2011年4月4日压力容器设计审批人员考核 答疑.doc

2011年压力容器设计审批人员考核答疑第一部分一、理论考试要求：1应熟悉压力容器设计相关的基本基础知识，包括容器介质、材料、结构、力学基础、设计计算方法、热处理、腐蚀、焊接、无损检测等；CAD制图及相关计算（本次不考）。2应熟练掌握压力容器安全监察法规、规定及有关文件：3应熟练掌握压力容器设计相关的标准、规范并及时掌握压力容器行业相关的标准信息。4能够正确解决压力容器设计、制造中常见的实际工程问题；二、闭卷考核范围：1、特种设备安全监察条例基础知识2、压力容器基础知识：介质特性、金属学和压力容器材料上述两部分是第一天和第二天的课程。3、固定式压力容器安全技术监察规程基础知识（总则）4、GB150基础知识（1-3章）5、压力容器压力管道设计许可规则第二部分 答疑一、特种设备安全监察条例内容1、特种设备的定义：指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆。2、压力容器定义：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，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。3、行政法规：行政法规是指国家最高行政机关国务院，依据宪法和法律制定的规范性文件的总称，它包括由国务院制定和发布的以及由国务院各主管部门制定，经国务院批准发布的规范性文件。条例属于行政法规，根据中华人民共和国行政许可法规定，条例作为行政法规，可设定行政许可3.1行政许可：行政许可是指行政机关根据公民、法人或者其他组织的申请，经依法审查，准予其从事特定活动的行为。行政许可的四个特征分别为：它是行政机关的管理性行政行为；它是对社会实施的外部管理行为；它是依申请产生的行为；它是准予相对人从事特定活动的行为。根据中华人民共和国行政处罚法规定，条例作为行政法规，可设定行政处罚行政处罚法第十条 行政法规可以设定除限制人身自由以外的行政处罚。法律对违法行为已经作出行政处罚规定，行政法规需要作出具体规定的，必须在法律规定的给予行政处罚的行为、种类和幅度的范围内规定。3.2行政处罚：行政处罚是指行政机关或其他行政主体依法定职权和程序对违法行政法规尚未构成犯罪的相对人给予行政制裁的具体行政行为。包括：人身罚（行政拘留和劳动教养）、行为罚（责令停产、停业，暂扣或者吊销许可证和营业执照）、财产罚行政处罚法规定，行政处罚的种类有: （一）警告； （二）罚款； （三）没收违法所得、没收非法财物； （四）责令停产停业； （五）暂扣或者吊销许可证、暂扣或者吊销执照； （六）行政拘留； （七）法律、行政法规规定的其他行政处罚。4、行政规章：行政规章是指国务院有关部、委及国务院授权的直属机构和省、自治区、直辖市人民政府以及省、自治区人民政府所在地的市或经国务院批准的较大城市的人民政府，依照宪法、法律和行政法规制定的具有普遍约束力的规范性文件。行政规章设定行政处罚5、条例从制度上、体制上、措施上防止事故的发生。明确以下规定 明确特种设备生产（含设计、制造、安装、改造、维修，下同）、使用单位的主要负责人对本单位特种设备安全全面负责；生产、使用单位应当建立健全特种设备安全管理制度和岗位安全责任制度；生产、使用在特种设备安全方面的义务和法律责任。规定有关特种设备生产、使用、检验检测过程中各类违法行为的处罚规定和行政强制措施。 对特种设备安全监督管理部门和工作人员明确法律责任和监督、约束机制。各级特种设备安全监督管理部门必须依法对特种设备安全实施严格的监督管理； 对涉及特种设备安全的事项，以预防为主，事先严格控制，强化政府监管和行政许可措施；统一进口特种设备和国内特种设备的安全监察制度，实行统一立法、统一监管；发挥全社会的力量，综合治理、严格监督等，都是为了有效地遏制事故，防止和减少发生各类特种设备事故所确定的具体法律制度。6、特种设备安全监察安全监察是负责特种设备安全的政府行政机关为实现安全目的而从事的决策、组织、管理、控制和监督检查等活动的总和。安全监察活动，是为了公众安全，从国家整体利益出发，以政府的名义并利用行政权力进行的，不受部门或行业的限制，行为比较超脱、客观。7、特种设备的安全监察确立行政许可和监督检查两大安全监察制度特种设备行政许可制度包括： 特种设备的生产必须获得特种设备安全监督管理部门许可（设计、制造、安装、改造、维修、充装）。 特种设备使用必须通过特种设备安全监督管理部门许可（登记核准、作业人员考核发证）。 特种设备检验检测必须通过特种设备安全监督管理部门许可（检验检测机构核准、检验检测人员考核发证）监督检查安全监察制度包括： 强制检验制度。特种设备制造过程、安装、改造、重大维修过程必须经核准的检验检测机构实施监督检验；使用中的特种设备必须经核准的检验检测机构进行定期检验；新研制的特种设备必须经核准的检验检测机构进行型式试验。 执法检查制度。特种设备安全监察人员和行政执法人员有权开展现场检查，责令消除事故隐患，对违法行为予以查处。并且规定了重点检查场所。 事故处理制度。特种设备发生事故，事故单位应当向特种设备安全监督管理部门等有关部门报告，事故处理按照国家有关规定进行。 监察责任追究制度。行使特种设备安全监督管理职权的部门、检验检测机构及其工作人员，应当依法履行职责，严格依法行政，对违反规定滥用职权、徇私舞弊的，依法追究特种设备安全监督管理部门、检验检测机构及其工作人员的法律责任。 安全状况公告制度。国家和省级质监部门公布特种设备状况和安全情况二、压力容器基础知识（一）介质基础知识：1、状态参数（1）温 度：定义：宏观上，温度是物体冷热程度的量度，微观上，温度是物体分子的不规则热运动温烈程度的反映。温度愈高，物体分子的不规则热运动愈激烈。 反之则下降，当温度达到绝对零度时，分子热运动则完全停止。温度的度量：温度的量度实质上是温差的量度。国际上规定的温度分度方法称为温标，是为了量度物体温度的高低而对温度零点和分度方法所作的规定，也就是温度的单位制。摄氏温标 C 和热力学温标T关系T C 273.15 （2） 压力： 垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力。 压力单位国际单位：“牛顿”，简称“牛”，符号“N ” 压强： 国际单位：“帕斯卡”，简称“帕”，符号“Pa ” 换算： 1帕（Pa）=1N/m2 1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千牛/厘米2(kN/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(at m) 介质压力：绝对压力、表压力与负压力当容器内介质的压力等于大气压力时，压力表的指针指在零位。当容器内介质的压力大于大气压力时，压力表的指针有读数。此时压力表的读数就是容器内介质压力超出大气压力的部分，即表压力，简称表压。当容器内介质的压力低于外界大气压力时，称为负压力或真空，简称负压。 只有当表压力是负数时，绝对压力才有可能小于大气压力，而出现负压。通常所说的容器压力或介质压力均指表压力而言。容器内介质的实际压力称为绝对压力， （3）介质态变与相变任何物质在不同外界条件（温度、压力）下，都可以气态、液态或者固态存在。外界条件变化时，物质分子间的作用力大小和分子运动的剧烈程度也会变化。当外界条件变化到一定程度时，量变引起质变，物质的分子就会重新排列，它的状态也就会随着发生转变。物质的状态的变化叫态变，态变是物理变化，其过程不能有化学变化。物质在一个有限的、闭合的系统里（例如容器内）发生的态变在热力学中叫做相变。相变能够表示出各相（气、液、固）之间量的差异。在工程学科中，常把态变与相变看作同一概念，习惯上都称相变。饱和状态在密闭的容器由于逸出液面的气体分子无法逃出容器，只能聚留在液面上方的气相空间里，这些气体分子在其自由运动中碰撞到液面时会发生凝结，返回液体里去。其返回的分子数随液面上方气相空间的蒸气密度的增大而增多，随着蒸气密度的不断增大，液体的蒸发速度逐渐减慢。当逸出液面的分子数与返回液体的分子数相等时，就达到了动态平衡，从宏观上讲，液体就不再蒸发，气、液两相就处于相对稳定的共存状态。这种状态称为饱和状态。其液体叫饱和液体，其密度叫饱和液体密度；饱和液体面上的蒸气叫饱和蒸气,其密度叫蒸气密度，其压力叫饱和蒸气压对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化，相应的饱和压力也越高。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“温度饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的温度饱和温度与饱和压力的关系。液化气体容器、气瓶即属这种情况（4）介质临界温度、压力临界温度: 1)定义或解释 物质处于临界状态时的温度。物质以液态形式出现的最高温度。 (2)说明 每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化；首先要设法达到它自身的临界温度。有些物质如氨、二氧化碳等，它们的临界温度高于或接近室温，对这样的物质在常温下很容易压缩成液体。有些物质如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低，其中氦气的临界温度为一268。C。要使这些气体液化，必须相应的要有一定的低温技术，以使能达到它们各自的临界温度，然后再用增大压强的方法使它液化。（临界温度）只有当气体温度降低到某一温度以下时，才能使之液化，这个特定的温度成为该气体的临界温度。临界压力物质处于临界状态时的压力（压强）。就是在临界温度时使气体液化所需要的最小压力。也就是液体在临界温度时的饱和蒸气压。2、介质的燃烧性燃烧的定义燃烧的定义：物质剧烈氧化而发光、发热的现象。燃烧是一种放热常伴随发光的化学反应，是化学能转变成热能的过程燃烧条件：燃烧的发生必须同时具备三个条件：可燃物。凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物。如汽油、液化石油气，木材等助燃物。凡是能帮助和支持燃烧的物质，均称为助燃物。如空气中的氧，氯、高锰酸钾等。着火源：凡是能引起可燃物质发生燃烧的热能源，均称作着火源。如明火、摩擦，撞击、高温表面，自然发热、化学能、电火花、聚集的日光和射线等。 爆炸极限：可燃气体、可燃液体的蒸气或可燃粉尘和空气混合达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。这个遇到火源能够发生爆炸的浓度范围，称为爆炸极限。通常用可燃气体在空气中的体积百分比()来表示。可燃粉尘则以毫克升表示。易爆介质（固容规定义）：气体或液体蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，且其爆炸下限小于10，或爆炸上限与下限的差值大于或者等于20的介质。爆炸极限可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。例如一氧化碳与空气混合的爆炸极限为12.580。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时不爆炸也不着火；在高于爆炸上限不会发生爆炸，但会着火。这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。爆炸极限与可燃物的危害可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时，其爆炸危险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多；爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件；爆炸上限越高则有少量空气渗入容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。应当指出，可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时，虽然不会着火和爆炸，但当它从容器或管道里逸出，重新接触空气时却能燃烧，仍有发生着火的危险。压力容器介质爆炸极限数据表见HG 20660-2000 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类附表2 爆炸危险介质数据表3、介质毒性毒物侵入人体后与人体组织发生化学或物理化学作用，并在一定条件下，破坏人体的正常生理功能或引起某些器官或系统发生暂时性或永久性病变的现象，叫做中毒。按HG 20660压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类的规定分为：极度危害：最高容许浓度0.1/m3高度危害：最高容许浓度0.11.0/m3中度危害：最高容许浓度1.010/m3轻度危害：最高容许浓度10/m3工业有毒物质的危害程度按照职业性接触毒物危害程度分级GB 50441985)分极度危害(级)、高度危害(级)、中度危害(级)和轻度危害(级)。常说的剧毒流体，即相当于极度危害物质。4、介质腐蚀性腐蚀性介质是指能灼伤人体组织并对容器材料造成损坏的损害的介质腐蚀的定义由于材料与环境反应而引起的材料的破坏或变质.定义：压力容器与环境的反应而引起的材料的破坏或变质，称为压力容器的腐蚀。压力容器腐蚀的分类1、按机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀2、按是否存在液体：湿腐蚀（绝大部分腐蚀）、干腐蚀3、按腐蚀的形态分：均匀腐蚀、局部腐蚀局部腐蚀分为：1、应力腐蚀；2、点腐蚀；3、缝隙腐蚀；4、晶间腐蚀；5、选择性腐蚀；6、电偶腐蚀；7、氢致开裂；8、腐蚀疲劳；9、磨耗腐蚀；10、微生物腐蚀压力容器均匀腐蚀的形态均匀腐蚀也称全面腐蚀、普遍腐蚀。特征：在压力容器全部暴露表面或大部分面积上发生化学或电化学反应而均匀地进行腐蚀。后果：导致压力容器壳壁和封头变薄，最后强度不足而报废。均匀腐蚀是腐蚀中最安全的一种腐蚀形态。腐蚀速率可以通过测量剩余壁厚测出，因而在设计时可以考虑腐蚀裕度，从而保证不会在有效设计周期内整体壁厚不足而引起失效。应力腐蚀（二）金属材料基础知识金属的力学性能 所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。 金属的工艺性能 工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊接性和切削加工性能等。 1、强度、塑性、硬度（1） 强度 强度是指金属材料在静荷（外力）作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。屈服点（s） 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。抗拉强度（b） 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。（2）塑性变形和弹性变形塑性变形金属零件在外力作用下产生不可恢复的永久变形弹性变形受力物体的全部变形中在除去应力后能迅速回复的那部分变形。弹性变形的重要特征是其可逆性,即受力作用后产生变形,卸除载荷后,变形消失。这反映了弹性变形决定于原子间结合力这一本质现象。拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长，直至断裂。根据测得的数据，即可求出有关的抗拉强度、屈服强度、伸长率和面收缩率等力学性能。塑性: 断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。塑性指标也是由拉伸试验测得的。常用金属材料拉伸时最大的相对塑性变形（伸长率和断面收缩率）来表示。 伸长率（s） 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 （3）硬度:硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或痕的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 布氏硬度（HB） 以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 洛氏硬度（HR） 当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： （4）韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。表征金属材料在断裂前塑性变形和裂纹扩展时吸收能量的能力，是金属材料强度和塑性的综合性能指标。韧性就是反映材料对缺口或微观缺陷敏感程度的一种性质。表征材料韧性的主要参量有冲击吸收功、冲击韧性、脆性转变温度和无塑性转变温度以及断裂韧性等。 2、应力一次应力二次应力园、板应力3、钢的热处理与金相共析钢、亚共析钢、过共析钢 （1）共析钢 碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到铁中的固溶体叫铁素体，溶解到铁中的固溶体叫奥氏体。铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。 从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。 珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号P表示，含碳量为c0.77。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体.（2）亚共析钢 常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。 （3）过共析钢 工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。这类钢统称为过共析钢。钢的热处理热处理定义：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 热处理三大工艺参数：热处理基本工艺曲线保温时间加热温度时间冷却临界点加热温度 保温时间 冷却速度 。 u PSK：共析线 PSK线又称A1线 。 铁碳合金 在727(PSK线)发生共析反应，冷却时反应结果生成共析体，它为铁素体与渗碳体的两相机械混合物，称为珠光体。共析转变温度称为A1温度。GS线,奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线,称A3温度。ES线,碳在奥氏体中的溶解限度线,称Acm温度。实际加热时钢铁的临界点往往高于Fe-Fe3C平衡图上的临界点,冷却时则低于平衡图的临界点。习惯上以A表示平衡图上的临界点,以法文加热的首字母c及冷却的首字母r分别标志加热和冷却，Ac表示加热时的临界点,Ar表示冷却时的临界点。有关钢的热处理的名词 1.钢的低温退火 （去应力退火），低温退火是在低于Ac1点进行的，钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却。退火的目的，是为了减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性。 2.钢的正火 正火是将钢加热到Ac3（奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线）30-50或更高温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。 4、化学成份C 、 Mn 、Si 、S 、 P 作用与特性硫