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上卷 1

第1章 常用资料 1

1.1 常用计量单位及单位换算 1

1.1.1 国际单位制及我国法定计量单位 1

1.1.2 常用单位换算 2

1.2 常用数据 7

1.2.1 常用几何面积、体积及重心位置 7

1.2.2 常用材料密度 12

1.2.3 常用松散材料的密度及安息角 12

1.2.4 标准筛目对照 13

1.2.5 中国线规与英、美、德线规对照 15

1.2.6 材料的线膨胀系数 15

1.2.7 材料弹性模量及泊松比 16

1.2.8 摩擦系数 16

1.2.9 特征数 17

1.3 常用力学公式 18

1.3.1 运动学、动力学公式 18

1.3.2 常用材料力学公式 21

第2章 化工设备用材料 37

2.1 钢铁材料牌号表示方法 37

2.1.1 变形钢及合金牌号表示方法 38

2.1.2 铸钢牌号表示方法（GB/T 5613—1995） 40

2.1.3 铸铁牌号表示方法（GB 5612—1985） 40

2.2 金属材料的力学性能代号 41

2.3 各类钢铁材料的化学成分、力学性能及用途 42

2.3.1 碳素结构钢及合金结构钢 42

2.3.2 铸钢 88

2.3.3 铸铁 96

2.4 钢板 100

2.4.1 钢板每平方米面积的理论质量 100

2.4.2 冷轧钢板和钢带（GB 708—1988） 101

2.4.3 热轧钢板和钢带（GB 709—1988） 102

2.4.4 锅炉用钢板（GB 713—1997） 103

2.4.5 焊接气瓶用钢板（GB 6653—1994） 106

2.4.6 压力容器用钢板（GB 6654—1996） 107

2.4.7 低温压力容器用低合金钢钢板（GB 3531—1996） 109

2.4.8 镀锡钢板、镀锌钢板、镀铅钢板（GB 2520—1988、YB/T 5131—1993、YB/T 5130—1993） 110

2.4.9 不锈钢冷轧钢板、不锈钢热轧钢板（GB 3280—1992、GB 4237—1992） 110

2.4.10 耐热钢板（GB 4238—1992） 112

2.4.11 花纹钢板（GB/T 3277—1991） 115

2.5 钢管 116

2.5.1 一般规定 116

2.5.2 无缝钢管尺寸、外形、质量及允许偏差（GB/T 17395—1998） 116

2.5.3 低压流体输送用焊接钢管（GB/T 3091—2001） 119

2.5.4 低中压锅炉用无淀钢管（GB 3087—1999） 121

2.5.5 高压锅炉用无缝钢管（GB 5310—1995） 122

2.5.6 高压化肥设备用无缝钢管（GB 6479—2000） 128

2.5.7 结构用无缝钢管（GB/T 8162—1999） 129

2.5.8 输送流体用无缝钢管（GB/T 8163—1999） 131

2.5.9 石油裂化用无缝钢管（GB 9948—1988） 131

2.5.10 机械结构用不锈钢焊接钢管（GB 12770—1991） 133

2.5.11 流体输送用不锈钢焊接钢管（GB/T 12771—2000） 136

2.5.12 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管（GB 13296—1991） 139

2.5.13 直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992） 143

2.5.14 结构用不锈钢无缝钢管（GB/T 14975—1994） 146

2.5.15 流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T 14976—1994） 150

2.5.16 低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管（SY/T 5037—2000） 154

2.5.17 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部分：A级钢管（GB/T 9711—1997） 156

2.6 型钢 161

2.6.1 热轧扁钢（GB 704—1988） 161

2.6.2 热轧圆钢、方钢、六角钢（GB 702—1986、GB 705—1989） 162

2.6.3 优质结构钢冷拉钢材技术条件（GB 3078—1994） 164

2.6.4 角钢 165

2.6.5 热轧工字钢（GB 706—1988） 173

2.6.6 热轧槽钢（GB 707—1988） 175

2.6.7 H型钢和剖分T型钢（GB/T 11263—1998） 177

2.7 常用工业用金属丝编织方孔筛网（GB/T 5330—1985） 180

2.8 有色金属材料代号、牌号 181

2.8.1 常用有色金属和合金元素名称及其代号（GB/T 340—1976） 181

2.8.2 专用有色金属、合金名称及其代号（GB/T 340—1976） 181

2.8.3 有色金属铸造方法、合金状态代号（GB/T 1173—1995、GB/T 1176—1987、GB/T 1175—1997） 182

2.8.4 有色金属产品状态、特性代号（GB/T 340—1976） 182

2.8.5 变形铝及铝合金牌号表示方法（GB/T 16474—1996） 182

2.8.6 变形铝及铝合金状态代号（GB/T 16475—1996） 183

2.9 铸造铜合金（GB/T 1176—1987） 184

2.10 铸造铝合金（GB/T 1173—1995） 190

2.11 铸造钛及钛合金（GB/T 15073—1994） 192

2.12 铜及铜合金型材 192

2.12.1 常用铜及铜合金板、棒材 193

2.12.2 常用铜及铜合金管材 196

2.13 铝及铝合金型材 203

2.14 钛及钛合金型材 220

2.15 铅及铅合金型材 224

2.16 镍及镍合金型材 226

2.16.1 镍及镍合金的物理性能 228

2.16.2 镍及镍合金的力学性能 228

2.16.3 镍及镍合金棒 230

2.16.4 镍及镍合金加工产品国内外牌号对照 230

2.17 复合钢板 230

2.17.1 不锈钢复合钢板和钢带（GB/T 8165—1997） 230

2.17.2 钛-钢复合钢板（GB/T 8547—1987） 233

2.17.3 铜-钢复合钢板（GB 13238—1991） 234

2.18 非金属材料 235

2.18.1 常用橡胶的品种、性能、特点 235

2.18.2 橡胶板 239

2.18.3 橡胶管 240

2.18.4 石棉橡胶板（GB/T 3985—1995） 246

2.18.5 耐油石棉橡胶板（GB/T 359—1995） 246

2.18.6 常用工程塑料 247

2.18.7 玻璃制品 263

参考文献 264

第3章 焊接 265

3.1 常用焊接方法 265

3.2 焊接材料 267

3.2.1 焊条 267

3.2.2 焊丝 276

3.2.3 焊剂、焊丝与焊剂组合 296

3.2.4 焊接用气体 298

3.2.5 钨极 299

3.3 焊接材料的选用 299

3.3.1 压力容器、化工设备焊接用焊接材料的选用原则 299

3.3.2 焊条的选用 299

3.3.3 埋弧焊、电渣焊焊接材料的选用 309

3.3.4 气体保护焊焊丝的选用 313

3.3.5 气焊焊接材料的选用 313

3.3.6 气体保护焊用保护气体的选用 319

3.4 焊接结构设计 321

3.4.1 对接焊接接头设计原则 321

3.4.2 接管、凸缘与壳体间的焊接接头设计原则 324

3.4.3 焊接接头的坡口形式及基本尺寸 327

3.4.4 焊缝代号 355

3.5 焊接接头的强度计算 361

3.5.1 焊接接头强度计算的规定 361

3.5.2 对接焊缝的强度计算 361

3.5.3 角焊缝的强度计算方法 362

3.6 碳素钢的焊接 363

3.6.1 碳素钢的焊接特点 363

3.6.2 碳素钢的焊接方法 363

3.6.3 焊接接头形式和尺寸 365

3.7 低合金高强钢的焊接 365

3.7.1 低合金高强钢的特点 365

3.7.2 低合金高强钢的焊接方法 365

3.7.3 低合金高强钢的焊接坡口形式和尺寸 368

3.8 耐热型低合金钢的焊接 369

3.8.1 耐热型低合金钢的特点 369

3.8.2 耐热型低合金钢焊接的要求 369

3.8.3 耐热型低合金钢的焊接性 369

3.8.4 低合金耐热钢的焊接方法和焊接材料的选用 369

3.8.5 焊接接头形式和尺寸 372

3.9 低温用钢的焊接 372

3.9.1 低温用钢的分类及其焊接特性 372

3.9.2 焊接方法及焊接材料的选用 372

3.9.3 焊接材料 372

3.9.4 焊接接头形式和尺寸 373

3.10 不锈钢和其它耐蚀钢的焊接 373

3.10.1 不锈钢的种类及其特性 373

3.10.2 奥氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料选用 373

3.10.3 马氏体不锈钢的焊接 378

3.10.4 铁素体不锈钢的焊接 378

3.10.5 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接 378

3.10.6 其它耐蚀钢的焊接 378

3.11 铸钢、铸铁的焊接 379

3.11.1 铸钢的焊接 379

3.11.2 铸钢件的补焊 380

3.11.3 铸铁的焊条冷补焊 380

3.12 同类不同钢种的异种钢焊接 380

3.12.1 不同强度级别的低合金高强钢（包括低碳钢）的焊接 380

3.12.2 不同珠光体耐热钢的焊接 381

3.12.3 不同类型低温钢的焊接 382

3.12.4 不同牌号奥氏体不锈钢的焊接 383

3.13 不同类异种钢的焊接 384

3.13.1 低碳钢与强度型低合金钢的焊接 384

3.13.2 低碳钢与耐热型低合金钢的焊接 385

3.13.3 低碳钢与低温型低合金钢的焊接 385

3.13.4 强度型低合金钢与耐热型低合金钢的焊接 386

3.13.5 铁素体钢与铁素体不锈钢的焊接 386

3.13.6 铁素体钢与奥氏体不锈钢的焊接 387

3.14 复合钢板的焊接 390

3.14.1 不锈钢复合钢板的焊接 390

3.14.2 钛及钛合金复合钢板的焊接 396

3.14.3 铜及铜合金复合钢板的焊接 400

3.14.4 镍及镍合金复合钢板的焊接 403

3.14.5 堆焊 404

3.15 镍和镍（基耐蚀）合金的焊接 407

3.15.1 镍和镍基耐蚀合金 407

3.15.2 镍和镍基耐蚀合金的焊接方法、焊材选用和焊接接头设计 408

3.16 钛和钛合金的焊接 417

3.16.1 钛材及特性 417

3.16.2 钛和钛合金的焊接特点 417

3.16.3 钛和钛合金的相对焊接性和焊接方法 417

3.16.4 焊后热处理 419

3.16.5 焊缝缺陷及质量控制 420

3.16.6 质量检验 420

3.17 焊接工艺评定、焊接施工能用守则 420

3.17.1 焊接工艺评定标准 420

3.17.2 焊接环境 421

3.17.3 焊前准备和预热 421

3.17.4 后热 422

3.17.5 焊后热处理 422

3.17.6 焊接质量要求 424

3.17.7 焊接返修和补焊 425

3.18 焊接检验 425

3.18.1 焊接检验的依据 425

3.18.2 焊接检验方式 426

3.18.3 焊接检验方法 426

3.18.4 焊接缺欠和焊接缺陷 426

3.18.5 无损检测 426

参考文献 428

第4章 紧固件 430

4.1 通用紧固件 430

4.1.1 紧固件材料及力学、物理性能 430

4.1.2 螺栓 439

4.1.3 螺母 447

4.1.4 垫圈 451

4.2 专用紧固件 453

4.2.1 压力容器法兰用等长双头螺柱 453

4.2.2 钢制管法兰用紧固件 454

第5章 压力容器设计 457

5.1 压力容器应力分析 457

5.1.1 强度理论简介 457

5.1.2 受压壳体的力学基础 458

5.2 压力容器设计参数的确定 462

5.2.1 定义 462

5.2.2 《钢制压力容器》GB 150适用范围 462

5.2.3 对不能采用《钢制压力容器》GB 150标准来确定结构尺寸的受压元件 462

5.2.4 压力容器范围 462

5.2.5 设计压力的确定 463

5.2.6 设计温度的确定 463

5.2.7 设计载荷的确定 464

5.2.8 壁厚附加量 464

5.2.9 压力容器最小壁厚 464

5.2.10 许用应力与安全系数 464

5.2.11 压力试验 465

5.2.12 气密性试验 465

5.3 内压圆筒和球壳 465

5.3.1 符号 465

5.3.2 计算公式 466

5.4 内压凸形封头 466

5.4.1 符号 466

5.4.2 计算公式 466

5.5 内压锥壳 469

5.5.1 符号 469

5.5.2 锥壳设计 469

5.5.3 无折边锥壳壁厚计算 470

5.5.4 折边锥壳壁厚计算 470

5.5.5 变径段设计 474

5.6 平盖 474

5.6.1 符号 474

5.6.2 平盖厚度计算 474

5.7 外压容器设计 476

5.7.1 薄壁圆筒的稳定性计算 476

5.7.2 符号 479

5.7.3 外压圆筒和外压管子计算 480

5.7.4 外压球壳和球形封头的壁厚设计 490

5.7.5 外压圆筒加强圈的设计 490

5.7.6 外压（凸形）封头（凸面受压）计算 492

5.7.7 外压锥壳计算 492

5.8 压力容器开孔与开孔补强 496

5.8.1 开孔附近的应力分析 496

5.8.2 应力集中系数的计算 496

5.8.3 开孔补强设计 498

5.8.4 等面积补强适用范围 499

5.8.5 对补强金属材料的要求 501

5.8.6 多个开孔补强 501

5.8.7 平盖中心开单个圆形孔（d＞0.5Do）的补强要求 504

5.9 法兰 505

5.9.1 法兰强度分析 505

5.9.2 铁木欣柯法（Timoshenko） 506

5.9.3 华脱尔斯法（Waters） 507

5.9.4 法兰的结构分类 508

5.9.5 法兰基本型式 509

5.9.6 法兰结构 510

5.9.7 法兰计算 512

5.9.8 法兰连接的选材 533

5.9.9 对非标准法兰连接设计的提示 533

5.9.10 无垫片焊接密封法兰的设计和计算 535

5.9.11 压力容器法兰标准 538

5.10 压力容器用材料及其许用应力 571

5.10.1 压力容器用材料的选用原则 571

5.10.2 压力容器用材料的许用应力 573

5.10.3 压力容器用钢材的高温性能 573

5.10.4 压力容器用钢材的补充规定 584

5.11 低温压力容器设计准则 585

5.11.1 总则 585

5.11.2 材料 585

5.11.3 设计 586

5.11.4 制造、检验和验收 590

参考文献 590

第6章 球形容器设计 591

6.1 相关标准规范 591

6.1.1 国内球罐设计标准 591

6.1.2 国外球罐设计标准 591

6.2 材料 591

6.2.1 球壳用钢板材料 591

6.2.2 锻件 591

6.2.3 钢管 591

6.2.4 螺柱及螺母 591

6.2.5 焊接材料 591

6.2.6 钢结构 592

6.2.7 国外球罐常用的材料 592

6.3 设计 596

6.3.1 结构设计 596

6.3.2 计算 602

6.3.3 支柱对球壳板产生的局部应力的校核 610

6.3.4 球壳板的几何尺寸计算 610

6.3.5 例题 610

6.4 制造、检验与验收 619

6.4.1 制造 619

6.4.2 球罐的检验与验收 623

参考文献 627

第7章 大型储罐设计 628

7.1 储罐概述 628

7.1.1 储罐的分类 628

7.1.2 有关的法规和标准 629

7.1.3 立式储罐的容量 629

7.1.4 立式储罐承受的载荷 630

7.1.5 立式储罐的设计压力和设计温度 630

7.2 立式储罐用钢材 631

7.2.1 储罐用国产钢板 631

7.2.2 立式储罐用钢材的许用应力 631

7.2.3 高强钢板 633

7.3 罐底设计 633

7.3.1 罐底的结构形式 633

7.3.2 罐底的排板形式 633

7.3.3 罐底的坡度 634

7.3.4 罐底板-罐壁连接处的受力分析 634

7.3.5 罐底的焊接结构形式 634

7.4 罐壁设计 636

7.4.1 静液压力作用下罐壁的强度要求 636

7.4.2 确定罐壁厚度的方法 636

7.5 罐顶设计 637

7.5.1 概述 637

7.5.2 锥顶 637

7.5.3 自支撑拱顶 638

7.5.4 网壳顶 639

7.5.5 网壳结构的材料 640

7.5.6 网壳的临界失稳载荷 641

7.6 内压作用下的储罐 642

7.6.1 罐壁与罐顶之间的连接结构 642

7.6.2 储罐内压对罐壁厚度的影响 643

7.6.3 储罐的锚栓 643

7.7 储罐的附件 644

7.7.1 罐顶附件 644

7.7.2 罐壁附件 644

7.7.3 安全设施 644

7.7.4 梯子、平台和栏杆 644

7.8 外浮顶罐 644

7.8.1 概述 644

7.8.2 浮顶的基本要求 645

7.8.3 单盘式浮顶 645

7.8.4 双盘式浮顶 647

7.8.5 外浮顶储罐的主要部件 647

7.9 内浮顶储罐 649

7.9.1 简介 649

7.9.2 钢制内浮顶 650

7.9.3 铝制内浮顶 650

7.9.4 内浮顶储罐的设计 651

7.10 立式储罐的风载荷 651

7.10.1 风载荷作用下罐壁的稳定性 651

7.10.2 罐壁加强圈 652

7.10.3 浮顶罐的罐壁顶部抗风圈 653

7.10.4 风载荷作用下储罐的位移 653

7.11 立式储罐的抗震设计 654

7.11.1 概述 654

7.11.2 储罐抗震计算 656

7.11.3 罐壁的竖向容许应力 656

7.11.4 罐壁的抗震验算 657

7.11.5 储罐满足抗震设防烈度的条件 657

7.11.6 液面晃动波高 657

7.11.7 储罐抗震的构造要求 657

参考文献 658

第8章 高压容器设计 659

8.1 单层圆筒应力分析 659

8.1.1 轴向应力 659

8.1.2 周向应力与径向应力 659

8.1.3 厚壁内压圆筒的强度计算 662

8.1.4 厚壁圆筒采用中径公式进行强度设计的依据 662

8.2 高压圆筒及厚壁球壳的设计 663

8.2.1 厚壁圆筒及厚壁球壳结构形式 663

8.2.2 符号 665

8.2.3 高压容器壳体的设计计算 666

8.3 高压容器筒体端部设计及计算 666

8.3.1 符号 666

8.3.2 筒体端部 666

8.4 高压容器的端盖计算 668

8.4.1 符号 668

8.4.2 锻造紧缩口 669

8.4.3 几种截面特性计算 670

8.5 高压容器的密封设计 670

8.5.1 高压容器密封的分类 670

8.5.2 高压容器的密封结构 670

参考文献 691

第9章 换热器 692

9.1 概述 692

9.1.1 换热器在化工及石油化工生产中的作用 692

9.1.2 换热器的分类及特点 692

9.1.3 换热器类别的选择 693

9.1.4 换热器设计的内容 693

9.1.5 相关标准规范 694

9.2 基本参数 695

9.2.1 符号说明 695

9.2.2 基本参数 695

9.3 结构设计 702

9.3.1 管箱及壳体 702

9.3.2 管束 706

9.3.3 折流板及支撑板 712

9.3.4 拉杆 716

9.3.5 防短路结构 717

9.3.6 防冲挡板及导流筒 718

9.3.7 纵向隔板 721

9.3.8 换热器的管束滑道结构 721

9.3.9 立式换热器耳式支座的设置 723

9.3.10 浮头式换热器的结构设计 723

9.3.11 U形管式换热器的结构设计 726

9.3.12 低温换热器上的垫木 727

9.3.13 双管板换热器 727

9.3.14 膨胀节 732

9.4 换热器元件的强度计算 732

9.4.1 管箱平板盖 732

9.4.2 分程隔板 733

9.4.3 波形膨胀节 733

9.4.4 管板 737

9.4.5 浮头盖及钩圈 815

9.5 管壳式换热器的制造与检验 821

9.5.1 制造 821

9.5.2 检验 827

参考文献 829

第10章 搅拌设备 830

10.1 搅拌器类型 830

10.1.1 概述 830

10.1.2 机械搅拌器的形式和选型 830

10.1.3 常用标准搅拌器 838

10.1.4 搅拌器附件 849

10.1.5 磁力驱动搅拌器 850

10.1.6 紧凑型潜水搅拌器 856

10.2 搅拌功率计算 859

10.2.1 符号命名 859

10.2.2 搅拌功率 859

10.2.3 搅拌器的搅拌功率捷算法（诺谟图法） 870

10.2.4 最小搅拌轴功率 871

10.2.5 搅拌器的搅拌功率计算例题 871

10.3 搅拌器强度计算 872

10.3.1 符号命名 872

10.3.2 搅拌器设计功率 873

10.3.3 搅拌器桨叶材料的许用应力 874

10.3.4 锚式搅拌器强度计算 874

10.3.5 框式搅拌器强度计算 875

10.3.6 门框式搅拌器强度计算 876

10.3.7 桨式搅拌器强度计算 877

10.3.8 开启涡轮式搅拌器强度计算 878

10.3.9 圆盘涡轮式搅拌器强度计算 880

10.3.10 三叶后掠式搅拌器强度计算 881

10.3.11 推进式搅拌器强度计算 882

10.3.12 对搅拌器设计的其它要求 883

10.4 搅拌轴机械计算 884

10.4.1 符号命名 884

10.4.2 搅拌轴机械计算的基本条件 885

10.4.3 按柔性轴设计的搅拌轴机械计算的附加条件 886

10.4.4 搅拌轴的典型受力图 886

10.4.5 搅拌轴机械计算 886

10.4.6 搅拌器与搅拌轴的连接 894

10.5 搅拌机的传动装置 896

10.5.1 搅拌机传动装置的组成 896

10.5.2 搅拌机传动装置的标准零部件 897

10.5.3 搅拌机传动装置系统组合、选用及技术要求（HG 21563—1995） 941

10.5.4 搅拌轴底轴承和中间轴承 947

10.5.5 计算例题 949

10.5.6 驱动机 953

10.6 搅拌容器的传热结构及强度计算 954

10.6.1 搅拌容器的传热夹套 954

10.6.2 带夹套搅拌容器支座的设置原则 971

10.6.3 搅拌机对搅拌容器附加载荷的强度、稳定计算 971

参考文献 972