基本信息
壓力容器設計知識（第二版）
作者：朱保國 主編 《壓力容器實用技術叢書》編寫委員會 組織編寫
叢書名：壓力容器實用技術叢書
出版日期：2016年6月
書號：978-7-122-23785-9
開本：16K 787×1092 1/16
裝幀：平
版次：2版1次
頁數：527頁
內容簡介
本書是《壓力容器實用技術叢書》之一。全面闡述了各種壓力容器設計的理論知識、基本計算方法、材料選擇、製造和驗收以及設計實例等。典型的壓力容器包括臥式容器、直立容器、球形儲罐、非圓形截面容器、高壓和超高壓容器、立式圓筒形儲罐、固體料倉、低溫壓力容器、高溫壓力容器等。內容上注重工程設計實際,融入了作者多年的設計工作經驗,有很強的實用性。
本書適用於壓力容器設計、製造、使用工程技術人員查閱和參考。
目錄
第1章 概述 1
1.1 壓力容器的設計進展 1
1.1.1 規則設計 1
1.1.2 分析設計 2
1.1.3 規則設計與分析設計的結合 2
1.1.4 壓力容器設計未來的發展 3
1.2 壓力容器的套用及分類 3
1.2.1 壓力容器的套用 3
1.2.2 壓力容器的分類 3
1.3 壓力容器的失效形式 4
1.3.1 強度失效 4
1.3.2 剛度失效 4
1.3.3 穩定性失效 4
1.3.4 腐蝕失效 4
1.4 壓力容器設計的基本要求 5
1.4.1 滿足生產需要 5
1.4.2 滿足壓力容器的安全可靠 5
1.4.3 滿足技術經濟合理 6
1.5 壓力容器標準及規範 6
1.5.1 國內壓力容器標準簡介 6
1.5.2 國外壓力容器標準簡介 9
1.6 壓力容器軟體介紹 11
1.6.1 SW6-2011過程設備強度計算軟體包 12
1.6.2 LANSYS壓力容器強度設計軟體 12
1.6.3 有限元程式自動生成系統FEPG 13
1.6.4 ANSYS分析設計軟體 14
1.6.5 ABQUS分析設計軟體 14
1.6.6 Pvelite& CodeCalc壓力容器整體及零部件分析設計軟體 14
第2章 設計要素 15
2.1 設計檔案 15
2.2 設計單位、人員條件及職責 15
2.2.1 設計單位 15
2.2.2 設計單位技術負責人 16
2.2.3 壓力容器設計批准人 16
2.2.4 審核人員 16
2.2.5 校核人員 17
2.2.6 設計人員 17
2.2.7 SAD各級人員 18
2.3 設計壓力 18
2.3.1 設計壓力 18
2.3.2 設計壓力的確定 18
2.4 設計溫度 19
2.4.1 設計溫度 19
2.4.2 設計溫度的確定 19
2.5 介質特性 20
2.5.1 介質的一些物理性質 20
2.5.2 介質的腐蝕性 22
2.6 設計載荷 26
2.6.1 設計時應考慮的載荷 26
2.6.2 設計載荷的組合 27
2.7 厚度附加量 28
2.8 設計壽命 29
2.8.1 設計壽命 29
2.8.2 容器設計壽命的確定 29
2.8.3 疲勞分析設計容器的設計壽命 30
2.9 厚度 30
2.10 許用應力 31
2.11 焊接接頭係數 33
2.12 耐壓試驗 33
2.12.1 耐壓試驗 33
2.12.2 液壓試驗 33
2.12.3 氣壓試驗和氣液組合試驗 34
2.13 泄漏試驗 34
2.13.1 泄漏試驗 34
2.13.2 氣密性試驗 34
2.13.3 氨檢漏試驗 35
2.13.4 鹵素檢漏試驗 35
2.13.5 氦檢漏試驗 35
2.14 無損檢測方法及選用 35
2.14.1 射線檢測(RT) 35
2.14.2 超聲檢測(UT) 36
2.14.3 衍射時差法超聲檢測(TOFD) 37
2.14.4 磁粉檢測(MT) 38
2.14.5 滲透檢測(PT) 38
2.15 技術要求 40
2.16 油漆、包裝及裝車 40
2.16.1 油漆 40
2.16.2 包裝 41
2.16.3 裝車 41
2.16.4 壓力容器油漆、包裝、裝車設計 43
2.16.5 壓力容器易損件包裝要求 43
參考文獻 44
第3章 主要受壓元件 45
3.1 內壓圓筒和內壓球殼 45
3.1.1 強度理論 45
3.1.2 內壓圓筒 45
3.1.3 內壓球殼 47
3.1.4 內壓圓筒和球殼中的溫差應力 48
3.2 外壓圓筒和外壓球殼 49
3.2.1 外壓容器的失效方式 49
3.2.2 外壓圓筒穩定性計算 49
3.2.3 加強圈設計 51
3.2.4 外壓圓筒的允許製造公差和試壓要求 53
3.2.5 外壓球殼的計算 54
3.2.6 關於外壓容器設計中焊縫係數的選取和焊縫質量的檢查 54
3.3 封頭 55
3.3.1 球形封頭 55
3.3.2 橢圓形封頭 55
3.3.3 碟形封頭 56
3.3.4 無折邊球形封頭 57
3.3.5 錐形封頭 57
3.3.6 平蓋 59
3.4 法蘭 60
3.4.1 法蘭的分類及各自的特點 60
3.4.2 法蘭連線的密封設計 61
3.4.3 螺栓設計 67
3.4.4 法蘭設計 69
參考文獻 71
第4章 開孔和開孔補強設計 72
4.1 開孔補強的理論基礎 72
4.1.1 孔邊的應力 72
4.1.2 容器開孔的強度問題及其補強準則 75
4.2 開孔補強計算方法 76
4.2.1 等面積法 76
4.2.2 壓力面積法 79
4.2.3 分析法 80
4.2.4 大開孔補強 81
4.2.5 平板及外壓容器開孔補強 82
4.3 開孔補強結構 82
4.3.1 補強圈補強 82
4.3.2 厚壁管補強 82
4.3.3 整體鍛件補強 83
4.4 開孔補強設計中的其他問題 83
4.4.1 不需另行補強的條件 83
4.4.2 接管的壁厚要求 84
4.4.3 承受外載荷接管的補強 84
4.4.4 開孔位置 84
參考文獻 84
第5章 臥式容器 85
符號總說明 85
5.1 臥式容器簡介 86
5.2 臥式容器載荷分析 88
5.2.1 臥式容器的載荷 88
5.2.2 簡化後的力學模型 90
5.2.3 內力計算 90
5.3 鞍座臥式容器強度計算 91
5.3.1 圓筒軸向應力 91
5.3.2 切向剪下應力 93
5.3.3 圓筒周向應力 95
5.3.4 鞍座強度計算 98
5.4 三角形支承加強圈的設定及強度計算 99
5.4.1 支承圈在鞍座平面內時加強圈的應力計算 100
5.4.2 支承圈靠近鞍座平面時加強圈的應力計算 101
5.5 有附載入荷作用時臥式容器的強度計算 101
5.5.1 符號說明 102
5.5.2 徑向力引起的支座反力及圓筒彎矩的計算 102
5.5.3 軸向外力矩及其引起的支座反力、彎矩的計算 103
5.5.4 支座反力、圓筒軸向彎矩的組合 104
5.5.5 集中載荷與均布載荷引起的剪力、軸向彎矩的合成及強度校核 104
5.6 附屬設備上載荷在臥式容器圓筒中引起的局部應力計算方法 107
5.6.1 符號說明與套用範圍 107
5.6.2 徑向載荷引起圓筒上局部應力的計算 109
5.6.3 附屬設備上外加力矩M L、M C引起筒體上局部應力的計算 111
5.6.4 圓筒體上局部載荷引起最大應力的合成及強度校核 124
5.7 多鞍座臥式容器 132
5.7.1 鞍座處的圓筒體彎矩 132
5.7.2 鞍座處支反力 133
5.7.3 兩支座跨度間的彎矩及極值 134
5.7.4 強度校核 134
5.7.5 基礎不均勻沉降對軸向彎矩及支座反力的影響 135
5.8 埋地臥式容器的設計計算 137
5.8.1 混土層或砂土層質量對圓筒體靜壓力的計算 137
5.8.2 混土層質量對圓筒體載荷的影響 138
5.9 製造、檢驗及驗收 139
5.9.1 臥式容器分類 139
5.9.2 製造、檢驗及驗收 139
5.9.3 焊接接頭 141
5.9.4 整體消除應力熱處理 141
5.9.5 耐壓試驗和泄漏試驗 141
5.10 臥式容器設計的合理性分析 141
5.10.1 設計分析 141
5.10.2 合理設計 143
參考文獻 145
第6章 直立容器 146
6.1 地震理論 146
6.1.1 水平地震作用 147
6.1.2 豎向地震作用 152
6.1.3 地震彎矩 154
6.2 風振理論 154
6.2.1 風的定義及我國的風氣候形式 154
6.2.2 風載荷 155
6.2.3 直立容器的風振效應 157
6.2.4 直立容器順風向下的彎曲回響 158
6.3 風誘發的振動 162
6.3.1 風誘發的振動現象 162
6.3.2 雷諾數(Re)和斯特羅哈數(St) 163
6.3.3 升力的計算 163
6.3.4 直立容器在共振時的強度計算 164
6.3.5 防止直立容器共振的措施 168
6.4 穩定理論 168
6.4.1 歐拉屈曲 169
6.4.2 外壓失穩 174
6.4.3 局部失穩 177
6.4.4 塑性失穩 178
參考文獻 179
第7章 球形儲罐 180
7.1 球罐簡介 180
7.1.1 球罐的特點及套用 180
7.1.2 球罐的分類 181
7.1.3 球罐設計參數 182
7.1.4 標準規範介紹 183
7.2 材料 183
7.2.1 球罐選材基本原則 183
7.2.2 國內球罐用材料 185
7.2.3 國外球罐用材料 187
7.3 結構 187
7.3.1 球殼 187
7.3.2 支座 188
7.3.3 拉桿 190
7.3.4 人孔接管 190
7.3.5 梯子平台 190
7.3.6 噴淋裝置 191
7.3.7 安全附屬檔案 192
7.3.8 絕熱結構 194
7.4 製造與組焊技術要求 195
7.4.1 球殼板 195
7.4.2 主要零部件 197
7.4.3 油漆、包裝、運輸 198
7.4.4 組焊準備 198
7.4.5 組裝 199
7.4.6 焊接 199
7.4.7 無損檢測 200
7.4.8 焊接修補 200
7.4.9 焊後整體熱處理 201
7.4.10 產品焊接試件 201
7.4.11 耐壓試驗 201
7.4.12 泄漏試驗 202
7.4.13 特殊球罐的技術要求 202
7.4.14 竣工驗收 203
參考文獻 203
第8章 非圓形截面容器 204
8.1 橢圓形截面容器 204
8.1.1 受力分析 204
8.1.2 危險截面和綜合應力 207
8.1.3 變形計算 208
8.1.4 實例 211
8.2 其他常見非圓形截面容器 212
8.2.1 帶圓角的矩形容器 212
8.2.2 近似橢圓形截面的容器 215
8.2.3 長圓形容器 216
8.2.4 無圓角的矩形容器 216
8.3 任意形狀的非圓形截面容器 217
8.3.1 受力分析 217
8.3.2 迴轉半徑 218
8.3.3 計算公式及其套用 220
8.4 大曲率殼體中的彎曲應力 223
8.4.1 曲梁彎曲時的彎曲應力 223
8.4.2 矩形截面曲梁的中性層位置 225
8.4.3 彎曲應力的計算公式 226
8.5 帶有加強筋的非圓形截面容器 228
8.5.1 外加強圈加強的非圓形截面容器 228
8.5.2 具有內加強筋板的長圓形柱殼 229
8.6 環形殼體 232
8.6.1 橫截面為圓形的等壁厚環形殼體 232
8.6.2 彎管時壁厚變化的環形殼體 234
8.6.3 彎管時截面變化的環形殼體 235
參考文獻 236
第9章 高壓容器和超高壓容器 237
9.1 高壓容器和超高壓容器在工業生產中的套用 237
9.2 高壓容器和超高壓容器的結構特點 237
9.3 高壓容器和超高壓容器的設計 238
9.3.1 現行各國設計規範概況 238
9.3.2 高壓容器和超高壓容器設計的基本要求 239
9.4 高壓容器和超高壓容器設計時需考慮的幾個問題 239
9.4.1 安全係數 239
9.4.2 材料的選取 240
9.4.3 耐壓試驗 240
9.4.4 無損檢測 241
9.5 高壓容器和超高壓容器的筒體結構形式 242
9.5.1 高壓容器的筒體結構形式 242
9.5.2 超高壓容器的筒體結構形式 249
9.6 高壓容器和超高壓容器的密封結構 256
9.6.1 高壓容器的密封結構 257
9.6.2 超高壓容器的密封結構 260
參考文獻 262
第10章 常壓容器 263
10.1 常壓容器簡介 263
10.2 材料 263
10.2.1 對材料的基本要求 263
10.2.2 許用應力的確定 264
10.2.3 常壓容器用材料 264
10.3 結構設計 266
10.3.1 基本結構元件 266
10.3.2 立式圓筒形容器 269
10.3.3 矩形容器 273
10.4 製造、組焊、檢驗與驗收要求 273
10.4.1 材料 274
10.4.2 加工成形 274
10.4.3 焊接 275
10.4.4 熱處理 275
10.4.5 無損檢測 275
10.4.6 試驗 275
參考文獻 276
第11章 立式圓筒形儲罐 277
11.1 立式圓筒形儲罐簡介 277
11.1.1 儲罐的種類和特點 277
11.1.2 儲罐的容量及經濟尺寸選擇 278
11.1.3 儲罐設計參數(載荷) 278
11.1.4 國內外儲罐標準簡介 278
11.2 儲罐用材料 279
11.2.1 儲罐選材基本原則 279
11.2.2 國內儲罐用材料及要求 280
11.2.3 國外儲罐用材料 281
11.3 罐底的設計 282
11.3.1 罐底厚度 282
11.3.2 結構設計 284
11.4 罐壁的設計 285
11.4.1 罐壁的強度計算 285
11.4.2 罐壁的風力穩定計算 286
11.4.3 罐壁的抗震計算 289
11.4.4 罐壁的結構設計 291
11.5 罐頂設計 292
11.5.1 固定頂設計 292
11.5.2 外浮頂設計 298
11.5.3 內浮頂設計 312
11.6 油罐附屬檔案(或配件)及其選用 317
11.6.1 常用附屬檔案 317
11.6.2 附屬檔案的布置 319
11.6.3 攪拌設施 320
11.6.4 消防設施設定 322
11.6.5 伴熱結構 323
11.6.6 排污結構 324
11.6.7 防腐蝕設計 324
11.7 製造與組焊的要求 329
11.7.1 材料及附屬檔案驗收 329
11.7.2 預製 329
11.7.3 組裝 331
11.7.4 焊接 331
11.7.5 檢查及驗收 332
11.8 儲罐基礎 335
11.8.1 基礎的沉降 335
11.8.2 對基礎的要求 336
11.8.3 基礎沉降觀測 338
11.9 國內外標準比較 338
11.9.1 範圍 338
11.9.2 許用應力 339
11.9.3 罐壁強度計算 340
11.9.4 清掃孔的設定 342
第12章 固體料倉 343
12.1 固體料倉簡介 343
12.1.1 料倉發展概況和套用 343
12.1.2 料倉的設計分類和計算基礎 345
12.1.3 料倉的結構選擇和設計原則 348
12.2 材料 349
12.2.1 料倉的材料 349
12.2.2 板式焊接料倉的選材分析 349
12.2.3 板式焊接料倉的常用材料 350
12.3 設計計算 352
12.3.1 賴姆伯特理論 352
12.3.2 倉殼圓筒應力計算 357
12.3.3 倉殼錐體應力計算 359
12.4 結構 360
12.4.1 倉殼的高徑比分析 361
12.4.2 倉頂結構 362
12.4.3 倉底結構 363
12.4.4 料倉筒體結構 363
12.4.5 料倉支座 364
12.4.6 料倉防堵結構 366
12.4.7 料倉梯子和平台 366
12.5 料倉的製造、檢驗與驗收 366
12.5.1 材料檢查和要求 367
12.5.2 預製和加工成形 367
12.5.3 組裝 368
12.5.4 焊接 369
12.5.5 表面處理 371
12.5.6 試驗、檢驗及驗收 372
參考文獻 373
第13章 低溫壓力容器 374
13.1 低溫壓力容器簡介 374
13.1.1 壓力容器的低溫界限 374
13.1.2 低溫低應力工況 374
13.2 材料 376
13.2.1 低應力脆性斷裂現象 376
13.2.2 影響低溫韌性的因素 376
13.2.3 防止低應力脆斷的設計原則 378
13.2.4 鋼材低溫韌性的評定方法 378
13.2.5 低溫壓力容器用鋼 379
13.2.6 低溫壓力容器用鋼的焊接材料 381
13.2.7 常用低溫壓力容器用鋼的焊接材料 382
13.3 結構設計 382
13.3.1 結構簡介 383
13.3.2 焊接結構設計 383
13.3.3 低溫容器的密封結構 384
13.3.4 低溫絕熱結構設計的目的及方法 384
13.3.5 低溫容器的支承系統設計 385
參考文獻 385
第14章 高溫壓力容器 386
14.1 高溫壓力容器簡介 386
14.1.1 高溫的定義 386
14.1.2 高溫結構設計的重要性 386
14.2 材料的高溫強度性能試驗 388
14.2.1 高溫拉伸 388
14.2.2 蠕變試驗曲線及變形機制 388
14.2.3 蠕變特性的描述 389
14.2.4 蠕變特性的外推 391
14.3 典型材料的高溫強度 393
14.3.1 常用高溫強度性能指標 393
14.3.2 低合金鋼的高溫強度 394
14.3.3 高合金鋼的高溫強度 396
14.4 壓力容器的蠕變和應力松馳 400
14.4.1 多軸應力狀態下的蠕變 400
14.4.2 承壓容器的蠕變應力 401
14.4.3 松馳及其與蠕變的關係 403
14.5 蠕變-疲勞互動作用 406
14.5.1 高溫疲勞 406
14.5.2 損傷法則 407
14.6 高溫容器的設計方法 411
14.6.1 美國標準ASME規範Ⅲ NH 411
14.6.2 英國標準R5 415
參考文獻 419
第15章 應力分析 421
15.1 應力分析的常用方法與結果的評定 421
15.1.1 應力分析的常用方法 421
15.1.2 應力分析結果的評定 423
15.2 彈性力學基礎 424
15.2.1 彈性力學的基本假設 424
15.2.2 聖維南原理 424
15.2.3 直角坐標系下一般問題的基本方程 425
15.2.4 平面問題的基本理論 426
15.2.5 彈性力學解題方法舉例 435
15.3 塑性力學基礎 444
15.3.1 金屬材料的應力-應變曲線 444
15.3.2 應力-應變曲線的簡化模型 445
15.3.3 屈服條件 446
15.3.4 載入、卸載定理 448
15.3.5 單層厚壁筒體的塑性應力分析 449
15.4 有限元法基礎 451
15.4.1 有限元的基本概念 452
15.4.2 有限元法的解題步驟 452
15.4.3 有限元軟體介紹 453
15.4.4 ANSYS入門簡介 454
15.5 壓力容器分析設計方法 457
15.5.1 簡介 457
15.5.2 應力分類設計 458
15.6 疲勞設計 470
15.6.1 低循環疲勞曲線 471
15.6.2 平均應力影響下疲勞曲線的修正 471
15.6.3 疲勞損傷積累 472
15.6.4 疲勞設計 473
15.6.5 疲勞分析的其他問題 476
15.6.6 典型產品的疲勞分析設計案例 476
15.7 壓力容器應力分析設計———直接法簡介 477
15.7.1 直接法的術語 478
15.7.2 直接法設計校核的步驟 481
15.7.3 直接法設計校核的原理和套用規則 483
參考文獻 486
第16章 超壓泄放裝置 487
16.1 壓力容器的超壓及安全泄放 487
16.1.1 壓力容器的超壓 487
16.1.2 防超壓安全泄放 488
16.1.3 超壓泄放裝置的設定 490
16.2 爆破片安全裝置的選用與設計計算 492
16.2.1 爆破片安全裝置的種類及基本特性 492
16.2.2 爆破片安全裝置的選用 496
16.3 安全閥的選用與設計計算 509
16.3.1 安全閥的種類及基本特性 509
16.3.2 安全閥的選用 513
16.4 容器的安全泄放量 521
16.4.1 儲存壓縮空氣或蒸汽時容器的安全泄放量 521
16.4.2 儲存液化氣體時容器的安全泄放量 522
16.5 超壓泄放技術現狀 523
16.5.1 爆破片安全裝置技術 523
16.5.2 安全閥技術 525
16.5.3 超壓泄放設計技術 526
參考文獻 527
