2025年版压力容器设计审核题库及答案

2025年版压力容器设计审核题库及答案1.问：根据2025年最新版《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2023），介质毒性程度为极度危害的压力容器，其设计寿命应如何确定？是否允许设计寿命低于10年？答：TSG21-2023规定，介质为极度危害的压力容器，设计寿命应根据材料劣化机理、使用工况及失效模式综合确定，且不宜低于15年。当采用特殊材料（如镍基合金）或有可靠数据证明短寿命安全时，经设计单位技术负责人批准并在设计文件中明确风险控制措施后，允许设计寿命不低于8年，但需在使用登记时向使用单位书面告知缩短寿命的风险。2.问：设计压力6.4MPa、设计温度350℃的铬钼钢（12Cr1MoVR）压力容器，其材料复验项目除常规化学成分、力学性能外，还需增加哪些特殊检验？答：需增加：①高温拉伸试验（350℃下的抗拉强度和屈服强度）；②高温持久性能验证（若设计温度超过材料蠕变温度，需提供10万小时持久强度数据）；③硬度检测（防止热处理不当导致的硬度超标）；④超声检测（厚度≥20mm时，按NB/T47013.3进行Ⅰ级合格的超声检测）。3.问：内压圆筒设计中，当计算厚度δ=12mm，腐蚀裕量C2=2mm，钢板负偏差C1=0.8mm（按GB/T713-2022），名义厚度应取多少？若实际采购钢板厚度为14mm，有效厚度是多少？答：名义厚度=计算厚度+腐蚀裕量+钢板负偏差向上圆整至钢材标准规格，即12+2+0.8=14.8mm，圆整后取16mm（因14mm规格可能无法覆盖14.8mm需求）。若实际采购14mm钢板，有效厚度=14-C1-C2=14-0.8-2=11.2mm（需校核是否满足计算厚度12mm要求，此时11.2＜12，不满足，需重新选择16mm钢板）。4.问：设计一台介质为液氨（体积分数≥50%）的压力容器，需执行哪些特殊防脆断措施？答：①材料选择：使用Q345R时，需满足-20℃夏比V型冲击功≥41J（按GB150.2-2021）；若设计温度低于-20℃，应选用09MnNiDR等低温钢；②焊接工艺：焊前预热（100~150℃），焊后立即进行消氢处理（200~250℃×2h）；③无损检测：对接焊缝100%射线检测（Ⅱ级合格）或100%超声检测（Ⅰ级合格），且需增加20%表面磁粉检测（Ⅰ级合格）；④热处理：厚度≥30mm时，需进行焊后整体热处理；⑤铭牌标注“液氨介质，注意应力腐蚀”。5.问：外压圆筒设计中，当实际设计长度L与计算长度L0（L0=L+2h，h为封头曲面深度）不一致时，如何修正计算厚度？答：若实际L＞L0，需按实际L重新计算外压当量长度（L+2h），并查外压计算图确定许用外压；若实际L＜L0，可保持原计算长度，但需校核实际长度下的临界失稳压力是否高于设计外压。当设计外压p≤0.05σs时，可不进行外压计算（GB150-2021第4.4.1条）。6.问：DN1000、设计压力4.0MPa的椭圆封头（标准椭圆封头，K=1），材料Q345R（许用应力170MPa），腐蚀裕量2mm，计算其名义厚度（焊接接头系数φ=1.0）。答：计算厚度δ=（pD_iK）/(2[σ]^tφ-0.5p)=（4×1000×1）/(2×170×1-0.5×4)=4000/338≈11.83mm；名义厚度=δ+C2+C1+圆整量，C1取0.8mm（GB/T713-2022），则δn=11.83+2+0.8=14.63mm，圆整后取16mm（因14mm规格有效厚度=14-0.8-2=11.2mm＜11.83mm，不满足）。7.问：压力容器开孔补强设计中，采用整体补强结构时，接管与壳体的连接形式有哪些要求？若接管壁厚超过壳体壁厚，是否需要削薄？答：连接形式要求：①接管与壳体应采用全焊透结构（角焊缝需满足GB150-2021图5-7要求）；②接管伸入壳体内长度≤3mm（防止形成未焊透）；③接管与壳体的材料应相容（线膨胀系数差≤15%）。若接管壁厚＞壳体壁厚，需将接管外壁削薄，削薄长度≥3（δn1-δn2）（δn1为接管名义厚度，δn2为壳体名义厚度），削薄斜度≤1:3，避免应力集中。8.问：介质为强腐蚀性（腐蚀速率1.2mm/年）的压力容器，设计寿命20年，腐蚀裕量应如何确定？若选用复合钢板（基层Q345R+复层316L），复层厚度如何设计？答：腐蚀裕量C2=腐蚀速率×设计寿命+0.5mm（安全系数）=1.2×20+0.5=24.5mm（但需校核壳体强度，若C2超过计算厚度的30%，需改用耐腐蚀材料）。复合钢板复层厚度：按NB/T47002.1-2021，复层名义厚度≥3mm，且复层有效厚度≥2mm（考虑腐蚀后剩余厚度）；若介质为晶间腐蚀敏感型，复层需进行固溶处理，且复层与基层结合率≥95%（超声检测Ⅰ级合格）。9.问：设计一台带夹套的反应釜，内筒设计压力0.8MPa（内压），夹套设计压力0.6MPa（外压），内筒材料Q345R，夹套材料Q245R，如何校核内筒在夹套压力下的稳定性？答：需校核内筒在夹套外压（0.6MPa）下的失稳。内筒计算长度L取内筒长度+2×封头曲面深度；当量直径D0取内筒外径；计算外压p=0.6MPa，查GB150-2021图4-1确定A值，再查图4-2确定B值，许用外压[p]=B×(δe/D0)（δe为内筒有效厚度）。若[p]≥0.6MPa，满足稳定性要求；否则需增加加强圈或加厚内筒。10.问：压力容器安全泄放装置设计中，介质为液化石油气（气相密度2.35kg/m³，设计压力1.77MPa，最大允许超压10%），选用爆破片-安全阀串联组合，如何确定爆破片的爆破压力和安全阀的整定压力？答：爆破片爆破压力p_b≤1.05p_d（p_d为设计压力）=1.05×1.77≈1.86MPa；安全阀整定压力p_z≤p_b×0.95（防止爆破片提前动作）≈1.77MPa（需≤设计压力）。串联时，爆破片与安全阀间需设置压力指示装置，且爆破片破裂后泄放面积≥安全阀进口面积，同时验证组合泄放能力是否≥最大泄放量（按TSG21-2023第9.2.5条）。11.问：高温压力容器（设计温度450℃）材料选用15CrMoR，其许用应力取值需考虑哪些因素？若实际使用中温度长期超过480℃，可能产生哪些失效模式？答：许用应力需考虑：①450℃下的抗拉强度σ_b^t和屈服强度σ_s^t；②10万小时持久强度σ_D^t（若温度≥400℃，需取σ_D^t/1.5）；③蠕变极限σ_n^t（若温度≥475℃，需取σ_n^t/1.0）。长期超温（＞480℃）可能导致：①珠光体球化（强度下降）；②蠕变变形（筒体鼓胀）；③热疲劳裂纹（接管与壳体连接区）；④碳迁移（焊接接头熔合线附近形成脱碳层）。12.问：低温压力容器（设计温度-70℃）封头采用热成型工艺，成型后需进行哪些处理？若封头材料为06Ni9DR，是否需要进行模拟焊后热处理（SPHT）？答：热成型后需：①进行正火+回火处理（恢复材料低温韧性）；②100%超声检测（Ⅰ级合格，检测分层缺陷）；③-196℃夏比V型冲击试验（3个试样平均值≥60J，单个≥48J）。06Ni9DR封头需进行SPHT：按JB/T4746-2021，厚度≥16mm时，需取同炉批试板进行模拟焊后热处理（600~620℃×2h），并检测SPHT后的冲击韧性（-196℃）。13.问：压力容器支座设计中，耳式支座与裙式支座的适用范围分别是什么？耳式支座垫板厚度如何确定？答：耳式支座适用于DN≤2000mm、总重量≤40t的立式容器；裙式支座适用于DN≥1000mm、高度≥10m的塔器。耳式支座垫板厚度δ_p≥δn（壳体名义厚度），且δ_p≥8mm；当壳体材料许用应力[σ]^t＜支座材料许用应力[σ]_s^t时，垫板厚度δ_p≥δn×[σ]^t/[σ]_s^t（GB150-2021第7.3.3条）。14.问：设计一台介质为氢气（设计压力10MPa，设计温度200℃，氢分压3.5MPa）的压力容器，材料选用20MnMoR，需进行哪些抗氢致损伤（HIC）和应力导向氢致开裂（SOHIC）检验？答：需执行：①HIC检验：按NACETM0284-2016，试样在A溶液中浸泡96h，裂纹长度率（CLR）≤15%，裂纹厚度率（CTR）≤5%，裂纹敏感率（CSR）≤2%；②SOHIC检验：按NACEMR0175-2020，采用三点弯曲试样，施加80%σ_s的应力，在B溶液中浸泡720h，无裂纹；③材料需进行成分控制（S≤0.002%，P≤0.010%，Cu≤0.20%，Ni≤0.30%）；④焊接接头需进行焊后热处理（620~650℃×2h），降低残余应力。15.问：压力容器设计文件中，“主要受压元件材料表”应包含哪些内容？若材料代用（如Q345R代用Q245R），需满足哪些条件？答：材料表应包含：元件名称、材料牌号、规格（厚度/直径）、标准号、数量、材料状态（正火/热轧）、许用应力（设计温度下）。材料代用条件：①代用材料的力学性能（σ_s、σ_b）≥原设计材料；②代用材料的耐蚀性≥原设计材料（或调整腐蚀裕量）；③代用材料的焊接性能与原结构匹配（需重新评定焊接工艺）；④代用后需重新计算厚度（若强度提高，可减薄厚度；若降低，需加厚）；⑤代用文件需经设计单位技术负责人批准，并在竣工图中标注。16.问：内压球形容器设计中，计算厚度公式δ=（pD_i）/(4[σ]^tφ-0.5p)与圆筒公式δ=（pD_i）/(2[σ]^tφ-0.5p)的差异原因是什么？若球壳与圆筒连接，过渡段需满足哪些结构要求？答：差异原因：球壳为双向薄膜应力，每个方向应力为σ=pd/(4δ)，而圆筒环向应力为σ=pd/(2δ)，故球壳计算厚度为圆筒的1/2（相同参数下）。过渡段要求：①球壳与圆筒的连接应采用圆弧过渡（R≥3δn）；②过渡段厚度≥max(球壳厚度，圆筒厚度)；③过渡段与球壳、圆筒的连接焊缝需全焊透，且进行100%射线检测（Ⅱ级合格）；④过渡段表面需打磨至与母材平齐（Ra≤12.5μm），避免应力集中。17.问：压力容器液压试验时，试验压力如何确定？若介质为毒性程度中度危害，试验介质有何特殊要求？试验后需进行哪些检查？答：试验压力p_T=1.25p[σ]/[σ]^t（p为设计压力，[σ]为试验温度下材料许用应力，[σ]^t为设计温度下许用应力）。中度危害介质试验介质要求：①优先选用水（氯离子≤25mg/L）；②若无法用水，可选用油（闪点＞100℃），但需经使用单位同意；③试验后需彻底清除试验介质（防止残留腐蚀）。试验后检查：①所有焊接接头、密封面无渗漏；②无可见变形；③试验用压力表（精度≥1.6级）读数无下降；④对奥氏体不锈钢，需检查试验水氯离子含量（≤25mg/L），否则需进行干燥处理。18.问：设计压力0.1MPa、设计温度-196℃的液氢储罐（真空夹套结构），内筒材料为06Ni9DR，外筒材料为Q345R，真空度要求1×10^-3Pa，设计时需考虑哪些特殊因素？答：需考虑：①内筒低温脆断：06Ni9DR需进行-196℃冲击试验（平均值≥60J），且成型后进行消除应力热处理（580~620℃×2h）；②外筒真空外压：计算外压p=0.1MPa（大气压），校核外筒稳定性（需设置加强圈或增加厚度）；③绝热结构：夹层填充珠光砂（密度≤60kg/m³），或采用多层缠绕绝热（铝箔+玻璃纤维）；④泄漏率控制：焊缝100%氦质谱检漏（泄漏率≤1×10^-9Pa·m³/s）；⑤接管补偿：内筒接管需采用波纹管膨胀节（补偿内外筒温差变形）。19.问：压力容器焊接接头系数φ的取值依据是什么？若采用双面焊对接接头（100%射线检测Ⅱ级合格），φ应取多少？局部检测时φ如何调整？答：φ取值依据：焊接接头型式（对接/角接）、无损检测比例（100%/局部）、检测方法（射线/超声）。双面焊对接接头100%射线检测（Ⅱ级合格），φ=1.0（GB150-2021表4-1）。局部检测（20%）时，φ=0.85（若材料标准抗拉强度下限≥540MPa，局部检测φ=0.80）；若采用超声检测（Ⅰ级合格），100%检测φ=1.0，局部检测φ=0.90（需与设计单位协商）。20.问：设计一台介质为醋酸（质量分数98%，温度120℃）的反应釜，材料选用00Cr17Ni14Mo2（316L），是否需要考虑晶间腐蚀？若需进行晶间腐蚀试验，应采用哪种方法？答：需要考虑：醋酸在120℃下对316L有晶间腐蚀倾向（尤其焊接热影响区）。晶间腐蚀试验方法：按GB/T4334-2020，采用“C法”（65%硝酸沸腾试验），5周期后腐蚀速率≤0.6g/(m²·h)；或“E法”（硫酸-硫酸铜沸腾试验），弯曲后无裂纹。同时，焊接时需控制热输入（≤15kJ/cm），焊后进行固溶处理（1050~1100℃水淬），恢复耐蚀性。21.问：压力容器开孔补强中，有效补强范围如何确定？若接管轴线与壳体轴线夹角为45°（斜接管），有效补强范围是否调整？答：有效补强宽度B=2δe+dn（δe为壳体有效厚度，dn为接管名义外径），且B≤2(dn+2δe1)（δe1为接管有效厚度）；有效高度h1=2δe√(d/δe)（内伸高度），h2=2δe1√(dn/δe1)（外伸高度）。斜接管（夹角θ=45°）时，有效补强宽度B需修正为B×cosθ，有效高度h1、h2修正为h×cosθ，且需校核接管与壳体连接区的局部应力（按JB4732-1995进行有限元分析）。22.问：设计寿命20年的压力容器，定期检验周期如何确定（按TSG21-2023）？若使用中发现表面裂纹（深度0.5mm），应如何处理？答：一般压力容器（介质非易燃、无毒）：首检6年，以后每10年1次；介质为易燃或中度危害：首检3年，以后每6年1次；极度危害：首检3年，以后每3年1次（需结合合于使用评价）。表面裂纹处理：①打磨消除（打磨深度≤10%壁厚且≤2mm），并进行磁粉检测确认无裂纹；②若深度＞2mm，需补焊（补焊长度≥50mm），补焊后进行射线检测（Ⅱ级合格）和表面检测（Ⅰ级合格）；③补焊次数≤2次（超过需更换受压元件）。23.问：外压容器设计中，加强圈的间距如何确定？若采用角钢作加强圈，其截面惯性矩需满足什么条件？答：加强圈最大间距L_max=√(D0δe)×C（C为系数，按GB150-2021表4-6，外压p=0.1~0.5MPa时C=120）。角钢截面惯性矩I≥(pD0²L)/(10E)(L为加强圈间距，E为弹性模量)，且加强圈与壳体的连接焊缝需连续焊接（焊脚高度≥0.5δn，δn为壳体名义厚度）。24.问：压力容器安全附件中，爆破片与安全阀的适用工况有何区别？若介质为黏性液体（黏度500mPa·s），应选用哪种泄放装置？答：爆破片适用于：①介质易结晶、聚合（堵塞安全阀）；②超压可能瞬间发生（安全阀响应慢）；③需泄放后立即隔离（防止二次泄漏）。安全阀适用于：①介质清洁、无颗粒；②允许微量泄漏；③需重复使用。黏性液体（黏度＞100mPa·s）应选用爆破片（安全阀易堵塞），且爆破片设计爆破压力≤1.1p_d，泄放面积≥最大泄放量/(0.43×√(p_d/ρ))（ρ为液体密度）。25.问：高温压力容器（设计温度500℃）的螺栓连接（M36×3，材料35CrMoA），其预紧力如何确定？是否需要考虑应力松弛？答：预紧力F=π/4×d2²×[σ]_b（d2为螺栓螺纹中径，[σ]_b为螺栓许用应力，500℃时35CrMoA许用应力取100MPa），则F=0.785×(33.402)²×100≈88kN。需考虑应力松弛：高温下螺栓预紧力随时间下降，需采用双螺母防松或液压拉伸器预紧（预紧力按1.2~1.5倍计算值），并在运行1年后重新紧固。26.问：压力容器设计中，“最高允许工作压力”与“设计压力”的区别是什么？如何计算最高允许工作压力？答：设计压力p_d是设定的容器顶部最大压力（用于厚度计算）；最高允许工作压力p_w是容器在设计温度下，基于实际厚度能承受的最大压力（用于超压保护整定）。计算p_w=([σ]^tφδe)/(D_i+δe)×K（K为系数，内压圆筒K=2，球壳K=4，封头K=1.0~1.2），且p_w≥p_d+超压限度（一般10%）。27.问：低温压力容器（-40℃）法兰连接选用突面法兰（PN2.5MPa，DN200），材料16MnDR，垫片选用金属缠绕垫（304+柔性石墨），是否符合要求？若不符合，应如何改进？答：不符合：①16MnDR法兰在-40℃下需进行-40℃冲击试验（平均值≥27J）；②金属缠绕垫在低温下可能因石墨收缩导致泄漏，应选用带内外环的低温专用缠绕垫（外环304，内环16MnDR）；③螺栓材料需选用09MnNiDR（-40℃冲击功≥27J），且螺栓长度需增加（补偿法兰与螺栓的温差收缩