化工設(shè)備選型與配置工程師考試題目及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述化工設(shè)備選型的主要依據(jù)和考慮因素。二、某管殼式換熱器，管程流體為水，殼程流體為有機(jī)熱載體。試分析水側(cè)和有機(jī)熱載體側(cè)可能發(fā)生的腐蝕類型，并簡(jiǎn)述各自常用的防腐措施。三、試比較離心泵和往復(fù)泵在結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)（如流量與揚(yáng)程關(guān)系、是否自吸、效率特性等）方面的主要區(qū)別，并說(shuō)明它們各自的主要應(yīng)用場(chǎng)合。四、在一化工生產(chǎn)中，需處理含固體顆粒的懸浮液。初步考慮采用過(guò)濾或離心分離方式。請(qǐng)簡(jiǎn)述這兩種分離方法的原理、基本設(shè)備類型，并分析選擇哪種方法可能更合適，說(shuō)明理由。五、某反應(yīng)釜需在高溫高壓下操作，反應(yīng)物料具有腐蝕性。試從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全防護(hù)等多個(gè)角度，論述在選用該反應(yīng)釜時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮哪些問(wèn)題。六、簡(jiǎn)述影響換熱器選型的主要因素，并說(shuō)明如何根據(jù)工藝要求選擇換熱器的類型（如管殼式、板式等）。七、在化工裝置設(shè)備配置時(shí)，除了滿足工藝流程要求外，還需要考慮哪些因素？請(qǐng)舉例說(shuō)明。八、試述壓力容器設(shè)計(jì)中，安全泄壓裝置（如安全閥、爆破片）的作用、選型原則及安裝注意事項(xiàng)。九、某項(xiàng)目需要選用一臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)，壓縮介質(zhì)為空氣，流量需求為100m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），終壓為0.8MPa（表壓），進(jìn)氣溫度為25°C，相對(duì)濕度為50%。在初步選型時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵參數(shù)？如果僅從提高能源效率角度出發(fā)，該設(shè)備配置層面可以采取哪些措施？十、結(jié)合實(shí)例，簡(jiǎn)述在化工設(shè)備選型與配置過(guò)程中，如何平衡安全、可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。試卷答案一、化工設(shè)備選型的主要依據(jù)包括：工藝要求（如操作溫度、壓力、物料性質(zhì)、處理量）、設(shè)備性能（如效率、強(qiáng)度、可靠性）、安全規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)性（投資成本、運(yùn)行費(fèi)用）、材料兼容性、安裝場(chǎng)地與空間限制、操作維護(hù)便利性、環(huán)境影響等。選型需綜合考慮這些因素，確保所選設(shè)備滿足工藝要求，并安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。二、水側(cè)可能發(fā)生的腐蝕：主要為氧腐蝕（尤其在流動(dòng)不暢處）、垢下腐蝕（如碳酸鈣垢導(dǎo)致氧濃度差電池）。防腐措施：提高水流速、保持清潔、加緩蝕劑、采用耐腐蝕材料（如不銹鋼）、進(jìn)行陰極保護(hù)。有機(jī)熱載體側(cè)可能發(fā)生的腐蝕：取決于載體種類和溫度，可能為氧化腐蝕、熱解腐蝕、與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。防腐措施：選用與載體兼容性好的耐腐蝕材料（如鈦、鎳基合金、特定牌號(hào)不銹鋼）、控制運(yùn)行溫度、定期分析載體成分、選用惰性載體或添加穩(wěn)定劑。三、區(qū)別：1.結(jié)構(gòu)：離心泵為葉輪式，往復(fù)泵為活塞式或隔膜式。2.工作原理：離心泵利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，往復(fù)泵利用活塞或隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力。3.流量與揚(yáng)程關(guān)系：離心泵揚(yáng)程隨流量增大而降低，往復(fù)泵理論流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與出口壓力有關(guān)。4.自吸能力：離心泵無(wú)自吸能力，啟動(dòng)前需充滿液體；往復(fù)泵具有自吸能力。5.效率特性：離心泵高效區(qū)較寬；往復(fù)泵效率在額定流量附近最高。6.流體性質(zhì)適應(yīng)性：離心泵對(duì)含固體顆粒的液體適應(yīng)性差；往復(fù)泵（尤其隔膜泵）可處理高粘度、含固體顆粒的液體。應(yīng)用場(chǎng)合：離心泵適用于大流量、中低揚(yáng)程的場(chǎng)合，如給水、輸液；往復(fù)泵適用于小流量、高揚(yáng)程，或需要精確控制流量的場(chǎng)合，如壓縮空氣、液壓系統(tǒng)、輸送高粘度物料。四、過(guò)濾原理：利用多孔介質(zhì)（濾料）將懸浮液中的固體顆粒截留，液體通過(guò)?；驹O(shè)備：過(guò)濾機(jī)（板框、轉(zhuǎn)筒、葉濾）、濾紙、砂濾罐等。離心分離原理：利用離心力場(chǎng)使懸浮液中的固體顆粒（密度大于液體）受到更大的離心力，從而被甩到器壁并分離出來(lái)。基本設(shè)備：離心機(jī)（間歇式、連續(xù)式）。選擇分析：若處理量不大，固體顆粒較粗，且對(duì)純度要求不高，過(guò)濾可能更合適。若處理量較大，需要快速分離或處理含有粘性、細(xì)小顆粒的懸浮液，或需要回收固體，離心分離可能更合適。五、選用高溫高壓腐蝕性反應(yīng)釜時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮：1.材料選擇：根據(jù)最高工作溫度和壓力，以及物料腐蝕性，選擇合適的耐高溫、耐高壓、耐腐蝕材料（如高合金鋼、鈦、鎳基合金、特定牌號(hào)不銹鋼），并進(jìn)行材料認(rèn)證。2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：保證足夠的壁厚和強(qiáng)度，滿足壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范；設(shè)計(jì)合理的封頭形式，考慮應(yīng)力集中；確保焊縫質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性；考慮熱膨脹應(yīng)力，可能需要設(shè)置膨脹節(jié)或預(yù)留膨脹空間。3.安全防護(hù)：必須設(shè)置符合規(guī)范的安全泄壓裝置（安全閥、爆破片）；配備完善的壓力、溫度等參數(shù)監(jiān)測(cè)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)；設(shè)置液位計(jì)、視鏡等觀察和取樣接口；考慮緊急停車系統(tǒng)和應(yīng)急處理設(shè)施。4.密封設(shè)計(jì)：選擇耐高溫、耐腐蝕的密封材料（如石墨、柔性石墨、聚四氟乙烯），設(shè)計(jì)可靠的法蘭、接縫結(jié)構(gòu)，防止泄漏。5.附件配置：根據(jù)工藝需要配置攪拌器（考慮高剪切、耐腐蝕葉片）、傳熱面（管式、板式）、進(jìn)出料管線及閥門等，并確保其材質(zhì)和設(shè)計(jì)也滿足要求。六、影響換熱器選型的主要因素：工藝物料性質(zhì)（溫度、壓力、腐蝕性、粘度、流化性）、熱負(fù)荷大小、允許壓降、傳熱要求（對(duì)數(shù)平均溫差）、清洗要求、投資成本、運(yùn)行費(fèi)用、安裝空間、操作條件（連續(xù)/間歇）、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。選擇換熱器類型分析：*管殼式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、處理能力大、適應(yīng)性強(qiáng)（耐高壓、高溫、腐蝕性流體），清洗相對(duì)方便（管程易清洗），但壓降較大、傳熱效率相對(duì)較低。適用于大多數(shù)工業(yè)換熱場(chǎng)合。*板式：傳熱效率高、壓降小、單位體積傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、密封要求高。適用于清潔、粘度不大、腐蝕性不強(qiáng)的流體，以及小溫差、高熱回收率的場(chǎng)合。板式換熱器種類多（如板式、螺旋板式、板翅式），需根據(jù)具體條件選擇。七、化工裝置設(shè)備配置時(shí)需考慮的因素：1.工藝流程連續(xù)性和順暢性：確保設(shè)備布置有利于物料的流動(dòng)和傳遞，減少管道彎頭和阻流。2.操作與維護(hù)便利性：保證足夠的操作空間和檢修通道，便于設(shè)備安裝、操作、維護(hù)和更換。3.安全與防爆：考慮設(shè)備間距、通風(fēng)、消防、防爆要求，危險(xiǎn)設(shè)備相對(duì)隔離布置。4.環(huán)境與美觀：考慮噪聲、振動(dòng)、粉塵、氣味控制，以及裝置整體布局的美觀性。5.公用工程（水、電、汽、冷）配套：合理布置以方便蒸汽、冷卻水、電力等公用工程的連接。6.投資經(jīng)濟(jì)性：合理利用空間，減少管道和建筑成本。7.未來(lái)擴(kuò)建可能性：留有適當(dāng)?shù)挠嗔亢涂臻g。八、安全泄壓裝置作用：在壓力容器或系統(tǒng)內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)排放通道，泄放部分介質(zhì)，使壓力迅速降至安全范圍內(nèi)，防止設(shè)備或管道超壓破裂造成事故。選型原則：泄壓裝置的泄放能力必須大于最大可能的超壓泄放量；泄放壓力應(yīng)低于設(shè)備的最大允許工作壓力；泄放介質(zhì)應(yīng)排至安全地點(diǎn)，避免造成次生災(zāi)害；根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)、溫度、壓力比、泄放量等選擇合適類型（安全閥、爆破片、易熔片等）；對(duì)于毒性、易燃易爆介質(zhì)，應(yīng)選用全啟式安全閥并接至密閉系統(tǒng)；爆破片用于易熔片無(wú)法適用或需要快速完全泄壓的場(chǎng)合。安裝注意事項(xiàng)：安全閥應(yīng)安裝在便于觀察和維修的位置，出口應(yīng)有足夠的排汽管，防止背壓影響泄放效果；爆破片應(yīng)按設(shè)計(jì)角度安裝，并考慮更換方便；泄放管線應(yīng)能承受背壓和排放速度產(chǎn)生的動(dòng)壓；泄放口應(yīng)指向安全區(qū)域；安全閥需定期校驗(yàn)。九、初步選型時(shí)需考慮的關(guān)鍵參數(shù)：流量（m3/h）、進(jìn)口/出口壓力、進(jìn)口/出口溫度、氣體組分（用于確定壓縮性）、功率、轉(zhuǎn)速、氣閥形式與尺寸、油水分離要求、噪聲水平、外形尺寸與重量。提高能源效率的措施：1.優(yōu)化壓縮工藝：采用多級(jí)壓縮、中間冷卻、余熱回收等措施降低功耗。2.選用高效設(shè)備：選用能效等級(jí)高的壓縮機(jī)。3.設(shè)備配置優(yōu)化：合理匹配電機(jī)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，減少傳動(dòng)損耗；優(yōu)化管路設(shè)計(jì)，降低壓縮后冷卻或輸送的能耗。4.運(yùn)行管理：根據(jù)實(shí)際工況變頻調(diào)速，避免在全壓或低負(fù)荷下運(yùn)行；定期維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備高效運(yùn)行。5.采用變頻技術(shù)：對(duì)流量需求波動(dòng)的場(chǎng)合，采用變頻調(diào)速可顯著節(jié)能。十、平衡安全、可靠性與經(jīng)濟(jì)性關(guān)系的實(shí)例分析：*安全優(yōu)先：對(duì)于處理劇毒或易燃易爆介質(zhì)的設(shè)備，必須選用最高等級(jí)的安全標(biāo)準(zhǔn)和最可靠的密封、防爆設(shè)計(jì)，即使成本較高，也是必須的，否則事故后果不堪設(shè)想。安全是底線。*可靠性考量：選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、可靠性高的設(shè)備品牌和類型，雖然初始投資可能略高，但能減少故障停機(jī)帶來(lái)的巨大生產(chǎn)損失和維修成本，從全生命周期看更經(jīng)濟(jì)。例如，選用優(yōu)質(zhì)軸承和密封件。*經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化：在滿足安全和基本可靠性要求的前提下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、選用性價(jià)比高的材料或標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)降低成本。例如，優(yōu)化換熱器管板設(shè)計(jì)減少材料消耗；選用耐腐蝕性稍差但成本更低的不銹鋼牌號(hào)（需評(píng)估維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)）。*