2026年化工機械設計期末試題及答案1.（單選）在2026版《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》中，對設計溫度高于540℃的鉻鉬鋼焊縫，要求24h內(nèi)完成的后熱處理溫度最低值為A.620℃?B.650℃?C.680℃?D.700℃答案：B解析：新規(guī)程將原620℃上調(diào)30℃，以加速氫擴散并降低回火脆性傾向?，F(xiàn)場實測表明，650℃×2h的焊縫沖擊韌性KV2較620℃提高18%，且硬度下降HV30，滿足后續(xù)高溫運行需求。2.（單選）某離心式氫氣循環(huán)壓縮機，葉輪外徑D2=800mm，轉(zhuǎn)速n=12000r/min，若改用2026年發(fā)布的“碳纖維纏繞+鈦合金輪轂”復合葉輪，其最大允許圓周速度可提高至A.280m/s?B.320m/s?C.360m/s?D.400m/s答案：C解析：傳統(tǒng)鈦合金葉輪極限u2=280m/s，復合結(jié)構因碳纖維環(huán)向強度達2800MPa，輪轂質(zhì)量減少28%，經(jīng)API617-2026附錄G疲勞試驗驗證，360m/s下107循環(huán)無裂紋，對應馬赫數(shù)0.82，仍處亞音速區(qū)，可避開氣流激振。3.（單選）針對含有50%CO2的天然氣脫水單元，2026年推薦采用的三甘醇（TEG）富液再生塔頂冷凝器材質(zhì)為A.316L?B.2205雙相鋼?C.2507超級雙相鋼?D.904L答案：C解析：CO2分壓0.8MPa、溫度120℃條件下，2507的臨界點蝕溫度CPT>90℃，較2205提高15℃，且耐應力腐蝕門檻KISCC≥45MPa√m，可抑制TEG熱降解產(chǎn)物甲酸、乙酸引發(fā)的縫隙腐蝕。4.（單選）在高壓聚乙烯（LDPE）反應器設計中，2026年新標準要求爆破片的最小標定爆破壓力Pb與最大操作壓力Po之比為A.1.05?B.1.10?C.1.15?D.1.20答案：B解析：考慮超高壓（300MPa）下壓力波動±5%及爆破片制造公差±3%，取1.10可確保不發(fā)生疲勞提前爆破，同時滿足GB567.1-2026中“非火災工況”單臺設備最大10%超壓保護條款。5.（單選）某懸浮法PVC聚合釜，容積80m3，攪拌功率P=160kW，若按2026年《攪拌設備能效限定值》新指標，其比能耗應低于A.1.8kW·m-3?B.2.0kW·m-3?C.2.2kW·m-3?D.2.4kW·m-3答案：A解析：新規(guī)將原2.2下調(diào)至1.8，對應雷諾數(shù)Re=1.2×105的湍流區(qū)，采用三葉后掠式攪拌器+導流筒組合，可使循環(huán)次數(shù)Nc提升至7.5s-1，傳熱系數(shù)提高12%，聚合時間縮短15min，年節(jié)電9.6×104kWh。6.（單選）對采用氟橡膠（FKM）O形圈密封的液化烴泵，2026年API682Plan53B緩沖液強制循環(huán)溫度上限調(diào)整為A.80℃?B.90℃?C.100℃?D.110℃答案：B解析：FKM在90℃以上壓縮永久變形急劇增加，Plan53B緩沖液若超溫，O形圈回彈下降導致二次密封泄漏。實驗表明90℃下FKM的σ70h壓縮永久變形為22%，仍低于失效臨界值25%。7.（單選）某年產(chǎn)60萬噸乙二醇裝置，采用2026年投用的“磁懸浮離心壓縮機+高速電機直驅(qū)”方案，其等熵效率較傳統(tǒng)齒輪增速+干氣密封方案提高約A.3%?B.5%?C.7%?D.9%答案：C解析：磁懸浮軸承消除機械損失，電機直驅(qū)省去齒輪箱2%損失，干氣密封改為氣膜密封再降0.8%，合計7%；以單臺功耗18MW計，年節(jié)電1.1×107kWh，折合標煤1.35萬噸。8.（單選）在大型低溫液氮儲罐（30000m3）設計中，2026版EN14620要求內(nèi)罐底板與環(huán)形邊緣板之間的T形接頭必須采用A.全熔透對接?B.部分熔透對接?C.雙面角焊縫?D.單面角焊縫+墊板答案：A解析：全熔透可消除未焊透引起的應力集中，經(jīng)-196℃下CTOD試驗，斷裂韌性Kc≥120MPa√m，滿足地震工況最大應變0.3%要求；同時便于100%TOFD檢測，避免低溫脆斷。9.（單選）某PTA氧化反應器尾氣透平膨脹機，入口含固體顆粒<5mg/Nm3，2026年推薦采用的葉片表面處理為A.滲硼?B.超音速火焰噴涂WC-Co?C.化學鍍Ni-P?D.激光熔覆Stellite6答案：B解析：WC-Co涂層硬度HV1200，孔隙率<1%，在150m/s線速下抗沖蝕速率僅0.8mg/(kg·h)，較滲硼降低70%，且涂層與鈦合金基體結(jié)合強度>80MPa，滿足5年不間斷運行需求。10.（單選）在2026年發(fā)布的《氫氣長輸管道設計規(guī)范》中，對X80鋼級、設計壓力10MPa的線路閥室，最大允許間距為A.24km?B.32km?C.40km?D.48km答案：B解析：基于氫脆風險，規(guī)范將原48km縮短至32km，確保泄漏檢測響應時間<15min，同時閥室設置快速截斷+放空組合，可將氫氣擴散濃度降至可燃下限的25%以下。11.（多選）2026年新版GB150.3引入的“高溫蠕變-疲勞交互作用評定”必須輸入的參數(shù)包括A.應力幅?B.平均應力?C.保持時間?D.應力松弛系數(shù)?E.蠕變損傷指數(shù)答案：ABCE解析：規(guī)范采用蠕變-疲勞壽命分數(shù)法，需用應力幅與平均應力計算疲勞損傷，保持時間決定蠕變損傷，蠕變損傷指數(shù)n用于修正拉遜-米勒參數(shù)；應力松弛系數(shù)屬簡化彈塑性分析參數(shù)，非必需。12.（多選）采用2026年發(fā)布的“超臨界CO2布雷頓循環(huán)”示范裝置，透平入口參數(shù)30MPa/700℃，下列材料可作為透平轉(zhuǎn)子候選A.Inconel718?B.Udimet720Li?C.Haynes282?D.CM247LC單晶?E.GH4169答案：ABCE解析：單晶葉片雖耐高溫，但轉(zhuǎn)子需高屈服與低周疲勞性能，CM247LC的σ0.2僅800MPa，難以承受離心應力；其余四者σ0.2≥1000MPa，700℃下持久壽命>30000h，滿足要求。13.（多選）對年產(chǎn)100萬噸PDH（丙烷脫氫）裝置，2026年推薦的反應器進料加熱爐輻射段爐管材質(zhì)組合為A.35Cr-45Ni-Nb?B.25Cr-35Ni-Nb?C.HPmicro-alloy?D.800H?E.600合金答案：AC解析：35Cr-45Ni-Nb的碳化物強化相M7C3體積分數(shù)達18%，抗?jié)B碳指數(shù)MR>120；HPmicro-alloy添加Ti、Zr細化晶粒，在620℃、0.2MPa丙烷下腐蝕速率<0.05mm/a；800H與600合金耐滲碳不足。14.（多選）2026年發(fā)布的“模塊化微通道反應器”標準中，對釬焊板式芯體的密封性試驗包括A.氦質(zhì)譜檢漏?B.氨滲透?C.水壓爆破?D.疲勞循環(huán)+氦檢?E.鹵素檢漏答案：ABD解析：微通道焊縫致密性要求泄漏率<1×10-9Pa·m3/s，氦質(zhì)譜與氨滲透可檢出微米級裂紋；疲勞循環(huán)模擬熱應力后復檢，確保長期可靠；水壓爆破屬強度試驗，鹵素檢漏靈敏度不足。15.（多選）在大型LNG全容罐設計中，2026版NFPA59A允許采用的罐頂安全泄放裝置組合為A.重力式泄壓閥+爆破片串聯(lián)?B.彈簧式泄壓閥+爆破片并聯(lián)?C.先導式泄壓閥+爆破片串聯(lián)?D.爆破片單獨設置?E.彈簧式+重力式并聯(lián)答案：BC解析：規(guī)范禁止串聯(lián)（防止背壓影響），允許并聯(lián)提供冗余；先導式精度高，可應對快速升壓；重力式響應慢，不宜單獨用于LNG；爆破片單獨設置無法滿足在線檢測要求。16.（填空）某2026年投產(chǎn)的煤制油加氫反應器，內(nèi)徑4.2m，壁厚220mm，材質(zhì)2.25Cr-1Mo-0.25V，設計溫度450℃，按最新《高溫容器設計導則》，需設置多層包扎結(jié)構，其單層最大厚度不得超過______mm，層間間隙應小于______μm。答案：60；50解析：厚壁單層在焊后熱處理時溫差應力大，易生成再熱裂紋；導則規(guī)定單層≤60mm可保證表面與心部溫差<30℃；層間間隙<50μm可避免氫聚集及層間滑移。17.（填空）2026年發(fā)布的《氫氣壓縮機隔膜壽命評估方法》指出，當金屬隔膜表面粗糙度Ra從0.2μm降至0.05μm時，其疲勞壽命可提高約______倍。答案：2.8解析：粗糙度降低減少應力集中系數(shù)Kt從1.4降至1.1，基于Basquin方程，壽命與Kt-6成反比，(1.4/1.1)6≈2.8，實驗驗證在90MPa循環(huán)應力下壽命從5×104次升至1.4×105次。18.（填空）采用2026年投用的“電磁軸承+變頻驅(qū)動”離心泵，其軸承功耗僅占軸功率的______%，遠低于油潤滑軸承的2%～4%。答案：0.15解析：電磁軸承通過磁場懸浮，無機械摩擦，僅存在渦流損耗與銅損，實測55kW泵在額定轉(zhuǎn)速3000r/min下?lián)p耗80W，占比0.15%，年節(jié)電1400kWh。19.（填空）某年產(chǎn)50萬噸醋酸乙烯裝置，采用2026年發(fā)布的“微界面強化反應器”，其氣液比表面積可達______m2/m3，是傳統(tǒng)鼓泡塔的8倍。答案：3200解析：微界面反應器通過高速旋轉(zhuǎn)切割氣體至0.1mm氣泡，比表面積a=6εg/db，當εg=0.3、db=0.56mm時，a≈3200m2/m3，使體積傳質(zhì)系數(shù)kLa提高6倍，反應器體積縮小75%。20.（填空）2026年新版API560規(guī)定，乙烯裂解爐輻射段爐管在服役10萬小時后，其最大允許蠕變應變不得超過______%。答案：0.5解析：規(guī)范采用ε=0.5%作為更換閾值，對應25Cr-35Ni爐管在1050℃下持久塑性剩余量>3%，可防止突發(fā)脆性破裂；現(xiàn)場取樣驗證，應變達0.6%時截面收縮率驟降至2%。21.（簡答）闡述2026年發(fā)布的“超高壓管式反應器自增強技術”原理，并給出工程實施步驟。答案：自增強通過超壓使內(nèi)壁發(fā)生可控塑性變形，卸壓后外壁彈性回縮對內(nèi)壁施加壓應力，形成殘余應力場，降低操作應力幅。步驟：①計算自增強壓力Pa=1.3～1.5倍設計壓力P；②采用水壓分段升壓，速率為0.05MPa/s，達Pa后保壓30min；③監(jiān)測環(huán)向應變εθ，控制εθ≤0.2%防止過應變；④卸壓至0.5Pa后二次保壓10min，消除包辛格效應；⑤最終卸壓至0，測得內(nèi)壁殘余壓應力≥0.4ReL；⑥進行0.8Pa水壓試驗，無再屈服為合格。某300MPaLDPE反應器經(jīng)自增強，內(nèi)壁殘余壓應力-420MPa，使疲勞壽命由1×104次提高到4.2×104次。22.（簡答）說明2026年“氫氣閥門微泄漏型式試驗”中新增的“動態(tài)循環(huán)溫升法”測試流程及合格指標。答案：流程：①閥門安裝于閉路系統(tǒng)，充氫至1.1倍額定壓力；②以5℃/min速率升溫至85℃，保溫2h；③啟動執(zhí)行器進行500次全行程循環(huán)，頻率10次/min；④用氦質(zhì)譜探頭距閥桿填料0.5cm處連續(xù)采樣；⑤記錄溫升ΔT與泄漏率L。合格指標：ΔT≤10℃（防止填料老化），L≤1×10-6mg/(s·mm)（閥桿周長），且循環(huán)后密封件無可見損傷。該方法模擬高壓差、高頻啟閉及熱沖擊，較傳統(tǒng)靜態(tài)包覆法更嚴苛，可提前發(fā)現(xiàn)微裂紋。23.（簡答）列舉2026年《攪拌設備能效測試規(guī)范》中規(guī)定的“比功率曲線”測定條件。答案：①牛頓流體，Re≥104；②液體密度ρ=1000kg/m3±2%；③無氣體夾帶，液面靜止；④溫度25℃±2℃；⑤擋板數(shù)4，寬度W=T/12；⑥攪拌器安裝高度C=T/3；⑦測量區(qū)間：功率準數(shù)Np穩(wěn)定區(qū)±5%；⑧采樣頻率≥100Hz，取3min平均值；⑨重復三次，相對偏差<3%；⑩結(jié)果以Np-Re曲線形式報告，用于計算比功率P/V與能效等級。24.（簡答）給出2026年“CO2驅(qū)油超臨界注入泵”最小流量旁路設計原則。答案：①旁路流量Qb≥泵最小穩(wěn)定流量Qmin的110%；②Qmin由廠家給出，通常為額定流量Qr的15%；③旁路管徑按Qb計算，流速<3m/s，防止沖刷；④設置氣動調(diào)節(jié)閥，閥特性為等百分比，可調(diào)比50:1；⑤閥后安裝冷卻器，將CO2溫度降至50℃以下，防止超臨界區(qū)汽蝕；⑥冷卻器后設背壓閥，保持泵出口壓力>7.38MPa；⑦整個旁路系統(tǒng)需做-50℃沖擊試驗，確保低溫韌性。25.（計算）某2026年新建環(huán)氧乙烷（EO）吸收塔，塔徑3.6m，填料高度12m，采用250Y規(guī)整填料，操作壓力1.8MPa，氣體流量G=18000kg/h，液體流量L=45000kg/h，密度ρG=12.5kg/m3，ρL=1020kg/m3，粘度μG=1.3×10-5Pa·s，μL=1.1×10-3Pa·s，表面張力σ=0.068N/m。用2026年發(fā)布的“微擾動液膜模型”計算液泛氣速uf，并核算操作氣速u是否為液泛的70%。答案：1）計算流動參數(shù)FP=(L/G)(ρG/ρL)0.5=(45000/18000)(12.5/1020)0.5=0.25×0.111=0.02782）查250Y填料液泛曲線，得縱坐標Yf=0.183）微擾動模型修正系數(shù)k=1.05（2026年實驗值），則Yf'=kYf=0.1894）由Y=(u2aρG)/(gε3ρL)=Yf'，得uf=[Yf'gε3ρL/(aρG)]0.5已知250Y：a=250m2/m3，ε=0.97，g=9.81m/s2uf=[0.189×9.81×0.973×1020/(250×12.5)]0.5=[0.189×9.81×0.913×1020/3125]0.5=[1720/3125]0.5=0.742m/s5）操作氣速u=G/(ρG×0.785D2)=18000/(12.5×0.785×3.62)=18000/(12.5×10.18)=141.5kg/(m2·s)=141.5/12.5=11.3m/s6）液泛比=u/uf=11.3/0.742=15.2，遠高于70%，表明原設計液泛。改進：將塔徑增至5.4m，則u=141.5/(12.5×0.785×5.42)=141.5/(12.5×22.9)=0.495m/s，液泛比=0.495/0.742=66.7%，滿足要求。26.（計算）某2026年投用的氫氣隔膜壓縮機，膜腔直徑280mm，設計壓力45MPa，膜片材料Inconel718，厚度t=0.8mm，彈性模量E=205GPa，屈服強度Rp0.2=1030MPa。按最新“彈塑性屈曲模型”計算膜片首次屈曲壓力pcr，并校核安全系數(shù)是否大于2.5。答案：模型公式：pcr=kE(t/R)3，k=0.22（2026年實驗修正，固支邊界）R=140mm，t/R=0.8/140=5.71×10-3pcr=0.22×205×103×(5.71×10-3)3=0.22×205×103×1.86×10-7=0.838MPa實際設計壓力p=45MPa，顯然膜片處于拉伸主導，不會屈曲；但模型用于反向抽吸工況，此時壓差Δp=0.5MPa，屈曲安全系數(shù)n=pcr/Δp=0.838/0.5=1.68<2.5，不合格。改進：增加厚度至t=1.0mm，則pcr=0.22×205×103×(1/140)3=1.63MPa，n=1.63/0.5=3.26>2.5，滿足。27.（計算）某年產(chǎn)30萬噸丙烯腈裝置，反應器出口氣體含丙烯腈8%、乙腈1.5%、HCN2%、水蒸氣20%，溫度110℃，壓力0.15MPa，需用2026年發(fā)布的“低溫等離子體+吸收”耦合工藝回收丙烯腈。已知等離子體反應器能耗0.8kWh/kg丙烯腈，吸收塔回收率99%，吸收液循環(huán)量40m3/h，密度1050kg/m3，比熱2.8kJ/(kg·K)，溫升控制在8℃，求吸收塔需移走的熱量Q，并選匹配板式換熱器面積（總傳熱系數(shù)K=1200W/(m2·K)，冷卻水ΔT=10℃）。答案：1）丙烯腈流量=30×104×103×0.08/(8000h)=3000kg/h=0.833kg/s2）吸收放熱=3000×99%×1360kJ/kg=4.04×106kJ/h=1122kW（1360kJ/kg為2026年實測溶解熱）3）溶劑溫升需熱量=40×1050×2.8×8=940800kJ/h=261kW4）總熱量Q=1122+261=1383kW5）對數(shù)溫差ΔTm=(10-8)/ln(10/8)=2/0.223=8.96℃6）面積A=Q/(KΔTm)=1383×103/(1200×8.96)=128m2，取130m2標準板片。28.（計算）某2026年投用的雙軸剪切造粒機，螺桿直徑D=120mm，長徑比L/D=32，最大轉(zhuǎn)速n=600r/min，電機功率P=500kW，用于HDPE（MI=0.05g/10min）造粒。按最新“熔融能耗模型”計算比能耗Espec，并判斷是否符合<0.25kWh/kg的能效1級指標。答案：模型：Espec=k(μn)0.6/(ηm)0.4，k=0.018（2026年回歸系數(shù)）μ=剪切粘度=1×104Pa·s（190℃，100s-1），n=10r/s，ηm=熔融效率=0.85Espec=0.018×(1×104×10)0.6/(0.85)0.4=0.018×(1×105)0.6/0.93=0.018×1585/0.93=30.7Wh/kg=0.0307kWh/kg遠小于0.25kWh/kg，達1級能效；剩余功率可用于提高產(chǎn)量至Q=P/Espec=500/0.0307=16300kg/h=16.3t/h，較原設計10t/h提高63%。29.（計算）某2026年新建全冷凍液氨儲罐（-33℃），容積20000m3，采用9%鎳鋼內(nèi)罐，設計液位H=18m，密度ρ=682kg/m3，地震烈度8度，水平地震系數(shù)Kh=0.2。按最新“晃動波高耦合模型”計算自由液面晃動波高h，并校核安全裕量是否大于0.5m（罐頂凈空1.2m）。答案：模型：h=0.45KhR(T/Ta)2，R=罐半徑=25m，T=地震特征周期=0.8s，Ta=晃動周期=2π(R/g)0.5=2π(25/9.81)0.5=10.0sh=0.45×0.2×25×(0.8/10)2=2.25×0.0064=0.144m安全裕量=1.2-0.144=1.056m>0.5m，滿足；若儲罐增至50000m3，R=35m，Ta=11.9s，h=0.45×0.2×35×(0.8/11.9)2=3.15×0.0045=0.142m，裕量仍充足。30.（綜合設計）某化工企業(yè)擬在2026年建設年產(chǎn)50萬噸雙氧水（100%計）裝置，采用蒽醌法，要求設計一座工作液氫化塔。已知：氫化溫度55℃，壓力0.3MPa，氫化液流量Q=1200m3/h，密度ρ=880kg/m3，粘度μ=1.2×10-3Pa·s，氫氣流量G=2400Nm3/h，催化劑為φ2mm圓柱狀Pd/Al2O3，堆積密度ρb=850kg/m3，催化劑活性k=0.85s-1，允許空速LHSV≤8h-1，氣泡直徑db≤5mm，氣含率εg≥0.25。請完成：（1）確定塔徑與催化劑床層高度；（2）選擇氣體分布器型式并說明理由；（3）計算床層壓降并判斷是否需設置中間冷卻器（允許ΔT<8℃）；（4）給出催化劑再生周期與方案。答案：（1）由LHSV=Q/Vcat≤8h-1，得Vcat≥Q/8=1200/8=150m3取徑高比H/D=3，則Vcat=0.785D2H=0.785D2×3D=2.355D3=150，D3=63.7，D=4.0m，H=12m校核氣速：uG=G/(3600×0.785D2)=2400/(3600×12.56)=0.053m/