2026年压力容器设计案例分析与评测试题含答案

2026年压力容器设计案例分析与评测试题含答案一、单选题（共10题，每题2分）1.某企业设计一台用于储存液化石油气的压力容器，设计压力为2.5MPa，设计温度为-40℃，容积为50m³。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），该容器应选用哪种材料等级？（）A.Q345RB.16MnRC.15CrMoRD.09Cr9Ni4Cu2NbR2.一台碳钢制高压反应釜，设计温度为300℃，设计压力为6.0MPa，腐蚀裕量取2mm。根据《压力容器设计手册》（第三版），计算该容器的壁厚时，应采用下列哪种弹性模量？（）A.200000MPaB.210000MPaC.190000MPaD.180000MPa3.某石化厂设计一台内壁堆焊不锈钢的碳钢压力容器，设计压力为4.0MPa，设计温度为150℃。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），该容器的对接焊缝应采用哪种无损检测方法进行100%检测？（）A.超声波检测（UT）B.射线检测（RT）C.涡流检测（ET）D.磁粉检测（MT）4.一台乙烯裂解反应器，设计压力为12.0MPa，设计温度为600℃。根据《压力容器设计规范》（GB150.3-2011），该容器的封头形式应优先选用哪种？（）A.椭圆形封头B.球形封头C.抛物线形封头D.筒形封头5.某化工厂设计一台夹套式反应釜，内胆材料为304不锈钢，夹套材料为碳钢。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），夹套与内胆的连接法兰应采用哪种密封形式？（）A.活塞式密封B.卡箍式密封C.槽型密封D.强制式密封6.一台液化天然气（LNG）储罐，设计压力为0.5MPa，设计温度为-160℃。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2013），该储罐的最低允许应力应采用哪种材料性能？（）A.屈服强度B.抗拉强度C.规范最小值D.规范最大值7.某企业设计一台高压分离器，设计压力为8.0MPa，设计温度为200℃。根据《压力容器设计规范》（GB150.3-2011），该容器的筒体壁厚计算时，应考虑哪种应力校核？（）A.拉伸应力B.弯曲应力C.扭转载剪应力D.薄膜应力8.一台碳钢制液化石油气储罐，设计压力为1.6MPa，设计温度为50℃。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2013），该储罐的疲劳分析应采用哪种方法？（）A.名义应力法B.局部应力法C.载荷谱法D.应变谱法9.某核电企业设计一台高温高压水冷堆压力容器，设计压力为16.0MPa，设计温度为300℃。根据《核电厂压力容器设计规范》（GB150.4-2011），该容器的材料应满足哪种特殊要求？（）A.抗氢脆性能B.抗蠕变性能C.抗腐蚀性能D.抗疲劳性能10.一台不锈钢制超临界二氧化碳反应器，设计压力为25.0MPa，设计温度为150℃。根据《压力容器设计规范》（GB150.3-2011），该容器的热应力分析应采用哪种方法？（）A.有限元分析法（FEA）B.简化解析法C.经验公式法D.类比计算法二、多选题（共5题，每题3分）1.某企业设计一台用于储存氢气的压力容器，设计压力为10.0MPa，设计温度为25℃。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），该容器的设计应考虑哪些因素？（）A.氢脆敏感性B.材料低温性能C.腐蚀裕量D.疲劳寿命E.声发射监测2.一台碳钢制高压反应釜，设计温度为400℃，设计压力为5.0MPa。根据《压力容器设计手册》（第三版），该容器的热应力分析应考虑哪些因素？（）A.热膨胀不匹配B.热传导不均匀C.材料蠕变性能D.操作载荷波动E.环境温度变化3.某石化厂设计一台内壁堆焊不锈钢的碳钢压力容器，设计压力为6.0MPa，设计温度为200℃。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），该容器的安全附件应包括哪些？（）A.安全阀B.压力表C.液位计D.温度传感器E.紧急切断阀4.一台乙烯裂解反应器，设计压力为15.0MPa，设计温度为800℃。根据《压力容器设计规范》（GB150.3-2011），该容器的应力分析应考虑哪些因素？（）A.压力应力B.温度应力C.机械应力D.疲劳应力E.蠕变应力5.某化工厂设计一台夹套式反应釜，内胆材料为316L不锈钢，夹套材料为碳钢。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），该容器的材料选择应考虑哪些因素？（）A.腐蚀环境B.热膨胀系数差异C.材料强度匹配D.焊接性能E.经济性三、判断题（共10题，每题1分）1.压力容器的壁厚计算时，腐蚀裕量应始终叠加在基本壁厚上。（）2.液化天然气储罐的设计温度为-160℃，因此不需要考虑材料低温韧性。（）3.碳钢制压力容器的最低允许应力应取材料屈服强度的90%。（）4.堆焊层材料与母材的许用应力可以完全相同。（）5.压力容器的安全阀整定压力应高于最高工作压力。（）6.夹套式反应釜的内胆和外壳可以采用不同材料。（）7.核电压力容器的材料应满足抗辐照性能要求。（）8.超临界二氧化碳反应器的热应力分析可以忽略温度梯度影响。（）9.压力容器的疲劳分析仅适用于循环载荷工况。（）10.压力容器的应力腐蚀开裂风险与材料选择无关。（）四、简答题（共5题，每题5分）1.简述压力容器设计时，如何确定材料等级？2.简述压力容器设计时，如何计算壁厚？3.简述压力容器设计时，如何进行应力分析？4.简述压力容器设计时，如何进行疲劳分析？5.简述压力容器设计时，如何选择安全泄压装置？五、计算题（共3题，每题10分）1.某企业设计一台碳钢制高压反应釜，设计压力为8.0MPa，设计温度为250℃，内径为2.0m，腐蚀裕量取2mm。材料为16MnR（许用应力[σ]=170MPa，屈服强度σs=345MPa）。试计算该容器的壁厚。2.一台不锈钢制液化石油气储罐，设计压力为1.6MPa，设计温度为50℃，容积为100m³。材料为316L（许用应力[σ]=137MPa，屈服强度σs=305MPa）。试计算该储罐的壁厚（假设为球形封头）。3.某化工厂设计一台夹套式反应釜，内胆材料为316L不锈钢（内径1.5m，壁厚10mm），夹套材料为碳钢（外径1.6m，壁厚8mm）。内胆设计温度为150℃，夹套设计温度为80℃。试计算内胆与夹套的热应力差（假设热膨胀系数Δα=12×10^-6/℃，弹性模量E=200000MPa）。六、案例分析题（共2题，每题15分）1.某石化厂设计一台碳钢制高压反应釜，设计压力为10.0MPa，设计温度为350℃。在制造过程中，发现内壁存在腐蚀缺陷。根据《压力容器安全技术监察规程》（TSG21-2016），分析该缺陷对容器安全性的影响，并提出处理建议。2.某核电企业设计一台高温高压水冷堆压力容器，设计压力为16.0MPa，设计温度为300℃。在运行过程中，发现材料存在氢脆现象。根据《核电厂压力容器设计规范》（GB150.4-2011），分析该现象的原因，并提出改进措施。答案与解析一、单选题答案1.B（16MnR适用于-40℃至400℃的碳钢制压力容器）2.A（300℃时碳钢弹性模量为200000MPa）3.A（对接焊缝应采用超声波检测或射线检测）4.B（球形封头应力分布最均匀，适用于高温高压反应器）5.C（槽型密封适用于夹套式反应釜）6.C（LNG储罐的最低允许应力应采用规范最小值）7.B（高压分离器需校核弯曲应力）8.A（液化石油气储罐的疲劳分析应采用名义应力法）9.B（核电压力容器需满足抗蠕变性能）10.A（超临界二氧化碳反应器的热应力分析应采用有限元分析法）二、多选题答案1.A,B,C,D（氢脆、低温性能、腐蚀裕量、疲劳寿命均需考虑）2.A,B,C（热应力分析需考虑热膨胀不匹配、热传导不均匀、材料蠕变性能）3.A,B,C,E（安全阀、压力表、液位计、紧急切断阀）4.A,B,C,D,E（应力分析需考虑压力应力、温度应力、机械应力、疲劳应力、蠕变应力）5.A,B,C,D,E（材料选择需考虑腐蚀环境、热膨胀系数差异、强度匹配、焊接性能、经济性）三、判断题答案1.正确2.错误（低温韧性仍需满足要求）3.正确4.错误（堆焊层许用应力需根据标准调整）5.正确6.正确7.正确8.错误（温度梯度影响不可忽略）9.正确10.错误（材料选择直接影响应力腐蚀风险）四、简答题答案1.材料等级确定方法：根据设计温度、压力、介质腐蚀性等参数，查阅相关标准（如GB150、TSG21），选择合适的材料牌号。2.壁厚计算方法：根据公式δ=(pD)/(2[σ]η-0.6σtΔ)，考虑设计压力、内径、材料许用应力、焊缝系数、温度系数等。3.应力分析方法：采用有限元分析法或简化解析法，计算压力应力、温度应力、机械应力及其组合应力。4.疲劳分析方法：采用名义应力法或局部应力法，根据载荷谱计算疲劳寿命。5.安全泄压装置选择方法：根据设计压力、泄放量、介质特性等，选择安全阀或爆破片，并确定整定压力。五、计算题答案1.壁厚计算公式：δ=(pD)/(2[σ]η-0.6σtΔ)参数：p=8.0MPa,D=2.0m,[σ]=170MPa,η=1.0,σt=250℃,Δ=2mm计算结果：δ≈24.1mm（腐蚀裕量已叠加）2.壁厚计算公式：δ=(pD)/(2[σ]η-0.6σtΔ)参数：p=1.6MPa,D=2.3m（球形容积公式V=4/3πr³,r=1.15m）,[σ]=137MPa,η=1.0,Δ=2mm计算结果：δ≈6.5mm3.热应力差计算热应力公式：σ=ΔαEΔT内胆热应力：σ₁=12×10^-6×200000×(80-150)≈-2.16MPa夹套热应力：σ₂=12×10^-6×200000×(150-80)≈1.92MPa热应力差：Δσ=|σ₁-