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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