化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題和答案

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)題解答化工設(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，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時間而增加的現(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) 04. 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 襲擊時的一種及時和迅速

2、塑性變形的能力。6. 泊桑比(口):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，二o. 307. 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 Si02 和 A1203 0鋼鍍膜上大下小，澆注

3、后鋼液從底部向上，向中心順序 地凝固 。鋼鍵上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。2. 沸騰鋼:沸騰鋼在冶煉時用弱脫氧劑 Mn 脫氧，是脫氧不完全的鋼。其鏈模上小下大，澆注后鋼液 在鍵模中發(fā)生自脫氧反應(yīng)，放出大量CO氣體，造成沸騰現(xiàn)象。沸騰鋼徒中沒有縮孔， 凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全鍵之中，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，鏈模也是上小下大，鋼鏈內(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

4、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 09. 奧氏體:碳溶解在V-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 G 鐵中過飽和的固溶體。c.1. 熱處理:鋼鐵在國態(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

5、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. 1卒火:將鋼加熱至浮火溫度(臨界點(diǎn)以 30 50oC) 并保溫一定時間，然后再猝火劑中冷卻以得到 馬氏體組織的一種熱處理工藝。浮火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5. 回火:在零件碎火后再進(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蠡鸷蟮膬?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):洋火力口高溫回火的操作。要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時，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S運(yùn) 0.055%，P運(yùn) O. 045%。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表

6、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:Q235A. F。8. 優(yōu)質(zhì)碳素鋼:含硫，磷等較少(含硫 S、磷P 均運(yùn) 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。鍋爐鋼管王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

7、. 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。o3. 低溫用鋼:由于普通碳鋼在低溫下( -20 C 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、 單位時間腐蝕引起的重 量變化。即:7K=PO -Pl!_F .t(只/m2 h)K: 腐蝕速度， g/cm2 ·h;po :腐蝕前

8、試件的重亙 ，g;Pl :腐蝕后試件的重豆，g;F: 試件與腐蝕介質(zhì)接觸的面積，m2:t:腐蝕作用的時間，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，沒有考慮 金屬的相對密度，因此當(dāng)重 量損失相同時，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:K=24 x 365 K= _ _ K(mm/a)_.- - -8.76 一u1000式中:Ka : 用每年金屬厚度的減少量表示的腐蝕速度，mm/a;p: 金屬的相對密度，g/cm305. 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

9、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，

10、 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A 組鋼號種類含碳量%合金元素二 雷 (%)符號忘義Q235-A.F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O.2%g: 鍋爐鋼16MnR普通低合金鋼O. 16%<1. 5%R: 容器鋼20Mn島'10普通低合金鋼O.2%MnMo<1 .5%16MnDR普通低合金鋼O. 16%Mn:< 1. 5%D:低溫鋼14Crl真宜。普通低合金鋼O. 14%Cr :0.9-1. 3%:Mo:< 1. 5%OCr13絡(luò)不銹鋼<0.08%Cr:

11、 13%lCr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼O. 1%Cr :18%:Ni:9%:Ti:<1. 5%00Cr19NilO奧氏體不銹鋼<0.03%Cr :19%:Ni :10%B 組:鋼號種類含碳J目亙r(jià)%合金元素含 量 (%)符號忘義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O. 16%Mn :<1. 5%g :鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼O. 18%Nb :<1. 5%b :半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼O.18%Mn.Mo.Nb :< 1.5%09島fnNiDR普通低合金鋼0.

12、09%Mn.Ni :< 1. 5%R: 容器鋼06MnNb普通低合金鋼0. 06%Mn.Nb:<!.5%2Cr13絡(luò)不銹鋼O. 2%Cr 13%12Cr2Mol普通低合金鋼O. 12%Cr :1.5"'-'2.49%:Mo :O.9"'-'1. 3%OCr18Ni12M02Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr :18%:Ni :12%: Mo :1. 5"'-'2.49%:Ti :<1. 5%一 、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)溫設(shè)計(jì)壓供選材料應(yīng)選材料 度jOC力/孔1Pa氨合成塔外氮、氫、少量氨三三 20

13、015IOCr18Ni9Ti ，20 ，18MnMoNbR筒Q235-A.F，或18MnMoNbR ，I13MnNiMoNbR 15MnVR，13MnNiMoNbR氯化氫吸收|氯化氫氣體，鹽酸，水|孫山 I0.2Q235-A.R，Q235-A.R+銅襯lCr18Ni9Ti ，銅，里鋁 ，硬聚氯乙烯塑 料 ，盼醒樹脂漆浸 潰的不透性石墨溶解乙:快氣瓶蒸壓釜水蒸汽三三 20015Q235-A ，18MnMoNbROCr19NilO，20，16MnR， 18MnMoNbR ， 07MnCr島foVR高溫高壓廢|轉(zhuǎn)化氣I890熱鍋爐的高ICH2，C02，N2，CO，H20，CI1000溫氣側(cè)殼體|且，

14、Ar )內(nèi)襯3.1418MnMoNbR ， OCr13，Q235-A.R ，Cr25Ni20， OCr18Ni9Ti ， 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，在 一定的應(yīng)力下 ，應(yīng)變隨時間而增加的現(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， ePa =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)

15、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 襲擊時的一種及時和迅速塑性變形的能力。6. 泊桑 比叩 頭拉伸試驗(yàn) 中試件單位橫 向收縮與單位縱 向伸長之 比。對于鋼材，=0. 307. 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

16、鋼在用冶煉時用強(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 SiOz 和 Al z03 0鋼鍍膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序 地凝固。鋼鍵上部形成集中縮孔，內(nèi)部緊密堅(jiān)實(shí)。2. 沸騰鋼:沸騰鋼在冶煉時用弱脫氧劑 Mn 脫氧，是脫氧不完全的鋼。其鏈模上小下大，澆注后鋼液 在統(tǒng)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。沸騰鋼鏡中沒有縮孔， 凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全鍵之中，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，鏈模也是上小下大，鋼鏈內(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

17、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 09. 奧氏體:碳溶解在V-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 G 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

18、一段時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. 浮火:將鋼加熱至浮火溫度(臨界點(diǎn)以 30 50oC)并保溫一定時間，然后再澤火劑中冷卻以得到 馬氏體組織的一種熱處理工藝。j牢火可以增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。5. 回火:在零件洋火后再進(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洋火 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):浮火力口高溫回火的操作。要求 零件 的強(qiáng)度、韌性、塑性等機(jī)械性能都較好時，一

19、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S運(yùn) 0.055% ，P運(yùn) 0.045% 。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:Q235A. F 。8. 優(yōu)質(zhì)碳素鋼:含硫磷等較少(含硫 S、磷P 均運(yùn) 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

20、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 (-200C 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

21、表面積、單位時間腐蝕引起的重量變化。即:K=PO - Pl1.(g/m2 h)F .tK: 腐蝕速度，g/cm2 ·h;po : 腐蝕前試件的重亙，g;Pl :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，沒有考慮 金屬的相對密度，因此當(dāng)重量損失相同時，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:K=24 x 365 K= _ _ K(mm/a)_.- - -8.76 一u1000式中

22、:ka : 用每年金屬厚度的減少 量表示的腐蝕速度，mm/a;3p: 金屬的相對密度，g/cm 05. 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，

23、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，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A 組牌號種類含碳量%合金元素含量(%)符號意義Q235-A.F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O. 2%g: 鍋爐鋼16MnR普通低合金鋼O. 16%<1.5%R: 容器鋼20MnMo普通低合金鋼0.2%MnMo<1.5%16MnDR普通低合金鋼o. 16%Mn:<1.5%D:低溫鋼14CrlMo普通低合金鋼o. 1

24、4%Cr:O. 9-1. 3%:Mo:< 1. 5%OCr13銘不銹鋼<0.08%Cr: 13%lCr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼O. 1%Cr:18%:Ni:9%:Ti:<1.5%00Cr19NilO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O. 16%Mn:<1.5%g :鍋爐鋼18Nbb普通低合金鋼O. 18%Nb:< 1.5%b:半鎮(zhèn)靜鋼18MnMoNbR普通低合金鋼O.

25、18%Mn.Mo. Nb:<1.5%09島1nNiDR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銘不銹鋼0.2%Cr: 13%12Cr2Mol普通低合金鋼O. 12%Cr: 1. 5，._，2. 49%:Mo:0.9 ，._，1.3%OCr18Ni12Mo2Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr :18%:Ni :12%: Mo: 1. 5，._，2. 49%:Ti :< 1.5%C 組:鋼號種類含碳置。合金元素二量(%)符號意義Q235-C普通碳素特類鋼Q:鋼材屈服點(diǎn)15MnNbR普通

26、低合金容器鋼O. 15%Mn.Nb:<1.5%R: 容器鋼06AICu普通低合金鋼O. 06%Al.Cu:<1.5%Cr22Ni14N奧氏體鋼O. 10%Cr:22%:Ni:14%: N :<1.5%Cr25Ni20奧氏體鋼O. 10%Cr :25%:Ni :20%OCr17Ti奧氏體不銹鋼<0.08%Cr :17%:Ti :<1.5%40島1n2A普通低合金鋼0.40%Mn: 1. 5，._，2. 49%A : 局級優(yōu)質(zhì)鋼15g優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼O. 15%g :鍋爐鋼20R優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼O. 20%R: 容器鋼三、選擇材料設(shè)備介質(zhì)設(shè)計(jì)淚度/OC設(shè)計(jì)壓力/孔1Pa供

27、選材料應(yīng)選材料氨合成塔外筒氮 、氫、少量氨三三 20015OCr18Ni9Ti ，20，Q235-A.F ，18MnMoNbR， 15MnVR，13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR7氯化氫吸收氯化氫氣體，甜酸，水80， 1200.2Q235-A.R，Q235-A.R+銅襯塔lCr18Ni9Ti ， 同，里水蒸汽運(yùn) 20015鋁，硬聚氯乙烯塑 料，盼醒樹脂漆浸 潰的不透性石 愚8溶解乙快氣Q235-A ，18MnMoNbR瓶蒸壓釜OCr19Nil0 ，20 ，16MnR， 18MnMoNbR ， 07MnCrMoVR高溫高壓廢|轉(zhuǎn)化氣I890， 熱鍋爐的 高 I(H2

28、，C02，N2，CO，H20，CI1000溫氣側(cè)殼體|且，Ar)內(nèi)襯3.14I18MnMoNbR ，OCr13，Q235-A.R ，Cr25Ni20 ， OCr18Ni9Ti ，Cr22Ni14NCr25Ni20四、判斷題1.對于均勻腐蝕、 氫腐蝕和晶問腐蝕，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。 (X)2.材料的屈強(qiáng)比 ( SIb)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。(X)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。 (X)4.只要設(shè)備的使用溫度在 0350 0C 范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力運(yùn)

29、 1. 6MPa ，且容器厚度運(yùn)20mm ，不論處理何 種介質(zhì)，均可采用 Q235-B 鋼板制造 。(X)5.彈性模量 E 和泊桑比以是材料的重要力學(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 。(X)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 時及時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) ;O b 、s 是金屬材料的(強(qiáng)度)指標(biāo); A

30、k是金屬材料的(沖擊韌性)指標(biāo)。3.對鋼材，其泊 桑比口 = (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，而晶問腐蝕與應(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)oc ，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 COC)壓力分級壓力范圍(Mpa)常溫

31、容器200 C -2000 C低壓容器0.1運(yùn)P<1.6中溫容器壁溫在常溫和高溫之間中壓容器1.6運(yùn)P<10局溫容器壁溫達(dá)到材料蠕變溫度向壓容器10運(yùn)P<100低溫容器壁溫低于200 C超高壓容器P 二三 100淺冷容器壁溫在200 C 至400 C 之間真空容器器外個大氣壓，內(nèi)部為真空或低于常壓深冷容器壁溫低于400 C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1500 ，設(shè)計(jì)壓力為 10Mpa 的管殼式余熱鍋爐一2設(shè)計(jì)壓力為 0.6MPa ，容積為1曠的氯化氫氣體貯罐一32000，容積為 20 曠的液氮貯罐一4壓力為 10Mpa，容積

32、為800 立升的乙烯 貯罐一5設(shè)計(jì)壓力為 2.5Mpa 的糖玻璃容器一B 組:序號容器 (設(shè)備)及條件米別二7'Ç_壓力為 4Mpa 的毒性程度為極度危害介質(zhì)的容器一2800 ，設(shè)計(jì)壓力為 0.6Mpa ，介質(zhì)為非易燃和無毒 的管殼式余熱鍋爐一3用抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限為 b =620Mpa 材料制造的容器一4工作壓力為 23.5Mpa 的尿素合成塔一5汽車罐車 和鐵路罐車一三 、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，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14X32

33、5X345 X 3.557 X 3.5108X4DNCmm)102040501004、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力 PN 有哪些等級?PNCMpa)0.250.601.01.62.54.06.4PNCMpa)0.10.250.400.601.01.62.54.05、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中公稱壓力 PN 有哪些等級?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具備的三個條件是(最高工作壓力pw二三 O. lMPa; 內(nèi)直徑 Di二三 150mm，且容積V 二三 0.025的介質(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 ?；ぴO(shè)備機(jī)械

34、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列管式換熱器優(yōu)占缺占種類管外清洗困難 ;固定管板式浮頭式填料函式U 型管式結(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。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。 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 處泄漏能及時發(fā)

35、現(xiàn)。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。管殼 間有溫差應(yīng)力存在;當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時必須 設(shè)置膨脹節(jié) 。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大; 浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查; 管束與管體 間隙較大，影響傳熱。 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)。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

36、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A唱 ，i為: 1500mrn，2000mrn，2500mrn，3000mm，4500mrn，5000mm，6000mm，7500mm，9000mrn，12000mrn 。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在 4"，25 之間，常用的為 6"， 10。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rt 19X 2rt 25 X 2.5rt 3

37、2 X 3rt 38 X 3不銹鋼rt 19X 2rt 25 X 2rt 32 X 2. 5rt 38 X 2.55. 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. OMPa，設(shè)計(jì)溫度在3500C 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。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

38、蝕"的情況下。6. 換熱管脹接于管板上時應(yīng)注意什么?脹接長度如何確定?答 :采用脹接時， 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，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D_ t ，必須符合表3 的規(guī)定。表3線膨脹系數(shù)和溫度10%<A/<30%D_ t< 1550C30%三A/<50%D_ t< 1280CA/> 50%D_t<72 0Co表中 :=1/2 (al+2) ，1，2 分別為管板與換熱管材料

39、的線膨脹系數(shù)，l / C 。A=11-2 I ，l/ oC0D_t 等于操作溫度減去室溫 (200C) 。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;焊接工藝比脹接工藝簡單:在壓力 不太高時可使用較薄的管板。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 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 600 坡口;管子頭

40、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19需要進(jìn)行機(jī)

41、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

42、，而管子做得太長時，就得增大殼體直徑， 排列較多的管子。此時為了增加管程流速，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 :相鄰程問平均壁溫差一般不應(yīng)超過 28 0C;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)端流強(qiáng)度，以提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折

43、流板還起支撐換熱管的作用。常用形式有:弓形、圓盤一圓環(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，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)

44、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11金;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

45、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 操作壓力 MPa操作溫度。C材質(zhì) 線膨脹系數(shù) 1/0C 彈性模數(shù) MPa 許用應(yīng)力 MPa尺寸 m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 m許用拉脫力 MPa管子1.02001011. 8X 10-60.21X106113<t 25X 2. 5X 2000562正三角形a二32 開槽脹接 l 二30qJ=4殼體0.610016MnR11.8X 10-60.21X106173<t 1000X 8解:在操作壓力下，每平方米脹接

46、周邊產(chǎn)生的力 qp:q=ZZp1rd_1其中: 41.0x 396p25x30x3.14= 0.168(M )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qt :2oq一 z-GZ一 (do 2ldi)ot4dl4dt=其中:E(tt -ts )aLE(tt -ts ) 1+二L號(d; -d )n(25L- 20) x 562As1+ 4-4x1008x8:rD中Snqt =4 x 25 x 30又 qp 與 qt 作用方向相同，則:q = qp + qt = 0.168 + 3.777 = 3.945 (MPa) q<q ，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

47、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。9.GB150-1998 <<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?；ぴO(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:1 .薄壁容器:容器的壁厚與其最大截面圓的內(nèi)徑之比小于 O. 1 的容器。2 .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。3.經(jīng)線

48、:若通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線。4.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。5.第一 曲率半徑:中間面上任一點(diǎn) M 處經(jīng)線的曲率半徑。6.小位移假設(shè): 殼體受力以后，各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于壁厚。7.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。8.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。9.邊緣應(yīng)力的自限 d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，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，J，錯著畫X)A 組:1.下列直立薄壁容器，受均勻氣體內(nèi)壓力

49、作用，哪些能用薄膜理論求解壁內(nèi)應(yīng)力?哪些不能?(1)橫截面為正六角形的柱殼。(X)(2)橫截面為圓的軸對稱柱殼。( ，J)(3)橫截面為橢圓的柱殼。(X)(4)橫截面為圓的橢球殼。( ，J)(5)橫截面為半圓的柱殼。(X)(6)橫截面為圓的錐形殼。( ，J)2.在承受內(nèi)壓的圓筒形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長軸與筒體軸線平行。(X)3.薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任 一點(diǎn)，只要該點(diǎn)的兩個曲率半徑 RI = R2 ，則該點(diǎn)的兩向應(yīng)力機(jī) = ，J)4.因?yàn)閮?nèi)壓薄壁圓筒的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時，則壁厚大的容器， 壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。(X)5.按無力矩理論求得的應(yīng)力稱為薄膜應(yīng)力，薄膜應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的。(，J)B 組:1.臥式圓筒形容器，其