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第1章 概述 1

1.1 压力容器的设计进展 1

1.1.1 常规设计 1

目录 1

1.1.2 分析设计 2

1.1.3 常规设计与分析设计的结合 2

1.1.4 压力容器设计未来的发展 3

1.2 压力容器的应用及分类 3

1.2.1 压力容器的应用 3

1.2.2 压力容器的分类 3

1.3.2 刚度失效 4

1.3.3 稳定性失效 4

1.3.4 腐蚀失效 4

1.3.1 强度失效 4

1.3 压力容器的失效形式 4

1.4 压力容器设计的基本要求 5

1.4.1 设计必须满足生产需要 5

1.4.2 设计必须使压力容器安全可靠 5

1.4.3 设计必须做到技术经济合理 6

1.5 压力容器标准及规范 6

1.5.1 国内压力容器标准 6

1.5.2 国外压力容器标准 10

1.6 压力容器软件介绍 11

1.6.1 SW6-98过程设备强度计算软件包 12

1.6.2 LANSYS压力容器强度设计软件 12

1.6.3 有限元程序自动生成系统FEPG 13

1.6.4 ANSYS分析设计软件 14

1.6.5 Pvelite Code Calc压力容器整体及零部件分析设计软件 14

2.2.2 设计单位技术负责人 16

2.2.1 设计单位 16

2.2.3 设计技术负责人 16

第2章 设计要素 16

2.2 设计单位、人员资格及职责 16

2.1 设计文件 16

2.2.4 审核（定）人员 17

2.2.5 校核人员 17

2.2.6 设计人员 17

2.3 设计压力 17

2.3.1 设计压力 17

2.3.2 设计压力的确定 17

2.4 设计温度 19

2.4.1 设计温度 19

2.4.2 设计温度的确定 19

2.5.1 物理性质 20

2.5 介质特性 20

2.5.2 腐蚀性 21

2.6 设计载荷 26

2.6.1 设计时应考虑的载荷 26

2.6.2 设计载荷的组合 27

2.7 厚度附加量 28

2.8 厚度 28

2.8.1 计算厚度 28

2.8.2 设计厚度 29

2.8.3 名义厚度 29

2.8.4 有效厚度 29

2.8.5 最小厚度 29

2.9 许用应力 29

2.10 焊接接头系数 31

2.11 压力试验 32

2.11.1 压力试验 32

2.11.2 液压试验 32

2.11.3 气压试验 33

2.12 致密性试验 33

2.12.1 致密性试验 33

2.12.2 气密性试验方法 33

2.12.3 煤油渗漏方法 33

2.13 无损检测方法及选用 33

2.13.1 射线检测（RT） 34

2.13.2 超声检测（UT） 34

2.13.3 磁粉检测（MT） 36

2.13.4 渗透检测（PT） 36

2.15.1 油漆 38

2.15 油漆、包装及装车 38

2.14 技术要求 38

2.15.2 包装 39

2.15.3 装车 39

2.15.4 压力容器油漆、包装、装车设计 41

2.15.5 压力容器易损坏件包装要求 41

参考文献 42

第3章 主要受压元件 43

3.1 内压圆筒和内压球壳 43

3.1.1 强度理论 43

3.1.2 内压圆筒 43

3.1.3 内压球壳 45

3.1.4 内压圆筒和球壳中的温差应力 46

参考文献 1 47

3.2.2 外压圆筒稳定性计算 47

3.2.1 外压容器的失效方式 47

3.2 外压圆筒和外压球壳 47

3.2.3 加强圈设计 49

3.2.4 外压圆筒的允许制造公差和试压要求 51

3.2.5 外压球壳的计算 52

3.2.6 关于外压容器设计中焊缝系数的选取和焊缝质量的检查 52

3.3 封头 53

3.3.1 球形封头 53

3.3.2 椭圆形封头 54

3.3.3 碟形封头 54

3.3.4 无折边球形封头 55

3.3.5 锥形封头 56

3.3.6 平盖 58

3.4 法兰 59

3.4.1 法兰的分类及各自的特点 59

3.4.2 法兰连接的密封设计 60

3.4.3 螺栓设计 66

3.4.4 法兰设计 68

参考文献 70

第4章 开孔和开孔补强设计 71

4.1 开孔补强的理论基础 71

4.1.1 孔边的应力 71

4.1.2 容器开孔的强度问题及其补强准则 74

4.2 开孔补强计算方法 75

4.2.1 等面积补强法 75

4.2.2 压力面积法 78

4.2.3 开孔补强的另一方法 80

4.2.4 大开孔补强 81

4.3.1 补强圈补强 82

4.3 开孔补强结构 82

4.2.5 平板及外压容器开孔补强 82

4.3.2 厚壁管补强 83

4.3.3 整体锻件补强 83

4.4.3 承受外载荷接管的补强 84

4.4 开孔补强设计中的其他问题 84

4.4.2 接管的壁厚要求 84

4.4.1 不需另行补强的最大开孔直径 84

4.4.4 开孔位置 85

参考文献 85

第5章 卧式容器 86

5.1 概述 87

5.2 卧式容器载荷分析 89

5.2.1 卧式容器的载荷 89

5.2.2 简化后的力学模型 91

5.2.3 内力计算 91

5.3 鞍座卧式容器强度计算 92

5.3.1 圆筒轴向应力 92

5.3.2 圆筒切向应力 94

5.3.3 圆筒周向应力 96

5.3.4 鞍座强度计算 99

5.4 圈座卧式容器强度计算 100

5.4.1 圆筒轴向应力 101

5.4.2 圆筒切向应力 101

5.4.3 圆筒周向应力 101

5.5 三角形支撑加强圈的设置及强度计算 102

5.5.1 支撑杆的内应力由系数ξ确定 102

5.5.2 支撑圈靠近鞍座平面时 103

5.6 有附加载荷作用时卧式容器的强度计算 103

5.6.1 符号说明 104

5.6.3 轴向外力矩及其引起的弯矩、支座反力的计算 105

5.6.2 径向力引起的支座反力及圆筒弯矩的计算 105

5.6.4 支座反力、圆筒轴向弯矩的组合 106

5.6.5 集中载荷与均布载荷引起的剪力、轴向弯矩的合成及强度校核 107

5.7 附属设备上载荷在卧式容器圆筒中引起的局部应力计算方法 109

5.7.1 符号说明及应用范围 109

5.7.2 径向载荷引起圆筒上局部应力的计算 111

5.7.3 附属设备上外加力矩ML、MC引起筒体上局部应力的计算 114

5.7.4 圆筒体上局部载荷引起最大应力的合成及强度校核 127

5.8 多鞍座卧式容器 134

5.8.1 鞍座处的圆筒体弯矩 134

5.8.2 鞍座处支反力 135

5.8.5 基础不均匀沉降对轴向弯矩及支座支反力的影响 136

5.8.4 强度校核 136

5.8.3 两支座跨度间的弯矩及极值 136

5.9.1 混土层或砂土层重力对圆筒体静压力的计算 139

5.9 埋地卧式容器的设计计算 139

5.9.2 混土层重力对圆筒体载荷的影响 140

5.10 制造、检验及验收 141

5.10.1 卧式容器分类 141

5.10.2 制造、检验及验收 141

5.10.3 焊接接头 142

5.10.4 整体消除应力热处理 143

5.10.5 压力试验和气密性试验 143

5.11 卧式容器设计的合理性分析 143

5.11.1 设计分析 143

5.11.2 合理设计 146

6.1 地震理论 148

第6章 直立容器 148

6.1.1 水平地震作用 149

6.1.2 垂直地震作用 155

6.1.3 地震弯矩 156

6.2 风振理论 156

6.2.1 风 156

6.2.2 风载荷 157

6.2.3 直立设备的风振效应 160

6.2.4 直立设备顺风向下的弯曲响应 160

6.3 风诱发的振动 165

6.3.1 风诱发振动现象 165

6.3.2 雷诺数（Re）和斯特劳哈尔数（Sr） 165

6.3.3 升力的计算 166

6.3.4 直立设备在共振时的强度计算 167

6.4 稳定理论 171

6.3.5 防止直立设备共振的措施 171

6.4.1 欧拉屈曲 172

6.4.2 外压失稳 177

6.4.3 局部失稳 180

6.4.4 塑性失稳 182

参考文献 182

第7章 球形储罐 184

7.1 概述 184

7.1.1 球罐发展概况 184

7.1.2 球罐的特点及应用 185

7.1.3 球罐的分类 186

7.1.4 球罐设计参数 187

7.1.5 标准规范介绍 188

7.2.1 球罐选材基本原则 189

7.2 材料 189

7.2.2 国内球罐用材料 190

7.2.3 国外球罐用材料 192

7.3 结构 193

7.3.1 球壳 193

7.3.2 支座 193

7.3.3 固定式拉杆与可调式拉杆的对比 194

7.3.4 人孔接管 195

7.3.5 梯子平台 195

7.3.6 喷淋装置 196

7.3.7 安全附件 197

7.3.8 绝热结构 199

7.4 制造与组焊技术要求 201

7.4.1 球壳板 201

7.4.2 主要零部件 202

7.4.3 油漆、包装、运输 203

7.4.4 组焊准备 204

7.4.5 组装 204

7.4.6 焊接 204

7.4.7 无损检测 205

7.4.8 焊接修补 206

7.4.9 焊后整体热处理 206

7.4.10 产品焊接试板 206

7.4.11 压力试验 207

7.4.12 气密性试验 207

7.4.13 特殊球罐的技术要求 208

7.4.14 竣工验收 209

参考文献 209

8.1.1 受力分析 210

第8章 非圆形截面容器 210

8.1 椭圆形截面容器 210

8.1.2 危险截面和综合应力 214

8.1.3 变形计算 214

8.1.4 实例 217

8.2 其他常见非圆形截面容器 219

8.2.1 带圆角的矩形容器 219

8.2.2 近似椭圆形截面的容器 221

8.2.3 长圆形容器 222

8.2.4 无圆角的矩形容器 222

8.3 任意形状非圆形截面容器 223

8.3.1 受力分析 223

8.3.2 回转半径 225

8.3.3 计算公式及其应用 227

8.4 大曲率壳体中的弯曲应力 230

8.4.1 曲梁弯曲时的弯曲应力 231

8.4.2 矩形截面曲梁的中性层位置 232

8.4.3 弯曲应力的计算公式 233

8.5 带有加强筋的非圆形截面容器 235

8.5.1 外加强圈加强的非圆形截面容器 235

8.5.2 具有内加强筋板的长圆形柱壳 236

8.6 环形壳体 239

8.6.1 横截面为圆形的等壁厚环形壳体 239

8.6.2 弯管时壁厚变化的环形壳体 241

8.6.3 弯管时截面变化的环形壳体 242

参考文献 243

9.1 在工业生产中的应用 244

9.2 结构特点 244

第9章 高压容器和超高压容器 244

9.3 设计 245

9.3.1 现行各国设计规范 245

9.3.2 设计的基本要求 245

9.4 设计时需考虑的几个问题 246

9.4.1 安全系数 246

9.4.2 材料的选取 247

9.4.3 耐压试验 247

9.4.4 无损检测 248

9.5 筒体结构 248

9.5.1 高压容器 249

9.5.2 超高压容器 256

9.6 密封结构 265

9.6.1 高压容器 265

9.6.2 超高压容器 269

9.7 零部件设计 271

参考文献 271

第10章 常压容器 272

10.1 概述 272

10.2 材料 272

10.2.1 对材料的基本要求 272

10.2.2 许用应力的确定 273

10.2.3 常压容器用材料 273

10.3 结构设计 275

10.3.1 基本结构元件 275

10.3.2 立式圆筒形容器 277

10.3.3 矩形容器 282

10.4 制造、组焊、检验与验收要求 282

10.4.1 材料 282

10.4.2 加工成形 283

10.4.3 热处理 284

10.4.4 无损检测 285

10.4.5 试验 285

参考文献 285

第11章 立式圆筒形储罐 286

11.1 概述 286

11.1.1 储罐的发展状况 286

11.1.2 储罐的种类和特点 287

11.1.3 储罐的容量及经济尺寸选择 288

11.1.4 储罐设计参数（载荷） 288

11.1.5 国内外储罐标准简介 289

11.2 材料 289

11.2.1 储罐选材基本原则 289

11.2.2 国内储罐用材料及要求 290

11.2.3 国外储罐用材料 291

11.3 罐底的设计 292

11.3.1 罐底厚度 292

11.3.2 结构设计 295

11.4 罐壁的设计 296

11.4.1 强度计算 296

11.4.2 风力稳定计算 297

11.4.3 抗震计算 300

11.4.4 结构设计 302

11.5 罐顶设计 303

11.5.1 固定顶设计 303

11.5.2 外浮顶设计 309

11.5.3 内浮顶设计 324

11.6.1 常用附件 329

11.6 油罐附件（或配件）及其选用 329

11.6.2 附件的布置 331

11.6.3 搅拌设施 331

11.6.4 消防设施 334

11.6.5 伴热结构 335

11.6.6 排污结构 335

11.6.7 防腐蚀设计 336

11.7 制造与组焊的要求 341

11.7.1 材料及附件验收 341

11.7.2 预制 341

11.7.3 组装 343

11.7.4 焊接 343

11.7.5 检查及验收 344

11.8.1 基础的沉降 347

11.8 储罐基础 347

11.8.2 对基础的要求 348

11.8.3 基础沉降观测 350

11.9 国内外标准比较 350

11.9.1 范围 350

11.9.2 许用应力 351

11.9.3 罐壁强度计算 351

11.9.4 清扫孔的设置 354

参考文献 355

第12章 固体料仓 356

12.1 概述 356

12.1.1 料仓发展概况和应用 356

12.1.2 料仓的设计分类和计算基础 357

12.2 材料 358

12.2.1 料仓的选材 358

12.1.3 料仓的设计和选用原则 358

12.2.2 料仓常用钢材、铝材 359

12.3 结构 359

12.3.1 仓顶结构 360

12.3.2 仓底结构 360

12.3.3 料仓筒体结构 361

12.3.4 料仓支座 361

12.3.5 料仓接管、法兰 363

12.3.6 料仓梯子平台 365

12.4 设计计算 365

12.4.1 物料对料仓筒壁的作用力 365

12.4.2 料仓筒体应力计算 366

12.4.3 料仓锥体部分应力计算 368

12.5.2 预制和加工成形 370

12.5 料仓的制造、检验与验收 370

12.5.1 材料检查和要求 370

12.5.3 组装 371

12.5.4 焊接 372

12.5.5 表面处理 374

12.5.6 试验、检验及验收 375

参考文献 376

第13章 低温压力容器 377

13.1 概述 377

13.1.1 压力容器的低温界限 377

13.1.2 低温低应力工况 377

13.2 材料 378

13.2.1 低应力脆性断裂现象 379

13.2.2 影响低温韧性的因素 379

13.2.3 防止低应力脆断的设计原则 380

13.2.4 钢材低温韧性的评定方法 381

13.2.5 低温压力容器用钢 382

13.2.6 低温压力容器用钢的焊接材料 387

13.2.7 常用低温压力容器用钢的焊接材料 388

13.3 结构设计 388

13.3.1 结构简介 388

13.3.2 焊接结构设计 389

13.3.3 低温容器的密封结构 390

13.3.4 低温绝热结构设计的目的及方法 390

13.3.5 低温容器的支撑系统设计 391

参考文献 391

14.1.1 高温的定义 392

14.1.2 高温结构设计的重要性 392

14.1 概述 392

第14章 高温压力容器 392

14.2 材料的高温强度性能试验 394

14.2.1 高温拉伸 394

14.2.2 蠕变试验曲线及变形机制 394

14.2.3 蠕变特性的描述 396

14.2.4 蠕变特性的外推 398

14.3 典型材料的高温强度 400

14.3.1 常用高温强度性能指标 400

14.3.2 低合金钢的高温强度 401

14.3.3 高合金钢的高温强度 402

14.4 压力容器的蠕变和应力松弛 406

14.4.1 多轴应力状态下的蠕变 406

14.4.2 承压容器的蠕变应力 407

14.4.3 松弛及其与蠕变的关系 409

14.5.1 高温疲劳 412

14.5 蠕变-疲劳交互作用 412

14.5.2 损伤法则 413

14.6 高温容器的设计方法 417

14.6.1 美国标准ASME规范CC N-47 417

14.6.2 英国标准R5 420

参考文献 424

第15章 应力分析 427

15.1 概述 427

15.1.1 基本概念介绍 427

15.1.2 一点处的应力状态 428

15.1.3 圣维南原理 429

15.1.4 材料强度理论 429

15.2 弹塑性力学基础 429

15.2.1 弹性力学的基本概念 429

15.2.2 平面问题的基本理论 431

15.2.3 弹性力学解题方法举例 441

15.2.4 塑性力学简介 445

15.2.5 屈服条件 447

15.2.6 加载、卸载定理 450

15.3 有限元法基础 450

15.3.1 有限元的基本概念 451

15.3.2 有限元法的解题步骤 452

15.3.3 有限元软件介绍 453

15.3.4 ANSYS入门简介 454

15.4 应力分析常用方法 455

15.4.1 解析法 455

15.4.2 数值求解法 455

15.4.3 实测法 455

15.5 应力分析设计方法 457

15.5.1 应力分类 458

15.5.2 各类应力的限制条件 459

15.5.3 典型部件的应力分类 461

15.5.4 典型产品的应力分析设计案例 462

15.6 疲劳设计 467

15.6.1 低循环疲劳曲线 467

15.6.2 平均应力影响下疲劳曲线的修正 468

15.6.3 疲劳损伤积累 468

15.6.4 疲劳设计 470

15.6.5 疲劳分析的其他问题 473

参考文献 473

第16章 超压泄放装置 474

16.1 压力容器的超压及安全泄放 474

16.1.1 压力容器的超压 474

16.1.2 防超压安全泄放 475

16.1.3 超压泄放装置的设置 477

16.2 爆破片的选用与设计计算 479

16.2.1 爆破片的种类及基本特性 479

16.2.2 爆破片的选用 482

16.3 安全阀的选用与设计计算 496

16.3.1 安全阀的种类及基本特性 496

16.3.2 安全阀的选用 499

16.4 容器的安全泄放量 508

16.4.1 储存压缩空气或蒸汽时容器的安全泄放量 508

16.4.2 储存液化气体时容器的安全泄放量 508

16.5 超压泄放技术现状及标准简介 509

16.5.1 超压泄放技术现状 509

16.5.2 相关标准简介 514

参考文献 527