2025年壓力容器設(shè)計(jì)人員考核試題與答案一、選擇題（每題2分，共30分）單項(xiàng)選擇題1.以下哪種材料不適合用于制造壓力容器（）A.Q345RB.16MnDRC.HT200D.06Cr19Ni10答案：C。HT200是灰鑄鐵，其韌性和抗沖擊性能較差，在壓力容器承受壓力和可能出現(xiàn)的沖擊等工況下，容易發(fā)生脆性斷裂，不適合用于制造壓力容器。而Q345R是常用的壓力容器用鋼，16MnDR是低溫壓力容器用鋼，06Cr19Ni10是奧氏體不銹鋼，常用于耐腐蝕的壓力容器。2.對(duì)于內(nèi)壓圓筒，其厚度計(jì)算公式中的焊接接頭系數(shù)φ與（）有關(guān)。A.筒體的材料B.筒體的直徑C.筒體的焊接質(zhì)量和無(wú)損檢測(cè)要求D.筒體的設(shè)計(jì)壓力答案：C。焊接接頭系數(shù)φ反映了焊接接頭的質(zhì)量，它與筒體的焊接質(zhì)量和無(wú)損檢測(cè)要求有關(guān)。無(wú)損檢測(cè)比例越高、焊接質(zhì)量越好，φ值越大。而與筒體材料、直徑和設(shè)計(jì)壓力無(wú)關(guān)。3.壓力容器的設(shè)計(jì)溫度是指（）A.容器工作時(shí)的實(shí)際溫度B.容器殼體的金屬溫度C.容器內(nèi)介質(zhì)的最高溫度D.容器內(nèi)介質(zhì)的最低溫度答案：B。設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作情況下，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，殼壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度，即容器殼體的金屬溫度。4.以下哪種封頭的受力情況最好（）A.平板封頭B.碟形封頭C.橢圓形封頭D.半球形封頭答案：D。半球形封頭的受力情況最好，在相同的壓力和直徑條件下，半球形封頭所需的厚度最小。平板封頭受力最差，需要較厚的厚度來(lái)承受壓力。碟形封頭和橢圓形封頭的受力情況介于平板封頭和半球形封頭之間。5.壓力容器的安全狀況等級(jí)為3級(jí)時(shí)，其檢驗(yàn)周期為（）A.每3年至少一次B.每6年至少一次C.每9年至少一次D.由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)根據(jù)具體情況確定答案：A。安全狀況等級(jí)為3級(jí)的壓力容器，其檢驗(yàn)周期為每3年至少進(jìn)行一次全面檢驗(yàn)。安全狀況等級(jí)為1-2級(jí)的，一般每6年至少進(jìn)行一次全面檢驗(yàn)；安全狀況等級(jí)為4級(jí)的，其檢驗(yàn)周期由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)根據(jù)具體情況確定。多項(xiàng)選擇題6.壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的載荷包括（）A.壓力載荷B.重力載荷C.風(fēng)載荷D.地震載荷答案：ABCD。壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到多種載荷的作用，壓力載荷是主要的載荷，此外，容器自身及其內(nèi)裝介質(zhì)的重力會(huì)產(chǎn)生重力載荷，露天放置的容器會(huì)受到風(fēng)載荷的作用，在地震多發(fā)地區(qū)還需要考慮地震載荷。7.以下關(guān)于壓力容器焊接接頭的說(shuō)法正確的有（）A.焊接接頭分為A、B、C、D四類B.A類焊接接頭是指圓筒部分的縱向接頭C.B類焊接接頭是指圓筒部分的環(huán)向接頭D.C類焊接接頭是指接管與筒體、封頭的連接接頭答案：ABC。焊接接頭分為A、B、C、D四類。A類焊接接頭是指圓筒部分的縱向接頭、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭等；B類焊接接頭是指圓筒部分的環(huán)向接頭；C類焊接接頭是指法蘭、平蓋等與殼體、接管連接的接頭；D類焊接接頭是指接管與筒體、封頭的連接接頭。8.選擇壓力容器材料時(shí)應(yīng)考慮的因素有（）A.介質(zhì)的特性B.設(shè)計(jì)溫度C.設(shè)計(jì)壓力D.材料的加工性能答案：ABCD。選擇壓力容器材料時(shí)，要考慮介質(zhì)的特性，如腐蝕性、毒性等，以確保材料能夠耐受介質(zhì)的腐蝕；設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力決定了材料所需的強(qiáng)度和韌性；材料的加工性能也很重要，它影響到容器的制造工藝和成本。9.壓力容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法有（）A.整體補(bǔ)強(qiáng)B.局部補(bǔ)強(qiáng)C.補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)D.厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)答案：ABCD。壓力容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法主要有整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)。局部補(bǔ)強(qiáng)又包括補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)和厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)等。整體補(bǔ)強(qiáng)是通過(guò)增加整個(gè)殼體的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)；補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是在開(kāi)孔處焊接一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)圈；厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)是采用較厚的接管來(lái)增強(qiáng)開(kāi)孔處的強(qiáng)度。10.以下哪些情況需要對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理（）A.厚度超過(guò)一定值的碳鋼容器B.有應(yīng)力腐蝕傾向的容器C.焊后需要消除焊接殘余應(yīng)力的容器D.新制造的不銹鋼容器答案：ABC。厚度超過(guò)一定值的碳鋼容器、有應(yīng)力腐蝕傾向的容器以及焊后需要消除焊接殘余應(yīng)力的容器通常需要進(jìn)行熱處理。新制造的不銹鋼容器一般不需要進(jìn)行專門的消除應(yīng)力熱處理，因?yàn)椴讳P鋼的耐腐蝕性較好，殘余應(yīng)力對(duì)其影響相對(duì)較小。二、填空題（每題2分，共20分）1.壓力容器的設(shè)計(jì)壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定容器（）及其元件尺寸的壓力。答案：壁厚。設(shè)計(jì)壓力是確定壓力容器壁厚及其元件尺寸的重要參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力和其他條件可以計(jì)算出容器所需的壁厚。2.焊接接頭系數(shù)φ的取值范圍是（）。答案：0-1。焊接接頭系數(shù)反映了焊接接頭相對(duì)于母材的強(qiáng)度削弱程度，取值在0-1之間，φ=1表示焊接接頭與母材等強(qiáng)，φ值越小，說(shuō)明焊接接頭的質(zhì)量相對(duì)越差。3.內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度計(jì)算公式為（）。答案：$δ=\frac{pD_i}{2[σ]^tφ-p}$，其中δ為計(jì)算厚度，p為設(shè)計(jì)壓力，$D_i$為圓筒內(nèi)徑，$[σ]^t$為設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，φ為焊接接頭系數(shù)。4.壓力容器的主要受壓元件包括（）、（）、（）等。答案：筒體、封頭、接管。筒體是壓力容器的主體部分，用于容納介質(zhì)；封頭用于封閉筒體的兩端；接管用于連接容器與外部管道等。5.對(duì)于低溫壓力容器，應(yīng)選用（）的材料。答案：低溫韌性好。低溫環(huán)境下，材料的韌性會(huì)降低，容易發(fā)生脆性斷裂，所以低溫壓力容器應(yīng)選用低溫韌性好的材料，如16MnDR等。6.壓力容器的安全附件主要有（）、（）、（）等。答案：安全閥、爆破片、壓力表。安全閥和爆破片是壓力容器的超壓泄放裝置，當(dāng)容器內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它們會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟泄放壓力；壓力表用于測(cè)量容器內(nèi)的壓力。7.壓力容器的制造工藝主要包括（）、（）、（）等。答案：下料、成型、焊接。下料是將原材料按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行切割；成型是將板材或管材加工成所需的形狀，如筒體的卷制、封頭的沖壓等；焊接是將各個(gè)部件連接在一起形成完整的容器。8.計(jì)算外壓圓筒的穩(wěn)定性時(shí)，需要考慮的因素有（）、（）、（）等。答案：筒體的幾何尺寸（如直徑、厚度、長(zhǎng)度）、材料的彈性模量、設(shè)計(jì)外壓。這些因素都會(huì)影響外壓圓筒的臨界失穩(wěn)壓力，在計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)需要綜合考慮。9.壓力容器的耐壓試驗(yàn)分為（）和（）兩種。答案：液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)通常使用水作為介質(zhì)，氣壓試驗(yàn)使用氣體（如空氣、氮?dú)獾龋┳鳛榻橘|(zhì)。液壓試驗(yàn)比較安全，應(yīng)用廣泛；氣壓試驗(yàn)由于氣體的可壓縮性，危險(xiǎn)性較大，一般在特殊情況下才采用。10.壓力容器的定期檢驗(yàn)包括（）和（）。答案：外部檢查、全面檢驗(yàn)。外部檢查主要是對(duì)容器的外觀、安全附件等進(jìn)行檢查；全面檢驗(yàn)則包括對(duì)容器的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、焊接接頭等進(jìn)行詳細(xì)的檢查和檢測(cè)。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述壓力容器設(shè)計(jì)的一般步驟。答：壓力容器設(shè)計(jì)一般包括以下步驟：（1）確定設(shè)計(jì)條件：明確容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性（如腐蝕性、毒性等）、容積、操作工況等基本條件。這些條件是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接影響到材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度的計(jì)算。（2）選擇材料：根據(jù)設(shè)計(jì)條件，選擇合適的材料?？紤]材料的力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性）、耐腐蝕性、加工性能等因素。例如，對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的容器，要選擇耐腐蝕的材料；對(duì)于低溫容器，要選擇低溫韌性好的材料。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定容器的總體結(jié)構(gòu)，包括筒體的形狀（如圓筒形、球形）、封頭的形式（如橢圓形、半球形）、接管的位置和尺寸等。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性。（4）強(qiáng)度計(jì)算：根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和所選材料的許用應(yīng)力，計(jì)算容器各部件（如筒體、封頭）的厚度。對(duì)于內(nèi)壓容器，使用內(nèi)壓容器的厚度計(jì)算公式；對(duì)于外壓容器，要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。（5）焊接接頭設(shè)計(jì)：確定焊接接頭的形式（如對(duì)接接頭、角接接頭）和焊接工藝要求。合理的焊接接頭設(shè)計(jì)可以保證焊接質(zhì)量，提高容器的可靠性。（6）安全附件設(shè)計(jì)：選擇合適的安全附件，如安全閥、爆破片、壓力表等，并確定其規(guī)格和安裝位置。安全附件是保證容器安全運(yùn)行的重要措施。（7）繪制設(shè)計(jì)圖紙：根據(jù)上述設(shè)計(jì)結(jié)果，繪制壓力容器的總裝圖和部件圖，標(biāo)注尺寸、公差、技術(shù)要求等信息。設(shè)計(jì)圖紙是制造和檢驗(yàn)的依據(jù)。（8）設(shè)計(jì)文件編制：編制設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)等設(shè)計(jì)文件，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。設(shè)計(jì)文件是設(shè)計(jì)工作的重要成果，也是用戶使用和維護(hù)容器的參考資料。2.分析內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒在設(shè)計(jì)上的主要區(qū)別。答：內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒在設(shè)計(jì)上有以下主要區(qū)別：（1）受力特點(diǎn)：內(nèi)壓圓筒主要承受內(nèi)部壓力產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，其破壞形式通常是強(qiáng)度破壞，即材料的應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力而發(fā)生破裂。外壓圓筒主要承受外部壓力產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，其破壞形式主要是失穩(wěn)破壞，當(dāng)外壓達(dá)到一定值時(shí)，圓筒會(huì)發(fā)生突然的變形而失去穩(wěn)定性。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算公式：內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算公式是基于強(qiáng)度理論推導(dǎo)得出的，如常用的中徑公式$δ=\frac{pD_i}{2[σ]^tφ-p}$。外壓圓筒的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，通常采用圖表法或公式法，根據(jù)圓筒的幾何尺寸（直徑、厚度、長(zhǎng)度）和材料的彈性模量等因素來(lái)確定臨界失穩(wěn)壓力，進(jìn)而確定所需的厚度。（3）設(shè)計(jì)參數(shù)的影響：對(duì)于內(nèi)壓圓筒，設(shè)計(jì)壓力、材料的許用應(yīng)力和焊接接頭系數(shù)是影響厚度計(jì)算的主要參數(shù)。而對(duì)于外壓圓筒，除了設(shè)計(jì)外壓和材料的彈性模量外，圓筒的長(zhǎng)徑比和徑厚比對(duì)內(nèi)壓圓筒的穩(wěn)定性影響很大。長(zhǎng)徑比和徑厚比越大，圓筒越容易失穩(wěn)。（4）制造和檢驗(yàn)要求：內(nèi)壓圓筒對(duì)材料的強(qiáng)度和焊接質(zhì)量要求較高，制造過(guò)程中要保證焊接接頭的強(qiáng)度和密封性。外壓圓筒除了要保證材料和焊接質(zhì)量外，還要特別注意筒體的幾何形狀和尺寸精度，因?yàn)橥搀w的不圓度、局部凹凸等缺陷會(huì)降低其臨界失穩(wěn)壓力。在檢驗(yàn)方面，外壓圓筒可能需要進(jìn)行更嚴(yán)格的外觀檢查和幾何尺寸測(cè)量。3.簡(jiǎn)述壓力容器安全附件的作用和常見(jiàn)類型。答：壓力容器安全附件的作用是保證壓力容器的安全運(yùn)行，防止容器因超壓、超溫、液位異常等情況而發(fā)生事故。常見(jiàn)的安全附件類型及其作用如下：（1）安全閥：當(dāng)容器內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟，泄放部分介質(zhì)，使容器內(nèi)壓力降低，防止容器超壓破壞。安全閥具有自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉的功能，當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，安全閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，保證容器繼續(xù)正常運(yùn)行。（2）爆破片：爆破片是一種一次性的超壓泄放裝置，當(dāng)容器內(nèi)壓力達(dá)到爆破片的爆破壓力時(shí)，爆破片破裂，迅速泄放壓力。爆破片適用于一些不允許介質(zhì)有微量泄漏的場(chǎng)合，或者在安全閥不適用的情況下使用。（3）壓力表：用于測(cè)量容器內(nèi)的壓力，操作人員可以通過(guò)壓力表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)容器的壓力變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。壓力表是壓力容器運(yùn)行過(guò)程中的重要監(jiān)測(cè)工具。（4）液位計(jì)：用于測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)的液位高度，保證容器內(nèi)的液位在安全范圍內(nèi)。對(duì)于儲(chǔ)存液體介質(zhì)的容器，液位過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致液體溢出，液位過(guò)低可能會(huì)使容器內(nèi)的設(shè)備干燒等情況，因此液位計(jì)對(duì)于保證容器的安全運(yùn)行至關(guān)重要。（5）溫度計(jì)：用于測(cè)量容器內(nèi)介質(zhì)的溫度，防止容器因超溫而導(dǎo)致材料性能下降、壓力升高或發(fā)生其他危險(xiǎn)情況。在一些對(duì)溫度敏感的工藝過(guò)程中，溫度計(jì)可以幫助操作人員控制工藝參數(shù)，保證容器的安全運(yùn)行。（6）緊急切斷閥：安裝在容器的進(jìn)出口管道上，當(dāng)發(fā)生緊急情況（如火災(zāi)、泄漏等）時(shí)，可以迅速切斷介質(zhì)的流動(dòng)，防止事故擴(kuò)大。緊急切斷閥通常與其他安全裝置（如安全閥、壓力表等）聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一臺(tái)內(nèi)壓圓筒形壓力容器，設(shè)計(jì)壓力p=2.0MPa，設(shè)計(jì)溫度t=200℃，圓筒內(nèi)徑$D_i$=1000mm，材料選用Q345R，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量$C_2$=2mm。試計(jì)算該圓筒的厚度。（Q345R在200℃時(shí)的許用應(yīng)力$[σ]^t$=170MPa）解：根據(jù)內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算公式$δ=\frac{pD_i}{2[σ]^tφ-p}$將$p=2.0MPa$，$D_i=1000mm$，$[σ]^t=170MPa$，$φ=0.85$代入公式可得：$δ=\frac{2.0×1000}{2×170×0.85-2.0}$$=\frac{2000}{289-2.0}$$=\frac{2000}{287}$$\approx6.97mm$考慮腐蝕裕量$C_2=2mm$，則名義厚度$δ_n$為：$δ_n=δ+C_2$$=6.97+2$$\approx9mm$由于鋼板的厚度規(guī)格通常為整數(shù)，所以最終選取名義厚度$δ_n=10mm$。2.有一外壓圓筒，外徑$D_o$=1200mm，厚度$δ$=10mm，長(zhǎng)度L=3000mm，材料為Q235B，設(shè)計(jì)外壓$p_o$=0.5MPa，設(shè)計(jì)溫度t=100℃。試判斷該外壓圓筒是否穩(wěn)定。（Q235B在100℃時(shí)的彈性模量E=2.