化工容器设计（王志文）第四版_王志文、蔡仁良、惠虎编著_9787122429858

化工容器设计一直是化工设备与机械专业人才的一项基本功，它涉及力学、材料学、制造工艺学等许多方面。本书以化工容器的工程设计方法为主线，阐述有关的压力容器应力分析，将重点放在按规范设计与中低压容器设计上，但也适当地在高压容器分析设计等方面增补了不少原理方面的论述。本书主要内容包括：压力容器设计概论、压力容器钢材的选用、中低压容器的规则设计、压力容器的整体设计问题、外压容器设计、压力容器的分析设计方法、压力容器防脆断设计及疲劳裂纹扩展寿命、低温容器设计、高温压力容器设计、高压及超高压容器设计。本书可供偏重压力容器学习的本科生、化工过程机械专业研究生作为教材使用，也可供压力容器工程设计、使用管理、安全监管等岗位的技术人员参考阅读。

第1章压力容器设计概论1 1.1压力容器的基本结构2 1.1.1压力容器的基本构造2 1.1.2压力容器结构的基本特点6 1.1.3压力容器设计的基本要求7 1.2压力容器相关法规及技术标准7 1.2.1压力容器的特种设备属性7 1.2.2我国特种设备法规标准体系8 1.2.3压力容器的定义及压力等级、品种划分9 1.2.4我国压力容器安全监管中的压力容器分类9 1.3我国压力容器安全监管及质量保证体系11 1.3.1设计环节和设计管理11 1.3.2压力容器材料质量保证12 1.3.3制造过程与制造中的质量检验12 1.3.4长期服役过程中的检验与监控13 1.4压力容器的失效模式及设计准则概述14 1.4.1压力容器常见的失效模式14 1.4.2压力容器各国设计规范中常用的设计准则15 1.5压力容器建造规范概述17 1.5.1ASME压力容器建造规范介绍17 1.5.2欧盟压力容器规范EN13445介绍18 1.5.3我国压力容器规范介绍20 第2章压力容器钢材的选用22 2.1压力容器用钢的选用要求22 2.1.1压力容器用钢概述23 2.1.2压力容器用钢的化学成分要求30 2.1.3压力容器用钢的力学性能要求31 2.1.4压力容器用钢的可焊性要求36 2.1.5压力容器用钢的热处理要求37 2.2铁素体类压力容器用钢强化与韧化38 2.2.1合金强化机理38 2.2.2压力容器用钢的韧化39 2.3压力容器用钢中的其他几个问题41 2.3.1压力容器锻件用钢材及管材41 2.3.2复合钢板42 2.4压力容器设计选材中应考虑的几个问题43 2.4.1钢材的各向异性问题43 2.4.2钢材厚度对钢材性能的影响43 2.4.3压力容器用钢的耐蚀性44 2.4.4焊接材料选用44 2.4.5承压法兰密封接头中紧固螺栓材料的选用44 2.5焊接接头对结构安全性的影响45 2.5.1焊接接头在焊接热循环中的组织变化及脆裂45 2.5.2焊接接头热影响区抗腐蚀性能下降46 2.6钢材长期服役后的性能退化46 第3章中低压容器的规则设计48 3.1压力容器壳体的应力分析48 3.1.1概述48 3.1.2回转壳体的无力矩理论49 3.1.3圆柱壳轴对称问题的有力矩理论61 3.1.4压力容器的不连续分析66 3.2圆平薄板中的应力75 3.2.1概述75 3.2.2圆板轴对称弯曲的基本方程76 3.2.3均布载荷下的圆板中的应力79 3.2.4轴对称载荷下环形板中的应力82 3.2.5带平封头圆筒的不连续分析88 3.3内压薄壁容器的设计计算91 3.3.1引言91 3.3.2圆筒和球壳的设计计算92 3.3.3设计参数的规定94 3.3.4耐压试验96 3.3.5封头的设计计算97 3.4内压法兰的设计计算105 3.4.1引言105 3.4.2两种螺栓法兰连接型式107 3.4.3公称直径、公称压力、法兰标准及其应用108 3.4.4法兰的结构类型与应用场合109 3.4.5垫片结构类型和应用场合111 3.4.6螺栓及其选用112 3.4.7法兰设计113 3.4.8其他设计考虑因素129 3.4.9基于允许泄漏率准则的法兰设计方法129 习题130 第4章压力容器的整体设计问题133 4.1容器设计中的整体设计问题概述133 4.1.1整体结构分析及局部应力问题133 4.1.2局部应力问题处理原则136 4.1.3焊接结构带来的不连续问题140 4.2开孔及开孔补强设计140 4.2.1开孔应力集中及应力集中系数140 4.2.2等面积补强设计法146 4.2.3平板封头的开孔补强设计148 4.2.4压力面积补强设计法148 4.2.5开孔补强设计的分析法149 4.3卧式容器支座设计151 4.3.1鞍座结构及载荷分析151 4.3.2筒体的应力计算与校核156 4.3.3鞍座设计161 4.4局部应力计算165 4.4.1引言165 4.4.2球壳和圆柱壳局部应力的计算166 4.5承压壳体的焊接结构设计及焊接接头安全分析177 4.5.1承压壳体上焊缝布置的设计规则177 4.5.2承压壳体焊接接头的分类规则177 4.5.3焊接接头焊接的质量保证179 4.5.4焊接接头安全性评价181 习题182 第5章外压容器设计183 5.1外压容器的屈曲问题183 5.2圆柱壳的屈曲理论187 5.2.1基本方程187 5.2.2外压圆筒的临界压力189 5.2.3非弹性屈曲的工程计算191 5.3外压圆筒的设计计算192 5.3.1图算法的原理192 5.3.2图算法的计算步骤196 5.3.3有关设计参数的规定197 5.3.4加强圈的设计计算198 5.4外压封头的设计计算200 5.4.1凸形封头200 5.4.2锥形封头201 5.4.3设计举例202 5.5外压法兰的计算204 习题205 第6章压力容器的分析设计方法206 6.1对压力容器按规则设计方法的简要评述及分析设计方法的简介206 6.2基于线弹性分析的“应力分类”法209 6.2.1概述209 6.2.2容器的应力分类211 6.2.3各类当量应力及限制215 6.2.4失效模式与当量应力限制条件之间的内在联系及技术原理216 6.2.5应力分类法的程序及应用221 6.3容器的疲劳设计224 6.3.1容器的低循环疲劳破坏224 6.3.2低循环设计疲劳曲线的确定方法225 6.3.3疲劳设计曲线的平均应力影响修正226 6.3.4容器疲劳设计中的应力分析230 6.4基于弹塑性分析的直接法235 6.4.1数值分析模型235 6.4.2失效模式及设计校核准则236 6.4.3载荷及载荷工况240 习题243 第7章压力容器防脆断设计及疲劳裂纹扩展寿命244 7.1断裂力学的基本理论244 7.1.1线弹性断裂理论245 7.1.2弹塑性断裂分析247 7.1.3基于断裂力学的安全评定原理249 7.1.4ASME BPVC第Ⅲ卷及Ⅸ卷中防脆断设计方法249 7.2疲劳裂纹扩展计算方法250 7.2.1疲劳裂纹扩展速率250 7.2.2疲劳裂纹扩展后的安全评定251 习题251 第8章低温容器设计252 8.1铁素体钢的低温韧脆转变253 8.2欧美标准中相关防脆断设计方法256 8.2.1ASME Ⅷ-1及Ⅷ-2的方法256 8.2.2EN13445的方法258 8.3我国标准中相关防脆断设计方法260 8.4结构设计与制造中需注意的问题262 8.5低温压力容器的材料选用及低温钢263 8.6奥氏体不锈钢深冷容器应变强化技术264 习题266 第9章高温压力容器设计267 9.1钢材高温下的蠕变变形与断裂行为267 9.2表征金属材料高温强度的力学性能指标270 9.3高温压力容器设计的规则设计法271 9.4高温压力容器分析设计的思路272 9.5高温下纯蠕变强度寿命设计的方法274 9.6高温压力容器疲劳设计及蠕变疲劳设计方法276 9.7法兰静密封接头高温防蠕变松弛泄漏设计展望279 第10章高压及超高压容器设计280 10.1高压容器概述280 10.1.1高压容器的工业应用280 10.1.2高压容器的建造规范281 10.1.3高压筒体的结构型式及设计选型281 10.2高压容器的材料选用287 10.3厚壁承压圆筒及球壳的应力分析289 10.3.1厚壁圆筒的弹性理论289 10.3.2厚壁圆筒弹塑性应力分析292 10.3.3厚壁圆筒的两个屈服压力295 10.3.4厚壁圆筒内压爆破压力297 10.3.5厚壁圆筒温差应力299 10.4高压容器的规则设计方法301 10.4.1高压筒体及球壳壁厚计算301 10.4.2高压密封结构设计302 10.4.3高压密封结构中的零部件设计308 10.4.4高压筒体端部与封头连接结构设计316 10.4.5高压容器的开孔补强317 10.5高压容器分析设计318 10.5.1高压厚壁壳体的塑性垮塌强度计算法319 10.5.2高压厚壁结构多种失效模式的分析设计320 10.5.3高压厚壁壳体的开孔补强设计320 10.5.4材料弹塑性本构方程新规322 10.6超高压容器323 10.6.1超高压容器的材料选用324 10.6.2超高压容器厚壁、筒体的强度设计327 10.6.3超高压容器密封结构327 10.6.4超高压筒体的开孔补强329 10.6.5超高压容器的自增强处理329 习题333 附录常用单位的换算表334 参考文献336

我要评论