压力容器设计必须掌握的知识问答.doc

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Q235B级：容器设计压力P1.6Mpa,钢板使用温度0350。用于容器壳体时，钢板厚度不大于20mm,不得用于毒性为高度、极度危害介质的压力容器。2. Q235C级：容器设计压力P2.5Mpa,钢板使用温度0400。用于容器壳体时，钢板厚度不大于30mm。23碳素钢和碳锰钢在高于425温度下长期使用时，应注意什么问题？答：GB150-98规定，碳素钢和碳锰钢在高于425温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物的石墨化倾向。因为碳素钢和锰碳钢在上述情况下，钢中的渗碳体会产生分解，Fe3C_3Fe+C(石墨)，而这一分解及石墨化最终会使钢中的珠光体部分或全部消失，使材料的强度及塑性下降，而冲击值下降尤甚，钢材明显变脆。24奥氏体的使用温度高于525，时应注意什么问题？答：GB150-98规定，奥氏体的使用温度高于525，钢中含碳量应不小于0.04%，这是因为奥氏体钢在使用温度500550时，若含碳量太低，强度及抗氧化性会显著下降。因些一般规定超低碳（C0.03%）奥氏体不锈钢的使用温度范围,18-9型材料用到400左右,18-12-2型材料用到450左右,使用温度超过650时,国外对于304、316型材料一般要求用H级，即含碳量要稍高一些，主要也是考虑耐腐蚀，而且耐热及有热强性。25不锈钢复合钢板的的使用温度范围是什么?答: 不锈钢复合钢板的的使用温度范围是应同时符合基材和复材使用温度范围的规定。26压力容器用碳素钢和低合金钢，当达到何种厚度时应在正火状态下使用？为什么？壳体厚度大于30mm的20R和16MnR;其它受压元件（法兰、管板、平盖等）厚度大于50mm的20R和16MnR，以及大于16mm的15MnVR，应在正火状态下使用。这主要是考虑国内轧制设备条件限制，较厚板轧制比小，钢板内部致密度及中心组织质量差；另外对钢板正火处理可细化晶粒及改善组织，使钢板有较好的韧性、塑性及有较好的综合机械性能。27调质状态和用于多层包扎容器内筒的碳素钢和低合金钢钢板为何应逐张进行拉力试验和夏比（V型）常温或低温冲击试验？答：低合金钢经调质处理后，屈服点大大提高了，但冲击韧性不够稳定，为了正确判断综合力学性能，所以要逐张进行拉力和冲击试验来验证。多层包扎容器内筒是一种承受较高工作压力的设备内筒，其设计压力为10100Mpa；同时高压容器还往往承受较高的温度和各种介质的腐蚀，操作条件苛刻，故高压容器的材料验收、制造、与检验要求都比较高，这样才能保证高压容器的使用安全。28设计温度小于0时，名义厚度n大于25mm的20R和n大于38mm的16MnR、15MnVR、15MnVNR或任何厚度的18MnMoNbR和13MnNiMoNbR为何要进行夏比（V型）低温冲击试验？试样为何取横向？低温冲击功的指标是什么？因为国产钢材：16MnR、15MnVR、15MnVNR当厚度达到一定限度时，或18MnMoNbR和13MnNiMoNbR强度级别较高的任何厚度钢板，无延性转变温度可能就在-19.90之间，非常危险，但又未按低温材料对待，为避免这个问题，就要在上述温度区间做母材和试板V型冲击以验证能否满足设计要求。由于浇铸钢锭时形成化学成分不匀或含有杂质,则在热轧形后不均匀部分和杂质就顺着金属伸长方向延伸,形成所谓“流线”或纤维状组织，这时金属力学性能就表现出各项异性，即平行于流线方向的力性能要高于垂直于流线方向的力学性能，尤其塑性和韧性更为突出，所以制造压力容器钢板标准中取力学性能低的横向作为冲击值标准，以提高材料安全使用可靠性。 低温冲击功的指标为：20R的Akv18J；16MnR、15MnVR的Akv20J，18MnMoNbR和13MnNiMoNbR的Akv27J。29用于容器壳体的碳素钢和低合金钢板，什么情况下要逐张做超声波检验？答：凡符合下列条件之一的，应逐张做超声波检验：1 盛装介质毒性程度为极度、高度危害的压力容器。2 盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100mg/L的压力容器。3 最高工作压力大于等于10Mpa的压力容器。4 GB150第2章和附录C、GB151管壳式换热器、GB12337钢制球形储罐及其它国家标准和行业标准中规定应逐张进行超声波检测的钢板。210低合金钢钢板使用温度等于或低于-20时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合什么要求？答：其使用状态及最低冲击试验温度应符合下列要求：16MnR 热轧状态 厚度625mm,最低冲击试验温度为-20 正火状态 厚度6120mm,最低冲击试验温度为-2016MnDR 正火状态 厚度636mm,最低冲击试验温度为-40 正火状态 厚度36100mm,最低冲击试验温度为-3009Mn2VDR 正火，正火加回火状态 厚度636mm,最低冲击试验温度为-50 09MnNiDR 正火，正火加回火状态 厚度660mm,最低冲击试验温度为-70 15MnNiDR 正火，正火加回火状态 厚度660mm,最低冲击试验温度为-45211什么是奥氏体不锈钢的敏化范围？答：奥氏体不锈钢在400850范围内缓慢冷却时，在晶界上有高铬的碳化物Cr23C6析出，造成邻近部分贫铬，引起晶间腐蚀倾向，这一温度范围称敏化范围。212何谓固溶热处理？它对奥氏体不锈钢性能有何作用？答：将合金加热至高温单项区恒温保持，使过剩项充分溶解到回溶体中去后快速冷却，以得到饱和回溶体的工艺称回溶处理。通过固溶处理铬镍不锈钢将高温组织在室温下固定下来，获得被碳过饱和的奥氏体，以改善铬镍不锈钢的耐腐蚀性。此外还能提高铬镍不锈钢的塑性和韧性。213目前防止晶间腐蚀的措施大致有几种？1 固溶化处理。2 降低钢中的含碳量。3 添加稳定碳的元素。214 什么是应力腐蚀破裂？奥氏体不锈钢在哪些介质中易产生应力体腐蚀？答：应力腐蚀是金属在应力（拉应力）和腐蚀的共同作用下（并有一定的温度条件）所引起的破裂。应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在时，腐蚀甚微；当有应力后，金属在腐蚀并不严重的情况下发生破裂，由于破裂是脆性的，没有明显预兆，容易造成灾难性事故。可产生应力腐蚀的金属材料与环境组合主要有以下几种：1 碳钢及低合金钢：介质为碱性、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等。2 奥氏体不锈钢：氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等。3 含钼奥氏体不锈钢：碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜水溶液等。4 黄铜：氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等。5 钛：含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等。6 铝：湿硫化氢、含氢硫化氢、海水等。215奥氏体不锈钢焊缝能否采用超声波检测，为什么？由于奥氏体不锈钢中存在双晶晶界等显著影响超声波的衰减及传播，因此目前超声波检测未能在这种不锈钢中得到广泛采用。216选用新研制的钢材设计压力容器时，应满足什么要求？选用新研制的钢材设计压力容器，必须具有完整的技术评定文件，该文件应经全国压力容器标准化技术委员会审定合格。217用GB713-86锅炉用碳素钢和低合金钢板中的20g钢板可否代用什么容器用钢板？GB713-86锅炉用碳素钢和低合金钢板中的20g钢板可代用Q235-C钢板。218用GB712-88船体用结构钢中的B级钢板代用Q235-C钢板时，应符合什么要求？代用Q235-C板时，钢厂必须按按标准进行冲击试验。对经船检部门同意钢厂未进行冲击试验的B级钢板只能代用Q235-B钢板。219碳素钢和低合金钢钢管，当使用温度-20时，其使用状态及最低冲击试验温度按下表的规定：钢号 使用状态 壁厚，mm 最低冲击试验温度，10 正火 16 -3020G 正火 16 -2016Mn 正火 20 -4009MnD 正火 16 -50因尺寸限制无法制备5X10X55小尺寸冲击试样的钢管，免做冲击试验，各钢号钢管的最低使用温度按附录C的规定。220锻件的级别如何确定？对于公称厚度大于300 mm的碳素钢和低合金钢锻件应选用什么级别？锻件级别按JB4726压力容器锻件技术条件的规定选用。对于公称厚度大于300mm碳素钢和低合金钢锻件应选用级或级。221 16MnD钢锻件，当使用温度等于或低于-20时其热处理状态及最低冲击试验温度是什么？答：应符合下列规定：钢号 热处理状态 公称厚度，mm 最低冲击试验温度，16MnD 正火加回火，调质 200 -40 200300 -30222低合金钢螺栓，当使用温度等于或低于-20时，其使用状态及最低冲击试验温度是什么？答：应符合下列规定：钢号 规格mm 最低冲击试验温度 Akv(J) 使用状态30CrMoA M56 -100 2735CrMoA M56 -100 2735CrMoA M60M80 -70 27223 压力容器受压元件采用国外钢材应符全些什么要求？选用国外材料时，应是国外相应压力容器最新标准所允许使用的钢材，其使用范围一般不超过该标准的规定，且不超出GB150-98第4章材料部分和技术要求的钢材的规定。并符合容规第22条的规定。224 铝和铝合金用于压力容器受压元件应符合什么要求？1 设计压力不应大于8Mpa,设计温度为-269200。2 设计温度大于65时，一般不选含镁量大于等于3%的铝合金。225钛和钛合金用于压力容器受压元件应符合什么要求？1 设计温度：工业纯钛不应高于250，钛合金不应高于300，复合板不应高于350。2 用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用。226铜及铜金用于压力容器受压元件应为什么状态？一般应为退火状态。第二章 钢制焊接压力容器31 什么叫设计压力？什么叫计算压力？如何确定？设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为载荷条件，其值不低于工作压力。确定设计压力时应考虑：1 容器上装有超压泄放装置时，应按附录B的规定确定设计压力。2 对于盛装液化石油气体的容器，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据工作条件下可能达到的金属温度确定。且不应低于容规中的相关规定。3 确定外压容器时，应考虑在正常工作情况下可能出现的最大设计差。4 确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按承受外压考虑。（1）当装有安全控制装置时设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1Mpa两者中的低值；当无安全控制装置时取0.1Mpa。5 由两室或两室以上压力室组成的压力容器，如夹套容器，确定设计压力时，应根据各自的工作压力确定各压力室自己的设计压力。计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力（当液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计）。由两个或两室以上压力室组成的压力容器，如夹套容器，确定计算压力时，应考虑各室之间的最大压力差。32固定式液化气体容器设计中，如何确定设计压力？盛装临界温度大于等于50的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，其设计压力应为盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力；如无保冷设施，其设计压力不得低于该液化气体在50时的饱和蒸汽压力。盛装临界温度小于50的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，并能确保低温储存的，其设计压力不得低于试验实测最高温度下的饱和蒸汽压力；没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其设计压力不得低于所装液化气体在规定最大充装量时，温度为50时的气体压力。33 GB150-98标准对压力容器设计应考虑的载荷有哪些？1 内压、外压或最大压差。2 液体静压力。必要时还应考虑以下载荷：1 容器的自重（包括内件和填料）以及正常操作条件下或试验状态下内装物料的重量；2 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷。3 风载荷和地震载荷。4 支座的作用反力。5 连接管道和其它部件所引起的作用力。6 温度梯度、热膨胀量不同而引起的作用力。7 包括压力急剧波动的冲击载荷。8 冲击反力，如由流体冲击引起的反力等。9 容器在运输或吊装时承受的作用力。34 GB150-98标准除了规定的常规设计方法以外还允许采用什么方法进行设计？允许用以下方法进行设计，但需经全国压力容器标准化委员会评定认可。1 以应力分析为基础的设计（包括有限元法分析）。2 验证性试验分析（如应力测定、验证性水压试验）。3 用可比的已投入使用的结构进行对比的经验设计。35 什么叫计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度？计算厚度系指用公式计算得到的厚度，需要时，尚应计入其它载荷所需厚度，不包括厚度附加量。设计厚度系指计算厚度与腐蚀余量之和。 名义厚度是将设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即图样标注的厚度。对于容器壳体在任何情况下其名义厚度不得小于最小厚度与腐蚀裕量之和；有效厚度是指名义厚度减去厚度附加量。36 什么叫最小厚度？如何确定？为满足制造工艺要求，根据工程实践经验对壳体元件规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度。圆筒的最小厚度min 按下列规定：1 对碳素钢和低合金钢容器：min3mm。2 对高合金钢容器：min2mm。37 厚度附加量C由哪两部分组成？厚度附加量C按下式计算：C=C1+C2 mm式中C1为钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板或钢管标准选取，C2为腐蚀裕量。38 对于钢材各种强度性能如何选取其安全系数？螺栓的安全系数选用较高，为什么？常温下最低抗拉强度b常温或设计温度下的屈服点s 或st设计温度下经10万小时断裂的持久强度 D设计温度下经10万小时蠕变率为1%的蠕变极限 nNbnsnDnn碳素钢、低合金钢、铁素体高合金钢3.01.61.51.0奥氏体高合金钢3.01.5 1)1.51.01) 当部件的设计温度不到蠕变温度范围，且允许有微量永久变形时，可适当提高许用应力，但不超过0.9st.此规定不适用于法兰或其它有微量变形就产生泄漏或故障的场合。螺栓的安全系数在选项取时应考虑：1 使在旋紧螺栓的初始应力大于设计值，以保证其密封。2 压力试验时因试验压力高于工作压力，因而螺栓可能伸长，垫片松驰，必须再次拧紧螺栓。3 法兰与螺栓的温度差，以及两者材料的线膨胀系数不同所引起的应力。因而螺栓的安全系数较高。材料螺栓直径热处理状态设计温度下的屈服点s ns设计温度下经10万小时断裂的持久强度 D平均值的nD碳素钢M22M24M48热轧、正火3 725低合金钢、马氏体高合金钢M22M24M4852调质3. 54. 3.05. 2.71.5奥氏体高合金钢M22M24M48固溶1 61539 不锈钢复合钢板在设计中如需计入复层材料的强度时，设计温度下的许用应力如何计算？对于复层与基层结合率达到JB4733-96的B2级以上的复合钢板，在设计计算中需计入复层材料的强度时，设计温度下的许用应力按下式计算： 11+22= 1+21基层钢板的名义厚度2为复层材料的厚度，不计入腐蚀裕量。1设计温度下基层的许用应力2设计温度下复层材料的许用应力310 对容器直径不超过800mm,不能检测的单面焊，如何处理？对容器直径不超过800mm的圆筒与封头的最后一道环向封闭焊缝，当采用不带垫板的单面焊对接接头，且无法进行射线或超声波检测时，允许不进行检测，但需采用气体保护焊底。311 钢制焊接压力容器液压试验的压力如何确定？1 内压容器液压试验压力PT按下式确定：PT=1.25 p / tP设计压力 试验温度下材料的许用应力t设计温度下材料的许用应力2 外压容器和真空容器按内压容器进行液压试验，试验压力PT 按下式确定：PT=1.25 p P设计压力3 夹套容器应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。a. 内筒：内筒的试验压力按上述1，2款确定。b. 夹套：夹套内的试验压力按上述1款确定，但必须校核内筒在试验外压力作用下的稳定性。如不能满足稳定性要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒内保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压、和卸压）中的任一时间内，夹套的内筒的压力差不超过设计压差。312 液压试验中，对试验液体有什么要求？试验液体一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其它液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去除干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mmg/L.试验温度：1 碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制压力容器液压试验时，液体温度不得低于5，其它低合金钢制容器液压试验时液体温度不得低于15。如果由于板厚等原因造成材料延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度。2 其它钢种制容器液压试验温度按图样规定。313 何种情况下方可进行气压试验？如何进行？1 容器容积过大，无法承受水的重量。2 结构复杂，水压试验不足以充分检验各个部位的试压要求。3 由于设计结构的原因，用水不适合的（如不允许容器内残留试验液体）。4 其它难以克服的困难诸如大型容器供水困难者。气压试验应有安全措施。该安全措施需经试验单位技术总负责人批准，并经本单位安全部门检查监督。试验所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其它惰性气体。碳素钢和低合金钢容器，气压试验时介质温度不得低于15；其它容器气压试验温度按图样规定。试验时压力应缓慢上升，至规定试验压力的10%，保压510分钟，然后对所有焊缝和连接部位进行初次泄漏检查，如有泄漏，修补后重新试验。初次泄漏检查合格后，再继续缓慢升压至规定试验压力的50%，如无异常现象，其后按每级规定的试验压力的10%的级差增至规定的试验压力。保压30分钟后将压力降至规定试验压力的87%，并保持足够长的时间后现进行泄漏检查。如有泄漏，修补后再按上述规定重新试验。检查无漏气、无可见异常变形为合格。不得采用连续加压来维持试验压力不变。气压试验过程中严禁带压坚固螺栓。314 何种情况下要做气密性试验？如何进行？1 介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验。2 气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计图样要求作气压试验的压力容器，是否再做气密性试验，应在设计图样上规定。3 碳素钢和低合金钢制压力容器，其试验用气的温度应不低于5，其它材料制压力容器按设计图样规定。4 压力容器进行气密性试验时，安全附件应安装齐全。5 气密性试验所用的气体应为干燥，洁净的空气、氮气或其它惰性气体。6 气密性试验压力应在图样上注明。试验压力应缓慢上升，达到归定的试验压力后保压30分钟，然后降至设计压力，对所有焊缝和连按部位进行泄漏检查，小型容器也可浸入水中检查。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。经检查无泄漏即为合格。315 试述第一、三、四强度理论？第一强度理论即最大主应力理论，其当量应力强度S=1。它认为引起材料断裂破坏的因素是最大主应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大主应力达到材料单项拉伸时的最大应力值，材料即发生断裂破坏。第三强度理论即最大剪应力理论，其当量应力强度S=1-3，它认为引起材料发生屈服破坏的主要因素是最大剪应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料即发生屈服破坏。第四强度理论亦称最大变形能理论，其当量应力强度S=（它认为引起材料发生屈服破坏的主要因素是材料的最大变形能。亦即不论材料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形能达到材料单向拉伸屈服时的变形能，材料即发生屈服破坏。我国GB150-98标准中计算式主要是以第一强度理论为基础的。我国JB4732钢制压力容器分析设计标准中应力强度计算均采用第三强度理论。316 GB15098钢制压力容器标准中的圆筒公式采用了哪种强度理论？涵义是什么？圆筒计算公式用lame公式，该公式用四种强度理论又派生出四个应力计算公式。GB15098钢制压力容器标准中的圆筒公式是由壳体薄膜理论环向应力表达式演变而来，即平均直径处的薄膜应力公式（中径公式）；这个公式当外径与内径比值K1.5时推演可证明它与lame公式的第一强度理论表达式近似相等。因此，在工程上就将中径公式视为第一强度理论公式，亦可用于厚壁容器（K1.5）时的计算。317 GB15098钢制压力容器标准中，内压圆筒强度计算的基本公式和使用范围是什么？基本公式： PcDi =- 2t-Pc适用范围为：Do/Di1.5 或P0.4t318 GB15098钢制压力容器标准中，内压球壳强度计算的基本公式和使用范围是什么？基本公式： PcRi =- 2t-0.5Pc适用范围为： 或P0.6t319 内压圆筒与球壳厚度计算公式中的焊缝系数指的是何焊缝系数？圆筒中的焊缝系数为纵焊缝系数(即A类焊缝系数)。球壳公式中的焊缝系数为球壳上各焊缝的最小焊缝系数，其中包括球壳与圆筒相连接的环焊缝系数(即A类焊缝系数)。320 外压容器破坏形式有哪两种？外压容器的设计压力应包括哪两个方面的内容？外压容器破坏的主要形式有强度破坏和失稳破坏两种。设计应包括强度计算和稳定校核。因失稳往往在强度破坏前发生，所以稳定性计算是外压容器计算中主要考虑的问题。321 GB15098钢制压力容器标准中，外压圆筒（D0/e20）的有效厚度如何计算？1 假设n令e=n-C,定出L/D0和D0/n.2 在图中利用L/D0和D0/查出相应系数A。3 由A和材料的弹性模量E查图得B值，用下式计算出许用外压应力P。 B P= -D0/e 2AE 或 P= -3(D0/e)4.P应大于或等于Pc,否则须再假设名义厚度 n,重复上述计算步骤,直至P大于且接近Pc为止。322 常见的容器封头有哪几种？各有何优缺点？常见的容器封头有半球形、碟形、椭圆形、无折边球形、锥形、平盖生等。从受力情况看，依次为：半球形、椭圆形、碟形、锥形、平盖最差。从制造上看，平盖最容易，其次为锥形、碟形、椭圆形、球形。锥形封头受力不佳，但有利于流体均匀分布和排料，使用也较多。323 碟形封头的球面部分的内半径和封头转角内半径有何要求？碟形封头的球面部分的内半径应不大于封头的内直径，通常取0.9倍的封头内直径，封头转角内半径应不小于封头内直径的10%，且不得小于3倍名义厚度n。324 受内压的碟形封头和椭圆形封头的形状系数是什么？