1、1过程设备设计复习题及答案一、单选题压力容器导言1.1 所谓高温容器是指下列哪一种：（ A ）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1.2 GB150 适用下列哪种类型容器：（B ）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 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：（B ）A 弹性失效 B 塑性失效C 爆破失效 D 弹塑性失效1.4 有关容规适用的压力说法正确的是：（B ）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
2、 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 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：（ C ）A.类 B.类C.类 D.不在分类范围1.6 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：（ B ）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
3、漏的能力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.2 的短圆筒的界限, 此特性尺寸称为临界长度, 以 Lcr 表示。当圆筒的计算长度 LLcr 时属长圆筒；当 L3Fe+C(石墨),称为石墨化或析墨现象。石墨化现象只出现在高温下。对碳素钢和碳锰钢, 当在温度 425oC 以上长期工作时都有可能发生石墨化。温度升高, 使石墨化加剧, 但温度过高, 非但不出现石墨化现象, 反而使己生成的石墨与铁化合成渗碳体。要阻止石墨化现象, 可在钢中加入与碳结合能力强的合金元素, 如铬、鈦、钒等, 但硅、铝、镍等却起促进石墨化的作用。3.7 压力容器长期在高温下工作其材料的性能, 金相组
4、织会发生什么变化?但在高温下, 钢材的金相组织和力学性能发生变化, 即发生材料性能的劣化。在高温下长期工作的钢材, 材料性能的劣化主要有：蠕变脆化、珠光体球化、石墨化、回火脆化、氢腐蚀和氢脆。(具体内容见教材 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响)273.8 影响压力容器钢材性能的环境因素有哪些?压力容器的工作环境对压力容器材料性能也有着显著的影响。环境的影响因素很多, 主要有温度高低、载荷波动、介质性质、加载速率等。这些影响因素往往不是单独存在, 而是同时存在、交互影响的。(具体内容见 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响)3.9 试列举三种压力容器韧性破坏的原因。壁厚过薄和内压过高是引起压
5、力容器韧性断裂的主要原因。壁厚过薄大致有两种情况：壁厚未经设计计算和壁厚因腐蚀而减薄。操作失误、液体受热膨胀、化学反应失控等会引起超压。例如, 压力较高的气体进入设计压力较小的容器、容器内产生的气体无法排出等。3.10 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。3.11 压力容器钢材选择时要考虑
6、到的一个很大的因素是材料的价格。试问影响材料价格的因素主要有哪些？一般情况下, 为较好的符合经济要求, 该怎么选择材料？（参考答案：影响材料价格的因素主要有冶炼要求（如化学成分、检验项目和要求等）、尺寸要求（厚度及其偏差、长度等）和可获得性等一般情况下, 相同规格的碳素钢的价格低于低和合金钢, 不锈钢的价格高于低合金钢。当所需不锈钢的厚度较大时, 应尽量采用复合板、衬里、堆焊或多层结构。与介质接触的复层、衬里、堆焊层或内层, 用耐腐蚀材料, 而外层用一般压力容器用钢。）3.12 减少焊接应力和变形的措施有哪些？焊接接头常见缺陷有哪几种？试画图28表示。1为减少焊接应力和变形, 应从设计和焊接工
7、艺两方面采取措施, 如尽量减少焊接接头数量, 相邻焊缝间保持足够间距, 尽可能避免交叉, 焊缝不要布置在高应力区, 避免十字焊缝, 焊前预热等。2常见缺陷有：裂纹, 夹渣, 未熔透, 未熔合, 焊瘤, 气孔和咬边。3.图见课本 3.2.2 节3.13 简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响在高温情况下, 弹性模量和屈服点随温度升高而降低, 而抗拉强度先随温度升高而升高, 但当温度达到一定值时, 反而很快下降。在低温下, 随着温度降低, 碳素钢和低合金钢的强度提高, 而韧性降低。当温度低于某一界限时, 钢的冲击吸收功大幅度地下降, 从韧性状态变为脆性状态。这一温度通常被称为韧脆性转变温度或脆性转
8、变温度。低温变脆现象是低温压力容器经常遇到的现象。3.14 为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？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, 即大大提高钢材的纯净度, 可提高钢材的韧性、抗中子辐射脆化能力, 改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。3.15 高温下材料性能的劣化主要有哪些形式？选择其中一种说说如何消除或防止劣化。 1.珠光体球化(已发生球化的钢材采用热处理的方法使之恢复原来的组织)2.石墨化(要阻止石墨化,可在钢中加入与碳结合能力强的合金元素
9、)3.回火脆化(一方面应严格控制微量杂质元素的含量; 另一方面应使设备升降温度的速度尽量缓慢)4.氢腐蚀(钢中加入铬钒钨钛等能形成稳定的化合物的元素)29氢脆(容易造成氢脆的容器,应先降压, 保温消氢后,再降至常温)3.16 简述应力腐蚀过程及预防措施应力腐蚀破坏过程分为三个阶段, 即孕育阶段；裂纹稳定扩展阶段；裂纹失稳阶段。第三阶段不一定总会发生, 在第二阶段形成的裂纹与可能使压力容器泄漏, 导致应力下降, 而不出现第三阶段, 即发生未爆先漏。预防措施：1.合理选择材料；2.减少或消除残余拉应力；3.改善介质条件；4.涂层保护；5.合理设计3.17 请列举焊接接头检验的主要方法。焊接接头的检
10、验方法有破坏性检验和非破坏性检验两类。其中非破坏性检验方法有：1.外观检查2.密封性检验3.无损检测：如射线透照检测, 超声检测, 表面检测（包括磁粉检测, 渗透检测和涡流检测等）。3.18 高温, 高氢分压环境下工作的压力容器在停车时, 应先降压, 保温消氢后, 再降至常温, 切不可先降温后降压。试述其原因。在高温, 高氢分压环境下工作的压力容器, 氢会以原子形式渗入到钢中, 被钢的基体所溶解吸收。当容器冷却后, 氢的溶解度大为降低, 形成分子氢的富集,造成氢脆。4压力容器设计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？压力容器设计应综合考虑材料、结构、许用应力、
11、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30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, 包括设计图样、技术条件、强度计算书, 必要时还应包括设计或安装、
12、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？将力学分析结果与简单实验测量结果相比较, 就可判别压力容器是否会失效。这种判据, 称为失效判据。因为压力容器存在许多不确定因素,失效判据一般不能直接用于压力容器的设计计算。为有效地利用现有材料的强度或刚度, 工程上在考虑上述不确定因素时, 较为常用的方法是引入安全系数, 得到与失效判据相对应的设计准则。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、稳定失效设计准则和泄漏失效设计准则。对于不同的设计准则, 安全系数的含义并不相同。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 为压力容器的设计载荷条件之一, 其值不低于最高工作压力。而最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。对于盛装液化气体的容器, 由于容器内介质压力为液化气体的饱和蒸气压, 在规定的装量系数范围内, 与体积无关, 仅取决于温度的变化, 故设计压力与周围的大气环境温度密切相关。此外, 还要考虑容器外壁有否保冷设施, 可靠的保
