[教育]壓力容器壓力管道基礎(chǔ)知識(shí)講座

1、壓力容器壓力管道基礎(chǔ)知識(shí) 講座,北京燕化設(shè)計(jì)院 高級(jí)工程師 胡躍華 全國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)審批人 全國(guó)壓力管道應(yīng)力分析設(shè)計(jì)審批人 全國(guó)注冊(cè)工程監(jiān)理工程師 全國(guó)注冊(cè)機(jī)械設(shè)計(jì)師 Tel: 010-69335472 ; 1963

2、531. HyhwQ02@126.com,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),1.什么是《容規(guī)》所指的壓力容器? 需同時(shí)具備以下三條： 最高工作壓力大于或等于0.1Mpa; 內(nèi)直徑大于或等于0.15m,且容積大于或等于 0.025m3; 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。 《容規(guī)》p5,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),2.碳素鋼

3、和低合金鋼也怕“熱”和怕“冷”嗎?答案是肯定的，使用溫度范圍一般在-19~425℃ 之間。低溫用鋼：16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、0Cr18Ni9、 0Cr18Ni10Ti等；高溫用鋼：0Cr17Ni12Mo2；0Cr19Ni13Mo3； 15CrMoR；1Cr5Mo；12Cr1MoVG等。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),3. 焊接接頭系數(shù)和那些因素有關(guān)?坡口形式；焊接方法；探傷比例。注意：焊接接頭與

4、焊縫的區(qū)別！,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),4.常用的壓力容器鋼板有哪些，適用場(chǎng)合?Q235-B、Q235-C、20R、16MnR、 16MnR（HIC）、 16MnDR、 07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、0Cr18Ni9、 0Cr18Ni10Ti、 00Cr19Ni10、 00Cr17Ni12Mo2、 15CrMoR、復(fù)合板等,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),5.壓力容器常用的設(shè)計(jì)方法有哪些?其適用范圍?常規(guī)設(shè)計(jì)方法：以彈性失效為準(zhǔn)則，以薄膜

5、應(yīng)力為基礎(chǔ)，來(lái)確定受壓元件的厚度。其特點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)明，大量采用，但不太合理，且保守。應(yīng)力分析設(shè)計(jì)法：以塑性失效及彈塑性失效為準(zhǔn)則，利用有限元法和計(jì)算機(jī)，精確計(jì)算各種應(yīng)力，按等安全裕度的原則，分別給予不同的強(qiáng)度限制條件。其特點(diǎn)：科學(xué)合理，安全可靠，十分經(jīng)濟(jì)。但對(duì)材料、制造、和檢驗(yàn)提出較高的技術(shù)要求；通常在高溫、高壓、有疲勞的場(chǎng)合下采用。有些大型的儲(chǔ)存球罐的設(shè)計(jì)也采用。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),6.壓力容器的失效形式有哪些?強(qiáng)度失效：在載荷的作

6、用下，發(fā)生過(guò)量的塑性變形而導(dǎo)致破壞；剛度失效：發(fā)生過(guò)量的彈性變形而導(dǎo)致破壞；穩(wěn)定失效：在載荷的作用下，形狀突然改變而導(dǎo)致喪失工作能力。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),7.厚度附加量C是怎么回事?C=C1+C2+（C3）C3 由制造單位投料時(shí)考慮。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),8.什么是應(yīng)力腐蝕?石油化工中常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕環(huán)境有哪些?在應(yīng)力(拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下(有一定的溫度)所引起的破裂。特點(diǎn)：無(wú)明顯預(yù)兆，破壞是脆性的、突然的。碳鋼及低合金

7、鋼：堿液、濕硫化氫、無(wú)水液氨、醋酸等。奧氏體不銹鋼：氯離子、堿液、濕硫化氫等。此外，加氫反應(yīng)器用鋼，須嚴(yán)格按納爾遜曲線來(lái)選材。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),9.什么是焊后消氫處理?在焊接過(guò)程中，來(lái)自焊條、焊劑和空氣濕氣中的氫氣，在高溫下被分解成原子狀態(tài)溶于液態(tài)金屬中，焊縫冷卻時(shí)氫來(lái)不及逸出，殘留在焊縫中。在焊接應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生冷裂紋，即延遲裂紋。解決辦法：焊條先預(yù)熱，焊后對(duì)焊縫后熱至200 ℃，時(shí)間為16小時(shí)，降低焊縫冷卻速度，使氫充分

8、逸出，稱為焊后消氫處理。 這也是焊條要選用低氫型的原因。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),10.壓力容器焊后熱處理的目的是什么?消除或降低焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，避免裂紋的產(chǎn)生；恢復(fù)冷作硬化而損失的力學(xué)性能；改善焊接接頭的塑性和韌性，提高抗應(yīng)力腐蝕的能力。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),11.何謂無(wú)損檢測(cè)?常用的方法有哪些?在不對(duì)受檢工件進(jìn)行分離和造成損傷的情況下，對(duì)容器的材料、結(jié)構(gòu)、焊縫等的內(nèi)部和表面質(zhì)量進(jìn)行的檢查。常用的方法：射線、超聲、磁

9、粉、滲透、渦流檢測(cè)、目測(cè)等。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),12.與射線探傷相比超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)?其優(yōu)點(diǎn)：對(duì)裂紋、未熔合等，檢測(cè)靈敏度高；檢測(cè)厚度可達(dá)數(shù)米；可對(duì)在用容器進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控；檢測(cè)速度快，能測(cè)定缺陷的深度位置；設(shè)備簡(jiǎn)單、檢測(cè)費(fèi)用低；對(duì)人體無(wú)害。其缺點(diǎn)：判斷不直觀，定性比較困難；檢測(cè)結(jié)果受人為因素影響較大。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),13.什么是延遲裂紋?如何防止?裂紋不在焊后立即產(chǎn)生，而是在焊后延遲幾小時(shí)、幾天、或更長(zhǎng)時(shí)間才

10、出現(xiàn)。防止辦法：焊后加熱。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),14.什么是熱裂紋?產(chǎn)生的主要原因?在300 ℃以上的高溫下產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋；產(chǎn)生的原因：焊接拉應(yīng)力作用在晶界的低熔點(diǎn)共晶體所造成的（FeS）。防止辦法：降低焊接線能量；采用多層焊。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),15.一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力的概念是什么？一次應(yīng)力：是指由于外加載荷，如壓力、重力等的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。它包括一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力、和一次彎曲應(yīng)力。它的特點(diǎn)：

11、滿足外力的平衡，隨外力的增大而增大，且無(wú)自限性。二次應(yīng)力：是指容器部件自身的約束或相鄰部件的約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，主要包括邊緣應(yīng)力和溫度應(yīng)力等。它的特點(diǎn)：一般是自平衡，且具有自限性，一旦一方發(fā)生部分屈服，約束作用即行緩解，應(yīng)力便不再上升，故對(duì)容器的安全危害相對(duì)較小。峰值應(yīng)力：是由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)（如開(kāi)孔、小圓角半徑、焊縫咬邊等）引起的應(yīng)力集中，而迭加到一次或二次應(yīng)力上的增量，它是疲勞破壞或脆性斷裂的根源，必要時(shí)應(yīng)按應(yīng)力分類進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)。

12、,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),16.焊接試板焊接接頭的力學(xué)性能檢驗(yàn)有哪幾種?拉伸試驗(yàn)；彎曲試驗(yàn)；沖擊試驗(yàn)。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),17.用于壓力容器的碳鋼和低合金鋼,什么情況下需要逐張做超檢?介質(zhì)為極度或高度危害的壓力容器;液化石油氣且硫化氫含量大于100mg/L的壓力容器;最高工作壓力大于或等于10MPa的壓力容器;移動(dòng)式壓力容器；GB12337《鋼制球形儲(chǔ)罐》等要求的其它情形。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),18.防止晶間腐蝕的措施有哪幾種?

13、晶間腐蝕：奧氏體不銹鋼在400~850°C范圍內(nèi)緩慢冷卻時(shí)，在晶界上有Cr23C6析出并沉積，造成晶界附近貧鉻，從而引起腐蝕。防止措施：固溶化處理；降低鋼中的含碳量（<0.03%);加穩(wěn)定化元素(Nb;Ti)。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),19.Q235-A.B.C的區(qū)別是什么？它們的適用范圍？沖擊試驗(yàn)溫度不同：Q235-A：不做沖擊試驗(yàn)(不得用于壓力容器的受壓元件)；Q235-B：做20 ℃V型沖擊試驗(yàn)；Q23

14、5-C：做0 ℃V型沖擊試驗(yàn)。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),20.峰值應(yīng)力的基本特征是？何時(shí)必須限制？特征：具有自限性和局部性，不會(huì)引起明顯的變形，但可能導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性斷裂。在頻繁的交變載荷或頻繁的溫度改變下，容易引起疲勞，此時(shí)，應(yīng)控制峰值應(yīng)力。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),21.對(duì)有延遲裂紋傾向的鋼材，檢測(cè)有何規(guī)定？對(duì)于有延遲裂紋傾向的鋼制容器（抗拉強(qiáng)度大于540Mpa或Cr-Mo容器用鋼）應(yīng)在焊后36小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),22.

15、壓力容器選材應(yīng)遵循哪些原則?設(shè)備的使用和操作條件；焊接性能；冷、熱加工性能；設(shè)備的結(jié)構(gòu)和制造工藝；材料的來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性；同一工程中，盡量用材統(tǒng)一。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),23. 和壓力容器有關(guān)的哪幾個(gè)環(huán)節(jié)須執(zhí)行《容規(guī)》的規(guī)定？設(shè)計(jì)；制造；安裝；使用；檢驗(yàn)；修理；改造。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),24.何種情況允許采用氣壓試驗(yàn)？?jī)?nèi)部不允許有殘留液體的容器由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器.,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),25.外壓殼體開(kāi)孔

16、補(bǔ)強(qiáng)的原則?補(bǔ)強(qiáng)面積為多少?抗彎強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)半面積.而對(duì)于內(nèi)壓殼體：抗拉強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)；等面積。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),26.等面積補(bǔ)強(qiáng)為什么不適用于大開(kāi)孔?應(yīng)如何處理?只補(bǔ)局部薄膜應(yīng)力對(duì)彎曲應(yīng)力和峰值應(yīng)力不起作用;須采用應(yīng)力分析法或?qū)Ρ冉?jīng)驗(yàn)法.,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),27.壓力容器用鋼板,對(duì)C、S、P的控制目的?C——可焊性；S——熱脆 0.020% (熔煉分析）;P——冷脆 0.030% 。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),28

17、.設(shè)計(jì)溫度低于20°C時(shí),許用應(yīng)力如何取值?按20°C時(shí)的值.,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),29.外壓容器的破壞特點(diǎn)？有失穩(wěn)和強(qiáng)度破壞的兩種可能；設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定校核。失穩(wěn)往往在強(qiáng)度破壞前發(fā)生。外壓圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度是指圓筒上能始終保持圓形的兩個(gè)截面間的距離。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),30.設(shè)計(jì)基本地震加速度如何取值？設(shè)防烈度為7度：0.1g;設(shè)防烈度為8度：0.2g;設(shè)防烈度為9度：0.4g.,壓力容器基礎(chǔ)

18、知識(shí),31.根據(jù)哪些條件判斷容器是否需要熱處理?材質(zhì);鋼材厚度;盛裝介質(zhì)的毒性.,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),32.GB150規(guī)定,鋼材的許用應(yīng)力的確定,應(yīng)考慮那些強(qiáng)度指標(biāo)?抗拉強(qiáng)度;屈服強(qiáng)度;持久強(qiáng)度;蠕變極限.,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),33. 《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》中，在壓力容器年度檢查提到了以宏觀檢查為主，在全面檢驗(yàn)中也提到以宏觀檢查、壁厚測(cè)定、表面無(wú)損檢測(cè)的檢驗(yàn)方法為主，簡(jiǎn)述以宏觀檢查為主的理由。答：（1）壓力容器使用過(guò)程中產(chǎn)

19、生的缺陷大多為表面缺陷，埋藏缺陷較少，使用過(guò)程中產(chǎn)生缺陷主要為裂紋，變形和腐蝕，且多產(chǎn)生于表面，表面缺陷大多可用宏觀檢查法檢查到；（2）表面裂紋的有效尺寸是埋藏裂紋的兩倍，表面裂紋的危險(xiǎn)性比埋藏裂紋大，重點(diǎn)應(yīng)檢查表面裂紋：（3）從壓力容器的受力角度分析，表面較大，焊縫處的角變形和錯(cuò)邊量所產(chǎn)生的附加應(yīng)力疊加于表面， 更容易產(chǎn)生表面缺陷，產(chǎn)生后也易于擴(kuò)展。（4）表面與介質(zhì)接觸，內(nèi)外表面與腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)，在一定的工況條件下會(huì)產(chǎn)生表面缺陷

20、。（5）表面缺陷發(fā)生事故的幾率比埋藏缺陷大，而這些缺陷大多能夠用宏觀檢查站的方法檢查出來(lái)。（6）表面缺陷進(jìn)行宏觀檢查時(shí)，方法簡(jiǎn)單，工作量小，成本小，便于普遍使用。（7）采用宏觀檢查為主的方法有利于壓力容器定期檢驗(yàn)的開(kāi)展，對(duì)盡快掌握在用壓力容器的安全狀況有利。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),34.工業(yè)管道在線檢驗(yàn)中，什么部位應(yīng)重點(diǎn)檢查？ （1）、壓縮機(jī)、泵的出口部位；（2）、補(bǔ)償器、三通、彎頭（彎管）、大小頭、支管連接及介質(zhì)流動(dòng)的死角等部位

21、；（3）、支吊架損壞部位附近的管道組成件以及焊接接頭；（4）、曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)影響管道安全運(yùn)行的問(wèn)題的部位；（5）、處于生產(chǎn)流程要害部位的管段以及與重要裝置或設(shè)備相連接的管段；（6）、工作條件苛刻或承受交變載荷的管段。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),35.為什么要進(jìn)行管道應(yīng)力分析？它主要包含那些內(nèi)容？各種分析的目的是什么？保證管系自身的安全；保證相連設(shè)備的安全；保證土建結(jié)構(gòu)的安全。分為靜力分析和動(dòng)力分析靜力分析包括：壓力、重力等載荷作用下

22、的管道一次應(yīng)力計(jì)算——防止塑性變形破壞；熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等載荷作用下的二次應(yīng)力計(jì)算——防止疲勞破壞；管道對(duì)機(jī)器、設(shè)備作用力的計(jì)算——防止作用力過(guò)大，保證機(jī)器、設(shè)備的正常運(yùn)行；管道支吊架的受力計(jì)算——為支吊架設(shè)計(jì)提供依據(jù)；管道上法蘭的受力計(jì)算——防止法蘭泄漏；,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),管系位移計(jì)算——防止管道碰撞和支吊點(diǎn)位移過(guò)大。動(dòng)力分析包括：往復(fù)壓縮機(jī)（泵）管道氣（液）柱固有頻率分析——防止氣（液）柱共振；往復(fù)壓縮機(jī)（

23、泵）管道壓力脈動(dòng)分析——控制壓力脈動(dòng)值；管道固有頻率分析——防止管道系統(tǒng)共振；管道地震分析——防止管道地震應(yīng)力過(guò)大；沖擊荷載作用下管道的應(yīng)力分析——防止管道振動(dòng)和應(yīng)力過(guò)大。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),36.何謂一次應(yīng)力？二次應(yīng)力？分別由哪些載荷產(chǎn)生？這兩種應(yīng)力有何特點(diǎn)？一次應(yīng)力是由于壓力、重力與其他外載荷共同作用所產(chǎn)生的應(yīng)力。它是平衡外力載荷所需的應(yīng)力，隨外力載荷的增加而增加。特點(diǎn)：沒(méi)有自限性。二次應(yīng)力是由于管道變形受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)

24、力，它是由管道熱脹、冷縮、端點(diǎn)位移等作用而引起的。它是為滿足約束條件或管道自身變形的連續(xù)要求所必需的應(yīng)力。特點(diǎn)：具有自限性。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),37.何謂管道柔性？如何進(jìn)行管道柔性設(shè)計(jì)？它是反映管道變形難易程度的概念，表示管道通過(guò)自身變形吸收熱賬、冷縮和其它位移變形的能力。 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證管道具有足夠柔性來(lái)吸收位移應(yīng)變的前提下，使管道的長(zhǎng)度盡可能短或投資盡可能少。 一般采用以下的幾種方法來(lái)增加管道的柔性：改變管道的走向；

25、加波形補(bǔ)償器；選用彈簧支吊架。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),38.管道柔性設(shè)計(jì)的目的是什么？保證管道在設(shè)計(jì)條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱賬冷縮、端點(diǎn)附加位移、管道支承設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蛟斐上铝袉?wèn)題：管道應(yīng)力過(guò)大或金屬疲勞引起管道破壞；管道連接處產(chǎn)生泄漏；管道推力或力矩過(guò)大，使與其相連接的設(shè)備產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形，影響設(shè)備正常運(yùn)行；管道推力或力矩過(guò)大引起管道支架破壞。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),39.一般來(lái)說(shuō)，管道上哪點(diǎn)的應(yīng)力比較大？為什么？

26、一般來(lái)說(shuō)，管道上三通和彎管處的應(yīng)力比較大。因?yàn)?，與直管相比，三通和彎管處的應(yīng)力增大系數(shù)比較大。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),40.支吊架的作用是什么？固定支架、導(dǎo)向支架和支托架都能限制那些位移？管道支吊架的作用有三個(gè)：承受管道的重量載荷（包括自重、介質(zhì)重等）；起限位作用，阻止管道發(fā)生非預(yù)期方向的位移；控制振動(dòng)，用來(lái)控制擺動(dòng)、振動(dòng)或沖擊。固定架：限制三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的角位移;導(dǎo)向架：限制了兩個(gè)方向的位移;支托架（或單向止

27、推架）：限制了一個(gè)方向的線位移。,壓力管道基礎(chǔ)知識(shí),41.設(shè)計(jì)振動(dòng)管道支架時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？應(yīng)注意以下問(wèn)題；支架應(yīng)采用防振管卡，不能只是簡(jiǎn)單支承；支架間距應(yīng)經(jīng)過(guò)振動(dòng)分析確定；支架結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應(yīng)有足夠的剛度；宜設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，盡量避免生根在廠房的梁柱上；當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)溫度較高，產(chǎn)生熱脹時(shí)，應(yīng)滿足柔性的要求；支架應(yīng)沿地面設(shè)置。,壓力容器基礎(chǔ)知識(shí),提問(wèn)和討論……。 你有收獲，就是我的高