《过程设备设计》习题

《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？