《压力容器安全工程》习题集参考答案

《压力容器安全工程》习题集参考答案一、名词解释1.压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。2.边缘应力在筒体和平板连接的局部区域，由于要达到变形协调而产生边缘力和边缘力矩，由边缘力和边缘力矩引起的应力3.设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。4.强度指金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。5.焊接性指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。6.穿透裂纹是指贯穿构件整个厚度的裂纹7.时差定位法是指将几个压电传感器按一定几何关系放置在固定点上，组成传感器阵列，测定声发射源的声波传播到各个传感器的相对时差。8.声发射检测系统一般由传感器、信号硬件处理单元和数据分析处理系统三个基本部分组成，9.安全装置是指为了承压容器能够安全运行而装在设备上的一种附属装置，常称为安全附件。10.压力表是用以测量压力容器内介质压力的一种计量仪表。11.强度失效是指因材料屈服或断裂引起的压力容器的失效，包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂和腐蚀断裂等。12.峰值应力是由局部机构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量。13.等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行熔焊的方法。14.耐压试验是一种采用静态超载方法验证容器整体强度，对容器质量进行综合考核的试验。15.气孔是焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来形成的空穴。16.夹渣是指焊后残留在焊缝中的焊渣。17.未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象。18.缩孔铸件在凝固过程中由于收缩以及收缩不足所产生的缺陷叫缩孔。19.声发射检测技术是利用材料声发射的原理对材料中动态活动缺陷进行检测，是一种动态检测技术。20.一次应力是指为平衡压力与其他外加机械载荷所必须的应力。二、简答题1.压力容器的失效分为哪几类？强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。2.热应力经常在哪几种情况下产生？（1）容器在较高或较低的温度下运行时因温度变化受到外部的约束或限制。（2）由两个或两个以上的零部件组成的容器，当温度分布不均匀（各部分温度不等）、温升不等或各个零部件材料的线膨胀系数不相等时也会引起各部分之间的相互作用力，从而引起热应力。3.材料产生苛性脆化必需具备哪些条件？（1）在材料中须存在着较高的局部应力，一般接近钢材的屈服强度；（2）在材料的局部高应力区有与较高浓度的氢氧化钠溶液相接触的条件，以及能加速反应的催化剂（主要是二氧化硅）；（3）须具有一定的温度。4.焊接接头组成包括哪几个部分？焊缝、熔合区和热影响区。5.常用的热处理形式可以分为哪几类？普通热处理，表面热处理和形变热处理。6.成形的工艺主要有哪些冲压、卷制、弯曲和旋压。7.常用的焊接方法有哪些？(1)焊条电弧焊(2)埋弧焊(3)氩弧焊(4)二氧化碳气体保护焊(5)等离子弧焊(6)电渣焊(7)摩擦焊8.焊条电弧焊的特点是什么？(1)设备简单；(2)对焊接接头的装配尺寸要求相对较低；(3)可进行各种位置的焊接；(4)适合焊接多种金属材料及各种结构形状。9.气孔的危害有哪些？气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度和塑性。表面气孔还降低疲劳强度；也可能成为某些腐蚀的发源地；密集气孔严重时还会引起泄漏，导致破坏。10.压力容器在使用中常见的缺陷有哪些？疲劳裂纹，应力腐蚀裂纹，疲劳腐蚀，摩擦腐蚀，氢脆和氢腐蚀，晶间腐蚀，金属的高温蠕变与蠕变断裂。11.常规的无损检测方法有哪些？射线检测（简称RT）、超声波检测（简称UT）、磁粉检测（简称MT）、渗透检测（简称PT）和涡流检测。12.锻件原材料中常见的缺陷有哪些？有缩孔和缩管、疏松、夹杂物、裂纹、白点等13.声发射检测技术的基本原理是什么？就是用灵敏的仪器来接收和处理采集到的声发射信号，通过对声发射源特征参数的分析和研究，推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。14.声发射检测方法与其它常规无损检测方法相比，其主要技术特点是什么？（1）声发射检测技术是一种动态无损检测技术。这是声发射检测同其它无损检测技术的根本区别；（2）在压力试验过程中，声发射检测是对压力容器进行整体检测，这为压力容器活性缺陷检测和完整性评价工作带来了极大的方便；（3）由于只针对声发射检测出的活性缺陷进行局部复验，而且复验比例远远小于100%焊缝长度，从而大大缩短检测时间，为用户带来很大的直接经济效益；（4）声发射检测是压力容器在线检测与评价的主要方法，它适用于背景噪声小，操作稳定和可变压的工况条件。15.夹渣产生的主要原因有哪些？(1)坡口角度过小、焊接电流过小、熔渣粘度过大等，使熔渣浮不到熔池表面引起夹渣；(2)焊条药皮在焊接时成块脱落未被熔化；(3)多层多道焊时，每道焊缝的溶渣未清除干净等。16.声发射检测的主要特点是什么？（1）声发射检测相对于其他无损检测技术而言，具有动态、实时、整体、连续等特点,能够监控和探测出活动的缺陷，为在用压力容器的使用安全评定提供了依据；（2）声发射检测无法探测静态缺陷，因此不能作为压力容器制造质量控制方法和验收依据；（3）由于声发射产生的物理基础和声发射波在材料中传播的复杂性决定了该技术易受噪声的干扰；（4）声发射检测对检测人员分析水平和实践经验要求较高。17.超压泄放装置按其结构形式可分为哪几种？阀型、断裂型、熔化型和组合型。18.为了保证压力容器正常安全运行，安全阀应满足哪些基本要求？（1）动作灵敏可靠，当压力达到开启压力时，阀瓣即能自动迅速地开启，顺利地排出气体。当压力降低后能及时关闭阀瓣；（2）在排放压力下，阀瓣应达到全开的位置，并能排放出规定气量；（3）具有良好的密封性能，不但能在正常工作压力下保持不漏，而且在开启排气压力降低关闭后能保持密封；（4）结构紧凑，调节方便且应确保动作准确可靠。19.施焊时应遵循什么原则？（1）先焊接纵向焊缝，后焊接环向焊缝；（2）先焊接赤道带，后焊接温带、极板；（3）先焊接大坡口面焊缝，后焊接小坡口面焊缝；（4）焊工均布，并同步焊接。20.白点的产生有哪些特点？（1）不同的钢种对白点的敏感性不同；（2）钢中含氢量的多少是产生白点的重要条件之一；（3）钢坯及锻件的尺寸也会对白点的产生有影响；（4）锻、轧后的冷去方式影响白点生成的可能性。三、计算题1.设容器内所装液化丙烷为Wkg，容器破裂后一部分蒸发成气体，并产生器外爆炸燃烧；另一部分以雾状的液滴散落在空气中，也同时被烧掉。若燃烧完全，按下列反应式进行，即OHCOOHC22283435求燃烧范围。解：每千克丙烷所需氧气量为166/44＝3.64kg,需空气量为3.64/0.21＝17.3kg。由此得Wkg丙烷完全燃烧后生成燃气的质量为（17.3＋1）Wkg。丙烷的燃烧热值为4.6107J/kg,设燃烧比热为1.26103J/kgC,则燃气的温度可升高4.6104/18.31.262000C。燃气在标准状态下的密度约为1.25kg/m3,由此可计算出Wkg丙烷完全燃烧生成的燃气在2000C时的体积便为)(122273200027325.13.183mWW设这些燃气以半球状向地面扩散，则高温燃气的扩散半径为)(9.334211223131mWWR也就是说，以容器为中心，在直径约为7.831W，高为3.931W的范围内，所有可燃物都将着火燃烧，在此范围内人员也被烧伤。按上式可粗略算出，一个民用液化气气瓶（15kg）破裂爆炸时，其燃烧范围可达20m；一个1000kg的液化石油气贮罐破裂爆炸，燃烧范围可达170m2.有一只安全阀，其规格型号为A48y-1.6,DY40,V=0.8,若用压缩空气做试验，试问该阀的额定泄放量是多大？解：根据型号知：该安全阀为法兰连接的弹簧式、不封闭、带扳手全启式，分程压力为1.6兆帕，连接法兰的公称直径为DN40，阀座准径D=25mm。已知：空气的k=1.4（绝热系数）C=356（气体特性系数）M=28.96kg/kmol（气体分子量）假设实验在常温下操作。T=20+273=293K（绝对），安全阀能够承受的最大压力为公程压力,即：Pd=1.6+0.1=1.7Mpa泄放面积2224192541416.34mmdA查得气体压缩系数Z＝1.0将上述各有关的值代入公式得：zTMCkAPwds2'106.72930.196.280.1356419106.72=5680kg/h答：该型号安全阀的额定泄放量为5680kg/h。3.一压力容器设计压力为0.7MPa，介质为空气，温度为20℃的容器与乙烯装置相连，为防止由于乙烯渗入与混合使压力升高引起容器破坏，在容器上装设爆破片装置，试计算爆破片的有效泄放面积和直径（只知容器的安全泄放量为hkg51021.8）。解：因容器的介质为空气，且压力不高，取Z=1.0，k≈1.4，C=356，K=0.62，bp=（0.7+0.1）=0.8MPa，M=28.92hkg，T=（20+273）=293K，sW=hkg51021.8代入式子：ZTMCKpWAbs2106.7293192.288.062.0356106.71021.8252194370mm爆破片的泄放面积直径D为：mmAD4981416.320933544mmD500'4.根据下面的有关参数，求爆破片的厚度。bp=0.7Mpa，D=500mm，T=20℃，材料为1Cr18Ni9Ti，b=720.1MPa解：mmCDpSmmKDpSmmDpSbbbtbb143.01.720767.125007.02143.010345.25007.0139.01.7205.35007.05.3'321所以，S≈0.14mm。5.求8kgTNT炸药在爆炸时据中心4m处的冲击波ΔP值。解：α=(q/q0)1/3=(8/1000)1/3=0.2据式（4-11）求4m处冲击波超压值ΔP：ΔP(R)=ΔP0(R/α)=ΔP0(4/0.2)=ΔP0(20)=0.126MPa即：8kgTNT炸药爆炸时在4m处的ΔP(4)等于1000kg炸药在20m处的超压值ΔP0(20)=0.126MPa。在地面爆炸时，ΔP要增大50～100%。若取增大100%，则在地面爆炸时的超压值为ΔP1(4)=2×ΔP(4)=2×0.126=0.252MPa6.一台内径Di=12300mm，壁厚B=34mm的1000m3液态烃球罐，工作压力1.1MPa，水压试验压力为1.5MPa，材料的KⅠC=3200N/mm3/2。检验时在壳体对接焊缝中发现了一条面型埋藏缺陷，自身高度为2a=16mm，长度为2c=40mm,埋藏缺陷至表面的最小距离为P1=8mm，对此缺陷进行安全评定。解：容器检验后要进行水压试验，所以应以水压试验压力作为计算压力。此压力下器壁上的膜应力为：σ＝P(Di+B)/(4B)=1.5×(12300+34)/(4×34)=136.0MPa。a/c=8/20=0.4,带入式（8-5）得：1.651/2[11.464()]ac=[1+1.464×0.41.65]1/2=1.150.81[0.422.23()]abc=[0.42+2.23×0.40.8]-1=0.6711.53.3[1.150()]1.95()aakcc=3.3+[1.1+50×0.4]-1=3.3511()kabpa=1+0.67[8/(8+8)]3.35=1.066Y=Ω/ψ=1.066/1.15=0.927将以上结果带入K判据表达式得：3/23/20.927136.08631.8/3200/CKYaNmmKNmm＝＝可见，该埋藏缺陷不会引起脆断，允许保留。