压力容器安全工程学 修订补充版PDF电子书下载

目录 1

绪论 1

第一节　压力容器的应用及其安全问题 1

一、压力容器在工业生产中的应用 3

二、压力容器的安全问题 3

第二节　压力容器安全工程学研究的对象和任务 6

一、国外有关压力容器规范及安全监督机构简况 6

二、压力容器安全工程学研究的对象、任务和方法 7

第一篇　压力容器基础 8

第一章　压力容器概述 8

第一节　压力容器 8

一、压力 8

（一）力和力的单位 8

（二）压力 9

二、压力容器及其压力来源 10

（一）压力容器的界限 10

（二）压力容器的压力来源 11

第二节　压力容器的分类 12

一、固定式容器 13

（一）按压力分类 13

（二）按工艺用途分类 13

二、移动式容器 15

（一）气瓶 15

（二）气桶 16

（三）槽车 16

三、按安全的重要程度分类的压力容器 16

（一）球形容器 18

第三节　压力容器的结构型式 18

一、容器本体 18

（二）圆筒形容器 19

二、容器主要附件 23

（一）法兰联接结构 23

（二）容器的接管、开孔及其补强结构 27

（三）容器支座 31

三、高压容器本体和密封结构 33

（一）本体结构型式 34

（二）密封结构型式 40

四、气瓶 47

（一）结构特点 47

（二）各种气瓶的结构 47

一、有关应力和变形的基本概念 49

第二章　压力容器的应力 49

第一节　应力和变形 49

二、构件受拉伸或压缩时的应力和变形 50

三、构件受剪切时的应力和变形 52

四、构件弯曲时的应力和变形 53

第二节　受内压薄壁容器的应力分析 55

一、回转壳体应力分析理论——薄膜应力理论 55

（一）回转壳体及其受力分析 56

（二）微体静力平衡方程式 57

（三）区域平衡方程式 58

二、各种常用薄壁壳体的应力与变形 58

（一）球形壳体的薄膜应力 58

（二）圆筒形壳体的薄膜应力 59

（三）圆锥形壳体的薄膜应力 60

（四）椭球形壳体的薄膜应力 61

（五）碟形封头的应力 65

（六）各种薄壁壳体的变形 67

第三节　厚壁容器的应力分析 68

一、厚壁筒体的应力变形特点 68

二、厚壁圆筒的应力分析 69

（一）径向应力与周向应力 69

（二）轴向应力 72

三、常用厚壁壳体的应力 73

（一）仅受内压的厚壁圆筒 73

（二）厚壁球壳 75

（一）热套式筒体 76

四、多层圆筒的应力 76

（二）包扎焊接式筒体 79

第四节　平板应力 80

一、压力容器用平板及其特点 80

二、受轴对称载荷圆形薄板的弯曲变形 80

三、受轴对称均布载荷圆板的变形与应力 84

（一）均布载荷圆板弯曲的一般方程 84

（二）周边固定圆板 85

（三）周边简支圆板 87

四、受中心集中载荷圆板的变形与应力 90

（一）中心集中载荷圆板弯曲的一般方程 90

（二）周边固定圆板 90

（三）周边简支圆板 91

一、组合壳体的边界效应 92

（一）边界效应与不连续应力 92

第五节　容器的不连续应力 92

（二）容器中可能产生边界效应的常见结构 93

二、圆筒体弯曲时的内力与变形分析 93

（一）弹性基础梁的弯曲变形 94

（二）圆筒形壳体的弯曲变形 96

三、圆筒形壳体弯曲时产生的应力 101

（一）不连续应力及其求解方法 101

（二）圆筒体与半球形封头联接处附近的应力 102

（三）圆筒体与椭圆形封头联接处附近的应力 105

（四）圆筒体与平板封头联接处附近的应力 107

第六节　容器的温度应力 112

一、温度应力及其产生的原因 112

二、固定管板列管式换热器的温度应力 113

（一）圆筒在非均匀温度场中的应力分析 115

三、圆筒体存在径向温差时的温度应力 115

（二）厚壁圆筒的温度应力 118

（三）薄壁圆筒的温度应力 121

四、平板的温度应力 123

（一）平板受热变形及其约束情况 123

（二）平板在非均匀温度场中的应力 123

练习思考题 125

第二篇　压力容器安全技术 127

第三章　容器设计 127

第一节　材料选用 127

一、对材料性能的基本要求 127

（一）机械性能 127

（二）工艺性能 128

（一）碳素钢 129

二、一般中低压容器常用的材料及其使用范围 129

（三）耐蚀性 129

（二）普通低合金结构钢 131

三、特殊条件下使用的容器用钢 132

（一）低温容器用钢 132

（二）高温容器用钢 132

（三）抗氢腐蚀钢 133

（四）高强度钢 133

第二节　对结构的要求 134

一、对容器结构的基本要求 134

（一）结构不良引起的容器破裂事故 134

（二）原则要求 136

（一）形状与尺寸 137

（二）拼接与联接焊接 137

二、对封头结构的要求 137

三、对容器开孔及开孔结构的要求 138

（一）关于开设检查孔的要求 138

（二）开孔位置与尺寸的限制 138

第三节　容器强度设计 138

一、设计参数的确定 139

（一）设计压力和最高工作压力 139

（二）设计温度 139

（三）许用应力与安全系数 139

（四）焊缝系数 142

（五）壁厚附加量 142

二、受内压薄壁容器的壁厚设计与强度校核 143

（一）球形容器 143

（三）椭圆形封头 144

（二）圆筒形容器 144

（四）碟形封头 146

三、厚壁圆筒的强度计算 147

（一）厚壁容器的强度设计准则 147

（二）厚壁圆筒的各种强度设计公式 148

四、平板盖的强度计算 151

第四节　压力容器的应力分类与设计 155

一、压力容器的应力分类 155

（一）应力分类问题的提出 155

（二）应力的分类 155

二、压力容器设计中各类应力的限制 159

（一）极限设计与安定性概念 159

（二）各类应力的限制 162

一、开孔应力集中 163

第五节　容器的开孔与补强设计 163

（一）平板开孔周围的应力分布 164

（二）薄壁圆筒开孔的应力集中 165

（三）容器开孔接管处的应力集中 165

二、开孔补强设计 167

（一）允许不另行补强的最大开孔直径 167

（二）等面积补强设计 168

（三）其它补强设计准则简介 170

练习思考题 171

第四章　制造质量要求 172

第一节　缺陷及其影响 172

一、容器在制造过程中可能产生的缺陷 172

（一）焊接缺陷 172

（二）加工成形和组装的缺陷 174

（一）缺口的影响 175

二、制造缺陷对容器安全的影响 175

（二）几何形状不连续的影响 177

（三）残余应力的影响 179

第二节　工艺要求与允许偏差 180

一、加工成形与组装 180

（一）一般要求 180

（二）焊缝布置 180

（三）允许偏差 181

二、焊接 181

（一）焊工 181

三、焊后热处理 182

（一）目的 182

（三）焊缝表面质量要求 182

（四）焊缝返修 182

（二）焊接工艺 182

（二）必需进行热处理的容器 183

（三）热处理方法 183

（四）机械法消除残余应力 184

第三节　检查与验收 184

一、焊接试板试验 184

（一）焊接试板的制备 184

（二）试验项目及评定标准 185

二、焊缝无损探伤检查 185

（一）无损探伤检查方法的选用 185

（二）焊缝的局部探伤检查 185

（一）耐压试验 186

三、耐压试验和气密试验 186

（二）气密试验 187

四、容器铭牌和技术资料 187

（一）金属铭牌 187

（二）技术资料 187

练习思考题 187

第五章　容器的使用管理 188

第一节　管理 188

一、容器技术档案 188

（一）容器原始技术资料 188

（二）容器使用记录 188

二、技术管理制度 188

（一）容器的专责管理 188

一、容器的安全操作 189

（一）对操作容器的基本要求 189

（二）安全操作规程 189

第二节　操作与维护 189

（二）容器运行期间的检查 192

（三）容器的紧急停止运行 192

二、容器的维护与检修 192

（一）维护保养 192

（二）容器检验与修理中的安全注意事项 194

第六章　压力容器安全泄压装置 196

第一节　安全泄压装置与安全泄放量 196

一、安全泄压装置的作用及其设置原则 196

（一）压力容器超压的可能性 196

（二）安全泄压装置的作用 196

（三）熔化型安全泄压装置 197

（二）断裂型安全泄压装置 197

（四）组合型安全泄压装置 197

（三）安全泄压装置的设置原则 197

（一）阀型安全泄压装置 197

二、安全泄压装置的类型及其特点 197

三、压力容器的安全泄放量 198

（一）气体（蒸汽）贮罐的安全泄放量 198

（二）液化气体贮罐的安全泄放量 199

（三）蒸发、反应容器的安全泄放量 201

第二节　安全阀 201

一、安全阀的工作特性 201

（一）工作原理与基本要求 201

（二）动作过程 201

二、安全阀的分类及其结构 202

（一）安全阀的种类 202

（二）安全阀的封闭机构 204

三、安全阀的排量 206

（一）气体由喷口流出时的流速和流量 206

（二）安全阀排量的计算 209

四、安全阀的选用、安装与维护 214

（一）安全阀的选用 214

（二）安全阀的安装、调试和维护 216

第三节　爆破片 219

一、爆破片在压力容器中的应用 219

二、爆破片的型式与特点 220

（一）剪切破坏型爆破片 220

（二）弯曲破坏型爆破片 221

（三）普通拉伸破坏型爆破片 221

（四）型孔式拉伸破坏型爆破片 225

（五）失稳破坏型爆破片 228

三、爆破片的选用 229

四、爆破片质量要求 230

五、防爆帽 231

（一）结构特点 231

（二）防爆帽壁厚计算 232

（三）防爆帽制造 233

练习思考题　 233

第七章　压力容器的定期检验 234

第一节　基本要求 234

一、压力容器的定期检验及其目的 234

二、定期检验的分类及其项目和期限 235

（一）外部检查 235

（二）内外部检查 236

（三）全面检验 238

第二节　常见的缺陷及其检查 238

一、腐蚀 238

（一）产生的原因与重点检查部位 238

（二）检查与处理 240

二、裂纹 241

（一）压力容器中的裂纹 241

（二）裂纹的检查 242

（三）缺陷处理 243

三、变形 245

（一）容器的变形及其产生的原因 245

（二）检查与处理 245

（二）量具检查 246

四、检验方法 246

（一）直观检查 246

（三）无损探伤 247

第三节　耐压试验 249

一、目的与作用 250

二、试验用加压介质 251

三、试验温度与试验压力 253

（一）试验温度 253

（二）试验压力 253

四、试验程序与方法 254

（一）试验准备工作 254

五、残余变形的测定 255

（二）试压和检查 255

（一）直径变形测量 256

（二）电阻应变测量 256

（三）容积变形测定 258

六、试验结果的评定 258

练习思考题 258

第八章　对气瓶的安全要求 259

第一节　设计压力与气体充装量 259

一、气瓶的最高使用温度 259

二、压缩气体气瓶的设计压力与充装量 260

（一）设计压力 260

（二）充装量（充装压力） 260

（一）设计压力 261

（二）充装量（充装系数） 261

三、高压液化气体气瓶的设计压力与充装量 261

四、低压液化气体气瓶的设计压力与充装量 264

（一）设计压力 264

（二）充装量（充装系数） 265

五、充满液体的气瓶温度升高时瓶内压力的变化 267

第二节　使用管理 269

一、安全装置 269

（一）安全泄压装置 270

（二）其他安全装置 271

二、气体充装 271

（一）由于充装不当而引起的气瓶事故 271

（二）事故预防措施 272

（二）事故预防措施 273

三、使用和维护 273

（一）气瓶使用不当可能引起的事故 273

四、气瓶运输 274

第三节　高压气瓶的耐压试验 275

一、容积变形的测定及合格标准 275

（一）内测法 275

（二）外测法 281

（三）容积残变-全变比率合格标准的确定依据 282

二、以容积弹性变形作为主要评定指标的探讨 284

（一）以弹性变形作为评定指标的必要性 284

（二）气瓶耐压试验时容积弹性变形允许值的确定 285

练习思考题 285

一、金属材料的变形过程 287

第一节　延性破裂 287

（一）弹性变形 287

第九章　压力容器的破裂型式及其原因 287

第三篇　压力容器事故 287

（二）塑性变形 288

（三）断裂 288

（四）拉伸图 289

二、压力容器的变形和延性破裂 290

三、延性破裂的特征 291

四、延性破裂事故的预防 293

（一）延性破裂的基本条件 293

（二）常见的容器延性破裂事故 293

（三）延性破裂事故的预防 293

（一）英国大型合成氨塔的脆性破裂 294

一、容器脆性破裂事例 294

第二节　脆性破裂 294

（二）日本大型球形容器的脆性破裂 295

（三）国内某化肥厂水洗塔的爆炸 296

（四）国内某锅炉厂试制高压容器的脆性破裂 296

二、钢的冷脆性及其转变温度 296

（一）钢的冷脆性 296

（二）冷脆转变温度及其评定 296

三、断裂力学关于金属断裂的判据 298

（一）断裂力学对断裂现象的解释 298

（二）基于线弹性断裂力学的判据 298

（三）基于弹塑性断裂力学的判据 300

四、脆性破裂的特征 300

五、脆性破裂事故的预防 302

第三节　疲劳破裂 303

（一）疲劳曲线与疲劳极限 304

（二）金属疲劳断裂过程 304

一、金属疲劳现象 304

（三）金属疲劳断口 305

二、压力容器的疲劳破裂问题 306

（一）低周疲劳 306

（二）压力容器的疲劳破裂 308

三、疲劳破裂的特征 308

四、关于防止疲劳破裂的设计问题 310

（一）要作疲劳分析的容器 310

（二）疲劳设计的基本方法 310

第四节　腐蚀破裂 310

一、钢的腐蚀破坏形式 310

（三）晶间腐蚀 311

（一）均匀腐蚀 311

（二）点腐蚀 311

二、压力容器的腐蚀破裂及其特征 314

（三）热碱溶液对钢制容器的应力腐蚀 316

（四）一氧化碳等引起的气瓶腐蚀破裂 319

（五）高温高压的氢气对钢的腐蚀 320

（六）氯离子引起的不锈铜容器的应力腐蚀 322

三、防止压力容器腐蚀破裂的措施 322

第五节　蠕变破裂 323

一、金属的蠕变 323

二、压力容器的蠕变问题 324

第十章　容器破裂爆炸及其危害 326

一、压缩气体与水蒸汽的爆炸能量 326

二、液化气体与高温饱和水的爆炸能量 328

第三节　气体爆炸产生的冲击波 330

一、冲击波及其破坏作用 330

三、可燃气体器外二次爆炸及其爆炸能量 330

二、冲击波的超压 332

第三节　容器破裂爆炸引起的其它危害 335

一、碎片的破坏作用 335

二、有毒液化气体容器破裂时的毒害区 336

三、可燃液化气体容器破裂时的燃烧区 338

第十一章　事故调查分析 340

第一节　事故情况调查 340

一、事故现场的检查 340

二、事故过程的调查 341

一、材料成分和性能的检查 342

（一）化学成分检查 342

第二节　技术检验与鉴定 342

三、容器既往情况的调查 342

（二）机械性能测定 343

（三）金相检查 343

（四）工艺性能检查 343

二、断口分析 343

（一）断口的保护与处理 343

（二）断口的宏观分析 344

（三）断口的微观分析 344

三、破坏能量的推算 345

（一）抛出容器或其碎片需要的能量 345

（二）破坏周围建筑物需要的能量 346

（二）容器超压破裂 347

（一）容器在工作压力下破裂 347

一、爆炸性质及过程的判断 347

第三节　综合分析 347

（三）器内化学反应爆炸 348

（四）在工作压力下破裂后二次爆炸 348

（五）超压破裂后二次爆炸 348

二、破裂型式的鉴别 348

（一）延性破裂的鉴别 349

（二）脆性破裂的鉴别 349

（三）疲劳破裂的鉴别 349

（四）腐蚀破裂的鉴别 349

（五）蠕变破裂的鉴别 349

三、事故原因分析 349

一、目的与用途 351

第一节　事故树形分析的基本方法 351

第十二章　事故树形分析法在压力容器安全工程中的应用 351

二、事故树形图 352

三、最小割集 353

四、终端事件的发生概率 357

第二节　事故树形分析法在预防压力容器事故中的应用 359

一、确定终端事件 359

二、作出事故树和求出最小割集 359

三、发现薄弱环节和研究有效措施 362

第三节　事故树形分析法在容器爆炸事故调查分析中的应用 363

一、方法与特点 363

（一）方法程序 363

（二）特点 364

二、容器爆炸事故调查分析实例 364