压力容器设计工程师培训教程PDF电子书下载

第1章　压力容器概念 1

1.1　压力容器的划定范围 1

1.1.1 受压元件 1

1.1.2　非受压元件 1

1.1.3　划定范围 2

1.2　GB 150的适用范围 2

1.2.1　GB 150适用范围 2

1.2.2　GB 150容器 2

1.2.3　GB 150不适用的各类容器 3

1.3　《压力容器安全技术监察规程》的管辖范围 3

1.3.1　容规容器 3

1.3.2　《容规》的管辖范围 3

1.3.3　《容规》不适用的各类容器 4

1.3.4　《容规》与GB 150的适用情况比较 4

1.4　压力容器的分类 5

1.4.1 根据生产装置中（化工）工艺单元过程分类 5

1.4.2　根据生产过程中的作用原理分类 5

1.4.3　根据压力等级分类 6

1.4.4　根据温度分类 6

1.4.5　根据《容规》分类 6

1.4.6　根据“压力容器压力管道设计许可证”分类 7

1.4.7　根据“压力容器制造许可证”分类 8

1.4.8　压力容器的其他分类方法 8

1.5　压力容器的工作条件及特点 8

1.5.1　温度条件 8

1.5.2 压力条件 9

1.5.3　介质腐蚀条件 9

1.5.4　介质的危害性 9

1.5.5　其他载荷条件 10

1.5.6　装置的大型化 10

1.5.7　结构多样性 11

1.5.8　主要结构组成 11

1.6　对压力容器的基本要求 11

1.6.1　满足使用要求 11

1.6.2　安全可靠性 11

1.6.3　合理的经济成本 12

第2章　压力容器设计工作 12

2.1　设计工作的性质和责任 13

2.2　压力容器设计单位和各级设计人员 14

2.2.1　设计单位基本条件 14

2.2.2　不能申请设计资格的单位 14

2.2.3　各级设计人员基本条件 15

2.2.4　各级设计人员的岗位职责 15

2.3　设计任务书 17

2.3.1　容器标识 17

2.3.2　结构形状 17

2.3.3　物料介质的性质 17

2.3.4　管口表及其示意图（包括其他开孔和封闭件） 17

2.3.5　操作条件 17

2.3.6　设计条件 18

2.3.7　容器设计寿命 18

2.3.8　主要受压元件的材料 18

2.3.9　载荷条件 18

2.3.10　其他附加说明和要求 18

2.4　设计文件 18

2.4.1 规格书（设计任务书） 19

2.4.2　计算书 19

2.4.3 图样 19

2.4.4　说明书 20

2.4.5 图面技术要求 20

2.4.6 图面其他内容 21

2.5　法规、标准、工程规定 22

2.5.1　法规 22

2.5.2　技术标准——国家标准、行业标准 22

2.5.3　技术标准——企业标准 23

2.5.4　项目设计规定 24

2.5.5　压力容器设计任务书 24

2.6　压力容器图样设计工作流程 24

2.7　压力容器设计管理制度 25

2.8　正确使用法规、标准规范 26

2.8.1 法规与标准规范的关系 26

2.8.2　正确使用标准规范 26

第3章　压力容器法规和标准 26

3.1　压力容器的安全监察 28

3.1.1 我国压力容器的基本状况 28

3.1.2　我国压力容器安全监察体制 28

3.1.3　工业发达国家压力容器制度 30

3.2　现行压力容器安全监察法规、规范介绍 30

3.2.1　《特种设备安全监察条例》 30

3.2.2　《锅炉压力容器制造监督管理办法》（国家质量监督检验检疫总局第22号令） 31

3.2.3　《锅炉压力容器制造许可条件》 33

3.2.4　《锅炉压力容器制造许可工作程序》 34

3.2.5　《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 34

3.2.6　《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》 35

3.2.7　《压力容器安全技术监察规程》 35

3.2.8　《超高压容器安全监察规程》（试行） 36

3.2.9　《医用氧舱安全管理规定》 36

3.2.10　《气瓶安全监察规定》 36

3.2.11　《气瓶安全监察规程》 36

3.2.12　《溶解乙炔气瓶安全监察规程》 37

3.2.13　《液化气体汽车罐车安全监察规程》 37

3.3　压力容器建造标准规范 37

3.3.1　压力容器建造标准的基本内容 38

3.3.2　压力容器标准化体系 39

3.3.3　加入WTO对我国标准化工作的影响 40

3.4　压力容器国内外标准简介 40

3.4.1　各国主要压力容器标准的性质和地位 40

3.4.2　世界各国压力容器分类的原则 41

3.4.3　各国主要标准的压力适用范围 41

3.5　我国压力容器标准化工作现状 42

3.6　我国主要压力容器建造标准简介 44

第4章　压力容器设计基础 44

4.1　压力容器的失效模式 47

4.2　GB 150—1998《钢制压力容器》的适用范围 47

4.2.1 适用范围 48

4.2.2　不适用范围 48

4.3　超出标准规定范围的设计问题 48

4.4　设计载荷条件 49

4.4.1 设计时应该考虑的载荷 49

4.4.2　载荷的组合原则 49

4.5　压力容器设计寿命 49

4.6　压力 50

4.6.1　基本概念 50

4.6.2　工作压力 51

4.6.3　设计压力 51

4.6.4　计算压力 51

4.6.5　试验压力 51

4.6.6　最大允许工作压力 51

4.6.7　安全泄放装置的动作压力 52

4.7　温度 52

4.7.1 金属温度 52

4.7.2　工作温度 53

4.7.3　设计温度 53

4.7.4　试验温度 53

4.8　厚度 53

4.8.1 计算厚度 53

4.8.2　设计厚度 53

4.8.3　名义厚度 53

4.8.4　有效厚度 53

4.8.5　钢材厚度 53

4.8.6　最小成形厚度 54

4.8.7 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度 54

4.9　厚度附加量 54

4.9.1 腐蚀裕量 55

4.9.2　钢材厚度负偏差 55

4.9.3　加工裕量 55

4.10　许用应力 56

4.10.1　确定许用应力的系数 56

4.10.2　许用应力的规定 56

4.11　焊接接头系数 57

4.11.1　焊接接头系数的基本规定 57

4.11.2　焊接接头系数选取的基本要求 57

4.12　压力试验 58

4.12.1　耐压试验 58

4.12.2　气密性试验 60

4.13　耐压试验免除问题 60

4.14　材料代用问题 60

第5章　材料基础知识 62

5.1　钢材生产基本知识 62

5.1.1 炼钢炉 62

5.1.2　炉外精炼 62

5.1.3　脱氧工艺 63

5.1.4　几个基本术语 64

5.1.5　钢材分类 64

5.1.6　钢材的热处理 65

5.2　钢材的常用合金元素及其主要作用 66

5.3　钢材的物理性能及其试验方法 67

5.3.1 密度 67

5.3.2　线膨胀系数 67

5.3.3　弹性模量 68

5.3.4　泊松比 68

5.3.5　临界点 68

5.4　力学性能及其试验方法 68

5.4.1　拉伸试验 69

5.4.2　蠕变及持久试验 69

5.4.3　硬度试验 70

5.4.4　冲击试验 71

5.4.5　落锤试验 73

5.4.6　裂纹尖端张开位移（CTOD）试验 73

5.4.7　J积分试验 73

5.5　工艺性能及其试验方法 74

5.5.1　压力加工工艺简介 74

5.5.2　冷加工工艺性能及其试验方法 75

5.5.3　焊接性能 75

5.6　金相组织及其试验方法 76

5.6.1　钢中常见的金相组织 76

5.6.2　典型钢号的金相组织 77

5.6.3　焊接接头的金相组织 77

5.6.4 晶粒度及夹杂物 79

5.7　金属材料的腐蚀类型及其试验方法 80

5.7.1 均匀腐蚀 80

5.7.2　点腐蚀 80

5.7.3　晶间腐蚀 80

5.7.4　缝隙腐蚀 81

5.7.5　应力腐蚀 81

5.7.6　其他腐蚀 82

第6章　压力容器用材料 82

6.1　压力容器用钢板 83

6.1.1　碳素结构钢板 83

6.1.2　低合金高强度钢板 84

6.1.3　低温钢板 85

6.1.4　中温抗氢钢板 86

6.1.5　不锈钢板 87

6.1.6　不锈钢复合钢板 88

6.2　压力容器用钢管 89

6.2.1　碳素结构钢和低合金高强度钢管 89

6.2.2　低温钢管 89

6.2.3 中温抗氢钢管 90

6.2.4　不锈钢管 91

6.3　压力容器用锻件 91

6.3.1　碳素钢和低合金钢锻件 91

6.3.2　低温钢锻件 93

6.3.3　不锈钢锻件 93

6.3.4　锻件的质量级别和公称厚度 94

6.4　压力容器用棒钢 95

6.4.1 螺柱用碳素钢和低合金钢棒钢 95

6.4.2　螺柱用低温钢棒钢 96

6.4.3　螺柱用不锈钢棒钢 96

6.4.4　螺母用棒钢 96

6.5　压力容器用焊接材料及其选择 96

6.5.1　压力容器用焊接材料 96

6.5.2　焊接材料选择原则 97

6.6　压力容器用有色金属及其合金 97

6.6.1　铝及其合金 97

6.6.2　钛及其合金 98

6.6.3　铜及其合金 100

6.6.4　镍及其合金 100

6.7　高性能压力容器用钢简介 101

6.7.1　调质高强度钢 101

6.7.2　0.5Ni低温钢 102

6.7.3 中温抗氢钢 102

第7章　工程力学基础知识 102

7.1　拉伸、压缩和材料的几个基本力学性质 105

7.1.1　拉伸、压缩应力 105

7.1.2　应变、虎克定律、泊松比 106

7.1.3　材料拉伸时的力学性能 106

7.1.4　拉、压下材料的强度条件 107

7.2　直梁的弯曲 107

7.2.1 弯曲的概念、剪力、弯矩 107

7.2.2　梁弯曲时的正应力、截面惯性矩、抗弯截面模量 109

7.2.3 梁变形曲线的近似微分方程 110

7.2.4　梁弯曲的强度条件 110

7.3　剪切、挤压和扭转 113

7.3.1 剪切的基本概念 113

7.3.2　挤压的概念 114

7.3.3　剪切虎克定律 114

7.3.4　圆轴扭转时的强度条件 114

7.4　压杆和受外压壳体的稳定性 115

7.4.1 细长压杆稳定问题 115

7.4.2　侧向外压和轴向载荷下薄壁圆筒的稳定问题 116

7.4.3 受外压薄壁球壳的稳定性 117

7.4.4　非弹性失稳 118

7.5　弹性力学和有限单元法基本知识 118

7.5.1 三向应力状态下应力分量 118

7.5.2　三向应力状态下应变分量 119

7.5.3　主应力与主应变 120

7.5.4 弹性力学三类基本方程 120

7.5.5　强度条件 121

7.5.6　平面问题 122

7.5.7　轴对称条件下圆柱坐标的表达式 123

7.5.8　有限单元法基本知识 124

7.5.9　厚壁圆筒和厚壁球壳的弹性应力 125

7.5.10　应力集中 126

7.6　圆平板、圆环板、圆环 128

7.6.1　薄板与厚板 128

7.6.2　圆平板 128

7.6.3　圆环板（环形平板） 130

7.6.4　圆环 131

7.7　回转壳体的无力矩理论 131

7.7.1 回转薄壁壳体的几何特性 131

7.7.2　无力矩理论的基本方程和计算实例 132

7.7.3　无力矩理论应用条件 135

7.8 回转壳的有力矩理论和边缘问题 136

7.8.1 受轴对称载荷的薄圆柱壳 136

7.8.2　壳体的变形和内力 137

7.8.3　求解不连续回转壳体 138

7.8.4　计算实例 139

7.9 应力分析概念 141

7.9.1　理想弹塑性体 141

7.9.2　名义应力（虚拟应力） 141

7.9.3　热应力 142

7.9.4　弹性失效设计准则和塑性失效设计准则，极限设计 143

7.9.5 自限性与非自限性 144

7.9.6　安定性概念 144

7.9.7 常规设计 145

7.9.8　分析设计 145

7.9.9　断裂力学在压力容器领域的应用 146

7.9.10　容器中的热应力棘轮作用 146

7.10　分析设计 147

7.10.1　基本概念和应力分类根据 147

7.10.2　应力分类 148

7.10.3　对各类应力的限制 150

7.11　疲劳设计的概念 150

7.11.1 有关交变应力的基础概念 151

7.11.2　低循环疲劳曲线 151

7.11.3　平均应力的影响及修正 152

7.11.4　安全系数 152

7.11.5　累积损伤问题 153

7.11.6　疲劳强度减弱系数 153

7.12　机械振动 153

7.12.1　单自由度系统振动 154

7.12.2 多自由度系统振动 156

7.12.3　分布系统的振动 158

7.12.4　单转子轴的临界转速 161

第8章　内压元件——圆筒和球壳 161

8.1　厚度计算公式 163

8.1.1　圆筒计算公式及适用范围 163

8.1.2　球壳计算公式及适用范围 163

8.2　中径公式的导出 164

8.2.1 圆筒中径公式 164

8.2.2　球壳中径公式 165

8.2.3　以外径表示的中径公式 165

8.3　内压圆筒及球壳应力公式比较 166

8.4　厚度公式依据的强度理论 166

8.5　焊接接头系数 166

8.5.1 圆筒厚度计算公式中的焊接接头系数 166

8.5.2　球壳厚度计算公式中的焊接接头系数 167

8.6　薄壁容器与厚壁容器的区分及其设计理论基础 167

8.7　组合式壳体结构的壁厚计算 167

8.7.1　复合钢板壳体 167

8.7.2　多层包扎、热套壳体 167

8.7.3　衬里壳体 167

8.8　圆筒与球壳的连接结构 168

第9章　外压元件——圆筒、球壳和锥壳 168

9.1　外压容器的稳定性问题 169

9.2　Do/δ≥20外压圆筒的失稳 169

9.2.1　弹性失稳的理论计算方法 169

9.2.2　工程计算方法 171

9.2.3　工程计算方法中若干问题的说明 173

9.3　Do/δ＜20的外压圆筒的失稳 177

9.3.1　GB 150计算方法 177

9.3.2 国外标准计算方法及其比较 178

9.4　外压圆筒加强圈 180

9.4.1　加强圈所需惯性矩 180

9.4.2　组合惯性矩计算 180

9.4.3　加强圈的结构要求 182

9.5　轴向受压圆筒失稳计算 182

9.6　外压球壳失稳计算 183

9.7　外压锥形壳体失稳计算 184

9.7.1 圆锥壳的外压失稳 184

9.7.2　锥壳与圆筒壳连接处承载面积的校核 186

9.7.3　锥壳与圆筒壳连接处惯性矩校核 187

9.8　带有夹套结构容器的设计计算 191

第10章　受压元件——封头10.1　封头的种类和型式 193

10.2　椭圆形封头 194

10.2.1 薄膜应力 194

10.2.2　边缘应力 194

10.2.3　厚度计算公式 195

10.2.4　压力作用下的稳定性 195

10.3　碟形封头 196

10.3.1 薄膜应力 196

10.3.2 边缘应力 197

10.3.3 厚度计算公式 198

10.3.4　压力作用下的稳定性 198

10.4　球冠形封头 198

10.4.1 球冠形封头的受力概况 198

10.4.2　厚度计算公式 199

10.4.3　圆筒加强段 199

10.4.4　球冠形封头的外压设计 199

10.5　锥形封头 199

10.5.1　锥壳 200

10.5.2　锥壳加强段 200

10.5.3　折边锥壳 201

10.5.4　锥形封头的外压稳定 202

10.6　圆平盖 202

10.6.1 圆平板受力特点 202

10.6.2 厚度计算公式 202

10.6.3　螺栓垫片联连的圆平盖 203

10.6.4　中心开孔的圆平盖 204

10.7　带法兰球冠形封头 204

10.7.1　球冠 204

10.7.2　法兰环 204

第11章　开孔和开孔补强11.1　GB 150规定的开孔及其补强的适用范围 206

11.1.1　适用开孔形状 206

11.1.2　适用开孔范围 206

11.2　开孔补强的结构型式及适用条件 206

11.2.1　补强圈补强 206

11.2.2　整体补强 206

11.3　壳体开孔边缘的应力及补强准则 207

11.3.1 壳体开孔边缘的应力 207

11.3.2　GB 150壳体开孔补强准则 207

11.4 内压壳体的开孔补强——等面积补强法 207

11.4.1 等面积补强法的补强原理 207

11.4.2 等面积补强法所需补强面积 208

11.4.3 开孔计算直径与壳体计算厚度 208

11.4.4　有效补强范围 209

11.5　外压壳体的开孔补强 210

11.5.1 外压壳体开孔补强的所需补强面积 210

11.5.2　开孔计算直径与壳体计算厚度 210

11.5.3　有效补强范围 210

11.6　平盖开孔补强 210

11.6.1 开孔率小于或等于0.5的开孔补强 210

11.6.2　开孔率大于0.5的开孔 211

11.7　等面积补强法与压力面积补强法的比较 211

第12章　法兰连接 213

12.1　螺栓法兰连接的工作原理和密封性能 213

12.1.1 工作原理 213

12.1.2　法兰密封的影响因素 214

12.2　螺栓法兰连接的设计内容 214

12.3　法兰分类 214

12.3.1　总体结构分类 215

12.3.2　按垫片布置情况分类 215

12.3.3　按整体性程度分类 215

12.3.4　按法兰环与筒体的连接结构分类 215

12.4　法兰密封面型式 216

12.5　垫片设计 217

12.5.1 垫片种类 217

12.5.2　垫片宽度 218

12.5.3　垫片参数 218

12.5.4　垫片压紧力的确定 219

12.6　螺栓设计 219

12.6.1　螺栓面积的确定 219

12.6.2　螺栓的配置 220

12.6.3　螺栓设计载荷 220

12.7　法兰设计 220

12.7.1 法兰力矩 220

12.7.2 法兰应力及强度校核条件 221

12.8　法兰连接的合理设计 224

12.9　法兰结构尺寸对法兰应力的影响 224

12.9.1 法兰环厚度对法兰应力的影响 224

12.9.2　锥颈尺寸对法兰应力的影响 224

12.10　法兰尺寸的调整 224

12.11　外压法兰与宽面法兰 225

12.11.1 外压法兰 225

12.11.2　宽面法兰 225

12.12　筒体端部 225

第13章　波形膨胀节 227

13.1　压力容器用膨胀节的型式 227

13.2　单层与多层波纹管 228

13.3　波纹管的材料选用原则 228

13.4　波纹管的应力状况 229

13.5　膨胀节设计计算 230

13.5.1　应力计算及其校核 230

13.5.2　波纹管刚度 232

13.5.3　平面失稳概念 232

13.5.4　膨胀节几何参数的调整 233

13.6　膨胀节的疲劳寿命 233

13.7　累积损伤 235

13.8　膨胀节的成形方法 235

13.9　膨胀节的制造质量控制 236

13.9.1　管坯的质量控制 236

13.9.2　U形波纹管的质量控制 237

13.9.3　膨胀节的质量控制 237

13.10　压力试验与致密性试验 238

13.11　膨胀节性能试验 238

13.11.1　一般规定 238

13.11.2　刚度试验 238

13.11.3　稳定性试验 239

13.11.4　疲劳试验 239

13.12　检验 240

13.12.1 出厂检验 240

13.12.2　型式检验 240

13.13　系数Cp、Cf、Cd 240

第14章　超压泄放装置 240

14.1　超压泄放装置设计概述 245

14.1.1　超压泄放装置的作用及基本要求 245

14.1.2　压力容器设置超压泄放装置的有关规定 245

14.1.3　压力容器超压过程行为分析 246

14.1.4　超压泄放装置设计内容及步骤 247

14.2　安全阀和爆破片装置的选用 247

14.2.1 安全阀的结构及性能特点 247

14.2.2　爆破片装置的结构及性能特点 248

14.2.3 安全阀和爆破片装置的适用条件 249

14.2.4　安全阀和爆破片装置的组合结构 249

14.3　泄压装置动作压力和容器设计压力的确定 252

14.3.1 定义 252

14.3.2　安全阀的动作性能及制造要求 253

14.3.3　爆破片的动作性能及制造要求 254

14.3.4　泄压装置动作压力与容器工作压力的比值关系 254

14.3.5　泄压装置动作压力和容器设计压力的确定 255

14.4　泄压装置泄放能力及排放面积的设计计算 258

14.4.1 泄压装置泄放能力设计计算的基本要求 258

14.4.2　发生物理超压过程容器的安全泄放量 258

14.4.3　发生化学反应超压过程容器的安全泄放量 259

14.4.4　泄压装置理论泄放量计算方法简述 259

14.4.5　泄压装置泄放能力及排放面积设计计算 260

14.5　泄压装置的安装和使用 262

14.5.1 泄压装置的安装位置和安装方向 262

14.5.2　泄压装置的进出口管路系统 262

14.5.3　截止阀的有关规定 263

14.5.4　介质排放口 263

14.5.5　管道附加力的影响 263

14.5.6　安全阀的定期检验 263

14.5.7　爆破片的定期更换 263

第15章　压力容器制造——下料、成形 263

15.1　压力容器制造概论 265

15.1.1　压力容器制造的主要特点 265

15.1.2　各类零部件的主要制造方法 266

15.1.3　典型压力容器制造工艺简介 268

15.1.4　我国压力容器制造行业的发展 268

15.1.5　压力容器设计与制造 269

15.2　压力容器用材料的验收与存放 270

15.2.1　材料质量证明书 270

15.2.2　主要受压元件用材料的复验 271

15.2.3　材料的保存与发放使用 271

15.2.4　材料标记及标记移植 272

15.3　材料代用 272

15.4　划线、下料 273

15.4.1　钢材的净化与矫形 273

15.4.2　划线 274

15.4.3　下料 274

15.4.4　边缘准备 275

15.5　圆筒、锥壳的成形 277

15.5.1 单层卷焊式筒节的成形 277

15.5.2　锻造筒节的成形 283

15.5.3 多层包扎筒节的成形 283

15.5.4　热套筒节的成形 286

15.6　凸形封头的成形 287

15.6.1　封头成形时的工艺减薄 287

15.6.2　凸形封头的成形 288

15.6.3　封头成形的主要质量要求 289

15.6.4　关于封头拼焊的规定 291

15.6.5　封头的直边高度和直边部分的纵向皱折 292

15.7　焊接接头的分类 292

15.7.1　ASME关于焊接接头的分类 292

15.7.2　GB 150关于焊接接头的分类 293

第16章　压力容器制造——焊接 293

16.1　压力容器焊接的基本概念 295

16.1.1　焊缝形式与接头形式 295

16.1.2　焊缝区、熔合区和热影响区 295

16.1.3　焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程 298

16.1.4　焊工考试 300

16.2　压力容器常用焊接方法及特点 300

16.2.1　焊条电弧焊 300

16.2.2　埋弧焊 301

16.2.3　钨极气体保护焊 301

16.2.4　熔化极气体保护焊 301

16.2.5　等离子弧焊 302

16.2.6 电渣焊 302

16.2.7　摩擦焊 302

16.2.8　螺柱焊 302

16.3　压力容器用材的焊接性能试验 303

16.3.1　使用焊接性能试验 303

16.3.2　工艺焊接性能试验 304

16.4　压力容器用焊接材料 304

16.4.1 焊条 305

16.4.2　焊丝 308

16.4.3　焊剂 310

16.4.4　气体 311

16.5　压力容器焊接设计 311

16.5.1 焊接方法选用 311

16.5.2　焊接材料选用 311

16.5.3　焊接坡口设计和接头设计 312

16.5.4　预热、层间温度和后热 313

16.6　焊接施工 313

16.6.1　焊接电流、电弧电压与焊接速度 313

16.6.2　焊透 314

16.6.3　单面焊双面成形 314

16.7　压力容器焊后热处理 314

16.8　压力容器焊接检验 314

16.8.1 焊接质量主要问题 314

16.8.2　焊接检验特点 315

16.8.3　焊接缺陷及危害 315

16.8.4　焊接检验主要方面 315

16.9　容器建造标准对焊接的有关要求 318

16.9.1　产品焊接试板 319

16.9.2　余高 320

16.9.3　咬边 321

16.9.4　焊接返修的要求 322

16.9.5　B类焊接接头鉴证环 323

第17章　压力容器制造——热处理 323

17.1　焊后（消除应力）热处理 325

17.1.1　压力容器焊后热处理的目的 325

17.1.2　焊接应力的产生、特点及危害 326

17.1.3　需进行焊后热处理的条件 326

17.1.4　焊后热处理的方法 328

17.1.5　焊后热处理工艺与操作 329

17.2　恢复材料力学性能热处理 330

17.2.1 加工硬化产生的原因及危害 330

17.2.2　需恢复力学性能热处理的条件 330

17.2.3　冷成形封头的热处理 331

17.3　消氢处理 331

17.4　改善材料力学性能热处理 331

第18章　压力容器制造——无损检测 331

18.1　无损检测（NDT/NDE）基本概念 333

18.1.1　无损检测的主要目的 333

18.1.2　无损检测方法的选择 333

18.2 目视检测 333

18.2.1　按检测范围划分 334

18.2.2　按制造工艺过程划分 334

18.3　射线检测 334

18.3.1 射线检测原理和特点 334

18.3.2　射线透照检测技术 335

18.3.3　射线透照方式 336

18.3.4　压力容器焊接接头的射线检测质量等级 337

18.4　超声检测 338

18.4.1　超声检测原理和特点 338

18.4.2　超声检测灵敏度 339

18.4.3　各类型工件的超声检测 340

18.4.4　压力容器焊接接头超声检测 341

18.5　磁粉检测 342

18.5.1　磁粉检测原理和特点 342

18.5.2　磁粉检测方法 342

18.5.3　检测灵敏度 342

18.5.4　压力容器焊接接头磁粉检测 342

18.6　渗透检测 343

18.6.1　渗透检测原理和特点 343

18.6.2　渗透检测基本程序 343

18.6.3　表面准备 343

18.6.4　压力容器焊接接头渗透检测 343

18.7　涡流检测 344

18.7.1 涡流检测原理和特点 344

18.7.2　检测系统 344

18.7.3　对比试样 344

18.7.4　质量等级评定 344

18.8　声发射检测 344

18.8.1　声发射检测原理 344

18.8.2　声发射检测的特点 345

18.8.3 声发射检测的主要用途 345

18.9　泄漏检测 345

18.9.1 泄漏检测 345

18.9.2　气密性试验 345

18.9.3　氨渗透试验 346

18.9.4　卤素检漏试验 346

18.9.5　氦检漏试验 346

18.9.6　其他方法 346

18.10　容器建造标准对无损检测的有关要求 346

18.10.1　何时进行无损检测 346

18.10.2　无损检测方法的选择 347

18.10.3　A、B类焊接接头无损检测率的选择 347

18.10.4　不同无损检测方法的相互复查 348

18.10.5　正确执行局部（射线或超声）检测 349

18.10.6　表面无损检测的有关要求 349

18.10.7　设计对无损检测的特殊要求 350

第19章　压力容器制造——试验、验收 350

19.1　压力试验 352

19.1.1　试验目的 352

19.1.2　压力试验的分类 352

19.1.3　对试验介质及试验用压力表的要求 353

19.1.4　试验温度 353

19.1.5　压力试验的操作 354

19.1.6　压力试验的检查、合格标准以及试验后的无损检测 354

19.1.7　某些容器压力试验时的特殊要求 355

19.1.8　无法进行压力试验的容器 355

19.2　气密性试验 355

19.2.1　试验目的及进行气密性试验的条件 355

19.2.2　气密性试验的操作 356

19.2.3　气密性试验有关问题的说明 357

19.3　压力容器的表面处理 357

19.3.1　焊接接头的外形修磨 357

19.3.2　表面除锈 358

19.3.3　涂敷防腐涂料 359

19.3.4　不锈钢容器表面处理的特殊要求 359

19.4　压力容器的运输包装 359

19.4.1　容器的包装形式 360

19.4.2　整体出厂容器的运输包装 360

19.4.3　分片、分段出厂容器运输包装的特殊要求 360

19.4.4　有特殊要求容器的运输包装 360

19.4.5　法兰接口、待焊坡口及螺纹接口的运输包装 360

19.4.6　运输方式及超限运输 361

第20章　低温压力容器 361

20.1　低温脆性断裂 362

20.1.1　低温脆性断裂的基本特征 362

20.1.2　低温脆性断裂机理 363

20.2　钢材的低温韧性 363

20.2.1　夏比V型缺口冲击试验 364

20.2.2　落锤试验 365

20.2.3　其他试验方法 365

20.3　影响钢材低温韧性的因素 365

20.3.1　化学成分 365

20.3.2　冶炼方法 366

20.3.3　轧制工艺 366

20.3.4　钢板厚度 366

20.3.5　冶金缺陷 366

20.3.6　其他 366

20.4　低温压力容器的设计温度 367

20.4.1 受压元件的金属温度 367

20.4.2　低温压力容器的设计温度 367

20.4.3 盛装液化气体的压力容器 368

20.5　低温冲击试验要求 369

20.5.1 冲击试验温度和冲击功指标 369

20.5.2　低温低应力工况 370

20.6　低温压力容器用材料 370

20.6.1 常用GB 150低温钢材 370

20.6.2　常用ASME低温钢材 371

20.6.3　选用低温钢材的原则要求 373

20.7　低温压力容器的结构设计特点 374

20.8　低温压力容器制造检验特点 375

20.8.1　对原材料要求 375

20.8.2　加工成型 375

20.8.3　焊接 375

20.8.4　产品焊接试板 376

20.8.5　检验 376

20.9　低温压力容器实例 376

第21章　铬钼钢制压力容器 376

21.1　铬钼钢应用 381

21.1.1 耐热钢 381

21.1.2　抗氢钢 381

21.2　铬钼钢品种 382

21.2.1 铬钼钢的主要化学成分和力学性能 382

21.2.2　常用ASME铬钼钢 383

21.3　铬钼钢的主要特性 383

21.3.1 耐热性 383

21.3.2　抗氢腐蚀 384

21.3.3 回火脆性 387

21.4　铬钼钢制压力容器结构设计 390

21.4.1 开口与接管 390

21.4.2　附件连接 390

21.4.3　裙座（支座）与器壁的连接 391

21.4.4　保温支撑 391

21.5　铬钼钢制压力容器制造中的特殊要求 391

21.5.1 热处理 391

21.5.2　延迟裂纹敏感性及其防止措施 392

21.5.3 回火参数对铬钼钢性能的影响 392

21.5.4　制造过程中的检测 393

21.6　铬钼钢制压力容器使用注意事项 394

21.7 压力容器用铬钼钢最近进展 394

21.7.1 改进型铬钼钢 394

21.7.2　外国规范和标准对铬钼钢的附加要求 395

21.8　工程实例 395

第22章　卧式容器 398

22.1　支座形式及设置 398

22.2　设计载荷 399

22.3　载荷分析和内力分析 399

22.3.1 均布载荷q和支座反力F 399

22.3.2 竖直剪力V和力偶M 399

22.3.3　弯矩和剪力 401

22.4　卧式容器壳体应力计算 402

22.4.1　计算步骤 402

22.4.2　圆筒体的轴向应力及其位置 402

22.4.3　简体切向剪应力 403

22.4.4　封头应力校核 404

22.4.5　支座处圆筒体的周向应力 405

22.5　鞍座设计 407

22.5.1　腹板有效截面内水平平均拉应力 408

22.5.2　容器轴向载荷引起的鞍座压应力 408

22.5.3 强度校核 409

22.6　鞍座卧式容器的合理化设计 409

22.6.1　鞍座轴向位置 409

22.6.2　鞍座结构尺寸 409

22.6.3　加强圈的设置 410

22.7　有附加载荷作用时卧式容器的强度校核 410

22.8　三支座卧式容器的强度校核 410

22.8.1　截面弯矩 410

22.8.2　支座反力 411

22.8.3 圆筒体的应力校核 412

22.9　支座高度偏差或基础不均匀沉降 412

22.9.1 支点高度位移的三弯矩方程 412

22.9.2 三支座卧式容器附加弯距 413

22.9.3　强度校核 414

22.10　圈座支承的卧式容器 414

22.11 有三角支承加强圈的圆筒体 414

22.12　埋地卧式容器的设计计算 415

22.12.1 混土层对圆筒体静压力 415

22.12.2　混土层对圆筒体的附加载荷 416

第23章　塔式容器 418

23.1　设计基础 418

23.1.1 适用范围 418

23.1.2　设计压力及设计温度 419

23.1.3　设计载荷与计算工况 419

23.1.4　腐蚀裕量与最小厚度 419

23.1.5　材料和许用应力 420

23.1.6　载荷组合系数K 420

23.2　裙座结构 420

23.2.1　裙座壳形式及选用原则 421

23.2.2　裙座与塔体的连接型式 421

23.2.3　检查孔、引出孔和隔气圈 422

23.3 自振周期 422

23.3.1　计算模型 422

23.3.2　分段及质量集中 422

23.3.3　影响自振周期的因素 423

23.4　地震载荷 423

23.4.1　名词术语 423

23.4.2　抗震设防目标 424

23.4.3　设计反应谱的骨架特征 425

23.4.4　设计反应谱的影响因素 427

23.4.5　水平地震力和弯矩 428

23.4.6　垂直地震力 429

23.5 风载荷 429

23.5.1　术语和基本概念 429

23.5.2　顺风向风振 431

23.5.3　横风向风振 432

23.5.4 顺风向与横风向的弯矩组合 434

23.6　塔式容器强度与稳定校核 434

23.6.1　环向应力校核 434

23.6.2　各类载荷作用下的轴向应力校核 434

23.7　地脚螺栓 436

23.8　塔顶静挠度计算 438

第24章　球形储罐 440

24.1　型式 440

24.2　球壳板 441

24.3　装量高度 443

24.4　标准 444

24.5　设计 445

24.6　材料 446

24.6.1　球壳用钢板 446

24.6.2　球罐用锻件 448

24.6.3　焊条 448

24.7　零部件、附件 449

24.7.1　人孔、接管 449

24.7.2　支柱 449

24.7.3　拉杆 450

24.7.4　平台、梯子 450

24.7.5 隔热、保冷 451

24.7.6　附件 451

24.8　球壳板成型 451

24.8.1　下料 451

24.8.2　成型 452

24.9 组焊 452

24.9.1　零部件组焊 452

24.9.2　组焊 452

24.10　无损检测 453

24.10.1　射线检测与超声检测 453

24.10.2　磁粉检测与渗透检测 454

24.11　焊后整体热处理 454

24.12　产品焊接试板 454

24.13　压力试验和气密性试验 455

24.13.1　液压试验 455

24.13.2　气密性试验 455

24.14　特种球罐 455

24.14.1　液化石油气球罐 455

24.14.2　液氨球罐 456

24.14.3　氧气球罐 456

24.14.4 天然气球罐 456

24.14.5　低温球罐 456

第25章　管壳式换热器 456

25.1　GB 151适用范围 458

25.1.1　适用参数 458

25.1.2　不适用情况 458

25.2　主要结构型式及适用条件 459

25.2.1 固定管板换热器 459

25.2.2 浮头式换热器 459

25.2.3　U形管式换热器 460

25.2.4　釜式重沸器 460

25.2.5　填料函式换热器 460

25.3　主要组合部件及规格型号 460

25.3.1　主要组合部件 460

25.3.2　管程和壳程 461

25.3.3　换热器的型号 461

25.4　设计参数 461

25.4.1　工艺设计计算 462

25.4.2　机械设计参数 462

25.5　材料 463

25.5.1　管板、平盖 463

25.5.2　复合结构的管板、平盖 463

25.5.3　有色金属 464

25.5.4　换热管 465

25.6　管箱 465

25.6.1　管箱平盖 465

25.6.2　分程隔板 466

25.6.3　最小内侧深度 466

25.6.4　短节 466

25.6.5　管箱热处理 466

25.7　换热管 466

25.7.1 换热管的拼接 466

25.7.2　U形管 467

25.8　壳体圆筒 467

25.8.1　最小厚度 467

25.8.2　圆筒直径的允许偏差 467

25.8.3　接管设计 467

25.9　管板 468

25.9.1 管板厚度 468

25.9.2　布管 468

25.9.3　管孔 469

25.9.4　管板的拼接和堆焊 470

25.9.5　双管板 470

25.10　折流板 471

25.10.1　折流板间距 471

25.10.2　折流板形式 471

25.10.3 双壳程结构 471

25.11　浮头盖和钩圈 472

25.12　换热管与管板的连接 472

25.12.1 胀度 473

25.12.2　强度胀的应用 473

25.12.3　胀接方法 474

25.12.4　管接头焊接 476

25.12.5　胀焊并用 477

25.12.6　焊接管接头的射线检测 477

25.12.7　强度焊管接头的热处理 477

25.13　管板与壳体的连接 477

25.14　压力试验 478

25.14.1　试验程序和试压胎具 478

25.14.2　管程压力高于壳程压力时管接头的试压 480

25.15　管束振动与防振措施 480

25.15.1　振动成因 480

25.15.2　振动判据 481

25.15.3　防振措施 481

25.16　高温、高压密封结构 481

25.16.1　金属环密封（八角垫或椭圆垫） 481

25.16.2　螺纹锁紧环 481

25.16.3　密封盖板封焊 482

25.16.4　Ω环密封结构 482

第26章　换热器管板强度计算 482

26.1　GB 151管板公式的基本考虑 484

26.2　金属温度和设计温度 485

26.3　管板布管区当量直径 486

26.4　管板的弹性基础—管子加强系数 487

26.5　管板周边的支承条件—旋转刚度无量纲参数 488

26.6　整体管板厚度 490

26.6.1　管板最小厚度 490

26.6.2　管板厚度 490

26.6.3　管板有效厚度 490

26.7　管板壳体的连接方式 491

26.8　管板公式简介 492

26.8.1　计算公式简化假定 492

26.8.2　计算公式 492

26.9　载荷作用下管板变形的定性分析 494

26.9.1　管程压力Pt作用情况 495

26.9.2　其他载荷作用情况 497

26.10　设计条件的危险组合 497

26.11 管板应力的性质及其控制 498

26.11.1　管板应力的性质 498

26.11.2　管板应力的调整 499

26.12　膨胀节的设置 499

附录A　立式圆筒形储罐A.1 立式圆筒形储罐的结构型式简介 501

A.2　立式储罐的用途和使用范围 502

A.3　立式储罐的设计、建造规范 502

A.4　立式储罐的容量 503

A.4.1　几何容量 503

A.4.2　公称容量 503

A.4.3　储存容量 503

A.4.4　储罐的工作容量 504

A.5　立式储罐承受的载荷 504

A.5.1　储罐承受的静载荷 504

A.5.2　储罐承受的操作载荷 504

A5.3　储罐承受的动载荷 504

A.6　立式储罐的设计压力和设计温度 505

A.6.1 设计压力 505

A.6.2　设计温度 505

A.7　立式储罐用钢材 505

A.7.1　储罐用国产钢材 505

A.7.2　储罐用钢材的许用应力 506

A.8　固定顶立式储罐 506

A.8.1 简介 506

A.8.2　储罐直径和罐壁高度 507

A.8.3　储罐罐底 507

A.8.4 罐壁 511

A.8.5 罐顶 515

A.8.6　储罐内压的影响 520

A.9　立式储罐的配件、附件和安全操作设施 522

A.9.1　配件 522

A.9.2　附件 522

A.9.3 安全设施和操作设施 522