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一、判断题

1．对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕量的方法，都能有效地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。

（╳）

2．材料的屈强比（σs/σb）越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应极力追求高的屈强比。

（╳）

3．材料的冲击韧度αk高，则其塑性指标δ5也高；反之，当材料的δ5高，则αk也一定高。

（╳）

4．只要设备的使用温度在0～350℃范围内，设计压力≤1.6MPa，且容器厚度≤20mm，不论处理何种介质，均可采用Q235-B钢板制造。

（╳）

5．弹性模量E和泊桑比μ是材料的重要力学性能，一般钢材的E和μ都不随温度的变化而变化，所以都可以取为定值。

（╳）

6．蠕变强度表示材料在高温下抵抗产生缓慢塑性变形的能力；持久强度表示材料在高温下抵抗断裂的能力；而冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。

（√）

1.下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？

哪些不能？

（1）横截面为正六角形的柱壳。

（×）

（2）横截面为圆的轴对称柱壳。

（√）

（3）横截面为椭圆的柱壳。

（×）（4）横截面为圆的椭球壳。

（√）（5）横截面为半圆的柱壳。

（×）（6）横截面为圆的锥形壳。

（√）

2.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。

（×）

3.薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径

，则该点的两向应力

。

（√）

4.因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。

（×）

5.按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。

（√）

1.卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。

（√）

2.由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。

（√）

3.凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是真实的。

（×）

4.椭球壳的长，短轴之比a/b越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。

（√）

5.因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封头。

（×）

1.厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm厚钢板的σs大于6mm厚钢板的σs.（×）

2.依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs（t）时,即宣告该容器已经”失效”.（√）

3.安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小.（√）

4.当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小.（×）

5.由于材料的强度指标σb和σs（σ0.2）是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力.（√）

1．假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。

（X）

2.18MnMoNbR钢板的屈服点比Q235-AR钢板的屈服点高108%因此，用18MnMoNbR钢板制造的外压容器，要比用Q235-AR钢板制造的同一设计条件下的外压容器节省许多钢材。

（X）

3.设计某一钢制外压短圆筒时，发现采用20g钢板算得的临界压力比设计要求低10%，后改用屈服点比20g高35%的16MnR钢板，即可满足设计要求。

（X）

4.几何形状和尺寸完全相同的三个不同材料制造的外压圆筒，其临界失稳压力大小依次为：

Pcr锈钢>Pcr铝>Pcr铜。

（X）

5．外压容器采用的加强圈愈多壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。

（X）

1法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。

（×）

2在法兰设计中，如欲减薄法兰的厚度t，则应加大法兰盘外径D0,加大法兰长径部分尺寸和加大臂长度。

（×）

3金属垫片材料一般并不要求强度高，为要求其软韧，金属垫片主要用于中高温和中高压的法兰联接密封。

（√）

4法兰连接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封。

所以预密封比压越大越好。

（×）

5正压操作的盛装气体（在设计温度下不冷凝）的圆筒形处贮罐，采用双鞍式支座支承时，可以不必验算其轴向的拉应力。

（×）

二、填空题

1．对于铁碳合金，其屈服点随着温度的升高而（降低），弹性模量E随着温度的升高而（降低）。

2．δ、ψ是金属材料的（塑性）指标；σb、σs是金属材料的（强度）指标；Ak是金属材料的（冲击韧性）指标。

3．对钢材，其泊桑比μ＝（0.3）。

4．氢腐蚀属于化学腐蚀与电化学腐蚀中的（化学）腐蚀，而晶间腐蚀与应力腐蚀属于（电化学）腐蚀。

5．奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的温度范围是（450）～（850）℃，防止晶间腐蚀的方法一是减少奥氏体不锈钢中的含（碳）量，二是在奥氏体不锈钢中加入（Ti）和（Nb）元素。

6．应力腐蚀只有在（拉）应力状态下才能发生，在（压应力）和（剪切）应力状态下则不会发生应力腐蚀。

7．目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是（①最高工作

压力pw≥0.1MPa；②内直径Di≥150mm，且容积V≥0.025m3

；③介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。

） 

8．我国现有与压力容器相关的标准与规定有近（300）个。

9．我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有（《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》）三个。

10．GB150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的（核心）标准。

11．容器机械设计的基本要求主要有（强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理）等八条。

1.有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,试确定该容器的设计压力p=（1.76）Mpa;计算压力pc=（1.76）Mpa;水压试验压力pT=（2.2）MPa.

2.有一立式容器,下部装有10m深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=（0.5）MPa;计算压力pc=（0.617）MPa;水压试验压力pT=（0.625）MPa.

3.标准碟形封头之球面部分内径Ri=（0.9）Di;过渡圆弧部分之半径r=（0.17）Di.

4.承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是（径向）弯曲应力,且最大应力在圆平板的（边缘）处;若周边简支,最大应力是（径向）和（切向）弯曲应力,且最大应力在圆平板的（中心）处.

5.受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=

（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>

（2）的整数。

6.直径与壁厚分别为S的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p作用时，其环向应力σθ=（PD/2S），经向应力σm（PD/4S），h）它们均是（压）应力，且与圆筒的长度L（无）关。

7.外压容器的焊接接头系数均取为Φ=

（1）；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=（3）。

8.外压圆筒的加强圈，其作用是将（长）圆筒转化成为（短）圆筒以提高临界失稳压力，减薄筒体壁厚。

加强圈的惯性矩应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面）。

9.外压圆筒上设置加强圈后，对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，该部分长度的范围为（加强圈中心线两侧各为0.55

的壳体）。

1.法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。

2.在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。

3.制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的

4.法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。

5.配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。

6.在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°）和θ=（150°）两种。

7.采用等面积补强时，当筒体径Di≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤（1/2）Di,且不得超过（520）mm.当筒体直径Di,>1500mm时，，须使开孔最大直径d≤（1/3）Di,,且不得超过（1000）。

8.现行标准中规定的圆形人孔公称直径有DN（400）mm,DN（450）mm,DN（500）mm,DN（600）mm等四种。

9.现行标准中规定，椭圆形人孔的尺寸为（400）×（250）mm与（380）×（280）mm。

10.现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN（150mm）和DN（250mm）两种。

三、计算题：

1.椭球壳上之A，B，C点，已知：

p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。

B点处坐标x=600mm。

标准椭圆形封头

2.有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：

圆筒平均直径为2030mm，筒体与封头厚度均为30mm，工作压力为3Mpa，试求；

⑴圆筒壁内的最大工作压力；

⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为

，2，2.5时，计算封头上薄膜应力的

的最大值并确定其所在的位置。

【解】

（1）圆筒P=3MpaD=2030mmS=30mm

属薄壁容器

最大工作应力：

（2）椭球：

①

在x=0，y=b,（顶点处）有最大值

②

，在x=0,y=b处（顶点处）

在x=a,y=0点（边缘处）

③

，在x=0,y=b处（顶点处）

在x=a,y=0点（边缘处）

3、有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=2.5MPa,工作温度为-3.5℃，5、材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。

【解】

（1）确定参数：

Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5℃;pc=2.5MPa.

φ=0.85（双面焊对接接头,局部探伤）

16MnR：

常温下的许用应力[σ]=170MPa

设计温度下的许用应力[σ]t=170MPa

常温度下的屈服点σs=345MPa

有效壁厚：

Se=Sn－C=16－3=13mm

（2）强度校核：

最大允许工作压力[Pw]

∵Pc＞[Pw]∴该贮罐强度不足

一、名词解释：

1.弹性模数（E）：

材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。

2.硬度：

金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。

3.泊松比（μ）：

拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。

对于钢材，μ=0.3。

4.屈服点：

金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。

它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。

5.沸腾钢：

沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。

其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO气体，造成沸腾现象。

沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。

6.碳素钢：

这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。

7.热处理：

钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。

8.化学腐蚀：

金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。

化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。

9.电化学腐蚀：

金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。

10.薄壁容器：

容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。

11.区域平衡方程式：

计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。

12.边缘应力：

内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形应力。

13.边缘应力的自限性：

当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制

14.腐蚀裕度：

是指由于钢板在使用寿命中可能受到腐蚀，因此在设计制造中预先增加一些厚度，以保证在使用寿命内安全使用。

15.计算厚度：

是指按各章公式计算得到的厚度

16.临界压力：

导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力

17.临界长度：

当圆筒处于临界长度Lcr时，长圆筒公式计算临界压力Pcr值和短圆筒公式计算临界压力Pcr值应相等

18.法兰密封原理：

在联接口处增加流体流动的阻力。

当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧介质的压力差时，介质就被封住了。

这种阻力的增加值依靠密封面上的密封比压来实现的。

二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量（重点）

　Ａ组

钢号

种类

含碳量%

合金元素含量（%）

符号意义

Q235-A·F

普通碳素甲类钢

—

—

F：

沸腾钢

Q:

钢材屈服点

Q235-A

普通碳素甲类钢

—

—

A:

甲类钢

20g

优质碳素结构钢

0.2%

—

g:

锅炉钢

16MnR

普通低合金钢

0.16%

<1.5%

R:

容器钢

20MnMo

普通低合金钢

0.2%

MnMo<1.5%

—

16MnDR

普通低合金钢

0.16%

Mn:

<1.5%

D:

低温钢

14Cr1Mo

普通低合金钢

0.14%

Cr:

0.9-1.3%;Mo:

<1.5%

—

0Cr13

铬不锈钢

<0.08%

Cr:

13%

—

1Cr18Ni9Ti

奥氏体不锈钢

0.1%

Cr:

18%;Ni:

9%;Ti:

<1.5%

—

00Cr19Ni10

奥氏体不锈钢

<0.03%

Cr:

19%;Ni:

10%

—

B组：

钢号

种类

含碳量%

合金元素含量（%）

符号意义

Q235-B

普通碳素乙类钢

—

—

F：

沸腾钢

Q:

钢材屈服点

Q235-AR

普通碳素甲类容器钢

—

—

R:

容器钢

16Mng

普通低合金钢

0.16%

Mn:

<1.5%

g:

锅炉钢

18Nbb

普通低合金钢

0.18%

Nb:

<1.5%

b:

半镇静钢

18MnMoNbR

普通低合金钢

0.18%

Mn.Mo.Nb:

<1.5%

—

09MnNiDR

普通低合金钢

0.09%

Mn.Ni:

<1.5%

R:

容器钢

06MnNb

普通低合金钢

0.06%

Mn.Nb:

.5%

—

2Cr13

铬不锈钢

0.2%

Cr13%

—

12Cr2Mo1

普通低合金钢

0.12%

Cr:

1.5～2.49%;

Mo:

0.9～1.3%

—

0Cr18Ni12Mo2Ti

奥氏体不锈钢

<0.08%

Cr:

18%;Ni:

12%;

Mo:

1.5～2.49%;

Ti:

<1.5%

—

三、填空题

1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的内径。

2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的外径。

3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米？

规格

Φ14×3

Φ25×3

Φ45×3.5

Φ57×3.5

Φ108×4

DN（mm）

10

20

40

50

100

4、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级？

PN（Mpa）

0.25

0.60

1.0

1.6

2.5

4.0

6.4

5、管法兰标准中公称压力PN有哪些等级？

PN（Mpa）

0.1

0.25

0.40

0.60

1.0

1.6

2.5

4.0

4、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ 内）径。

 2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。

 3、受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=

（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>

（2）的整数。

5、现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN（150）mm和DN（250）mm两种。

6、除了考虑操作压力以外，还必须考虑（ 自重载荷 ）、（ 风载荷 ）、（ 地震载荷 ）、（ 偏心载荷 ）等载荷。

7、椭圆形封头（标准椭圆形封头怎样定义？

）K=1。

Q235-A·F  F：

沸腾钢  Q:

钢材屈服点   Q235-A    A:

甲类钢 20g   g:

锅炉钢

8.线膨胀系数：

指温度每变化1℃材料长度变化的百分率。

9.垫片密封比压力：

在法兰密中封成形初始密封条件的压紧应力叫垫片密封比压力。

10.筒体的弹性失稳：

在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳。

1、δ、ψ是金属材料的（      ）指标；σS、σb是材料的（      ）指标；AK是材料的（      ）指标。

2、对钢材，其泊桑比µ＝（    ）。

 3、碳溶解在（      ）所形成的固溶体叫做铁素体；碳溶解在（      ）中所形成的固溶体叫做奥氏体。

 4、钢的常规热处理工艺一般分为（     ）、（     ）、（     ）和（     ）。

 5、金属腐蚀包括（      ）腐蚀和（      ）腐蚀。

 6、淬火最终得到的组织是（      ）。

 7、Q235-A.F中Q的意思是（      ），F的意思是（      ）；16MnR的含碳量是（      ），R表示（      ）；0Cr13中合金元素Cr的含量是（     ）。

 8、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（       ）。

 9、容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于（     ）的称为薄壁容器，超过这一范围的为厚壁容器。

 10、有一盛装液化气的容器，其最高使用温度为50℃，已知该液化气在50℃时的饱和蒸气压为2.07MPa，试确定该容器的计算压力pc＝（     ）MPa；水压试验压pT＝（     ）MPa。

 11、标准椭圆形封头的长、短半轴之比a/b＝（     ）。

12、在外压容器设计中，稳定安全系数m对于圆筒、锥壳取m=（    ），对于球壳、椭圆形和碟形封头取m=（    ）。

 13、法兰连接结构，一般是由（       ）件、（       ）件和（       ） 件三部分组成。

 14、制定法兰标准尺寸系列时，是以（       ）材料，在（     ）℃时的力

学性能为基础的。

 15、在鞍座标准中规定的鞍座包角有θ＝（     ）和θ=（     ）两种。

 16、列管式换热器主要分为（           ）、（           ）（          ）和（          ）几种结构形式。

 17、设计自支承式塔设备时，除了考虑操作压力以外，还必须考虑（        ）、（        ）、（          ）、（          ）等载荷。

Keys:

 1、（塑性）、（强度）、（韧性） 2、（0.3） 3、（α-Fe）、（γ-Fe） 4、（退火）、（正火）、（淬火）、（回火） 5、（化学）、（电化学） 6、（马氏体） 7、（屈服点）、（沸腾钢）、（0.16％）、（容器钢）、（13％） 8、（内径） 9、（0.1） 10、（2.17或2.277）、（2.71或2.85） 11、

（2） 12、（3）、（15） 13、（联接）、（被联接）、（密封） 14、（16MnR）、（200） 15、（1200）、（1500） 16、（固定管板式换热器）、（浮头式换热器）、（填函式换热器）、（U 型管式换热器） 17、（自重载荷）、（风载荷）、（地震载荷）、（偏心载荷） 

四、计算题

1.有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=2.5MPa,工作温度为-3.5℃，5、材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。

【解】

（1）确定参数：

Di=1600mm;Sn=16mm;tw=-3.5℃;pc=2.5MPa.

φ=0.85（双面焊对接接头,局部探伤）

16MnR：

常温下的许用应力[σ]=170MPa

设计温度下的许用应力[σ]t=170MPa

常温度下的屈服点σs=345MPa

有效壁厚：

Se=Sn－C=16－3=13mm

（2）强度校核

最大允许工作压力[Pw]

∵Pc＞[Pw]∴该贮罐强度不足

2.有一台聚乙烯聚合釜，其外径为D0=1580mm，高L=7060mm（切线间长度），有效厚度Se=11mm，材质为0Cr18Ni9Ti，试确定釜体的最大允许外压力。

（设计温度为200℃）

【解】查表得Et=1.84×105MPa

∵

∴该聚合釜属于短圆筒

其临界压力

取m=3，[P]=Pcr/m=0.42/3=0.14MPa

∴聚合釜的最大允许外压力为0.14MPa

五、简答题

1.列管式换热器主要有哪几种？

各有何优缺点？

答：

如下表1所示：

表1

列管式换热器

种类

优点

缺点

固定管板式

结构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。

管外清洗困难；

管壳间有温差应力存在；

当两种介质温差较大时必须

设置膨胀节。

浮头式

一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，便于清洗。

结构较复杂，金属耗量较大；

浮头处发生内漏时不便检查；

管束与管体间隙较大，影响传热。

填料函式

管束一端可自由膨胀；造价比浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。

壳程内介质有外漏的可能；

壳程中不宜处理易挥发、易燃、

易爆、有毒的介质。

U型管式

只有一个管板；管程至少为两程；

管束可以抽出清洗；管子可自由膨胀。

管内不便清洗；

管板上布管少，结构不紧凑，

管外介质易短路，影响传热效果；

内层管子损坏后不易更换。

2.我国常用于列管式换热器的无缝钢管规格有哪些？

通常规定换热管的长度有哪些？

答：

我国管壳式换热器常用无缝钢管规格（外径壁厚），如下表2所示。

换热管长度规定为：

1500mm,2000mm,2500mm,3000mm,4500mm,5000mm,6000mm,7500mm,9000mm,12000mm。

换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4~25之间，常用的为6~10。

立式换热器，其比值多为4~6。

表2换热管规格（mm）

碳钢低合金钢

￠192

￠252.5

￠323

￠383

不锈钢

￠192

￠252

￠322.5

￠382.5

3.换热管在管板上有哪几种固定方式？

各适用范围如何？

答：

固定方式有三种：

胀接、焊接、胀焊结合。

胀接：

一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过

4.0MPa，设计温度在350℃以下，且无特殊要求的场合。

焊接：

一般用在温度压强都较高的情况下，并且对管板孔加工要求不高时。

胀焊结合：

适用于高温高压下，连接接头在反