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1、 2017年压力容器设计知识测试（1）问答题：1. 列出压力容器规则设计方法中板材、锻件管材的安全系数（碳素钢和低合金钢、高合金钢）？列出压力容器规则设计方法中螺柱（螺栓）的安全系数？2. 焊接接头缺陷有哪些？你认为哪几种最具危险？为什么？3. 风险评估报告应该包括哪些内容？4. 简单叙述一下塔式容器应力的校核步骤？5. 卧式容器都校核哪些应力？6. 卧式容器的许用应力是如何考虑的？7. 法兰连接最容易发生的失效是？怎么样能有效地改善？8. 选用HG/T 20592-20635-2009，你是如何处理腐蚀裕量的问题？9. 受压容器是如何进行应力分类的？简述各类应力并举例？10. 规则设计中是如
2、何将应力分类的？答：1. 压力容器规则设计方法中安全系数板材、锻件管材的安全系数（碳素钢和低合金钢、高合金钢）规则设计方法的安全系数材料（板、锻件、管）安全系数室温下的抗拉强度设计温度下的屈服强度（）设计温度下持久强度极限平均值设计温度下蠕变极限平均值（每1000h蠕变率为0.01%）碳素钢和低合金钢高合金钢钛及钛合金镍及镍合金铝及铝合金铜及铜合金注：如果标准允许采用，则可以选用该值计算其许用应力。根据设计使用年限选用1.0105、1.5105、2.0105等持久强度极限值。螺柱（螺栓）的安全系数材料螺柱（螺栓）直径mm热处理状态安全系数设计温度下的屈服强度（）设计温度下持久强度极限平均值碳素
3、钢M22热轧，正火2.71.5M24M482.5低合金钢与马氏体高合金钢M22调质3.5M24M483.0M522.7奥氏体高合金钢M22固溶1.6M24M481.52. 焊接接头的缺陷有：1）未焊透；2）未熔合；3）气孔；4）夹渣或夹杂物；5）偏析；6）咬边与烧穿；8）焊瘤；9）溢流比较危险的几种缺陷：1）未焊透：表现为工件或者母体的接头处没有融合在一起，当这种焊接缺陷出现的时候，会大幅度降低焊接接头的强度，一旦投入使用，在承载的情况下极易开裂；2）未熔合：焊接时母材工件与焊缝中的材料没有完全熔合在一起，或者说焊缝中的多种金属没有完全的熔合在一起，这种缺陷可以出现在坡口处或者根部，当这种缺陷
4、出现的时候，会导致承载力的截面积变小，危害极大，表象是经常伴随夹渣出现；3）气孔：在焊接过程中，熔池中的气体在冷却阶段没有溢出，残留形成的气泡，在焊缝中就形成了气孔。气孔在非常细小的时候很难在肉眼下发现，虽然气孔对于工件受力截面积影响不大，但是破坏了工件焊缝处的致密性，使之强度降低，依然会对工件交付使用后形成较大的危害隐患；4）夹渣与夹杂物：焊接夹渣简单来说就是在焊接过程中残留在焊缝中的熔渣。焊缝夹渣外形都是不规则的，一旦出现尖角非常容易使焊缝出现裂纹。如果是含硫化物的夹渣，将对工件的力学性能的危害更大5）裂纹：裂纹是一种最常见、危害性也是最大的焊接缺陷。具体表现为局部破裂，有可能出现在焊缝金
5、属的内外，还有可能出现在母材热影响区。3. 风险评估报告应包括1）设备的适用范围；2）操作/设计条件，包括操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、介质名称、介质性质、设备的主要结构材料、设备的主要外部载荷、操作工况条件等条件；3）失效后果，包括本设备超压可能造成的后果及因介质泄露可能造成的后果；4）失效模式与预防措施。4. 简述塔式容器应力的校核步骤：4.1塔壳轴向应力校核1）圆筒形塔壳轴向应力校核。计算圆筒任意界面处由内压或真空引起的轴向应力1，由操作或非操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力2，弯矩引起的轴向应力3。2）圆筒轴向稳定性校核。确定圆筒许用轴向压应力cr，校核圆筒最大组合压应力。
6、3）圆筒拉应力校核。对圆筒最大组合拉应力进行校核。4）如果不能满足2）和3）条件时，应重新设定塔式容器圆筒的有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。4.2圆锥形塔壳轴向应力校核1）锥壳轴向应力校核。计算锥壳任意截面由内压或真空引起的轴向应力1，由操作或非操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力2，弯矩引起的轴向应力3。2）锥壳稳定校核。确定锥壳许用轴向压应力cr，校核锥壳最大组合压应力。3）锥壳拉应力校核。对锥壳最大组合拉应力进行校核。4）如果不能满足2）和3）条件时，应重新设定塔式容器锥壳的有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。4.3耐压试验时应力校核1）计算塔式容器（含圆筒及锥壳）各计算截面由耐
7、压试验压力引起的轴向应力1，重力引起的轴向应力2，弯矩引起的轴向应力3。2）应力校核。确定耐压试验时许用轴向压应力，校核最大组合轴向应力。3）如不能满足上述条件时，应重新设定圆筒或锥壳的有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。4.4裙座壳轴向应力校核1）裙座壳底截面轴向应力校核。裙座壳底截面组合应力操作工况和耐压试验工况的应力校核。2）裙座壳检查孔或较大管线引出孔界面操作工况和耐压试验工况的应力校核。3）如不能满足上述条件时，应重新设定裙座壳有效厚度，重复上述计算，直至满足要求。4.5裙座与塔壳连接焊缝处1）裙座与塔壳搭接焊缝处剪应力校核。2）裙座与塔壳对接焊缝处拉应力校核。5. 卧式容器需要校
8、核的应力：圆筒轴向应力、圆筒切向剪应力及封头应力、圆筒周向应力、腹板水平拉应力、鞍座压缩应力、地震引起的地脚螺栓应力（包括拉应力和剪应力）。6. 卧式容器的许用应力1）压力容器的受压元件和螺栓材料在不同温度下的许用应力按GB150.2和相应标准规定选取。常压卧式容器材料的许用应力按NB/T47003.1确定。 2）设计温度低于20时，按20时的许用应力。 3）复合钢板的许用应力应按GB150.1相应规定确定。 4）对于地震载荷或风载荷与NB/T4702-2014 4.3.1中其他外载荷相结合时，允许元件的设计应力不超过许用应力的1.2倍。 5）圆筒需用轴向压缩应力应按GB150.1相应规定确定
9、。 6）非受压元件材料的许用应力：鞍座按NB/T4702-2014中5.4.2选取；焊于受压壳体上的重要内件、加强圈等元件按相近材料的受压元件选取。7. 改善法兰的密封失效可以从影响密封性能的主要因素着手：1）螺栓预紧力，适当地提高螺栓预紧力增加垫片的密封能力，预紧力尽可能均匀地作用到垫片上，可以采取减小螺栓直径、增加螺栓个数的措施；2）垫片性能，垫片应该具有较好的变形能力和回弹能力，另外垫片还应该具有适应介质的温度、压力和腐蚀等性能；3）压紧面质量，压紧面的形状和粗糙度应与垫片相匹配，压紧面表面不允许有刀痕和划痕，同时为了均匀地压紧垫片，应保证压紧面的平面度和压紧面与法兰中心轴线的垂直度；4
10、）法兰刚度，提高法兰刚度可以适当增加法兰换的厚度、缩小螺栓中心圆直径、增大法兰环外径，另外采用带劲法兰或增大锥颈部分尺寸，也可以显著提高法兰的抗弯能力，但是不能无条件地提高法兰刚度；5）操作条件，考虑压力、温度及介质的物理和化学性质对密封性能的影响。总之，改善法兰连接的失效需根据具体工况综合考虑。8. 除工程设计另有规定外，按照筒体的腐蚀裕量选取。9. 根据应力分类的基本出发点，将压力容器原件中按现有应力计算方法所求出的应力分类如下：1）一次应力。由所加机械载荷引起、需满足内、外力和力矩简单平衡规律的正应力或剪应力。一次应力的实例：在圆筒或球壳中由内压或分布的活载荷引起的总体薄膜应力；在平封头
11、中心区域由压力引起的弯曲应力。2）局部一次薄膜应力。是由压力或其他机械载荷引起，与结构不连续相联系的薄膜应力。若不加以限制，在载荷传递到结构的其他部分时会引起过大的变形。从保守角度考虑，将这种应力分类成局部一次薄膜应力。局部一次薄膜应力的实例：在永久性支座或接管连接处的外载荷和力矩在壳体内引起的薄膜应力。3）二次应力。由于相邻零件的约束或结构的自身约束所引起的法向应力或剪切应力。二次应力的基本特征是，它是自限的。局部屈服和小量变形可以使得引起这种应力的条件得以满足，一次性施加这种应力是不会发生失效的。二次应力的实例：总体热应力，它和产生此热应力的结构变形相联系。如果这种应力（不计应力集中）超过
12、材料屈服强度的两倍，弹性分析就可能失而连续的热循环可能引起递增变形。总体结构不连续出的弯曲应力。4）峰值应力。峰值应力的基本特征是，它不引起任何显著的变形，之所以对强度有害仅因为它是一种可能导致疲劳裂纹或脆性断裂的原因。对于不高度集中地应力，如果它不引起显著的变形，也属于这一类。局部热应力属于峰值应力。峰值应力的实例：在碳钢容器的奥氏体钢覆层中的热应力。在容器壁或罐壁中由于内部流体温度急剧变化所引起的热应力。局部结构不连续处的应力。10.应力分类的依据和基本出发点应力分类是以现有的应力计算方法为依据的分类，现有的应力计算方法主要是指材料力学方法，薄壁壳体的无力矩理论和有力矩理论方法，薄板应力分
13、析方法，以及少数场合采用的厚壁筒体和厚壁球壳的应力分析方法、小圆孔（包括小凹槽）周边的应力集中分析等所用的弹性力学方法。应力分类实质上是把现有应力计算方法所求得的应力，根据它们对目前已计及的失效 模式所起的作用分类，但归纳起来应力分类的基本出发点主要是：1）产生应力的原因，是由机械载荷引起还是由温差载荷引起，由机械载荷直接引起的应力对元件失效所起的作用都大于由温差载荷所引起的应力。2）导出应力的方法，按照上面所述现有的应力计算方法，除封头对壳体、接管对壳体等这类不连续结构外，由机械载荷所直接引起的应力都由外载和内力的平衡关系导出；而温差载荷引起的应力，以及封头对壳体、接管对壳体等这类结构不连续
14、处的边缘应力，虽然也是由机械载荷引起，但并非直接引起而是间接引起，是由二元件）对温差应力，也可能是同一元件的这一部分和另一部分）间的变形协调关系导出。由外载和内力的平衡关系导出的应力，对元件失效所起的作用都大于由变形协调条件所导出的应力。3）应力沿壁厚的分布，应力沿壁厚的分布可以是均匀分布、线性分布或非线性分布，前者称为薄膜应力，线性分布或线性分布和非线性分布的组合称为弯曲应力。薄膜应力达材 料屈服强度则意指整个壁厚屈服，弯曲应力达材料屈服强度则仅指该最大应力处屈服，整个 壁厚并未达到承载能力的极限，所以薄膜应力对失效所起的作用都大于弯曲应力。4）应力存在区域的大小，同样数值的应力，如遍布于容器元件的整体地区，对失效所起的作用必大于仅存在于元件局部地区的应力。
