1.过程设备设计绪论压力容器导言
过程设备设计期末知识总结
1.压力容器导言1.1压力容器总体结构1.2压力容器分类（1）按压力等级分低压：0.1—1.6MPa 中压：1.6—10MPa 高压：10—100 MPa 超高压：大于100MPa （2）按容器在生产中的作用分：反应换热分离储存 （3）按安装方式分类：固定式压力容器移动式压力容器 （4）按安全技术管理分类：第一 / 二 / 三类压力容器1.3压力容器规范标准（1）GB150：中国第一部压力容器国家标准——设计压力：不大于35MPa 的钢制压力容器，设计温度：零下196摄氏度至蠕变限用温度；管辖范围：壳体本体、容器与外部管道焊接连接的第一道环向接头坡口端面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰链接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面。
（2）JB 4732《钢制压力容器——分析设计标准》：第一部压力容器分析设计的行业标准2.压力容器应力分析承受压力：中低内压力(0.1MPa ～10MPa)；壁厚：薄壁(径比K ≤ 1.2)；结构：回转壳体。
2.2回转薄壳应力分析2.2.2 回转薄壳的无力矩理论：基本要素（1）轴对称问题是指壳体的几何形状、约束条件和所受的外力都是对称于旋转轴的。
（2）几种常见壳体的几何特征（a ）圆柱壳：∞=1R ，R2=R=r（b ）球壳：R R R ==21ϕsin R r =2.2.3无力矩理论基本方程（1）基本假设（假设壳体是完全弹性体）小位移假设：壳体受力变形前后，壳体上各点位移量远小于壁厚尺寸，属于弹性小变形。
直法线假设：（可忽略微元体中的剪力） 互不挤压假设：平行于中间面的各层纤维在变形前后均互不挤压，简化成平面应力问题。
(不计法向应力) 无力矩假设：回转薄壳中弯矩很小，可忽略壳壁中的弯矩影响，使壳体的应力分析大为简化。
（微元体仅受拉压力和剪力） （2）壳体微元体的取出 ①一对壳体内外表面；②一对经向截面（也称经线截面）；③一对与经线相正交的圆锥面（也称纬向截面或纬线截面）。
过程设备设计第章课后习题试题
第一章压力容器导言单选题1.1高温容器所谓高温容器是指下列哪一种：（）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150GB150适用下列哪种类型容器：（）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3设计准则一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（）A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效1.4《容规》有关《容规》适用的压力说法正确的是：（）A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)1.5压力容器分类毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器：（）A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围1.6材料性质影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是：（）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力1.7介质毒性毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（）A.<0.1mg/m3B.0.1~<1.0mg/m3C.1.0~<10mg/m3D.10mg/m31.8压力容器分类内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器1.9压力容器分类下列属于分离压力容器的是：（）A.蒸压釜B.蒸发器C.干燥塔D.合成塔单选题1.1 A单选题1.2 B单选题1.3 B单选题1.4 B单选题1.5 C单选题1.6 B单选题1.7 B 单选题1.8 C单选题1.9 C多选题1.1介质危害性介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（）A. 毒性B. 腐蚀性C. 氧化性D. 易燃性1.2压力容器分类下列属于第三类压力容器的是：（）A .毒性程度为极度和高度危险介质的低压容器；B .毒性程度为极度和高度危险介质且PV大于等于0.2MPa.m3的低压容器；C .易燃或毒性程度为为中度危险介PV大于等于10MPa.m3的中压储存容器；D. 中压管壳式余热锅炉；E .高压容器1.3《容规》《容规》适用于具备下列哪些条件的压力容器：（）A. 最高工作压力（Pw）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；C .容积（V）大于等于0.025m3；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。
过程设备设计(复习) 考试复习二民院
2、不同安装方式下，充装液体的内压容器应力计算：
p0
第二章 压力容器应力分析
p0
第三章 压力容器材料及环境和时间对其性能 的影响
1、化工设备选材的重要性和复杂性 ①.操作条件的限制 ②.制造条件的限制 ③.材料自身性能的限制 2、选材要遵循 适用、安全和经济的原则。
第四章 压力容器设计
14、压力容器封头类型： 球形封头与椭圆形封头的内应力分布特点
对比
第四章 压力容器设计
15、受内压的锥形封头与球形封头 其内应 力分布特点？
16、为什么压力容器很少采用平板封头？ 17、压力容器局部开孔补强结构形式有哪
些？ 补强圈补强、厚壁接管补强、整锻件补强 18、开孔补强设计准则： 等面积补强法、压力面积补强法、极限载
第一章 、压力容器导言：
2、按承载方式分类，压力容器可分为： （） A. 内压容器 B. 外压容器 C. 反应压力容器 D. 真空容器
第一章 、压力容器导言：
3、介质危害性有多种，其中影响压力容器 分类的是：（ ） A. 毒性 B. 腐蚀性 C. 氧化性 D. 易燃性
第二章 压力容器应力分析
第三章 压力容器材料及环境和时间对其性 能的影响
0Cr13 含碳量小于0.08%，含鉻13% 0Cr18Ni9：含碳量小于0.08%，含鉻18%，含镍
9% 15CrMoR\00Cr19Ni10\09MnNiD\20MnMo 10、金属材料在焊接厚板时必须在焊接接头处开适当的
坡口，坡口的主要作用是什么？
8、普通碳素钢中含有的杂质元素：
除含碳以外，碳钢中的杂质元素有
Mn、Si、S、P、O、N、H等。这些杂质
《过程容器设计》教学大纲.
《过程容器设计》教学大纲Process Vessel Design制订单位：机械工程学院化机系适用专业：过程装备与控制工程执笔人：任建民使用年级：06-08级一、课程性质和教学目的课程性质：过程装备与控制工程专业核心课程。
教学目的：使学生掌握过程容器设计的基本原理和方法，并要求学生能够采用合理的方法对过程容器主要另部件进行强度设计和稳定性校核，能够从材料、强度、结构、制造、检验等方面对以上的工程设计进行综合分析。
二、课程教学内容1．第一章压力容器导言1．1 压力容器总体结构1．2 压力容器分类1．3 压力容器标准2．第二章压力容器应力分析2．1 回转薄壳应力分析2．2 厚壁圆筒应力分析2．3 平板应力分析2．4 壳体的稳定性分析2．5 典型局部应力3．第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3．1 压力容器材料3．2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响3．3 环境对压力容器用钢性能的影响3．4 压力容器材料的选择4．第四章压力容器设计4．1 概述4．2 设计准则4．3 常规设计4．4 分析设计4．5 疲劳分析三、课程教学基本要求1．了解压力容器的总体结构，国内外主要压力容器规范，掌握压力容器的分类。
2．掌握回转壳体几何特性的基本定义及主曲率半径的计算，熟练运用无力矩理论的基本方程计算典型壳体的薄膜应力，正确理解无力矩理论的应用条件、不连续效应的概念、不连续分析的基本方法和不连续应力的特性。
3.熟悉厚壁圆筒在内压作用下应力的计算及应力基本特征，掌握厚壁圆筒温差应力的分布规律，正确判断压力与温差同时作用时组合应力危险点的位置，理解弹塑性应力的概念及提高屈服承载能力的措施，掌握屈服、爆破压力计算公式。
4.理解薄板弯曲理论的基本假设及其含义，了解求解圆板轴对称弯曲问题的基本原理和步骤，掌握圆平板在常用边界条件和几种简单载荷作用下的应力和挠度计算，了解用叠加法对实际容器结构中环板弯曲应力的计算方法。
5.了解外压容器失稳破坏的特点，掌握弹性失稳、非弹性失稳、临界压力、临界长度等概念及典型受载条件下圆筒临界压力（或应力）的计算公式。
过程设备设计(郑津洋第三版)终极版思考题答案之欧阳学创编
第1章压力容器导言思考题 1.1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：我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235B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压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，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应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题 1.2 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答：筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
过程设备设计
1.2
压力容器的分类
a. 压力容器分类的理由 压力容器潜在的危害程度不同！
压力容器发生事故所造成的危害程度差别很大， 而决定危害程度的因素又很多，有压力、温度、 物料的相态、物料的毒性、易燃易爆性、规模、 使用场所等。
b. 压力容器分类的依据
主要根据压力、温度、物料的相态、物料的 毒性、易燃易爆性、规模、使用场所等。 c. 压力容器的分类
回转壳的特点：
母线以回转轴为中心旋转而 得，故为对称壳体。
若：
壁厚/中面曲率半径≤0.1，称该壳体为薄壳，反之为 厚 壳。 在应力分析中，假定：材料是连续、各向同性、变 形为弹性小变形、壳壁各层纤维在变形过程及变形 后互相不挤压（？）。
2.1.2 薄壁圆筒的应力分析 分析方法：单元体平衡法
环向应力和经向应力
1
压力容器导言
1.1 压力容器总体结构 1.2 压力容器的分类 1.3 压力容器规范标准
封头
筒身
接管
支座
补强圈 盲板
上封头 筒节
环焊缝 接管 纵焊缝
支座
下封头
图片
法兰 补强圈
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思考题：压力容器主要由哪几部分构成？各有什么作 用？
a. 筒身 钢板卷制而成 筒身 制造容易、成本低
1.3 压力容器规范标准 1.3.1 国外压力容器标准简介 • ASME规范
美国标准（American society of Machinery engineering) 为世界上第一部压力容器设计和制造方面的规 范，历史悠久，更新速度快，涵盖范围宽，同时也 是许多国家制定相关规范的蓝本（如日本、中国等 国家）。
2.1.3
回转薄壳的几何要素
第一曲率半径R1、第二曲率半径R2
过程设备设计复习题及答案
1.7毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（B）
A.<0.1mg/m3
B.0.1~<1.0mg/m3
C.1.0~<10mg/m3
D.10mg/m3
1.8内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（C）
A.低压容器
B.中压容器
C.高压容器
D.超高压容器
A.尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷
B.尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷
C.尽量减少焊缝处的应力集中
D.尽量选用好的焊接材料
3.5下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：（A）
A.裂纹
B.夹渣
C.气孔
D.未熔透
3.6下列金属会产生低温变脆的是：（B）
A.铜
B.碳素钢
C.铝
D.奥氏体不锈钢
3.7磁粉检测属于：（D）
A.破坏性检验
B.外观检查
C.密封性检查
D.无损检测
3.8下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（C）
A.硫元素不是钢材中的有害元素。
B.硫元素能提高钢的强度，但会增加钢的脆性。
C.硫元素能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。
D.压力容器用钢对硫的限制和一般结构钢相当。
B.蛇管式换热器是管式换热器的一种，它由金属或者非金属的管子组成，按需要弯曲成所需的形状。
C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为容易。
D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。
6.5下列措施中，不能起到换热器的防振效果的有：（A）
A.增加壳程数量或降低横流速度。
过程装备设计总结
当 a b 2 时，应力 将变号。从拉应力变为压应力。
随周向压应力增大，大直径薄壁椭圆形封头出现局部屈曲。
(即:内压椭球有可能周向失稳)
措施：整体或局部增加厚度，局部采用环状加强构件。
工程上常用标准椭圆形封头，其a/b=2。
的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反，
即顶点处为 pa ，赤道上为 - pa ，
有力矩理论: 同时考虑薄膜内力和弯曲内力的壳体理论。
2.2.3 无力矩理论的基本方程 求解思路：
1.取微元 →力分析 →法线方向：内力=外力 →微元平 衡方程 2.取区域 →力分析 →轴线方向：内力=外力 → 区域平衡方程 求得： σφ
σθ
一、微元平衡方程
p
R1 R2 t
（2-3）
过程设备设计 总复习
第一章 压力容器导言
基本组成
筒体 封头 密封装置
开孔与接管
支座 安全附件
其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。
1.1 压力容器总体结构
1.1.1 压力容器基本组成
1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计
应力特征：
a. 应考虑径向应力，是三向应力状态； b. 应力沿壁厚不均匀分布； c.若内外壁间的温差大，应考虑器壁中的热应力。
分析方法： 静不定问题，需平衡、几何、物理等方程
联立求解。
2.3.1 弹性应力
一、压力载荷引起的弹性应力 二、温度变化引起的弹性热应力
一、压力载荷引起的弹性应力
当仅有内压或外压作用时，拉美公式可以简化，此时，厚壁圆筒应力值和应
过程设备设计终极版思考题答案
第1章压力容器导言思考题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：我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，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压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，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应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答：筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
过程设备设计终极版思考题答案
第1章压力容器导言思考题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：我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，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压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，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应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答：筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。