压力容器设计基础
一．概述
1、标准适用的压力范围
GB150－1998《钢制压力容器》设计压力P：0.1～35 MPa
真空度：≥0.02 MPa
GB151－1999《管壳式换热器》设计压力P：0.1～35 MPa
真空度：≥0.02 MPa
公称压力PN≤35 MPa，公称直径DN≤2600mm
PN? DN≤1.75×104
JB4732－95《钢制压力容器-分析设计标准》设计压力P：0.1～100 MPa
真空度：≥0.02 MPa
JB／T4735－1997《钢制焊接常压容器》设计压力P：
圆筒形容器：-0.02 MPa≤P≤0.1 MPa
立式圆筒形储罐、圆筒形料仓-500Pa≤P≤0.2000 Pa
矩形容器：连通大气
GB12337－1998《钢制球形储罐》设计压力P≤4MPa,公称容积V≥50M3 JB4710－2000《钢制塔式容器》设计压力P：0.1～35MPa
(对工作压力<0.1MPa 内压塔器,P 取0.1MPa)
高度范围h>10m 且h/D(直径)>5
2.设计时应考虑的载荷
1) 内压、外压或最大压差；
2) 液体静压力(≥5%P)；
需要时，还应考虑以下载荷
3) 容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；
4) 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；
5) 风载荷、地震力、雪载荷；
6) 支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；
7) 连接管道和其他部件的作用力；
8) 温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；
9) 包括压力急剧波动的冲击载荷；
10) 冲击反力,如流体冲击引起的反力等；
11) 运输或吊装时的作用力。
3、设计单位的职责
1)设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责。
2) 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。
3) 压力容器的设计总图应盖有压力容器设计资格印章。
4．容器范围
GB150 管辖的容器范围是指壳体及其连为整体的受压零部件
1)容器与外部管道连接
2) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件
3) 非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加强圈、支座、裙座等
4) 连接在容器上的仪表等附件。直接连接在容器上的超压泄放装置。
5.定义
(1)压力除注明者外，压力均为表压力。
工作压力Pw
1)内压容器在正常工作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。
2)真空容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大真空度。
3)外压容器在正常工作情况下，容器可能出现的最大内外压力差。
设计压力Pd
设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷的条件，其值不低于工作压力。
计算压力Pc
计算压力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。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
最大允许工作压力[Pw]
在指定温度下，压力容器安装后顶部所允许的最大工作压力。该压力应是按容器各受压元件的有效厚度减去除压力外的其他载荷所需厚度后，计算得到的最大允许工作压力（且减去元件相应的液柱静压力）中的最小值。
最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依据。
安全阀的开启压力Pz
安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。
爆破片的标定爆破压力Pb
爆破片铭牌上标的爆破压力。
(2)温度
金属温度容器元件沿截面厚度的温度平均值。
工作温度容器在正常工作情况下介质温度。
最高、最低工作温度
容器在正常工作情况下可能出现介质的最高、最低温度。
设计温度
容器在正常工作情况，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度。容器的设计温度是指壳体的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
试验温度试验温度指压力试验时，壳体的金属温度。
(3)厚度
最小厚度δmin
容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度。
计算厚度δ 按各章公式计算得到的厚度
容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。
厚度附加量C=C1+C2
设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚
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度附加量的厚度。
设计厚度δd
计算厚度与腐蚀裕量之和
名义厚度（即图样厚度）δn
设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。
有效厚度δe
名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。
二.材料
(一)选材的基本原则
选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀
性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物理性能等的材料。注意在同一工程中应尽量注意用材统一,具体的选材过程中必须仔细考虑如下因素：
（二）材料的基本性能材料的基本性
1．机械性能
金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强
度、弹性、硬度、韧性及塑性等。也可称为―力学性能‖。金属材料就是
用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机械性能。
（1）机械强度强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性。常用
的特性指标有屈服极限（ζt s）和强度极限（ζb）。数值由拉伸试验获得。高温时还要考虑蠕变极限（ζt n）和持久极限（ζt D）。
压力容器用材要求材料不仅具有高的屈服极限，而且具有一定的屈强比（ζs/ζb）。屈强比反映了材料承受外载能力的能力,屈强比愈小，结构零
件的可靠性愈高，万一超载，由于塑性变形的产生而使金属材料的强度提高而不致立刻破坏。压力容器用材的屈强比一般为0.6~0.7。碳素钢的屈强比一般为0.6 左右，低合金高强度钢为0.65~0.75，合金结构钢为0.85
(2)塑性材料的塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。材料的塑性是用延伸率（δ）及断面收缩率（ψ）来表示。它
们的数值由拉伸试验获得。
一般情况下，塑性材料的延伸率和断面收缩率较大，而脆性材料则较小。
金属材料的塑性指标在压力容器设计具有重要的意义。首先，塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性使零件在使用时万一超载，也能由于塑性变形使用权材料强度提高而避免突然袭击断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺的要求不是从使用安全的要求，都希望金属材料具有良好的塑性。一般碳
钢、碳锰钢δ≥16%,其它合金钢δ≥14%。
（3）硬度所谓硬度是指金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可
以说是材料对局部塑性的抗力。硬度可采用不同的方法在不同的仪器上测
定，其所得的硬度指标也各不相同。最常用的硬度指标为布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。
硬度是金属材料的重要性能之一。一般情况下，材料的硬度高，其耐
磨性也较好。材料的硬度与强度之间也有一定的关系（因为硬度是反映材
料局部塑性变形的抗力），根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火或退火的低碳钢ζb =0.36HB;
轧制、正火或退火的中碳钢ζb =0.35HB;
硬度HB≤250 经热处理的合金钢ζb =0.34HB;
硬度HB250~400，经热处理的合金钢ζb =0.33HB;
由于测定硬度方便，在生产中常用测定硬度的方法来估算钢材的强度。对焊接接头，也常用测定热影响区硬度的方法来确定其淬硬程度。
换热管与管板的连接采用胀接时，换热管材料的硬度值一般须低于管板材料的硬度值。
螺栓和螺母匹配使用，一般螺栓材料的硬度值须高于螺母３０HB。
（4）韧性韧性是指材料抵抗冲击载荷的性能指标, 材料韧性用冲击
功A KV来衡量,冲击功A KV是指材料受到冲击负荷的作用下，产生断裂时所消
耗能量大小的特性，即冲击试样所消耗的功，其单位为J。
由于冲击功A KV是金属材料各项机械性能标中对材料的化学成分、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，而且也是衡量材
料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。
（5）温度对材料机械性能的影响
材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低。如果设备的操作温度较高，则必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。
如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10 万小时)产生1%的变形时的应力;持久极限是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内(10 万小时)引起断裂时的应力．在实际试验中，常常用较短时间的试验结果来外推长时间的性能，但一般限制外推时间不得大于试验时间的10 倍。持久强度是高温元件设计选材的重要依据，是GB150 中确定许用应力的强度指标之一．
低温情况下，通常塑性金属材料往往以脆性方式破坏。引起钢制焊接
压力容器脆性破坏的因素非常复杂。它取决于材料的晶格结构，板材的厚
度，加工后的残余应力、结构缺陷以及材料的使用温度。
目前各国标准规范均以夏比v 型缺口冲击试验来检验材料对脆性破坏
的敏感性。
2．耐腐蚀性能
耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大
多数具有腐蚀性的，在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料。
引起材料腐蚀的因素多种多样，工程中常将常见的腐蚀情况分为：均匀
腐蚀、点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨蚀等。
（1）均匀腐蚀
均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式
的腐蚀其危害最小。GB150 中C2只考虑均匀腐蚀C2=KB
其中B—设计寿命(年) K—腐蚀速率(mm/ 年)一般分为
不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀
B mm/年<0.05 0.05~0.13 0.13~0.25 ≥0.25
C2mm 0 ≥1 ≥2 ≥3
（2）应力腐蚀
应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀
裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式.
几种常见的应力腐蚀环境:
a.碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH 的应力腐蚀与介质浓度、
温度有关。当NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH 溶液的浓度符合该要求。NaOH 溶液浓度小于等于1%或NaOH 溶液在其与烃类的混合物中体积小于5%时，不受此限制。
NaOH 溶液
当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。
b.湿H2S 应力腐蚀
介质同时符合下列条件时，即为湿H2S 应力腐蚀环境：
①温度小于等于（60+2P）℃；
P 为压力，MPa
②H2S 分压大于等于0.00035MPa 即相当于常温在水中H2S 溶解度大于等于10p.p.m；
③介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；
④PH＜9 或有氰化物(HCN)存在。
C.液氨应力腐蚀环境
当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：
①介质为液态氨，含水量不高（≤0.2%）,且有可能受空气(O2或CO2)
污染的场合；
②使用温度高于－5℃。
对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、
焊接接头硬度等方面都要提出具体要求。
奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度NaOH 等介质往往产生应力腐蚀。
（3）氢腐蚀环境
氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在200℃~300℃发生―氢脆‖，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内
引起裂纹，使材料的塑性降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石
油加氢等工业生产，
设计温度大于等于200℃与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有20℃以上的温度安全裕度。满足于曲线的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中使用须经过焊后消除应力热处理。
奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。
（4）晶间腐蚀
可能引起晶间腐蚀环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷酸等。
防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理2）降低钢中碳含量3）添加稳定碳化物的元素（Nb. Ti. Ni）
3．材料的物理性能
材料的主要物理性能包括：密度ρ、导热系数λ、比热c、熔点t m、
线膨胀系数α等。在不同的使用场合，对材料的物理性能有不同的要求，
如用于传热表面的材料要求有较高的导热系数。
4．制造工艺性能
材料的工艺性能，选择不合适，会造成加工困难。压力容器应考虑的
制造工艺性能有焊接性、锻造性、切削加工性、热处理性及冲压性等。对
压力容器来说重要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于0.25%。
材料的含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下
容易产生裂纹。
奥氏体不锈钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0.04%。
因为奥氏体不锈钢的使用温度500~550℃时，钢中含碳量太低，强度和抗
氧化性会显著下降。
（三）压力容器用钢压力容器
1．钢板
（1）碳钢
压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳素结构钢和优质碳素结构
钢。
a.普通碳素结构钢
普通碳素结构钢的技术要求，按《碳素结构钢》规定。质量分A、B、C、D 四级，以脱氧方法不同又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。
镇静钢，是钢液在浇注前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，故称镇静钢。
这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。钢牌号由代表屈服强度的字母，屈服
强度值，质量等级符号等部分组成，如：
Q215-A Q215-B Q235-A Q235-B Q235-C Q235-D Q255-A 255-B
钢板使用范围
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为 高
沸腾钢，是在钢的冶炼过程中加入弱脱氧剂（锰铁）脱氧，因此在钢
液中还保留相当数量的 FeO ，在浇注与凝固时，由于碳和 FeO 反应，钢液
中不断析出 CO ，产生沸腾，故称为沸腾钢，如牌号 Q235-A·F
这种钢锭成材率高，但在钢锭内有许多小气泡（该气泡在锻轧时能排
除），且偏析较严重，因此，不能确保容器安全运行，避免和减少事故的
发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用加以限制。
半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢之间，用―b‖来代替―F‖。
b.优质碳素结构钢
优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度
较高。按 GB699-88《优质碳素结构技术条件》规定。
压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还要有足
够的塑性，质地均匀等。因此，必须用杂质和有害气体容量较低的碳镇静
钢。对于专业用钢符号，只需在优质碳素钢后面加字母―R‖、―g‖，如：
20R 、20g 。
(2)低合金钢
低合金钢是指钢中合金元素总含量在 2~
5%以下的钢种，与一般碳素钢
相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因
此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。
压力容器用低合金高强度的钢的屈服强度范围为294~696MPa。
a.低合金钢中最常用的有：16MnR，它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使
用压力不受限制。使用温度下限可达-20℃，是目前应用极广的好材料。
b.中温抗氢钢
氢在常温压下不会对铁碳合金引起显著的腐蚀，但当温度为200~300℃，压力高于30MPa 则将产生极强的腐蚀作用，发生所谓―氢脆‖现象。这种
腐蚀常常是合成氢、合成甲醇、石油加氢等工业中设备破坏的主要原因。
它们都在高温高压氢的环境中工作，会发生氢腐蚀破坏，氢渗入钢中与钢
中渗碳体发生以应生成甲烷，使渗碳体脱碳变为铁素体。甲烷气集积于晶
界的微空隙内，形成局部高度应力集中而引起裂纹甚至鼓泡，渗碳体还原
为铁素体时体积缩小约7%，由此产生组织间的应力，更促进裂纹发展，这时裂纹的扩展又给氢与碳的结合提供了条件，使钢完全脱碳而产生裂纹，
这就是氢腐蚀的实质。它既可能发生在金属表面也可发生在金属内部。因此，它是一种十分危险的晶间型破坏。
防止氢腐蚀的途径有:
一是降低降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，
形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR 等。
c.低温用钢
压力容器的破坏通常都有是由于内压产生的机械应力达到容器材料的
强度极限而发生的。但是，当温度降低到某一范围后，容器壁内的应力在
没有达到屈服限，甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料，相同规格的容器温度愈低，容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性破坏。
产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。
低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20℃时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合GB150 中
4.2.8 节表4-2 的要求。
在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V 型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。
(3)高合金钢
高合金钢的合金元素总含量大于10%，其中奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏体组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧化性耐蚀性的基本元素，合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能，所以该含碳量0.08~`0.12%
左右为高碳级不锈钢，钢号前以―1‖表示。含碳量0.03 级不锈钢，钢号前以―O‖表示。含碳量≤0.03%为超低碳级不锈钢，钢号 前以―00‖表示。 奥氏体铬镍不锈钢压力容器在加工和使用过程中，在400~450℃下重复 加热，并且持续时间较长时，就会产生晶间腐蚀而破坏。通常把上述温度称为危险温度。因此，在不锈钢焊接过程中，其焊缝热影响区产生晶间腐 蚀危险特别大，这是由于在焊接后的冷却过程中，要通过危险温度的缘故。为此在不锈钢件焊接时，要求各连接件同时达到熔点。这对等厚板容易保证，而当两连接件相差较多时，就要注意将厚板削薄；容器壳体上的纵焊缝不允许与环焊缝十字交叉，必须将两条焊缝拉开一段距离该距离应大于名义厚度的三倍，且不小于100mm。 不锈钢的导热系数λ是碳钢的1/3~1/4，而它的线膨胀系数α却是碳钢 的1.5 倍。因此，在焊接时必须注意，否则会引起很大的残余应力。 压力容器常用的此类板材的钢号有：OCr18Ni9 、 OCr18Ni10Ti 、 OCr17Ni12Mo2； 2.钢管 选用钢管应根据容器的具体设计条件，尽量选用和容器相匹配的材料，和容器一样注意碳素钢、碳锰钢在高于425℃温度下长期使用，钢中碳化物相的石墨化倾向，奥氏体不锈钢在特定条件下的晶间腐蚀倾向对于较高压力的接管或以增加壁厚作为开孔补强时，根据需要选用 标准中壁厚较大的无缝钢管。 换热管用钢管使用还应符合GB151 的规定。 3.锻件 锻件按使用要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别，每个级别的检验要求及指标要求按JB4726~4728-94 规定。用作圆筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度大于300mm 的低合金钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。 a)筒形锻件（L>D）,t 为公称厚度 b)环形锻件（L≤D）,L 和t 中的小者为公称厚度 c)饼形锻件（t≤D）,t 为公称厚度 d)碗形锻件（H≤D），t1 和t2 中的小者为公称厚度 e)长颈法兰锻件（H≤D）t1 和t2 中的小者为公称厚度 f)条形锻件（L>D）,D 为公称厚度 锻件的级别由设计单位确定，并应在图样上注明，如16MnRⅡ。4．紧固件 紧固件的使用温度范围应符合GB150 表4-10,螺栓的硬度应比螺母稍高（HB30），可通过选用不同钢材或不同热处理而获得。 表紧固件的使用温度范围 (固溶) -253~700 5.焊接材 钢制压力容器的溶化焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊、气体保护焊和电渣焊。焊接方法在条件允许的条件下首先选用自动焊。 手工焊焊条是由焊条芯和药皮两部分组成。焊条芯起导电和填充焊缝 金属的作用，它的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝质量。药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝。 一定的化学成分和机械性能，是决定焊缝金属质量的主要因素之一。 焊条药皮类型较多，但大致可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中不采用强碱性氧化物而熔渣中含有较多强酸性氧化物的钛型、钛钙型、钛铁 矿型、氧化铁型以及锰型等类焊条称为酸性焊条。而不含铁或锰等氧化物的低氢型焊条称为碱性焊条。采用碱性焊条焊接时，大理石分解成CaO 和 大量的二氧化碳作为保护气体，与酸性焊条相比较，保护气体中氢很少， 因此又称为低氢焊条。酸性焊条由于氧化性强，对合金元素损量大，脱氢、脱硫、脱磷能力弱，故其焊缝的综合机械性能较差，尤其塑性、韧性低，抗裂性差；但对铁锈、油污的敏感性小，不易产生气孔。碱性焊条则与此正相反，故对焊接二类、三类容器不宜用酸性焊条，应选用低氢碱性焊条。 对焊后需热处理的容器还要求焊条含钒量不得大于0.05%。 焊材选用 相同钢号相焊，碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能， 且不应超过母材标准规定的抗拉强度的上限。高合金钢的焊缝金属应保证力学和耐腐蚀性能。 不同钢号相焊，碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学，一般采用 与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料。碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能，一般采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。 三．内压圆筒体和内压球壳 1、失效准则 容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、 爆破，因此容器强度失效准则的三种观点： 弹性失效 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失 效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。 塑性失效它将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈 服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当 容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。 爆破失效它认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即 便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承 载的最大极限。 2、弹性实效准则下的四个强度理论 第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力ζ1达到了极限应力，材料就发生破坏。强度条件：ζ1≤[ζ] t 第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 εmax≤[ε] 第三强度理论（最大剪应力理论） 材料的最大剪应力ηmax达到了极限应力，材料就发生破坏。 ηmax =1(ζ1-ζ3) ≤1[ζ] t 2 2 第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。 ζ=√1[(ζ1-ζ3)2+(ζ1-ζ3)2+(ζ1-ζ3)2] ≤[ζ] t 3、应力计算 设计审核答辩的问题探讨 1.换热器气密性试验压力如何确定 换热器气密性试验基本程序 换热器气密性试验主要是检验换热器各连接部位的密封性能，以保证换热器在使用压力下没有泄漏。为了保证换热器在气密性试验过程中不发生破裂爆炸的危险，气密试验压力应为操作压力。 试验介质一般为空气，特殊要求惰性气体（如氮气）等也可以作为试验介质。升压应该分段缓慢进行，首先升至气密性试验压力的10%，保压5～10分钟，检查之后继续升压至试验压力的50%，无异常情况按每级10%的速度升压直至规定的试验压力，保压进行最终检查，保压时间应不少于30分钟。 充气升压的过程中，即可对所有焊缝和连接部位进行泄漏检查（涂肥皂水），待压力达到规定的试验压力后，密封面无连续蟹沫渗出为合格。一旦发现有泄漏应泄压进行处理，并重新作气密性试验。 固定管板式、U型管式和浮头式换热器的气密性试验程序及相关注意事项： 1、固定管板式换热器气密性试验程序 （1）拆除两端管箱，对壳程加压，涂肥皂水检查换热管与管板连接部位； （2）安装好两端管箱，对管程加压，涂肥皂水检查两端管箱法兰垫片。 2、U型管式换热器气密性试验程序 （1）拆除管箱，安装试压环，然后对壳程加压，涂肥皂水检查换热管与管板连接部位； （2）拆除试压环，安装好管箱，对管程加压，涂肥皂水检查管箱法兰垫片（注意密封面有两道）。 3、浮头式换热器气密性试验程序（注意壳程要试两次） （1）拆除管箱、壳程封头及浮头盖，在管束两头装试压环，对壳程加压，涂肥皂水检查换热管与管板连接部位； （2）拆下试压环，安装管箱和浮头盖，对管程加压，涂肥皂水检查管箱法兰垫片（注意管箱法兰密封面有两道）和浮头法兰垫片； （3）安装壳程封头，再次对壳程加压，涂肥皂水检查壳程封头法兰垫片。 4、试压过程中注意事项 气密性试验压力不得超过设计压力，在升压的过程中即可进行气密性检查；试压前要准备好备用垫片；试压环及其它连接受压螺栓一定要全部上满，不允许图省事间隔安装，螺栓至少与螺帽持平，不允许缺扣。 2.管板锻件何时选用 a）管板本身具有凸肩并与圆筒（或封头）对接连接时，应采用锻件[如GB151-1999附录G中图G1（d）、（e）和图G2（b）、（c）、（d）、（f）]。 b）厚度大于60mm的管板，宜采用锻件 3.管板弯曲应力控制值 4.管板计算压力的确定 压力容器设计校核人员考试试题及答案(C) 单位姓名得分 一、填空题：（每题2，共44分） 1、《固定式压力容器安全技术监察规程》规定板厚δ≥12mm的碳素钢和低合金钢钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测：(1)盛装介质毒性程度为极度、高度危害； (2)在湿H2S腐蚀环境中使用；(3)设计压力大于或者等于10MPa；(4)引用标准中要求逐张进行超声检测。钢板超声检测应当按JB/T 4730 《承压设备无损检测》的规定进行，第(1)、第(2)、第(3)款的钢板，合格等级不低于Ⅱ级，第(4)款的钢板，合格等级应当符合相应引用标准的规定。 2、压力容器用灰铸铁，设计压力不大于0.8MPa，设计温度范围为10-200℃。 3、压力容器设计单位基于设计条件，应当综合考虑所有相关因素、失效模式和足够的安全裕量，以保证压力容器具有足够的强度、刚度、稳定性和抗腐蚀性，同时还应当考虑裙座、支腿、吊耳等与压力容器主体的焊接接头的强度要求，确保压力容器在设计寿命内的安全。 4、对第三类压力容器，设计时应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。 5、简单压力容器主要受压元件的壁厚采用试验方法或者计算方法确定。 6、壳体成形后的实际厚度，奥氏体不锈钢制简单压力容器不小于1 mm，碳素钢制简单压力容器不小于2 mm。 7、D级压力容器设计单位专职设计人员总数一般不得少于5 名，其中审批人员不得少于2 名。 8、设计压力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设计载荷条件，其值不低于工作压力。 9、在采用钢板制造带颈法兰时，圆环的对接接头应采用全焊透结构型式，焊后进行热处理及100% 射线或超声波检测。 10、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D i的10% 、且不小于该过渡段厚度的 3 倍。 11、确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按外压设计，当装有安全控制装置（真空泄放阀）时，设计压力取 1.25倍最大内外压力差或0.1 MPa两者中的较低值；当没有安全控制装置时，取0.1 MPa 。 12、焊接接头系数φ应根据容器受压元件的焊接接头型式和无损检测的长度比例确定，对双面焊局部无损探伤的全焊透对接焊接接头φ= 0.85 。 13、压力容器开孔补强计算中圆孔开孔直径取接管内直径加上两倍厚度附加量。 14、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；奥氏体钢的使用温度高于525℃时钢中含碳量应不小于0.04% 。 15、低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，钢的许用应力应取20 ℃时的许用应力。 16、GB150-1998《钢制压力容器》标准中，内压圆筒厚度计算公式为δ=P c D i/（2[σ]tφ-P c），适用范围为P c≤0.4[σ]tφ；内压球壳厚度计算公式为δ=P c D i/ 压力容器设计审批人员考核模拟试题（13） （综合部分3） 一、填空题 1、按《固定容规》划分下列压力容器压力等级范围， B 是低压容器； D 是中压容器； C 是高压容器； A 是超高压容器。 A、P≥100.0MPa B、0.1MPa≤P＜1.6MPa C、10.0MPa≤P＜100.0MPa D、1.6MPa≤P＜10.0MPa E. -0.1MPa≤P＜1.6MPa 2、确定压力容器是否适用于《固定容规》管辖范围的压力条件指的是 E 。 A、设计压力 B、最高工作压力 C、最大允许工作压力 E、工作压力 3、在下列厚度中，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是 A 。 A、设计厚度 B、计算厚度 C、名义厚度 D、计算厚度+C2 4、《固定容规》要求用于焊接的碳素钢和低合金钢中的C含量 A ；S含量 D ；P含量 D 。 A、≤0.25% B、≤0.20% C、≤0.030% D、≤0.035% E、≤0.020% 5、GB151—1999中要求，除 C 材料之外，拼接后管板应作消除应力热处理。 A、碳钢 B、低合金钢 C、不锈钢 6、压力试验时的试验温度是指压力试验时 A 。 A、试验介质温度 B、容器壳体的金属温度 C、环境温度 7、《固定容规》规定，用于焊接压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢P、S含量基本要求不应大于 D 。 A、0.025%、 0.030% B、0.030% 、0.025% C、0.030% 、0.025% D、0.030% 、0.020% 8、超低碳不锈钢的含碳量不大于 C 。 A、0.08% B、0.04% C、0.03% 9、盛装液化气体的容器设计储存量不得超过计算式W=φVρ t ，式中φ为装量系数，一般取φ为 B 。 A、0.8 B、0.9 C、0.95 10、壳体的最大允许工作压力是按壳体的 C 计算而得。 A、设计厚度 B、计算厚度 C、有效厚度 11、用于壳体厚度大于 D 的Q245R和Q345R板材应在正火状态下使用。 A、20 B、30 C、40 D、36 12、GB150规定，采用补强圈补强的适用范围是 A 。 A、壳体名义厚度小于等于38mm B、补强圈厚度小于等于壳体名义厚度 C、设计压力大于10MPa 13、压力容器主要受压部分的焊接接头类型分为 C 。 A、 A、B两类 B、A、B、C三类 C、A、B、C、D四类 14、《固定容规》中确定碳素钢和低合金钢压力容器材料许用应力的最小安全系数 n b B 、 n s D 。 A、3.0 B、2.7 C、1.6 D、1.5 15、《固定容规》规定接管与壳体之间接头设计在下列情况下应当采用全焊透结构 ABCD 。 A、介质为易爆或者介质为极度危害和高度危害 B、低温压力容器 C、第III类压力容器 D、进行疲劳分析的压力容器 16、下列碳素钢和低合金钢板应逐张进行拉伸和夏比V型缺口冲击（常温或低温）试验的有 ABC 。 A、调质状态供货的钢板 B、多层包扎容器内筒用钢板 C、用于壳体厚度大于60mm的钢板 17、某压力容器由四个受压元件组成。经计算四个元件的最大允许工作压力分别如下，该容器的最大允许工作压力为 A 。 A. Pw=2.14MPa； B. Pw=2.15MPa； C. Pw=2.25MPa； D. Pw=2.41MPa。 18、用于法兰、管板、平盖等受压元件的厚度大于 C 的Q245R和Q345R钢板应在正火状态下使用。 A 30mm B 40mm C 50mm D 60mm 19、当换热器设计温度≥300℃时，接管法兰应采用 A 。 A 带颈对焊法兰 B 带颈平焊法兰 C 板式平焊法兰 D 螺纹法兰 20、下列说法正确的是 CD 。 A换热器的分程隔板厚度按表选取即可，不必进行强度校核；B换热器的分程隔板厚度必须进行强度校核； C换热器的分程隔板厚度必要时进行强度校核；D腐蚀较严重时，换热器的分程隔板应考虑双面腐蚀。 21、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 C 。 A喷砂处理； B 酸洗处理 C 酸洗、钝化处理 22、管壳式换热器双管板结构型式适用于的场合是 B 。 A 管程设计压力比壳程高； B 管壳程介质严禁混合； C 管壳程温差大。 23、GB150适用于设计压力是 A 。 压力容器设计基础 压力容器设计基础 一、基本概念 压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式，选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺寸，最后给出容器及其零部件的图纸，并提出相应的技术条件。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产。正确完整的设计应达到保证完成工艺生产，运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验、安装、操作及维修方便易行，经济合理等要求。压力容器设计中的关键问题是力学问题，即强度、刚度及稳定性问题。在本节中，主要讨论压力容器设计中的有关强度问题。 所谓强度，就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发生破裂或由于过度性变形而丧失其功用。具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力不大于材料的许用 应力值，即： ζ≤K〔ζ〕t （1） 这个式子就是强度问题的基本表达式。压力容器的设计计算就是围绕这一关系式而进行 的。 公式（1）中的左端项是结构内的应力，它是人们最为关心的问题。求解结构的应力状态，它们的大小，是一个十分复杂的问题，常用的方法有解法（如弹性力学法、弹型性分析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界元法等）。应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力，然而，每一种结构的应力都有其特殊性，目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复杂结构的应力分析有等人们进一步探讨。求出结构内任一点的应力后，所遇到的问题就是怎样处理这些应力。一点的应力状态最多可含有6个应力分量，哪个应力起主要作用，这些应力对失效起什么作用，对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制在许可的范围内。 公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的许用应力。它涉及到材料强度指标（如抗拉强度ζb、屈服强度ζs 等）的确定及安全系数的选用等问题。当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法，K≥1.0，此时 设计计算将更加复杂。 把强度理论（公式(1)）具体应用到压力容器专业，就称这为压力容器的强度理论，它又增加了一些具体的规定和特殊要求，由此产生了一系列容器的设计规定和标准等。 1、强度理论及其应用 在对结构进行强度分析时，要对危险点处于复杂应力状态的构件进行强度计算，首先要知道是什么因素使材料发生某一类型破坏的。长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出了各种各样的假说，认为材料的某一类型破坏现象是由哪些因素所引起的，这种假说通常就称为强度理论。一种类型的破坏是脆性断裂破坏，第Ⅰ、Ⅱ强度理论依据于它；一种类型的破坏是型性流动破坏，第Ⅲ、Ⅳ强度理论以此为依据。 建立强度理论的目的就是要找出一种材料处于复杂应力状态下强度条件，即使是什么样的条件材料不会破坏失效。根据不同的强度理论可以得到复杂应力状况下三个元应力的某种组合，这种组合应力ζxd和轴向拉伸时的单向拉应力在安全程度上是相当的，具有可比性，可以与单向屈服应力相比较而得出强度条件，因此，通常称ζxd为相当应力或当量应力。 D级压力容器设计单位资格许可评审指南 D级压力容器设计单位资格许可评审指南 （2008） 江苏省特种设备安全监督检验研究院 目录 1. 引言 (1) 2. 评审依据 (1) 3. 评审类型及评审程序 (1) 4. 评审签约 (2) 5. 试设计图纸审查 (3) 6. 现场评审 (3) 7. 增项评审的内容及要求 (7) 8. 换证（及增项）评审 (8) 9. 鉴定评审报告及资料 (9) 10. 附则 (9) D级压力容器设计单位资格许可评审指南 第一章总则 1. 引言 1.1 为了规范D级压力容器设计单位资格许可鉴定评审的工作程序，依照《特种设备安全监察条例》和《压力容器压力管道设计单位资格许可与治理规则》的要求，制定D级压力容器设计单位资格许可评审指南（以下简称《评审指南》）。 1.2 本《评审指南》明确了压力容器设计单位资格许可初次取证、取证后增项评审和换证评审的程序、内容和要求。 1.3 本《评审指南》适用于由我院承担的压力容器设计单位资格许可鉴定评审工作。 2. 评审依据 2.1 压力容器设计单位资格许可的鉴定评审及本《评审指南》的编制以下列法规和标准作为评审依据： (1)《特种设备安全监察条例》； (2)《压力容器压力管道设计单位资格许可与治理规则》（2002年8月14日，国质检锅[2002]235号）（以下简称《规则》）； (3) 设计单位设计容器所依据的国家标准、行业标准和安全技术规范； (4) 设计单位的质量治理体系文件； 2.2 本《评审指南》引用的法规、标准都会被修订，使用本《评审指南》的各方都应探讨使用引用法规、标准最新版本的可能性。 3. 评审类型及评审程序 3.1 D级容器设计单位的资格许可鉴定评审包括D1级（系指第一类压力容器）、 最新压力容器设计审核考题(含答案) 2***年度压力容器设计人员考核试卷 部门：姓名：岗位：成绩： 一、填空题（每题2分，共30分） 1、对于压力容器，GB150.1-2011适用的设计压力范围是（不大于35MPa）。 2、GB150.1-2011适用的设计温度范围是（-269℃～900℃）。 3、GB150标准直接或间接考虑了如下失效模式（脆性断裂）（韧性断裂）（接头泄漏）（弹性或塑性失稳）（蠕变断裂）（腐蚀破坏）。 17、GB/T151—2014使用的换热器型式是（固定管板式换热器）、（浮头式换 热器）、（U形管式换热器）、（釜式重沸器）、（填料函式换热器）和（高压管壳式换热器）；换热管与管板连接的型式有（胀接）、（焊 接）、（胀焊并用）和（内孔焊）。 4、泄漏试验包括（气密性试验）、（氨检漏试验）、（卤素检漏试验）和 （氦检漏试验）。 5、焊接接头由（焊缝）、（熔合区）（热影响区）三部分组成。 6、GB/T17616规定S1表示（铁素体型）钢，S2表示（奥氏体-铁素体型）钢，S3表示（奥氏体型）钢，S4表示（马氏体型）钢。 7、壳体开孔处引起的应力可分为三种：（局部薄膜应力）（弯曲应力）和（峰值应力）。 8、对于（第III类）压力容器，设计时应当出具包括（主要失效模式）和 （风险控制）等内容的风险评估报告。 9、低温容器受压元件禁用硬印标记是为了降低（脆断）风险，而有耐腐蚀要 求的不锈钢以及复合钢板的耐腐蚀面则是为了降低（腐蚀失效）风险。 10、PWHT的意思是（焊后热处理）。 11、封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距离至少为封头的钢材厚度的（ 3） 倍，且不小于（ 100mm）。 12、TSG 21-2016规定判断规程的适用范围用的是（工作）压力，在附录A压 力容器类别划分时采用的是（设计）压力。 13、压力容器的选材应当考虑材料的（力学性能）、（化学性能）、（物理 性能）和（工艺性能）。 14、当采用SA-516Gr70作为-40℃用钢时，P，S含量应作严格控制， （P≤0.020%）、（S≤0.010）。 15、容器需要进行泄露试验时，（试验压力）、（试验介质）和（相应的检验 要求）应在图样和设计文件中注明、。 、判断题（每小题1分，共20分） 1、（√）TSG 21-2016《大容规》于2016年2月22日颁布，2016年10月1日起施行。 2、（×）设计压力在低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器适用于 GB150.1-2011。 3、（√）GB/T151-2014中管板与换热管的内孔焊一般用于载荷交变、需要防止 缝隙腐蚀的场合。 4、（×）低温容器是设计温度低于-20℃的钢制容器。 5、（√）容器设计单位进行容器设计时应考虑容器在使用中可能出现的失效模式。 引言 《压力容器》“压力容器应力分析设计方法的进展和评述”中曾介绍和评述了压力容器分析设计的弹性应力分析方法（又称应力分类法）的最新进展。本文将进一步介绍和评述压力容器分析设计的塑性分析方法，包括ASME的极限载荷分析方法、弹塑性应力分析方法和欧盟的直接方法等。 压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域，它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟，20世纪60年代，压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的“弹性应力分析设计方法”。进入21世纪后，由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟，欧盟标准和ASME规范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。其中涉及许多新的基本概念和新的分析方法，需要我们及时学习领会和消化吸收，以提高我们的分析设计水平，并结合国情进一步修订我国的压力容器设计规范。 ASME和欧盟的新规范都是以失效模式为主线来编排的。ASME考虑了以下4种模式： （1）防止塑性垮塌。对应于欧盟的“总体塑性变形(GPD)”失效模式。 （2）防止局部失效。 （3）防止屈曲（失稳）垮塌。对应于欧盟的“失稳（I）”失效模式。 （4）防止循环加载失效。对应于欧盟的“疲劳（F）”和“渐增塑性变形（PD）”2种失效模式。 欧盟还考虑了“静力平衡（SE）”失效模式，即防止设备发生倾薄。 文中讨论的塑性分析设计方法主要应用于防止塑性垮塌和防止局部失效2种情况。 1、极限载荷分析法 在一次加载情况下，结构的失效是一个加载历史过程，即随着载荷的增加从纯弹性状态到局部塑性状态再到总体塑性流动的失效状态。对无硬化的理想塑性材料和小变形情况，结构进入总体塑性流动时的状态称为极限状态，相应的载荷称为极限载荷。此时，结构变成几何可变的垮塌机构，将发生不可限制的塑性变形，因而失去承载能力。 一般的弹塑性分析方法都要考虑上述复杂的加载历史过程，但极限载荷分析法（简称极限分析）则另辟蹊径，跳过加载历史，直接考虑在最终的极限状态下结构的平衡特性，由此求出结构的承载能力（即极限载荷）。它是塑性力学的一个 2013年压力容器设计人员综合考试题姓名：得分 一、填空（本题共20 分，每题2 分） 1 、当载荷作用时，在截面突变的附近某些局部小范围内，应力数值急剧增加，而离开这个区域稍远时应力即大为降低，趋于均匀，这种现象称为_应力集中。 点评：这是弹性力学的基本概念。常见于压力容器的受压元件。 2、在正常应力水平的情况下，Q245R 钢板的使用温度下限为-20℃。 点评：该题出自GB150.2，表4，考查设计人员对材料温度使用范围的掌握。 3、对于同时承受两个室压力作用的受压元件,其设计参数中的 计算压力应考虑两室间可能出现的最大压力差。 点评：考查设计压力与计算压力的概念，GB150 .1 4.3.3 规定。 4、焊接接头系数的取值取决于焊接接头型式_和无损检测长度比例。 点评：考查设计人员对焊接接头系数选取的理解。 5、整体补强的型式有：a. 增加壳体的厚度，b.厚壁管，c. 整体补强锻件__ 。 点评：GB150.3 6.3.2.2 的规定 6、椭圆封头在过渡区开孔时，所需补强面积A 的计算中，壳体的计算厚度是指椭圆封头的_ 计算_厚度。 点评：明确开孔部位不同，开孔补强计算所用的厚度不同，见公式5-1（P116），开孔位于。 7、奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验时，应严格控制水中的氯离子含量不超过 25mg/L 。试验合格后，应立即将水渍去除干净。 点评：见GB150.4 11.4.9.1 8、压力容器的对接焊接接头的无损检测比例，一般分为全部（100%）和局部（大于等20%）两 种。对碳钢和低合金钢制低温容器，局部无损检测的比例应大于等于50% 。 点评：《固容规》第4.5.3.2.1 条。 9、换热器设计中强度胀中开槽是为了增加管板与换热管之间的拉脱力而对管孔的粗糙度要求 是为了密封。 点评：考察设计者对标准的理解和结构设计要求的目的。 10、压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材的P≤%、S ≤% 二、选择（本题共20 分，每题 2 分，以下答案中有一个或几个正确，少选按比例得分，选 错一个不得分） 1 、设计温度为600℃的压力容器，其壳体材料可选用的钢板牌号有a、b. a.S30408, b.S31608, c.S31603 点评：奥氏体不锈钢当温度超过525℃时，含碳量应不小于0.04%，超低碳不锈钢不能适用，因热强性下降，此题是考查此概念。 2 、外压球壳的许用外压力与下述参数有关b，d 。 a.腐蚀裕量 b.球壳外直径 c.材料抗拉强度 d.弹性模量 点评：本题为基本概念试题，考查影响许用外压力的的有关因素 3、外压计算图表中，系数A 是（a，c，d ）。 a. 无量纲参数 b. 应力 c. 应变 d 应力与弹性模量的比值 2017年压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩试题 前天参加了压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩，这次答辩改革需要自带图纸，答辩时间增加到了一个小时。问设计人员的问题比往年要多，收集了一些老师问到的试题，给以后参加答辩的朋友一点参考。 1.换热器腐蚀前，腐蚀后对计算的影响。为什么要进行计算腐蚀前的计算。 2.换热器固定管板计算什么时候需要加膨胀节。 3.换热器怎么划类，壳程和管程是不是都按照容器最高类别进行设计制造。 4.换热器的设计寿命怎么来的，是不是整台设备的每个元件都要满足设计寿命要求。 5.固定管板换热器管板计算模型与U形的有什么区别 6.换热器如何考虑地震载荷。 7.U型管换热器筒体有什么特点。 8.U型管换热器的管壳法兰的计算和普通的法兰计算有什么不同。 9.各类换热器特点和水压试验注意事项。 10.简述换热器试压程序，为什么在壳程和管程试压后进行氨检漏。 11.塔式容器裙座校核哪种应力，需要考虑哪几种工况。 12.什么是高振型，什么时候需要考虑高振型。高振型如何叠加。 13.地震的计算模型是什么。 14.塔器除了内压应力以外还要考虑哪些应力，如何控制？ 15.封头标注的40（min39.7）是怎么定的，最小成形厚度怎么计算。 16.塔器隔热圈怎么设置，为什么设置，具体位置。 17.塔器的阻尼系数0.01是怎么来的，为什么取这个值。阻尼系数是大好还是小好。 18.为什么用锥形裙座。 19.塔器检修时水压注意事项。 20.满液位塔设计要注意什么问题。 21.卧式容器的扁塌现象设计中怎么解决。 22.卧式容器鞍座位置设置特点，固定端设置在哪端。 23.最小厚度，名义厚度，计算厚度，有效厚度的定义及其关系。 24.GB150对于低温冲击功的要求。为何图纸上的冲击功比GB150要求的冲击功要求高。（图纸上按照GB/T713给的冲击功）。 25.焊缝和焊接接头区别。 26.风险评估报告的作用是什么，风险评估报告有哪些内容，应该如何写。 27.GB150考虑的失效模式有哪些，标准是采取什么措施防范的。 28.强度失效有几种形式。 29.多层容器如何划类。 30.多层容器和单层容器的优缺点。 31.热套容器内筒的应力分布，外筒的应力分布。 32.焊后热处理为什么要在400°C出炉，为什么不在500°C出炉。 33.压力容器常用材料标准有哪些。 34.说说法兰设计的步骤。 压力容器设计校核人员考试试题及答案 压力容器设计校核人员考试试题及答案(C) 单位姓名得分 一、填空题：（每题2，共44分） 1、《固定式压力容器安全技术监察规程》规定板厚δ≥12mm的碳素钢和低合金钢钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测：(1)盛装介质毒性程度为极度、高度危害；(2)在湿H2S腐蚀环境中使用；(3)设计压力大于或者等于10MPa； (4)引用标准中要求逐张进行超声检测。钢板超声检测应当按JB/T 4730 《承压设备无损检测》的规定进行，第(1)、第(2)、第(3)款的钢板，合格等级不低于Ⅱ级，第(4)款的钢板，合格等级应当符合相应引用标准的规定。 2、压力容器用灰铸铁，设计压力不大于0.8MPa，设计温度范围为10-200℃。 3、压力容器设计单位基于设计条件，应当综合考虑所有相关因素、失效模式和足够的安全裕量，以保证压力容器具有足够的强度、刚度、稳定性和抗腐蚀性，同时还应当考虑裙座、支腿、吊耳等与压力容器主体的焊接接头的强度要求，确保压力容器在设计寿命内的安全。 4、对第三类压力容器，设计时应当出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。 5、简单压力容器主要受压元件的壁厚采用试验方法或者计算方法确定。 6、壳体成形后的实际厚度，奥氏体不锈钢制简单压力容器不小于 1 mm，碳素钢制简单压力容器不小于 2 mm。 7、D级压力容器设计单位专职设计人员总数一般不得少于 5 名，其中审批人员不得少于 2 名。 8、设计压力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设计载荷条件，其值不低于工作压力。 9、在采用钢板制造带颈法兰时，圆环的对接接头应采用全焊透结构型式，焊后进行热处理及 100% 射线或超声波检测。 10、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D i的 10% 、且不小于该过渡段厚度的 3 倍。 11、确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按外压设计，当装有安全控制装置（真空泄放阀）时，设计压力取 1.25倍最大内外压力差或 0.1 MPa两者中的较低值；当没有安全控制装置时，取 0.1 MPa 。 12、焊接接头系数φ应根据容器受压元件的焊接接头型式和无损检测的长度比例确定，对双面焊局部无损探伤的全焊透对接焊接接头φ= 0.85 。13、压力容器开孔补强计算中圆孔开孔直径取接管内直径加上两倍厚度附加量。 14、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；奥氏体钢的使用温度高于525℃时钢中含碳量应不小于 0.04% 。 15、低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，钢的许用应力应取 20 ℃时的许用应力。 压力容器设计方法分析对比 目前我国压力容器设计所采用的标准规范有两大类：一类是常规设计标准，以GB150-2011《压力容器》标准为代表；另一类是分析设计,以JB4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准》为代表。两类标准是相互独立的、自成体系的、平行的压力容器规范, 绝对不能混用, 只能依据实际的工程情况而选其一。 设计准则比较 常规设计主要依据是第一强度理论，认为结构中主要破坏应力为拉应力，限定最大薄膜应力强度不超过规定许用应力值，当结构中某最大应力点一旦进入塑性, 结构就丧失了纯弹性状态即为失效。常规设计是基于弹性失效准则,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件的设计计算公式。一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力，对于边缘应力及峰值应力等局部应力一般不作定量计算，如对弯曲应力。 分析设计的主要依据是第三强度理论，认为结构中主要破坏应力为剪切力。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹塑性失效”的设计准则，对容器的各种应力进行精确计算和分类。对不同性质的应力, 如：总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力等；同时还考虑了循环载荷下的疲劳分析, 在设计上更合理。 标准适用范围对比 常规设计标准GB150-2011适用于设计压力大于或等于且小于35MPa，及真空度高于。对于设计温度，GB150-2011规定为-269℃-900℃，是按钢材允许的使用温度确定设计温度范围, 可高于材料的蠕变温度范围。 " 分析设计标准JB4732-1995适用于设计压力大于或等于且小于100MPa，及真空度高于。对于设计温度，JB4732-1995 将最高的设计许用温度限制在受钢材蠕变极限约束的温度。 应力评定对比 常规设计标准GB150-2011，采用统一的许用应力，如容器筒体，是采用“中径公式”进行应力校核，最大应力满足许用应力即可。 分析设计标准JB4732-1995的核心是将压力容器中的各种应力加以分类，根据所考虑的失效模式比较详细地计算了容器及受压元件的各种应力。根据各种应力本身的性质及对失效模式所起的不同作用予以分类如下： 一次应力 （情绪管理）压力容器设计人员考试大纲 压力容器设计人员考核大纲 (2012) SummaryofCheckingContentforDesignerandApproverofPressu reVesselDesign 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 2012年02月20日 目录 第壹章总则 (1) 第二章常规设计审批人员考试内容 (1) 第三章分析设计人员考试内容 (4) 第四章附则 (5) 压力容器设计人员资格考试大纲 第一章总则 第壹条为规范压力容器设计人员资格考试工作，依据为国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器安全监察局颁布的TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》（以下简称规则）及全国锅炉压力容器标准化技术委员会制定的《压力容器设计人员考试规则》（2012），制定本规则。 第二条本规则适用于A、C、D类压力容器设计（以下称常规设计）审批（含审核、审定人）人员及SAD类压力容器分析设计（以下称分析设计）设计人、审批人的考核工作。 第二章常规设计审批人员考试内容 第三条A、D类压力容器设计审批人考试内容： （壹）理论考试要求： 1．应熟悉压力容器设计关联的基本基础知识，包括材料、结构、力学基础、设计计算方法、热处理、腐蚀、焊接、无损检测等； 2．应熟练掌握压力容器设计关联的法规、安全技术规范、标准、文件；3．能够正确解决压力容器设计、制造中常见的实际工程问题； 4．熟悉且及时掌握压力容器行业关联的标准信息 （二）关联的安全技术规范文件： TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》等 （三）关联的标准规范： GB150.1~GB150.4《压力容器》 GB151《管壳式换热器》 GB12337《钢制球形储罐》 GB50009《建筑结构载荷规范》 GB50011《建筑抗震设计规范》 JB/T4710《钢制塔式容器》 压力容器设计人员考试卷 姓名分数 一、选择题（0.5×28=14） 1、按TSG21-2016划分下列压力容器压力等级范围，（）是低压容器；（） 是中压容器；（）是高压容器；（）是超高压容器。 A、P≥100.0Mpa B、0.1MPa≤P＜1.6MPa C、10.0MPa≤P＜100.0MPa D、1.6MPa≤P＜10.0MPa E、-0.1MPa≤P＜1.6MPa 2、确定压力容器是否适用于TSG21-2016管辖范围的压力条件指的是（）。 A、设计压力 B、最高工作压力 C、最大允许工作压力 D、工作 压力 3、在下列厚度中，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是（）。 A、设计厚度 B、计算厚度 C、名义厚度 D、计算厚度+C2 4、《容规》要求用于焊接的碳素钢和低合金钢中的C含量( )；S含量（）； P含量（）。 A、≤0.25% B、≤0.20% C、≤0.030% D、≤0.035% E、≤0.020% 5、GB151-1999中要求，除（）材料之外，拼接后管板应作消除应力热处理。 A、碳钢 B、低合金钢 C、不锈钢 6、压力试验时的试验温度是指压力试验时（）。 A、试验介质温度 B、容器壳体的金属温度 C、环境温度 7、《容规》规定用于焊接压力容器专用钢中低合金钢P，S含量基本要求不应大 于（）。 A、0.025%、0.030% B、0.030%、0.025% C、0.030%、0.025% D、0.030%、 0.020% 8、超低碳不锈钢的含碳量不大于（）。 A、0.08% B、0.04% C、0.03% 9、TSG21-2016要求储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不 得大于（）。 A、0.8 B、0.9 C、0.95 10、壳体的最大允许工作压力是按壳体的（）计算而得。 A、设计厚度 B、计算厚度 C、有效厚度 11、用于壳体厚度大于（）的Q245R和Q345R板材应在正火状态下使用。 A、20 B、30 C、40 D、36 12、GB150规定，采用补强圈补强的适用范围是（）。 A、壳体名义厚度小于等于38mm B、补强圈厚度小于等于壳体名义厚度 C、设计压力大于10MPa 13、TSG21-2016中确定低合金钢压力容器材料许用压力的最小安全系数n( )、 b n( )。s A、3.0 B、2.7 C、1.6 D、1.5 14、真空度0.02MPa即表压（）MPa。 A、0.02； B、-0.02； C、0.08； D、-0.08。 15、当换热器设计温度≥300℃时，接管法兰应采用（）。 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/8b13860587.html, 浅谈压力容器的两种设计方法 作者：王艳 来源：《价值工程》2010年第15期 摘要:本文介绍了压力容器的两种设计方法,指出分析设计方法虽然相对复杂,但较常规设计方法更安全更经济,且随着计算机技术的发展、有限元方法的应用及各种功能软件的使用它将 会得到更广泛的应用。 Abstract: This paper introduces two kinds of pressure vessel design methods and points that analysis and design methods are relatively complex and more economical,but safer than the conventional design method,and with the development of computer technology,finite element method and software applications will be more widely used. 关键词:压力容器;常规设计;分析设计 Key words: pressure vessel;conventional design;analysis and design 中图分类号:TH49 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0166-01 压力容器是化工、冶金、轻工、纺织、机械以及航空航天工业中广泛使用的承压设备。尽管各类压力容器设备功能各异、结构复杂程度不一,但一般可将其分解为筒体、封头、法兰、 开孔、接管、支座等部件。 压力容器及其部件的两种设计方法分别是常规设计和分析设计。 常规设计是以弹性设计准则为基础,以壳体的薄膜理论或材料力学方法导出容器及其部件 的设计计算公式,这些公式均以显式表达,给出了压力、许用应力、容器主要尺寸之间的关系。它包含了设计三要素:设计方法、设计载荷及许用应力,但这些并不是建立在对容器及其部件进行详尽的应力分析基础之上。如容器筒体,是采用“中径公式”(根据内压与筒壁上均匀分布的薄膜应力整体平衡推导而得),一般情况它仅考虑壁厚中均布的薄膜应力,不考虑其它类型的应力,如对弯曲应力,只有当它特别显著、起主导作用时才予以考虑。实际上,当容器承载以后器壁上会出现多种应力,其中包括由于结构不连续所产生的局部高应力,常规设计对此只是结合经典力学理论和经验公式对压力容器部件设计做一些规定,在结构、选材、制造等方面提出要求,把局部应力粗略地控制在一个安全水平上,在考虑许用应力时选取相对高的安全系数,留有足够的安全裕度。因此,常规设计从本质上讲,可以说是基于经验的设计方法。 工程实际中我们用常规设计的观点和方法解决了很多问题,但也有一些问题无法解释,因为常规设计只考虑弹性失效,没有去深究隐含在许用应力值后面的多种失效模式。 压力容器设计基础知识讲稿(DOC 120页) 部门： xxx 时间： xxx 制作人：xxx 整理范文，仅供参考，勿作商业用途 压力容器设计基础知识讲稿 （20140325） 目录 一．基本概念 1．1 压力容器设计应遵循的法规和规程 1．2 标准和法规（规程）的关系。 1．3 压力容器的含义（定义） 1．4 压力容器设计标准简述 1．5 D1级和D2级压力容器说明 二．GB150-1998《钢制压力容器》 1．范围 2．标准 3．总论 3．1 设计单位的资格和职责 3．3 GB150管辖的容器范围 3．4 定义及含义 3．5 设计参数选用的一般规定 3．6 许用应力 3．7 焊接接头系数 3．8 压力试验和试验压力 4．对材料的要求 4．1 选择压力容器用钢应考虑的因素 4. 2 D类压力容器受压元件用钢板 4．3 钢管 4．4 钢锻件 4. 5 焊接材料 4．6 采用国外钢材的要求 4．7 钢材的代用规定 4．8 特殊工作环境下的选材 5．内压圆筒和内压球体的计算 5. 1 内压圆筒和内压球体计算的理论基础5．2 内压圆筒计算 5．3 球壳计算 6．外压圆筒和外压球壳的设计 6．1 受均匀外压的圆筒（和外压管子）6．2 外压球壳 6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介6．4 外压圆筒加强圈的计算 7．封头的设计和计算 7．1 封头标准 7．2 椭圆形封头 7. 3 碟形封头 7．4 球冠形封头 7．5 锥壳 8．开孔和开孔补强 8．1 开孔的作用 8．2 开检查孔的要求 8．3 开孔的形状和尺寸限制 8．4 补强要求 8．5 有效补强范围及补强面积 8．6 多个开孔的补强 9 法兰连接 9．1 简介 9．2 法兰连接密封原理 9. 3 法兰密封面的常用型式及优缺点9．4 法兰型式 9．5 法兰连接计算要点 9．6 管法兰连接 10．压力容器的制造、检验和验收 10．1 制造许可 10．2 材料验收及加工成形 10. 3 焊接 参加压力容器设计审核审批人考核的答题答辩技巧 发贴者:hbhfsjs 论坛上有很多人请教讨论压力容器设计审批员考核情况，并上传很多历届考试题 目，我也谈点我的体会，供大家参考。 一、理论考试，只有开卷。40道选择题：~20分，20道是非题：20分；6道简答题：30分；2道分析题：30分。合计68题，三个小时，对《容规》和GB150、GB151有所了解并学习过压力容器设计基本理论的人，及格很容易，如对规范、标准和基本理论熟悉的人不 现查书本，30~40分钟可答完。 答题顺序：分析、简答、是非、选择。人刚进场，头脑清醒，首先抓两道高分题，确保25~30分；再做问答题，不熟可查资料，争取25分左右；8道题就有50~60分了。20道是非题拿15分应不成问题，65~75分了，不慌不忙的“选择”，答对一半，70分过了。这 类考试，70=100，不必要什么高分。 容标委其实很宽容，个人认为这类试题内容是对压力容器设计人员（不是审核人员！） 应具备的最起码的基本知识。 二、容委会统一图纸答辩，60分。30分钟找错，一个重大错误：20分，三个技术性错误每 题10分：30分，其余一般错误10分。 找错技巧：拿到图纸后不要慌。首先检查技术特性表查找重大错误：a容器类别；b 材料；c热处理，d焊接接头系数，设计参数等，涉及的主要是《容规》，如盛装硫化氢含量较高液化石油气储罐的一些要求。找到重大错误20分到手后检查“技术要求”，查找三个技术性错误，材料复验、无损检测、热处理、压力试验、防腐、冲击试验、焊接试板等方面的要求。涉及《容规》、GB150、GB151、GB12337、JB/T4710、JB/T4731等规范标准的主要内容，只要你真正是进行过两三年压力容器设计，60分很容易，如你只是仅读过规范标 准并记住一些主要内容，运气好，也能及格。 有位老兄，答辩下来心神不定，不知自己是否找出重大错误，我要他仔细回想技术特性表内容、找出那些问题：三类容器石油液化气卧式储罐，材料20R，设计参数也没问题，临交图时在热处理栏中打上“√”。我说：这就对了，《容规》第73条要求盛装混合液化石油气的卧式储罐应采用炉内整体热处理，图纸缺此要求，不是重大错误是什么，他老兄才 定下心来。 三、图纸答辩，四道题40分。题目有简有易，因人而异，简单的到什么程度呢，“无损检测有几种方法？”，RT、UT、PT、MT，当然能加上LT、ET、VT、AE更全面，就10分到手。有些题目可能与你选择的容器类别有关，如卧式容器的鞍座设计或塔器器壁或球形容器支柱或换热器管板的受力分析，设计时要校核什么应力。答题深度可能随你答题的情况而异，如：如何进行消氢处理→温度、时间→为什么要进行消氢处理→氢从哪里来？等等。在你抽题并选择容器类别到进审图室还有几分钟，这几分钟要利用起来，整理查找一下到你所选的容器类别可能要涉及到哪些问题，有针对性的预先准备一下。 答辩老师其实也很慈悲，决不会故意为难学生。建议不要收集历届考试题而死记硬背， 精心整理 压力容器设计人员考试试题 单位：姓名：分数： 一、填空（每小题2分，共计20分） 1、压力容器制造单位的基本法规《特种设备安全监察条例》； 2、TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》使用范围包括压力容器本体和安全附 0.030%， S≤0.020%； 4、GB150—1998规定：Q235—B钢板的适用范围为：容器设计压力P≤1.6MPa；钢板使用温 度为 0~350℃；用于壳体时，钢板厚度不大于20mm。 5、GB150—1998规定，容器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5MPa的压缩空气检查 焊接接头质量。 6、GB150—1998适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验与验收。 样 7、选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合 （ 4、GB150—1998中：厚度附加量：C=C1+C2式中C1为钢材厚度负偏差，C2为腐蚀裕量。（√） 5、外压容器的破坏主要有强度不足引起的破坏和失稳现象，但经常只计算外压容器的稳定性。（√） 6、JB/T4700—2000《压力容器法兰分类与技术条件》中规定，允许修改标准法兰尺寸。（√） 7、从受力情况看，下列封头从好到差的依次排列是：半球形、碟形、椭圆形、锥形、平盖。 8、GB151—1999规定，当设计温度高于或等于300℃时，必须采用整体法兰。（×） 9、液压试验时，圆筒的薄膜应力σT不得超过试验温度下材料屈服点的80%。（×） 10、介质的毒性程度按GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》为依据。(×） 三、选择题（每小题1.5分，共计15分） 1 A 2 A 3 A 4 A 5、 A 6 A 7、《固规》规定，用于焊接压力容器的碳素钢和低合金钢含碳量不应大于（D） A、0.3% B、0.28% C、0.25% 8、超低碳不锈钢的含碳量不大于（C） A、0.08% B、0.04% C、0.03% 9、盛装液化气体的容器设计储存量不得超过计算式W=φVρt,式中φ为装量系数，一般取φ压力容器设计审核答辩的问题探讨
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