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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 规则设计1

1.1.2 分析设计2

1.1.3 规则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 压力容器的失效形式4

1.3.1 强度失效4

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

1.4 压力容器设计的基本要求5

1.4.1 满足生产需要5

1.4.2 满足压力容器的安全可靠5

1.4.3 满足技术经济合理6

1.5 压力容器标准及规范6

1.5.1 国内压力容器标准简介6

1.5.2 国外压力容器标准简介9

1.6 压力容器软件介绍11

1.6.1 SW6-2011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 ABQUS分析设计软件14

1.6.6 Pvelite ＆CodeCalc压力容器整体及零部件分析设计软件14

第2章 设计要素15

2.1 设计文件15

2.2 设计单位、人员条件及职责15

2.2.1 设计单位15

2.2.2 设计单位技术负责人16

2.2.3 压力容器设计批准人16

2.2.4 审核人员16

2.2.5 校核人员17

2.2.6 设计人员17

2.2.7 SAD各级人员18

2.3 设计压力18

2.3.1 设计压力18

2.3.2 设计压力的确定18

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 介质特性20

2.5.1 介质的一些物理性质20

2.5.2 介质的腐蚀性22

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 设计寿命29

2.8.1 设计寿命29

2.8.2 容器设计寿命的确定29

2.8.3 疲劳分析设计容器的设计寿命30

2.9 厚度30

2.10 许用应力31

2.11 焊接接头系数33

2.12 耐压试验33

2.1 2.1 耐压试验33

2.1 2.2 液压试验33

2.1 2.3 气压试验和气液组合试验34

2.13 泄漏试验34

2.13.1 泄漏试验34

2.13.2 气密性试验34

2.13.3 氨检漏试验35

2.13.4 卤素检漏试验35

2.13.5 氦检漏试验35

2.14 无损检测方法及选用35

2.14.1 射线检测（RT）35

2.14.2 超声检测（UT）36

2.14.3 衍射时差法超声检测（TOFD）37

2.14.4 磁粉检测（MT）38

2.14.5 渗透检测（PT）38

2.15 技术要求40

2.16 油漆、包装及装车40

2.16.1 油漆40

2.16.2 包装41

2.16.3 装车41

2.16.4 压力容器油漆、包装、装车设计43

2.16.5 压力容器易损件包装要求43

参考文献44

第3章 主要受压元件45

3.1 内压圆筒和内压球壳45

3.1.1 强度理论45

3.1.2 内压圆筒45

3.1.3 内压球壳47

3.1.4 内压圆筒和球壳中的温差应力48

3.2 外压圆筒和外压球壳49

3.2.1 外压容器的失效方式49

3.2.2 外压圆筒稳定性计算49

3.2.3 加强圈设计51

3.2.4 外压圆筒的允许制造公差和试压要求53

3.2.5 外压球壳的计算54

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54

3.3 封头55

3.3.1 球形封头55

3.3.2 椭圆形封头55

3.3.3 碟形封头56

3.3.4 无折边球形封头57

3.3.5 锥形封头57

3.3.6 平盖59

3.4 法兰60

3.4.1 法兰的分类及各自的特点60

3.4.2 法兰连接的密封设计61

3.4.3 螺栓设计67

3.4.4 法兰设计69

参考文献71

第4章 开孔和开孔补强设计72

4.1 开孔补强的理论基础72

4.1.1 孔边的应力72

4.1.2 容器开孔的强度问题及其补强准则75

4.2 开孔补强计算方法76

4.2.1 等面积法76

4.2.2 压力面积法79

4.2.3 分析法80

4.2.4 大开孔补强81

4.2.5 平板及外压容器开孔补强82

4.3 开孔补强结构82

4.3.1 补强圈补强82

4.3.2 厚壁管补强82

4.3.3 整体锻件补强83

4.4 开孔补强设计中的其他问题83

4.4.1 不需另行补强的条件83

4.4.2 接管的壁厚要求84

4.4.3 承受外载荷接管的补强84

4.4.4 开孔位置84

参考文献84

第5章 卧式容器85

符号总说明85

5.1 卧式容器简介86

5.2 卧式容器载荷分析88

5.2.1 卧式容器的载荷88

5.2.2 简化后的力学模型90

5.2.3 内力计算90

5.3 鞍座卧式容器强度计算91

5.3.1 圆筒轴向应力91

5.3.2 切向剪切应力93

5.3.3 圆筒周向应力95

5.3.4 鞍座强度计算98

5.4 三角形支承加强圈的设置及强度计算99

5.4.1 支承圈在鞍座平面内时加强圈的应力计算100

5.4.2 支承圈靠近鞍座平面时加强圈的应力计算101

5.5 有附加载荷作用时卧式容器的强度计算101

5.5.1 符号说明102

5.5.2 径向力引起的支座反力及圆筒弯矩的计算102

5.5.3 轴向外力矩及其引起的支座反力、弯矩的计算103

5.5.4 支座反力、圆筒轴向弯矩的组合104

5.5.5 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104

5.6 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107

5.6.1 符号说明与应用范围107

5.6.2 径向载荷引起圆筒上局部应力的计算109

5.6.3 附属设备上外加力矩ML、MC引起筒体上局部应力的计算111

5.6.4 圆筒体上局部载荷引起最大应力的合成及强度校核124

5.7 多鞍座卧式容器132

5.7.1 鞍座处的圆筒体弯矩132

5.7.2 鞍座处支反力133

5.7.3 两支座跨度间的弯矩及极值134

5.7.4 强度校核134

5.7.5 基础不均匀沉降对轴向弯矩及支座反力的影响135

5.8 埋地卧式容器的设计计算137

5.8.1 混土层或砂土层质量对圆筒体静压力的计算137

5.8.2 混土层质量对圆筒体载荷的影响138

5.9 制造、检验及验收139

5.9.1 卧式容器分类139

5.9.2 制造、检验及验收139

5.9.3 焊接接头141

5.9.4 整体消除应力热处理141

5.9.5 耐压试验和泄漏试验141

5.10 卧式容器设计的合理性分析141

5.10.1 设计分析141

5.10.2 合理设计143

参考文献145

第6章 直立容器146

6.1 地震理论146

6.1.1 水平地震作用147

6.1.2 竖向地震作用152

6.1.3 地震弯矩154

6.2 风振理论154

6.2.1 风的定义及我国的风气候形式154

6.2.2 风载荷155

6.2.3 直立容器的风振效应157

6.2.4 直立容器顺风向下的弯曲响应158

6.3 风诱发的振动162

6.3.1 风诱发的振动现象162

6.3.2 雷诺数（Re）和斯特罗哈数（St）163

6.3.3 升力的计算163

6.3.4 直立容器在共振时的强度计算164

6.3.5 防止直立容器共振的措施168

6.4 稳定理论168

6.4.1 欧拉屈曲169

6.4.2 外压失稳174

6.4.3 局部失稳177

6.4.4 塑性失稳178

参考文献179

第7章 球形储罐180

7.1 球罐简介180

7.1.1 球罐的特点及应用180

7.1.2 球罐的分类181

7.1.3 球罐设计参数182

7.1.4 标准规范介绍183

7.2 材料183

7.2.1 球罐选材基本原则183

7.2.2 国内球罐用材料185

7.2.3 国外球罐用材料187

7.3 结构187

7.3.1 球壳187

7.3.2 支座188

7.3.3 拉杆190

7.3.4 人孔接管190

7.3.5 梯子平台190

7.3.6 喷淋装置191

7.3.7 安全附件192

7.3.8 绝热结构194

7.4 制造与组焊技术要求195

7.4.1 球壳板195

7.4.2 主要零部件197

7.4.3 油漆、包装、运输198

7.4.4 组焊准备198

7.4.5 组装199

7.4.6 焊接199

7.4.7 无损检测200

7.4.8 焊接修补200

7.4.9 焊后整体热处理201

7.4.10 产品焊接试件201

7.4.11 耐压试验201

7.4.12 泄漏试验202

7.4.13 特殊球罐的技术要求202

7.4.14 竣工验收203

参考文献203

第8章 非圆形截面容器204

8.1 椭圆形截面容器204

8.1.1 受力分析204

8.1.2 危险截面和综合应力207

8.1.3 变形计算208

8.1.4 实例211

8.2 其他常见非圆形截面容器212

8.2.1 带圆角的矩形容器212

8.2.2 近似椭圆形截面的容器215

8.2.3 长圆形容器216

8.2.4 无圆角的矩形容器216

8.3 任意形状的非圆形截面容器217

8.3.1 受力分析217

8.3.2 回转半径218

8.3.3 计算公式及其应用220

8.4 大曲率壳体中的弯曲应力223

8.4.1 曲梁弯曲时的弯曲应力223

8.4.2 矩形截面曲梁的中性层位置225

8.4.3 弯曲应力的计算公式226

8.5 带有加强筋的非圆形截面容器228

8.5.1 外加强圈加强的非圆形截面容器228

8.5.2 具有内加强筋板的长圆形柱壳229

8.6 环形壳体232

8.6.1 横截面为圆形的等壁厚环形壳体232

8.6.2 弯管时壁厚变化的环形壳体234

8.6.3 弯管时截面变化的环形壳体235

参考文献236

第9章 高压容器和超高压容器237

9.1 高压容器和超高压容器在工业生产中的应用237

9.2 高压容器和超高压容器的结构特点237

9.3 高压容器和超高压容器的设计238

9.3.1 现行各国设计规范概况238

9.3.2 高压容器和超高压容器设计的基本要求239

9.4 高压容器和超高压容器设计时需考虑的几个问题239

9.4.1 安全系数239

9.4.2 材料的选取240

9.4.3 耐压试验240

9.4.4 无损检测241

9.5 高压容器和超高压容器的筒体结构形式242

9.5.1 高压容器的筒体结构形式242

9.5.2 超高压容器的筒体结构形式249

9.6 高压容器和超高压容器的密封结构256

9.6.1 高压容器的密封结构257

9.6.2 超高压容器的密封结构260

参考文献262

第10章 常压容器263

10.1 常压容器简介263

10.2 材料263

10.2.1 对材料的基本要求263

10.2.2 许用应力的确定264

10.2.3 常压容器用材料264

10.3 结构设计266

10.3.1 基本结构元件266

10.3.2 立式圆筒形容器269

10.3.3 矩形容器273

10.4 制造、组焊、检验与验收要求273

10.4.1 材料274

10.4.2 加工成形274

10.4.3 焊接275

10.4.4 热处理275

10.4.5 无损检测275

10.4.6 试验275

参考文献276

第11章 立式圆筒形储罐277

11.1 立式圆筒形储罐简介277

11.1.1 储罐的种类和特点277

11.1.2 储罐的容量及经济尺寸选择278

11.1.3 储罐设计参数（载荷）278

11.1.4 国内外储罐标准简介278

11.2 储罐用材料279

11.2.1 储罐选材基本原则279

11.2.2 国内储罐用材料及要求280

11.2.3 国外储罐用材料281

11.3 罐底的设计282

11.3.1 罐底厚度282

11.3.2 结构设计284

11.4 罐壁的设计285

11.4.1 罐壁的强度计算285

11.4.2 罐壁的风力稳定计算286

11.4.3 罐壁的抗震计算289

11.4.4 罐壁的结构设计291

11.5 罐顶设计292

11.5.1 固定顶设计292

11.5.2 外浮顶设计298

11.5.3 内浮顶设计312

11.6 油罐附件（或配件）及其选用317

11.6.1 常用附件317

11.6.2 附件的布置319

11.6.3 搅拌设施320

11.6.4 消防设施设置322

11.6.5 伴热结构323

11.6.6 排污结构324

11.6.7 防腐蚀设计324

11.7 制造与组焊的要求329

11.7.1 材料及附件验收329

11.7.2 预制329

11.7.3 组装331

11.7.4 焊接331

11.7.5 检查及验收332

11.8 储罐基础335

11.8.1 基础的沉降335

11.8.2 对基础的要求336

11.8.3 基础沉降观测338

11.9 国内外标准比较338

11.9.1 范围338

11.9.2 许用应力339

11.9.3 罐壁强度计算340

11.9.4 清扫孔的设置342

第12章 固体料仓343

12.1 固体料仓简介343

12.1.1 料仓发展概况和应用343

12.1.2 料仓的设计分类和计算基础345

12.1.3 料仓的结构选择和设计原则348

12.2 材料349

12.2.1 料仓的材料349

12.2.2 板式焊接料仓的选材分析349

12.2.3 板式焊接料仓的常用材料350

12.3 设计计算352

12.3.1 赖姆伯特理论352

12.3.2 仓壳圆筒应力计算357

12.3.3 仓壳锥体应力计算359

12.4 结构360

12.4.1 仓壳的高径比分析361

12.4.2 仓顶结构362

12.4.3 仓底结构363

12.4.4 料仓筒体结构363

12.4.5 料仓支座364

12.4.6 料仓防堵结构366

12.4.7 料仓梯子和平台366

12.5 料仓的制造、检验与验收366

12.5.1 材料检查和要求367

12.5.2 预制和加工成形367

12.5.3 组装368

12.5.4 焊接369

12.5.5 表面处理371

12.5.6 试验、检验及验收372

参考文献373

第13章 低温压力容器374

13.1 低温压力容器简介374

13.1.1 压力容器的低温界限374

13.1.2 低温低应力工况374

13.2 材料376

13.2.1 低应力脆性断裂现象376

13.2.2 影响低温韧性的因素376

13.2.3 防止低应力脆断的设计原则378

13.2.4 钢材低温韧性的评定方法378

13.2.5 低温压力容器用钢379

13.2.6 低温压力容器用钢的焊接材料381

13.2.7 常用低温压力容器用钢的焊接材料382

13.3 结构设计382

13.3.1 结构简介383

13.3.2 焊接结构设计383

13.3.3 低温容器的密封结构384

13.3.4 低温绝热结构设计的目的及方法384

13.3.5 低温容器的支承系统设计385

参考文献385

第14章 高温压力容器386

14.1 高温压力容器简介386

14.1.1 高温的定义386

14.1.2 高温结构设计的重要性386

14.2 材料的高温强度性能试验388

14.2.1 高温拉伸388

14.2.2 蠕变试验曲线及变形机制388

14.2.3 蠕变特性的描述389

14.2.4 蠕变特性的外推391

14.3 典型材料的高温强度393

14.3.1 常用高温强度性能指标393

14.3.2 低合金钢的高温强度394

14.3.3 高合金钢的高温强度396

14.4 压力容器的蠕变和应力松驰400

14.4.1 多轴应力状态下的蠕变400

14.4.2 承压容器的蠕变应力401

14.4.3 松驰及其与蠕变的关系403

14.5 蠕变-疲劳交互作用406

14.5.1 高温疲劳406

14.5.2 损伤法则407

14.6 高温容器的设计方法411

14.6.1 美国标准ASME规范Ⅲ NH411

14.6.2 英国标准R5415

参考文献419

第15章 应力分析421

15.1 应力分析的常用方法与结果的评定421

15.1.1 应力分析的常用方法421

15.1.2 应力分析结果的评定423

15.2 弹性力学基础424

15.2.1 弹性力学的基本假设424

15.2.2 圣维南原理424

15.2.3 直角坐标系下一般问题的基本方程425

15.2.4 平面问题的基本理论426

15.2.5 弹性力学解题方法举例435

15.3 塑性力学基础444

15.3.1 金属材料的应力-应变 曲线444

15.3.2 应力-应变曲线的简化模型445

15.3.3 屈服条件446

15.3.4 加载、卸载定理448

15.3.5 单层厚壁筒体的塑性应力分析449

15.4 有限元法基础451

15.4.1 有限元的基本概念452

15.4.2 有限元法的解题步骤452

15.4.3 有限元软件介绍453

15.4.4 ANSYS入门简介454

15.5 压力容器分析设计方法457

15.5.1 简介457

15.5.2 应力分类设计458

15.6 疲劳设计470

15.6.1 低循环疲劳曲线471

15.6.2 平均应力影响下疲劳曲线的修正471

15.6.3 疲劳损伤积累472

15.6.4 疲劳设计473

15.6.5 疲劳分析的其他问题476

15.6.6 典型产品的疲劳分析设计案例476

15.7 压力容器应力分析设计——直接法简介477

15.7.1 直接法的术语478

15.7.2 直接法设计校核的步骤481

15.7.3 直接法设计校核的原理和应用规则483

参考文献486

第16章 超压泄放装置487

16.1 压力容器的超压及安全泄放487

16.1.1 压力容器的超压487

16.1.2 防超压安全泄放488

16.1.3 超压泄放装置的设置490

16.2 爆破片安全装置的选用与设计计算492

16.2.1 爆破片安全装置的种类及基本特性492

16.2.2 爆破片安全装置的选用496

16.3 安全阀的选用与设计计算509

16.3.1 安全阀的种类及基本特性509

16.3.2 安全阀的选用513

16.4 容器的安全泄放量521

16.4.1 储存压缩空气或蒸汽时容器的安全泄放量521

16.4.2 储存液化气体时容器的安全泄放量522

16.5 超压泄放技术现状523

16.5.1 爆破片安全装置技术523

16.5.2 安全阀技术525

16.5.3 超压泄放设计技术526

参考文献527