2025年压力管道设计人员培训考核试题(含答案)

2025年压力管道设计人员培训考核试题(含答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.根据《特种设备安全法》及相关法规，下列关于压力管道设计文件鉴定的描述中，正确的是（）。A.所有GC类压力管道设计文件均需经第三方鉴定机构鉴定B.设计文件鉴定重点审查设计单位资质，不涉及具体技术内容C.鉴定结论为“符合”的设计文件方可用于制造、安装D.设计文件鉴定由使用单位委托第三方机构实施答案：C2.某输送工业蒸汽的管道设计温度为350℃，设计压力为4.0MPa，介质密度8.2kg/m³，根据GB/T20801《压力管道规范》，该管道应划分为（）。A.GC1级B.GC2级C.GC3级D.工业管道非GC类答案：B（注：GC2级适用范围包括设计压力≤10MPa且设计温度≤400℃的蒸汽管道）3.压力管道材料选用时，以下哪种情况需优先考虑材料的高温持久强度？（）A.输送-196℃液氢的管道B.长期运行于500℃的过热蒸汽管道C.输送含H2S的湿天然气管道D.设计温度200℃的压缩空气管道答案：B（高温环境下材料需考虑持久强度以避免蠕变失效）4.某管道采用φ325×8的20无缝钢管（许用应力[σ]=113MPa），设计内压p=2.5MPa，焊缝系数φ=0.8（局部射线检测），腐蚀余量C=1.5mm。根据GB/T20801.3壁厚计算公式，计算壁厚δ为（）。A.3.2mmB.4.7mmC.5.2mmD.6.0mm答案：B（公式δ=（p×D0）/(2[σ]φ+p)+C，代入数据：(2.5×325)/(2×113×0.8+2.5)+1.5≈4.7mm）5.关于压力管道一次应力与二次应力的区分，下列描述错误的是（）。A.一次应力由机械载荷（内压、外载）引起，无自限性B.二次应力由热胀冷缩、端点位移等变形受约束引起，具有自限性C.一次应力需满足强度条件（不超过许用应力），二次应力需满足应力范围条件D.二次应力超过材料屈服强度时，管道会立即发生塑性破坏答案：D（二次应力超过屈服强度时，通过局部塑性变形释放应力，不会立即破坏）6.某DN200的循环水管道（设计温度80℃）需通过L型自然补偿吸收热膨胀，其臂长L1=12m，L2=8m，线膨胀系数α=0.012mm/(m·℃)，温差ΔT=50℃。根据《工业金属管道设计规范》（GB50316），该自然补偿器的最大允许热膨胀量ΔL为（）。A.12mmB.18mmC.24mmD.30mm答案：B（自然补偿器允许膨胀量ΔL≤0.1L√(L1×L2)，L=L1+L2=20m，计算得0.1×20×√(12×8)=0.1×20×√96≈0.1×20×9.8≈19.6mm，取18mm）7.下列关于压力管道支吊架设置的要求中，错误的是（）。A.滑动支架应设置在管道的垂直位移较小处B.固定支架应能承受管道的热膨胀推力、内压推力及风载等C.导向支架应限制管道径向位移，允许轴向位移D.防振支架需设置在流体易产生振动的管段（如泵出口、调节阀下游）答案：A（滑动支架允许管道轴向位移，应设置在垂直位移较大处，避免约束）8.对于输送高度危害介质（如苯）的GC1级管道，其阀门选择应优先考虑（）。A.普通闸阀（无波纹管密封）B.波纹管密封截止阀C.蝶阀（橡胶密封）D.旋塞阀（填料密封）答案：B（高度危害介质需严格密封，波纹管密封可减少外漏风险）9.压力管道焊接接头射线检测比例中，下列符合GC1级管道要求的是（）。A.10%射线检测（Ⅲ级合格）B.50%射线检测（Ⅱ级合格）C.100%射线检测（Ⅱ级合格）D.100%射线检测（Ⅰ级合格）答案：C（GC1级管道射线检测比例≥100%，合格等级不低于Ⅱ级）10.某管道设计使用年限为20年，年腐蚀速率0.1mm/a，若选择腐蚀余量C=2.0mm，其实际允许的最大年腐蚀速率为（）。A.0.05mm/aB.0.1mm/aC.0.15mm/aD.0.2mm/a答案：B（C=年腐蚀速率×设计使用年限，故年腐蚀速率=2.0/20=0.1mm/a）二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.下列属于《压力管道安全技术规程》（TSGD0001）规定的管道设计文件必须包含的内容有（）。A.管道特性表（介质、参数、等级）B.应力分析报告（含支吊架布置）C.材料代用单（若有）D.焊接工艺评定报告答案：AB（设计文件包括设计说明书、管道特性表、布置图、应力分析报告等；材料代用和焊接工艺评定属于制造/安装阶段文件）2.高温管道（≥400℃）材料选择时，需重点考虑的性能有（）。A.常温抗拉强度B.高温持久强度C.高温蠕变极限D.抗氢脆性能答案：BC（高温环境下材料需抵抗蠕变和长期应力下的断裂，故需关注持久强度和蠕变极限）3.压力管道应力分析的主要目的包括（）。A.防止一次应力超过材料许用强度导致塑性破坏B.防止二次应力循环导致疲劳破坏C.控制管道对设备（如泵、压缩机）的推力和力矩，避免设备损坏D.计算管道的固有频率，防止流体诱导振动答案：ABCD（应力分析涵盖强度、疲劳、设备受力及振动控制）4.下列关于波纹补偿器的选用要求中，正确的有（）。A.补偿器应设置在管道的直线段，避免弯头附近B.需计算补偿器的疲劳寿命（循环次数），满足设计使用年限C.内压型补偿器需考虑内压推力，需设置固定支架承受D.补偿器的公称压力应≥管道设计压力答案：BCD（补偿器可设置在弯头附近作为自然补偿补充；其他选项均符合规范要求）5.输送可燃介质的压力管道，其布置需满足的安全要求包括（）。A.与明火设备的水平净距≥5m（无防护措施时）B.穿楼板时需设置套管，套管与管道间用不燃材料封堵C.跨越道路时，管道底部距路面高度≥4.5mD.埋地管道与电缆交叉时，净距≥0.5m（电缆在上，管道在下）答案：ABCD（均符合《工业金属管道设计规范》GB50316相关规定）三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）1.压力管道设计单位可将设计文件中的应力分析部分分包给其他有资质的单位完成。（）答案：√（允许分包，但需对整体设计质量负责）2.输送-40℃液化石油气的管道应选用16MnD低温钢。（）答案：×（液化石油气主要成分为丙烷、丁烷，-40℃时需选用耐低温材料，16MnD适用温度≥-40℃，但需根据具体介质腐蚀性调整）3.管道的计算壁厚是指满足强度要求的最小壁厚，不包含腐蚀余量。（）答案：×（计算壁厚包含强度计算值，腐蚀余量需额外增加）4.固定支架应设置在管道的拐点处，以有效约束管道位移。（）答案：×（固定支架应设置在直管段，拐点处通常设置导向或滑动支架）5.对于无分支的长输管道，可仅在起点和终点设置固定支架。（）答案：×（长输管道需根据热膨胀量设置中间固定支架，避免推力过大）6.安全阀的整定压力应小于管道设计压力，且不大于工作压力的1.1倍。（）答案：√（符合TSG21《固定式压力容器安全技术监察规程》相关要求）7.管道焊接接头的超声波检测可替代射线检测，但需增加检测比例。（）答案：×（超声波与射线检测适用范围不同，不可直接替代，需按规范要求选择）8.压力管道设计寿命由设计单位确定，通常不低于20年。（）答案：×（设计寿命需根据介质腐蚀性、运行条件等综合确定，无强制20年要求）9.奥氏体不锈钢管道与碳素钢支架接触时，需采取隔离措施（如橡胶垫）防止电偶腐蚀。（）答案：√（不同金属接触易形成电偶腐蚀，需用非金属垫片隔离）10.管道柔性分析中，“柔性”指管道通过自身变形吸收热膨胀的能力，柔性越大越不易产生高应力。（）答案：√（柔性好的管道可通过变形释放应力，降低二次应力水平）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述压力管道设计中“材料相容性”的主要考虑因素。答案：材料相容性需考虑：①介质与材料的耐腐蚀性（如H2S环境需选用抗硫钢）；②不同材料之间的电偶腐蚀（如不锈钢与碳钢接触需隔离）；③高温下材料的冶金相容性（如异种钢焊接的热影响区性能）；④低温下材料的韧性匹配（避免脆性断裂）；⑤材料与密封件的化学相容性（如橡胶密封件与油类介质的溶胀）。2.说明压力管道一次应力与二次应力的失效模式及设计控制原则。答案：一次应力由机械载荷（内压、外载）引起，无自限性，失效模式为塑性变形或断裂，设计控制原则为一次应力≤材料许用应力；二次应力由热胀冷缩、端点位移等变形受约束引起，具有自限性，失效模式为疲劳破坏（循环应力），设计控制原则为二次应力范围≤许用应力范围（通常取1.6[σ]或1.25([σ]1+[σ]2)）。3.列举3种常见的管道热补偿方式，并说明其适用场景。答案：①自然补偿：利用管道自身的弯头、L型或Z型弯吸收膨胀，适用于小口径、短管段（膨胀量≤30mm）；②波纹补偿器：通过波纹管伸缩补偿，适用于大膨胀量、直管段（需设置固定支架承受内压推力）；③方形补偿器：由4个弯头组成“门”型结构，补偿量大（可达200mm），适用于高温、高压管道（如蒸汽主管道）；④套筒补偿器：通过内外套筒滑动补偿，适用于低压力、大口径（如循环水管道）。4.压力管道设计中，如何防止流体诱导振动（FIV）？答案：防止措施包括：①避免管道固有频率与流体激振频率（如阀门/弯头处的卡门涡街频率）重合（需计算斯特劳哈尔数）；②缩短振动管段的跨度（增加支架），提高固有频率；③减少高速流体（＞30m/s）的突然变径（如采用渐缩管）；④在调节阀下游设置缓冲管或孔板消能；⑤对易振动管段（如泵出口）采用防振支架（刚性支架或阻尼器）；⑥控制两相流（气液、气固）的流速，避免分层流或段塞流。五、综合题（共35分）某化工厂需设计一条输送300℃导热油的管道（介质密度850kg/m³，运动粘度25mm²/s），设计压力1.6MPa，管道规格为φ219×6（20钢，[σ]=108MPa，线膨胀系数α=0.012mm/(m·℃)），设计温度与安装温度差ΔT=280℃，管道走向为水平直管段（长度L=60m），两端连接泵和换热器（设备允许推力≤10kN）。问题1：计算管道的热膨胀量ΔL（4分）。答案：ΔL=α×L×ΔT=0.012×60×280=201.6mm。问题2：若采用自然补偿无法满足膨胀量要求，需选用波纹补偿器。已知补偿器的单波补偿量为20mm，疲劳寿命1000次（设计使用年限15年，年操作300天，每天1次开停车），计算至少需要多少波数（5分）。答案：年循环次数=300次，15年总循环次数=4500次。补偿器疲劳寿命需≥4500次，查样本知，单波补偿量20mm时，疲劳寿命4500次对应的许用补偿量为单波补偿量的80%（16mm）。总需补偿量201.6mm，波数n=201.6/16≈12.6，取13波。问题3：计算该管道的内压推力F（忽略摩擦力，补偿器为内压型）（6分）。答案：内压推力F=p×A，A=π×(D/2)²，D=219-2×6=207mm=0.207m，A=π×(0.207/2)²≈0.0336m²，F=1.6×10^6Pa×0.0336m²≈53760N=53.76kN。问题4：分析现有设计中管道对设备的推力是否满足要求（设备允许推力≤10kN），若不满足需采取何种措施（10分）。答案：内压推力53.76kN＞10kN，不满足设备允许推力要求。改进措施：①采用外压型波纹补偿器（内压推力由补偿器自身平衡，仅需考虑摩擦力）；②在管道中间增设固定支架，将管道分为两段（每段30m），每段热膨胀量=0.012×30×280=100.8mm，选用6波补偿器（单波16mm×6=96mm，接近100.8mm），每段内压推力=1.6×10^6×π×(0.207/2)²≈26.88kN，仍大于10kN；③改用方形补偿器（无内压推力，仅需考虑摩擦力），方形补偿器的水平臂长B=ΔL×√(E×I)/(1.75×F允)（E=206GPa，I=π×(D^4-d^4)/64≈π×(219^4-207^4)/64≈1.2×10^8mm^4），计算得B≈2.5m，设置方形补偿器后推力主要为摩擦力（F=μ×G，μ=0.3，G=管道自重+介质重≈(π×(0.219²-0.207²)/4×60×7850)+(π×0.207²/4×60×850)≈(0.004×60×7850)+(0.0336×60×850)≈1884+1713.6≈3597.6kg，F=0.3×3597.6×9.8≈10.6kN，接近设备允许值，可接受。问题5：该管道需设置哪些安全附件？说明其作用（10分）。