压力容器设计必须掌握的知识问答

第一章 法规与标准1-1压力容器设计必须哪些主要法规和规程？答：1.特种设备安全监察条例国务院 2003.6.12.压力容器安全技术监察规程质检局 2000.1.13.压力容器、压力管道设计单位资格许可与管理规则质检局 2003.1.14.锅炉压力容器制造监督管理办法质检局 2003.1.15.GB150钢制压力容器6.JB4732钢制压力容器-分析设计标准7.JB/T4735钢制焊接常压容器8.GB151管壳式换热器。12 压力容器设计单位的职责是什么？答：1.应对设计文件的准确性和完整性负责。2.容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。3.容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。13 GB150-1998钢制压力容器的适用和不适用范围是什么？答：适用范围：1. 设计压力不大于35Mpa的钢制压力容器。2. 设计温度范围根据钢材允需的使用温度确定。不适用范围：1. 直接火焰加热的容器。2. 核能装置中的容器。3. 经常搬运的容器。4. 诸如泵、压缩机、涡轮机或液压缸等旋转式或往复式机械设备中自成整体或作为组成部件的受压容器。5. 设计压力低于0.1Mpa的容器。6. 真空度低于0.02Mpa的容器。7. 内直径小于150mm的容器。8. 要求做疲劳分析的容器。9. 已有其它行业标准管辖的压力容器，如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用压力容器和搪玻璃容器。14 压力容器安全技术监察规程的适用与不适用范围是什么？答：使用范围：（同时具备以下条件）1. 最高工件压力（PW）大于等于0.1Mpa（不含液体压力）的容器。2. 内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于0.15m,且容积V大于等于0.25m3的容器；3. 盛装介质为气体、液化气体、或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的容器。不适用范围：1. 超高压容器。2. 各类气瓶。3. 非金属材料制造的压力容器。4. 核压力容器、船舶和铁路机车上的附属压力容器、国防或军事装备用的压力容器、锅炉安全技术监察适用范围内的直接受火焰加热的设备（如烟道式余热锅炉等）。5. 正常运行最高工件压力小于0.1Mpa的压力容器（包括在进料或出料过程中需瞬时承受压力大于等于0.1Mpa的压力容器，不包括消毒、冷却等工艺过程中需要短时承受压力大于等于0.1 Mpa的压力容器）。6. 机器上非独立的承压部件（如压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或气缸，但不含造纸、纺织机械的烘缸、压缩机的辅助压力容器）。7. 无壳体的套管换热器、波纹管换热器、空冷换热器、冷却排管。1-5容规和GB150-98对压力容器的范围如何划定？答：1. 压力容器与外部管道、装置连接的：容器接管与外管道连接的第一道环向接头坡口端面；法兰连接的第一个法兰密封面；螺纹连接的第一个螺纹螺纹接头端面；专用连接或管件的第一个密封面。2. 压力容器开孔部分的承压封头、平盖及其坚固件。3. 非受压元件与受压元件的焊接接头。16何谓易燃介质？答:易燃介质指与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体。如甲胺、乙烷、甲烷等。17介质的毒性程度如何划分？答：参照HG压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类：1. 极度危害：0.1mg/m3;2. 高度危害：0.1-1.0 mg/m3;3. 中度危害：1.0-30度时应采用有折边结构，否则应按应力分析方法进行设计。2 大端折边锥形封头的过渡段转角半径 r应不小于封头大端内径Di的10%,且不小于该过渡段厚度的3倍。3 锥壳小端：当锥壳半顶角a45度时可采用无折边结构；当a45度时应采用折边结构，否则应按应力分析方法进行设计。4 小端折边锥形封头的过渡段转角半径 rs应不小于封头小端内径Dis的5%,且不小于该过渡段厚度的3倍。5 锥壳与圆筒的连接应采用全焊透结构。333 当锥形封头的锥壳半顶角a60时，应如何计算？当锥壳半顶角a60时，锥形封头的厚度可按平盖进行计算。也可以用应力分析（包括有限元）法确定。334 锥形封头的锥壳，其厚度如何计算？Dc的含义为何？锥壳厚度的计算公式为:式中Dc的含意是：GB150-98允许锥壳同一个半顶角的几个不同厚度的锥壳段组成，锥壳的直径是逐段变化的，因此，锥壳段的厚度也是逐段变化的。各锥壳段的厚度均按此式计算，式中Dc分别为各锥壳段大端内直径。335 受内压无折边锥形封头大小端如需补强时，对加强段有何要求？加强段厚度如何计算？有何限制？若需要增加厚度予以加强时，锥壳加强段与圆筒加强段应有相同的厚度。受内压无折边锥形封头大端加强段的厚度按下式计算：式中Q值由GB150-98的图7-12查取。受内压无折边锥形封头小端加强段的厚度按下式计算：式中Q值由GB150-98的图7-14查取。加强段的限制：在任何情况下，加强段厚度不得小于边接处锥壳的计算厚度。锥壳加强段的长度，对于大端，应不小于；对于小端，应不小于。圆筒加强段的长度，对于大端，应不小于；对于小端，应不小于。336 受内压折边锥形封头大端厚度，在GB150-98中是如何确定的？受内压折边锥形封头大端厚度的确定，在GB150-98中，是以过渡段与锥壳相连接处的过渡段厚度与锥壳厚度相比较，取其大者。将过渡段视作碟形封头的过渡区，因而按碟形封头计算其厚度。与之相连的锥壳，由于此处的直径已小于过渡区前的圆筒直径，此处直径可根据其过渡区半径和锥壳半项角值计算得出，而后用锥壳厚度计算式计算。GB150-98中的折边锥形封头大端的过注段厚度计算式： = 和过渡区相接处的锥壳厚度计算式：= 均系按此机理推导得出。其中的系数K值的f值分别由GB150-98中的表74和表75查取。337 圆形平盖厚度计算公式化是什么？如何推导而来？圆形平盖厚度计算公式是基于假定薄的圆形平板受均布载荷，周边简支或钢性固支连接情况下推导而得的。其计算公式为：338 紧缩口封头作用于纵向截面弯曲应力按什么公式校核？ 作用于纵向截面的弯曲应力是此弯曲应力不得大于紧缩口封头所用钢材的施用应力的0.8倍，即 m0.8t这就是GB150-98对紧缩口封头纵向截面上作用的弯曲应力校核公式。339 GB150-98规定在什么情况下压力容器壁上开孔可不另行补强？允许不另行补强需满足下述条件：1 相邻两开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍。2 接管公称外径小于或等于89mm。3 不补强接管的外径和最小壁厚的规格采用：253.5、323.5、383.5、454、575、655、766896mm。（接管的腐蚀裕量为1mm）以上规定适用于设计压力P2.5Mpa的容器。340 压力容器开孔补强有几种？采用补强圈结构补强应遵循什么规定？压力容器的开孔补强，从设计方法区分大致下述几种：1 等面积补强法。2 极限补强法。3 安定性分析。4 其它方法，如试验应力分析法、采用增量塑性理论方法研究容器开孔及补强等等。从补强结构区分，其基本结构大致分为两大类：1 补强圈搭焊结构。2 整体补强结构。当采用补强圈结构补强时，应遵循下列规定：1 所采用钢材的标准常温抗拉强度：b540Mpa.2 壳体名义厚度n38mm。3 补强圈厚度应小于或等于1.5n。341在应用等面积补强时，为什么要限制d/D之比和长圆形孔的长短轴之比？开孔不仅削弱容器壁的强度，而且在开孔附近的局部区域形成很高的应力集中。较大的局部应力，加上接管有各种载荷所产生的应力、温度应力，以及容器材质和制造缺陷等等因素的综合作用，往往会造成容器的破坏源。因此，对于开孔的补强首先应研究开孔的受力分析。其基本方法是从弹性力学的大平板上开小孔分析。一、 大平板上开小圆孔：1 单向拉伸 应力集中系数：K=32 双向拉力 应力集中系数：K=2.5二、 大平板上开孔问题，椭圆孔边缘应力集中系数可比圆孔大。特别是长轴垂直于主应力方向时，a/b越大，应力集中系数就越大。三、 圆柱上开小圆孔，当将圆柱展平，小孔的变形不会很大，仍近似圆孔；若是开大孔，展开后将近似于椭圆孔，应力集中系数可能增大。尤其是当d/D之比较大时，由于壳体曲率影响，开孔边缘将引起附加弯矩，更加大了其应力水平，危及安全。四、 d/D之比较大时，已超出了“大平板上开小孔”的假设。运用的计算就不可能正确。因此对d/D必须给予限制。342 压力容器壳体上开孔的最大直径有何限制？限制如下：1 对于筒体：当其内径Di1500mm时，开孔的最大直径d，且d520mm;当其内径Di1500mm时，开孔的最大直径d，且d1000mm;2 凸形封头或球壳的开孔最大直径d3 锥形封头的开孔最大直径d，Di为开孔中心处的锥壳内直径。343 内压容器开孔补强所需补强面积按什么公式计算？ A=d+2(m-C)(1-fr)对于内压容器中平盖开孔所需补强面积：A=0.5dp344 外压容器开孔所需补强面积按什么公式计算？A=0.5d+2(m-C)(1-fr)345 等面积补强法与压力面积法有什么异同？压力面积法是西德受压容器规范和西德蒸汽锅炉技术规程中的采用的开孔补强方法，并说明可用于开孔率达0.8的大开孔结构情况下。该计算方法的通式为： 式中Ap-为补强范围内的压力作用面积；A-为补强范围内的壳体、接管、补强金属的面积；P-设计压力材料许用应力。该式是以受压面积和承载面积的平衡为基础的。等面积法的含义是：补强壳体的平均强度，用开孔等面积的外加金属来补偿削弱的壳壁强度。它们的基本出发点是一致的。由于有效范围考虑不同，所以引起了整外补强计算的结果。d/2 或 D-壳体中径346 压力容器开孔的有效补强范围及有效补强面积是什么？有效补强范围是指：1 有效宽度：B=2d2 B=d+2n+2nt取两者中较大值。有效高度h1= h1=接近实际外伸伸高度 取两者较小值 h2= h2=接近实际内伸伸高度 取两者较小值有效补强面积是指：在有效补强范围内可作为补强的金属面积：A1壳体受内压或外压所需设计厚度之外的多余金属面积：A1=(B-d)(e-)-2(nt-C)( e-)(1-fr)A2接管承受内压或外压所需设计厚度之外的多余金属面积：A2=2h1(nt-t-C)fr+2h2(nt-C-C2)frA3补强区内的焊缝面积；A4补强区内另加的补强面积。347 螺栓法兰联接设计包括哪些内容？1 确定垫片材料、型式及尺寸。2 确定螺栓材料、规格及数量。3 确定法兰材料、密封面型式及结构尺寸。4 进行应力校核（计算中所有尺寸均不包括腐蚀裕量）。348 用钢板制造整体带颈法兰时，须符合什么要求？必须符合下列要求：1 钢板应超声波探伤，无分层缺陷。2 应沿钢板轧制方向切割出板条。经弯制，对焊成为圆环，并使钢板的表面形成环的柱面。3 圆环的对接焊缝应采用全熔透焊缝。4 圆环对接焊缝应进行焊后热处理，并经100%射线或超声波探伤检验，其合格标准按相应法兰标准的规定。349 法兰在什么情况下应进行正火或完全退火处理？答：在下列任一情况下应进行正火或完全退火热处理：1 法兰断面大于76mm的碳素钢或低合金钢制法兰2 焊制整体法兰。3 锻制法兰。350 什么叫窄面法兰？什么叫宽面法兰？垫片的接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内，称作窄面法兰。垫片的接触面分布在法兰螺栓孔中心圆内外两侧的，称作宽面法兰。351 GB150-98中法兰按其整体性程度分为几种型式？各型式的特点是什么？分为三种型式：1 松式法兰 法兰未能有效地与之容器或接管连成一体，计算中认为容器或接管不与法兰共同承受法兰力矩的作用。2 整体法兰 法兰、法兰颈部及容器或三者能有效地连接成一整体结构，共同承受法兰力矩的作用。3 任意式法兰 是一些焊接法兰（见GB150-98中图（9-1）、（h）、（I）、(J)、（k）,其计算按整体法兰。但为简便起见，当满足下列条件时也可按活套法兰计算：15mm, P2Mpa操作温度小于等于370。352 密封的基本条件是什么？什么叫密封比压？什么是垫片系数？何以要校核垫片宽度？垫片强制密封有两个条件：即预密封条件和操作密封条件。预密封条件的意义是：法兰的密封面不管经过多么精密的加工，从微观来讲，其表面部是凹凸不平的，存在沟槽。这些沟槽可成为密封面泄漏通道。因此必须利用较软的垫片在预紧螺栓力的作用下，使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处，将沟槽填没，消除上述泄漏通道。在此单位垫片有效密封面积上应有足够的压紧力。此单位面积上的压紧力，称为垫片的密封比压力（单位：Mpa）,用y表示。不同的垫片有不同的比压力。垫片材料越硬，y越高。 操作密封条件的意义是：经预紧达到密封条件的密封面，在内压作用下，由于压力的轴向作用，密封面会产生分离，使垫片与密封面压紧力减小，出现微缝隙，内压介质有可能通过缝隙产生泄漏。为保证其密封性，必须使垫片与密封面间保持足够大的液体阻力，只有当其阻力大于由介质的内外差引起的推动力时，垫片方能密封而不产生泄漏。由于垫片与密封面间的流体阻力与垫片压紧力成正比。为此在垫片与密封面间必须足够大的压紧力，以确保其缝隙足够小，则液体阻力足够的大。使垫片与法兰密封面间保持足够大的阻力使密封面不发生泄漏时，施加于垫片单位有效面积上的压力与其内压力的比值，称为垫片系