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第1篇 化工设备材料 3

第1章 化工设备材料及其选择 3

1.1 概述 3

1.2 材料的性能 3

1.2.1 力学性能 4

1.2.2 物理性能 10

1.2.3 化学性能 10

1.2.4 加工工艺性能 11

1.3 金属材料的分类及牌号 12

1.3.1 分类 12

1.3.2 钢铁牌号及表示方法 14

1.4 碳钢与铸铁 16

1.4.1 铁碳合金的组织结构 17

1.4.2 铁碳合金状态图 19

1.4.3 碳钢中元素对其性能的影响 21

1.4.4 钢的热处理 23

1.4.5 铸铁 24

1.5 低合金钢 25

1.5.1 合金元素对钢性能的影响 25

1.5.2 低合金钢 27

1.5.3 不锈耐酸钢 27

1.5.4 耐热钢 29

1.5.5 低温用钢 31

1.5.6 锅炉和压力容器用钢 31

1.6 有色金属材料 33

1.6.1 铝及其合金 33

1.6.2 铜及其合金 34

1.6.3 铅及其合金 35

1.6.4 钛及其合金 36

1.7 非金属材料 36

1.7.1 无机非金属材料 36

1.7.2 有机非金属材料 37

1.8 化工设备的腐蚀及防腐措施 39

1.8.1 金属腐蚀 39

1.8.2 晶间腐蚀和应力腐蚀 42

1.8.3 金属腐蚀破坏的形式 44

1.8.4 金属设备的防腐措施 45

1.9 化工设备材料的选择 46

1.9.1 选材的一般原则 46

1.9.2 选材举例 47

习题 49

第2篇 化工容器设计 53

第2章 容器设计的基本知识 53

2.1 容器的分类与结构 53

2.1.1 容器的分类 53

2.1.2 容器的结构 55

2.1.3 压力容器类别 56

2.2 容器零部件的标准化 58

2.2.1 标准化的意义 58

2.2.2 标准化的基本参数 58

2.3 特种设备安全监察 60

2.4 固定式压力容器安全技术监察规程简介 60

2.5 特种设备法规、安全技术规范和标准 61

2.6 容器机械设计的基本要求 62

习题 63

第3章 内压薄壁容器的应力分析 65

3.1 回转壳体的应力分析——薄膜理论 65

3.1.1 薄壁容器及其应力特点 65

3.1.2 基本概念与基本假设 66

3.1.3 经向应力计算公式——区域平衡方程式 67

3.1.4 环向应力计算公式——微体平衡方程式 69

3.1.5 轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 70

3.2 薄膜理论的应用 71

3.2.1 受气体内压的圆筒壳 71

3.2.2 受气体内压的球壳 72

3.2.3 受气体内压的椭球壳（椭圆形封头） 73

3.2.4 受气体内压的锥壳 75

3.2.5 受气体内压的碟形壳（碟形封头） 76

3.2.6 例题 78

3.3 内压圆筒的边缘应力 80

3.3.1 边缘应力的概念 80

3.3.2 边缘应力的特点 81

3.3.3 对边缘应力的处理 82

习题 83

第4章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 86

4.1 强度设计的基本知识 86

4.1.1 关于弹性失效的设计准则 86

4.1.2 强度理论及其相应的强度条件 87

4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 88

4.2.1 强度计算公式 88

4.2.2 设计参数的确定 90

4.2.3 容器的厚度和最小厚度 96

4.2.4 耐压试验 97

4.2.5 泄漏试验 99

4.2.6 例题 99

4.3 封头的设计 101

4.3.1 半球形封头 102

4.3.2 椭圆形封头 102

4.3.3 碟形封头 103

4.3.4 球冠形封头 104

4.3.5 锥形封头 106

4.3.6 平板封头 112

4.3.7 例题 117

4.3.8 封头的选择 118

习题 122

第5章 外压圆筒与封头的设计 125

5.1 概述 125

5.1.1 外压容器的失稳 125

5.1.2 容器失稳形式的分类 125

5.2 临界压力 126

5.2.1 概念 126

5.2.2 影响临界压力的因素 126

5.2.3 长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 128

5.2.4 临界压力的理论计算公式 129

5.2.5 临界长度 130

5.3 外压圆筒的工程设计 130

5.3.1 设计准则 130

5.3.2 外压圆筒壁厚设计的图算法 131

5.3.3 例题 139

5.4 外压球壳与凸形封头的设计 140

5.4.1 外压球壳和球形封头的设计 140

5.4.2 凸面受压封头的设计 141

5.4.3 例题 142

5.5 外压圆筒加强圈的设计 142

5.5.1 加强圈的作用与结构 142

5.5.2 加强圈的间距 143

5.5.3 加强圈的尺寸设计 143

5.5.4 加强圈与圆筒间的连接 144

5.5.5 例题 145

习题 146

第6章 容器零部件 149

6.1 法兰联接 149

6.1.1 法兰联接结构与密封原理 149

6.1.2 法兰的结构与分类 150

6.1.3 影响法兰密封的因素 152

6.1.4 法兰标准及选用 156

6.2 容器支座 169

6.2.1 卧式容器支座 169

6.2.2 立式容器支座 176

6.3 容器的开孔补强 178

6.3.1 开孔应力集中现象及其原因 178

6.3.2 开孔补强设计原则、形式与结构 180

6.3.3 等面积补强设计方法 184

6.3.4 例题 187

6.4 容器附件 188

6.4.1 接管 188

6.4.2 凸缘 189

6.4.3 手孔与人孔 189

6.4.4 视镜 190

6.5 容器设计举例 190

6.5.1 罐体壁厚设计 190

6.5.2 封头厚度设计 191

6.5.3 鞍座 192

6.5.4 人孔 193

6.5.5 人孔补强 194

6.5.6 接管 194

6.5.7 设备总装配图 195

习题 197

第3篇 典型化工设备的机械设计 203

第7章 管壳式换热器的机械设计 203

7.1 概述 203

7.1.1 管壳式换热器的结构及主要零部件 203

7.1.2 管壳式换热器的分类 204

7.1.3 管壳式换热器的机械设计内容 205

7.2 管子的选用及其与管板的连接 205

7.2.1 管子的选用 205

7.2.2 管子与管板的连接 206

7.3 管板结构 209

7.3.1 换热管的排列形式 209

7.3.2 管间距 210

7.3.3 管板受力及其设计方法简介 210

7.3.4 管程的分程及管板与隔板的连接 211

7.3.5 管板与壳体的连接结构 213

7.4 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构 214

7.4.1 折流板与支承板 214

7.4.2 旁路挡板 217

7.4.3 拦液板 217

7.5 温差应力 218

7.5.1 管壁与壳壁温差引起的温差应力 218

7.5.2 管子拉脱力的计算 219

7.5.3 温差应力的补偿 221

7.5.4 膨胀节的结构及设置 223

7.6 管箱与壳程接管 225

7.6.1 管箱 225

7.6.2 壳程接管 225

7.7 管壳式换热器的机械设计举例 226

习题 234

第8章 塔设备的机械设计 236

8.1 塔体与裙座的机械设计 237

8.1.1 塔体厚度的计算 237

8.1.2 裙座设计 247

8.2 塔体与裙座的机械设计举例 254

8.2.1 设计条件 254

8.2.2 按计算压力计算塔体和封头厚度 256

8.2.3 塔设备质量载荷计算 256

8.2.4 风载荷与风弯矩计算 258

8.2.5 地震弯矩计算 260

8.2.6 偏心弯矩计算 261

8.2.7 各种载荷引起的轴向应力 261

8.2.8 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 262

8.2.9 塔体水压试验和吊装时的应力校核 264

8.2.10 基础环设计 265

8.2.11 地脚螺栓计算 266

8.3 板式塔结构 266

8.3.1 总体结构 266

8.3.2 塔盘结构 268

8.3.3 塔盘的支承 272

8.4 填料塔结构 274

8.4.1 喷淋装置 274

8.4.2 液体再分布器 276

8.4.3 支承结构 277

习题 278

第9章 搅拌器的机械设计 282

9.1 概述 282

9.2 搅拌器的型式及选型 284

9.3 搅拌器的功率 285

9.3.1 搅拌器功率和搅拌作业功率 285

9.3.2 影响搅拌器功率的因素 286

9.3.3 从搅拌作业功率的观点确定搅拌过程的功率 286

9.4 搅拌罐结构设计 287

9.4.1 罐体的尺寸确定 287

9.4.2 顶盖的结构 289

9.5 传动装置及搅拌轴 291

9.5.1 传动装置 291

9.5.2 轴的计算 293

9.6 轴封 294

9.6.1 填料密封 294

9.6.2 机械密封 295

附录 296

附录1 常用金属材料的物理性能 296

附录2 锅炉和压力容器用钢板的化学成分和力学性能 297

附录3 钢板、钢管、锻件和螺栓的高温力学性能 299

附录4 无缝钢管的尺寸范围及常用系列 304

附录5 螺栓、螺母材料组合及适用温度范围 305

附录6 钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力 306

附录7 图5-5 和图5-7 ～图5-15 的曲线数据表（GB 150.3—2011） 317

附录8 压力容器用钢制法兰 324

附录9 钢制管法兰标注（HGT 20592—2009） 331

附录10 鞍式支座标准（JBT 4712.1—2007） 343

附录11 耳式支座标准（JBT 4712.3—2007） 354

附录12 裙座参数 356

参考文献 360