过程设备设计知识点总结 郑津洋

1试推导内压薄壁球壳的厚度计算公式。（10分）

πDδσϕ相等。对于薄壳体，可近似认为内直径Di等与壳体的中面直径

D

πDδσϕ 由此得

tφ[σ]

由强度理论知

由上式可得

2封头和筒体连接处存在不连续应力，但破口却在筒体中部，试解释其原因

封头和筒体连接处虽然存在不连续应力，但连接处会产生变形协调，导致材料强化；而筒体中部应力与所受压力成正比，随着压力的增大应力迅速增大，所以破口出现在筒体中部 3 什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？

答：焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温度梯度，因而在焊件内产生的应力。为减少焊接应力和变形，应从设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等等）

4 预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？

答：通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。

5 对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。对否，为什么？采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对否，为什么？

答：对于承受外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，且短圆筒的临界压力与其长度成反比。故可通过设置合适间距的加强圈，使加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈之间或加强圈与筒体封头的间距L

设置加强圈将增加制造成本；而且，当L/Do很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。因此，加强圈的数量并不是越多越好，应当设计合理的间距。

6 压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？试画图说明。 答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性

被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。

（2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。

补强圈补强 厚壁接管补强 整锻件补强

7 简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点 答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，爆破片在标定爆破压力下发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。

8 《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；

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。

9 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）

20 ．塔设备由那几部分组成？

塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱

10．韧性破坏和脆性破坏有什么区别？哪种破坏的危险性更大？

韧性断后有肉眼可见的宏观变形，断口处厚度显著减薄；没有碎片，或偶尔有碎片；按实测厚度计算的爆破压力与实际爆破压力相当接近。

脆性断裂时容器没有鼓胀，即无明显的塑性变形；在较低应力状态下发生，其断口齐平，并与最大应力方向垂直；断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。产生的危害较韧性断裂更大。

11．试比较安全阀和爆破片各自的优缺点？在什么情况下必须采用爆破片装置？

（1）安全阀：安全阀的作用是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。其优点是仅排放容器内高于规定值的部分压力，当容器内的压力降至稍低于正常操作压力时，能自动关闭，避免一旦容器

超压就把全部气体排出而造成浪费和中断生产；可重复使用多次，安装调整也比较容易。但密封性能较差，阀的开启有滞后现象，泄压反应较慢。

（2）爆破片：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它利用爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也被迫停止运行。虽然爆破片是一种爆破后不重新闭合的泄放装置，但与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能做到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。因此，当安全阀不能起到有效保护作用时，必须使用爆破片或爆破片与安全阀的组合装置。 （3）在以下场合应优先选用爆破片作为安全泄放装置：①介质为不洁净气体的压力容器；②由于物料的化学反应压力可能迅速上升的压力容器；③毒性程度为极度、高度危害的气体介质或盛装贵重介质的压力容器；④介质为强腐蚀性气体的压力容器

12．压力试验的目的是什么？为什么要尽可能采用液压试验？

对于内压容器，耐压试验的目的是：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渗漏，检验密封结构的密封性能。

对于外压容器，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，跟缺陷无关，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，故应选用压缩系数小的流体作为试验介质。

13．化工压力容器焊接结构设计的基本原则是什么？

A 尽量采用对接接头。

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。

14．平封头焊接区附近开一个环行槽，其目的是什么，根据是什么？

目的是把角接接头改为对接接头，同时降低两个焊接件之间的刚度差，增强变形协调能力，减小焊接造成的不连续应力。

15．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。

1根据JB4731规定，取A小于等于0.2L，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。

2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。

16．换热设备有哪几种主要形式？

按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：

①直接接触式换热器 利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。

②蓄热式换热器 借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体。

③间壁式换热器 利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。 ④中间载热体式换热器 载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体。

17．管壳式换热器主要有哪几种形式？

①固定管板式：结构简单，承压高，管程易清洁，可能产生较大热应力；适用壳侧介质清洁；管、壳温差不大或大但壳侧压力不高。

②浮头式：结构复杂，无热应力、管间和管内清洗方便，密封要求高。适用壳侧结垢及大温差。 ③U形管式：结构比较简单，内层管不能更换；适用管内清洁、高温高压。

④填料函式：结构简单，管间和管内清洗方便，填料处易泄漏；适用4MPa以下，温度受限制。

18．换热管与管板有哪几种连接方式？各有什么特点？及使用场合

①强度胀 特点：保证密封与抗拉脱强度，无缝隙；使用场合：设计压力≦0.4MP,设计温度≦300℃；操作中无剧烈震动及过大温度，无明显应力腐蚀场合。

②强度焊 特点：保证密封与抗拉脱强度，加工制造简单，能在高温下工作；有缝隙，存在焊接残余热应力；场合：除了有较大振动和间隙腐蚀场合，可用于任何场合

③胀焊并用 特点：先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱；场合：密封性能要求高，承受振动及疲劳载荷，有间隙腐蚀，需采用复合管板的场合

19．换热器的防振措施

A 减少壳程流量或降低横流速度；

B 改变管子的固有频率；

C增设消声板 在壳程插入平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板；

D抑制周期性旋涡 在管子的外边面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条；

E 设置防冲板或导流筒

21．塔设备设计中，哪些危险界面需要校核轴向强度和稳定性？

（1）裙座底部截面及孔中心横截面是危险截面；

（2）筒体与群座连接处的横截面

22降低局部应力措施

1，减少两连接件刚度差

2，尽量采用圆弧过渡

3，局部区域补强

4，选择合适的开孔方位

23．简述计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度之间的关系。

计算厚度是按有关公式采用计算压力得到的厚度。

设计厚度是计算厚度与腐蚀裕量之和。

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。

有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差。

8．压力容器的常规设计法和分析设计法有何主要区别？ 常规设计：

（1）常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热应力。

（2）常规设计以材料力学及弹性力学中的简化模型为基础，确定筒体与部件中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体和部件是安全的。

（3）常规设计规范中规定了具体的容器结构形式。

分析设计：

（1）将各种外载荷或变形约束产生的应力分别计算出来，包括交变载荷，热应力，局部应力等。

（2）进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保证容器在使用期内不发生各种形式的失效。

（3）可应用于承受各种载荷、任何结构形式的压力容器设计，克服了常规设计的不足。 24 管壳式换热器中设置折流板目的

1提高壳程流体流速， ○增强湍动程度，使壳程流体垂直冲刷管束，改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢；

2卧式换热器中起到支撑管束的作用。 ○

25弹性薄板小挠度理论基本假设 1连续性、均匀性、各向同性 ○

2板弯曲时其中面保持中性 ○

3平行于中面的各层材料互不挤压 ○