1、過程設備設計習題1 壓力容器導言1.1壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？壓力容器主要由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件六大部件組成。各部分的作用分別是：(1) 筒體：提供工藝所需的承壓空間(2) 封頭：與筒體等部件形成封閉空間(3) 密封裝置：保證壓力容器正常、安全運行(4) 開孔及接管：滿足工藝要求和方便檢修(5) 支座：支撐和固定壓力容器(6) 安全附件：用于監控工作介質的參數，保證壓力容器的安全使用和工藝過程的正常進行1.2介質的毒性程度和易燃特性對壓力容器的設計、制造、使用和管理有何影響？介質的毒性程度和易燃特性愈高，壓力容器爆炸、泄露或燃燒的危害性愈嚴重，對壓

2、力容器的選材、設計、制造、使用和管理的要求愈高。1.3壓力容器安全技術監察規程在確定壓力容器類別時，為什么不僅要根據壓力高低，還要視壓力與容積的乘積大小進行分類？壓力容器設計壓力與全容積的乘積愈大，容器破裂時的爆炸能量愈大，危害性愈大，對容器的設計、制造、檢查、使用和管理的要求就愈高，因而在確定壓力容器類別時要視的大小進行分類。1.4特種設備安全監察條例、壓力容器安全技術監察規程和GB150鋼制壓力容器的適用范圍有何區別？(1) 特種設備安全監察條例適用于同時具備下列條件的壓力容器： 最高工作壓力大于等于0.1MPa（表壓）； 壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L； 盛裝介質

3、為氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。(2) 壓力容器安全技術監察規程適用于同時具備下列條件的壓力容器： 最高工作壓力大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）； 內直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容積（）大于等于0.025m3； 盛裝介質為氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。(3) GB150鋼制壓力容器適用于同時具備下列條件的壓力容器： 設計壓力大于等于0.1MPa、小于等于35MPa； 設計溫度范圍根據鋼材容許的使用溫度確定，從-196到鋼材的蠕變限用溫度； 固定的，承受恒定的載荷。不適用于：直接用火焰加熱的容器；核能裝置中的容器；旋轉

4、或往復運動的機械設備中自成整體或作為部件的受壓器室；真空度低于0.02MPa的容器；內直徑小于150mm的容器；要求做疲勞分析的容器等。2 壓力容器應力分析思考題：2.1一殼體成為回轉薄殼軸對稱問題的條件是什么？3壓力容器材料及環境和時間對其性能的影響3.1壓力容器用鋼有哪些基本要求？壓力容器用鋼的基本要求是有較高的強度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質相容性。3.2影響壓力容器鋼材性能的環境因素主要有哪些？影響壓力容器鋼材性能的環境因素主要有溫度高低、載荷波動、介質性質、加載速率等。3.3為什么要控制壓力容器用鋼中的硫、磷含量？因為硫和磷是鋼中最主要的有害元素。硫能促進非金屬夾雜物的形成，

5、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，即可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、抗回火脆化性能和耐腐蝕性能。3.4為什么說材料性能劣化引起的失效往往具有突發性？工程上可采取哪些措施來預防這種失效？因為材料性能劣化往往單靠外觀檢查和無損檢測不能有效地發現，因而由此引起事故往往具有突發性。工程上在設計階段要預測材料性能是否會在使用中劣化，并采取有效的防范措施。3.5壓力容器選材應考慮哪些因素？壓力容器零件材料的選擇，應綜合考慮容器的使用條件、相容性、零件的功能和制造工藝、材料性能、材料使

6、用經驗（歷史）、綜合經濟性和規范標準。4 壓力容器設計思考題：4.1為保證安全，壓力容器設計時應綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？為保證安全，壓力容器設計應綜合考慮材料、結構、許用應力、強（剛）度、制造、檢驗等環節，這些環節環環相扣，每個環節都應予以高度重視。壓力容器設計就是根據給定的工藝設計條件，遵循現行的規范標準規定，在確保安全的前提下，經濟、正確地選擇材料，并進行結構、強（剛）度和密封設計。結構設計主要是確定合理、經濟的結構形式，并滿足制造、檢驗、裝配、運輸和維修等要求；強（剛）度設計的內容主要是確定結構尺寸，滿足強度或剛度及穩定性要求，以確保容器安全可靠地運行；密封設計主要是選擇合適的

7、密封結構和材料，保證密封性能良好。4.2壓力容器的設計文件應包括哪些內容？壓力容器的設計文件應包括設計圖樣、技術條件、設計計算書，必要時還應包括設計或安裝、使用說明書。若按分析設計標準設計，還應提供應力分析報告。4.3壓力容器設計有哪些設計準則？它們和壓力容器失效形式有什么關系？壓力容器設計準則大致可分為強度失效設計準則、剛度失效設計準則、失穩失效設計準則和泄漏失效準則。壓力容器設計時，應先確定容器最有可能發生的失效形式，選擇合適的失效判據和設計準則，確定適用的設計規范標準，再按規范要求進行設計和校核。4.4什么叫設計壓力？液化氣體儲存壓力容器的設計壓力如何確定？設計壓力是指在相應設計溫度下用

8、以確定容器的計算壁厚及其元件尺寸的壓力。對于儲存液化氣體的壓力容器，其設計壓力應高于工作條件下可能達到的最高金屬溫度下的液化氣體的飽和蒸汽壓。4.5一容器殼體的內壁溫度為，外壁溫度為，通過傳熱計算得出的元件金屬截面的溫度平均值為，請問設計溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據？設計溫度取。選材以設計溫度為準。4.6根據定義，用圖標出計算厚度、設計厚度、名義厚度和最小厚度之間的關系；在上述厚度中，滿足強度（剛度、穩定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個？為什么？計算厚度設計厚度名義厚度腐蝕裕量C2厚度負偏差C1第一次厚度圓整值最小厚度其中，若計算厚度小于最小厚度，則計算厚度取最小厚度值。設計厚度。因為

9、設計厚度為計算厚度和腐蝕裕量之和，其中計算厚度是由強度（剛度）公式確定，而腐蝕裕量由設計壽命確定，兩者之和同時滿足強度和壽命要求。4.7影響材料設計系數的主要因素有哪些？材料設計系數是一個強度“保險”系數，主要是為了保證受壓元件強度有足夠的安全儲備量，其大小與應力計算的精確性、材料性能的均勻性、載荷的確切程度、制造工藝和使用管理的先進性以及檢驗水平等因素有著密切關系。4.8壓力容器的常規設計法和分析設計法有何主要區別？(1) 常規設計： 將容器承受的“最大載荷”按一次施加的靜載荷處理，不涉及容器的疲勞壽命問題，不考慮熱應力。 常規設計以材料力學及彈性力學中的簡化模型為基礎，確定筒體與部件中平均

10、應力的大小，只要此值限制在以彈性失效設計準則所確定的許用應力范圍之內，則認為筒體和部件是安全的。 常規設計規范中規定了具體的容器結構形式。(2) 分析設計： 將各種外載荷或變形約束產生的應力分別計算出來,包括交變載荷,熱應力,局部應力等。 進行應力分類，再按不同的設計準則來限制，保證容器在使用期內不發生各種形式的失效。 可應用于承受各種載荷、任何結構形式的壓力容器設計，克服了常規設計的不足。4.9薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強度設計的理論基礎是什么？有何區別？若圓筒外直徑與內直徑的比值1.11.2時，稱為薄壁圓筒；反之，則稱為厚壁圓筒。薄壁圓筒強度設計以薄膜理論為基礎，采用最大拉應力準則；厚

11、壁圓筒的強度計算以拉美公式為基礎，采用塑性失效設計準則或爆破失效設計準則設計。4.10高壓容器的圓筒有哪些結構形式？它們各有什么特點和適用范圍？(1) 多層包扎式：制造工藝簡單，不需要大型復雜的加工設備；與單層式圓筒相比安全可靠性高；對介質適應性強；但制造工序多、周期長、效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節間對焊的深環焊縫對容器的制造質量和安全有顯著影響。(2) 熱套式：具有包扎式圓筒的大多數優點外，還具有工序少，周期短等優點。(3) 繞板式：機械化程度高，制造效率高，材料的利用率也高；但筒節兩端會出現明顯的累積間隙，影響產品的質量。(4) 整體多層包扎式：是一種錯開環縫合采用液壓夾鉗逐層包扎

12、的圓筒結構，避免圓筒上出現深環焊縫，可靠性較高。(5) 繞帶式：又分型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯繞式。型槽繞帶式結構的圓筒具有較高的安全性，機械化程度高，材料的損耗少，且由于存在預緊力，在內壓作用下，筒壁應力分布比較均勻，但對鋼帶的技術要求高。扁平鋼帶傾角錯繞式圓筒結構具有設計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監控容易等優點。4.11高壓容器圓筒的對接深環焊縫有什么不足？如何避免？高壓容器圓筒的對接深環焊縫影響容器的制造質量和安全：(1) 無損檢測困難，無法用超聲檢測，只能依靠射線檢測；(2) 焊縫部位存在很大的焊接殘余應力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降，因而焊縫質量較難保證；(3) 環焊縫的

13、坡口切削工作量大，且焊接復雜。采用整體多層包扎式或繞帶式等組合式圓筒。4.12對于內壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第三強度理論導出，試作推導。在僅受內壓作用時，圓筒內壁處三向應力分量分別為：；顯然，由第三強度理論得：4.13為什么GB150中規定內壓圓筒厚度計算公式僅適用于設計壓力？由圓筒的薄膜應力按最大拉應力準則導出的內壓圓筒厚度計算公式為： （1）按形狀改變比能屈服失效判據計算出的內壓厚壁筒體初始屈服壓力與實測值較為吻合，因而與形狀改變比能準則相對應的應力強度能較好地反映厚壁筒體的實際應力水平。=與中徑公式相對應的應力強度比值隨徑比的增大而增大。當=1.5時，此比值為1.25這表明內壁實際應力

14、強度是按中徑公式計算的應力強度的1.25倍。GB150中取=1.6，在液壓試驗（=1.25）時，筒體內表面的實際應力強度最大為許用應力的1.25×1.25=1.56<1.6倍，說明筒體內表面金屬仍未達到屈服點，處于彈性狀態。這說明式（1）的適用厚度可擴大到1.5。當=1.5時，=0.25，代入式（1）得：即 因此，內壓圓筒厚度計算公式（1）僅適用于0.4時。4.14橢圓形封頭、碟形封頭為何均設置直邊段？直邊段可避免封頭和筒體的連接環焊縫處出現經向曲率半徑突變，改善焊縫的受力狀況。4.15從受力和制造兩方面比較半球形、橢圓形、碟形、錐殼和平蓋封頭的特點，并說明其主要應用場合。(1

15、) 半球形封頭在均勻內壓作用下，薄壁球形容器的薄膜應力為相同直徑圓筒體的一半。但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。半球形封頭常用在高壓容器上。(2) 橢圓形封頭橢球部分經線曲率變化平滑連續，故應力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應用較多的封頭之一。(3) 碟形封頭是一不連續曲面，在經線曲率半徑突變的兩個曲面連接處，由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應力。該邊緣彎曲應力與薄膜應力疊加，使該部位的應力遠遠高于其它部位，故受力狀況不佳。但過渡環殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制碟形封頭的鋼

16、模加工簡單，使碟形封頭的應用范圍較為廣泛。(4) 錐殼結構不連續，錐殼的應力分布并不理想，但其特殊的結構形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒體的中間過渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。(5) 平蓋平蓋厚度計算是以圓平板應力分析為基礎的，主要用于直徑較小、壓力較高的容器。4.16螺栓法蘭連接密封中，墊片的性能參數有哪些？它們各自的物理意義是什么？(1) 墊片比壓力形成初始密封條件時墊片單位面積上所受的最小壓緊力，稱為“墊片比壓力”，用表示，單位為MPa。(2) 墊片系數為保證在操作狀態時法蘭的密封性能而必須施加在墊片上的壓應力，稱為操作密封比壓。操作密封比壓往往用介

17、質計算壓力的倍表示，這里稱為“墊片系數”，無因次。4.17法蘭標準化有何意義？選擇標準法蘭時，應按哪些因素確定法蘭的公稱壓力？為簡化計算、降低成本、增加互換性，制訂了一系列法蘭標準。法蘭標準根據用途分管法蘭和容器法蘭兩套標準。法蘭的公稱壓力應取容器或管道的設計壓力相近且又稍高一級的公稱壓力，且不應低于法蘭材料在工作溫度下的允許工作壓力。4.18在法蘭強度校核時，為什么要對錐頸和法蘭環的應力平均值加以限制？當法蘭錐頸有少量屈服時，錐頸部分和法蘭環所承受的力矩將重新分配，錐頸已屈服部分不能再承受載荷，其中大部分需要法蘭環來承擔，這就使法蘭環的實際應力有可能超過原有的法蘭環強度條件。因此為使法蘭環不

18、產生屈服，保證密封可靠，需對錐頸部分和法蘭環的平均應力加以限制。4.19簡述強制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機理，并以雙錐環密封為例說明保證自緊密封正常工作的條件。(1) 密封機理： 強制式密封：在預緊和工作狀態下都完全依靠連接件的作用力強行擠壓密封元件從而達到密封目的。 自緊式密封：主要依靠容器內部的介質壓力壓緊密封元件實現密封，介質壓力越高，密封越可靠。自緊式密封根據密封元件的主要變形形式，又可分為軸向自緊式密封和徑向自緊式密封。軸向自緊式密封的密封性能主要依靠密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度來保證；而徑向自緊式密封主要依靠密封元件的徑向剛度小于被連接件的徑向剛度來實現。(2)

19、雙錐密封是一種保留了主螺栓但屬于有徑向自緊作用的半自緊式密封結構。為保證自緊密封正常工作，應： 兩錐面上的比壓必須大于軟金屬墊片所需要的操作密封比壓； 合理設計雙錐環的尺寸，使雙錐環有適當的剛度，保持有適當的回彈自緊力。4.20按GB150規定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補強？為什么這些孔可不另行補強？GB150規定，當在設計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足表1要求，就可不另行補強。表1 不另行補強的接管最小厚度接管公稱外徑253238454857657689

20、最小厚度3.54.05.06.0壓力容器常常存在各種強度裕量，例如接管和殼體實際厚度往往大于強度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數小于1但開孔位置不在焊縫上。這些因素相當于對殼體進行了局部加強，降低了薄膜應力從而也降低了開孔處的最大應力。因此，對于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補強。4.21采用補強圈補強時，GB150對其使用范圍作了何種限制，其原因是什么？補強圈等面積補強法是以無限大平板上開小圓孔的孔邊應力分析作為其理論依據。但實際的開孔接管是位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減小實際應力集中系數與理論分析結果之間的差異，GB150對開孔的尺寸和形狀給予一定的限制： 圓

21、筒上開孔的限制，當其內徑1500mm時，開孔最大直徑，且520mm；當其內徑1500mm時，開孔最大直徑，且1000mm。 凸形封頭或球殼上開孔最大直徑。 錐殼（或錐形封頭）上開孔最大直徑，為開孔中心處的錐殼內直徑。 在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。4.22在什么情況下，壓力容器可以允許不設置檢查孔？容器若符合下列條件之一，則可不必開設檢查孔：筒體內徑小于等于300mm的壓力容器；容器上設有可拆卸的封頭、蓋板或其它能夠開關的蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規定檢查孔的尺寸；無腐蝕或輕微腐蝕，無需做內部檢查和清理的壓力容器；制冷裝置用壓力容器；換熱器。4.2

22、3試比較安全閥和爆破片各自的優缺點？在什么情況下必須采用爆破片裝置？(1) 安全閥安全閥的作用是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內過高的壓力。其優點是僅排放容器內高于規定值的部分壓力，當容器內的壓力降至稍低于正常操作壓力時，能自動關閉，避免一旦容器超壓就把全部氣體排出而造成浪費和中斷生產；可重復使用多次，安裝調整也比較容易。但密封性能較差，閥的開啟有滯后現象，泄壓反應較慢。(2) 爆破片爆破片是一種斷裂型安全泄放裝置，它利用爆破片在標定爆破壓力下即發生斷裂來達到泄壓目的，泄壓后爆破片不能繼續有效使用，容器也被迫停止運行。雖然爆破片是一種爆破后不重新閉合的泄放裝置，但與安全閥相比，它有兩個特點

23、：一是密閉性能好，能做到完全密封；二是破裂速度快，泄壓反應迅速。因此，當安全閥不能起到有效保護作用時，必須使用爆破片或爆破片與安全閥的組合裝置。在以下場合應優先選用爆破片作為安全泄放裝置：介質為不潔凈氣體的壓力容器；由于物料的化學反應壓力可能迅速上升的壓力容器；毒性程度為極度、高度危害的氣體介質或盛裝貴重介質的壓力容器；介質為強腐蝕性氣體的壓力容器，腐蝕性大的介質，用耐腐蝕的貴重材料制造安全閥成本高，而用其制造爆破片，成本非常低廉。4.24壓力試驗的目的是什么？為什么要盡可能采用液壓試驗？對于內壓容器，耐壓試驗的目的是：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滲漏，檢驗密封

24、結構的密封性能。對于外壓容器，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，跟缺陷無關，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。由于在相同壓力和容積下，試驗介質的壓縮系數越大，容器所儲存的能量也越大，爆炸也就越危險，故應選用壓縮系數小的流體作為試驗介質。常溫時，水的壓縮系數比氣體要小得多，且來源豐富，因而是常用的試驗介質。4.25簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗步驟，以及內筒與夾套的組裝順序。夾套容器是由內筒和夾套組成的多腔壓力容器，各腔的設計壓力通常是不同的，應在圖樣上分別注明內筒和夾套的

25、試驗壓力值。內筒根據實際情況按外壓容器或內壓容器確定試驗壓力；夾套按內壓容器確定試驗壓力。先做內筒壓力試驗，壓力試驗安全后組裝夾套。在確定了夾套試驗壓力后，還必須校核內筒在該試驗壓力下的穩定性。如不能滿足外壓穩定性要求，則在作夾套的液壓試驗時，必須同時在內筒保持一定的壓力，以確保夾套試壓時內筒的穩定性。4.26為什么要對壓力容器中的應力進行分類？應力分類的依據和原則是什么？壓力容器所承受的載荷有多種類型，如機械載荷（包括壓力、重力、支座反力、風載荷及地震載荷等）、熱載荷等。它們可能是施加在整個容器上（如壓力），也可能是施加在容器的局部部位（如支座反力）。因此，載荷在容器中所產生的應力與分布以及

26、對容器失效的影響也就各不相同。就分布范圍來看，有些應力遍布于整個容器殼體，可能會造成容器整體范圍內的彈性或塑性失效；而有些應力只存在于容器的局部部位，只會造成容器局部彈塑性失效或疲勞失效。從應力產生的原因來看，有些應力必須滿足與外載荷的靜力平衡關系，因此隨外載荷的增加而增加，可直接導致容器失效；而有些應力則是在載荷作用下由于變形不協調引起的，因此具有“自限性”。   因此有必要對應力進行分類，再按不同的設計準則來限制。   壓力容器應力分類的依據是應力對容器強度失效所起作用的大小。這種作用又取決于下列兩個因素：（1） 應力產

27、生的原因。即應力是外載荷直接產生的還是在變形協調過程中產生的，外載荷是機械載荷還是熱載荷。（2）應力的作用區域與分布形式。即應力的作用是總體范圍還是局部范圍的，沿厚度的分布是均勻的還是線性的或非線性的。4.27一次應力、二次應力和峰值應力的區別是什么？  1.一次應力是指平衡外加機械載荷所必須的應力。一次應力必須滿足外載荷與內力及內力矩的靜力平衡關系，它隨外載荷的增加而增加，不會因達到材料的屈服點而自行限制，所以，一次應力的基本特征是“非自限性”。另外，當一次應力超過屈服點時將引起容器總體范圍內的顯著變形或破壞，對容器的失效影響最大。2.二次應力是指由相鄰部件的約束或結構的

28、自身約束所引起的正應力或剪應力。二次應力不是由外載荷直接產生的，其作用不是為平衡外載荷，而是使結構在受載時變形協調。這種應力的基本特征是它具有自限性，也就是當局部范圍內的材料發生屈服或小量的塑性流動時，相鄰部分之間的變形約束得到緩解而不再繼續發展，應力就自動地限制在一定范圍內。3.峰值應力是由局部結構不連續和局部熱應力的影響而疊加到一次加二次應力之上的應力增量，介質溫度急劇變化在器壁或管壁中引起的熱應力也歸入峰值應力。峰值應力最主要的特點是高度的局部性，因而不引起任何明顯的變形。其有害性僅是可能引起疲勞破壞或脆性斷裂。4.28分析設計標準劃分了哪五組應力強度？許用值分別是多少？是如何確定的？&

29、#160; (1)一次總體薄膜應力強度S  許用值以極限分析原理來確定的。S<=KSm  (2)一次局部薄膜應力強度S  S<=1.5KSm  (3)一次薄膜（總體或局部）加一次彎曲應力強度S   S<=1.5KSm  (4)一次加二次應力強度S  根據安定性分析，一次加二次應力強度S許用值為3Sm  (5)峰值應力強度S  按疲勞失效設計準則，峰值應力強度應由疲勞設計曲線得到的

30、應力幅Sa進行評定，即S<=Sa4.29在疲勞分析中，為什么要考慮平均應力的影響？如何考慮？  疲勞試驗曲線或計算曲線是在平均應力為零的對稱應力循環下繪制的，但壓力容器往往是在非對稱應力循環下工作的，因此，要將疲勞試驗曲線或計算曲線變為可用于工程應用的設計疲勞曲線，除了要取一定的安全系數外，還必須考慮平均應力的影響。    平均應力增加時，在同一循環次數下發生破壞的交變應力幅下降，也就是說，在非對稱循環的交變應力作用下，平均應力增加將會使疲勞壽命下降。關于同一疲勞壽命下平均應力與交變應力幅之間相互關系的描述，有多種形式，最簡單的

31、是Goodman提出的方程（見課本4.5疲勞分析）。第五章 儲存設備思考題5.1  根據JB4731規定，取A小于等于0.2L，最大不得超過0.25L，否則容器外伸端將使支座界面的應力過大。因為當A0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎距和支座截面處的彎距絕對值相等，使兩個截面保持等強度。考慮到除彎距以外的載荷，所以常取外圓筒的彎距較小。所以取A小于等于0.2L。   當A滿足小于等于0.2L時，最好使A小于等于0.5Rm（Rm為圓筒的平均半徑）。這是因為支座靠近封頭可充分利用封頭對支座處圓筒的加強作用。思考題5.2  

32、（圖見課本）外伸梁的剪力和彎矩圖與此圖類似，只是在兩端沒有剪力和彎矩作用，兩端的剪力和彎矩均為零思考題5.3  由于支座處截面受剪力作用而產生周向彎距，在周向彎距的作用下，導致支座處圓筒的上半部發生變形，產生所謂“扁塌”現象。    可以設置加強圈，或者使支座靠近封頭布置，利用加強圈或封頭的加強作用。思考題5.4  圓筒上的軸向應力。由軸向彎矩引起。  支座截面處圓筒和封頭上的切向切應力和封頭的附加拉伸應力。由橫向剪力引起。  支座截面處圓筒的周向彎曲應力。由截面上切向切應力

33、引起。  支座截面處圓筒的周向壓縮應力。通過鞍座作用于圓筒上的載荷所導致的。思考題5.5  鞍座包角的大小不僅影響鞍座處圓筒截面上的應力分布，而且也影響臥式儲罐的穩定性和儲罐支座系統的重心高低。包角小，鞍座重量輕，但重心高，且鞍座處圓筒上的應力較大。思考題5.6  如臥式儲罐支座因結構原因不能設置在靠近封頭處（A>0.5Ri），且圓筒不足以承受周向彎距時，就需在支座截面處的圓筒上設置加強圈，以便與圓筒一起承載。思考題5.7  球形儲罐應力分布均勻。   設計時要考慮壓力載荷、重量

34、載荷、風載荷、雪載荷、地震載荷和環境溫度變化引起的載荷。   純桔瓣式的特點是球殼拼裝焊縫較規則，施焊組裝比較容易，加快組裝進度并可對其實施自動焊。但是球瓣在各帶位置尺寸大小不一，只能在本帶內或上，下對稱的帶間互換；下料成型復雜，板材利用率低，板材較小，不易設計人孔和接管。且不易錯開焊縫。   足球瓣式，由于每塊的尺寸相同，下料規格化，材料利用率好，互換性好，組裝焊縫短。但是焊縫排布比較困難，組裝困難，且此類罐的適用容積較小。   混合式罐體基本結合了前面兩種的有點，現在的應用比較廣泛。思考題5.8 &#

35、160; 支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線和球殼相切或相割而焊接起來。若相割，支柱中心線和球殼交點同球心連線與赤道平面的夾角為10°20°。為了能承受風載荷和地震載荷，保證穩定性，還必須在支柱間設置連接拉桿。思考題5.9   不僅要考慮環境溫度、風載荷、雪載荷和地震載荷，還要注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。第六章 換熱設備思考題6.1  按換熱設備熱傳遞原理或傳熱方式進行分類，可分為以下幾種主要形式：  1.直接接觸式換熱器 利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱。  

36、2.蓄熱式換熱器  借助于由固體構成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體。  3.間壁式換熱器  利用間壁（固體壁面）冷熱兩種流體隔開，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。  4.中間載熱體式換熱器  載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體。思考題6.2  1.管式換熱器  按傳熱管的結構形式不同大致可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱

37、器。   在換熱效率、結構緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量等方面不如其它新型換熱器，但它具有結構堅固、可靠、適應性強、易于制造、能承受較高的操作壓力和溫度等優點。在高溫、高壓和大型換熱器中，管式換熱器仍占絕對優勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。  2.板面式換熱器   按傳熱板面的結構形式可分為：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板式換熱器。  傳熱性能要比管式換熱器優越，由于其結構上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態，從而強化了傳熱。板面式換熱器采用板材制作，

38、在大規模組織生產時，可降低設備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。  3.其他一些為滿足工藝特殊要求而設計的具有特殊結構的換熱器，如回轉式換熱器、熱管換熱器、聚四氟乙烯換熱器和石墨換熱器等。思考題6.3  1.固定管板式：結構簡單，承壓高，管程易清潔，可能產生較大熱應力；適用殼側介質清潔；管、殼溫差不大或大但殼側壓力不高。  2.浮頭式：結構復雜，無熱應力、管間和管內清洗方便，密封要求高。適用殼側結垢及大溫差。  3.U形管式：結構比較簡單，內層管不能更換；適用管內清潔、高溫高壓。  4.填料函式

39、：結構簡單，管間和管內清洗方便，填料處易泄漏；適用4MPa以下，溫度受限制。思考題6.4  1.強度脹（密封與抗拉脫弱，無縫隙）；  2.強度焊（密封與抗拉脫強，有縫隙，存在焊接殘余熱應力）；  3.脹焊并用（先焊后脹，至少保證其中之一抗拉脫）。思考題6.5  橫向流誘導振動的主要原因有：卡曼漩渦、流體彈性擾動、湍流顫振、聲振動、射流轉換。   在橫流速度較低時，容易產生周期性的卡曼漩渦，這時在換熱器中既可能產生管子的振動，也可能產生聲振動。當橫流速度較高時，管子的振動一般情況下是由流

40、體彈性不穩定性激發振動，但不會產生聲振動。只有當橫流速度很高，才會出現射流轉換而引起管子的振動。   為了避免出現共振，要使激振頻率遠離固有頻率。可通過改變流速、改變管子固有頻率、增設消聲板、抑制周期性漩渦、設置防沖板或導流筒等途徑來實現。思考題6.6  要使換熱設備中傳熱過程強化，可通過提高傳熱系數、增大換熱面積和增大平均傳熱溫差來實現。  提高對流傳熱系數的方法又可分為有功傳熱強化和無功傳熱強化：  1.有功傳熱強化  應用外部能量來達到傳熱強化目的，如攪拌換熱介質、使換熱表面或流

41、體振動、將電磁場作用于流體以促使換熱表面附近流體的混合等技術。  2.無功傳熱強化  無需應用外部能量來達到傳熱強化的目的。在換熱器設計中，用的最多的無功傳熱強化法是擴展表面，它既能增加傳熱面積，又能提高傳熱系數。  a.如槽管、翅片可增加近壁區湍流度，設計結構時要注意優先增強傳熱系數小的一側的湍流度。  b.改變殼程擋板結構（多弓形折流板、異形孔板、網狀整圓形板），減少死區。改變管束支撐結構（桿式支撐），減少死區。第七章塔設備思考題7.1  無論是填料塔還是板式塔，除了各種內件之外，均由塔體、

42、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺等組成。（具體作用參考課本）思考題7.2  液體分布器安裝于填料上部，它將液相加料及回流液均勻地分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。思考題7.3  1.質量載荷    塔體、裙座、塔內件、塔附件、操作平臺及扶梯質量、偏心載荷（再沸器、冷凝器等附屬設備）；    操作時物料質量；    水壓試驗時充水質量；  2.偏心載荷（彎矩）  3.風載荷

43、  4.地震載荷（垂直與水平）  5.內壓或外壓  6.其他   塔在正常操作、停工檢修和壓力試驗等三種工況下的載荷是上述各種載荷的組合，請讀者自己思考。思考題7.4  根據內壓計算塔體厚度后，對正常操作、停工檢修及壓力試驗工況分別進行軸向最大拉伸應力與最大壓縮應力的校核。如不滿足要求，則需調整塔體厚度，重新進行應力校核。  如何確定筒體軸向應力？（思路）  內壓或外壓引起  重力引起  垂直地震力

44、0; 最大彎矩（風載、水平地震力、偏心彎矩）思考題7.5  安裝于室外的塔設備，在風力的作用下，將產生兩個方向的振動。一種是順風向的振動，即振動方向沿著風的方向；另一種是橫向振動，即振動方向沿著風的垂直方向，又稱橫向振動或風的誘導振動。   為了防止塔的共振，塔在操作時激振力的頻率(即升力作用的頻率或旋渦脫落的頻率)fv不得在塔體第一振型固有頻率的0.851.3倍范圍內。可采取以下措施達到這一目的：1.增大塔的固有頻率。2.采用擾流裝置。3.增大塔的阻尼。思考題7.6  1.裙座底部截面及孔中心橫截面是危險截面。  2.筒體與群座連接處的橫截面。第八章 反應設備思考題8.1  反應設備可分為化學反應器和生物反應器。前者是指在其中實現一個或幾個化學反應，并使反應物通過化學反應轉變為反應產物的設備；后者是指為細胞或酶提供適宜