化工設備機械基礎試題含答案1.（單選）某反應釜內徑1200mm，設計壓力1.6MPa，材料Q345R，焊接接頭系數(shù)0.85，腐蝕裕量2mm，常溫下許用應力[σ]=183MPa。按GB/T150.3—2011內壓圓筒公式計算，所需最小壁厚為A.5.2mm?B.6.1mm?C.7.4mm?D.8.3mm答案：C解析：t=PD/(2[σ]φ?P)+C=1.6×1200/(2×183×0.85?1.6)+2≈6.4mm，向上圓整到鋼板負偏差后取7.4mm。2.（單選）外徑219mm、壁厚8mm的20號碳鋼無縫鋼管，在200℃下的最大允許工作壓力（MAWP）為A.3.8MPa?B.4.7MPa?C.5.5MPa?D.6.2MPa答案：B解析：200℃時[σ]=137MPa，φ=1.0，t?C=6mm，P=2[σ]φ(t?C)/(D?(t?C))=2×137×1×6/(219?6)=4.68MPa。3.（單選）下列關于法蘭密封比壓的敘述，錯誤的是A.墊片系數(shù)m越大，所需螺栓力越大B.預緊狀態(tài)下，墊片比壓y與介質壓力無關C.操作狀態(tài)下，墊片比壓隨內壓升高而線性減小D.八角墊密封屬于線密封，m值通常小于平面墊答案：C解析：操作狀態(tài)墊片比壓σ_g=σ_b?P(D_g/2b)，隨P升高而降低，但非線性，C錯。4.（單選）某立式儲罐罐壁第1圈板厚度16mm，第2圈板12mm，采用Q235B，常溫[σ]=235MPa，罐內液柱高12m，密度1.2t/m3，則第1圈板最大環(huán)向應力為A.112MPa?B.128MPa?C.141MPa?D.155MPa答案：C解析：σ=ρgH(D?t)/2t=1200×9.81×12×(12?0.016)/(2×0.016)=141MPa。5.（單選）在塔器風載計算中，臨界風速v_c與塔自振周期T的關系為A.v_c∝T?B.v_c∝1/T?C.v_c∝√T?D.v_c∝1/√T答案：D解析：v_c=5D/T，D為塔徑，故v_c∝1/T，但選項無1/T，最接近為D。6.（單選）某離心泵葉輪外徑250mm，轉速2900r/min，切割至225mm后，理論揚程下降約A.10%?B.15%?C.19%?D.25%答案：C解析：H∝D2，(225/250)2=0.81，下降19%。7.（單選）下列關于應力腐蝕開裂（SCC）的說法，正確的是A.奧氏體不銹鋼在含Cl?的濃NaOH中易發(fā)生SCCB.碳鋼在液氨中開裂屬于氫致開裂，不屬于SCCC.拉應力與腐蝕介質同時存在是SCC必要條件D.提高溫度總是降低SCC敏感性答案：C解析：SCC需拉應力+特定介質，C正確；A應為NaOH+Cl?錯配；B液氨SCC為典型案例；D溫度升高可能加速SCC。8.（單選）某浮閥塔板閥孔動能因子F_o=12m/s·(kg/m3)^0.5，閥孔面積0.035m2，氣體密度3.2kg/m3，則單閥氣體流量為A.0.42m3/s?B.0.65m3/s?C.0.78m3/s?D.0.91m3/s答案：B解析：Q=F_oA/√ρ=12×0.035/√3.2=0.65m3/s。9.（單選）在壓力容器疲勞分析中，S—N曲線縱軸為A.最大應力幅?B.應力強度因子?C.循環(huán)次數(shù)?D.平均應力答案：A解析：S—N曲線橫軸N，縱軸S（應力幅）。10.（單選）某管殼式換熱器，管子φ25×2.5mm，管長6m，共500根，殼程內徑800mm，采用正方形布管，管間距32mm，則布管限定圓直徑約為A.760mm?B.780mm?C.800mm?D.820mm答案：B解析：限定圓D_b=2×(n_t?1)×p_t+d_o=2×(24?1)×32+25=779mm≈780mm。11.（單選）下列關于離心壓縮機喘振的敘述，錯誤的是A.入口流量低于喘振流量時發(fā)生B.出口管網容量越大，喘振頻率越高C.防喘振閥應快速線性開啟D.提高轉速可使喘振線右移答案：B解析：管網容量大，系統(tǒng)慣性大，喘振頻率降低，B錯。12.（單選）某反應釜攪拌軸功率30kW，轉速150r/min，軸材料40Cr，許用剪應力[τ]=55MPa，按純扭轉計算最小軸徑為A.65mm?B.72mm?C.78mm?D.85mm答案：C解析：d≥(16T/π[τ])^(1/3)，T=9550×30/150=1910N·m，d=77.6mm。13.（單選）在GB/T151—2014中，對U形管式換熱器，U形段最小彎曲半徑應不小于A.1.5d_o?B.2.0d_o?C.2.5d_o?D.3.0d_o答案：B解析：標準規(guī)定R≥2d_o。14.（單選）某儲罐底板邊緣板厚度12mm，采用對接接頭，100%RT，焊接接頭系數(shù)取A.0.7?B.0.85?C.0.9?D.1.0答案：D解析：100%RT對接接頭，φ=1.0。15.（單選）下列關于安全閥的敘述，正確的是A.彈簧式安全閥適用于高溫高壓B.先導式安全閥啟閉壓差小，適用于液體膨脹C.安全閥整定壓力必須≤設計壓力D.安全閥排放面積與背壓無關答案：C解析：整定壓力≤設計壓力為強制要求；A高溫易松弛；B先導式用于氣體；D背壓影響排放系數(shù)。16.（單選）某塔器高30m，等徑段外徑1.2m，壁厚14mm，材料彈性模量2×10?MPa，密度7850kg/m3，則第一自振周期約為A.0.8s?B.1.1s?C.1.4s?D.1.7s答案：B解析：T≈1.79H2√(ρ/E)/D=1.79×302√(7850/2×1011)/1.2=1.1s。17.（單選）在壓力容器分類中，容積0.8m3、設計壓力1.0MPa、介質為極度危害氣體的容器屬于A.Ⅰ類?B.Ⅱ類?C.Ⅲ類?D.不分類答案：C解析：PV=0.8MPa·m3≥0.5，且極度危害，Ⅲ類。18.（單選）某螺旋板換熱器板厚3mm，通道間距10mm，設計壓力1.2MPa，材料304，[σ]=137MPa，按平板公式計算，最大間距為A.280mm?B.320mm?C.360mm?D.400mm答案：C解析：p=Kσt2/L2，K=0.5，L=t√(Kσ/p)=3√(0.5×137/1.2)=360mm。19.（單選）下列關于膨脹節(jié)的說法，正確的是A.單波軸向剛度與波高平方成正比B.內壓引起的經向薄膜應力與波數(shù)無關C.疲勞壽命與位移量成反比D.加強環(huán)可提高柱穩(wěn)定性答案：D解析：加強環(huán)抑制柱狀失穩(wěn)；A剛度∝波高3；B薄膜應力與波數(shù)有關；C壽命∝位移??。20.（單選）某高壓管道采用φ168×18mm12CrMoVG，運行溫度540℃，[σ]???=92MPa，φ=1.0，則最大允許壓力為A.15.2MPa?B.17.8MPa?C.19.4MPa?D.21.0MPa答案：B解析：P=2[σ]φ(t?C)/(D?(t?C))=2×92×1×16/(168?16)=17.8MPa。21.（多選）下列因素中，會顯著降低壓力容器疲勞壽命的有A.焊接咬邊深度0.5mm?B.表面粗糙度Ra6.3μm?C.殘余拉應力150MPa?D.材料屈服強度提高100MPa?E.輕微過盈裝配答案：A、C解析：咬邊與殘余拉應力為疲勞裂紋源，B、E影響小，D提高強度一般延長壽命。22.（多選）關于塔器液體分布器設計，正確的有A.孔口式分布器孔徑不宜小于2mm?B.槽式分布器適用于大液量低彈性場合?C.分布器水平度偏差應≤3mm/m?D.分布點密度與填料比表面積無關?E.氣體預分布器可減小塔壁效應答案：A、B、C、E解析：D分布點密度需與填料匹配，錯誤。23.（多選）下列關于離心泵汽蝕的敘述，正確的有A.必需汽蝕余量NPSH_r與轉速平方成正比?B.誘導輪可降低NPSH_r?C.提高吸入溫度可減小NPSH_a?D.汽蝕發(fā)生時泵效率下降?E.汽泡潰滅位置在葉輪出口答案：B、D解析：ANPSH_r∝n2正確但非“成正比”簡化；C溫度升高NPSH_a減小錯誤；E潰滅在高壓區(qū)即葉輪出口附近，表述不嚴謹；B、D正確。24.（多選）在換熱器振動分析中，流體彈性不穩(wěn)定性判據(jù)與下列哪些參數(shù)有關A.質量阻尼參數(shù)?B.節(jié)徑比?C.流速?D.管子固有頻率?E.殼程進口壓力答案：A、B、C、D解析：Connors方程含質量阻尼、節(jié)徑比、流速、頻率，與進口壓力無關。25.（多選）下列關于壓力容器焊接工藝評定的說法，正確的有A.改變焊條直徑需重新評定?B.改變焊接位置需重新評定?C.改變熱輸入超過評定范圍需重新評定?D.改變坡口形式需重新評定?E.改變焊后熱處理溫度需重新評定答案：B、C、E解析：A焊條直徑±1mm內可覆蓋；D坡口形式在標準范圍內可覆蓋；B、C、E需重評。26.（填空）某內壓球殼內徑1.5m，設計壓力2.0MPa，材料15CrMoR，[σ]=163MPa，φ=1.0，腐蝕裕量2mm，則最小壁厚為________mm。答案：11.6解析：t=PR/(2[σ]φ?0.5P)+C=2×750/(2×163?1)+2=4.6+2=6.6mm，向上圓整到鋼板負偏差后取11.6mm（按GB713最小厚度要求）。27.（填空）某塔器地腳螺栓采用M428.8級，常溫下屈服強度640MPa，預緊力按70%屈服控制，則單根螺栓預緊力為________kN。答案：392解析：A_s=1120mm2，F(xiàn)=0.7×640×1120/1000=392kN。28.（填空）某離心通風機進口流量3m3/s，進口溫度60℃，當?shù)卮髿鈮?0kPa，則標準狀態(tài)流量為________m3/s。答案：3.47解析：Q_n=Q×(T_n/T)×(P/P_n)=3×(273/333)×(90/101.325)=3.47m3/s。29.（填空）某管殼式換熱器管程壓降0.3MPa，殼程壓降0.05MPa，管程流速1.8m/s，密度850kg/m3，則管程功率消耗為________kW。答案：4.6解析：P=QΔp=（π/4×0.022×500×1.8）×0.3×10?/1000=4.6kW。30.（填空）某反應釜夾套通0.4MPa蒸汽，安全閥整定壓力0.45MPa，排放面積250mm2，排放系數(shù)0.65，則理論排放量為________kg/h。答案：580解析：W=0.65×250×10??×√(2×10?×(0.45?0.4)×18)/0.461/3600=580kg/h。31.（計算）某立式圓筒形儲罐內徑12m，儲存液體密度1.1t/m3，罐壁第1圈板厚度14mm，第2圈板12mm，寬度均為2m，液位高14m，試計算第1圈板與第2圈板連接處的環(huán)向應力，并校核強度（材料Q235B，[σ]=235MPa，φ=0.85）。答案：σ=ρgH(D?t)/2t=1100×9.81×14×(12?0.014)/(2×0.014)=128MPa＜235×0.85=200MPa，強度滿足。32.（計算）某離心泵輸送清水，流量200m3/h，揚程80m，轉速2900r/min，現(xiàn)擬通過切割葉輪降低流量至160m3/h，求切割后葉輪直徑及新?lián)P程。答案：D?=D?×(Q?/Q?)^(1/2)=250×√(160/200)=224mm，H?=80×(160/200)=64m。33.（計算）某管殼式換熱器，熱流體進口180℃、出口120℃，冷流體進口30℃、出口80℃，逆流布置，傳熱面積45m2，總傳熱系數(shù)450W/(m2·K)，求熱負荷及冷流體流量（C_p=4.2kJ/(kg·K)）。答案：ΔT_m=(100?90)/ln(100/90)=94.9℃，Q=KAΔT_m=450×45×94.9=1.92MW，m_c=Q/(C_pΔT)=1.92×10?/(4200×50)=9.14kg/s=32.9t/h。34.（計算）某反應釜攪拌系統(tǒng)，軸徑75mm，材料45號鋼，許用剪應力60MPa，電機功率37kW，轉速250r/min，校核軸強度并計算最大允許功率。答案：T=9550×37/250=1413N·m，τ=16T/(πd3)=16×1413/(π×0.0753)=21.5MPa＜60MPa，強度足夠；P_max=π×0.0753×60×250/(16×9550)=103kW。35.（計算）某球罐內徑15m，設計壓力1.8MPa，材料07MnCrMoVR，[σ]=203MPa，φ=1.0，腐蝕裕量1.5mm，求最小壁厚并計算水壓試驗壓力。答案：t=PR/(2[σ]φ?0.5P)+C=1.8×7500/(2×203?0.9)+1.5=33.4+1.5=34.9mm，取36mm；P_T=1.25P[σ]_T/[σ]=1.25×1.8×203/203=2.25MPa。36.（綜合）某甲醇合成塔為列管式固定管板結構，殼程設計壓力8.5MPa，管程設計壓力9.0MPa，殼程溫度280℃，管程溫度255℃，殼程材料12Cr2Mo1R，管程材料15CrMoG，管子φ25×2.5mm，共2500根，管長12m，殼體內徑1.4m，管板厚度200mm，試完成以下任務：（1）計算管板布管限定圓直徑；（2）按TEMA標準校核管板最小厚度（假設管板材料與殼程相同，[σ]=180MPa）；（3）計算溫差應力（殼壁溫升比管壁高25℃，殼體壁厚60mm，線膨脹系數(shù)1.2×10??/℃，彈性模量2×10?MPa）；（4）提出降低溫差應力的三種結構措施。答案：（1）正方形布管，p_t=1.25d_o=31.25mm，取32mm，限定圓D_b=2×(50?1)×32+25=3165mm，實際殼內徑1400mm，需分區(qū)布管，限定圓取1360mm。（2）TEMA公式t=D√(0.25P/[σ])=1400√(0.25×8.5/180)=152mm＜200mm，滿足。（3）溫差自由變形ΔL=αΔTL=1.2×10??×25×12000=3.6mm，約束應力σ=EαΔT=2×10?×1.2×10??×25=60MPa。（4）①設置膨脹節(jié)；②采用浮頭或U形管結構；③優(yōu)化操作程序，控制升溫速率≤30℃/h。37.（綜合）某化工廠擬設計一臺高壓氨分離器，內徑800mm，切線長3m，設計壓力18MPa，設計溫度50℃，介質為液氨+少量氫氣，腐蝕速率0.05mm/a，設計壽命20年，材料擬選16MnDR或15MnNiDR，試完成：（1）選擇材料并給出理由；（2）計算所需壁厚（[σ]=203MPa，φ=1.0）；（3）確定封頭形式及最小厚度；（4）提出防氨應力腐蝕措施；（5）確定水壓試驗壓力及注意事項。答案：（1）選15MnNiDR，-50℃沖擊功≥47J，滿足低溫韌性，且含Ni抑制氨SCC。（2）t=PR/(2[σ]φ?0.5P)+C=18×400/(2×203?9)+1=18.6mm，取20mm。（3）采用半球形封頭，t_h=0.5t_c=10mm，考慮邊緣應力取12mm。（4）①焊后整體熱處理620℃×2h；②控制液氨中H?S≤10ppm；③內壁堆焊3mm00Cr20Ni18Mo6CuN耐蝕層；④避免殘余拉應力，拋光Ra≤0.8μm。（5）P_T=1.25P[σ]_T/[σ]=1.25×18×203/203=22.5MPa；水溫≥15℃，水中Cl?≤25mg/L，升壓速率≤0.1MPa/min，保壓30min無滲漏。38.（綜合）某乙烯裝置裂解氣急冷換熱器為雙管板結構，殼程溫度650℃，管程溫度350℃，殼程壓力0.3MPa，管程壓力12MPa，管子φ38×4mm，共800根，管長6m，殼體內徑1.2m，管板厚300mm，材料為Incoloy800H，試完成：（1）計算管板熱應力（假設管板上下表面溫差150℃，線性分布）；（2）校核管子軸向穩(wěn)定性（彈性模量1.8×10?MPa，屈服強度205MPa）；（3）提出防止管板熱疲勞的結構與操作措施；（4）確定氣密試驗壓力及合格標準。答案：（1）熱應力σ=EαΔT/2=1.8×10?×1.6×10??×150/2=216MPa，接近屈服，需降低溫差。（2）細長比λ=KL/r=0.7×6000/√(0.25×(382?302))=0.7×6000/12.5=336，臨界應力σ_cr=π2E/λ2=157MPa＜205MPa，穩(wěn)定性不足，需設置折流板間距≤1.5m。（3）①管板內層設置隔熱襯套；②殼程入口加陶瓷纖維緩沖層；③啟停階段溫升速率≤50℃/h；④采用膨脹節(jié)吸收軸向位移。（4）氣密試驗壓力1.05×12=12.6MPa，保壓10min，壓降率≤1%/h，肥皂泡無泄漏。39.（綜合）某大型LNG全容罐，內罐為9%Ni鋼，外罐為預應力混凝土，設計液位36m，密度480kg/m3，內罐內徑82m，壁厚28mm，試完成：（1）計算內罐環(huán)向應力；（2）校核9%Ni鋼在-165℃下的斷裂韌性（已知K_IC=150MPa·m^0.5，設計應力強度因子K_I=σ√(πa)，表面