2025年壓力管道設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)考核試題(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.根據(jù)《特種設(shè)備安全法》及相關(guān)法規(guī)，下列關(guān)于壓力管道設(shè)計(jì)文件鑒定的描述中，正確的是（）。A.所有GC類(lèi)壓力管道設(shè)計(jì)文件均需經(jīng)第三方鑒定機(jī)構(gòu)鑒定B.設(shè)計(jì)文件鑒定重點(diǎn)審查設(shè)計(jì)單位資質(zhì)，不涉及具體技術(shù)內(nèi)容C.鑒定結(jié)論為“符合”的設(shè)計(jì)文件方可用于制造、安裝D.設(shè)計(jì)文件鑒定由使用單位委托第三方機(jī)構(gòu)實(shí)施答案：C2.某輸送工業(yè)蒸汽的管道設(shè)計(jì)溫度為350℃，設(shè)計(jì)壓力為4.0MPa，介質(zhì)密度8.2kg/m3，根據(jù)GB/T20801《壓力管道規(guī)范》，該管道應(yīng)劃分為（）。A.GC1級(jí)B.GC2級(jí)C.GC3級(jí)D.工業(yè)管道非GC類(lèi)答案：B（注：GC2級(jí)適用范圍包括設(shè)計(jì)壓力≤10MPa且設(shè)計(jì)溫度≤400℃的蒸汽管道）3.壓力管道材料選用時(shí)，以下哪種情況需優(yōu)先考慮材料的高溫持久強(qiáng)度？（）A.輸送-196℃液氫的管道B.長(zhǎng)期運(yùn)行于500℃的過(guò)熱蒸汽管道C.輸送含H2S的濕天然氣管道D.設(shè)計(jì)溫度200℃的壓縮空氣管道答案：B（高溫環(huán)境下材料需考慮持久強(qiáng)度以避免蠕變失效）4.某管道采用φ325×8的20無(wú)縫鋼管（許用應(yīng)力[σ]=113MPa），設(shè)計(jì)內(nèi)壓p=2.5MPa，焊縫系數(shù)φ=0.8（局部射線(xiàn)檢測(cè)），腐蝕余量C=1.5mm。根據(jù)GB/T20801.3壁厚計(jì)算公式，計(jì)算壁厚δ為（）。A.3.2mmB.4.7mmC.5.2mmD.6.0mm答案：B（公式δ=（p×D0）/(2[σ]φ+p)+C，代入數(shù)據(jù)：(2.5×325)/(2×113×0.8+2.5)+1.5≈4.7mm）5.關(guān)于壓力管道一次應(yīng)力與二次應(yīng)力的區(qū)分，下列描述錯(cuò)誤的是（）。A.一次應(yīng)力由機(jī)械載荷（內(nèi)壓、外載）引起，無(wú)自限性B.二次應(yīng)力由熱脹冷縮、端點(diǎn)位移等變形受約束引起，具有自限性C.一次應(yīng)力需滿(mǎn)足強(qiáng)度條件（不超過(guò)許用應(yīng)力），二次應(yīng)力需滿(mǎn)足應(yīng)力范圍條件D.二次應(yīng)力超過(guò)材料屈服強(qiáng)度時(shí)，管道會(huì)立即發(fā)生塑性破壞答案：D（二次應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度時(shí)，通過(guò)局部塑性變形釋放應(yīng)力，不會(huì)立即破壞）6.某DN200的循環(huán)水管道（設(shè)計(jì)溫度80℃）需通過(guò)L型自然補(bǔ)償吸收熱膨脹，其臂長(zhǎng)L1=12m，L2=8m，線(xiàn)膨脹系數(shù)α=0.012mm/(m·℃)，溫差ΔT=50℃。根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50316），該自然補(bǔ)償器的最大允許熱膨脹量ΔL為（）。A.12mmB.18mmC.24mmD.30mm答案：B（自然補(bǔ)償器允許膨脹量ΔL≤0.1L√(L1×L2)，L=L1+L2=20m，計(jì)算得0.1×20×√(12×8)=0.1×20×√96≈0.1×20×9.8≈19.6mm，取18mm）7.下列關(guān)于壓力管道支吊架設(shè)置的要求中，錯(cuò)誤的是（）。A.滑動(dòng)支架應(yīng)設(shè)置在管道的垂直位移較小處B.固定支架應(yīng)能承受管道的熱膨脹推力、內(nèi)壓推力及風(fēng)載等C.導(dǎo)向支架應(yīng)限制管道徑向位移，允許軸向位移D.防振支架需設(shè)置在流體易產(chǎn)生振動(dòng)的管段（如泵出口、調(diào)節(jié)閥下游）答案：A（滑動(dòng)支架允許管道軸向位移，應(yīng)設(shè)置在垂直位移較大處，避免約束）8.對(duì)于輸送高度危害介質(zhì)（如苯）的GC1級(jí)管道，其閥門(mén)選擇應(yīng)優(yōu)先考慮（）。A.普通閘閥（無(wú)波紋管密封）B.波紋管密封截止閥C.蝶閥（橡膠密封）D.旋塞閥（填料密封）答案：B（高度危害介質(zhì)需嚴(yán)格密封，波紋管密封可減少外漏風(fēng)險(xiǎn)）9.壓力管道焊接接頭射線(xiàn)檢測(cè)比例中，下列符合GC1級(jí)管道要求的是（）。A.10%射線(xiàn)檢測(cè)（Ⅲ級(jí)合格）B.50%射線(xiàn)檢測(cè)（Ⅱ級(jí)合格）C.100%射線(xiàn)檢測(cè)（Ⅱ級(jí)合格）D.100%射線(xiàn)檢測(cè)（Ⅰ級(jí)合格）答案：C（GC1級(jí)管道射線(xiàn)檢測(cè)比例≥100%，合格等級(jí)不低于Ⅱ級(jí)）10.某管道設(shè)計(jì)使用年限為20年，年腐蝕速率0.1mm/a，若選擇腐蝕余量C=2.0mm，其實(shí)際允許的最大年腐蝕速率為（）。A.0.05mm/aB.0.1mm/aC.0.15mm/aD.0.2mm/a答案：B（C=年腐蝕速率×設(shè)計(jì)使用年限，故年腐蝕速率=2.0/20=0.1mm/a）二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.下列屬于《壓力管道安全技術(shù)規(guī)程》（TSGD0001）規(guī)定的管道設(shè)計(jì)文件必須包含的內(nèi)容有（）。A.管道特性表（介質(zhì)、參數(shù)、等級(jí)）B.應(yīng)力分析報(bào)告（含支吊架布置）C.材料代用單（若有）D.焊接工藝評(píng)定報(bào)告答案：AB（設(shè)計(jì)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、管道特性表、布置圖、應(yīng)力分析報(bào)告等；材料代用和焊接工藝評(píng)定屬于制造/安裝階段文件）2.高溫管道（≥400℃）材料選擇時(shí)，需重點(diǎn)考慮的性能有（）。A.常溫抗拉強(qiáng)度B.高溫持久強(qiáng)度C.高溫蠕變極限D(zhuǎn).抗氫脆性能答案：BC（高溫環(huán)境下材料需抵抗蠕變和長(zhǎng)期應(yīng)力下的斷裂，故需關(guān)注持久強(qiáng)度和蠕變極限）3.壓力管道應(yīng)力分析的主要目的包括（）。A.防止一次應(yīng)力超過(guò)材料許用強(qiáng)度導(dǎo)致塑性破壞B.防止二次應(yīng)力循環(huán)導(dǎo)致疲勞破壞C.控制管道對(duì)設(shè)備（如泵、壓縮機(jī)）的推力和力矩，避免設(shè)備損壞D.計(jì)算管道的固有頻率，防止流體誘導(dǎo)振動(dòng)答案：ABCD（應(yīng)力分析涵蓋強(qiáng)度、疲勞、設(shè)備受力及振動(dòng)控制）4.下列關(guān)于波紋補(bǔ)償器的選用要求中，正確的有（）。A.補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)置在管道的直線(xiàn)段，避免彎頭附近B.需計(jì)算補(bǔ)償器的疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)），滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用年限C.內(nèi)壓型補(bǔ)償器需考慮內(nèi)壓推力，需設(shè)置固定支架承受D.補(bǔ)償器的公稱(chēng)壓力應(yīng)≥管道設(shè)計(jì)壓力答案：BCD（補(bǔ)償器可設(shè)置在彎頭附近作為自然補(bǔ)償補(bǔ)充；其他選項(xiàng)均符合規(guī)范要求）5.輸送可燃介質(zhì)的壓力管道，其布置需滿(mǎn)足的安全要求包括（）。A.與明火設(shè)備的水平凈距≥5m（無(wú)防護(hù)措施時(shí)）B.穿樓板時(shí)需設(shè)置套管，套管與管道間用不燃材料封堵C.跨越道路時(shí)，管道底部距路面高度≥4.5mD.埋地管道與電纜交叉時(shí)，凈距≥0.5m（電纜在上，管道在下）答案：ABCD（均符合《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316相關(guān)規(guī)定）三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.壓力管道設(shè)計(jì)單位可將設(shè)計(jì)文件中的應(yīng)力分析部分分包給其他有資質(zhì)的單位完成。（）答案：√（允許分包，但需對(duì)整體設(shè)計(jì)質(zhì)量負(fù)責(zé)）2.輸送-40℃液化石油氣的管道應(yīng)選用16MnD低溫鋼。（）答案：×（液化石油氣主要成分為丙烷、丁烷，-40℃時(shí)需選用耐低溫材料，16MnD適用溫度≥-40℃，但需根據(jù)具體介質(zhì)腐蝕性調(diào)整）3.管道的計(jì)算壁厚是指滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的最小壁厚，不包含腐蝕余量。（）答案：×（計(jì)算壁厚包含強(qiáng)度計(jì)算值，腐蝕余量需額外增加）4.固定支架應(yīng)設(shè)置在管道的拐點(diǎn)處，以有效約束管道位移。（）答案：×（固定支架應(yīng)設(shè)置在直管段，拐點(diǎn)處通常設(shè)置導(dǎo)向或滑動(dòng)支架）5.對(duì)于無(wú)分支的長(zhǎng)輸管道，可僅在起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置固定支架。（）答案：×（長(zhǎng)輸管道需根據(jù)熱膨脹量設(shè)置中間固定支架，避免推力過(guò)大）6.安全閥的整定壓力應(yīng)小于管道設(shè)計(jì)壓力，且不大于工作壓力的1.1倍。（）答案：√（符合TSG21《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》相關(guān)要求）7.管道焊接接頭的超聲波檢測(cè)可替代射線(xiàn)檢測(cè)，但需增加檢測(cè)比例。（）答案：×（超聲波與射線(xiàn)檢測(cè)適用范圍不同，不可直接替代，需按規(guī)范要求選擇）8.壓力管道設(shè)計(jì)壽命由設(shè)計(jì)單位確定，通常不低于20年。（）答案：×（設(shè)計(jì)壽命需根據(jù)介質(zhì)腐蝕性、運(yùn)行條件等綜合確定，無(wú)強(qiáng)制20年要求）9.奧氏體不銹鋼管道與碳素鋼支架接觸時(shí)，需采取隔離措施（如橡膠墊）防止電偶腐蝕。（）答案：√（不同金屬接觸易形成電偶腐蝕，需用非金屬墊片隔離）10.管道柔性分析中，“柔性”指管道通過(guò)自身變形吸收熱膨脹的能力，柔性越大越不易產(chǎn)生高應(yīng)力。（）答案：√（柔性好的管道可通過(guò)變形釋放應(yīng)力，降低二次應(yīng)力水平）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述壓力管道設(shè)計(jì)中“材料相容性”的主要考慮因素。答案：材料相容性需考慮：①介質(zhì)與材料的耐腐蝕性（如H2S環(huán)境需選用抗硫鋼）；②不同材料之間的電偶腐蝕（如不銹鋼與碳鋼接觸需隔離）；③高溫下材料的冶金相容性（如異種鋼焊接的熱影響區(qū)性能）；④低溫下材料的韌性匹配（避免脆性斷裂）；⑤材料與密封件的化學(xué)相容性（如橡膠密封件與油類(lèi)介質(zhì)的溶脹）。2.說(shuō)明壓力管道一次應(yīng)力與二次應(yīng)力的失效模式及設(shè)計(jì)控制原則。答案：一次應(yīng)力由機(jī)械載荷（內(nèi)壓、外載）引起，無(wú)自限性，失效模式為塑性變形或斷裂，設(shè)計(jì)控制原則為一次應(yīng)力≤材料許用應(yīng)力；二次應(yīng)力由熱脹冷縮、端點(diǎn)位移等變形受約束引起，具有自限性，失效模式為疲勞破壞（循環(huán)應(yīng)力），設(shè)計(jì)控制原則為二次應(yīng)力范圍≤許用應(yīng)力范圍（通常取1.6[σ]或1.25([σ]1+[σ]2)）。3.列舉3種常見(jiàn)的管道熱補(bǔ)償方式，并說(shuō)明其適用場(chǎng)景。答案：①自然補(bǔ)償：利用管道自身的彎頭、L型或Z型彎吸收膨脹，適用于小口徑、短管段（膨脹量≤30mm）；②波紋補(bǔ)償器：通過(guò)波紋管伸縮補(bǔ)償，適用于大膨脹量、直管段（需設(shè)置固定支架承受內(nèi)壓推力）；③方形補(bǔ)償器：由4個(gè)彎頭組成“門(mén)”型結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償量大（可達(dá)200mm），適用于高溫、高壓管道（如蒸汽主管道）；④套筒補(bǔ)償器：通過(guò)內(nèi)外套筒滑動(dòng)補(bǔ)償，適用于低壓力、大口徑（如循環(huán)水管道）。4.壓力管道設(shè)計(jì)中，如何防止流體誘導(dǎo)振動(dòng)（FIV）？答案：防止措施包括：①避免管道固有頻率與流體激振頻率（如閥門(mén)/彎頭處的卡門(mén)渦街頻率）重合（需計(jì)算斯特勞哈爾數(shù)）；②縮短振動(dòng)管段的跨度（增加支架），提高固有頻率；③減少高速流體（＞30m/s）的突然變徑（如采用漸縮管）；④在調(diào)節(jié)閥下游設(shè)置緩沖管或孔板消能；⑤對(duì)易振動(dòng)管段（如泵出口）采用防振支架（剛性支架或阻尼器）；⑥控制兩相流（氣液、氣固）的流速，避免分層流或段塞流。五、綜合題（共35分）某化工廠需設(shè)計(jì)一條輸送300℃導(dǎo)熱油的管道（介質(zhì)密度850kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度25mm2/s），設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，管道規(guī)格為φ219×6（20鋼，[σ]=108MPa，線(xiàn)膨脹系數(shù)α=0.012mm/(m·℃)），設(shè)計(jì)溫度與安裝溫度差ΔT=280℃，管道走向?yàn)樗街惫芏危ㄩL(zhǎng)度L=60m），兩端連接泵和換熱器（設(shè)備允許推力≤10kN）。問(wèn)題1：計(jì)算管道的熱膨脹量ΔL（4分）。答案：ΔL=α×L×ΔT=0.012×60×280=201.6mm。問(wèn)題2：若采用自然補(bǔ)償無(wú)法滿(mǎn)足膨脹量要求，需選用波紋補(bǔ)償器。已知補(bǔ)償器的單波補(bǔ)償量為20mm，疲勞壽命1000次（設(shè)計(jì)使用年限15年，年操作300天，每天1次開(kāi)停車(chē)），計(jì)算至少需要多少波數(shù)（5分）。答案：年循環(huán)次數(shù)=300次，15年總循環(huán)次數(shù)=4500次。補(bǔ)償器疲勞壽命需≥4500次，查樣本知，單波補(bǔ)償量20mm時(shí)，疲勞壽命4500次對(duì)應(yīng)的許用補(bǔ)償量為單波補(bǔ)償量的80%（16mm）?？傂柩a(bǔ)償量201.6mm，波數(shù)n=201.6/16≈12.6，取13波。問(wèn)題3：計(jì)算該管道的內(nèi)壓推力F（忽略摩擦力，補(bǔ)償器為內(nèi)壓型）（6分）。答案：內(nèi)壓推力F=p×A，A=π×(D/2)2，D=219-2×6=207mm=0.207m，A=π×(0.207/2)2≈0.0336m2，F(xiàn)=1.6×10^6Pa×0.0336m2≈53760N=53.76kN。問(wèn)題4：分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)中管道對(duì)設(shè)備的推力是否滿(mǎn)足要求（設(shè)備允許推力≤10kN），若不滿(mǎn)足需采取何種措施（10分）。答案：內(nèi)壓推力53.76kN＞10kN，不滿(mǎn)足設(shè)備允許推力要求。改進(jìn)措施：①采用外壓型波紋補(bǔ)償器（內(nèi)壓推力由補(bǔ)償器自身平衡，僅需考慮摩擦力）；②在管道中間增設(shè)固定支架，將管道分為兩段（每段30m），每段熱膨脹量=0.012×30×280=100.8mm，選用6波補(bǔ)償器（單波16mm×6=96mm，接近100.8mm），每段內(nèi)壓推力=1.6×10^6×π×(0.207/2)2≈26.88kN，仍大于10kN；③改用方形補(bǔ)償器（無(wú)內(nèi)壓推力，僅需考慮摩擦力），方形補(bǔ)償器的水平臂長(zhǎng)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），計(jì)算得B≈2.5m，設(shè)置方形補(bǔ)償器后推力主要為摩擦力（F=μ×G，μ=0.3，G=管道自重+介質(zhì)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(xiàn)=0.3×3597.6×9.8≈10.6kN，接近設(shè)備允許值，可接受。問(wèn)題5：該管道需設(shè)置哪些安全附件？說(shuō)明其作用（10分）。