压力容器换证评审问题集20130916.docx

压力容器换证评审问题集（2015.09.16）
1. 高压U型换热器壳程介质为液体时且操作压力较低时，设计压力的选取问题。

2. 高压容器结构特点
1) 筒体为厚壁筒或多层。
2) 封头为球形或平盖（小直径）。
3) 筒体上下采用法兰连接，采用筒体端部结构。
4) 密封不采用普通垫片，采用金属垫，密封结构形式多采用自紧式。
5) 开孔补强采用整体补强，不采用补强扳结构。小接管采用安放式结构。
6) 接管法兰采用长颈法兰、透镜垫、缩颈双头螺柱、厚螺母
3. 简述厚壁筒应力分布情况（内压作用下）
1) 环向应力（拉应力）：内壁最大，外壁最小，内外壁应力差等于内压力。
2) 轴向应力（拉应力）：沿壁厚均布。
3) 径向应力（压应力）：内壁最大，外壁等于零，内外壁应力差等于内压力
4. 中径公式适用于厚壁筒情况
中径公式可适用于Ｋ≤1.5，此时中径公式计算的应力比按拉美公式计算的最大环向应力小3.8％。
5. 平盖受力比较
简支板：最大应力在中心，径向、环向弯曲应力相等。
固支板：最大应力在边缘，为径向弯曲应力。
简支板的最大应力大于固支板的最大应力。
6. 换热器壳程圆筒最小厚度的考虑因素？
局部应力和装配检修。
7. 换热管排列方式及比较？
三角形：排管紧凑，管间清理不方便。正方形：管间清理方便，但排管少。
8. 折流板的作用？
①增加壳程介质的流速，提高换热效率。②起到支承板的作用。
当壳程介质为两相并存时（为蒸汽）弓形折流板缺口必须左右布置，否则会造成壳程第一块折流板处形成水封，导致壳程换热失效。
9. U形换热器、固定管板换热器管板受力的比较？
压力作用时，固定管板受力好于U形管板。管壳温差作用时，U形管板受力好于固定管板。
10. 固定管板管束最大应力的发生部位？
固定管板最大应力发生在板边缘。边缘管子受力最大。
当壳程设置有膨胀节时，要具体问题具体分析。
11. 制备产品焊接试件的目的是什么，有何意义？

12. 焊接残余应力对容器静力强度有何影响
焊接残余应力本身不影响容器静力强度。但对脆性断裂、应力腐蚀和疲劳容器会产生不良影响，故需消除。
13. 何谓应力腐蚀？产生应力腐蚀的三个必要条件？
应力腐蚀是指金属在拉应力和腐蚀性介质联合作用下产生的腐蚀裂纹，并使得裂纹迅速扩散，这种现象称应力腐蚀开裂。
①壳体材料存在拉应力或焊接残余应力；②存在特定的腐蚀性介质：氯化物，湿硫化氢，液氨等；③材料性能或焊接质量有较大缺陷，如硬度，韧性，含碳量及焊接缺陷等。
14. 裙座地脚螺栓与法兰螺栓受力的不同点？
这是由于裙座地脚螺栓是用来防止塔倾覆时承受拉应力的，地脚螺栓中心圆上的螺栓力呈线性分布的，受力最大的地脚螺栓位于沿风向和地震方向最外端的一个，而其他位置的地脚螺栓受力依此减小，一旦受力最大的螺栓因过载而屈服的话，其他螺栓承受的载荷将重新分配，而不致使塔器发生倾斜。但压力容器用法兰螺栓是均匀承载的，若其中之一产生屈服就意味着全部螺栓进入屈服状态，所以法兰螺栓应严格地控制在弹性范围内。
15. 压力容器用钢标准
钢板标准
GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》；
GB3531-2014《低温压力容器用低合金钢板》；~~~
GB19189-2011《压力容器用调质高强度钢板》；
GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》（废GB4237）；
NB/T 47002.1-2009 《压力容器用爆炸焊接复合板 第1部分不锈钢-钢复合板》（废止JB4733） ；
锻件标准
NB/T47008-2010 《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》；
NB/T47009-2010《 低温承压设备用低合金钢锻件》；
NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
16. 正火的定义及目的，什么条件下应采用正火板？
正火的定义：将钢件加热到AC3以上30～50℃或更高的温度，保温一定的时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺（AC1与AC3的含义）。
正火的目的：
（1）细化晶粒，提高钢材韧性和稳定钢材的力学性能；
（2）得到所要求的金相组织（珠光体组织）。
下列碳素钢、低合金钢应在正火状态使用：
1) 用于多层包扎容器的内筒的Q245R和Q345R；
2) 用于壳体厚度大于36mm的Q245R和Q345R；
3) 用于湿H2S腐蚀环境的任意厚度的Q245R和Q345R；
4) 用于设计温度低于-20℃的Q245R和Q345R；
5) 用于其它受压元件（法兰、管板、平盖等）的厚度大于50mm的Q245R和Q345R；
6) 用于球壳板厚度大于30mm的Q245R和Q345R
17. 某设备设计要求采用正火板，当设备制造完毕，制造单位发现没有用正火板，进而对已经制造完成的压力容器产品进行整体正火热处理予以补救。问：该方法是否可行？为什么？
答：不可行。 原因如下：
1) 正火：将工件加热到Ac3以上30~50℃，保温一定时间后，在空气中冷却。（如果在设计中忽略了正火板的要求，属技术性错误）
2) 完全退火：将工件加热到Ac3以上30~50℃，保温后随炉冷却到500℃以下在空气中冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
3) 正火与完全退火的最大区别是正火的冷却速度快。对设备进行整体正火处理的后果对材料而言，不是正火而是完全退火；对设备而言，容易将设备烧变形。
4) 正火与热轧钢板的差别是多方面的，难以用单一的常温力学性能或焊接性能指标予以比较和判断，晶粒度、带状组织、网状碳化物等等均存在差异。
18. 有应力腐蚀的换热器，管子与管板的连接宜采取什么方式？
应采用焊接形式。由于管壁很薄，拘束度小，焊接残余应力较小，故对应力腐蚀影响不大。不宜采用强度焊加贴胀或强度胀接型式，贴胀使得材料发生塑性变形，造成较大应力集中，在应力腐蚀环境下对管接头极为不利。
19. 当要求容器进行气密性试验时，应如何选取安全阀整定压力？
1) “固容规”4.8.3条：进行气密性试验时，应当将安全附件装配齐全；
2) “固容规”3.24条：对于带有安全阀、爆破片等超压泄放装置的压力容器，如果设计时提出气密性试验要求，则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力；
3) “固容规”3.9.2条：对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的动作压力不高于该压力容器的最高允许工作压力；
4) GB150.1附录B.4.7 b)条：取容器的设计压力等于或稍大于整定压力。即整定压力等于或小于设计压力。（GB 150.1~150.4-2011《压力容器》问题解答及算例中语以最高允许工作压力确定）
5) 气密性试验压力等于设计压力（“固容规”和GB150的规定）；
6) 满足上述要求时，超压泄放装置的动作压力的设定应高于设计压力低于最高允许工作压力（固容规标准释义）。即，设计压力＜整定压力＜最高允许工作压力。（动作压力=整定压力）
7) 所有受压元件包括开孔补强、法兰、开孔法兰盖等计算时的计算压力Pc应以最大允许工作压力带入进行计算。
20. 壳程为蒸汽和冷凝液两相介质时，卧式换热器的折流板应如何布置？

21. 钢板冲击试验的试样为什么要求横向取样？
钢板冲击试验的试样一般均取横向。这是由于，钢锭浇铸时会形成偏析或含有杂质，在钢板轧制的过程中，这些不均匀部分和杂质会顺着金属延伸方向形成纤维带状组织，从而使钢板平行于纤维状组织方向（纵向）的机械性能高于垂直方向（横向），尤其韧性和塑性指标更为突出。为提高材料的安全使用及压力容器的可靠性，GB150规定低温冲击试验要取横向。
22. 半球形封头与筒体的连接
（1） 中线对齐原则；如果由于结构原因不能满足中线对齐，但必须符合 GB150 附录D.2.2的≤1/2（δ筒体－δ封头）规定，并要考虑对口错边量；
（2） 筒体削薄处应被半球形封头的内外径延伸线覆盖；
（3） 削弱的筒体部分必须包含在半球形封头延伸线以内。
23. GB150.1中的4.6.2.2注3“[σ]t不应低于材料受抗拉强度和屈服强度控制的许用应力最小值”如何理解？
（1） 如Cr-Mo钢制压力容器，设计温度≥480℃时，水压试验时的[σ]/[σ]t中的[σ] =常温许用应力； [σ]t =475℃时的许用应力。
（2） 典型案例 “气化炉”“变换炉”等设计温度较高时水压试验压力的确定。
24. Q345R厚板制压力容器技术要求
（1） 厚度＞60mm，应每张热处理钢板进行拉伸和V型缺口冲击试验；增加一组在钢板厚度1/2处取样；三个试样－20℃冲击试验Kv2平均值不低于41J，允许一个不低于29J；
（2） 厚度＞36mm，应逐张进行超声检测，质量等级不低于II级；
（3） 厚度＞36mm，钢板应以正火状态下使用。
25. 焊接应力产生的原因、特点及危害是什么?
产生原因：焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容（单位质量的物质所占有的容积称为比容）不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
焊接应力的特点：
1) 对静力强度无影响；
2) 焊接应力由焊接过程中的变形协调而产生，属二次应力，多次加载会破坏。
3) 量值高可能大于等于屈服极限；一直存在；有“自限性”；测量困难。
4) 焊接应力危害：对容器的主要危害其一为应力腐蚀，只要有焊接应力存在，在适当环境下，不管设备是否处于使用状态均可能发生应力腐蚀；其二疲劳容器多次加载焊接接头处的破坏（因此有些设计单位建议对疲劳容器应要求进行焊后消除残余应力的热处理）。
综上所述，焊接残余应力本身不影响容器静力强度；但对脆性断裂、应力腐蚀和疲劳容器会产生不良影响，故在一定条件下需要消除。
26. 奥氏体不锈钢通常为什么不进行焊后消除应力的热处理？如果要求进行热处理应进行什么样的热处理？
1) 奥氏体不锈钢材料焊接时均采用小规范、小电流进行焊接，焊接时温度场产生的拘束度较小，焊接应力也较小，因此通常奥氏体不锈钢制容器不进行焊后消除应力热处理；
2) 焊后热处理温度一般在奥氏体不锈钢敏化温度（450～800℃）区间内，如果进行热处理会破坏奥氏体不锈钢金相组织及其性能；
3) 如果冷变形率超过规定值或其它原因需要进行热处理时，应进行固溶处理。
27. 是否进行焊后热处理需要考虑哪些因素？
1) 材料；
2) 厚度（包括焊接接头厚度）；
3) 预热温度；
4) 设计温度（负温时）；
5) 介质毒性；
6) 是否存在应力腐蚀倾向；
7) 结构原因，如碳素钢、低合金钢制换热器的多管程管箱或侧向开孔大于三分之一管箱内径时的管箱。
28. 椭圆封头在内压作用下，其厚度设计时应考虑哪两个方面的问题？如何体现？
椭圆封头在内压作用下，其厚度设计时应考虑强度和周向稳定两方面的问题，具体体现为：
1) 强度：按δ＝KPcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc)进行厚度计算，再加厚度附加量；
2) 稳定性：当Di/2h≤2（K≤1）时，椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15％；当Di/2h＞2（K>1）时，其有效厚度不小于封头内直径的0.30％。但当确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。
29. 等面积补强法为什么不适用于大开孔，应如何处理？
等面积补强法是以受两向拉伸的大平板开小孔作为计算模型的。对于大开孔，其开孔边缘不仅有很大的薄膜应力，而且还会产生很高的弯曲应力，故等面积法不适用。大开孔应采用应力分析法，试验验证方法及对比经验法进行设计计算。
圆筒径向开大孔时，按GB150.3 第6.6节进行分析计算。
30. GB151管壳式换热器壳程圆筒的最小壁厚，由哪些因素决定？
1) 保证足够的刚性：以便于管板、管束的安装及拆卸；
2) 须承受较大局部应力：如管束重量对壳体产生的局部应力，或重迭换热器的鞍座、接管对壳体产生的局部应力等。
31. 在什么情况下要用有效厚度进行容器计算？
需要确定压力容器的最大允许工作压力时，应按有效厚度分别计算出各受压元件允许的最大允许工作压力后取最小值。
32. 固定管板换热器在什么组合载荷下，可能无法满足强度条件，而不得不采用其他型式的换热器（如U型管式）？
在很高的管程压力和很大的管壳程温差载荷联合作用下，可使固定管板换热器，无法满足强度要求。因为要降低很大的温差应力就要设置膨胀节，但这样又会使管子和管板在很高的管程压力作用下引起极大的应力，使其无法满足强度条件，因而选用其它换热器型式。
33. 有一只需局部射线或超声检测的大直径低压容器，其封头为先拼焊后成形的碟形封头，成形后经100%射线检测合格，由于运输困难封头被切割成两半，运抵使用现场后再焊成一体，问最后这道焊缝的无损检测长度是多少？为什么？
只需局部检测，最后这道焊缝与封头其他拼接焊缝不同，焊后不再经受大的弯曲变形，因此其无损检测长度和容器其他A、B类焊缝一致即可。
34. 试对压力容器各受压元件上决定元件计算厚度的应力进行分析，分别说明它们在元件中所在的部位，应力的方向，成分类别及控制值。
应力

元件
所在部位
方向
成分
控制值
整体
过渡区
边缘
中心
纵向
环向
径向
薄膜
弯曲
膜+弯
1.0[σ]
1.1[σ]
1.5[σ]
3.0[σ]
圆筒
√

√

√

√

球形封头
√

√
√

√

√

锥形封头（无折边）

√

√

√

√

标准椭圆形封头

√

√

√
√

可拆平盖

√

√
√

√

√

锥形封头大端加强段

√

√

√

√
小段加强段

√

√

√

√

球冠形封头

√

√

√

√
35. 在什么情况下固定管板式换热器须设膨胀节？
在管板设计计算中，下述三个应力任何一个不能满足强度条件时就应设置膨胀节：
1) 壳体轴向应力；
2) 换热管轴向应力；
3) 换热管与管板连接的拉脱力。
当上述三项应力过大时，可采用设置膨胀节的方法，降低管板的厚度。
36. 外压容器的耐压试验压力计算时为什么不考虑温度修正系数（[σ]/[σ]t）？
外压容器在外压作用下，器壁承受的压缩应力可以使存在的扩展性缺陷趋于闭合，而以内压进行耐压试验的目的是发现穿透性缺陷、潜在的扩展性缺陷和验证连接密封面的可靠性。因此没有必要考虑温度修正系数（[σ]/[σ]t）。
37. 对应于各种失效模式下的安全系数是什么？
1) 对于以韧性断裂为代表的强度失效，其安全系数取为1.5。
2) 对于以低温脆断为代表的脆性断裂失效，其安全系数除铝和铝合金、铜和铜合金取3.0外，其余材料均取2.7。
3) 对于以法兰接头泄漏为代表的接头泄漏失效，其安全系数为碳素钢按螺栓大小分别取2.7和2.5；低合金钢、马氏体高合金钢按螺栓大小分别取3.5、3.0和2.7；奥氏体高合金钢按螺栓大小分别取1.6和1.5。
4) 对于以高温材料性能退化为代表的高温蠕变失效，其安全系数取为1.5。
5) 对于以结构失稳为代表的弹性和塑性失稳失效，其安全系数为对于外压圆筒和锥壳取3.0，对外压球壳和椭圆形、碟形封头取15.0。
6) 对于以疲劳为代表的疲劳失效，其安全系数为对于除螺栓以外的材料的总体疲劳寿命的安全系数为20.0，对于交变应力幅的安全系数为2.0；对于螺栓材料的总体疲劳寿命安全系数为5.7，对于交变应力幅的安全系数为1.5。
38. 关于风险评估报告的编制问题
风险评估报告编制目的：规避风险，优化设计。
风险评估报告的编制内容：只有原则，没有定式，针对性要强。
1) 设备名称、位号、图号、类别、安装方式、设备使用地；
2) 设计及操作参数（设计压力、温度，操作压力、温度）；
3) 介质组分（很重要，它是材料选择、腐蚀方式判断的重要依据）；
4) 主要材料、规格；
5) 工艺流程的描述，或设备功能性描述（储存设备，分离设备，反应设备）；
6) 介质引起的腐蚀分析
⑴ 晶间腐蚀：酸性电解质，如碳酸、硫酸等；
⑵ 应力腐蚀：如介质内含有H2S、液氨、氯离子等）；
⑶ 均匀腐蚀：如循环水，空气等；
⑷ 其它腐蚀：如固体颗粒产生的磨蚀，介质入口处冲刷腐蚀。
7) 可能发生的危害
在设计操作条件下按照操作规程正常使用一般不会发生爆炸、泄漏、损伤等危害，但如果没有按照操作规程操作，或没有定时巡检、定期检修和维护等时，可能会发生如下事故：
⑴ 爆炸
² 超过设计使用年限仍然使用；
² 未按操作规程操作，发生超压、超温使用；
² 不锈钢耐蚀层严重腐蚀破损，没有发现或没有及时修补；
² 外部灾害时（如火灾）没有及时停车等情况时就可能发生设备爆炸。
⑵ 泄漏引起的火灾
² 法兰垫片失效，导致密封性能下降；
² 内部不锈钢覆层受损，导致介质直接腐蚀碳钢层，母材及焊缝金属被腐蚀而发生泄漏；
² 泄漏发生后遇到明火引起火灾。
8) 建议的预防措施
⑴ 爆炸
建议的预防措施：
² 定期巡检，如发现诸如设备外壳变形、泄漏、异味时，应采取果断措施；
² 定期检查安全附件（安全阀、爆破片等）是否正常工作；
² 坚决杜绝超压、超温操作；
² 定期（如1~2年）对设备内部不锈钢覆层尤其是焊缝按标准规定或设计要求的方式进行检查；
² 本设备附近发生火灾时，应立即停车或其它有效措施。
⑵ 泄漏
建议的措施：
² 定期（如2小时）巡检，发现法兰处泄漏后及时更换垫片；
² 定期（1~2年至少一次）检查设备内部覆层腐蚀情况。
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