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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 1

二、压力容器的安全问题 2

第二节　压力容器安全工程学研究的对象和任务 4

一、国外有关压力容器规范及安全监督机构简况 4

二、压力容器安全工程学研究的对象、任务和方法 5

（一）力和力的单位 6

一、压力 6

第一节　压力容器 6

第一章　压力容器概论 6

第一篇 压力容器基础 6

（二）压力 7

二、压力容器及其压力来源 8

（一）压力容器的界限 8

（二）压力容器的压力来源 9

第二节　压力容器的分类 10

一、固定式容器 11

（一）按压力分类 11

（二）按工艺用途分类 11

（三）槽车 13

（二）气桶 13

二、移动式容器 13

（一）气瓶 13

第三节　压力容器的结构型式 15

一、容器本体 15

（一）球形容器 15

（二）圆筒形容器 15

二、容器主要附件 19

（一）法兰联接结构 19

（二）容器的接管、开孔及其补强结构 24

（一）本体结构型式 27

三、高压容器本体和密封结构 27

（二）密封结构型式 32

四、气瓶 39

（一）结构特点 39

（二）各种气瓶的结构 39

第二章　压力容器的应力 41

第一节　应力和形变 41

一、有关应力和形变的基本概念 41

二、构件受拉伸或压缩时的应力和形变 42

三、构件受剪切时的应力和形变 45

四、构件弯曲时的应力和形变 46

一、计算回转壳体薄膜应力的基本公式 48

第二节　容器的薄膜应力 48

二、球形壳体的薄膜应力 51

三、圆筒形壳体的薄膜应力 52

四、圆锥形壳体的薄膜应力 53

五、椭球形壳体的薄膜应力 53

六、碟形封头的薄膜应力 57

第三节　平板盖的应力 60

一、对称载荷圆形薄板的一般方程式 60

二、周边刚性固定、受均布载荷的圆板的应力 65

三、周边自由支承、受均布载荷的圆板的应力 67

四、压力容器平板盖的应力 70

第四节　壳体的不连续应力 71

一、弹性基础梁的弯曲关系 72

二、圆筒形壳体的弯曲 74

三、圆筒体与封头联接组成的容器的应力 79

（一）圆筒体与半球形封头联接 80

（二）圆筒体与椭圆形封头联接 84

（三）圆筒体与平板封头联接 86

第五节　厚壁壳体的应力 91

一、计算厚圆筒体应力的基本公式 91

（一）厚圆筒体的周向应力和径向应力 91

二、仅受内压的厚圆筒体的应力 94

（二）厚圆筒体的轴向应力 94

三、多层圆筒体的冷缩应力 97

（一）热套式筒体的冷缩应力 97

（二）包扎焊接式筒体的冷缩应力 100

第二篇　压力容器安全技术 101

第三章　对容器设计的安全要求 101

第一节　许用应力及壁厚的确定 101

一、容器的载荷及由此而产生的应力 101

（一）由压力而产生的应力 101

（二）由温度而引起的应力 102

（三）由重量而产生的应力 104

（四）其它载荷引起的应力 105

二、不同类型的应力对容器安全的影响以及对它的限制 106

（一）不同类型的应力对容器安全的影响 106

（二）关于应力的限制问题 106

三、容器壁厚的确定 109

（一）计算壁厚的有关参数 109

（二）薄壁容器壁厚的计算 112

（三）厚壁容器壁厚的计算 115

第二节　材料选用 118

一、对材料性能的基本要求 118

（一）机械性能 118

（二）工艺性能 119

二、一般中低压容器常用的材料及其使用范围 120

（一）碳钢 120

（三）耐蚀性 120

（二）普通低合金钢 121

三、特殊条件下使用的容器用钢 121

（一）低温容器用钢 121

（二）高温容器用钢 121

（三）抗氢腐蚀钢 122

（四）高强度钢 122

第三节　对结构的要求 123

一、对容器结构的基本要求 123

（一）结构不良引起的容器破裂事故 123

（二）原则要求 124

二、对封头结构的要求 125

（一）形状及尺寸 125

（二）拼接与联接焊接 125

三、对容器开孔及开孔结构的要求 126

（一）关于开设检查孔的要求 126

（二）开孔位置与尺寸的限制 126

（三）开孔补强 126

第四章　对容器制造的要求 128

第一节　容器的制造缺陷及其影响 128

一、容器在制造过程中可能产生的缺陷 128

（一）焊接缺陷 128

（二）加工成形和组装的缺陷 130

（一）缺口的影响 132

（二）几何形状不连续的影响 132

二、制造缺陷对容器安全的影响 132

（三）残余应力的影响 133

第二节　工艺要求与允许偏差 134

一、加工成形与组装 134

（一）一般要求 134

（二）焊缝布置 134

（三）允许偏差 135

（三）焊缝表面质量要求 136

（四）焊缝返修 136

（一）焊工 136

（二）焊接工艺 136

二、焊接 136

三、焊后热处理 137

（一）目的 137

（二）必需进行热处理的容器 137

（三）热处理方法 137

（四）机械法消除残余应力 138

第三节　检查与验收 138

一、焊接试板试验 138

（一）无损探伤检查方法的选用 139

二、焊缝无损探伤检查 139

（一）焊接试板的制备 139

（二）试验项目及评定标准 139

（二）无损探伤检查程度的确定 140

（三）焊缝的局部探伤检查 140

三、耐压试验和气密试验 141

（一）耐压试验 141

（二）气密试验 141

四、容器铭牌和技术资料 141

（一）金属铭牌 141

（二）技术资料 142

（二）容器使用记录 143

（一）容器的专责管理 143

二、技术管理制度 143

第一节　管理 143

（一）容器原始技术资料 143

一、容器技术档案 143

第五章　压力容器的使用管理 143

（二）安全操作规程 144

第二节　使用 144

一、容器的操作 144

二、容器的维护 146

三、检验和修理 147

（二）安全泄压装置的作用 149

（一）压力容器超压的可能性 149

第一节　安全泄压装置与安全泄放量 149

一、安全泄压装置的作用及其设置原则 149

第六章　压力容器安全泄压装置 149

（三）安全泄压装置的设置原则 150

二、安全泄压装置的类型及其特点 150

（一）阀型安全泄压装置 150

（二）断裂型安全泄压装置 150

（三）熔化型安全泄压装置 150

（四）组合型安全泄压装置 150

三、压力容器的安全泄放量 151

（一）压缩气体或水蒸汽容器的安全泄放量 151

（二）液化气体容器的安全泄放量 152

（三）器内化学反应使气体体积增大的压力容器的安全泄放量 154

第二节　安全阀 154

一、安全阀的工作特性 154

（一）工作原理与基本要求 154

（二）动作过程 154

二、安全阀的分类及其结构 156

（一）安全阀的种类 156

（二）安全阀的封闭机构 157

三、安全阀的排量 159

（一）气体由喷口流出时的流速和流量 159

（二）安全阀排量的计算 162

（一）安全阀的选用 168

四、安全阀的使用管理 168

（二）安全阀的安装、试验和调整 169

（三）安全阀的维护 170

第三节　防爆片 171

一、防爆片在压力容器中的应用 171

（一）装设防爆片的压力容器 171

（二）防爆片设计爆破压力的选定 171

二、防爆片设计 172

（一）结构型式 172

（二）排泄面积 174

（三）膜片厚度计算 174

（一）一般要求 179

三、膜片制造 179

（二）爆破压力试验 180

四、防爆帽 180

（一）结构特点 180

（二）防爆帽壁厚计算 181

（三）防爆帽制造 182

第七章　压力容器的定期检验 183

第一节　基本要求 183

一、压力容器的定期检验及其目的 183

二、定期检验的分类及其项目和期限 184

（一）外部检查 185

（二）内外部检查 186

第二节　常见的缺陷及其检查 187

一、腐蚀 187

（一）产生的原因与重点检查部位 187

（三）全面检验 187

（二）检查与处理 189

二、裂纹 190

（一）压力容器中的裂纹 191

（二）裂纹的检查 192

（三）缺陷处理 193

三、变形 194

（一）容器的变形及其产生的原因 194

（一）直观检查 195

（二）检查与处理 195

四、检验方法 195

（二）量具检查 196

（三）无损探伤 196

第三节　耐压试验 199

一、试验目的 199

二、试验用加压介质 200

三、试验温度与试验压力 202

（一）试验温度 202

（二）试验压力 203

（二）试压和检查 204

四、试验程序与方法 204

（一）试验准备工作 204

五、残余变形的测定 205

（一）直径变形测量 205

（二）电阻应变测量 206

（三）容积变形测定 207

六、试验结果的评定 208

第八章　对气瓶的安全要求 209

第一节　设计压力与气体充装量 209

一、气瓶的最高使用温度 209

（一）设计压力 210

（二）充装量（充装压力） 210

二、压缩气体气瓶的设计压力与充装量 210

三、高压液化气体气瓶的设计压力与充装量 211

（一）设计压力 211

（二）充装量（充装系数） 211

四、低压液化气体气瓶的设计压力与充装量 214

（一）设计压力 214

（二）充装量（充装系数） 216

五、充满液体的气瓶温度升高时瓶内压力的变化 218

第二节　使用管理 220

一、安全装置 220

（一）安全泄压装置 220

（一）由于充装不当而引起的气瓶事故 222

（二）其他安全装置 222

二、气体充装 222

（二）事故预防措施 223

三、使用和维护 224

（一）气瓶使用不当可能引起的事故 224

（二）事故预防措施 224

四、气瓶运输 225

第三节　高压气瓶的耐压试验 226

一、容积变形的测定及合格标准 226

（一）内测法 227

（二）外测法 233

（三）容积残变-全变比率合格标准的确定依据 234

二、以容积弹性变形作为主要评定指标的探讨 236

（一）以弹性变形作为评定指标的必要性 236

（二）气瓶耐压试验时容积弹性变形允许值的确定 236

第三篇　压力容器事故 239

第九章　压力容器的破裂型式及其原因 239

第一节　韧性破裂 239

一、金属材料的变形过程 239

（一）弹性变形 239

（二）塑性变形 240

（三）断裂 240

（四）拉伸图 241

二、压力容器的变形和韧性破裂 242

三、韧性破裂的特征 243

四、韧性破裂事故的预防 245

（一）韧性破裂的基本条件 245

（二）常见的容器韧性破裂事故 245

（三）韧性破裂事故的预防 246

第二节　脆性破裂 246

一、容器脆性破裂事例 246

（一）英国大型合成氨塔的脆性破裂 246

（二）日本大型球形容器的脆性破裂 247

（四）国内某锅炉厂试制高压容器的脆性破裂 248

（三）国内某化肥厂水洗塔的爆炸 248

二、钢的冷脆性及其转变温度 249

（一）钢的冷脆性 249

（二）冷脆转变温度及其评定 249

三、断裂力学关于金属断裂的判据 250

（一）断裂力学对断裂现象的解释 250

（二）基于线弹性断裂力学的判据 251

（三）基于弹塑性断裂力学的判据 252

四、脆性破裂的特征 253

五、脆性破裂事故的预防 255

第三节　疲劳破裂 256

一、金属疲劳现象 256

（二）金属疲劳断裂过程 257

（一）疲劳曲线与疲劳极限 257

（三）金属疲劳断口 258

二、压力容器的疲劳破裂问题 259

（一）低周疲劳 259

（二）压力容器的疲劳破裂 261

三、疲劳破裂的特征 261

四、关于防止疲劳破裂的设计问题 263

（一）要作疲劳分析的容器 263

（二）疲劳设计的基本方法 263

第四节　腐蚀破裂 263

一、钢的腐蚀破坏形式 263

（二）点腐蚀 264

（一）均匀腐蚀 264

（三）晶间腐蚀 265

（四）应力腐蚀 265

（五）疲劳腐蚀 267

二、压力容器的腐蚀破裂及其特征 267

（一）钢制容器的氢脆 267

（二）锅炉和容器的碱脆 269

（三）一氧化碳等引起的气瓶腐蚀破裂 272

（四）高温硫化氢引起的应力腐蚀 273

（五）氯离子引起的不锈钢容器的应力腐蚀 274

一、金属的蠕变 275

三、防止压力容器腐蚀破裂的措施 275

第五节　蠕变破裂 275

二、压力容器的蠕变问题 277

第十章　容器破裂爆炸及其危害 279

第一节　气体的爆炸能量 279

一、压缩气体与水蒸汽的爆炸能量 279

二、液化气体与高温饱和水的爆炸能量 281

三、可燃气体器外二次爆炸及其爆炸能量 283

第三节　气体爆炸产生的冲击波 283

一、冲击波及其破坏作用 283

二、冲击波的超压 285

一、碎片的破坏作用 289

第三节　容器破裂爆炸引起的其它危害 289

二、有毒液化气体容器破裂时的毒害区 290

三、可燃液化气体容器破裂时的燃烧区 292

第十一章　事故调查分析 294

第一节　事故情况调查 294

一、事故现场的检查 294

二、事故过程的调查 295

三、容器既往情况的调查 296

第二节　技术检验与鉴定 296

一、材料成分和性能的检查 296

（一）化学成分检查 296

（一）断口的保护与处理 297

二、断口分析 297

（二）机械性能测定 297

（三）金相检查 297

（四）工艺性能检查 297

（二）断口的宏观分析 298

（三）断口的微观分析 298

三、破坏能量的推算 299

（一）抛出容器或其碎片需要的能量 299

（二）破坏周围建筑物需要的能量 300

第三节　综合分析 301

一、爆炸性质及过程的判断 301

（一）容器在工作压力下破裂 301

（四）在工作压力下破裂后二次爆炸 302

（五）超压破裂后二次爆炸 302

（二）容器超压破裂 302

（三）器内化学反应爆炸 302

二、破裂型式的鉴别 303

（一）韧性破裂的鉴别 303

（二）脆性破裂的鉴别 303

（三）疲劳破裂的鉴别 303

（四）腐蚀破裂的鉴别 303

（五）蠕变破裂的鉴别 304

三、事故原因分析 304