发布时间 : 星期日 文章压力容器设计制造200问答更新完毕开始阅读6dc42873bf23482fb4daa58da0116c175f0e1e17
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3-57 密封的基本条件是什么？什么叫密封比压？什么是垫片系数？何以要校核垫片宽度？
答：垫片强制密封有两个条件：即预密封条件和操作密封条件。预密封条件的意义是：法兰的密封面不管经过多么精密的加工，从微观来讲，其表面总是凹凸不平的，存在沟槽。这些沟槽可成为密封面的泄漏通道。因此必须利用较软的垫片在预紧螺栓力作用下，使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处，将沟槽填没，消除上述泄漏通道。为此在垫片单位有效密封面积上应有足够的压紧力。此单位面积上的压紧力，称为垫片的密封比压力（单位为MPa），用y表示。不同的垫片有不同的比压力。垫片材料愈硬，y愈高。操作密封条件的意义是：经预紧达到预密封条件的密封面，在内压作用下，由于压力的轴向作用，密封面会产生分离，使垫片与密封面间的压紧力减小，出现微缝隙，内压介质有可能通过缝隙产生泄漏。为保证其密封，必须使垫片与密封面间保持足够大的流体阻力，只有当其阻力能大于由介质内外压差引起的推动力时，垫片方能密封而不产生泄漏。由于垫片与密封面间的流体阻力与垫片压紧力成正比，为此在垫片与密封面间必须保持足够大的压紧力，以确保其缝隙足够的小而使流体阻力足够的大。使垫片与法兰密封面间保持足够大的阻力使密封面不发生泄漏时，施加于垫片单位有效密封面积上的压紧力与其内压力的比值，称为垫片的垫片系数，以m表示。不同的垫片有不同的m值，且m随垫片的硬度增大而增大。垫片在螺栓预紧时承受最大的压紧力，有可能被压缩成塑性变形而失去回弹能力，当法兰密封面在介质压力作用下产生分离时，垫片不能产生回弹去“贴紧”密封面，使其间不能保持足够的接触力（即垫片压紧力）而引起泄漏。因此，垫片在预紧时，既要压紧以使其单位有效密封面积上的压紧力不小于y值，又不能使其压紧力过大以防止被压成塑性变形。对平面密封的情况，为防止垫片被压成塑性变形应控制垫片预紧压紧力不大于4y。垫片在预紧时，如果单位有效密封面积上的压紧力小于y，会使“泄漏通道”不能消除，而达不到预密封要求；相反，当垫片预紧力过大（＞4y）时，由于垫片失去弹性，会使垫片在内压作用时产生泄漏。垫片计算中的垫片最小宽度的校核就是出于这一目的。但此校核允许以经验替代，即垫片的最小宽度可按经验确定（参考有关垫片标准决定）。当无经验时，建议对其进行校核，以确保密封的可靠性。
3-58 何谓垫片有效密封宽度？如何计算？
答：法兰在预紧前垫片能与法兰密封面接触上的宽度，称为垫片接触宽度，以N表示。当法兰螺栓预紧后，由于法兰环产生偏转，法兰密封面在靠近内径处会产生分离，使其与该部位的垫片脱离接触，故垫片只有在靠近外径处才能被压紧。此能被压紧的部分的宽度称为垫片基本密封宽度，以bo表示。不同密封面型式的垫片基本密封宽度的计算见GB150-1998中表9-1。然而垫片被压紧并不等于能起密封作用，只有被压得相应紧的垫片宽度才能起有效密封作用。垫片实际能起有效密封作用的宽度只有基本密封宽度的一部分，即更靠近垫片外径的部分，此真正能起密封作用的垫片的宽度，称为垫片有效密封宽度，以b表示，其值按以下规定计算：当bo ≤6.4mm时，b＝bo；当bo ＞6.4mm时，b＝2.53 。 3-59 垫片压紧力有几种？如何计算？
答：有两种： 1．预紧状态下需要的最小垫片压紧力： 2．操作状态下需要的最小垫片压紧力：
3-60 突面法兰、凹凸面法兰、榫槽面法兰的密封面各有什么优缺点？
答：突面法兰密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点。由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面，也不易
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压紧，密封性能较差。适用于压力不高的场合，一般使用在PN≤2.5MPa的压力下。凹凸面法兰密封面相配的两个法兰接合面一个是凸面、一个是凹面。安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封性能比突面密封面为好。榫槽面法兰密封面由一个榫面和一个槽面相配而成，密封面更窄。由于受槽面的阻档，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠。适用于易燃、易爆和有毒介质的场合。只是由于垫片很窄，更换时较为困难。 3-61 GB150-1998中法兰的应力校核有哪些？
答：需进行下列应力校核： 1．轴向应力对GB150-1998中图9-1(d)、(e)、（f）所示的整体法兰： 对按整体法兰计算的任意法兰及GB150-1998中图9-1(g)所示的整体法兰： 对GB150-1998中图9-1(c)所示的整体法兰及图9-1(b-1)、(b-2)所示的带颈松式法兰： 2．径向应力 3．环向应力 4．组合应力 ， 5．剪应力在预紧和操作两种状态下的剪应力应分别小于或等于翻边(或圆筒)材料在常温和设计温度下的许用应力的0.8倍。
3-62 卧式容器的双支座与多支座各有什么优缺点？
答：卧式容器的力学模型和梁相似。多支点梁由于支点间的间距小、各支点分摊的重量小，梁中的弯矩就小，应力也小。但要求各支点在同一水平上，这对于大型卧式容器较难做到。由于地基的不均匀沉降，使多支点的支反力不能均匀分配。双支座不存在支反力不能均匀分配的问题。但是跨间的弯矩大，支座截面上的弯矩也大，容器壁内的应力就大。
3-63 双支座卧式容器设计中对支座的位置及固定型式按什么原则确定？
答：根据均布载荷的外伸梁的力学分析可知，当外伸梁的长度A为梁的全长L的0.207倍时，跨间的最大弯矩与支座截面处的弯矩(绝对值)相等，若外伸加长，支座截面处的应力加大。因而，卧式容器通常要求A≤0.2L。此外，由于封头的刚性大于圆筒体的刚性，封头对于圆筒体有加强作用，若支座邻近封头，即A≤0.5Rm（Rm为圆筒平均半径），则可充分利用封头的加强效应。因此在满足A≤0.2L时，尚应尽量满足A≤0.5Rm。和立式容器一样，卧式容器的支座也应固定在基础上。但是，环境和物料温度的变化会使卧式容器的圆筒体产生伸缩，若因支座固定而不允许圆筒体伸缩，圆筒体内部将增加附加应力。因此卧式容器只允许一个支座固定，另一支座的地脚螺栓孔开成长圆孔，允许滑动。
3-64 设计塔式容器时应考虑那些载荷？其圆筒轴向应力有哪些？要对圆筒哪些组合应力进行校核？
答：1．设计时应考虑以下载荷： a.设计压力； b.液柱静压力； c.塔器自重（包括内件和填料等）以及正常操作条件下或试验状态下内装物料的重力载荷； d.附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷； e.风载荷和地震载荷。必要时，尚应考虑以下载荷的影响； f.连接管道和其他部件引起的作用力； g.由于热膨胀量不同而引起的作用力； h.压力和温度变化的影响； i.塔器在运输或吊装时承受的作用力。 2．圆筒轴向应力有： 1）由内压或外压引起的轴向应力 式中设计压力p取绝对值。 2）操作或非操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力 其中 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。 3）弯矩引起的轴向应力 3．要对圆筒下列组合应力进行校核： 1）圆筒最大组合压应力校核对内压塔器（在非操作工况下） 对外压塔器（在操作工况下） 2）圆筒最大组合拉应力校核对内压塔器（在操作工况下） 对外压塔器（在非操作工况下） 式中K为载荷组合系数，取K＝1.2。 3-65 等直径、等厚度塔容器的基本自振周期按什么公式计算？ 答：按下式计算：
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3-66 为什么要对塔器顶部挠度进行控制？
答：塔器高度与塔径之比较大，其筒体壁厚较薄，在风载荷作用下，会造成塔器顶部挠度过大，出现：(1)对板式塔而言，塔盘倾斜严重，气液传质不均匀，导致塔板效率下降，影响产品质量；(2)与塔体连接的接管因塔的摆动过大，连接处受到拉、压、弯、扭的综合作用，易出现泄漏，对易燃、易爆及有毒介质是十分危险的；(3)塔器顶部挠度过大，即意味着塔器在摆动过程中最大位移处离中心轴线的绝对距离较大，由此会产生较大的附加偏心弯矩，影响设备的使用寿命。为确保塔器的正常
操作和安全运行必须对塔的顶部挠度进行适当控制。
3-67压力容器在操作过程中有可能出现超压时应采取什么措施？ 答：可能出现超压的压力容器，应配备超压泄放装置。
3-68 GB150-1998附录B适用于哪几种超压泄放装置？不适用于什么样的压力容器？
答：适用于下列三种超压泄放装置： 1．安全阀； 2．爆破片装置； 3．安全阀与爆破片装置的组合装置。不适用于操作过程中可能产生压力剧增，反应速度达到爆轰时的压力容器。
3-69 试比较安全阀与爆破片装置各自的优缺点？
答：1．安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门，它依靠介质自身的压力排出一定数量的流体，以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值。当容器内的压力恢复正常后，阀门自行关闭，阻止介质继续排出。爆破片装置是一种非重闭式泄压装置，由进口静压使爆破片受压爆破而泄放介质，以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值。压力恢复正常后必须重新装上新的爆破片。 2．容器的设计压力是按不同的超压泄放装置分别确定的。当采用安全阀时，容器的设计压力是工作压力的1.1倍左右；对爆破片装置，容器的设计压力是工作压力的1.1～1.7倍。同样的工作压力下，采用安全阀的压力容器的设计压力较低，壁厚较薄。 3-70 什么情况下必须设置安全阀？
答：凡属下列情况之一的必须安装安全阀： 1.独立的压力系统（有切断阀与其它系统分开）。该系统指全气相、全液相或气相连通； 2.容器的压力物料来源处没有安全阀的场合； 3.设计压力小于压力来源处压力的容器及管道； 4.容积式泵和压缩机的出口管道； 5.由于不凝气的累积产生超压的容器； 6.加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在该阀上游应设置安全阀； 7.由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引起的超压部位； 8.液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位； 9.凝气透平机的蒸汽出口管道； 10.某些情况下，由于泵出口止回阀的泄露，则在泵的入口管道上设置安全阀； 11.其它应设置安全阀的地方。 3-71 在什么条件下必须采用爆破片装置？
答：符合下列条件之一者，必须采用爆破片装置： 1．压力快速增长； 2．对密封有更高要求； 3．容器内物料会导致安全阀失效； 4．安全阀不能适用的其他情况。 3-72 如何选择安全阀的型式？
答：安全阀的型式和种类较多，对不同的场合，宜按下列要求选用： 1.排放可压缩流体（如蒸汽和其它气体）时，选用全启式安全阀； 2.排放不可压缩流体（为水和油等液体）时，选用微启式或全启式安全阀（以选用微启式为宜）； 3.排放蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀； 4.设定压力大于3MPa，温度超过235℃的气体，选用带散热片的安全阀； 5.排放介质允许泄放至大气的，选用开式阀帽安全阀；不允许泄放至大气的，选用闭式阀帽安全阀； 6.排放有强腐蚀、有极度危害的介质，选用波纹管安全阀； 7.高背压的场合，选用背压平衡式安全阀或导阀控制式安全阀；
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8.在某些重要场合，有时要安装互为备用的两个安全阀，但要有安全联锁装置，以确保任何时候（包括检修期间）都能满足容器的安全泄放面积。 3-73 低温压力容器的结构设计应考虑什么问题？
答：钢材随着使用温度的降低，会由延性状态向脆性状态转变，其抗冲击性能降低。当有难以避免的缺陷时，在低于脆性转变温度下受力，会导致脆断。所以，低温压力容器除了对所用钢材提出较严格的抗冲击性能要求外，对容器的结构作出防止脆断的措施，需充分考虑以下问题： a.结构应尽量简单，减少约束； b.避免产生过大的温度梯度； c.应尽量避免结构形状的突然变化，以减小局部高应力；接管端部应打磨成圆角，使圆滑过渡； d.容器的支座或支腿需设置垫板，不得直接焊在壳体上。
3-74 进行100％射线或超声检测的低温压力容器焊接接头检验有什么特殊要求？进行局部射线或超声检测的低温压力容器，检查长度如何？
答：凡按规定进行100％射线或超声检测的低温压力容器，所有受压元件焊接接头均需做100％磁粉或渗透检测。受压元件与非受压件的连接焊接接头亦按此要求检查。进行局部射线或超声检测的低温压力容器，检查长度不得少于各条焊接接头长度的50%，且不少于250mm。
3-75 低温压力容器焊接有什么要求？
答：1．低温容器施焊前应按JB4708进行焊接工艺评定试验，包括焊缝和热影响区的低温夏比(V形缺口)冲击试验。冲击试验的取样方法和合格指标，按GB150-1998 C2.1中母材的要求确定。 2．当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊缝金属的冲击试验温度应低于或等于两侧母材中的较高者。低温冲击功按两侧母材抗拉强度的较低值符合GB150-1998表C2的要求。热影响区按相应母材要求确定。接头的拉伸和弯曲性能按两侧母材中的较低要求。 3．按照JB4708进行焊接工艺评定，由不同组别号的母材组成焊接接头时，其焊接接头的低温冲击试验需重新评定。 4．应严格控制焊接线能量。在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道施焊为宜。 5．焊接区域内，包括对接接头和角接接头的表面，不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷，不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡。
3-76 什么叫“低温低应力工况”？低温低应力工况的容器是否应按低温压力容器考虑？
答：“低温低应力工况”系指容器或其受压元件的设计温度虽然低于或等于-20℃，但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的六分之一，且不大于50MPa的工况。 “低温低应力工况”不适用于钢材标准抗拉强度下限值大于540MPa的低温容器。当容器壳体或其受压元件使用在“低温低应力工况”下，若其设计温度加50℃后，高于-20℃时，不必遵循低温压力容器的规定。
3-77 压力容器及其受压元件在什么情况下应进行热处理？
答：1.容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进行焊后热处理： 1）钢材厚度 符合以下条件者： a.碳素钢、07MnCrMoVR厚度大于32mm（如焊前预热100℃以上时，厚度大于38mm）； b.16MnR及16Mn厚度大于30mm（如焊前预热100℃以上时，厚度大于34mm）； c.15MnVR及15MnV厚度大于28mm（如焊前预热100℃以上时，厚度大于32mm）； d.任意厚度的15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mol和1Cr5Mo钢； e.对于钢材厚度 不同的焊接接头，上述厚度按薄者考虑；对于异种钢材相焊的焊接接头，按热处理严者确定。 2）图样注明有应力腐蚀的容器，如盛装液化石油气、液氨等的容器。 3）图样注明盛
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