化工设备机械基础习题和答案.docx 21页

'《化工设备机械基础》习题解答 《化工设备机械基础》习题解答第一篇:化工设备材料第一章化工设备材料及其选择一.名词解释A组:1.蠕变:在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。2.延伸率:试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。3.弹性模数(E):材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε，比例系数E为弹性模数04.硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。5.冲击功与冲击韧性:冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。6.泊桑比(口):拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，二o.307.耐腐蚀性:金属和合金对周围介质侵蚀(发生化学和电化学作用引起的破坏)的抵抗能力。8.抗氧化性:金属和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服点:金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。10.抗拉强度:金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。B组:1.镇静钢:镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂Si，Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生成Si02和A12030钢镀膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢键上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。2.沸腾钢:沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其链模上小下大，浇注后钢液在键模中发生自脱氧反应，放出大量CO气体，造成沸腾现象。沸腾钢徒中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全键之中，因而内部结构疏松。3.半镇静钢:介于镇静钢和沸腾钢之间，链模也是上小下大，钢链内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。4.低碳钢:含碳量低于0.25%的碳素钢。5.低合金钢:一般合金元素总含量小于5%的合金钢。6.碳素钢:这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。7.铸铁:含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体:碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体09.奥氏体:碳溶解在V-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。10.马氏体:钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在G铁中过饱和的固溶体。c.1.热处理:钢铁在国态下通过加热，保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理，化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。2.正火:将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火:把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。4.1卒火:将钢加热至浮火温度(临界点以3050oC)并保温一定时间，然后再猝火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。浮火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5.回火:在零件碎火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件洋火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。6.调质:洋火力口高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。7.普通碳素钢:这种钢含硫，磷等有害杂质较多，要求S运0.055%，P运O.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如:Q235A.F。8.优质碳素钢:含硫，磷等较少(含硫S、磷P均运0.04%)，非金属杂质少，组织均匀，表面质量较好。9.不锈钢和不锈耐酸钢:不锈钢是耐大气腐蚀的钢;耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。10.锅炉钢:有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管王要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D.1.容器钢:化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器用钢板有比较严格的要求。2.耐热钢:能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。o3.低温用钢:由于普通碳钢在低温下(-20C以下)会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性(包括低温韧性)，良好的加工工艺性和可焊性的钢。4.腐蚀速度:评定金属的腐蚀有两种方法。(1)根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即:7K==PO-Plυ!_F.t(只/m2•h)7K:腐蚀速度，g/cm2·h;po:腐蚀前试件的重亘，g;Pl:腐蚀后试件的重豆，g;F:试件与腐蚀介质接触的面积，m2:t:腐蚀作用的时间，h;(2)根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即:7K==24x365K==___K(mm/a)7_.-----8.76一7u1000ρρ式中:Ka:用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a;p:金属的相对密度，g/cm307 5.化学腐蚀:金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生7 化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。6.电化学腐蚀:金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。7.氢腐蚀:氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。8.晶间腐蚀:一种局部的，选择性的破坏。9.应力腐蚀:金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。10.阴极保护:把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。二.指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量A组钢号种类含碳量%合金元素二雷(%)符号忘义Q235-A.F普通碳素甲类钢F:沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-A普通碳素甲类钢A:甲类钢20g优质碳素结构钢O.2%g:锅炉钢16MnR普通低合金钢O.16%<1.5%R:容器钢20Mn岛"10普通低合金钢O.2%MnMo<1.5%16MnDR普通低合金钢O.16%Mn:<1.5%D:低温钢14Crl真宜。普通低合金钢O.14%Cr:0.9-1.3%:Mo:<1.5%OCr13络不锈钢<0.08%Cr:13%lCr18Ni9Ti奥氏体不锈钢O.1%Cr:18%:Ni:9%:Ti:<1.5%00Cr19NilO奥氏体不锈钢<0.03%Cr:19%:Ni:10%B组:钢号种类含碳J目亘r%合金元素含量(%)符号忘义Q235-B普通碳素乙类钢F:沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AR普通碳素甲类容器钢R:容器钢16Mng普通低合金钢O.16%Mn:<1.5%g:锅炉钢18Nbb普通低合金钢O.18%Nb:<1.5%b:半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢O.18%Mn.Mo.Nb:<1.5%09岛fnNiDR普通低合金钢0.09%Mn.Ni:<1.5%R:容器钢06MnNb普通低合金钢0.06%Mn.Nb:50%D_t<720Co表中:α=1/2(al+α2)，α1，α2分别为管板与换热管材料的线膨胀系数，l/C。Aα=1α1-α2I，l/oC0D_t等于操作温度减去室温(200C)。7.换热管与管板的焊接连接法有何优缺点?焊接接头的形式有哪些?答:焊接连接比胀接连接有更大的优越性:在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性:管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时;焊接工艺比胀接工艺简单:在压力不太高时可使用较薄的管板。焊接连接的缺点是:由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀和破裂;同时管子与管板间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成"间隙腐蚀"。焊接接头的形式有:①管板孔上不开坡口;②管板孔端开600坡口;③管子头部不突出管板:④孔四周开沟槽。8.换热管采用胀焊结合方法固定于管板上有何优点?主要方法有哪些?答:胀焊结合方法的优点:由于焊接连接产生应力腐蚀及间隙腐蚀，尤其在高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无论采用胀接或焊接均难以满足要求。而胀焊结合法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。主要方法有:先强度焊后贴胀、先强度焊后强度胀、先强度胀后密封焊等多种。9.管子在管板上排列的标准形式有哪些?各适用于什么场合?答:排列的标准形式有:①正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不19 需要进行机械清洗的场合。②正方形和转角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管间的场合。10.<<钢制管壳式换热器设计规定》中换热器管板设计方法的基本思想是什么?答:其基本思想是:将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这一弹性基础上的圆平板，然后根据载荷大小、管束的刚度及周边支撑情况来确定管板的弯曲应力。由于它比较全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而计算比较精确。但计算公式较多，计算过程也较繁杂。但应用计算机进行设计计算，是一种有效的设计方法。11.换热管分程原因是什么?一般有几种分程方法?应满足什么条件?其相应两侧的管箱隔板形式如何?答:分程原因:当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。分程方法:为了把换热器做成多管程，可在流道室(管箱)中安装与管子中心线相平行的分程隔板。管程数一般有1，2，4，6，8，10，12等七种。满足条件:①各程换热管数应大致相等:②相邻程问平均壁温差一般不应超过280C;③各程间的密封长度应最短;④分程隔板的形式应简单。管箱隔板形式有:单层和双层两种。12.折流板的作用如何?常用有哪些形式?如何定位?答:在对流传热的换热器中，为了提高壳程内流体的流速和加强端流强度，以提高传热效率，在壳程内装置折流板。折流板还起支撑换热管的作用。常用形式有:弓形、圆盘一圆环形和带扇形切口三种。折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，折流板就穿在拉杆上，各板之间则以套在拉杆上的定距管来保持板间距离。最后一块折流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。13.固定管板式换热器中温差应力是如何产生的?有哪些补偿温差应力的措施?答:当操作时，壳体和管子温度都升高，若管壁温度高于壳壁温度，则管子自由伸长量比壳体自由伸长量大，但由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力;管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力，也称热应力。补偿温差应力的措施有:解决壳体与管束膨胀的不一致11金;或是消除壳体与管子间刚性约束，使壳体和管子都自由膨胀和收缩。①减少壳体与管束间的温度差;②装设侥性构件;③使壳体和管束自由热膨胀:④双套管温度补偿。14.何谓管子拉脱力?如何定义?产生原因是什么?答:换热器在操作中，承受流体压力和管壳壁的温度应力的联合作用，这两个力在管子与管板的连接接头处产生了一个拉脱力，使管子与管板有脱离的倾向。拉脱力的定义:管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位为帕。15.壳程接管挡板的作用是什么?主要有哪些结构形式?答:在换热器进口处设置挡板(常称为导流筒)，它可使加热蒸汽或流体导致靠近管板处才进入管束间，更充分的利用换热面积，目前常用这种结构来提高换热器的换热能力。三、试验算固定管板式换热器的拉脱力19 已知条件如下:项目操作压力MPa操作温度。C材质线膨胀系数1/0C弹性模数MPa许用应力MPa尺寸m管子根数排列方式管间距mm管子与管板连接结构:胀接长度m许用拉脱力MPa管子1.02001011.8X10-60.21X106113