化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課后習(xí)題答案 第六版.doc

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第一篇: 化工設(shè)備材料第一章 化工設(shè)備材料及其選擇一. 名詞解釋A組：1.蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻?yīng)力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。2.延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長的長度與原始長度之比的百分率。3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即=E,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。4.硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。5.沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。6.泊桑比（）：拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。對于鋼材，=0.3 。7.耐腐蝕性：金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕（發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用引起的破壞）的抵抗能力。8.抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。10.抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。B組：1.鎮(zhèn)靜鋼： 鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)脫氧劑 Si, Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和Al2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。 2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，放出大量CO 氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。 3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8.鐵素體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在鐵中過飽和的固溶體。C. 1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱,保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理,化學(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2.正火：將加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。 3.退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以3050oC）并保溫一定時(shí)間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝。回火可以降低和消除工件淬火后的內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成，例如： Q235AF。8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫,磷等較少（含硫S、磷P均0.04%），非金屬雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對其性能要求也較高。D. 1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20以下）會變脆，沖擊韌性會顯著下降。因此用作低溫場合的鋼要求具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性的鋼。4.腐蝕速度：評定金屬的腐蝕有兩種方法。（1） 根據(jù)重量評定金屬的腐蝕的速度。它是通過實(shí)驗(yàn)的方法測出金屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：（g/m2h）K：腐蝕速度，g/cm2h；p0：腐蝕前試件的重量，g；p1：腐蝕后試件的重量，g；F： 試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2； t ： 腐蝕作用的時(shí)間， h；（2） 根據(jù)金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時(shí)，沒有考慮金屬的相對密度，因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a； ：金屬的相對密度，g/cm3。5.化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生 化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8.晶間腐蝕：一種局部的,選擇性的破壞。9.應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。10.陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正極和一輔助陽極相連。當(dāng)電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動，當(dāng)電位降至陽極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量組鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-AF普通碳素甲類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素甲類鋼A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.2%g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%0Cr13鉻不銹鋼0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼0.03%Cr:19%;Ni:10%B組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-B普通碳素乙類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-AR普通碳素甲類容器鋼R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:!.5%2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:1.5%三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度/設(shè)計(jì)壓力/MPa供選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-AR ，1Cr18Ni9Ti，銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-AR+銅襯里溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢熱鍋爐的高溫氣側(cè)殼體內(nèi)襯轉(zhuǎn)化氣（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-AR，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第一章 化工設(shè)備材料及其選擇二. 名詞解釋A組：1.蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象?；蛘呓饘僭诟邷睾蛻?yīng)力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。2.延伸率：試件受拉力拉斷后，總伸長的長度與原始長度之比的百分率。3.彈性模數(shù)(E)：材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即=E,比例系數(shù)E為彈性模數(shù)。4.硬度：金屬材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力。5.沖擊功與沖擊韌性：沖擊功是沖擊負(fù)荷使試樣破斷所做的功。沖擊韌性是材料在外加動載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。6.泊桑比（）：拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。對于鋼材，=0.3 。7.耐腐蝕性：金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕（發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用引起的破壞）的抵抗能力。8.抗氧化性：金屬和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服點(diǎn)：金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應(yīng)力，即開始出現(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。10.抗拉強(qiáng)度：金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值。B組：1.鎮(zhèn)靜鋼： 鎮(zhèn)靜鋼在用冶煉時(shí)用強(qiáng)脫氧劑 Si, Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和Al2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。 2.沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時(shí)用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，放出大量CO 氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。 3.半鎮(zhèn)靜鋼：介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，錠模也是上小下大，鋼錠內(nèi)部結(jié)構(gòu)下半部像沸騰鋼，上半部像鎮(zhèn)靜鋼。4.低碳鋼：含碳量低于0.25%的碳素鋼。5.低合金鋼：一般合金元素總含量小于5%的合金鋼。6.碳素鋼：這種鋼的合金元素含量低，而且這些合金元素不是為了改善鋼材性能人為加入的。7.鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。8.鐵素體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫鐵素體。9.奧氏體：碳溶解在-Fe中所形成的固溶體叫奧氏體。10.馬氏體：鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來，得到一種碳原子在鐵中過飽和的固溶體。C. 1.熱處理：鋼鐵在固態(tài)下通過加熱,保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織、滿足所需要的物理,化學(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。2.正火：將加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來，冷卻速度比退火快，因而晶粒細(xì)化。 3.退火：把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起冷卻下來，得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理方法。4.淬火：將鋼加熱至淬火溫度（臨界點(diǎn)以3050oC）并保溫一定時(shí)間，然后再淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档秃拖ぜ慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所要求的性能。6.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時(shí)，一般采用調(diào)質(zhì)處理。7.普通碳素鋼：這種鋼含硫,磷等有害雜質(zhì)較多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、材料質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成，例如： Q235AF。8.優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含硫,磷等較少（含硫S、磷P均0.04%），非金屬雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量較好。9.不銹鋼和不銹耐酸鋼：不銹鋼是耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是能抵抗強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。10.鍋爐鋼：有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板。鍋爐鋼管主要用作鍋爐及某些換熱設(shè)備的受熱面和蒸汽管路，鍋爐鋼板則常用于鍋爐和其他壓力容器的承壓殼體。由于鍋爐鋼常處于中溫高壓狀態(tài)，而且還受沖擊、疲勞、水和蒸汽的腐蝕作用，以及各種冷熱加工，因此，對其性能要求也較高。D. 1.容器鋼：化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件較復(fù)雜，制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格，對壓力容器用鋼板有比較嚴(yán)格的要求。2.耐熱鋼：能耐高溫的鋼，抗氧化性能強(qiáng)且強(qiáng)度大。3.低溫用鋼：由于普通碳鋼在低溫下（-20以下）會變脆，沖擊韌性會顯著下降。因此用作低溫場合的鋼要求具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性的鋼。4.腐蝕速度：評定金屬的腐蝕有兩種方法。（3） 根據(jù)重量評定金屬的腐蝕的速度。它是通過實(shí)驗(yàn)的方法測出金屬試件在單位表面積、單位時(shí)間腐蝕引起的重量變化。即：（g/m2h）K：腐蝕速度，g/cm2h；p0：腐蝕前試件的重量，g；p1：腐蝕后試件的重量，g；F： 試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2； t ： 腐蝕作用的時(shí)間， h；（4） 根據(jù)金屬的腐蝕深度評定金屬的腐蝕速度。根據(jù)重量變化表示腐蝕速度時(shí)，沒有考慮金屬的相對密度，因此當(dāng)重量損失相同時(shí)，相對密度不同的金屬其截面的尺寸的減少則不同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a； ：金屬的相對密度，g/cm3。5.化學(xué)腐蝕：金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生 化學(xué)作用引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕在金屬表面上，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。6.電化學(xué)腐蝕：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞，其特點(diǎn)是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。7.氫腐蝕：氫氣在高溫高壓下對普通碳鋼及低合金鋼產(chǎn)生腐蝕，使材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至破壞的現(xiàn)象。8.晶間腐蝕：一種局部的,選擇性的破壞。9.應(yīng)力腐蝕：金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。10.陰極保護(hù)：把盛有電解質(zhì)的金屬設(shè)備和直流電源負(fù)極相連，電源正極和一輔助陽極相連。當(dāng)電路接通后，電源便給金屬設(shè)備以陰極電流，使金屬的電極電位向負(fù)向移動，當(dāng)電位降至陽極起始電位時(shí)，金屬設(shè)備的腐蝕即停止。二. 指出下列鋼材的種類、含碳量及合金元素含量組牌號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-AF普通碳素甲類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-A普通碳素甲類鋼A:甲類鋼20g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.2%g:鍋爐鋼16Mn R普通低合金鋼0.16%1.5%R:容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%D:低溫鋼14Cr1Mo普通低合金鋼0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%0Cr13鉻不銹鋼0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%00Cr19Ni10奧氏體不銹鋼0.03%Cr:19%;Ni:10%B組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-B普通碳素乙類鋼F：沸騰鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)Q235-AR普通碳素甲類容器鋼R:容器鋼16Mng普通低合金鋼0.16%Mn:1.5%g:鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼0.18%Nb:1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%09MnNiDR普通低合金鋼0.09%Mn.Ni:1.5%R:容器鋼06MnNb普通低合金鋼0.06%Mn.Nb:1.5%2Cr13鉻不銹鋼0.2%Cr:13%12Cr2Mo1普通低合金鋼0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:1.5%C組：鋼號種類含碳量%合金元素含量（%）符號意義Q235-C普通碳素特類鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)15MnNbR普通低合金容器鋼0.15%Mn.Nb:1.5%R:容器鋼06AlCu普通低合金鋼0.06%Al.Cu:1.5%Cr22Ni14N奧氏體鋼0.10%Cr:22%;Ni:14%;N:1.5%Cr25Ni20奧氏體鋼0.10%Cr:25%;Ni:20%0Cr17Ti奧氏體不銹鋼0.08%Cr:17%;Ti:1.5%40Mn2A普通低合金鋼0.40%Mn:1.52.49%A:高級優(yōu)質(zhì)鋼15g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.15%g:鍋爐鋼20R優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.20%R:容器鋼三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度/設(shè)計(jì)壓力/MPa供選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮、氫、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氫吸收塔氯化氫氣體，鹽酸，水801200.2Q235-AR ，1Cr18Ni9Ti，銅，鋁，硬聚氯乙烯塑料，酚醛樹脂漆浸漬的不透性石墨Q235-AR+銅襯里溶解乙炔氣瓶蒸壓釜水蒸汽20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高溫高壓廢熱鍋爐的高溫氣側(cè)殼體內(nèi)襯轉(zhuǎn)化氣（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-AR，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20四、判斷題1對于均勻腐蝕、氫腐蝕和晶間腐蝕，采取增加腐蝕裕量的方法，都能有效地解決設(shè)備在使用壽命內(nèi)的腐蝕問題。（）2材料的屈強(qiáng)比（s/b）越高，越有利于充分發(fā)揮材料的潛力，因此，應(yīng)極力追求高的屈強(qiáng)比。（）3材料的沖擊韌度k高，則其塑性指標(biāo)5也高；反之，當(dāng)材料的5高，則k也一定高。（）4只要設(shè)備的使用溫度在0350范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，且容器厚度20mm，不論處理何種介質(zhì)，均可采用Q235-B鋼板制造。（）5彈性模量E和泊桑比是材料的重要力學(xué)性能，一般鋼材的E和都不隨溫度的變化而變化，所以都可以取為定值。（）6蠕變強(qiáng)度表示材料在高溫下抵抗產(chǎn)生緩慢塑性變形的能力；持久強(qiáng)度表示材料在高溫下抵抗斷裂的能力；而沖擊韌性則表示材料在外加載荷突然襲擊時(shí)及時(shí)和迅速塑性變形的能力。（）五、填空題1對于鐵碳合金，其屈服點(diǎn)隨著溫度的升高而（降低），彈性模量E隨著溫度的升高而（降低）。2、是金屬材料的（塑性）指標(biāo)；b、s是金屬材料的（強(qiáng)度）指標(biāo)；Ak是金屬材料的（沖擊韌性）指標(biāo)。3對鋼材，其泊桑比（0.3）。4氫腐蝕屬于化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕中的（化學(xué)）腐蝕，而晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕屬于（電化學(xué)）腐蝕。5奧氏體不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕的溫度范圍是（450）（850），防止晶間腐蝕的方法一是減少奧氏體不銹鋼中的含（碳）量，二是在奧氏體不銹鋼中加入（Ti）和（Nb）元素。6應(yīng)力腐蝕只有在（拉）應(yīng)力狀態(tài)下才能發(fā)生，在（壓應(yīng)力）和（剪切）應(yīng)力狀態(tài)下則不會發(fā)生應(yīng)力腐蝕?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答第二章 容器設(shè)計(jì)的基本知識一.、指出下列壓力容器溫度與壓力分級范圍溫度分級溫度范圍（C）壓力分級壓力范圍(Mpa)常溫容器20C 200C低壓容器0.1P1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6P10高溫容器壁溫達(dá)到材料蠕變溫度高壓容器10P100低溫容器壁溫低于20C超高壓容器P100淺冷容器壁溫在20C至40C之間真空容器器外一個大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓深冷容器壁溫低于40C二、 指出下列容器屬于一、二、三類容器的哪一類A組：序號容器（設(shè)備）及條件類別11500，設(shè)計(jì)壓力為10Mpa的管殼式余熱鍋爐三2設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa，容積為1m3的氯化氫氣體貯罐三32000，容積為20 m3的液氨貯罐三4壓力為10Mpa，容積為800立升的乙烯貯罐三5設(shè)計(jì)壓力為2.5Mpa的糖玻璃容器三B組：序號容器（設(shè)備）及條件類別1壓力為4Mpa的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器三2800，設(shè)計(jì)壓力為0.6Mpa，介質(zhì)為非易燃和無毒的管殼式余熱鍋爐二3用抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限為=620Mpa材料制造的容器三4工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔三5汽車罐車和鐵路罐車三三、填空題1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（ 內(nèi)）徑。2、無縫鋼管做筒體時(shí)，其公稱直徑是指它們的（ 外）徑。3、查手冊找出下列無封鋼管的公稱直徑DN是多少毫米？規(guī)格143253453.5573.51084DN（mm）102040501004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力PN有哪些等級？PN（Mpa）0.10.250.400.601.01.62.54.0 6目前我國納入安全技術(shù)監(jiān)察范圍的壓力容器須同時(shí)具備的三個條件是（最高工作壓力pw0.1MPa；內(nèi)直徑Di150mm，且容積V0.025m3；介質(zhì)為氣體、液化氣或最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。） 7我國現(xiàn)有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定有近（300）個。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第三篇: 典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)第七章 管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)一、 思考題1 衡量換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)大致有哪些？答：傳熱效率高，流體阻力小，強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。2 列管式換熱器主要有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：如下表1所示： 表 1列管式換熱器種類優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)固定管板式結(jié)構(gòu)較簡單，造價(jià)較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應(yīng)力存在；當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時(shí)必須設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時(shí)不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳熱。填料函式管束一端可自由膨脹；造價(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。U型管式只有一個管板；管程至少為兩程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。3 列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？答：殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算；換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；管板尺寸確定；管子拉脫力的計(jì)算；折流板的選擇與計(jì)算；溫差應(yīng)力計(jì)算。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。4 我國常用于列管式換熱器的無縫鋼管規(guī)格有哪些？通常規(guī)定換熱管的長度有哪些？答：我國管殼式換熱器常用無縫鋼管規(guī)格（外徑壁厚），如下表2所示。換熱管長度規(guī)定為：1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在425之間，常用的為610。立式換熱器，其比值多為46。表 2 換 熱 管 規(guī) 格（mm）碳鋼低合金鋼192252.5323383不 銹 鋼192252322.5382.55 換熱管在管板上有哪幾種固定方式？各適用范圍如何？答：固定方式有三種：脹接、焊接、脹焊結(jié)合。脹接：一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過4.0MPa，設(shè)計(jì)溫度在350以下，且無特殊要求的場合。焊接：一般用在溫度壓強(qiáng)都較高的情況下，并且對管板孔加工要求不高時(shí)。脹焊結(jié)合：適用于高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無法克服焊接的“間隙腐蝕” 和“應(yīng)力腐蝕”的情況下。6 換熱管脹接于管板上時(shí)應(yīng)注意什么？脹接長度如何確定？答：采用脹接時(shí)，管板硬度應(yīng)比管端硬度高，以保證脹接質(zhì)量。這樣可避免在脹接時(shí)管板產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。如達(dá)不到這個要求時(shí)，可將管端進(jìn)行退火處理，降低硬度后再進(jìn)行脹接。另外，對于管板及換熱器材料的線膨脹系數(shù)和操作溫度與室溫的溫差t，必須符合表3的規(guī)定。表 3 線 膨 脹 系 數(shù) 和 溫 度10%/30%t15530%/50%t128/50%t72表中：=1/2（1+2），1，2分別為管板與換熱管材料的線膨脹系數(shù)，1/。 =1-2，1/。 t等于操作溫度減去室溫（20）。7 換熱管與管板的焊接連接法有何優(yōu)缺點(diǎn)？焊接接頭的形式有哪些？答：焊接連接比脹接連接有更大的優(yōu)越性：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省孔的加工工時(shí)；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板。 焊接連接的缺點(diǎn)是：由于在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕和破裂；同時(shí)管子與管板間存在間隙，這些間隙內(nèi)的流體不流動，很容易造成“間隙腐蝕”。 焊接接頭的形式有：管板孔上不開坡口； 管板孔端開60坡口； 管子頭部不突出管板； 孔四周開溝槽。8 換熱管采用脹焊結(jié)合方法固定于管板上有何優(yōu)點(diǎn)？主要方法有哪些？答：脹焊結(jié)合方法的優(yōu)點(diǎn)：由于焊接連接產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及間隙腐蝕，尤其在高溫高壓下，連接接頭在反復(fù)的熱沖擊、熱變形、熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用下，工作環(huán)境極其苛刻，容易發(fā)生破壞，無論采用脹接或焊接均難以滿足要求。而脹焊結(jié)合法能提高連接處的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。 主要方法有：先強(qiáng)度焊后貼脹、先強(qiáng)度焊后強(qiáng)度脹、先強(qiáng)度脹后密封焊等多種。9 管子在管板上排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有哪些？各適用于什么場合？答：排列的標(biāo)準(zhǔn)形式有：正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場合。 正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管間的場合。10鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定中換熱器管板設(shè)計(jì)方法的基本思想是什么？ 答：其基本思想是：將管束當(dāng)作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應(yīng)力。由于它比較全面地考慮了管束的支承和溫差的影響，因而計(jì)算比較精確。但計(jì)算公式較多，計(jì)算過程也較繁雜。但應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是一種有效的設(shè)計(jì)方法。11 換熱管分程原因是什么？一般有幾種分程方法？應(yīng)滿足什么條件？其相應(yīng)兩側(cè)的管箱隔板形式如何？答：分程原因：當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時(shí)，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時(shí)為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。分程方法：為了把換熱器做成多管程，可在流道室（管箱）中安裝與管子中心線相平行的分程隔板。管程數(shù)一般有1，2，4，6，8，10，12等七種。滿足條件：各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過28；各程間的密封長度應(yīng)最短；分程隔板的形式應(yīng)簡單。管箱隔板形式有：單層和雙層兩種。12折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？ 答：在對流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內(nèi)流體的流速和加強(qiáng)湍流強(qiáng)度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。 常用形式有：弓形、圓盤-圓環(huán)形和帶扇形切口三種。 折流板的固定是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長桿，一端擰入管板，折流板就穿在拉桿上，各板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。13固定管板式換熱器中溫差應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？有哪些補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施？ 答：當(dāng)操作時(shí)，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼壁溫度，則管子自由伸長量比殼體自由伸長量大，但由于管子與殼體是剛性連接，所以管子和殼體的實(shí)際伸長量必須相等，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫差應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。 補(bǔ)償溫差應(yīng)力的措施有：解決殼體與管束膨脹的不一致性；或是消除殼體與管子間剛性約束，使殼體和管子都自由膨脹和收縮。 減少殼體與管束間的溫度差； 裝設(shè)僥性構(gòu)件；使殼體和管束自由熱膨脹；雙套管溫度補(bǔ)償。14何謂管子拉脫力？如何定義？產(chǎn)生原因是什么？ 答：換熱器在操作中，承受流體壓力和管殼壁的溫度應(yīng)力的聯(lián)合作用，這兩個力在管子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向。 拉脫力的定義：管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為帕。15殼程接管擋板的作用是什么？主要有哪些結(jié)構(gòu)形式？ 答：在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板（常稱為導(dǎo)流筒），它可使加熱蒸汽或流體導(dǎo)致靠近管板處才進(jìn)入管束間，更充分的利用換熱面積，目前常用這種結(jié)構(gòu)來提高換熱器的換熱能力。三、試驗(yàn)算固定管板式換熱器的拉脫力已知條件如下：項(xiàng) 目管 子殼 體操作壓力MPa操作溫度材質(zhì)線膨脹系數(shù)1/彈性模數(shù)MPa許用應(yīng)力MPa尺寸mm管子根數(shù)排列方式管間距mm管子與管板連接結(jié)構(gòu)： 脹接長度mm許用拉脫力MPa1.02001011.810-60.21106113252.52000562正三角形a=32開槽脹接l =30q=40.610016MnR11.810-60.2110617310008解：在操作壓力下，每平方米脹接周邊產(chǎn)生的力: 其中： 在溫差應(yīng)力作用下，管子每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力: 其中： 又與作用方向相同，則： ，故管子拉脫力在許用范圍內(nèi)。 8我國現(xiàn)行的關(guān)于壓力容器具有強(qiáng)制性的、法規(guī)性的規(guī)定主要有（特種設(shè)備安全監(jiān)察條例、壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、鋼制壓力容器）三個。 9GB150-1998鋼制壓力容器是我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系中的（核心）標(biāo)準(zhǔn)。 10容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求主要有（強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理）等八條。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答 第三章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析一、 名詞解釋A組： 薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于0.1的容器。 回轉(zhuǎn)殼體：殼體的中間面是直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸線旋轉(zhuǎn)360而成的殼體。 經(jīng)線：若通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。 薄膜理論：薄膜應(yīng)力是只有拉壓正應(yīng)力沒有彎曲正應(yīng)力的一種兩向應(yīng)力狀態(tài)，也稱為無力矩理論。 第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑。 小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。 區(qū)域平衡方程式：計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體在任意緯線上徑向應(yīng)力的公式。 邊緣應(yīng)力：內(nèi)壓圓筒壁上的彎曲應(yīng)力及連接邊緣區(qū)的變形與應(yīng)力。 邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時(shí)，彈性約束開始緩解，原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，邊緣應(yīng)力就自動限制。二、 判斷題（對者畫，錯著畫）A組：1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)