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压力容器设计综合知识1课件资料

压力容器设计综合知识要点

第一部分总论

填空

1《特种设备安全监察条例》是一部行政法规。

2《压力容器安全技术监察规程》中规定，压力容器设计总图上必须压力容器设计资格印章（复印章无效），该总图是指蓝图。

3极限载荷是相对一次加载而言；安定载荷是相对反复加载而言。

4低循环和低频是不同的概念，低循环是指循环次数102～105间，而低频是循环频率均为

300～600次/分。

5容器计算中所用的弹性名义应力是指材料进入塑性后，假定应力与应变关系仍服从虎克定律。

6GB150规定，超压泄放装置不适用于操作过程中可能产生压力剧增，反应速度达到爆轰时的压力容器。

7有一只压力容器，其最高工作压力为真空度670mmHg，设计压力为0.15Mpa，其容器类别为无类别。

按《容规》第2条

8压力容器检验孔的最少数量：

《容规》表3-6

300mm＜Di≤500mm：

2个手孔;

500mm＜Di≤1000mm：

1个人孔或2个手孔（不能开设手孔）;

Di>1000mm：

1个人孔或2个手孔（不能开设手孔）。

9符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：

《容规》第46条

1）筒体内径小于等于300mm的压力容器。

2）压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，它的尺寸不小于所规定的检查孔尺寸。

3）无腐蚀或轻微腐蚀，检查和清理的。

4）制冷装置用压力容器。

5）换热器。

10常温下盛装混合液化石油气的压力容器（储存容器或移动式压力容器罐体）应进行炉内整体热处理。

《容规》第73条

11按《容规》规定，压力容器安全附件包括：

安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力

表、液面计、测温仪表和快开门式压力容器的安全联锁装置。

《容规》第2条

12《钢制压力容器》GB150-1998不适用于设计压力低于0.1MPa；真空度低于0.02MPa的

容器；要求作疲劳分析的容器。

GB1501.3条

选择

1《压力容器安全技术监察规程规定》规定：

压力容器介质为混合物质时，应按《压力容器安全技术监察规程规定》毒性程度或易燃介质的划分原则，由（d）提供介质毒性程度或是否属于易燃介质的依据。

a）设计单位的技术部门

b）使用单位的生产技术部门

c）压力容器检测单位

d）设计单位的工艺设计和使用单位的生产技术部门

2《压力容器安全技术监察规程规定》规定下列容器中，

（a）是反应容器；（b）是换热容器；（c）是分离容器；（d）是储存容器。

a）聚合釜b）烘缸c）干燥塔d）液化石油气储罐

3下列压力容器属于《压力容器安全技术监察规程规定》监察范围的是（a）

a）低温液体罐式集装箱

b）超高压容器

c）气瓶

d）非金属制造的压力容器

4下列压力容器中，（c）属于《压力容器安全技术监察规程》监察范围。

a）核压力容器b）船舶和铁路机车上的附属压力容器

c）内筒处于真空下工作的夹套（带压）的压力容器

d）国防或军事装备用的压力容器

5下列压力容器（a）属于《压力容器安全技术监察规程》监察范围。

a）低温液体罐式集装箱b）超高压容器c）气瓶d）非金属材料制造的压力容器

6HG20660《压力容器中化学介质危害和爆炸危险程度分类》标准中，极度危害是指（b）

a）（Ⅳ级）最高允许浓度≥10mg/m3b）（Ⅰ级）最高允许浓度＜0.1mg/m3

7对充装LPG的球罐，计算物料质量m3时所用的物料密度ρ3应采用（d）下的液体密度。

a）常温b）操作温度c）最高设计温度d）最低设计温度

说明：

（！

）介质为液化气体（含液化石油气）固定式压力容器ρ为设计温度下的密度；

（2）介质为液化气体移动式压力容器为按介质为50℃时罐内留有8％气相空间及该设计温度下介质的密度确定。

8容器内的压力若有可能小于大气压力，该容器又不能承受此负压条件时，容器上应装设（c）

a）拱形防爆片b）正拱形防爆片c）防负压的泄放装置d）非直接式安全阀

9无保冷设施的盛装液化气体的固定式压力容器设计压力应不低于（c）。

a）气体工作压力b）夏季最高温度下的工作压力

c）50℃[wiki]饱和蒸汽压[/wiki]力（临界温度≥50℃）或最大充装量时50℃的气体压力（临界温度＜50℃）

10固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于（b）℃时混合液化石油气组分的实际饱和

蒸汽压来确定。

a）40b）50c）20d）0

11压力容器的法兰垫片不能使用石棉橡胶板的是（d）。

a）液化石油气储罐b）液氨储罐HG205833.2.1.5条

c）液氯储罐d）真空容器（应采用橡胶垫或缠绕垫）

12在下列厚度中能满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是（a）。

a）设计厚度b）最小厚度c）计算厚度d）名义厚度

判断

1最高工作压力小于0.1Mpa，但设计压力高于0.1Mpa的压力容器也应接受《容规》的监察。

（×）

2螺旋板式换热器、容积小于0.025m3的高压容器也应接受《容规》的监察。

（×）

3带外加热盘管（半圆管DN100、PN0.8Mpa、V＝0.03m3）的真空容器（DN＝2500、L＝2900）不接受《容规》的监察。

（×）（因为半圆管的容积大于0.025m3）

4《钢制压力容器》GB150-1998适用于工作压力[设计压力]不大于35MPa的容器。

（×）

5GB150-1998《钢制压力容器》不适用于[适用于]真空容器。

（×）

6GB150对真空度低于0.02MPa的容器不适用。

（√）

7GB150-1998标准的管辖范围包括：

……非受压元件与容器的连接焊缝，不包括焊缝以外的元件，如支座、支耳、裙座和加强圈等。

（√）

8使用温度低于-20℃的碳素钢和低合金钢制造压力容器均属于低温压力容器，应按低温容器有关标准和规定进行设计、制造、检验和验收。

（×）[低温低应力工况可不按低温容器]

9真空容器是外压容器，因此应[不]受《压力容器安全技术监察规程》管辖，[其设计、制造、检验和验收按GB150]（×）

10一介质为空气，设计压力为2.0MPa,容积为50m3的储存容器应划为三类[二类]压力容器。

（×）（与介质有关）

11多腔压力容器应按类别高的压力腔划定该容器的类别并按该类别进行使用管理。

（√）

12多腔压力容器应按类别高的压力腔[各自的类别]进行设计和制造（×）

13常温下无保冷设施的盛装混合液化石油气的压力容器，应以50℃作为设计温度。

（√）

14因特殊原因不能开设检查孔的压力容器应对每条纵、环焊接接头做100%射线或超声无损检测，并应在设计图样上注明计算厚度。

（√）

15压力容器产品施焊前，对要求全焊透的T型焊接接头，应进行焊接工艺评定。

（√）

16“压力容器安全技术监察规程”中压力容器的对接接头的无损检测的比例有三种，20%、50%[≥20%、≥50%]、100%。

（×）

17压力容器安全附件包括安全阀、爆破片装置、紧急切断装载、压力表、液面计、测温仪表、快开门式压力容器的安全联锁装置，都应符合《容规》的规定，同时还应该符合各自相应标准的规定。

（√）

18安全阀的开启压力不得超过压力容器的设计压力；爆破片标定爆破压力也不得超过压力容器的设计压力。

（√）HG20580Page22

19GB150在总体上采用的是常规设计法，但在某些局部处也体现了应力分类设计的方法。

（√）

第二部分材料

填空

1在制造过程中，如原有材料确认标记被裁掉或材料分成几块，应于材料切前

完成标志的移植。

20Cr18Ni9钢板的使用温度上限为：

700℃。

316MnR钢板的金相组织为珠光体和铁素体。

420R钢板的金相组织为珠光体和铁素体。

5用于壳体厚度大于30mm的16MnR钢板，应在正火状态下使用。

6用于壳体厚度大于30mm的16MnR钢板，应逐张进行超声波检测，质量等级应不低于Ⅲ级。

7压力容器锻件的质量级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。

800Cr17Ni14Mo2钢板应在固熔状态下使用。

9奥氏体不锈钢的使用温度高于525℃时，钢中碳含量不应小于0.04％。

10正常应力水平下，20R钢板的使用温度下限为－20℃。

11按GB150第一号修改单要求，碳素结构钢钢板Q235AF及Q235A不得用于压力容器受压元件。

1215CrMoR钢板的化学成分中，钼含量的名义成分为0.5％。

13焊制压力容器用碳素钢和低合金结构钢的碳含量一般应当不超过0.25％。

1400Cr17Ni14Mo2钢板应在固熔状态下使用。

15选择压力容器用钢的焊接材料时，碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且不超过母材标准规定的抗拉强度上限值加30Mpa。

15容器用钢在与温度200℃以上的氢介质接触时，应考虑氢腐蚀问题。

16铝容器最高设计压力为8Mpa；钛容器的最高设计压力为35Mpa。

17钛容器主要用于耐蚀容器，应用最多的腐蚀性介质为含氯介质。

18在正常的应力水平下，20R钢板的使用温度下线为－20℃。

1916MnR在热轧状态下的金相组织为铁素体＋珠光体。

20容器用金属材料中，钛、铝材及其容器不应在空气中接触明火，，以免易产生金属燃烧。

21碳素钢和碳锰钢在高于425℃温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向倾

向；奥氏体钢的使用温度高于525℃时钢中的含碳量应不小于0.04%。

（不能用超低碳不

锈钢）GB1504.1.6条88.Q235-B钢板适用于设计压力P≤1.6MPa；使用温度0-350℃；

用于壳体时，钢板厚度不大于20mm；不得用于毒性程度为极度或高度危害介质的压力

容器。

22钢材的使用温度低于或等于-20C时应按规定作夏比（V型缺口）低温冲击试验，奥氏体

不锈钢使用温度≥-1960C时可免做冲击试验

23目前提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的措施大致有固溶化处理、降低钢中的含碳

量、添加稳定碳化物的元素三种方法。

24我国现行材料标准中，对应于有色金属屈服规定的相应强度指标铝材为非比例伸应力，符号是σD0.2。

25钢、铝、钛、铜、锆相对密度由低到高排序为：

铝、钛、锆、钢、铜。

选择

116MnR钢板的使用温度下限为（c）

a）0℃b）－10℃c）－20℃

2设计温度为－30℃的压力容器，其材料可选用（c）钢板。

a）20Rb）16MnRc）16MnDR

3《容规》规定，下列材料应在退火状态下使用（b、c、d）

a）铝及铝合金b）钛及太合金c）铜及铜合金d）镍及镍合金

4下列哪些材料应在正火加回火状态下使用（c、d）

a）16MnRb）15MnNbRc）18MnMoNbRd）13MnNiMoNiR

5下列哪些材料为奥氏体钢（c、d）

a）0Cr13b）0Cr13A1c）0Cr18Ni9d）00Cr17Ni14Mo2

6下列哪些锻件应选用Ⅲ即锻件（c）

a）换热器管板锻件b）设计压力1.6≤P＜10MPa锻件c）设计压力P≥10MPa锻件

7奥氏体不锈钢容器的热处理一般是指（a、c）

a）1100℃的故溶化处理b）625℃消应力处理

c）1100℃875稳定化处理d）850℃正火处理

8设计温度为600℃的压力容器，其壳体钢板可选用的材料有（a、b）

a）0Cr18Ni9b）0Cr17Ni12Mo2c）00Cr17Ni14Mo2

9按钢板标准，16mm厚的Q235B钢板在20℃时的一组冲击功（J）数值为（c）是合格的。

a）17.30.32b）17.40.50c）28.30.31

10对有晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢筒体，经热加工后应进行（d）热处理。

a）退火b）正火加回火c）稳定化d）固溶化e）固溶化加稳定化

判断

1GB150规定，在任何情况下元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度。

（√）

235CrMoA螺栓用钢可在正火加回火状态下使用。

（×）【调质】

316MnR钢板可在正火状态下使用。

（×）【小于等于30mm可在热轧状态下使用】

4设计单位应在图样上注明锻件的材料的牌号和级别。

（√）

518MnMoNbR钢板应在正火加回火状态下使用。

（√）

620R钢板的金相组织为珠光体加铁素体。

（√）

7用于压力容器壳体厚度30mm16MnR钢板，可在热轧状态下使用。

（√）

8对于钢材的标准抗拉强度下限σb≥540Mpa的钢材，的含P量应不大于0.020％，含S量不应大于0.015％。

（√）

9GB150规定当选用JB4700－4707标准时，可免除螺栓法兰的设计计算。

（√）

10GB150规定法兰设计的应力校核时所有尺寸均包括腐蚀附加量。

（×）

11椭圆形封头或碟形封头过渡区部分开孔时，其孔的中心线宜垂直封头表面。

（√）

12设计温度为－50℃的压力容器，其壳体用钢板可选用09MnNiDR。

（√）

13用于压力容器壳体的厚度为30mm的16MnR钢板，可在热轧状态下使用。

（√）

14钛材切削加工时如冷却润滑不好，切削易燃烧。

（√）

15奥氏体钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应≥0.04%。

（√）

16碳素钢和碳锰钢在温度高于425℃下长期使用，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。

（√）

17多层包扎压力容器的内筒钢板，其质量等级应不低于JB/T4730.3-2005规定的II级。

（√）

18当碳素钢和低合金钢锻件公称厚度大于等于300mm时，锻件级别不应低于JB4726规定的Ⅲ级。

（×）

19目前防止不锈钢产生晶间腐蚀的主要措施有：

采用固溶处理；降低钢中的含碳量或添加稳定碳化物元素。

（√）

20在钢材的拉伸试验中，无论用δ5或δ10的试样，其试验结果是一样的。

（×）

第三部分设计

填空

1水压试验时其排气孔应设在容器顶部。

2厚壁筒体三个应力中，环向应力、径向应力是非均匀分布的。

3内压作用下标准椭圆封头经向应力的最大值在顶点上。

4GB150规定仅适用于锥壳半锥角α≤60°的轴对称无折边锥壳或折边锥壳。

5等面积补强计算对象是薄膜应力。

6等面积补强壳体有效补强范围的意义是受均匀拉伸开小圆孔平板，孔边局部应力的衰减范围。

7内压锥壳的壁厚计算是将锥壳作为当量圆筒处理，其中圆筒内径Di以DcCOSα代替，

Dc为锥壳大端直径。

8外压计算中，只有当加强圈有足够大的惯性矩时，才能改变圆筒的外压计算长度。

9压力容器法兰分为窄面法兰和宽面法兰两大类。

10法兰连接设计分为三部分垫片设计、螺栓设计、和法兰本体设计。

11GB150规定凸形封头或球壳的开孔最大直径d≤0.5Di。

12垫片起有效密封作用的宽度位于垫片的外径侧。

13垫片基本密封宽度b0是指法兰预紧后，法兰产生变形的情况下，垫片仍被压紧的宽度。

14按GB151－1999规定换热器管板锻件的级别为Ⅱ级。

15椭圆封头在内压作用下的变形特征是趋圆。

16GB150规定锥壳与筒体的连接应采用全焊透结构。

17GB150规定壳体上开孔应为圆形、椭圆形和长圆形。

18GB150规定若条件许可推荐以厚壁管代替补强圈补强。

19壳体受内压的开孔补强采用等面积补强。

20设置加强圈是为了减小筒体的计算长度，以提高筒体承受外压的能力。

21法兰密封面主要有平形、凹凸、榫槽三种，其中后两种密封性能优于平面。

22采用补强圈补强时，补强材料一般需与壳体材料相同。

23壳体圆形开孔时，开孔直径是指接管内径加2倍厚度附加量。

24已知某点的应力状态σly，该点的应力强度为480Mpa。

σlj=

25在A、B两类焊接接头中，受力最大的是A类接头。

26内压锥壳上存在两个方向的薄膜应力，其中环向薄膜应力是经向薄膜应力的2倍。

27内压筒体壁厚计算公式适用于单层、多层、热套筒体的计算。

28锥壳小端加强段长度是按圆柱壳在边缘力作用下的环向薄膜应力的衰减长度来考虑的。

29圆平板在周边均布弯矩作用下，板中的弯曲应力是均匀分布的，且周向应力与径向应力相等。

30圆筒上的切向接管，接管与筒体的内壁相贯线是非圆形的，长轴直径为a、短轴直径为b。

其开孔补强计算中，开孔补强直径d取b加两倍的壁厚附加量。

31当法兰的径向应力σR超过许用值时，宜增大法兰的厚度进行调节，而增加锥颈厚度，相反会使σR增大。

32垫片基本密封宽度b0是指法兰在预紧后，法兰产生变形的情况下，垫片仍被压紧的宽度。

35较软的垫片一般m较小y较小。

36法兰计算中的最大径向应力σR发生部位在法兰环与锥颈连接面的内径处。

37椭圆封头在外压下的稳定是针对封头的球面部分考虑的，按当量球壳计算，对标准椭圆封头其当量球壳外半径，等于0.9倍的封头外直径。

38法兰计算中的轴向应力σH发生部位在锥颈两端，当系数f＞1时，表示在小端；当f≤1时，表示在大端。

39焊接接头系数应根据受压元件的焊接接头形式和无损检测的长度比例确定。

40GB150中10.4.2.7款要求立式容器地脚螺栓通孔应跨中布置，这主要是考虑风载荷的影响。

41整体补强的型式有增加壳体的厚度、厚壁管、整体锻件。

42壳体圆形开孔时，开孔直径是指接管内径加2倍厚度附加量。

43当螺栓中心圆直径Db受法兰径向结构要求控制时，为紧缩Db宜选直径较小的螺栓。

44垫片系数是针对法兰在操作状态下，为确保密封面具有足够大的流体阻力，而需要作用在垫片单位密封面积的压紧力与流体压力的比值。

垫片越硬，m值越大。

45最大允许工作压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，其取各受压元件的最小值。

46外压及真空容器的圆度要求严于内压容器主要为了防止失稳。

47设计锥形封头时，封头大端当锥壳半锥角α＞30°时，采用折边锥形封头，否则采用分析设计方法进行设计。

48气密性试验压力为压力容器的设计压力。

《容规》第101条

49压力容器的筒体，封头，人孔盖，人孔法兰，膨胀节，开孔补强圈，设备法兰，球罐

的球壳板，换热器管板和换热管，M36以上的设备主螺栓，公称直径≥250mm的接管和法

兰等均作为主要受压元件。

《容规》第25条

50只设置一个安全阀的压力容器，根据压力高低依次排列:

设计压力、工作压力、最高工作

压力、开启压力、试验压力：

HG205802

（2）条

（1）试验压力

（2）设计压力（3）开启压力（4）最高工作压力（5）工作压力

51两个不同垫片，他们的形状和尺寸均相同且都能满足密封要求，则选用m（垫片系数）值较

小的垫片较好。

（资料）

52对于压力容器锥壳：

小端，锥体半顶角α≤45时，可采用无折边结构当锥体半顶角α

＞45时，应采用带过渡段的折边结构。

GB1507.2条

53GB150标准管辖的容器，其范围是指壳体及与其连为整体的受压零部件。

GB1503.3条

54低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于或等于-20℃，但其环向应力

小于或等于钢材标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa时的工况。

GB150附录C1.5

55不锈钢容器在水压试验合格后，应将水渍清除干净，当不能达到这一要求时，应控制

水的氯离子含量不超过25mg/L。

《容规》第98条之2款

56有防腐要求的不锈钢容器，在压力试验及气密性试验合格后，表面需做酸洗、钝化处理。

《容规》第108条

57低温压力容器的铭牌不能直接铆固在壳体上。

GB150附录C4.8

58设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。

GB1503.2.2.1条

59壳体上的开孔应为圆形、椭圆形或长圆形。

当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时，

孔的长径与短径之比应不大于2.0。

GB1508条

60压力容器锥体设计时，其大端折边锥壳的过渡段转角半径r应不小于封头大端内直径Di

的10%、且不小于该过渡段厚度的3倍。

GB1507.12条

61压力容器锥体设计时，其小端折边锥壳的过渡段转角半径rs应不小于封头小端内直径D

is的5%,且不小于该过渡段厚度3倍。

GB1507.12条

62低温压力容器的结构设计要求均应有足够的柔性，结构应尽量简单，减少约束；避

免产生过大的温度梯度；应尽量避免结构形状的突然变化，以减少局部高应力；接管

端部应打磨成圆角。

GB150附录C3.2

63低温压力容器的支座需设置垫板，不得直接焊在壳体上。

GB150附录C3.2

64压力容器制造中热处理分为：

整体热处理和局部热处理两类

66按GB150标准规定,压力容器上人孔筒节的纵向焊缝应是A类焊缝,而人孔法兰与

人孔筒节的焊缝应是B类（对焊）或C类（角焊）焊缝。

GB15010.1.6条

66外压及真空容器的主要破坏形式是稳定性失效；低温压力容器的主要破坏形式是脆

性破坏。

选择

1下列哪些封头过渡区的转角半径不得小于图样的规定值（b、d）

a）椭圆封头b）碟形封头c）球冠形封头d）小端折边锥形封头

2一台容器进行压力试验，其试验压力为5.0Mpa，应选用下列哪一压力表（b）

a）量程6Mpa的压力表b）量程10Mpa的压力表c）量程25Mpa的压力表

3GB150椭圆封头厚度计算公式中焊接接头系数中指（b）

a）椭圆封头与筒体连接环缝b）拼缝

4GB150锥壳计算公式中焊接接头系数中指（b）

a）锥壳环缝接头系数b）锥壳纵缝的接头系数

5GB150球壳计算公式中焊接接头系数中指（a、b）

a）球壳的拼缝接头系数b）球壳与圆筒连接的环缝系数

6承受内压壳体的开孔补强准则为（a）

a）等面积补强b）半面积补强

7等面积补强其补强对象是（b）

a）弯曲应力b）薄膜应力c）薄膜应力加弯曲应力

8GB150规定椭圆形或碟形封头（a）在过渡区开孔

a）可以b）不可以

9GB150规定当采用补强圈结构时钢材的抗拉强度下限σb（c）

a）≤490Mpab）≤325Mpac）≤540Mpa

10外压筒体和球壳的计算，尽管各国规范公式不尽相同，但大都以（b）公式为基础推导的。

a）拉美b）米西斯c）中径

11一台外压容器直径Φ12