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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FEPG13

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 147

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-47417

14.6.2 英国标准R5420

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