1、 緒論1. 壓力容器主要由哪幾部分組成?分別起什么作用?答：壓力容器由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座、安全附件六大部件組成。2. GB150、JB4732三個標準有何不同？它們的適用范圍是什么？答：GB150鋼制壓力容器屬于常規設計標準；JB4732鋼制壓力容器分析設計標準是分析設計標準。JB/T4735與GB150及JB4732沒有相互覆蓋范圍，但GB150與JB4732相互覆蓋范圍較廣。GB150的適用范圍： 設計壓力為0.1MPap35MPa，真空度不低于0.02MPa；設計溫度為按鋼材允許的使用溫度確定（最高為700，最低為-196）；對介質不限；采用彈性失效設計準則和失穩失效設

2、計準則；應力分析方法以材料力學、板殼理論公式為基礎，并引入應力增大系數和形狀系數；采用最大應力理論；不適用疲勞分析容器。JB4732的適用范圍：設計壓力為0.1MPap<100MPa，真空度不低于0.02MPa；設計溫度為低于以鋼材蠕變控制其設計應力強度的相應溫度（最高為475）；對介質不限；采用塑性失效設計準則、失穩失效設計準則和疲勞失效設計準則，局部應力用極限分析和安定性分析結果來評定；應力分析方法是彈性有限元法、塑性分析、彈性理論和板殼理論公式、實驗應力分析；采用切應力理論；適用疲勞分析容器，有免除條件。3、過程設備的應用：加氫反應器，儲氫容器，超高壓食品殺菌釜，核反應堆，超臨界流

3、體萃取裝置4、過程裝備的特點：（1）功能原理多種多樣（2）機電一體化（3）外殼多為壓力容器5、過程設備的基本要求：安全可靠；滿足過程要求；綜合經濟性好；優良的環境性能1.壓力容器導言1、壓力容器基本組成：筒體、封頭、密封裝置、開孔與接管、支座、安全附件2、圓筒按其結構可分為單層式和組合式3、封頭形式凸形封頭：球形、橢圓形、蝶形和球冠形封、錐殼、平蓋4、封頭與筒體的連接：不可拆式（焊接）可拆式（螺栓連接）5、安全附件主要有：安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥、安全聯鎖裝置、壓力表、液面計 測溫儀表等6、介質危害性：指介質的毒性、易燃性、腐蝕性、氧化性等。其中影響壓力容器分類的主要是毒性和易燃性 7、

4、壓力容器分類：按壓力等級分：低壓(L)容器 0.1 MPap1.6 Mpa；中壓(M)容器 1.6 MPap10.0 Mpa；高壓(H)容器 10 MPap100 Mpa；超高壓(U)容器 p100MPa按作用分：反應壓力容器 (代號R)；換熱壓力容器（代號E）；分離壓力容器（代號S）；儲存壓力容器（代號C，其中球罐代號B）按安裝方式分：固定式壓力容器；移動式壓力容器2.壓力容器應力分析1、載荷：壓力、非壓力載荷、交變載荷非壓力載荷：整體載荷（重力、風、地震、運輸、波動載荷）；局部載荷：管系載荷、支座反力、吊裝力2、載荷工況|：正常操作工況、特殊載荷工況（壓力試驗、開停車及檢修）、意外載荷工況

5、（緊急狀態下快速啟動、緊急狀態下突然停車）3、殼體：以兩個曲面為界，且曲面之間的距離遠比其它方向尺寸小得多的構件。殼體中面：與殼體兩個曲面等距離的點所組成的曲面。薄殼：殼體厚度t與其中面曲率半徑R的比值（t/R）max1/10。薄壁圓筒：外直徑與內直徑的比值Do/Di1.11.2 厚壁圓筒：外直徑與內直徑的比值Do /Di1.2 4、回轉薄殼應力分析基本假設：a.殼體材料連續、均勻、各向同性；b.受載后的變形是彈性小變形；c.殼壁各層纖維在變形后互不擠壓軸向平衡：=5、無力矩理論: 只考慮薄膜內力, 忽略彎曲內力的殼體理論。有力矩理論: 同時考慮薄膜內力和彎曲內力的殼體理論。無力矩理論所討論的

6、問題都是圍繞著中面進行的。因壁很薄，沿壁厚方向的應力與其它應力相比很小，其它應力不隨厚度而變，因此中面上的應力和變形可以代表薄殼的應力和變形。6、拉普拉斯方程：7、熱應力：因溫度變化引起的自由膨脹或收縮受到約束，在彈性體內所引起的應力，稱為熱應力。熱應力的特點：a. 熱應力隨約束程度的增大而增大b. 熱應力與零外載相平衡，是自平衡應力c. 熱應力具有自限性，屈服流動或高溫蠕變可使熱應力降低8、 不連續效應：回轉殼的不連續效應：附加力和力矩產生的變形在組合殼連接處附近較大，很快變小，對應的邊緣應力也由較高值很快衰減下來，稱為“不連續效應”或“邊緣效應”。不連續應力有兩個特征：局部性和自限性。局部

7、性：隨著里邊緣距離的增加，各內力呈指數函數迅速衰減以致消失。自限性：不連續應力是由彈性變形受到約束所致，因此對于用塑性材料制造的殼體，當連接邊緣的局部區產生塑變形，這種彈性約束就開始緩解，變形不會連續發展，不連續應力也自動限制，這種性質稱不連續應力的自限性。9、 厚壁圓筒應力特征：三向應力狀態；應力沿壁厚分布不均勻；需要考慮內外壁間的溫差10、 殘余應力產生的原因：當厚壁圓筒進入彈塑性狀態后，將內壓卸除，塑性區因純在殘余變形不能恢復原來尺寸，而彈性區由于本身彈性收縮，力圖恢復原來的形狀，但受到塑性區殘余變形的阻擋，從而在塑性區中出現壓縮應力，在彈性區內產生拉伸應力，這種自平衡的應力就是殘余應力

8、。與殘余應力有關的因素：應力應變關系簡化模型；屈服失效判據；彈塑性交界面的半徑。11、 失穩：承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現波紋，載荷卸去后，殼體不能恢復原狀的現象叫外壓殼體的失穩12、 局部應力計算方法：應力集中系數法；數值解法；實驗測試法；經驗公式降低局部應力的措施：1、合理的結構設計（減少兩連接件的剛度差、盡量采用圓弧過渡、局部區域補強、選擇合適的開孔方位）2、減少附件傳遞的局部載荷3、盡量減少結構中的缺陷 3.壓力容器材料及環境和時間對其性能的影響1、 壓力容器本體主要采用板材、管材和鍛件，其緊固件采用棒材。2、 壓力容器用剛可分為

9、碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼。碳素鋼：強度低，塑性和可焊性較好價格低廉；常用于常壓或中、低壓容器；也做墊板、支座等零部件材料。低合金鋼：是一種低碳低合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超過3%），具有優良的綜合力學性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能等均優于相同含碳量的碳素鋼。采用低合金鋼，不僅可以減薄容器的壁厚，減輕重量，節約鋼材，而且能解決大型壓力容器在制造、檢驗、運輸、安裝中因壁厚太厚所帶來的各種困難。3、 焊接：通過加熱或（和）加壓使工件達到結合的一種方法。有熔焊，壓焊和釬焊。焊接接頭：焊縫、融合區和熱影響區。焊接缺陷：裂紋、夾渣、未熔透、未熔合、焊瘤、氣孔、咬邊焊接接頭檢驗：1

10、、破壞性檢驗2、非破壞性檢驗（外觀檢驗、密封性檢驗、無損檢測）4、 環境因素對壓力容器的性能影響：溫度高低；載荷波動；介質性質；加載速率5、 金屬腐蝕分類：1、按腐蝕的機理來分：電化學腐蝕、化學腐蝕2、按金屬腐蝕的形勢來分：全面腐蝕、局部腐蝕局部腐蝕：晶間腐蝕、小孔腐蝕、縫隙腐蝕晶間腐蝕：腐蝕沿著金屬的晶粒邊界及其鄰近區域發生或擴展的局部腐蝕形態。6、 應力腐蝕的預防措施：合理選擇材料；減少或消除殘余拉應力；改善介質條件；涂層保護；合理設計7、 壓力容器用鋼的基本要求：有較高的強度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質相容性。壓力容器用鋼的含碳量一般不大于0.25% 8、硫和磷是鋼中最主要的有害

11、元素：硫能促進非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度，可提高鋼材的韌性、抗中子輻照脆化能力，改善抗應變時效性能、抗回火脆性性能和耐腐蝕性能9、機械產品通常希望提高材料的曲強比，壓力容器對材料的要求則相反，一般情況下應避免采用調質熱處理等方法不恰當的提高材料的強度，以留有一定的塑性儲備量。 4.壓力容器設計1、壓力容器失效：壓力容器在規定的使用環境和時間內，因尺寸、形狀或者材料性能變化而危及安全或者喪失正常功能的現象。失效表現形式：泄漏、過度變形、斷裂2、失效形式：1）強度失效2）剛度

12、失效3）失穩失效4）泄漏失效3、強度失效：因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，稱為強度失效，包括（a）韌性斷裂、（b）脆性斷裂、（c）疲勞斷裂、（d）蠕變斷裂、（e）腐蝕斷裂等。韌性斷裂韌性斷裂是壓力容器在載荷作用下，產生的應力達到或接近所用材料的強度極限而發生的斷裂。4、 設計準則：強度失效設計準則、剛度失效設計準則（在載荷作用下，要求構件的彈性位移和或轉角不超過規定的數值）、失穩失效設計準則（防止失穩的發生，小于臨界壓力值）、泄漏失效設計準則5、 組合式圓筒的類型：多層包扎式、熱套式、繞板式、整體多層包扎式、繞帶式6、 壓力容器設計技術參數：設計壓力、設計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數

13、、許用應力設計壓力：指設定的容器頂部的最高壓力與相應的設計溫度一起作為設計載荷的條件，其值不得低于工作壓力。計算厚度名義厚度n設計厚度d腐蝕裕量C2厚度負偏差C1最小厚度min第一次厚度圓整值腐蝕裕量C27、計算厚度：按有關公式采用計算壓力得到的厚度設計厚度：計算厚度與腐蝕裕量之和名義厚度：設計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標準規格的厚度，即標注在圖樣上的厚度。有效厚度：為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負偏差碳素鋼、低合金鋼制造的容器最小厚度不小于3mm,高合金鋼最小厚度不小于2mm8、 焊接接頭系數：表示焊縫金屬與母材強度的比值，反映容器強度受削弱的程度。9、 許用應力：容器殼體、封頭等

14、受壓元件的材料許用強度，取材料強度失效判據的極限值與相應的材料設計系數比。10、 外壓容器的設計參數：設計壓力、穩定性安全系數、外壓計算長度11、 加強圈的作用：在外壓圓筒上設置加強圈，將長圓筒轉化為短圓筒，可以有效的減少圓筒厚度、提高圓筒穩定性。加強圈主要確定：加強圈的間距、截面尺寸、結構設計，以保證有足夠的穩定性。12、 封頭種類：凸形封頭（半球形、橢圓形、蝶形、球冠形）、錐殼、變徑段、平蓋13、 螺栓法蘭連接主要由法蘭、螺栓和墊片組成。螺栓的作用：提供預緊力實現初始密封，并承擔內壓產生的軸向力；使螺栓法蘭連接變成可拆連接。14、 流體在密封口泄露兩條途徑：滲透泄漏通過墊片材料本體毛細管的

15、滲透泄露；界面泄露沿著墊片與壓緊面之間的泄露（密封失效的主要途徑）15、 密封機理：防止流體泄露的基本方法是在密封口增加流體的流動阻力，當介質通過密封口的阻力大于密封口兩側的介質壓力差時，介質就被密封。而介質通過密封口的阻力是借施加于壓緊面上的比壓力來實現的，作用在壓緊面上的密封比壓力越大，則介質通過密封口的阻力越大，越有利于密封。16、 密封分類：強制式密封、自緊式密封、半自緊式密封17、密封性能的主要因素：螺栓預緊力、墊片性能、壓緊面的質量、法蘭剛度、操作條件18、高壓密封的基本特點：一般采用金屬密封元件；采用窄面或線接觸密封；盡可能采用自緊或半自緊式密封高壓密封的結構形式：平墊密封、卡扎

16、里密封、雙錐密封、伍德密封、高壓管道密封提高高壓密封性能的措施：改善密封接觸表面；改進墊片結構；采用焊接密封元件19、 開孔局部補強結構：補強圈補強、厚壁接管補強、整體鍛件補強20、 開孔補強設計準則：等面積補強法、壓力面積補強法、極限載荷補強法A1：殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積A2：接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積A3：有效補強區內焊縫金屬的截面積A4：有效補強區內另外在增加的補強元件的金屬截面積若Ae=A1+A2+A3>=A，開孔后不需加強；若Ae=A1+A2+A3<A，需補強，增加面積A4>=A-Ae21、 支座類型：臥式容器支座和立式容器支座 （耳式支

17、座、支承式支座、腿式支座和裙式支座；中小型直立容器常采用前三種，高大的塔設備則廣泛采用裙式支座） 22、 焊接接頭的形式：對接接頭、角接接頭、T字接頭、搭接接頭 坡口形式：I、V、單邊V、U 、J形23、 耐壓試驗：在超設計壓力下進行的，有液壓試驗、氣壓試驗及氣液組合壓力試驗壓力試驗的目的：在超設計壓力下，考核缺陷是否會發生快速擴展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗密封結構的密封性能。對外壓容器，在外壓作用下，容器中的缺陷受壓應力的作用，不可能發生開裂，且外壓臨界失穩壓力主要與容器的幾何尺寸、制造精度有關，與缺陷無關，一般不用外壓試驗來考核其穩定性，而以內壓試驗進行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。

18、24、 泄露試驗目的：考核容器密封性能，檢查的重點是可拆的密封裝置和焊接接頭等部位。泄露試驗方法：氣密性試驗、氨泄露試驗、鹵素檢漏試驗、氦檢漏試驗25、應力分類的依據：應力對容器強度失效所起的作用大小。兩個因素：應力產生原因；應力作用區域與分布形式。應力的分類：一次應力“非自限性”；二次應力 塑性材料時具有“自限性”；峰值應力 “局部性” 5.儲運設備1、 儲罐：臥式圓柱形儲罐（地面臥式儲罐、底下臥式儲罐）；立式平底筒形儲罐（固定頂儲罐、浮頂儲罐）；球形儲罐（支座類型：柱式，裙式）；低溫儲罐2、 臥式儲罐支座形式有鞍式和圈座。采用雙鞍座時，應遵循：雙鞍座臥式儲罐的受力狀態可簡化為受均布載荷的外

19、伸簡支梁。當鞍座鄰近封頭時，封頭對支座處的筒體有局部加強作用。3、鞍座包角：小時則鞍座重量輕，但是儲罐-支座系統的重心較高，且鞍座處筒體上的應力較大。(120'/135'/150')4、扁塌現象：如果圓筒上不設置加強圈，支座的位置A>0.5Ri時，由于支座處截面受剪力作用而產生周向彎矩，在該彎矩下，導致支座處圓筒的上半部發生形變，即為扁塌。 6.換熱設備1、 換熱設備分類（作用原理）：直接接觸式；儲熱式；間壁式；中間載熱體式換熱器2、 管殼式換熱器：固定管板式；浮頭式；U形管式；填料函式；釜式重沸器。3、 換熱管與管板的連接方法：強度脹接，強度焊接和脹焊并用。4、

20、 折流板的目的：提高殼層流體的流速，增加湍動程度，并使殼層流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼層流體的傳熱系數，同時減少結垢。 常用的折流板形式有弓形和圓盤-圓環形兩種。5、 流體誘導振動：換熱器管束受殼程流體流動的激發而產生的振動（縱向流誘振和橫向流誘振）橫向流誘振的原因：漩渦脫落、流體彈性擾動、湍流顫振、聲振動、射流轉換防振措施：改變流速；改變管子固有頻率；增設消聲版；抑制周期性漩渦；設置防沖板或導流筒6、 提高傳熱系數的方法：主動強化（有源強化）、被動強化（無源強化）7、 擴展表面強化傳熱主要包括槽管和翅片管。8、 換熱設備殼程強化傳熱途徑：改變管子外形或在管外加翹片；改變殼程擋板或管束

21、支承結構 7.塔設備1、 塔設備的作用：實現氣（汽）-液相或液-液相之間的充分接觸，從而達到相際進行傳質及傳熱的目的。2、 填料塔的基本特點：結構簡單，壓力降小，傳質效率高，便于采用耐腐蝕材料制造。對于熱敏性及容易發泡的物料，更顯其優越性。3、 散裝填料是指安裝以亂堆為主的填料，也可以整砌。可分為環形，鞍形，環鞍形。4、 液體分布器按結構形式可分為：管式、槽式、噴灑式、盤式。5、 板式塔分類：按結構分：泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔；按氣液兩相流動方式分：錯流板式塔、逆流板式塔；按流體流動形式分：單溢流型、雙溢流型6、 裙座：圓筒形、圓錐形。7、 塔設備除介質壓力外，還承受各種重量、管道推力、

22、偏心載荷、風載荷、地震載荷。8、 三種工況：正常操作、停車檢修、壓力試驗9、 設備防振措施：增大塔的固有頻率；采用擾流裝置；增大塔的阻尼 8.反應設備1、 軸封的目的：避免介質通過轉軸從攪拌容器內泄漏或外部雜質滲入攪拌容器。2、填料密封：結構簡單，制造容易。適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質、密封要求不高、并允許定期維護的設備。3、機械密封：泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長。過程設備設計復習題一、填空1、 壓力容器基本組成：筒體、封頭、密封裝置、開孔與接管、支座、安全附件。2、 介質毒性程度愈高，壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴重，對材料選用、制造、檢驗和管理的要求愈高。3、 壓力容器盛

23、裝的易燃介質主要指易燃氣體和液化氣體。4、 殼體中面：與殼體兩個曲面等距離的點所組成的曲面。5、 薄殼：殼體厚度t與其中面曲率半徑R的比值（t/R）max1/10。6、 厚壁圓筒中的熱應力由平衡方程、幾何方程和物理方程，結合邊界條件求解。7、 改善鋼材性能的途徑：化學成分的設計、組織結構的改變、零件表面改性。8、 鋼材的力學行為，不僅與鋼材的化學成分、組織結構有關，而且與材料所處的應力狀態和環境有密切的關系。9、 焊接接頭系數焊縫金屬與母材強度的比值，反映容器強度受削弱的程度。10、介質危害性：指介質的毒性、易燃性、腐蝕性、氧化性等；其中影響壓力容器分類的主要是毒性和易燃性。11、壓力容器安全

24、技術監察規程根據容器壓力與容積乘積大小、介質危害程度以及容器的作用將壓力容器分為三類。12、轉薄殼：中面是由一條平面曲線或直線繞同平面內的軸線回轉而成。13、厚壁圓筒中熱應力及其分布的規律為： 熱應力大小與內外壁溫差成正比； 熱應力沿壁厚方向是變化的。14、壓力容器用鋼的基本要求：較高的強度；良好的塑性、韌性、制造性能和與介質相容性。15、壓力容器設計中，常用的強度判據：包括抗拉強度b、屈服點s、持久極限、蠕變極限、疲勞極限-116、強度失效因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，稱為強度失效，包括（a）韌性斷裂、（b）脆性斷裂、（c）疲勞斷裂、（d）蠕變斷裂、（e）腐蝕斷裂等。二、簡述題1、 無

25、力矩理論及無力矩理論應用條件？ 殼體的厚度、中面曲率和載荷連續，沒有突變，且構成殼體的材料的物理性能相同。 殼體的邊界處不受橫向剪力、彎矩和扭矩作用。 殼體的邊界處的約束可沿經線的切線方向，不得限制邊界處的轉角與撓度。2、 不連續效應？由于結構不連續，組合殼在連接處附近的局部區域出現衰減很快的應力增大現象，稱為“不連續效應”或“邊緣效應”。3、 厚壁容器應力特征與分析方法？應力沿壁厚不均勻分布；若內外壁間的溫差大，應考慮器壁中的熱應力；應考慮徑向應力，是三向應力狀態；靜不定問題，需平衡、幾何、物理等方程聯立求解等。4、 失穩現象？承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一值時，殼體會突然失去原來

26、的形狀，被壓扁或出現波紋，載荷卸去后，殼體不能恢復原狀，這種現象稱為外壓殼體的屈曲（buckling）或失穩（instability）。5、 局部應力的產生、危害性與降低局部應力的措施？局部載荷：設備的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的約束反力、溫度變化引起的載荷等；附加應力：在壓力作用下，壓力容器材料或結構不連續處，在局部區域產生的附加應力，如截面尺寸、幾何形狀突變的區域、兩種不同材料的連接處等。危害性：過大的局部應力使結構處于不安定狀態，在交變載荷下，易產生裂紋，可能導致疲勞失效。降低局部應力的措施：（1）合理的結構設計（a）減少兩連接件的剛度差；（b）盡量采用圓弧過渡；（c）局部區域補強；（d）選擇合適的開孔方位。（2）減少附件傳遞的局部載荷：如果對與殼體相連的附件采取一定的措施，就可以減少附件所傳遞的局部載荷對殼體的影響，從而降低局部應力。例如：對管道、閥門等設備附件設置支撐或支架，可降低這些附件的重量對殼體的影響；對接管等附件加設熱補償元件可降低因熱脹冷縮所產生的熱載荷。（3）盡量減少結構中的缺陷：在壓力容器制造過程中，由于制造工藝和具體操作等原因，可能在容器中留下氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，這些缺陷會造成較高的局部應力，應盡量避免。6、壓力容器失效判據、設計準則？將力學分析結