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第1章 设计基础1

1.1 薄壁壳体的无力矩理论1

1.1.1 无力矩理论的假定条件2

1.1.2 回转壳体的几何知识2

1.1.3 微体平衡方程与区域平衡方程4

1.1.4 无力矩理论在常用壳体中的应用5

1.1.5 内压薄壁圆筒的强度计算公式5

1.1.6 无力矩理论的适用条件和边缘问题6

1.1.7 圆平板问题9

1.2 压力容器设计准则11

1.2.1 应力分类11

1.2.2 设计准则和设计标准14

1.2.2.1 设计准则14

1.2.2.2 设计标准17

1.3 压力容器安全知识20

1.3.1 基本概念20

1.3.2 典型问题24

1.3.2.1 液化气体的过量充装24

1.3.2.2 压力容器中介质的毒性与易燃性25

1.3.2.3 安全阀和爆破片的设置原则28

1.3.2.4 安全阀的选用31

1.3.2.5 压力容器与安全阀的相关压力及最大允许工作压力36

1.4 压力容器的分类50

1.4.1 一般分类50

1.4.2 《容规》的划类51

1.4.2.1 《容规》的划类方法51

1.4.2.2 划类常见问题53

1.5 技术标准与技术法规57

1.5.1 技术标准57

1.5.2 技术法规58

1.5.3 技术标准与技术法规的关系58

第2章 设计总论61

2.1 GB 150—1998《钢制压力容器》适用范围62

2.1.1 压力范围62

2.1.2 温度范围63

2.1.3 结构范围64

2.1.4 GB 150—1998《钢制压力容器》不适用的范围65

2.1.4.1 GB 1501998《钢制压力容器》不适用的范围65

2.1.4.2 超出GB 150—1998《钢制压力容器》适用范围的处理方法67

2.2 基本概念及其讨论69

2.2.1 压力69

2.2.2 温度74

2.2.3 厚度76

2.3 许用应力88

2.3.1 许用应力的确定方法88

2.3.2 对许用应力的讨论89

2.4 安全系数90

2.4.1 总体一次薄膜应力的安全系数91

2.4.2 法兰螺栓的安全系数91

2.4.3 地脚螺栓的安全系数92

2.4.4 JB 4732—1995《钢制压力容器—分析设计标准》中的安全系数92

2.4.5 控制失稳的安全系数93

2.5 焊接接头系数93

2.6 压力试验98

2.6.1 耐压试验98

2.6.2 致密性试验100

2.7 设计参数的选取101

2.7.1 设计温度与设计压力的对应101

2.7.2 设计压力的选取102

2.7.3 设计温度的选取104

2.7.4 厚度附加量105

2.7.4.1 厚度负偏差106

2.7.4.2 腐蚀裕量107

2.7.5 直径选取与钢板厚度110

2.7.5.1 直径选取110

2.7.5.2 钢板厚度111

2.7.6 两腔压力容器设计参数的选取111

2.7.6.1 两腔压力容器的设计压力和各受压元件的计算压力111

2.7.6.2 两腔压力容器的容器设计温度和各受压元件设计温度113

2.7.6.3 两腔压力容器的腐蚀裕量114

2.7.6.4 两腔压力容器的水压试验压力114

2.7.6.5 两腔压力容器的类别划分118

2.7.6.6 两腔压力容器的制造技术要求119

2.7.7 压力容器设计中对“保证值”的考虑119

2.7.7.1 设计使用寿命119

2.7.7.2 计算厚度120

2.7.7.3 最大允许工作压力120

2.7.7.4 各保证值之间的关系120

2.7.7.5 结论121

2.8 焊接、制造及检验要求122

2.8.1 焊接特点122

2.8.2 检验125

2.8.2.1 基本概念125

2.8.2.2 压力容器无损检测技术125

2.8.2.3 相关知识126

2.8.2.4 无损检测技术要求常见问题128

2.8.3 焊接、制造及检验基本要求130

2.8.3.1 碳钢、低合金钢制压力容器131

2.8.3.2 不锈钢制压力容器136

2.8.3.3 不锈复合钢板制压力容器137

2.8.3.4 钢制焊接常压容器138

2.8.3.5 夹套容器139

2.8.3.6 换热器139

2.8.3.7 塔器144

2.8.3.8 球罐148

2.8.3.9 铝制焊接容器152

2.8.3.10 钛制焊接容器153

2.8.3.11 高压容器155

第3章 选材要求163

3.1 选材原则163

3.1.1 标准对材料的要求163

3.1.2 选材原则164

3.2 材料性能165

3.2.1 材料的力学性能165

3.2.1.1 常规力学性能165

3.2.1.2 其他力学性能166

3.2.1.3 金属材料的拉伸性能及其符号的新标准表示方法169

3.2.1.4 对压力容器用钢的基本要求169

3.2.1.5 温度对力学性能的影响171

3.2.2 奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能173

3.2.3 材料问题的对比思考174

3.2.4 非奥氏体不锈钢及其有关问题177

3.2.5 应力腐蚀开裂178

3.2.6 材料的加工性能179

3.3 常用钢材182

3.3.1 钢板183

3.3.1.1 碳素钢钢板183

3.3.1.2 低合金钢钢板184

3.3.1.3 高合金钢钢板187

3.3.2 钢管189

3.3.3 锻件192

3.3.4 紧固件196

3.3.5 焊接材料202

3.3.5.1 常用焊条的型号和牌号202

3.3.5.2 焊接材料选用原则205

3.4 常用有色金属材料206

3.4.1 铝材206

3.4.1.1 铝材应用特点206

3.4.1.2 铝材设计特点207

3.4.1.3 铝材的制造检验特点208

3.4.2 钛材208

3.4.2.1 钛材应用特点208

3.4.2.2 钛材设计特点210

3.4.2.3 钛材的制造检验特点211

3.5 材料问题的讨论213

3.5.1 材料代用问题213

3.5.1.1 “以优代劣”问题214

3.5.1.2 “以厚代薄”问题219

3.5.1.3 结语220

3.5.2 材料腐蚀问题220

3.5.2.1 防腐蚀结构、参数、措施220

3.5.2.2 压力容器设计中对局部腐蚀的考虑223

3.5.3 热处理问题229

3.5.3.1 奥氏体不锈钢制压力容器是否需要焊后热处理229

3.5.3.2 壳层介质为液氨的固定管板式换热器的热处理230

3.5.3.3 带夹套容器的热处理230

3.5.3.4 焊后热处理厚度δPWHT的选取231

3.5.3.5 压力容器热处理的其他问题231

3.5.3.6 回火脆化234

3.5.4 压力容器的修理改造236

3.5.5 钛制容器设计238

3.5.5.1 钛及钛合金238

3.5.5.2 设计参数与计算数据238

3.5.5.3 焊接结构239

3.5.4.4 热处理要求240

3.5.6 材料的最低使用温度及相关措施242

3.5.6.1 碳素钢钢板244

3.5.6.2 低合金钢钢板244

3.5.6.3 高合金钢钢板248

3.5.6.4 ASME规范中最低设计金属温度（MDMT）的确定249

第4章 结构设计258

4.1 对标准掌握不全面引发的问题259

4.1.1 压力容器法兰259

4.1.2 补强圈260

4.1.3 封头263

4.1.4 压力容器264

4.1.5 管法兰、垫片、紧固件267

4.1.6 人孔和手孔276

4.2 较高的技术质量要求与较低要求在结构方面的体现276

4.2.1 较高的结构设计要求277

4.2.2 较低的结构设计要求278

4.3 换热器的结构设计问题284

4.4 塔器的结构设计问题292

4.5 球罐的结构设计问题296

4.6 高温设备的结构设计问题300

4.7 高压厚壁容器的结构设计问题304

附录1 压力容器设计质量评定细则307

附录2 管法兰、垫片和紧固件的选用311

附录3 ASME/ASTM用钢介绍317

附录4 化工压力容器常用国内外钢号（近似）对照338

参考文献353