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FEPG 13

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

2.12.1 耐压试验 33

2.12.2 液压试验 33

2.12.3 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M L、M C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 NH 411

14.6.2 英国标准R5 415

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 2100433B