第四章化工设备的主要零部件 一、填空题 1、法兰联接是由一对法兰、一个垫片、数个螺栓和螺母组成， 2、压力容器法兰：容器筒体与封头、筒体与筒体的联接所用的法兰称为压力容器法兰。 3、管法兰：管道与管道联接所用的法兰称为管法兰。 4、压力容器法兰的密封面有平面型、凹凸型和榫槽型三种形式。 5、标准压力容器法兰有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种类型。 6、管法兰的密封面共有突面、凹凸面、榫槽面、全平面和环连接面五种形式。 7、常用的补强结构有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。 8、鞍式支座有焊制和弯制两种结构形式。 9、爆破片装置是由爆破片、夹持器及接管法兰组成。 10、化工生产中常用的液面计按结构形式有玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮子液面计 和浮标液面计。 11、常用的温度计有膨胀式、电阻式、热电式和辐射式等。 二、简答题 1、为什么管道与管道及筒体与筒体之间可拆卸的联接采用法兰联接？ 由于法兰联接有较好的强度、刚度、密封性和耐腐蚀性，而且适用的尺寸范围较大，在 设备和管道上都可使用，所以被广泛采用。 2、法兰联接泄漏有哪几种途径？ 一是流体通过垫片材料本体的毛细管渗漏，称为“渗透泄漏”，它除了受介质的压力、 温度、粘度、分子结构等流体状态的影响外，主要与垫片的结构和材质有关：另一种是流体 沿着垫片与法兰的接触面泄漏，称为“界面泄漏”。 3、法兰联接的密封原理是什么 法兰联接的密封就是在螺栓压紧力的作用下，使垫片产生变形填满法兰密封面上凹凸不 平的间隙，阻止流体沿界面的泄漏，达到密封的目的。 4、简述压力容器法兰和管法兰公称直径的定义。 压力容器法兰的公称直径是指与法兰相配套的容器或封头的公称直径，对于用钢板卷制 的圆筒公称直径就是其内径，对用无缝钢管制作的圆筒其公称直径指钢管的外径。管法兰的 公称直径（为了与各类管件的叫法一致，也称为公称通径）是指与其相连接的管子的名义直
第四章 化工设备的主要零部件 一、填空题 1、法兰联接是由一对法兰、一个垫片、数个螺栓和螺母组成， 2、压力容器法兰：容器筒体与封头、筒体与筒体的联接所用的法兰称为压力容器法兰。 3、管法兰：管道与管道联接所用的法兰称为管法兰。 4、压力容器法兰的密封面有平面型、凹凸型和榫槽型三种形式。 5、标准压力容器法兰有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种类型。 6、管法兰的密封面共有突面、凹凸面、榫槽面、全平面和环连接面五种形式。 7、常用的补强结构有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。 8、鞍式支座有焊制和弯制两种结构形式。 9、爆破片装置是由爆破片、夹持器及接管法兰组成。 10、化工生产中常用的液面计按结构形式有玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮子液面计 和浮标液面计。 11、常用的温度计有膨胀式、电阻式、热电式和辐射式等。 二、简答题 1、为什么管道与管道及筒体与筒体之间可拆卸的联接采用法兰联接？ 由于法兰联接有较好的强度、刚度、密封性和耐腐蚀性，而且适用的尺寸范围较大，在 设备和管道上都可使用，所以被广泛采用。 2、法兰联接泄漏有哪几种途径？ 一是流体通过垫片材料本体的毛细管渗漏，称为“渗透泄漏”，它除了受介质的压力、 温度、粘度、分子结构等流体状态的影响外，主要与垫片的结构和材质有关；另一种是流体 沿着垫片与法兰的接触面泄漏，称为“界面泄漏”。 3、法兰联接的密封原理是什么 法兰联接的密封就是在螺栓压紧力的作用下，使垫片产生变形填满法兰密封面上凹凸不 平的间隙，阻止流体沿界面的泄漏，达到密封的目的。 4、简述压力容器法兰和管法兰公称直径的定义。 压力容器法兰的公称直径是指与法兰相配套的容器或封头的公称直径，对于用钢板卷制 的圆筒公称直径就是其内径，对用无缝钢管制作的圆筒其公称直径指钢管的外径。管法兰的 公称直径（为了与各类管件的叫法一致，也称为公称通径）是指与其相连接的管子的名义直
径，也就是管件的公称通径。 5、简述补强圈补强的特点。 补强圈补强又称贴板补强，在接管处容器的内外壁上围绕着接管焊上一个圆环板，使容 器局部壁厚增大，降低应力集中，起到补强的作用。补强圈补强结构简单、制造容易、价格 低廉、使用经验成熟，在中低压容器上被广泛使用。 6、等面积补强法的原则是什么？ 等面积补强法的原则是：在有效补强范围内的补强金属截面积要大于或等于开孔中心在 壳体纵截面内开孔而被削弱的金属面积。 7、简述不同容器所采用的不同支座形式。 支座的作用是支承设备，固定其位置。不同的容器可采用不同类型的支座，对大中型的 卧式容器常用鞍式支座，大型的塔式容器常用裙式支座，小型容器常用的有支承式支座、耳 式支座、腿式支座等：球形容器可采用柱式、裙式、半埋式及高架式等。 8、简述安全阀的作用。 安全阀是一种超压泄放装置，其作用是当容器在正常的工作压力下运行时，它能保持严 密不漏，而当容器内的压力超过规定值时，它便能自动开启使容器内的介质部分或全部迅速 排出，并能发出较大的气流响声而起到自动报警的作用。 9、简述安全阀的优点。 安全阀的优点是：只排放容器内高于规定部分的压力，当压力降至正常工作压力时阀就 可自动关闭，不影响设备的继续工作，且安全阀调整也比较容易。 10、简述安全阀的缺点。 安全阀的缺点是：密封性较差，即使是符合规定的安全阀也难免有微量的泄漏，由于弹 簧的惯性作用使阀的开启和关闭都有滞后现象，难以适应急剧化学反应迅速升压所需要的快 速泄放要求，对粘性较大或有结晶体的液体介质，阀瓣有时可能会被粘住而影响开启精度。 11、简述安全阀的适用范围。 安全阀适用于：介质是比较清洁的气体（空气、水蒸气等）的设备上，不宜用于介质具 有剧毒性的设备，更不能用于容器内有可能产生剧烈的化学反应而使压力急刷剧升高的设备。 12简述单圈弹簧管式压力表的特点。 它的特点是结构牢固、密封性好，具有较高的准确度，对使用条件要求也不高。但在使 用期间需进行检修、校验，且不宜用于测定频率较高的脉动压力和使用在有强烈震动的场合。 13简述液面计的作用
径，也就是管件的公称通径。 5、简述补强圈补强的特点。 补强圈补强又称贴板补强，在接管处容器的内外壁上围绕着接管焊上一个圆环板，使容 器局部壁厚增大，降低应力集中，起到补强的作用。补强圈补强结构简单、制造容易、价格 低廉、使用经验成熟，在中低压容器上被广泛使用。 6、等面积补强法的原则是什么？ 等面积补强法的原则是：在有效补强范围内的补强金属截面积要大于或等于开孔中心在 壳体纵截面内开孔而被削弱的金属面积。 7、简述不同容器所采用的不同支座形式。 支座的作用是支承设备，固定其位置。不同的容器可采用不同类型的支座，对大中型的 卧式容器常用鞍式支座，大型的塔式容器常用裙式支座，小型容器常用的有支承式支座、耳 式支座、腿式支座等；球形容器可采用柱式、裙式、半埋式及高架式等。 8、简述安全阀的作用。 安全阀是一种超压泄放装置，其作用是当容器在正常的工作压力下运行时，它能保持严 密不漏，而当容器内的压力超过规定值时，它便能自动开启使容器内的介质部分或全部迅速 排出，并能发出较大的气流响声而起到自动报警的作用。 9、简述安全阀的优点。 安全阀的优点是：只排放容器内高于规定部分的压力，当压力降至正常工作压力时阀就 可自动关闭，不影响设备的继续工作，且安全阀调整也比较容易。 10、简述安全阀的缺点。 安全阀的缺点是：密封性较差，即使是符合规定的安全阀也难免有微量的泄漏，由于弹 簧的惯性作用使阀的开启和关闭都有滞后现象，难以适应急剧化学反应迅速升压所需要的快 速泄放要求，对粘性较大或有结晶体的液体介质，阀瓣有时可能会被粘住而影响开启精度。 11、简述安全阀的适用范围。 安全阀适用于：介质是比较清洁的气体（空气、水蒸气等）的设备上，不宜用于介质具 有剧毒性的设备，更不能用于容器内有可能产生剧烈的化学反应而使压力急剧升高的设备。 12 简述单圈弹簧管式压力表的特点。 它的特点是结构牢固、密封性好，具有较高的准确度，对使用条件要求也不高。但在使 用期间需进行检修、校验，且不宜用于测定频率较高的脉动压力和使用在有强烈震动的场合。 13 简述液面计的作用
液面计是用来观察设备内部液位变化的构件。通过观测液位的高低，一方面可确定容器 内物料的数量，以保证生产过程中各环节必须定量的物料：另一方面可反映连续生产过程是 否正常，以便可靠地控制过程的进行。 14试述为什么要对容器开孔后进行补强。 容器开孔以后，不仅是容器的整体强度削弱，而且由于设备结构的连续性被破坏，使孔 边局部区域内的应力显著增加，其最大应力的值有时可达正常器壁应力的数倍，这种局部应 力增大的现象称为应力集中。在开孔边缘除了应力集中现象外，开孔焊上接管后在接管上的 其他外载荷及容器材质、制造缺陷等各种因素的综合作用下，开孔接管处往往会成为容器的 破坏源。因此对容器开孔应予以足够的重视，采取适当的补强措施，以保证其具有足够的强 度。 15试述安全阀的工作原理。 安全阀的工作原理：容器正常工作时介质作用于阀瓣上的力小于弹簧对阀瓣的压力，所 以阀瓣紧靠在阀体上，阀是关闭的：当容器内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开 启压力时，介质作用于阀瓣上的力大于弹簧对阀瓣的压力，于是阀瓣离开阀体，安全阀开启， 设备内的介质排出：当排出一部分介质后容器内压力很快降低至正常的工作压力，此时介质 作用于阀瓣上的力小于弹簧对阀瓣的压力，使安全阀再次关闭，设备继续工作。 16试述安全阀的使用与维护方法。 日常使用中为确保安全阀的良好工作状态，应保持阀体的清洁、防止被油垢和异物堵塞， 防止阀体和弹簧锈蚀：要经常检查阀的铅封是否完好，杠杆式安全阀的重锤是否松动或被移 动、弹簧式安全阀的调节螺母是否被任意拧动。发现有泄漏时应及时更换或检修，禁止用加 大载荷的方法来消除泄漏：为防止阀瓣被粘住，对用于空气、水蒸气或虽带有黏性脏物但排 放后不会造成危害的其他气体的安全阀，应定期做手提排气以冲刷污物。 三、计算题 有一压力容器，内径Di=3500mm,工作压力p=3MPa,工作温度150℃，筒体材质16MnR, 壁厚38mm。在此容器上开一个480mm×12mm人孔，人孔的外伸长250mm,内部与器壁平齐， 腐蚀裕量取2m,开孔未与焊缝相交，若用补强圈补强，确定补强圈的尺寸。 解：1、确定是否需要补强 按照GB150规定，人孔外直径为480mm大于89mm,故此开孔需要补强。 2、补强计算 (1)计算筒体上开孔后被削弱的金属截面积A
液面计是用来观察设备内部液位变化的构件。通过观测液位的高低，一方面可确定容器 内物料的数量，以保证生产过程中各环节必须定量的物料；另一方面可反映连续生产过程是 否正常，以便可靠地控制过程的进行。 14 试述为什么要对容器开孔后进行补强。 容器开孔以后，不仅是容器的整体强度削弱，而且由于设备结构的连续性被破坏，使孔 边局部区域内的应力显著增加，其最大应力的值有时可达正常器壁应力的数倍，这种局部应 力增大的现象称为应力集中。在开孔边缘除了应力集中现象外，开孔焊上接管后在接管上的 其他外载荷及容器材质、制造缺陷等各种因素的综合作用下，开孔接管处往往会成为容器的 破坏源。因此对容器开孔应予以足够的重视，采取适当的补强措施，以保证其具有足够的强 度。 15 试述安全阀的工作原理。 安全阀的工作原理：容器正常工作时介质作用于阀瓣上的力小于弹簧对阀瓣的压力，所 以阀瓣紧靠在阀体上，阀是关闭的；当容器内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开 启压力时，介质作用于阀瓣上的力大于弹簧对阀瓣的压力，于是阀瓣离开阀体，安全阀开启， 设备内的介质排出；当排出一部分介质后容器内压力很快降低至正常的工作压力，此时介质 作用于阀瓣上的力小于弹簧对阀瓣的压力，使安全阀再次关闭，设备继续工作。 16 试述安全阀的使用与维护方法。 日常使用中为确保安全阀的良好工作状态，应保持阀体的清洁、防止被油垢和异物堵塞， 防止阀体和弹簧锈蚀；要经常检查阀的铅封是否完好，杠杆式安全阀的重锤是否松动或被移 动、弹簧式安全阀的调节螺母是否被任意拧动。发现有泄漏时应及时更换或检修，禁止用加 大载荷的方法来消除泄漏；为防止阀瓣被粘住，对用于空气、水蒸气或虽带有黏性脏物但排 放后不会造成危害的其他气体的安全阀，应定期做手提排气以冲刷污物。 三、计算题 有一压力容器，内径 Di=3500mm，工作压力 p=3MPa，工作温度 150℃，筒体材质 16MnR， 壁厚 38mm。在此容器上开一个 480mm×12mm 人孔，人孔的外伸长 250mm，内部与器壁平齐， 腐蚀裕量取 2mm，开孔未与焊缝相交，若用补强圈补强，确定补强圈的尺寸。 解：1、确定是否需要补强 按照 GB150 规定，人孔外直径为 480mm 大于 89mm，故此开孔需要补强。 2、补强计算 （1）计算筒体上开孔后被削弱的金属截面积 A
选人孔筒节材质与筒体相近，为16血。再由管壁厚δ：=12查表3-12得： C1=15%×12=1.8mm。C=C1+C2=3.8mm。 筒体为卷焊制，由钢板厚⊙。=38查表3-10得：C1=1.1m。C=C1+C2=3.1m。 开孔直径：d=di+2C=(480-2×12)+2×3.8=463.6mm 查表3-6和表3-7得筒体和人孔在设计温度下材料的许用应力分别为：[o]t=157MPa, [o]tt=163MPa,故fr=163/157=1.038>1,取fr=1. 6= P.D 3×3500 筒体计算厚度 2op-p.2×157x1-3 =33.76 mm 筒体有效厚度0.=0。-C=38-3.1=34.9 m P.D 3×456 6= =4.24 人孔计算厚度 2[o10-P。2×163x1-3 mm 人孔有效厚度⊙.=0-C=12-3.8=8.2m A=d6+266(1-f) =463.6×33.76+0 =15651.136 mm2 (2)确定有效补强范围 因2d=2×463.6=927.2, d+2δn+26mt=463.6+2×38+2×12=563.6 故取大值：B=2d=2×463.6=927.2m 外伸有效高度么=a6.=V463.6x12=74.59,人孔外伸250， 故取小值：h=74.59m 人孔内部与器壁平齐，故h=0 (3)计算有效补强范围内可以用来补强的金属截面积Ae ①计算壳体多余金属截面积A1 A,=(B-d(6.-6)-26(6-6)1-f) =(927.2-463.6)×(34.9-33.76)-0=528.504mm2 ②计算接管多余的管壁截面积A2
选人孔筒节材质与筒体相近，为 16Mn。再由管壁厚 nt =12 查表 3-12 得： C1=15%×12=1.8mm。C=C1+C2=3.8mm。 筒体为卷焊制，由钢板厚 n = 38 查表 3-10 得：C1=1.1mm。C=C1+C2=3.1mm。 开孔直径：d=di+2C=(480－2×12)+2×3.8=463.6mm 查表 3-6 和表 3-7 得筒体和人孔在设计温度下材料的许用应力分别为：[σ]t=157MPa， [σ]tt=163MPa，故 fr=163/157=1.038>1，取 fr=1。 筒体计算厚度 33.76 2 157 1 3 3 3500 2 c t c i = − = − = p p D mm 筒体有效厚度 e = n −C = 38−3.1= 34.9 mm 人孔计算厚度 4.24 2 163 1 3 3 456 2 t c c i t = − = − = p p D t mm 人孔有效厚度 et = nt −C =12−3.8 = 8.2 mm 15651.136 463.6 33.76 0 2 (1 ) et = = + = + − r A d f mm2 （2）确定有效补强范围 因 2d = 2 463.6 = 927.2 ， d + 2 n + 2 nt = 463.6+ 238+ 212 = 563.6 故取大值： B = 2d = 2463.6 = 927.2 mm 外伸有效高度 h1 = d nt = 463.612 = 74.59 ，人孔外伸 250mm， 故取小值： h1 = 74.59 mm 人孔内部与器壁平齐，故 h2 = 0。 （3）计算有效补强范围内可以用来补强的金属截面积 Ae ①计算壳体多余金属截面积 A1 (927.2 463.6) (34.9 33.76) 0 528.504 ( )( ) 2 ( )(1 ) 1 e et e r = − − − = A = B − d − − − − f mm2 ②计算接管多余的管壁截面积 A2
A2=2h(δ-δ)f+2h(δ4-C2)f =2×74.59×(8.2-4.24)×1-0=590.7528mm2 ③计算焊缝金属截面积A3 取焊角高度为8mm。两个等边直角三角形（直边长度为焊角高度）面积为： 4=2x82 =64 mm2 用来补强的金属面积为： A.=4+4,+4,=528.504+590.7528+64=1183.2568m2 由于A=183.25684=14467.88m2,可满足补强要求
2 74.59 (8.2 4.24) 1 0 590.7528 2 ( ) 2 ( ) 2 1 et t r 2 et 2 r = − − = A = h − f + h −C f mm2 ③计算焊缝金属截面积 A3 取焊角高度为 8mm。两个等边直角三角形（直边长度为焊角高度）面积为： 64 2 2 8 2 3 = A = mm2 用来补强的金属面积为： Ae = A1 + A2 + A3 = 528.504+590.7528+ 64 =1183.2568 mm2 由于 Ae =1183.2568 A =15651.136 ，故需要另行补强。 3、确定标准补强圈尺寸 取补强圈厚度与筒体厚度相等： c = 38 mm，查表 3-10 得：板厚负偏差 C1 = 0.9 mm。 由于补强圈与空气接触，有轻微腐蚀，取腐蚀裕量 C2 =1 mm。 故补强圈有效厚度为： ce = 38−(0.9+1) = 36.1 mm 根据接管公称直径（450），查表 6-11 得标准补强圈外径 D2 = 760 mm。 补强圈的有效金属面积为： Ac = ce (D2 − D1 ) = 36.1(760− 480) =10108 mm2， Ac =10108 A4 =14467.88 mm2。 标准补强圈不能满足需补强的面积，可选补强圈外径 D2 = B = 928 mm。 补强圈的有效金属面积为： Ac = ce (D2 − D1 ) = 36.1(928− 480) =16172.8 mm2 Ac =16172.8 A4 =14467.88 mm2，可满足补强要求