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1、压力容器压力管道基础知识 讲座,北京燕化设计院 高级工程师 胡跃华 全国压力容器设计审批人 全国压力管道应力分析设计审批人 全国注册工程监理工程师 全国注册机械设计师,压力容器基础知识,1.什么是容规所指的压力容器?需同时具备以下三条：最高工作压力大于或等于0.1Mpa;内直径大于或等于0.15m,且容积大于或等于 0.025m3;盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。容规p5,压力容器基础知识,2.碳素钢和低合金钢也怕“热”和怕“冷”吗?答案是肯定的，使用温度范围一般在-19425 之间。低温用钢：16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、0Cr1
2、8Ni9、0Cr18Ni10Ti等；高温用钢：0Cr17Ni12Mo2；0Cr19Ni13Mo3；15CrMoR；1Cr5Mo；12Cr1MoVG等。,压力容器基础知识,3.焊接接头系数和那些因素有关?坡口形式；焊接方法；探伤比例。注意：焊接接头与焊缝的区别！,压力容器基础知识,4.常用的压力容器钢板有哪些，适用场合?Q235-B、Q235-C、20R、16MnR、16MnR（HIC）、16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10、00Cr17Ni12Mo2、15CrMoR、复合板等,压力容器基础知识,5.压力容器常
3、用的设计方法有哪些?其适用范围?常规设计方法：以弹性失效为准则，以薄膜应力为基础，来确定受压元件的厚度。其特点：计算简明，大量采用，但不太合理，且保守。应力分析设计法：以塑性失效及弹塑性失效为准则，利用有限元法和计算机，精确计算各种应力，按等安全裕度的原则，分别给予不同的强度限制条件。其特点：科学合理，安全可靠，十分经济。但对材料、制造、和检验提出较高的技术要求；通常在高温、高压、有疲劳的场合下采用。有些大型的储存球罐的设计也采用。,压力容器基础知识,6.压力容器的失效形式有哪些?强度失效：在载荷的作用下，发生过量的塑性变形而导致破坏；刚度失效：发生过量的弹性变形而导致破坏；稳定失效：在载荷的
4、作用下，形状突然改变而导致丧失工作能力。,压力容器基础知识,7.厚度附加量C是怎么回事?C=C1+C2+（C3）C3 由制造单位投料时考虑。,压力容器基础知识,8.什么是应力腐蚀?石油化工中常见的应力腐蚀环境有哪些?在应力(拉应力)和腐蚀的共同作用下(有一定的温度)所引起的破裂。特点：无明显预兆，破坏是脆性的、突然的。碳钢及低合金钢：碱液、湿硫化氢、无水液氨、醋酸等。奥氏体不锈钢：氯离子、碱液、湿硫化氢等。此外，加氢反应器用钢，须严格按纳尔逊曲线来选材。,压力容器基础知识,9.什么是焊后消氢处理?在焊接过程中，来自焊条、焊剂和空气湿气中的氢气，在高温下被分解成原子状态溶于液态金属中，焊缝冷却时
5、氢来不及逸出，残留在焊缝中。在焊接应力的作用下，产生冷裂纹，即延迟裂纹。解决办法：焊条先预热，焊后对焊缝后热至200，时间为16小时，降低焊缝冷却速度，使氢充分逸出，称为焊后消氢处理。这也是焊条要选用低氢型的原因。,压力容器基础知识,10.压力容器焊后热处理的目的是什么?消除或降低焊接过程中产生的应力，避免裂纹的产生；恢复冷作硬化而损失的力学性能；改善焊接接头的塑性和韧性，提高抗应力腐蚀的能力。,压力容器基础知识,11.何谓无损检测?常用的方法有哪些?在不对受检工件进行分离和造成损伤的情况下，对容器的材料、结构、焊缝等的内部和表面质量进行的检查。常用的方法：射线、超声、磁粉、渗透、涡流检测、目
6、测等。,压力容器基础知识,12.与射线探伤相比超声波检测的优缺点?其优点：对裂纹、未熔合等，检测灵敏度高；检测厚度可达数米；可对在用容器进行检测和监控；检测速度快，能测定缺陷的深度位置；设备简单、检测费用低；对人体无害。其缺点：判断不直观，定性比较困难；检测结果受人为因素影响较大。,压力容器基础知识,13.什么是延迟裂纹?如何防止?裂纹不在焊后立即产生，而是在焊后延迟几小时、几天、或更长时间才出现。防止办法：焊后加热。,压力容器基础知识,14.什么是热裂纹?产生的主要原因?在300 以上的高温下产生的裂纹称为热裂纹；产生的原因：焊接拉应力作用在晶界的低熔点共晶体所造成的（FeS）。防止办法：降
7、低焊接线能量；采用多层焊。,压力容器基础知识,15.一次应力、二次应力、峰值应力的概念是什么？一次应力：是指由于外加载荷，如压力、重力等的作用而产生的应力。它包括一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、和一次弯曲应力。它的特点：满足外力的平衡，随外力的增大而增大，且无自限性。二次应力：是指容器部件自身的约束或相邻部件的约束而产生的应力，主要包括边缘应力和温度应力等。它的特点：一般是自平衡，且具有自限性，一旦一方发生部分屈服，约束作用即行缓解，应力便不再上升，故对容器的安全危害相对较小。峰值应力：是由于局部结构不连续（如开孔、小圆角半径、焊缝咬边等）引起的应力集中，而迭加到一次或二次应力上的增量，它
8、是疲劳破坏或脆性断裂的根源，必要时应按应力分类进行疲劳设计。,压力容器基础知识,16.焊接试板焊接接头的力学性能检验有哪几种?拉伸试验；弯曲试验；冲击试验。,压力容器基础知识,17.用于压力容器的碳钢和低合金钢,什么情况下需要逐张做超检?介质为极度或高度危害的压力容器;液化石油气且硫化氢含量大于100mg/L的压力容器;最高工作压力大于或等于10MPa的压力容器;移动式压力容器；GB12337钢制球形储罐等要求的其它情形。,压力容器基础知识,18.防止晶间腐蚀的措施有哪几种?晶间腐蚀：奥氏体不锈钢在400850C范围内缓慢冷却时，在晶界上有Cr23C6析出并沉积，造成晶界附近贫铬，从而引起腐蚀
9、。防止措施：固溶化处理；降低钢中的含碳量（0.03%);加稳定化元素(Nb;Ti)。,压力容器基础知识,的区别是什么？它们的适用范围？冲击试验温度不同：Q235-A：不做冲击试验(不得用于压力容器的受压元件)；Q235-B：做20 V型冲击试验；Q235-C：做0 V型冲击试验。,压力容器基础知识,20.峰值应力的基本特征是？何时必须限制？特征：具有自限性和局部性，不会引起明显的变形，但可能导致疲劳裂纹或脆性断裂。在频繁的交变载荷或频繁的温度改变下，容易引起疲劳，此时，应控制峰值应力。,压力容器基础知识,21.对有延迟裂纹倾向的钢材，检测有何规定？对于有延迟裂纹倾向的钢制容器（抗拉强度大于54
10、0Mpa或Cr-Mo容器用钢）应在焊后36小时后进行检测。,压力容器基础知识,22.压力容器选材应遵循哪些原则?设备的使用和操作条件；焊接性能；冷、热加工性能；设备的结构和制造工艺；材料的来源和经济性；同一工程中，尽量用材统一。,压力容器基础知识,23.和压力容器有关的哪几个环节须执行容规的规定？设计；制造；安装；使用；检验；修理；改造。,压力容器基础知识,24.何种情况允许采用气压试验？内部不允许有残留液体的容器由于结构原因不能充满液体的容器.,压力容器基础知识,25.外压壳体开孔补强的原则?补强面积为多少?抗弯强度补强半面积.而对于内压壳体：抗拉强度补强；等面积。,压力容器基础知识,26.
11、等面积补强为什么不适用于大开孔?应如何处理?只补局部薄膜应力对弯曲应力和峰值应力不起作用;须采用应力分析法或对比经验法.,压力容器基础知识,27.压力容器用钢板,对C、S、P的控制目的?C可焊性；S热脆 0.020%(熔炼分析）;P冷脆 0.030%。,压力容器基础知识,28.设计温度低于20C时,许用应力如何取值?按20C时的值.,压力容器基础知识,29.外压容器的破坏特点？有失稳和强度破坏的两种可能；设计时，应考虑强度计算和稳定校核。失稳往往在强度破坏前发生。外压圆筒的计算长度是指圆筒上能始终保持圆形的两个截面间的距离。,压力容器基础知识,30.设计基本地震加速度如何取值？设防烈度为7度：
12、0.1g;设防烈度为8度：0.2g;设防烈度为9度：0.4g.,压力容器基础知识,31.根据哪些条件判断容器是否需要热处理?材质;钢材厚度;盛装介质的毒性.,压力容器基础知识,32.GB150规定,钢材的许用应力的确定,应考虑那些强度指标?抗拉强度;屈服强度;持久强度;蠕变极限.,压力容器基础知识,33.压力容器定期检验规则中，在压力容器年度检查提到了以宏观检查为主，在全面检验中也提到以宏观检查、壁厚测定、表面无损检测的检验方法为主，简述以宏观检查为主的理由。答：（1）压力容器使用过程中产生的缺陷大多为表面缺陷，埋藏缺陷较少，使用过程中产生缺陷主要为裂纹，变形和腐蚀，且多产生于表面，表面缺陷大
13、多可用宏观检查法检查到；（2）表面裂纹的有效尺寸是埋藏裂纹的两倍，表面裂纹的危险性比埋藏裂纹大，重点应检查表面裂纹：（3）从压力容器的受力角度分析，表面较大，焊缝处的角变形和错边量所产生的附加应力叠加于表面，更容易产生表面缺陷，产生后也易于扩展。（4）表面与介质接触，内外表面与腐蚀介质接触时，在一定的工况条件下会产生表面缺陷。（5）表面缺陷发生事故的几率比埋藏缺陷大，而这些缺陷大多能够用宏观检查站的方法检查出来。（6）表面缺陷进行宏观检查时，方法简单，工作量小，成本小，便于普遍使用。（7）采用宏观检查为主的方法有利于压力容器定期检验的开展，对尽快掌握在用压力容器的安全状况有利。,压力管道基础知
14、识,34.工业管道在线检验中，什么部位应重点检查？（1）、压缩机、泵的出口部位；（2）、补偿器、三通、弯头（弯管）、大小头、支管连接及介质流动的死角等部位；（3）、支吊架损坏部位附近的管道组成件以及焊接接头；（4）、曾经出现过影响管道安全运行的问题的部位；（5）、处于生产流程要害部位的管段以及与重要装置或设备相连接的管段；（6）、工作条件苛刻或承受交变载荷的管段。,压力管道基础知识,35.为什么要进行管道应力分析？它主要包含那些内容？各种分析的目的是什么？保证管系自身的安全；保证相连设备的安全；保证土建结构的安全。分为静力分析和动力分析静力分析包括：压力、重力等载荷作用下的管道一次应力计算防止
15、塑性变形破坏；热胀冷缩以及端点附加位移等载荷作用下的二次应力计算防止疲劳破坏；管道对机器、设备作用力的计算防止作用力过大，保证机器、设备的正常运行；管道支吊架的受力计算为支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏；,压力管道基础知识,管系位移计算防止管道碰撞和支吊点位移过大。动力分析包括：往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析防止气（液）柱共振；往复压缩机（泵）管道压力脉动分析控制压力脉动值；管道固有频率分析防止管道系统共振；管道地震分析防止管道地震应力过大；冲击荷载作用下管道的应力分析防止管道振动和应力过大。,压力管道基础知识,36.何谓一次应力？二次应力？分别由哪些载荷产生？
16、这两种应力有何特点？一次应力是由于压力、重力与其他外载荷共同作用所产生的应力。它是平衡外力载荷所需的应力，随外力载荷的增加而增加。特点：没有自限性。二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它是由管道热胀、冷缩、端点位移等作用而引起的。它是为满足约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。特点：具有自限性。,压力管道基础知识,37.何谓管道柔性？如何进行管道柔性设计？它是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收热账、冷缩和其它位移变形的能力。设计时，应保证管道具有足够柔性来吸收位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。一般采用以下的几种方法来增加管道的柔性：改变管道
17、的走向；加波形补偿器；选用弹簧支吊架。,压力管道基础知识,38.管道柔性设计的目的是什么？保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热账冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题：管道应力过大或金属疲劳引起管道破坏；管道连接处产生泄漏；管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力和变形，影响设备正常运行；管道推力或力矩过大引起管道支架破坏。,压力管道基础知识,39.一般来说，管道上哪点的应力比较大？为什么？一般来说，管道上三通和弯管处的应力比较大。因为，与直管相比，三通和弯管处的应力增大系数比较大。,压力管道基础知识,40.支吊架的作用是什么？固定支架、导向支架和支托架
18、都能限制那些位移？管道支吊架的作用有三个：承受管道的重量载荷（包括自重、介质重等）；起限位作用，阻止管道发生非预期方向的位移；控制振动，用来控制摆动、振动或冲击。固定架：限制三个方向的线位移和三个方向的角位移;导向架：限制了两个方向的位移;支托架（或单向止推架）：限制了一个方向的线位移。,压力管道基础知识,41.设计振动管道支架时应注意什么问题？应注意以下问题；支架应采用防振管卡，不能只是简单支承；支架间距应经过振动分析确定；支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度；宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性的要求；支架应沿地面设置。,压力容器基础知识,提问和讨论。你有收获，就是我的高兴！谢谢！,
