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上卷1

第1章 常用资料1

1.1 常用计量单位及单位换算1

1.1.1 国际单位制及我国法定计量单位1

1.1.2 常用单位换算2

1.2 常用数据7

1.2.1 常用几何面积、体积及重心位置7

1.2.2 常用材料密度12

1.2.3 常用松散材料的密度及安息角12

1.2.4 标准筛目对照13

1.2.5 中国线规与英、美、德线规对照15

1.2.6 材料的线膨胀系数15

1.2.7 材料弹性模量及泊松比16

1.2.8 摩擦系数16

1.2.9 特征数17

1.3 常用力学公式18

1.3.1 运动学、动力学公式18

1.3.2 常用材料力学公式21

第2章 化工设备用材料37

2.1 钢铁材料牌号表示方法37

2.1.1 变形钢及合金牌号表示方法38

2.1.2 铸钢牌号表示方法（GB/T 5613—1995）40

2.1.3 铸铁牌号表示方法（GB 5612—1985）40

2.2 金属材料的力学性能代号41

2.3 各类钢铁材料的化学成分、力学性能及用途42

2.3.1 碳素结构钢及合金结构钢42

2.3.2 铸钢88

2.3.3 铸铁96

2.4 钢板100

2.4.1 钢板每平方米面积的理论质量100

2.4.2 冷轧钢板和钢带（GB 708—1988）101

2.4.3 热轧钢板和钢带（GB 709—1988）102

2.4.4 锅炉用钢板（GB 713—1997）103

2.4.5 焊接气瓶用钢板（GB 6653—1994）106

2.4.6 压力容器用钢板（GB 6654—1996）107

2.4.7 低温压力容器用低合金钢钢板（GB 3531—1996）109

2.4.8 镀锡钢板、镀锌钢板、镀铅钢板（GB 2520—1988、YB/T 5131—1993、YB/T 5130—1993）110

2.4.9 不锈钢冷轧钢板、不锈钢热轧钢板（GB 3280—1992、GB 4237—1992）110

2.4.10 耐热钢板（GB 4238—1992）112

2.4.11 花纹钢板（GB/T 3277—1991）115

2.5 钢管116

2.5.1 一般规定116

2.5.2 无缝钢管尺寸、外形、质量及允许偏差（GB/T 17395—1998）116

2.5.3 低压流体输送用焊接钢管（GB/T 3091—2001）119

2.5.4 低中压锅炉用无淀钢管（GB 3087—1999）121

2.5.5 高压锅炉用无缝钢管（GB 5310—1995）122

2.5.6 高压化肥设备用无缝钢管（GB 6479—2000）128

2.5.7 结构用无缝钢管（GB/T 8162—1999）129

2.5.8 输送流体用无缝钢管（GB/T 8163—1999）131

2.5.9 石油裂化用无缝钢管（GB 9948—1988）131

2.5.10 机械结构用不锈钢焊接钢管（GB 12770—1991）133

2.5.11 流体输送用不锈钢焊接钢管（GB/T 12771—2000）136

2.5.12 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管（GB 13296—1991）139

2.5.13 直缝电焊钢管（GB/T 13793—1992）143

2.5.14 结构用不锈钢无缝钢管（GB/T 14975—1994）146

2.5.15 流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T 14976—1994）150

2.5.16 低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管（SY/T 5037—2000）154

2.5.17 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部分：A级钢管（GB/T 9711—1997）156

2.6 型钢161

2.6.1 热轧扁钢（GB 704—1988）161

2.6.2 热轧圆钢、方钢、六角钢（GB 702—1986、GB 705—1989）162

2.6.3 优质结构钢冷拉钢材技术条件（GB 3078—1994）164

2.6.4 角钢165

2.6.5 热轧工字钢（GB 706—1988）173

2.6.6 热轧槽钢（GB 707—1988）175

2.6.7 H型钢和剖分T型钢（GB/T 11263—1998）177

2.7 常用工业用金属丝编织方孔筛网（GB/T 5330—1985）180

2.8 有色金属材料代号、牌号181

2.8.1 常用有色金属和合金元素名称及其代号（GB/T 340—1976）181

2.8.2 专用有色金属、合金名称及其代号（GB/T 340—1976）181

2.8.3 有色金属铸造方法、合金状态代号（GB/T 1173—1995、GB/T 1176—1987、GB/T 1175—1997）182

2.8.4 有色金属产品状态、特性代号（GB/T 340—1976）182

2.8.5 变形铝及铝合金牌号表示方法（GB/T 16474—1996）182

2.8.6 变形铝及铝合金状态代号（GB/T 16475—1996）183

2.9 铸造铜合金（GB/T 1176—1987）184

2.10 铸造铝合金（GB/T 1173—1995）190

2.11 铸造钛及钛合金（GB/T 15073—1994）192

2.12 铜及铜合金型材192

2.12.1 常用铜及铜合金板、棒材193

2.12.2 常用铜及铜合金管材196

2.13 铝及铝合金型材203

2.14 钛及钛合金型材220

2.15 铅及铅合金型材224

2.16 镍及镍合金型材226

2.16.1 镍及镍合金的物理性能228

2.16.2 镍及镍合金的力学性能228

2.16.3 镍及镍合金棒230

2.16.4 镍及镍合金加工产品国内外牌号对照230

2.17 复合钢板230

2.17.1 不锈钢复合钢板和钢带（GB/T 8165—1997）230

2.17.2 钛-钢复合钢板（GB/T 8547—1987）233

2.17.3 铜-钢复合钢板（GB 13238—1991）234

2.18 非金属材料235

2.18.1 常用橡胶的品种、性能、特点235

2.18.2 橡胶板239

2.18.3 橡胶管240

2.18.4 石棉橡胶板（GB/T 3985—1995）246

2.18.5 耐油石棉橡胶板（GB/T 359—1995）246

2.18.6 常用工程塑料247

2.18.7 玻璃制品263

参考文献264

第3章 焊接265

3.1 常用焊接方法265

3.2 焊接材料267

3.2.1 焊条267

3.2.2 焊丝276

3.2.3 焊剂、焊丝与焊剂组合296

3.2.4 焊接用气体298

3.2.5 钨极299

3.3 焊接材料的选用299

3.3.1 压力容器、化工设备焊接用焊接材料的选用原则299

3.3.2 焊条的选用299

3.3.3 埋弧焊、电渣焊焊接材料的选用309

3.3.4 气体保护焊焊丝的选用313

3.3.5 气焊焊接材料的选用313

3.3.6 气体保护焊用保护气体的选用319

3.4 焊接结构设计321

3.4.1 对接焊接接头设计原则321

3.4.2 接管、凸缘与壳体间的焊接接头设计原则324

3.4.3 焊接接头的坡口形式及基本尺寸327

3.4.4 焊缝代号355

3.5 焊接接头的强度计算361

3.5.1 焊接接头强度计算的规定361

3.5.2 对接焊缝的强度计算361

3.5.3 角焊缝的强度计算方法362

3.6 碳素钢的焊接363

3.6.1 碳素钢的焊接特点363

3.6.2 碳素钢的焊接方法363

3.6.3 焊接接头形式和尺寸365

3.7 低合金高强钢的焊接365

3.7.1 低合金高强钢的特点365

3.7.2 低合金高强钢的焊接方法365

3.7.3 低合金高强钢的焊接坡口形式和尺寸368

3.8 耐热型低合金钢的焊接369

3.8.1 耐热型低合金钢的特点369

3.8.2 耐热型低合金钢焊接的要求369

3.8.3 耐热型低合金钢的焊接性369

3.8.4 低合金耐热钢的焊接方法和焊接材料的选用369

3.8.5 焊接接头形式和尺寸372

3.9 低温用钢的焊接372

3.9.1 低温用钢的分类及其焊接特性372

3.9.2 焊接方法及焊接材料的选用372

3.9.3 焊接材料372

3.9.4 焊接接头形式和尺寸373

3.10 不锈钢和其它耐蚀钢的焊接373

3.10.1 不锈钢的种类及其特性373

3.10.2 奥氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料选用373

3.10.3 马氏体不锈钢的焊接378

3.10.4 铁素体不锈钢的焊接378

3.10.5 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接378

3.10.6 其它耐蚀钢的焊接378

3.11 铸钢、铸铁的焊接379

3.11.1 铸钢的焊接379

3.11.2 铸钢件的补焊380

3.11.3 铸铁的焊条冷补焊380

3.12 同类不同钢种的异种钢焊接380

3.12.1 不同强度级别的低合金高强钢（包括低碳钢）的焊接380

3.12.2 不同珠光体耐热钢的焊接381

3.12.3 不同类型低温钢的焊接382

3.12.4 不同牌号奥氏体不锈钢的焊接383

3.13 不同类异种钢的焊接384

3.13.1 低碳钢与强度型低合金钢的焊接384

3.13.2 低碳钢与耐热型低合金钢的焊接385

3.13.3 低碳钢与低温型低合金钢的焊接385

3.13.4 强度型低合金钢与耐热型低合金钢的焊接386

3.13.5 铁素体钢与铁素体不锈钢的焊接386

3.13.6 铁素体钢与奥氏体不锈钢的焊接387

3.14 复合钢板的焊接390

3.14.1 不锈钢复合钢板的焊接390

3.14.2 钛及钛合金复合钢板的焊接396

3.14.3 铜及铜合金复合钢板的焊接400

3.14.4 镍及镍合金复合钢板的焊接403

3.14.5 堆焊404

3.15 镍和镍（基耐蚀）合金的焊接407

3.15.1 镍和镍基耐蚀合金407

3.15.2 镍和镍基耐蚀合金的焊接方法、焊材选用和焊接接头设计408

3.16 钛和钛合金的焊接417

3.16.1 钛材及特性417

3.16.2 钛和钛合金的焊接特点417

3.16.3 钛和钛合金的相对焊接性和焊接方法417

3.16.4 焊后热处理419

3.16.5 焊缝缺陷及质量控制420

3.16.6 质量检验420

3.17 焊接工艺评定、焊接施工能用守则420

3.17.1 焊接工艺评定标准420

3.17.2 焊接环境421

3.17.3 焊前准备和预热421

3.17.4 后热422

3.17.5 焊后热处理422

3.17.6 焊接质量要求424

3.17.7 焊接返修和补焊425

3.18 焊接检验425

3.18.1 焊接检验的依据425

3.18.2 焊接检验方式426

3.18.3 焊接检验方法426

3.18.4 焊接缺欠和焊接缺陷426

3.18.5 无损检测426

参考文献428

第4章 紧固件430

4.1 通用紧固件430

4.1.1 紧固件材料及力学、物理性能430

4.1.2 螺栓439

4.1.3 螺母447

4.1.4 垫圈451

4.2 专用紧固件453

4.2.1 压力容器法兰用等长双头螺柱453

4.2.2 钢制管法兰用紧固件454

第5章 压力容器设计457

5.1 压力容器应力分析457

5.1.1 强度理论简介457

5.1.2 受压壳体的力学基础458

5.2 压力容器设计参数的确定462

5.2.1 定义462

5.2.2 《钢制压力容器》GB 150适用范围462

5.2.3 对不能采用《钢制压力容器》GB 150标准来确定结构尺寸的受压元件462

5.2.4 压力容器范围462

5.2.5 设计压力的确定463

5.2.6 设计温度的确定463

5.2.7 设计载荷的确定464

5.2.8 壁厚附加量464

5.2.9 压力容器最小壁厚464

5.2.10 许用应力与安全系数464

5.2.11 压力试验465

5.2.12 气密性试验465

5.3 内压圆筒和球壳465

5.3.1 符号465

5.3.2 计算公式466

5.4 内压凸形封头466

5.4.1 符号466

5.4.2 计算公式466

5.5 内压锥壳469

5.5.1 符号469

5.5.2 锥壳设计469

5.5.3 无折边锥壳壁厚计算470

5.5.4 折边锥壳壁厚计算470

5.5.5 变径段设计474

5.6 平盖474

5.6.1 符号474

5.6.2 平盖厚度计算474

5.7 外压容器设计476

5.7.1 薄壁圆筒的稳定性计算476

5.7.2 符号479

5.7.3 外压圆筒和外压管子计算480

5.7.4 外压球壳和球形封头的壁厚设计490

5.7.5 外压圆筒加强圈的设计490

5.7.6 外压（凸形）封头（凸面受压）计算492

5.7.7 外压锥壳计算492

5.8 压力容器开孔与开孔补强496

5.8.1 开孔附近的应力分析496

5.8.2 应力集中系数的计算496

5.8.3 开孔补强设计498

5.8.4 等面积补强适用范围499

5.8.5 对补强金属材料的要求501

5.8.6 多个开孔补强501

5.8.7 平盖中心开单个圆形孔（d＞0.5Do）的补强要求504

5.9 法兰505

5.9.1 法兰强度分析505

5.9.2 铁木欣柯法（Timoshenko）506

5.9.3 华脱尔斯法（Waters）507

5.9.4 法兰的结构分类508

5.9.5 法兰基本型式509

5.9.6 法兰结构510

5.9.7 法兰计算512

5.9.8 法兰连接的选材533

5.9.9 对非标准法兰连接设计的提示533

5.9.10 无垫片焊接密封法兰的设计和计算535

5.9.11 压力容器法兰标准538

5.10 压力容器用材料及其许用应力571

5.10.1 压力容器用材料的选用原则571

5.10.2 压力容器用材料的许用应力573

5.10.3 压力容器用钢材的高温性能573

5.10.4 压力容器用钢材的补充规定584

5.11 低温压力容器设计准则585

5.11.1 总则585

5.11.2 材料585

5.11.3 设计586

5.11.4 制造、检验和验收590

参考文献590

第6章 球形容器设计591

6.1 相关标准规范591

6.1.1 国内球罐设计标准591

6.1.2 国外球罐设计标准591

6.2 材料591

6.2.1 球壳用钢板材料591

6.2.2 锻件591

6.2.3 钢管591

6.2.4 螺柱及螺母591

6.2.5 焊接材料591

6.2.6 钢结构592

6.2.7 国外球罐常用的材料592

6.3 设计596

6.3.1 结构设计596

6.3.2 计算602

6.3.3 支柱对球壳板产生的局部应力的校核610

6.3.4 球壳板的几何尺寸计算610

6.3.5 例题610

6.4 制造、检验与验收619

6.4.1 制造619

6.4.2 球罐的检验与验收623

参考文献627

第7章 大型储罐设计628

7.1 储罐概述628

7.1.1 储罐的分类628

7.1.2 有关的法规和标准629

7.1.3 立式储罐的容量629

7.1.4 立式储罐承受的载荷630

7.1.5 立式储罐的设计压力和设计温度630

7.2 立式储罐用钢材631

7.2.1 储罐用国产钢板631

7.2.2 立式储罐用钢材的许用应力631

7.2.3 高强钢板633

7.3 罐底设计633

7.3.1 罐底的结构形式633

7.3.2 罐底的排板形式633

7.3.3 罐底的坡度634

7.3.4 罐底板-罐壁连接处的受力分析634

7.3.5 罐底的焊接结构形式634

7.4 罐壁设计636

7.4.1 静液压力作用下罐壁的强度要求636

7.4.2 确定罐壁厚度的方法636

7.5 罐顶设计637

7.5.1 概述637

7.5.2 锥顶637

7.5.3 自支撑拱顶638

7.5.4 网壳顶639

7.5.5 网壳结构的材料640

7.5.6 网壳的临界失稳载荷641

7.6 内压作用下的储罐642

7.6.1 罐壁与罐顶之间的连接结构642

7.6.2 储罐内压对罐壁厚度的影响643

7.6.3 储罐的锚栓643

7.7 储罐的附件644

7.7.1 罐顶附件644

7.7.2 罐壁附件644

7.7.3 安全设施644

7.7.4 梯子、平台和栏杆644

7.8 外浮顶罐644

7.8.1 概述644

7.8.2 浮顶的基本要求645

7.8.3 单盘式浮顶645

7.8.4 双盘式浮顶647

7.8.5 外浮顶储罐的主要部件647

7.9 内浮顶储罐649

7.9.1 简介649

7.9.2 钢制内浮顶650

7.9.3 铝制内浮顶650

7.9.4 内浮顶储罐的设计651

7.10 立式储罐的风载荷651

7.10.1 风载荷作用下罐壁的稳定性651

7.10.2 罐壁加强圈652

7.10.3 浮顶罐的罐壁顶部抗风圈653

7.10.4 风载荷作用下储罐的位移653

7.11 立式储罐的抗震设计654

7.11.1 概述654

7.11.2 储罐抗震计算656

7.11.3 罐壁的竖向容许应力656

7.11.4 罐壁的抗震验算657

7.11.5 储罐满足抗震设防烈度的条件657

7.11.6 液面晃动波高657

7.11.7 储罐抗震的构造要求657

参考文献658

第8章 高压容器设计659

8.1 单层圆筒应力分析659

8.1.1 轴向应力659

8.1.2 周向应力与径向应力659

8.1.3 厚壁内压圆筒的强度计算662

8.1.4 厚壁圆筒采用中径公式进行强度设计的依据662

8.2 高压圆筒及厚壁球壳的设计663

8.2.1 厚壁圆筒及厚壁球壳结构形式663

8.2.2 符号665

8.2.3 高压容器壳体的设计计算666

8.3 高压容器筒体端部设计及计算666

8.3.1 符号666

8.3.2 筒体端部666

8.4 高压容器的端盖计算668

8.4.1 符号668

8.4.2 锻造紧缩口669

8.4.3 几种截面特性计算670

8.5 高压容器的密封设计670

8.5.1 高压容器密封的分类670

8.5.2 高压容器的密封结构670

参考文献691

第9章 换热器692

9.1 概述692

9.1.1 换热器在化工及石油化工生产中的作用692

9.1.2 换热器的分类及特点692

9.1.3 换热器类别的选择693

9.1.4 换热器设计的内容693

9.1.5 相关标准规范694

9.2 基本参数695

9.2.1 符号说明695

9.2.2 基本参数695

9.3 结构设计702

9.3.1 管箱及壳体702

9.3.2 管束706

9.3.3 折流板及支撑板712

9.3.4 拉杆716

9.3.5 防短路结构717

9.3.6 防冲挡板及导流筒718

9.3.7 纵向隔板721

9.3.8 换热器的管束滑道结构721

9.3.9 立式换热器耳式支座的设置723

9.3.10 浮头式换热器的结构设计723

9.3.11 U形管式换热器的结构设计726

9.3.12 低温换热器上的垫木727

9.3.13 双管板换热器727

9.3.14 膨胀节732

9.4 换热器元件的强度计算732

9.4.1 管箱平板盖732

9.4.2 分程隔板733

9.4.3 波形膨胀节733

9.4.4 管板737

9.4.5 浮头盖及钩圈815

9.5 管壳式换热器的制造与检验821

9.5.1 制造821

9.5.2 检验827

参考文献829

第10章 搅拌设备830

10.1 搅拌器类型830

10.1.1 概述830

10.1.2 机械搅拌器的形式和选型830

10.1.3 常用标准搅拌器838

10.1.4 搅拌器附件849

10.1.5 磁力驱动搅拌器850

10.1.6 紧凑型潜水搅拌器856

10.2 搅拌功率计算859

10.2.1 符号命名859

10.2.2 搅拌功率859

10.2.3 搅拌器的搅拌功率捷算法（诺谟图法）870

10.2.4 最小搅拌轴功率871

10.2.5 搅拌器的搅拌功率计算例题871

10.3 搅拌器强度计算872

10.3.1 符号命名872

10.3.2 搅拌器设计功率873

10.3.3 搅拌器桨叶材料的许用应力874

10.3.4 锚式搅拌器强度计算874

10.3.5 框式搅拌器强度计算875

10.3.6 门框式搅拌器强度计算876

10.3.7 桨式搅拌器强度计算877

10.3.8 开启涡轮式搅拌器强度计算878

10.3.9 圆盘涡轮式搅拌器强度计算880

10.3.10 三叶后掠式搅拌器强度计算881

10.3.11 推进式搅拌器强度计算882

10.3.12 对搅拌器设计的其它要求883

10.4 搅拌轴机械计算884

10.4.1 符号命名884

10.4.2 搅拌轴机械计算的基本条件885

10.4.3 按柔性轴设计的搅拌轴机械计算的附加条件886

10.4.4 搅拌轴的典型受力图886

10.4.5 搅拌轴机械计算886

10.4.6 搅拌器与搅拌轴的连接894

10.5 搅拌机的传动装置896

10.5.1 搅拌机传动装置的组成896

10.5.2 搅拌机传动装置的标准零部件897

10.5.3 搅拌机传动装置系统组合、选用及技术要求（HG 21563—1995）941

10.5.4 搅拌轴底轴承和中间轴承947

10.5.5 计算例题949

10.5.6 驱动机953

10.6 搅拌容器的传热结构及强度计算954

10.6.1 搅拌容器的传热夹套954

10.6.2 带夹套搅拌容器支座的设置原则971

10.6.3 搅拌机对搅拌容器附加载荷的强度、稳定计算971

参考文献972