压力容器中的薄膜应力,弯曲应力,二次应力,特种设备安全检测技术知识 -爱游戏平台

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? ?压力容器筒体开孔接管薄膜加弯曲应力性质识别和评定是压力容器应力分析设计中一个有争议的问题,业内的专家对此有各自的观点,本文先介绍一下他们的观点,最后给出自己的总结,供大家参考。

?????? 全国锅炉压力容器标准化技术委员会设计计算方法专业委员会的《压力容器工程师设计指南》第2版第16章提供了一个筒体开孔接管基于有限元应力分析设计的例子,对于薄膜 弯曲应力强度没有按照一次加二次应力sⅳ小于3s评定,而是按照一次薄膜加一次弯曲应力sⅲ小于1.5s评定,原文对此分析如下:

?????? 在外载荷或内压作用下,壳体上接管或其他开孔附近的弯曲应力,既包含有静力平衡引起的一次应力成分,又含有因结构不连续产生的二次应力成分。由于有限元软件,如ansys,只能在线性化处理后给出薄膜 弯曲应力的总量,不能进一步细分这两种应力。那么,对该薄膜 弯曲应力的总量,是该按一次应力,即sⅲ处理,采用1.5s控制,还是按一次 二次应力,即sⅳ处理,采用3s控制?在压力容器分析设计中,存在分歧。若按sⅳ处理,把弯

特种设备安全检测技术知识

  特种设备的种类、结构、类型繁多,其设计参数和使用条件各不相同,承压设备所盛装的介质可能具有不同程度的腐蚀或磨损的性质,因此,对它们进行检验时,必须采用各种不同的检验方法,才能对特种设备的安全使用性能作出全面、正确的评价。

  (一)宏观检查

  直观检查和量具检查通常称为宏观检查。宏观检查是对在用承压类特种设备进行内、外部检验常用的检验方法。宏观检查的方法简单易行,可以直接发现和检验容器内、外表面比较明显的缺陷,为进一步利用其他方法作详细的检验提供线索和依据。

  1.直观检查

  直观检查是承压类特种设备最基本的检验方法,通常在采用其他检验方法之前进行,是进一步检验的基础。它主要是凭借检验人员的感觉器官,对容器的内、外表面进行检查,以判别其是否有缺陷。

  1)检查内容

  直观检查,要求检查容器的本体和受压元件的结构是否合理,承压类特种设备的连接部位、焊缝、胀口、衬里等部位是否存在渗漏,承压类特种设备表面是否存在腐蚀的深坑或斑点、明显的裂纹、重皮折叠、磨损的沟槽、凹陷、鼓包等局部变形和过热的痕迹,焊缝是否有表面气孔、弧坑、咬边等缺陷,容器内、外壁的防腐层、保温层、耐火隔热层或衬里等是否完好等。

  2)检查工具

  手电筒、5~10倍放大镜、反光镜、内窥镜、约0.5 kg的尖头手锤等。

 3)检查方法

  (1)通常采用肉眼检查。肉眼能够迅速扫视大面积范围,并且能够察觉细微的颜色和结构的变化。

  (2)当被检查的部位比较狭窄(例如长度较长的管壳式容器,以及气瓶等),无法直接观察时,可以利用反光镜或内窥镜伸人容器内进行检查。

  (3)当怀疑设备表面有裂纹时,可用砂布将被检部位打磨干净,然后用浓度为10%的硝酸酒精溶液将其浸湿,擦净后用放大镜观察。

  (4)对具有手孔或较大接管而人又无法进到内部用肉眼检查的小型设备,可将手从手孔或接管口伸人,触摸内表面,检查内壁是否光滑,有无凹坑、鼓包。

  (5)用约0.5kg的尖头手锤进行锤击检查是过去检查锅炉、压力容器的一种常用的方法。当容器表面有防腐层、保温层、耐火隔热层、衬里或夹套等妨碍检查时,如果需要应部分或全部拆除再进行直观检查。直观检查时,往往会在容器表面发现各种形态的缺陷,检验人员应予以综合判断,并分别予以适当的处置。

  2.量具检查

  采用简单的工具和量具对直观检查所发现的缺陷进行测量,以确定缺陷的严重程度,是直观检查的补充手段。

  1)检查内容

  用量具检查主要是检查设备表面腐蚀的面积和深度,变形程度,沟槽和裂纹的长度,以及设备本体和受压元件的结构尺寸(如容器的平直度、管板的不平度等)是否符合要求等。

  2)检查工具

  检查工具有直尺、样板、游标卡尺、塞尺等。

  3)检查方法

  (1)用拉线或量具检查设备的结构尺寸。例如:用钢卷尺围出简体的周长,用计算圆周长的公式和简体的实际壁厚值算出简体的平均内直径,以求得筒体的内径偏差;测量筒体同一断面的不圆度等。

  (2)用平直尺紧靠设备、管板等的表面,用游标卡尺或塞尺检查设备的平直度,腐蚀、磨损、鼓包的深度(高度),管板的不平度等。

  (3)用预先按受压元件的某部分做成的样板紧靠其表面,检查它们的形状、尺寸是否符合设计要求(例如角焊缝的焊脚高度、封头的曲率尺寸等),或测量其变形、腐蚀的程度。

  (4)在器壁发生均匀腐蚀、片状腐蚀或密集斑点腐蚀的部位,目前通常采用超声波测厚仪测量容器的剩余壁厚

(二)无损检测

  在承压类特种设备构件的内部,常常存在着不易发现的缺陷;如焊缝中的未熔合、未焊透、夹渣、气孔、裂纹等。要想知道这些缺陷的位置、大小、性质,对每一台设备进行破坏性检查是不可能的,为此出现了无损探伤法。它是在不损伤被检工件的情况下,利用材料和材料中缺陷所具有的物理特性探查其内部是否存在缺陷的方法。

  应用无损检测技术通常是为了达到4个目的:保证产品质量、保障安全使用、改进制造工艺、降低生产成本。

  1.射线检测

  (1)射线检测原理。射线照射在工件上,透射后的射线强度根据物质的种类、厚度和密度而变化,利用射线的照相作用、荧光作用等特性,将这个变化记录在胶片上,经显影后形成底片的黑度变化,根据底片黑度的变化可了解工件内部结构状态,达到检查出缺陷的目的。

  (2)射线检测的特点。可以获得缺陷直观图像,定性准确,对长度、宽度尺寸的定量也较准确;检测结果有直接记录,可以长期保存;对体积型缺陷(气孔、夹渣类)检出率高,对面积性缺陷(裂纹、未熔合类)如果照相角度不适当容易漏检;适宜检验厚度较薄的工件。不适宜检验较厚的工件;适宜检验对接焊缝,不适宜检验角焊缝以及板材、棒材和锻件等;对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸(高度)的确定较困难;检测成本高、速度慢;射线对人体有害。

  (3)射线的安全防护。射线的安全防护主要是采用时间防护、距离防护和屏蔽防护三大技术。

  时间防护即为尽量缩短人体与射线接触的时间。如果到射线源的距离增大2倍,射线的强度会降低3/4。利用这一原理,可以采用机械手、远距射线源操作等方法进行距离防护。还可在人体与射线源之间隔上一层屏蔽物,以阻挡射线,即进行屏蔽防护

2.超声波检测

  (1)超声波检测原理。超声波是一种超出人听觉范围的高频率机械振动波。超声波可以分为纵波、横波、表面波等多种波型。当介质中质点的位移与波传播的方向一致时为纵波;质点的位移与波传播的方向垂直时为横波;而表面波只能在工件表面传播。在固体中,各类声波都可以传播;在液体和气体中,只有纵波才可以传播。超声波在同一均匀介质中传播时速度不变,传播方向也不变,如果传播过程中遇到另一种介质,就会发生反射、折射或绕射的现象。制造容器使用的钢材可视为均匀介质,如果内部存在缺陷,则缺陷会使超声波产生反射现象,根据反射波幅的大小、方位,就能判定和测出缺陷的存在。

  (2)超声波检测特点。对面积性缺陷的检出率较高,而对体积型缺陷检出率较低;适宜检验厚度较大的工件;适用于检测各种试件,包括检测对接焊缝、角焊缝,板材、管材、棒材、锻件以及复合材料等;检验成本低、速度快,检测仪器体积小、重量轻,现场使用方便;检测结果无直接见证记录;对缺陷在工件厚度方向上定位较准确;材质、晶粒度对检测有影响。

3.磁粉检测

  (1)磁粉检测原理。铁磁性材料被磁化后,其内部产生很强的磁感应强度,磁力线密度增大几百倍到几千倍,如果材料中存在不连续,磁力线会发生畸变,部分磁力线有可能逸出材料表面,从空间穿过,形成漏磁场。因空气的磁导率远低于零件的磁导率,使磁力线受阻,一部分磁力线挤到缺陷的底部,一部分穿过裂纹,一部分排挤出工件的表面后再进入工件。这后两部分磁力线形成磁性较强的漏磁场。如果这时在工件上撒上磁粉,漏磁场就会吸附磁粉,形成与缺陷形状相近的磁粉堆积(称这种堆积为磁痕),从而显示缺陷。当裂纹方向平行于磁力线的传播方向时,磁力线的传播不会受到影响,这时缺陷也不可能检出。

  (2)磁粉检测特点。适宜铁磁材料探伤,不能用于非铁磁材料;可以检出表面和近表面缺陷,不能用于检测内部缺陷;检测灵敏度很高,可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷;检测成本很低,速度快;工件的形状和尺寸有时因难以磁化而对探伤有影响。

4.渗透检测

  (1)渗透检测原理。零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后,在毛细管作用下,经过一定的时间,渗透液可以渗进表面开口的缺陷中;除去零件表面多余渗透液后,再在零件表面施涂显像剂,同样在毛细管的作用下,显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液,渗透液渗到显像剂中,在一定的光源下,缺陷中的渗透液痕迹被显示,从而探出缺陷的形貌及分布状态。

  (2)渗透检测特点。除了疏松多孔性材料外任何种类的材料,如钢铁材料、有色金属、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷都可用渗透检测;形状复杂的部件也可用渗透检测,并一次操作就可大致做到全面检测;同时存在几个方向的缺陷时,用一次操作就可完成检测;形状复杂的缺陷也可容易地观察显示的痕迹;不需大型设备,携带式喷灌着色渗透检测不需水、电,十分方便现场检测;试件表面粗糙度对检测结果影响大,探伤结果往往易受操作人员技术水平影响;可以检出表面张口的缺陷,但对埋藏缺陷或闭口型的表面缺陷无法检出;检测程序多,速度慢,检测灵敏度较磁粉低;材料较贵,成本高,有些材料易燃、有毒

5.涡流检测

  (1)涡流检测原理。在工件中的涡流方向与给试件加交流电磁场的线圈(称为初级线圈或激励线圈)的电流方向相反;而涡流产生的交流磁场又使得激励线圈中的电流增加,假如涡流变化,这个增加的部分(反作用电流)也变化,测定这个变化,可得到工件表面的信息。

  (2)涡流检测的特点。检测时与工件不接触,所以检测速度很快,易于实现自动化检测;涡流检测不仅可以探伤,而且可以揭示工件尺寸变化和材料特性,例如电导率和磁导率的变化,利用这个特点可综合评价容器消除应力热处理的效果,检测材料的质量以及测量尺寸;受集肤效应的限制,很难发现工件深处的缺陷;缺陷的类型、位置、形状不易估计,需辅以其他无损检测的方法来进行缺陷的定位和定性;不能用于绝缘材料的检测。

6.声发射探伤法

  声发射技术是根据容器受力时材料内部发出的应力波判断容器内部结构损伤程度的一种新的无损检测方法。它与x射线、超声波等常规检测方法的主要区别在于声发射技术是一种动态无损检测方法。它能连续监视容器内部缺陷发展的全过程。

7.磁记忆检测

  磁记忆检测原理:处于地磁环境下的铁制工件受工作载荷的作用,其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆转的重新取向,并在应力与变形集中区形成最大的漏磁场的变化。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后继续保留。从而通过漏磁场法向分量的测定,可以准确地推断工件的应力集中区。

(三)测厚

  厚度测量是承压类特种设备检验中常见的检测项目。由于容器是闭合的壳体,测厚只能从一面进行,所以需要采用特殊的物理方法,最常用的是超声波。

(四)化学成分分析

  钢铁材料元素分析的方法有原子发射光谱分析法和化学分析法两种。在用锅炉压力容器检验中进行化学成分分析的目的,主要在于复核和验证材料的元素含量是否符合材料的技术标准,或者在焊接或返修补焊时借此制定焊接工艺,或者用于鉴定在用锅炉压力容器壳体材质在运行一段时间后是否发生变化。

(五)金相检验

  金相检验的目的主要是为了检查设备运行后受温度、介质和应力等因素的影响,其材质的金相组织是否发生了变化,是否存在裂纹、锅烧、疏松、夹渣、气孔、未焊透等缺陷。

  金相检验分为宏观金相和微观金相,折断面检查是宏观金相检验方法之一。

  金相检验可以观察到设备的局部金相组织。对于材料的金相检验,根据有关标准,可以判定钢材脱碳层深度,测定低碳钢的游离渗碳体,亚共析钢的带状组织和魏式组织,以及晶粒度等。对于在用压力容器金相检验结果的判定,目前尚无标准可循,通常可采用与典型缺陷金相图谱对比的方法来进行判定。在用压力容器的断口金相检验,还可以帮助我们判定腐蚀、断裂的类型,分析造成容器失效的原因。

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(六)硬度测试

  材料硬度值与强度存在一定的比例关系,材料化学成分中,大多数合金元素都会使材料的硬度升高,其中碳的影响最直接,材料中含碳量越大,其硬度越高,因此硬度测试有时用来判断材料强度等级或鉴别材质;材料中不同金属组织具有不同的硬度,故通过硬度值可大致了解材料的金相组织,以及材料在加工过程中的组织变化和热处理效果;加工残余应力和焊接残余应力的存在对材料的硬度也会产生影响,加工残余应力和焊接残余应力值越大,硬度越高。

(七)断口分析

  断口分析是指人们通过肉眼或使用仪器观察与分析金属材料或金属构件损坏后的断裂截面,来探讨与材料或构件损坏有关的各种问题的一种技术。

  断口是构件破坏后两个偶合断裂截面的通称。人们通过对断口形态的观察、研究和分析,去寻求断裂的起因、断裂方式、断裂性质、断裂机制、断裂韧性以及裂纹扩展速率等各种断裂基本问题,以使人们正确地判断引起断裂的真实原因究竟是起源于材料质量、构件的制造工艺、构件使用的环境因素影响,还是构件使用的操作因素等等。

  断口分析技术的发展概括起来经历了3个阶段:即用肉眼、低倍率放大镜或光学显微镜直接观察阶段;用透射电子显微镜(简称“透射电镜”)观察断口复型的间接阶段;用扫描电子显微镜(简称“扫描电镜”)直接观察阶段。通常人们把第一阶段称为宏观断口分析,而把后两个阶段称为微观断口分析,有时又称作“电子断口学分析”或“电子显微断口学分析”。

(八)耐压试验

  承压类特种设备的耐压试验即通常所说的液压试验(水压试验)和气压试验,是一种验证性的综合检验,它不仅是产品竣工验收时必须进行的试验项目,也是定期进行容器全面检验的主要检验项目。耐压试验主要用于检验压力容器承受静压强度的能力。

(九)气密试验

  气密试验又称为致密性试验或泄漏试验,当介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器,必须进行气密试验。气密性试验应在液压试验合格后进行。对碳素钢和低合金钢制压力容器,其试验用气体的温度应不低于5℃,其他材料制压力容器按设计图样规定。气密性试验所用气体,应符合气压试验的规定。压力容器进行气密性试验时,安全附件应安装齐全。

  容器致密性的检查方法:在被检查的部位涂(喷)刷肥皂水,检查肥皂水是否鼓泡;检查试验系统和容器上装设的压力表,其指示是否下降;在试验介质中加入体积分数为1%的氨气,将被检查部位表面用5%硝酸汞溶液浸过的纸带覆盖,如果有不致密的地方,氨气就会透过而使纸带的相应部位形成黑色的痕迹。用此法检查容器致密性较为灵敏、方便;在试验介质中充入氦气,如果有不致密的地方,就可利用氦气检漏仪在被检查部位表面检测出氦气。目前的氦气检漏仪可以发现气体中含有千万分之一的氦气存在,相当于在标准状态下漏氦气率为1 cm3/a,因此,其灵敏度较高;小型容器可浸入水中检查,被检部位在水面下约20~40 mm深处,检查是否有气泡逸出。

(十)爆破试验

  爆破试验是对压力容器的设计与制造质量,以及其安全性和经济性进行综合考核的一项破坏性验证试验,通常气瓶在制造过程中按批进行爆破试验。

(十一)力学性能试验

  力学性能试验的目的是检测材料及焊接接头的力学性能。检测方法有拉力试验、弯曲试验、常温和低温冲击试验、压扁试验等。检测的力学性能有比例极限σp、弹性极限σe、屈服极限σs、抗拉强度σb、伸长率δ、断面收缩率ψ、弯曲、冲击功akv等。

(十二)应力应变测试

  应力应变测试目的是测出构件受载后表面的或内部各点的真实应力状态。实验应力应变测试的方法主要有电阻应变测量法(简称“电测法”)、光弹性方法、应变脆性涂层法和密栅云纹法等,每种测试方法都有各自的特点和适用范围。

  电测法是将作为传感元件的电阻应变片粘贴或安装在被测的承压设备表面上,然后将其接入测量电路,当设备受载变形时,应变片的敏感栅相应变形并将应变转换成电阻改变量,再通过电阻应变仪直接得到所测量的应变值。根据应力与应变关系的物理方程,即可将测得的应变值换算成被测点的实际应力值。用电测法可以进行大规模的多点应变测量,准确测定承压设备构件表面上任一点的静态到500khz的动态应变,还可测得平面应力状态下某些点的主应力大小和方向。但是,此法只能测试承压设备表面的应力,不能显示容器表面整体应力场中应力梯度的情况。

(十三)应力分析

  应力分析是指分析构件在载荷的作用下,各应力分量。如分析一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、二次应力、峰值应力等。

(十四)断裂力学分析

  断裂力学分析是应用断裂理论,对含缺陷构件的剩余强度和寿命进行分析的方法。断裂力学的观点认为,带裂纹的构件,只要裂纹扩展未达到临界尺寸,仍可使用。

(十五)风险评估

  风险评价技术就是将设备发生事故的可能性(概率)和事故造成的危害程度(经济损失)进行综合考虑,将设备划分成不同的风险等级。

48个压力容器常见技术知识问答,看看你会多少个?

1

压力容器在选材的时候应考虑材料的哪些性能?

压力容器的选材应考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能。

2

压力容器受压元件用钢,应当采用何种钢材?

压力容器受压元件用钢,应当是氧气转炉或者电炉冶炼的镇静钢。

对标准抗拉强度下限值大于或者的等于540mpa的低合金钢钢板和奥氏体—铁素体不锈钢钢板,以及用于设计温度低于-20℃的低温钢板和低温钢锻件,还应当采用炉外精练工艺。

3

压力容器用铸铁材料的应用限制有哪些?

铸铁不得用于盛装毒性程度为极度、高度或者中毒危害介质,以及设计压力大于或者等于0.15mpa的易爆介质压力容器的受压元件,也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件。

4

压力容器的设计总图上,至少应当注明哪些内容?

压力容器的名称、类别,设计、制造所依据的主要法规、标准;

工作条件,包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸危害程度等;

设计条件,包括设计温度、设计载荷(包括压力在内的所有应当考虑的载荷)、介质(组分)、腐蚀裕量、焊接接头系数、自然条件等,对储存液化气体的储罐应当注明装量系数,对有应力腐蚀倾向的储存容器应当注明腐蚀介质的限定含量;

主要受压元件材料牌号与标准;

主要特性参数(如压力容器的容积、换热器换热面积与程数等);

压力容器设计使用年限(疲劳容器表面循环次数);

特殊制造要求;

热处理要求;

无损检测要求;

耐压试验和泄露试验要求;

预防腐蚀的要求;

安全附件的规格和订购特殊要求(工艺系数已考虑的除外);

压力容器铭牌的位置;

包装、运输、现场组焊和安装要求。

5

压力容器检查孔开设位置有何要求?

检查孔的开设应合理、恰当,便于观察或清理内部;

手孔应开设在封头上或封头附近的筒体上。

6

哪些压力容器可不开设检查孔?

符合下列条件之一的:

筒体内径小于等于300mm的压力容器;

压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板等或其他能够开关的盖子,其封头、盖板或盖子的尺寸不小于所规定检查孔的尺寸;

无腐蚀或轻微腐蚀,无需做内部检查和清理的压力容器;

制冷装置用压力容器。

7

压力容器用液面计应符合什么要求?

压力容器用液面计应符合有关标准的规定,并应符合下列要求:

应根据压力容器的戒指、最高工作压力和温度正确选用。

在安装使用前,低、中压容器用液面计,应进行1.5倍液面计公称压力的液压试验;高压容器的液面计应进行1.25倍液面计公称压力的试验。

盛装0℃以下介质的压力容器,应选用防霜液面计。

寒冷地区室外使用的液面计,应选用夹套型或保温型结构的液面计。

用于易燃、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上,应有防止泄露的保护装置。

要求液面计指示平稳的,不应采用浮子(标)式液面计。

移动式压力容器不得使用玻璃板式液面计。

8

压力容器筒体板材焊接坡口形式主要有几种?

压力容器筒体板材焊接坡口形式主要有单面v形坡口,双面v形坡口,单面u形坡口、双面u形坡口、x形坡口等五种。

9

压力容器焊接缺陷主要有几种?

容器焊接缺陷主要有气孔、夹渣、裂纹、咬边、未熔合、错边咬边、变形等七种。

10

有的容器板材为什么焊前要预热?

容器板材焊前要预热是由于容器选用材料的特性决定的,是为了减少焊接产生裂纹、残余应力等焊接缺陷。

11

压力容器为什么不能改变用途?

压力容器是严格按照国家法律法规进行设计、制造、使用的设备,一般情况下不允许改变用途,一旦改变用途将操作温度、压力、介质等于发生改变后可能会造成事故。经过申报,地方质量技术监督局核准后,方可改造它用。

12

对容器不超过80mm,不能检测的单面焊,如何处理?

对容器直径不超800的圆筒与封头的最后一道环向封闭焊缝,当用不带垫板的单面焊对接接头,且无法进行射线或超声检测时,允许不进行检测,但需采用气体保护焊打底。

13

耐压试验包括什么?

液压试验、气压试验。气液组合试验。

14

液压试验,对实验液体有何要求?

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去除干净,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。

碳素钢q345r等钢制容器液压试验时,液体温度不得低于5℃,其他低合金钢不得低于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。

15

液压试验合格标准?

无渗漏;无可见的变形;试验过程中无异常的响声

16

何种情况下可进行气压试验?

容积体积过大,无法承受水的重量;结构复杂,水压试验不足以充分检验各个部位的试压要求;由于设计结构的原因,用水不适合的(如不允许容器内残留试验液体);其他难以克服的困难,诸如大型容器供水困难者。

17

气压试验和气液组合压力试验合格标准?

气压试验过程中,压力容器无异常响声,经过肥皂液或者其他检漏液检查无漏气,无可见的变形即为合格;

对于气液组合压力试验,应保持容器外壁干燥,经检查无液体泄漏后,再以肥皂液或其他检漏液检查无漏气,无异常声响,无可见变形。

18

内压容器进行耐压试验的目的包括什么?

考查容器的整体强度、刚度和稳定性;检查焊接接头的致密性;验证密封结构的密封性能;消除或降低焊接残余应力、局部不连续区的峰值应力;对微裂纹产生闭合效应,钝化微裂纹尖端。

19

泄露试验包括什么?何时进行?

气密性试验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氨检漏试验等。

介质毒性程度为极度、高度危害或者不允许有微量泄露的容器,应在耐压试验合格后进行泄露试验。

20

何种情况下要做气密性试验?如何进行?

介质毒性程度为极度、高度危害或者不允许有微量泄露的容器,应在耐压试验合格后进行泄露试验。

气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计图样要求气压试验的压力容器,是否需要再做气密性试验,应在设计图样上规定。

碳素钢和低合金钢制压力容器,其试验用气体的温度不低于5℃。

压力容器进行气密性试验时,安全附件应安装齐全。

气密性试验所用气体应为干燥、洁净的空气,氮气或其他惰性气体。

气密性试验压力应在图样上注明。

试验压力应缓慢上升,达到规定试验压力后保压30分钟。对所有焊缝和连接部位进行泄露检查,小型容器亦可浸入水中检查。如有泄漏。修补后重新进行液压试验和气密性试验。经检查无泄漏即为合格。

21

常见封头类型?各种封头的优缺点?

凸形封头(椭圆形封头、蝶形封头、球冠型封头和半球形封头)、锥形封头、平盖。

从受力情况看,依次为:半球形、椭圆形、碟形、锥形,平盖最差;

从制造上,平盖最容易制造,其次为锥形、碟形、椭圆形、半球形;

锥形封头虽然受力效果不佳,但有利于流体的排料。

22

内压圆筒与球壳厚度计算公式中的焊缝接头系数指的是何焊缝接头系数?

圆筒公式中的焊缝系数为纵焊缝(即a类焊缝)的焊缝系数。球壳公式中的焊缝系数为球壳上各焊缝的最小焊缝系数,其中包括球壳与圆筒相连接的环焊缝(即a类焊缝)的焊缝系数。

23

外压容器破坏形式有哪两种?外压容器的设计应包括哪两个方面的内容?

外压容器破坏主要有强度不足引起的破坏和刚度不足引起的失稳破坏两种;设计应包括强度计算和稳定性校核。

因失稳往往在强度破坏前发生,所以稳定性计算是外压容器设计中主要考虑的问题。

24

压力容器失效形式有哪几种?

压力容器因机械载荷或温度载荷过高而丧失正常工作能力,称为失效。形式包括:

强度失效:因材料屈服或断裂引起的;

刚度失效:容器发生过大弹性变形,导致运输安装困难或丧失工作能力;

稳定失效:在载荷作用下形状突然发生改变导致丧失工作能力;

泄漏失效。

25

压力容器的常规设计法与分析设计法有何主要区别?

常规设计法:是以弹性失效为准则,以薄膜应力为基础,来计算元件的厚度限定最大应力不超过一定的许用值(通常为一倍的许用应力)。

对容器中存在的较大的边缘应力等局部应力以增强系数等形式加以体现,并对计及局部应力后的最大赢利取与薄膜应力相同的强度许用值。

分析设计法:以塑性失效和弹性失效准则为基础,计及容器中的各种应力,进行准确计算,并对应力加以分类,按照不同应力引起的不同破坏形式,分别予以不同的强度限制条件,以此对元件的厚度进行计算。

26

薄壁容器和厚壁容器如何划分?

按照厚度t与其中曲率半径r的比值大小,一般(t/r)max≤0.1称为薄壳,反之为厚壳。对于圆柱壳体若外直径与内直径的壁纸k=(do/di)max≤1.1~1.2,则称为薄壁圆筒。

27

受内压的圆筒与球壳,其薄膜应力有何异同?

相同:均产生两向薄膜应力,且各处一致。

不同:圆筒中环向薄膜应力为轴向应力的两倍。球壳中的两向薄膜应力相等,其值等于等径圆筒中的轴向应力。为此在直径和压力相同时,球壳所需壁厚仅为圆筒一半。

28

边缘应力特点?

局部性——边缘应力中以经向弯曲应力为主,但其作用范围不大,在经向方向上,离开边缘迅速下降。

自限性——边缘应力是由于满足相邻元件的变形协调而产生,当其应力达到材料的屈服点时,由于材料产生塑性流动,使变形协调得到满足。

一旦变形得到满足,则材料的塑性流动也就自动中止。为此其应力和变形能自动得到限制。

29

椭圆形封头和蝶形风头为何带直边段?

避免封头与圆筒的连接焊缝与边缘应力作用区重合。

30

何谓容器的稳定性和临界压力?有何特点?

容器在压应力作用下,形状突然发生改变而产生瘪塌的失效形式成为失去稳定,其器壁受力由原先的薄膜应力状态突变为弯曲应力状态容器被压瘪时的最小外压应力称为临界压力。

薄壁容器中只要存在压缩应力,就有失稳的可能。承受内压的标准椭圆形封头,因其过渡区域存在周向薄膜压缩应力,故也有稳定性问题,因此会对其最小厚度加以限制。

31

容器失稳有哪些类型?其特点如何?

分为周向失稳和经向失稳。

周向失稳是因容器周向压缩薄膜应力所引起;经向失稳是由容器轴向压缩薄膜应力造成。

容器周向失稳,其横截面由圆形变成波形,经向失稳时,横截面仍为圆形,其经线由直线变为波形线。

32

何谓弹性失稳和非弹性失稳?用高强度钢代替低强度刚可否提高容器的弹性稳定性?

失稳时器壁中的薄膜压缩应力小于材料的比例极限,应力与应变符合虎克定律时,称为弹性失稳,由于此时失稳临界压力与材料屈服极限无关,仅与弹性模数及泊松比有关,且各种钢材的弹性模数和泊松比差别不大,故以高强度钢代替低强度刚几乎无效。

若失稳时器壁中的压缩应力大于材料的比例极限,应力与应变程非常线性关系,称为非弹性失稳,非弹性失稳时的临界压力与材料屈服极限有关,此时可用高强度钢代替低强度钢。

33

何以外压凸型风头均按外压球壳进行稳定设计?

椭圆封头在内压作用下有“趋圆现象”,在外压作用下有“趋扁现象”,使封头过渡区产生周向拉伸薄膜应力,而不存在失稳问题,但在其“球面部分”则存在压缩薄膜应力,如同外压球壳,故须以球壳进行稳定计算。对椭圆封头则须计算其“球面部分”的当量球壳半径。

34

内压作用下热应力如何考虑?消除热应力的措施?

内压内加热:内壁应力减小,而外壁应力增大,应力状态有可能恶化。当△t≤1.1p,可以不考虑热应力的影响。

内压外加热:内壁的综合应力增大,而外壁应力减小,应力状态恶化。必须考虑温差应力。

消除热应力的措施:

控制设备的加热和冷却速度;

控制和减小构件的热变形约束;

设置膨胀节;

采用良好的保温层。

35

等面积法和压力面积法的区别?

等面积法是基于薄膜应力的受力面积的补偿而来,而与力平衡无关。而压力面积法是基于开孔处的力平衡(以薄膜应力计算下保持在许用应力之下)。一般来说开孔较大时用压力面积法所需的面积较大。

36

螺栓法兰连接设计包括哪些内容?

确定垫片材料、形式尺寸;确定螺栓材料、规格数量;确定法兰材料、密封面形式及结构尺寸;进行应力校核(计算中所有尺寸均不包括腐蚀裕量)。

37

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范围内称窄面法兰;垫片接触面分布于螺栓中心圆内外两侧的,称为宽面法兰。

38

法兰按其整体性程度分为几种形式?各有什么特点?

松式法兰:法兰未能有效地与容器或接管连成一整体。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。

整体法兰:法兰、法兰颈部、及容器或接管三者能有效的连接成一整体结构,共同承担法兰力矩的作用。

任意式法兰:是一些焊接法兰,其按整体法兰计算。

39

法兰强度校核时需校核哪些强度条件?

轴向应力,环向应力,径向应力,组合应力,剪应力。

40

法兰连接的合理设计中,对垫片载荷有什么要求?

为使法兰承受尽可能小的法兰力矩,在垫片设计中应尽可能控制较小的垫片载荷。

为此要求,由垫片在预紧时的压紧载荷fa所确定的螺栓载荷wa与由垫片在操作时的压紧载荷fp所确定的螺栓载荷wp相接近。

41

法兰连接的合理设计中,对螺栓中心圆直径的确定有什么确定?

为使法兰承受尽可能小的法兰力矩,在螺栓设计中尽可能控制较小的螺栓中心圆直径,为此要求法兰径向结构要求所确定的螺栓中心圆直径与由法兰环向结构所确定的螺栓中心圆直径相接近。

42

法兰设计时,为获得尽可能紧凑的法兰设计结果,对法兰的应力有什么要求?

应使法兰的三个应力尽可能与相应的许用应力相接近,目的使法兰应力趋满应力状态,则可最充分的发挥材料的强度性能。

43

增加法兰锥颈厚度对法兰的应力是何影响?

增大法兰锥颈尺寸,使锥颈的旋转刚度增加,则锥颈的承载比例加大,为此锥颈与法兰环间的边界力和边界力矩增大,也即锥颈端部的边界力,力矩增大,它会引起轴向弯曲应力增大。

但由于锥颈的抗弯截面横量与锥颈厚度成二次方关系大大增加,最终造成锥颈轴向弯曲应力下降。

边界力,力矩的增大则使作用于法兰内缘上的径向弯矩增大,从而导致法兰环的径向弯曲应力增加。由于法兰内缘上的径向弯矩增大,使法兰环的支持加大,则偏转减小,故其环向应力减小。

44

超压泄放装置包括几种,有何优缺点,对于什么样的压力容器不适用?

有三种:安全阀,爆破片装置,安全法与爆破片装置的组合。

安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门,他依靠介质自身的压力排出流体,以防止内部压力超过安全值,当内部压力恢复正常后,阀门自行关闭,阻止介质继续排出。

爆破片是一种非重闭式泄压装置,由进口静压使爆破片受压爆破而泄放介质,以防止内部压力超过预定值。压力恢复正常后必须重新装上新的爆破片。

凡符合下列情况者必须采用爆破片装置:

容器内的介质会导致安全阀失灵者;不允许有物料泄漏的容器;容器内的压力增长过快,以致安全阀不能适应者;安全阀不能适应的其他情况。

对于介质在操作过程中可能产生压力剧增,反应速度达到爆轰时的压力容器不适用这些超压泄放装置。

45

低温压力容器焊缝检测有什么特殊要求?

凡按规定做100%检查的容器,其t形接头、对接焊缝,角焊缝,均需做100%磁粉或渗透检测,与受压元件相焊的非受压元件的连接焊缝亦按本条要求检查。

46

什么叫低温低应力工况,低温地应力工况的容器是否按低温压力容器考虑?

低温地应力工况系指容器或其受压元件的设计温度虽然低于或等于-20℃,但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服强度,且不大于50mpa的工况。

当容器或其受压元件使用在“低温地应力工况”下,若其设计温度增加50℃后,高于-20℃,不必遵循低温压力容器的规定。

47

焊接试板焊接接头的力学性能检验有哪几种?

拉伸,弯曲,冲击试验。

48

压力容器及其部件在什么情况下应进行酸洗和钝化处理?

有防腐要求的奥氏体不锈钢及复合钢板制容器的表面,应进行酸洗钝化处理。

有防腐要求的奥氏体不锈钢制零部件按图样要求进行热处理后,需做酸洗钝化处理。

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