发布时间 : 星期一 文章压力容器设计制造200问答更新完毕开始阅读6dc42873bf23482fb4daa58da0116c175f0e1e17
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3-2 设计压力与计算压力有何不同，如何确定？
答：设计压力是对容器的各个腔体而言的，是容器选择材料、划分类别、提出制造和检验要求、确定试验压力等的依据，也是确定容器各个受压元件计算压力的依据。容器各个腔体的设计压力是根据其工作压力、安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力等确定的。设计压力不得低于工作压力，装有安全泄放装置时，不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。计算压力是对容器的各个受压元件而言的，仅用于确定容器各个受压元件满足强度、稳定和刚度要求的厚度。容器各个受压元件的计算压力是根据容器各个腔体的设计压力加液柱静压力对它单独和共同作用的情况确定的。对于单腔容器，介质全为气体时，容器上各个受压元件的计算压力均为该容器的设计压力；介质中有液体时，受液柱静压力作用的受压元件的计算压力为容器的设计压力加上液柱静压力。对于多腔容器中受多腔压力作用的受压元件，应根据生产操作中可能出现的情况确定其计算压力，如：确定换热器管板的计算压力时，要考虑壳程压力单独作用、管程压力单独作用和它们共同作用的情况；确定带夹套的容器中内容器上被夹套包围的受压元件的计算压力时，要考虑内容器压力单独作用、夹套压力单独作用和它们共同作用的情况，同时还要考虑其在夹套试验压力下的稳定性。
3-3 何谓临界状态、临界温度、临界压力？
答：临界状态是物质气液态平衡共存时的边缘状态。在此状态下，液体密度和饱和蒸气密度相同，因而它们的界面消失。这种状态只能在临界温度和临界压力下实现，可用临界点表示。临界温度是物质处于临界状态时的温度。是当采用加压的方法使气体液化时所允许的最高温度。在这个温度以上，物质只能处于气体状态，不能单用压缩方法使之液化。临界压力是物质处于临界状态时的压力。是在临界温度时使气体液化所需的最小压力，也就是液体在临界温度时的饱和蒸气压。 3-4 在固定式液化气体压力容器设计中，如何确定设计压力？
答：1．盛装液化气体的固定式压力容器的设计压力按下述规定确定： a）盛装临界温度大于等于50℃液化气体的固定式压力容器，设计有可靠的保冷设施时，其设计压力不得低于所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力；无保冷设施时，其设计压力不得低于所盛装液化气体在50℃时的饱和蒸气压力。 b）盛装临界温度小于50℃液化气体的固定式压力容器，设计有可靠的保冷设施，并有试验实测最高工作温度且能保证低于临界温度时，其设计压力不得低于所盛装液化气体在试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力；无试验实测温度或无保冷设施时，其设计压力不得低于所盛装液化气体在设计所规定的最大充装量时，温度为50℃的气体压力。 2．固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于50℃时混合液化石油气组分的实际饱和蒸气压来确定，设计单位应在图样上注明限定的组分和对应的压力。若无实际组分数据或不做组分分析，其设计压力按下述规定确定： a）混合液化石油气50℃饱和蒸气压力小于等于异丁烷50℃饱和蒸气压力，设计有可靠的保冷设施时，其设计压力不得低于可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压力；无保冷设施时，其设计压力不得低于50℃异丁烷的饱和蒸气压力。 b）混合液化石油气50℃饱和蒸气压力大于异丁烷50℃饱和蒸气压力且小于等于丙烷50℃饱和蒸气压力，设计有可靠的保冷设施时，其设计压力不得低于可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压力；无保冷设施时，其设计压力不得低于50℃丙烷的饱和蒸气压力。 c）混合液化石油气50℃饱和蒸气压力大于丙烷50℃饱和蒸气压力，设计有可靠的保冷设施时，其设计压力不得低于可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压力；无保冷设施时，其设计压力不得低于50℃丙烯的饱和蒸气压力。 [注]
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液化石油气指国家标准GB11174规定的混合液化石油气；异丁烷、丙烷、丙烯50℃的饱和蒸气压力应按相应的国家标准和行业标准的规定确定。 3-5 GB150-1998标准规定对压力容器设计应考虑的载荷有哪些？
答：1．内压、外压或最大压差； 2．液体静压力；需要时，还应考虑下列载荷： 3．容器的自重（包括内件和填料等），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、底座圈、支耳及其他型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而引起的作用力； 9．包括压力急剧波动的冲击载荷； 10．冲击反力，如由流体冲击引起的反力等。 11．运输或吊装时的作用力。
3-6 GB150-1998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？
答：还允许用以下方法设计，但需经全国压力容器标准化技术委员会评定、认可。 ——包括有限元法在内的应力分析； ——验证性实验分析（如实验应力分析、验证性液压试验）； ——用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。 3-7 什么叫计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度？
答：计算厚度指按有关公式计算得到的厚度。需要时，尚应计入其他载荷所需厚度。设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和。名义厚度指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，即标注在图样上的厚度。有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。
3-8 钢制压力容器圆筒加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度是多少？
答：1．对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm； 2．对高合金钢制容器，不小于2mm； 3．对钢制管壳式换热器，按GB151的规定； 4．对钢制塔式容器，按JB4710的规定。
3-9 厚度附加量由哪两部分组成
答：厚度附加量按下式确定： C=C1+C2 式中：C ——厚度附加量，mm； C1——钢材厚度负偏差，mm； C2——腐蚀裕量，mm。 3-10 钢材厚度负偏差如何确定？
答：钢板或钢管的厚度负偏差按钢材标准的规定。当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6％时，负偏差可忽略不计。 3-11 为什么要考虑腐蚀裕量？具体规定如何？
答：为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量。具体规定如下： a）对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量； b）容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量； c）介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1mm。除此以外的其他情况可参照下表选取： 腐 蚀 程 度 不腐蚀 轻微腐蚀 腐 蚀 重腐蚀腐蚀速率（mm/年） ＜0.05 0.05～0.13 0.13～0.25 ＞0.25 腐蚀裕量（mm） 0 ≥1 ≥2 ≥3 注：①表中的腐蚀裕量系指均匀腐蚀。 ②最大腐蚀裕量不应大于6mm，否则应采取防腐措施。
3-12 GB150-1998中确定材料许用应力的依据是什么？为什么螺栓材料的许用应力选取的较低？
答：钢材（除螺栓材料外）的许用应力按下表确定： 材料 许用应力，MPa （取下列各值中的最小值）碳素钢、低合金钢 高合金钢 1）对奥氏体高合金钢制受压元件，当设计温度低于蠕变范围，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应
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力至 ，但不超过 。此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形就产生泄漏或故障的场合。 螺栓材料的许用应力按下表确定： 材料 螺栓直径 mm 热处理状态 许用应力，MPa （取下列各值中的最小值）碳素钢 ≤M22 热轧、正火 M24～M48 低合金钢马氏体高合金钢 ≤M22 调质 M24～M48 ≥M52 奥氏体高合金钢 ≤M22 固溶 M24～M48 表中： ——钢材标准抗拉强度下限值，MPa； ——钢材标准常温屈服点（或0.2％屈服强度），MPa； ——钢材在设计温度下的屈服点（或0.2％屈服强度），MPa； ——钢材在设计温度下经10万小时断裂的持久强度的平均值，MPa； ——钢材在设计温度下经10万小时蠕变率为1％的蠕变极限，MPa。 螺栓材料的许用应力选取的较低，是因为：第一，由于螺栓在工作过程中绝不允许出现塑性变形，否则将会引起法兰密封的失效，所以螺栓只需对材料在设计温度下的屈服点和持久强度取安全系数，而未规定对强度限和蠕变限的安全系数。第二，螺栓在工作时的受力状态比较复杂，它在承受轴向拉力为主的同时，还要承受弯矩和扭矩，在拧紧时尚需克服摩擦阻力矩，而在上述强度计算中均把受力状态简化为只受轴向拉力，因此，应降低其许用应力，也即其安全系数应比其他元件的安全系数为大。第三，螺栓的安全系数按螺栓规格的大小分档，这是因为小直径螺栓在安装使用过程中出现超载的可能性大，因此，小直径螺栓的安全系数较大直径螺栓的安全系数大。第四，螺栓的安全系数随螺栓的热处理状态不同而不同，这是因为材料通过调质处理后，屈服点提高较多，而强度限提高较少，致使材料的屈强比提高，降低了抗塑性变形的能力，因此调质状态螺栓的安全系数高于热轧和正火状态螺栓的安全系数。
3-13 不锈钢复合钢板在设计计算中如需计入复层材料的强度时，其设计温度下的许用应力如何确定？
答：对于复层与基层结合率达到JB4733-1996标准中B2级板以上的复合钢板，在设计计算中如需计入复层材料的强度时，设计温度下的许用应力按下式确定： 式中： ——设计温度下复合钢板的许用应力，MPa； ——设计温度下基层钢板的许用应力，MPa； ——设计温度下复层材料的许用应力，MPa； ——基层钢板的名义厚度，mm； ——复层材料的厚度，不计入腐蚀裕量，mm。 3-14 计算成形封头厚度时，选取许用应力应注意什么问题？
答：由于成形封头在图纸上标注的厚度是名义厚度，它不包括封头成形减薄量，即冲制封头时用的钢板的厚度一般均厚于封头的名义厚度。因此，当用封头名义厚度选取许用应力时，可能导致许用应力偏高，造成安全隐患。例如，设计温度为200℃的标准椭圆形封头，选材为16MnR板，通过计算取名义厚度为16mm，刚好能满足强度要求，这时16mm厚的16MnR钢板的许用应力按GB150-1998表4-1选取为170MPa。但是，考虑到封头成形减薄量，冲制封头的板厚会是18mm，这时按GB150-1998表4-1，板材的许用应力是159MPa。再按159MPa计算原封头，16mm的厚度就会满足不了要求。因此，在计算成形封头厚度时，当封头名义厚度恰好是许用应力表中分挡板厚的上限时，特别要注意许用应力的修正。 3-15 内压容器试验压力如何确定？
答：内压容器液压试验压力的最低值按下式确定： 内压容器气压试验压力的最低值按下式确定： 式中：pT ——试验压力，MPa； p ——设计压力，MPa； ——容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa； ——容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa。注：容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料的[σ]/[σ]t比值中的最小者。 3-16真空容器如何进行压力试验？其试验压力如何确定？
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答：真空容器以内压进行压力试验。真空容器液压试验压力的最低值按下式确定： pT =1.25p 真空容器气压试验压力的最低值按下式确定： pT =1.15p 式中：pT ——试验压力，MPa； p ——设计压力，MPa。
3-17 对于由两个（或两个以上）压力室组成的容器，确定试验压力时有何要求？ 答：对于由两个（或两个以上）压力室组成的容器，应在图样上分别注明各个压力室的试验压力，并校核相邻壳壁在试验压力下的稳定性。如果不能满足稳定要求，则应规定在作压力试验时，相邻压力室内必须保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时间内，各压力室的压力差不超过允许压差，图样上应注明这一要求和允许压差值。
3-18 容器进行液压试验时，对试验液体有什么要求？
答：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清除干净。当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。试验温度： a）碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢容器液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢容器，液压试验时液体温度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度； b）其他钢种容器液压试验温度按图样规定。
3-19 何种情况下方可采用气压试验？对试验的安全和试验用气体有何要求？
答：下列情况下方可采用气压试验： 1．容器容积过大，无法承受液体的重量； 2．结构复杂，液压试验不足以充分检验各个部位的试压要求； 3．由于结构原因用液体不适合的，如容器内不允许有微量残留液体而无法排净或不能充满液体的容器； 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℃；其他钢种容器气压试验温度按图样规定。 3-20 何种情况下的压力容器应进行气密性试验？
答：符合下列情况时，压力容器应进行气密性试验。（1）介质为易燃、易爆；（2）介质为极度危害或高度危害时；（3）对真空度有较严格要求时；（4）如有泄漏将危及容器的安全（如衬里等）和正常操作者。 3-21 试述第一、三、四强度理论？
答：第一强度理论即最大主应力理论，其当量应力强度S=σ1。它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大主应力。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向拉伸断裂时的最大应力值，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=σ1-σ3，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应变能理论，其当量力强度为 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。我国标准GB150-1998《钢制压力容器》中强度计算主要是以第一强度理论为基础的。我国标准JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》中应力强度计算采用的是第三强度理论。
3-22 GB150-1998中内压圆筒强度计算的基本公式和适用范围是什么？ 答：基本公式： 适用范围为D0/Di≤1.5或pc ≤0.4[σ]tφ。
3-23 GB150-1998中内压球壳强度计算的基本公式及适用范围是什么？
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