A Z A L A σ=-
---
()6
518618.982979
829791768
211202 2.2610
21120123807502
?=-
--??-?
25.22M P a =-
[]1.2 1.2170204sa s MPa σσ<=?=，合格。
3.1.6.4 地震引起的地脚螺栓应力
鞍座上地脚螺栓2n =，筒体轴线两侧螺栓间距2960l mm =， 每个地脚螺栓的横截面积：
2221
3.1419.09286.07644
bt A d mm π
=
=??= 倾覆力矩：829791768146706872o o
EV EV V M F H N mm -=?=?=? 地脚螺栓拉应力：1146706872
117.622180286.076
o o
EV bt bt M MPa nl A σ-===???
地脚螺栓选GB/T700规定的Q235[]147t MPa σ=，
[]1.25183.75bt t MPa σσ<=，合格。
地脚螺栓剪应力：82979
72.54286.076
EV bt bt F MPa n A τ=
=='??
[]0.8117.6bt t MPa τσ<=，合格。
第四章 开孔补强设计
GB150规定，当设计压力小于或等于2.5MPa 时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两空直径之和的两倍，且接管公称直径外径不大于89mm 时，接管厚度满足要求即可不另行补强。
故本设计只有500DN mm =的人孔需要补强。
4.1 补强计算方法判别
按HG/T21518-2005选用回旋盖带颈对焊法兰人孔， 开孔直径2250021502i d d C mm =+=+?=
3000150022
i D d mm <
==?采用等面积法进行开孔补强计算。 封头和筒体计算厚度均取8.69mm 。
接管材料选用10号刚，其中许用应力[]108t
MPa σ= 接管有效厚度12120.8110.2et nt C C mm σσ=--=--=
强度削弱系数[][]
108
0.635170
t
n
r r
f σσ==
= 则开孔所需补强面积为：
()21et r A d f δδδ=?+?-
()5028.692
8.6910.210.635
=?+???- 2
4427.
1mm = 4.2 有效强度范围
4.2.1 有效宽度B 的确定
1225021004B d mm ==?=
222502212212550n nt B d mm δδ=++=+?+?=
()12max ,1004B B B mm ==
4.2.2 有效高度的确定 4.2.2.1 外侧有效高度1h 的确定
15021277.61nt h d mm δ'=?=?= 1357h mm ''==实际外伸高度
()
111min ,77.61h h h mm '''==
附人孔尺寸参数()mm ：
公称压力PN ：2.5MPa ，公称直径DN ：500，:53012w d s ??
:506d :730D 1:660D 1:280H 2:123H :44B
1:43b 2:48
b :405A :200B :300L 0:30d 螺栓数量：20 螺母数量：40 螺柱（直径?长度）：332170M ?? 总质量（kg ）：302 4.2.2.2 内侧有效高度2h 的确定
25021277.61nt h d mm δ'=?=?= 2h ''——实际内伸高度为0
()
212min ,0h h h '''== 4.3 有效补强面积
4.3.1 筒体多余面积()111
,0.635e r A f δ== ()()()()121e et r A B d e f δδδδδ=-----
()()()()1004502
118.69210.2118.69
10.635=---??-- 2
1176.82mm
= 4.3.2 接管多余面积2A 接管计算厚度[]0.869500
2.02210810.869
2c i t t
c
n P d mm P δδ???=
=
=??--
接管多余金属面积：
()()212222et t r et r A h f h C f δδδ=?-+-
(
)277.6110.2
2.020.6350
=??-?
+ 2
806.2
6mm = 4.3.3 接管区焊接面积（焊脚取6.0mm ）
2231
62362
A mm =??=
则有效补强面积21231176.82806.26362019.08e A A A A mm =++=++=
第五章 焊接结构
筒体的焊接和封头与筒体的连接采用X 形坡口，因为同厚度下减少焊接量约1
2
，焊接变形及产生内应力也小。
壳体与钢管的连接为角接接头。
设计小结：
通过这次的课程设计，理论加上实践，使我对过程设备有了更深刻的认识，尤其是对卧式储罐的理解，各具体零部件功能和规格，特性的认识，也纠正了自己以前很多不对的看法，当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，在查阅了大量的书籍资料之后，对这次设计有了一个整体的认识，作出了大的装配图，然后经过反复的修改，尽量使其达到完美。这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使自己的作图动手能力有了进一步的提高。总之，这次设计使我受益匪浅，让我对以后的工作学习有了更大的信心。
参考文献：
【1】《过程设备设计》第二版，郑津洋，董其伍，桑芝富，化学工业出版社，2005 【2】GB150-1998《钢制压力容器》
【3】HGJ20580-20585-1998《钢制化工容器设计基础规定》
【4】JB/T4712.1-4712.4-2007《容器支座》
【5】HG/T20592-20635-2009《钢制管法兰，垫片，紧固件》
【6】材料与零部件
【7】JB/T4736-2002《补强圈》
【8】JB/T4736《钢制压力容器用封头》
【9】《压力容器安全技术监察规程》
【10】HG/T21514-21535-2005《钢制人孔和手孔》
【11】JB/T4731-2005《钢制卧式容器》
【12】TSGR004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
【13】《机械制图》第四版高等教育出版社
过程设备设计
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：满足工艺要求和检验需要支座的作用：支撑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 2固定式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： 压力容器所蓄能量与其内部介质压力和介质体积密切相关：体积越大，压力越高，则储存的能量越大，发生爆破是产生的危害也就越大。而《固定式压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时是依据整体危害水平进行分类的，所以要这样划分. 3压力容器用钢的基本要求 较好的强度，良好的塑性，韧性，制造性能和与介质的相容性 4为什么要控制压力容器用钢的硫磷含量 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，将硫磷等有害元素控制在较低的水平，就能大大提高钢材的纯净度，可以提高钢材的韧性，抗辐射脆化能力，改善抗应变时效性能，抗回火脆性和耐腐蚀性能 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照哪些原则确定试说明理由。 答：根据JB473规定，取A小于等于，否则容器外伸端将使支座界面的应力过大。因为当A=时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，使两个截面保持等强度。考虑到除弯矩以外的载荷，所以常区外圆筒的弯矩较小。所以取A小于等于。 当A满足小于等于时，最好使A小于等于。这是因为支座靠近封头可充分利用封头对支座处圆筒的加强作用。
过程设备设计试题(附答案)
一. 填空题 1. 储罐的结构有卧式圆柱形.立式平地圆筒形. 球形 2. 球形储罐罐体按其组合方式常分为纯桔瓣式 足球瓣式 混合式三种 3. 球罐的支座分为柱式 裙式两大类 4. 双鞍座卧式储罐有加强作用的条件是A《0.2L条件下 A《0.5R 5. 卧式储罐的设计载荷包括长期载荷 短期载荷 附加载荷 6. 换热设备可分为直接接触式 蓄热式 间壁式 中间载热体式四种主要形式 7. 管壳式换热器根据结构特点可分为固定管板式 浮头式 U型管式 填料函式 釜式 重沸器 8. 薄管板主要有平面形 椭圆形 碟形 球形 挠性薄管板等形式 9. 换热管与管板的连接方式主要有强度胀接 强度焊 胀焊并用 10. 防短路结构主要有旁路挡板 挡管 中间挡板 11. 膨胀节的作用是补偿轴向变形 12. 散装填料根据其形状可分为环形填料 鞍形填料 环鞍形填料 13. 板式塔按塔板结构分泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 舌形塔 14. 降液管的形式可分为圆形 弓形 15. 为了防止塔的共振 操作时激振力的频率fv不得在范围0.85Fc1 Fv 1.3Fc1内 16. 搅拌反应器由搅拌容器 搅拌机两大部分组成 17. 常用的换热元件有夹套 内盘管 18. 夹套的主要结构形式有整体夹套 型钢夹套 半圆管夹套 蜂窝夹套等 19. 搅拌机的三种基本流型分别是径向流 轴向流 切向流其中径向流和轴向流对混合起 主要作用 切向流应加以抑制
20. 常用的搅拌器有桨式搅拌器 推进式搅拌器 涡轮式搅拌器 锚式搅拌器_ 21. 用于机械搅拌反应器的轴封主要有填料密封 机械密封两种 22. 常用的减速机有摆线针轮行星减速机 齿轮减速机 三角皮带减速机 圆柱蜗杆减速机 23. 大尺寸拉西环用整砌方式装填 小尺寸拉西环多用乱堆方式装填 二. 问答题 1. 试对对称分布的双鞍座卧式储罐所受外力的载荷分析 并画出受力图及剪力弯矩图。 2. 进行塔设备选型时分别叙述选用填料塔和板式塔的情况。 答 填料塔 1分离程度要求高 2 热敏性物料的蒸馏分离 3具有腐蚀性的物料 4 容易发泡的物料 板式塔 1塔内液体滞液量较大 要求塔的操作负荷变化范围较宽 对物料浓度要 求变化要求不敏感要求操作易于稳定 2 液相负荷小 3 含固体颗粒 容易结垢 有结晶的物料 4 在操作中伴随有放热或需要加热的物料 需要在塔内设置内部换热组件 5 较高的操作压力 3. 比较四种常用减速机的基本特性。 摆线针轮行星减速机 传动效率高 传动比大 结构紧凑 拆装方便 寿命长 重量轻 体积小 承载能力高 工作平稳 对过载和冲击载荷有较强的承 受能力 允许正反转 可用于防爆要求齿轮减速机 在相同传动比范围内具有体积小
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? 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；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。 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？ 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。 4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用围是否相同？为什么？
过程设备设计计算题
计算题 2.1无力矩方程 应力 试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[σ(b) =400Mpa,σ(s) =245MPa]改为16MnR[σ(b) =510MPa, σ(s) =345MPa]时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？ 2.3 短圆筒 临界压力 1、 三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒，其材料分别为（MPa y 220=σ，3.0,1025=?=μMPa E ） 、铝合金（3.0,107.0,1105=?==μσMPa E MPa y ）和铜（31.0,101.1,1005=?==μσMPa E MPa y ），试问哪一个圆筒的临界压力最大，为什么？ 2.4临界压力 爆破压力 有一圆筒，其内径为1000mm ，壁厚为10mm ，长度为20m ，材料为20 R(3.0,102,245,4005 =?===μσσMPa E MPa MPa y b )。①在承受周向外压时，求其临界压力cr p 。②在承受内压力时，求其爆破压力b p ，并比较其结果。 2.5临界压力 有一圆筒，其内径为1000mm ，壁厚为10mm ，长度为20m ，材料为20 R(3.0,102,245,4005=?===μσσMPa E MPa MPa y b )。①在承受周向外压时，求其临界压力cr p 。②在承受内压力时，求其爆破压力b p ，并比较其结果。 2.6无力矩理论 应力 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？
过程设备设计试题及答案
浙江大学2003 —2004 学年第2学期期末考试 《过程设备设计》课程试卷 开课学院：材化学院任课教师：郑津洋 姓名：专业：学号：考试时间：分钟 １脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎片。（错误，断口应与最大主应力方向平行） ２有效厚度为名义厚度减去腐 蚀裕量（错，有效 厚度为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材 负偏差） ３钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。 （错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹） ４压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。 （错，缺密封装置） ５盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。（对） ６承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。 （错周边简支发生在中心处） ７筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。（错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等） ８检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。(错，在一定条件下，可以不开检查孔) 二、选择题（答案有可能多余于一个，每题2分,共16分） 1 《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器（ABCD） A 最高工作压力大于等于（不含液体静压力）； B 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；
C 容积（V ）大于等于0.025m 3 ； D 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。 2下列关于热应力的说法哪些不正确 （AD ） A 热应力随约束程度的增大而减小 B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力 C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低 D 热应力在构件内是不变的 3 下列说法中，正确的有 （ BCD ） A 单层厚壁圆筒同时承受内压P i 和外压P o 时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。 B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。 C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。 D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中 仍然适用。 4下列关于压力容器的分类错误的是 （AC ） A 内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。 B 低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。 C 真空容器属低压容器。 D 高压容器都是第三类压力容器。 5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有 （CEF ） A 当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为0.135MPa p MPa ≤≤. B GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计准则。 C GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强度理论。 D 需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用GB150. E GB150的技术内容与ASME VIII —1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路 与ASME VIII —2相同，为分析设计标准。 F 按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别大于等于和。 6 下列关于椭圆形封头说法中正确的有 （ABD ） A 封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀 B 封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型 C 椭圆形封头常用在高压容器上 D 直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状 况。 7 下列关于二次应力说法中错误的有 (ABD) A 二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。 B 二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。 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到一次应力之上的应力增量。 8下列说法中，错误的有 （ C ） A 相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。
过程设备设计校核计算
钢制卧式容器计算结果 ============================================================== 筒体计算结果： **********内压圆筒校核********** 计算条件: 计算压力: 2.06 设计温度: 48.00 筒体内径: 1800.00 腐蚀裕量: 2.00 负偏差: 0.00 焊接接头系数: 1.00 材料: Q345R 输入厚度: 14.00 计算结果: 应力校核: 合格 许用压力: 2.50 σt＝ 155.53 [σ]t*Φ= 189.00 水压试验值: 2.5500 圆筒应力: 192.52 0.9*σs: 310.50 压力试验合格 提示: 参考厚度: 12.00 ========================================================== 左封头计算结果： **********内压椭圆封头校核********** 计算条件: 计算压力: 2.06 设计温度: 48.00 筒体内径: 1800.00 腐蚀裕量: 2.00 负偏差: 0.00 焊接接头系数: 1.00 曲面高度: 450.00 材料: Q345R 输入厚度: 14.00 计算结果: 应力校核: 合格 许用压力: 2.51 水压试验值: 2.5500 椭圆封头应力: 191.89 0.9*σs: 310.50 压力试验合格 提示: 参考厚度: 12.00 ========================================================== 右封头计算结果： **********内压椭圆封头校核********** 计算条件: 计算压力: 2.06 设计温度: 48.00 筒体内径: 1800.00 腐蚀裕量: 2.00 负偏差: 0.00 焊接接头系数: 1.00 曲面高度: 450.00 材料: Q345R 输入厚度: 14.00 计算结果: 应力校核: 合格 许用压力: 2.51 水压试验值: 2.5500 椭圆封头应力: 191.89
过程设备设计试题
一、填空题：（每空0.5分，共20分） 1.压力容器设计的基本要求是安全性和经济性。 2.压力容器的质量管理和保证体系包括设计、材料、 制造和检测四个方面。 3.我国压力容器设计规范主要有GB150《钢制压力容器》和 JB4732 《钢制压力容器—分析设计标准》，同时作为政府部门对压力容器安全监督的法规主要是《压力容器安全技术监察规程》。 4.压力容器用钢，力学性能的保证项目一般有σs 、σb 、 、 δ和A RV。并且控制钢材中化学成分，含碳量为≤0.24% ，目的是提高可焊性；含硫量为≤0.02% ，目的是防止热脆；含磷量为≤0.04% ，目的是防止冷脆。 5.法兰设计中，垫圈的力学性能参数y称为预紧密封比压，其含义为初始密封条件初始密封时，施加在垫片上的最小压紧力；m称为垫片系数，其含义为操作密封比压/介质计算压力。 6.华脱尔斯(waters)法是以弹性设计基础的设计方法，将高颈法兰分成(1) 壳体，(2) 椎颈，(3) 法兰环三部分进行分析，然后利用壳体理论和平板理论对三部分进行应力分析。 7.常见的开孔补强结构形式有(1) 贴板补强，(2) 厚壁管补强，(3) 整锻件 。 8.双鞍座卧式容器设计时，对筒体主要校核跨中截面处轴向弯曲应力σ1，σ2 ；支座截处(1) 轴向弯曲应力σ3，σ4， (2)切向剪应力τ，(3) 周向弯曲应力和周向压缩力σ5，σ6，σ71，σ8。 9．塔设备在风力作用下，平行于风力的振动，使塔产生倾倒趋势，
垂直于风力的振动，使塔产生诱导共振。 10．固定管板换热器中，由于壳体壁温和管束壁温的不同， 固而在壳体和管束上产生了温差应力，在设计中，可以采取壳体上设 膨胀节的方法减少温差应力。 二、判断题：(每小题0.5分，共10分。正确画√，错误画×) 1．当开孔直径和补强面积相同时，采用插入式接管比平齐式接管更有利于补强。（√） 2.在筒体与端盖连接的边缘区，由于Q0,M0产生的边缘应力具有局部性，属于一次局部薄膜 应力。 (×) 3.密封设计中，轴向自紧密封，主要依靠密封元件的轴向刚度大于被联接件的轴向刚度(×) 4.外压容器失稳的根本原因是由于壳体材料的不均匀和存在一定的椭圆度所致。(×) 5.受横向均布载荷作用的圆平板，板内应力属于一次总体薄膜应力。(×) 6.“分析设计法”是比“规则设计法”更先进的设计方法，过程设备设计将用“分析设计法” 取代“规则设计法”。 (×) 7.等面积补强法，是依据弹性理论建立的一种精确补强方法，因而能较好的解决开孔引起的 应力集中问题。(×) 8.高压容器设计，由于介质压力较高，从安全角度考虑，设计壁厚t d越厚越好。(×) 9.圆筒体上开圆孔，开孔边缘轴向截面的应力集中现象比环向截面更严重。(√) 10.轴向外压圆筒的临界载荷通常以临界压力P cr表征，而不用临界应力 cr。(√) 11.压力容器制作完毕必须进行耐压试验和气密性试验. (×) 12.卧式容器鞍式支座结构，在容器与鞍座之间加垫板，以焊接固定，有效地降低了支座反 力在容器中产生的局部应力。 (√) 13．一夹套反应釜，罐体内压力为0.15MPa，夹套内压力为0.4MPa，则罐体内设计压力取
智慧树知到《过程设备设计》章节测试答案
智慧树知到《过程设备设计》章节测试答案 绪论 1、下列说法哪个是正确的？ A:一类容器最危险，要求最高； B:二类容器最危险，要求最高； C:三类容器最危险，要求最高； D:四类容器最危险，要求最高。 正确答案：三类容器最危险，要求最高； 2、下列说法哪个是正确的？ A:有压力的容器就是压力容器 B:盛装气体和液体的容器就是压力容器 C:体积大于1 L的容器就是压力容器 D:压力与体积的乘积大于或者等于2.5 MPa·L的容器才是压力容器 正确答案：压力与体积的乘积大于或者等于2.5 MPa·L的容器才是压力容器 3、外压容器中，当容器中的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时称为真空容器。A:对 B:错 正确答案：对 4、换热压力容器代号为S。 A:对 B:错 正确答案：错
5、中国《固定式压力容器安全技术监察规程》不根据因素进行压力容器分类。A:介质 B:设计压力 C:容积 D:温度 正确答案：温度 第一章 1、由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。 A:对 B:错 正确答案：错 2、内压作用下，端部封闭的厚壁圆筒最大应力是位于外壁的周向应力。 A:对 B:错 正确答案：错 3、半锥角为α的圆锥形封头，在半径为R处的第一、第二主曲率半径分别为 A:∞、R B:R、∞ C:R、R/cosα D:∞、R/cosα 正确答案：∞、R/cosα 4、第一曲率半径与（）有关。
A:与母线曲率半径有关 B:与第二曲率半径的形状有关 C:与旋转的方向有关 D:与母线到回转轴的距离有关 正确答案：与母线曲率半径有关 5、承受外压的容器可以发生失稳，而承受内压的容器则不会发生失稳。 A:对 B:错 正确答案：错 第二章 1、用图算法设计受外压半球形封头时，其系数A的含义是失稳时的周向应变。（）A:对 B:错 正确答案：错 2、无缝钢管做筒体时，公称直径是指它们的外径。 A:对 B:错 正确答案：错 3、加强圈只能设置在壳体的外部。 A:对 B:错 正确答案：错
过程设备设计试题及答案
过程设备设计试题及答案 浙江大学2003 —2004 学年第 2学期期末考试 《过程设备设计》课程试卷 开课学院: 材化学院任课教师: 郑津洋姓名: 专业: 学号: 考试时间: 分钟题序一二三四五六 ? 总分评阅人 得分 一、判断题(判断对或者错，错的请简要说明理由，每题2分，共16分) , 脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常 使容器断裂成碎片。 (错误，断口应与最大主应力方向平行) , 有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 (错，有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 和钢材负偏差) , 钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。 (错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹) , 压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。 (错，缺密封装置) , 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。 (对) , 承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。 (错周边简支发生在中心处)
, 筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒 并焊接而成。(错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等) , 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器 必须开设检查孔。 (错，在一定条件下，可以不开检查孔) 二、选择题(答案有可能多余于一个，每题2分,共16分) 1 《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器 (ABCD) A 最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力); B 内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m; 3C 容积(V)大于等于0.025m; D 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。 2下列关于热应力的说法哪些不正确 (AD) A 热应力随约束程度的增大而减小 B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力 C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低 D 热应力在构件内是不变的 3 下列说法中，正确的有 ( BCD ) A 单层厚壁圆筒同时承受内压P和外压P时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。 io B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。 C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。 D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中 仍然适用。
过程设备设计5-8章思考题及答案
第三版过程设备设计思考题及答案（5-8） 5.储存设备 5.1 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定？试说明理由。 5.2 双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相同何不同，试用剪力图和弯距图比较。 5.3 “扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？ 5.4 双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？ 5.5 鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？ 5.6 在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？ 5.7 球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各种罐体型式有何特点？ 5.8 球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？ 5.9 液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？ 6.换热设备 6.1换热设备有哪几种主要形式？ 6.2间壁式换热器有哪几种主要形式？各有什么特点？ 6.3管壳式换热器主要有哪几种形式？ 6.4换热器流体诱导震动的主要原因有哪些？相应采取哪些防震措施？ 6.5换热管与管板有哪几种连接方式？各有什么特点？ 6.6换热设备传热强化可采用哪些途径来实现？ 7.塔设备 7.1塔设备由那几部分组成？各部分的作用是什么？ 7.2填料塔中液体分布器的作用是什么？ 7.3试分析塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷？ 7.4简述塔设备设计的基本步骤。 7.5塔设备振动的原因有哪些？如何预防振动？ 7.6塔设备设计中，哪些危险界面需要校核轴向强度和稳定性？
8.反应设备 8.1反应设备有哪几种分类方法？简述几种常见的反应设备的特点。 8.2机械搅拌反应器主要由哪些零部件组成？ 8.3搅拌容器的传热元件有哪几种？各有什么特点？ 8.4 搅拌器在容器内的安装方法有哪几种？对于搅拌机顶插式中心安装的情况，其流型有什么特点？ 8.5常见的搅拌器有哪几种？简述各自特点。 8.6涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围？ 8.7 生物反应容器中选用的搅拌器时应考虑的因素？ 8.8搅拌轴的设计需要考虑哪些因素？ 8.9搅拌轴的密封装置有几种？各有什么特点？ 思考题答案： 5.储存设备 思考题5.1 根据JB4731规定，取A小于等于0.2L，最大不得超过0.25L，否则容器外伸端将使支座界面的应力过大。因为当A＝0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯距和支座截面处的弯距绝对值相等，使两个截面保持等强度。考虑到除弯距以外的载荷，所以常取外圆筒的弯距较小。所以取A小于等于0.2L。 当A满足小于等于0.2L时，最好使A小于等于0.5Rm（Rm为圆筒的平均半径）。这是因为支座靠近封头可充分利用封头对支座处圆筒的加强作用。 思考题5.2 （图见课本） 外伸梁的剪力和弯矩图与此图类似，只是在两端没有剪力和弯矩作用，两端的剪力和弯矩均为零。 思考题5.3 由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯距，在周向弯距的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌”现象。
过程设备设计第三版课后答案及重点
过程设备设计题解 1.压力容器导言 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？ 解：○ 1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： δ σσθ φ z p R R - =+ 2 1 φσππ φsin 220 t 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/2 t pR pr t pR k 2sin 2== = φδσσφθ ○ 2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。 2. 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？ 解：○ 1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 a bt p bt pa 1500250 102222 2 =???== = θθσσ ○ 2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。 3. 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=0.4MPa ，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：○ 1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 10020 210000 4.022sin 2=??===? = = = +θφφθφσσφδσσσ φ0 h
过程设备设计复习题及答案
《化工过程设备设计》期末复习题及答案 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。 10．20R 20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。
最新过程设备设计试题
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。 1-4 《压力容器安全技术监察规程》的适用与不适用范围是什么？ 答：适用于同时具备下列3个条件的压力容器（第2条第2款中特指的除外）： 1．最高工作压力（p W）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、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
过程设备设计答案(简答题和计算题) - 副本
1.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.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。 3.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。 4.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有：应力集中系数法、数值解法、实 验测试法、经验公式法。 5.圆柱壳除受到压力作用外，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。 10.压力容器选材应综合考虑压力容器的使用条件、零件的功能和制造工艺、 材料性能、材料使用经验、材料价格和规范标准。 11.为保证安全，压力容器设计时应综合考虑：材料、结构、许用应力、强度、 刚度、制造、检验等环节。压力容器设计的具体要求：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，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；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。 14.○1当满足δ/D≤0.1或K≤1.2属薄壁圆筒，否则属厚壁圆筒。○2强度设计 的理论基础是弹性失效设计准则。弹性失效设计准则是以危险点的应力强度达 到许用应力为依据的。○3。对于各处应力相等的构件，如内压薄壁圆筒，这种 设计准则是正确的。但是对于应力分布不均匀的构件，如内压厚壁圆筒，由于 材料韧性较好，当危险点（内壁）发生屈服时，其余各点仍处于弹性状态，故 不会导致整个截面的屈服，因而构件仍能继续承载。在这种情况下，弹性失效 (一点强度)设计准则就显得有些保守。 15.椭圆形封头、碟形封头为何均设置短圆筒？答：短圆筒的作用是避免封头 和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。 16.从受力情况排序依次是半球形、椭圆形、碟形、锥壳和平盖封头，由好变 差；从制造情况顺序正好相反。半球形封头是从受力分析角度，最理想的结构 形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼 焊工作量较大。半球形封头常用在高压容器上。椭圆形封头的椭球部分经线曲 率变化平滑连续，应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多， 易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。 17.压力试验的目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破 坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。对外压容器，在外压作用下， 容器中的缺陷受压应力的作用，不可能发生开裂，且外压临界失稳压力主要与 容器的几何尺寸、制造精度有关，与缺陷无关，一般不用外压试验来考核其稳 定性，而以内压试验进行“试漏”，检查是否存在穿透性缺陷。 由于在相同压力和容积下，试验介质的压缩系数越大，容器所储存的能量也越 大，爆炸也就越危险，故应用压缩系数小的流体作为试验介质。气体的压缩系 数比液体的大，因此选择液体作为试验介质，进行液压试验。 18.压力容器分类的原则：满足外载荷与内力及内力矩平衡的应力，即“非自 限性”的应力；相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的应力，在材料为塑 性材料时具有“自限性”的应力；局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加 在上述两原则下的应力之上的应力增量，具有高度的“局部性”。 1
过程设备设计第五到八章习题答案
第五章储运设备 1 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应按哪些原则确定？说明理由。双鞍座卧式储罐的受力状态可简化为受均布载荷的外伸简支梁，由材料力学可知当外伸长度A=0.207时，跨度中央的弯矩与支座截面处弯矩绝对值相等，所以一般近似取A≤0.02L，其中L为两封头切线间的距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离2）当鞍座邻近封头时，封头对支座处的筒体有局部加强作用，为充分利用加强效应，在满足A≤0.2L下应尽量满足A≤0.5R0 （R0为筒体外径） 3卧式容器支座截面上部有时出现“扁塌”现象是什么原因？措施？原因：当支座截面处的圆筒不设加强圈，且A<0.5Ri时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩作用下，导致支座处圆筒上半部发生变形，产生所“扁塌”现象。 措施： 1）设置加强圈 2)A<0.5Ri,使支座靠近封头布置，利用加强圈或封头的加强作用 3）补设加强圈，且A<0.5Ri 4 双鞍座卧式容器中应计算哪些应力？分析这些应力如何产生的？(1)圆筒上的轴向应力，由轴向弯矩引起 2）支座截面处圆筒和封头上的切应力和封头的附加拉伸应力，由横向剪力引起3）支座截面处圆筒的周向弯曲应力，由截面上切应力引起 4）支座截面处圆筒的周向压缩应力，通过鞍座作用于圆筒上的载荷所导致 5 鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？ 鞍座包角θ时鞍式支座设计时需要的一个重要参数，其大小不仅影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，而且也影响卧式储罐的稳定性及储罐支座系统的重心高低。鞍座包角小，则鞍座重量轻，但是储罐一支座系统的重心较高，且鞍座处筒体上的应力较大。常用包角有120，135，150 6 在什么情况下应对双鞍座卧式容器进行加强圈加强？ 如卧式储罐支座因结构原因不能设置在靠近封头处，且圆筒不足以承受周向弯矩
过程设备设计答案(简答题和计算题)
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。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。 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？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。 1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?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？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。 3. 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 4. 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 4 2 13μβ-=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。 5. 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：○1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σ θ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。○2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2 θσσσ+=r z 。○3除σz 外，其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K 值有关。 x e β-