壓力容器設(shè)計(jì)知識(shí)

"目錄 第1章概述1 1??1壓力容器的設(shè)計(jì)進(jìn)展1 1??1??1常規(guī)設(shè)計(jì)1 1??1??2分析設(shè)計(jì)2 1??1??3常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)的結(jié)合2 1??1??4壓力容器設(shè)計(jì)未來(lái)的發(fā)展3 1??2壓力容器的應(yīng)用及分類(lèi)3 1??2??1壓力容器的應(yīng)用3 1??2??2壓力容器的分類(lèi)3 1??3壓力容器的失效形式4 1??3??1強(qiáng)度失效4 1??3??2剛度失效4 1??3??3穩(wěn)定性失效4 1??3??4腐蝕失效4 1??4壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求5 1??4??1設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足生產(chǎn)需要5 1??4??2設(shè)計(jì)必須使壓力容器安全可靠5 1??4??3設(shè)計(jì)必須做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理6 1??5壓力容器標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范6 1??5??1國(guó)內(nèi)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)6 1??5??2國(guó)外壓力容器標(biāo)準(zhǔn)10 1??6壓力容器軟件介紹11 1??6??1SW 6??98過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包12 1??6??2LANSYS壓力容器強(qiáng)度設(shè)計(jì)軟件12 1??6??3有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG13 1??6??4ANSYS分析設(shè)計(jì)軟件14 1??6??5Pvelite & Code Calc壓力容器整體及零部件分析設(shè)計(jì)軟件14 第2章設(shè)計(jì)要素16 2??1設(shè)計(jì)文件16 2??2設(shè)計(jì)單位、人員資格及職責(zé)16 2??2??1設(shè)計(jì)單位16 2??2??2設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人16 2??2??3設(shè)計(jì)技術(shù)負(fù)責(zé)人16 2??2??4審核(定)人員17 2??2??5校核人員17 2??2??6設(shè)計(jì)人員17 2??3設(shè)計(jì)壓力17 2??3??1設(shè)計(jì)壓力17 2??3??2設(shè)計(jì)壓力的確定17 2??4設(shè)計(jì)溫度19 2??4??1設(shè)計(jì)溫度19 2??4??2設(shè)計(jì)溫度的確定19 2??5介質(zhì)特性20 2??5??1物理性質(zhì)20 2??5??2腐蝕性21 2??6設(shè)計(jì)載荷26 2??6??1設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷26 2??6??2設(shè)計(jì)載荷的組合27 2??7厚度附加量28 2??8厚度28 2??8??1計(jì)算厚度28 2??8??2設(shè)計(jì)厚度29 2??8??3名義厚度29 2??8??4有效厚度29 2??8??5最小厚度29 2??9許用應(yīng)力29 2??10焊接接頭系數(shù)31 2??11壓力試驗(yàn)32 2??11??1壓力試驗(yàn)32 2??11??2液壓試驗(yàn)32 2??11??3氣壓試驗(yàn)33 2??12致密性試驗(yàn)33 2??12??1致密性試驗(yàn)33 2??12??2氣密性試驗(yàn)方法33 2??12??3煤油滲漏方法33 2??13無(wú)損檢測(cè)方法及選用33 2??13??1射線(xiàn)檢測(cè)(RT)34 2??13??2超聲檢測(cè)(UT)34 2??13??3磁粉檢測(cè)(MT)36 2??13??4滲透檢測(cè)(PT)36 2??14技術(shù)要求38 2??15油漆、包裝及裝車(chē)38 2??15??1油漆38 2??15??2包裝39 2??15??3裝車(chē)39 2??15??4壓力容器油漆、包裝、裝車(chē)設(shè)計(jì)41 2??15??5壓力容器易損壞件包裝要求41 參考文獻(xiàn)42 第3章主要受壓元件43 3??1內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼43 3??1??1強(qiáng)度理論43 3??1??2內(nèi)壓圓筒43 3??1??3內(nèi)壓球殼45 3??1??4內(nèi)壓圓筒和球殼中的溫差應(yīng)力46 3??2外壓圓筒和外壓球殼47 3??2??1外壓容器的失效方式47 3??2??2外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算47 3??2??3加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)49 3??2??4外壓圓筒的允許制造公差和試壓要求51 3??2??5外壓球殼的計(jì)算52 3??2??6關(guān)于外壓容器設(shè)計(jì)中焊縫系數(shù)的選取和焊縫質(zhì)量的檢查52 3??3封頭53 3??3??1球形封頭53 3??3??2橢圓形封頭54 3??3??3碟形封頭54 3??3??4無(wú)折邊球形封頭55 3??3??5錐形封頭56 3??3??6平蓋58 3??4法蘭59 3??4??1法蘭的分類(lèi)及各自的特點(diǎn)59 3??4??2法蘭連接的密封設(shè)計(jì)60 3??4??3螺栓設(shè)計(jì)66 3??4??4法蘭設(shè)計(jì)68 參考文獻(xiàn)70 第4章開(kāi)孔和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)71 4??1開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的理論基礎(chǔ)71 4??1??1孔邊的應(yīng)力71 4??1??2容器開(kāi)孔的強(qiáng)度問(wèn)題及其補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則74 4??2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法75 4??2??1等面積補(bǔ)強(qiáng)法75 4??2??2壓力面積法78 4??2??3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的另一方法80 4??2??4大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)81 4??2??5平板及外壓容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)82 4??3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)82 4??3??1補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)82 4??3??2厚壁管補(bǔ)強(qiáng)83 4??3??3整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)83 4??4開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中的其他問(wèn)題84 4??4??1不需另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑84 4??4??2接管的壁厚要求84 4??4??3承受外載荷接管的補(bǔ)強(qiáng)84 4??4??4開(kāi)孔位置85 參考文獻(xiàn)85 第5章臥式容器86 5??1概述87 5??2臥式容器載荷分析89 5??2??1臥式容器的載荷89 5??2??2簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型91 5??2??3內(nèi)力計(jì)算91 5??3鞍座臥式容器強(qiáng)度計(jì)算92 5??3??1圓筒軸向應(yīng)力92 5??3??2圓筒切向應(yīng)力94 5??3??3圓筒周向應(yīng)力96 5??3??4鞍座強(qiáng)度計(jì)算99 5??4圈座臥式容器強(qiáng)度計(jì)算100 5??4??1圓筒軸向應(yīng)力101 5??4??2圓筒切向應(yīng)力101 5??4??3圓筒周向應(yīng)力101 5??5三角形支撐加強(qiáng)圈的設(shè)置及強(qiáng)度計(jì)算102 5??5??1支撐桿的內(nèi)應(yīng)力由系數(shù)ξ確定102 5??5??2支撐圈靠近鞍座平面時(shí)103 5??6有附加載荷作用時(shí)臥式容器的強(qiáng)度計(jì)算103 5??6??1符號(hào)說(shuō)明104 5??6??2徑向力引起的支座反力及圓筒彎矩的計(jì)算105 5??6??3軸向外力矩及其引起的彎矩、支座反力的計(jì)算105 5??6??4支座反力、圓筒軸向彎矩的組合106 5??6??5集中載荷與均布載荷引起的剪力、軸向彎矩的合成及強(qiáng)度校核107 5??7附屬設(shè)備上載荷在臥式容器圓筒中引起的局部應(yīng)力計(jì)算方法109 5??7??1符號(hào)說(shuō)明及應(yīng)用范圍109 5??7??2徑向載荷引起圓筒上局部應(yīng)力的計(jì)算111 5??7??3附屬設(shè)備上外加力矩ML、MC引起筒體上局部應(yīng)力的計(jì)算114 5??7??4圓筒體上局部載荷引起最大應(yīng)力的合成及強(qiáng)度校核127 5??8多鞍座臥式容器134 5??8??1鞍座處的圓筒體彎矩134 5??8??2鞍座處支反力135 5??8??3兩支座跨度間的彎矩及極值136 5??8??4強(qiáng)度校核136 5??8??5基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)軸向彎矩及支座支反力的影響136 5??9埋地臥式容器的設(shè)計(jì)計(jì)算139 5??9??1混土層或砂土層重力對(duì)圓筒體靜壓力的計(jì)算139 5??9??2混土層重力對(duì)圓筒體載荷的影響140 5??10制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收141 5??10??1臥式容器分類(lèi)141 5??10??2制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收141 5??10??3焊接接頭142 5??10??4整體消除應(yīng)力熱處理143 5??10??5壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)143 5??11臥式容器設(shè)計(jì)的合理性分析143 5??11??1設(shè)計(jì)分析143 5??11??2合理設(shè)計(jì)146 參考文獻(xiàn)147 第6章直立容器148 6??1地震理論148 6??1??1水平地震作用149 6??1??2垂直地震作用155 6??1??3地震彎矩156 6??2風(fēng)振理論156 6??2??1風(fēng)156 6??2??2風(fēng)載荷157 6??2??3直立設(shè)備的風(fēng)振效應(yīng)160 6??2??4直立設(shè)備順風(fēng)向下的彎曲響應(yīng)160 6??3風(fēng)誘發(fā)的振動(dòng)165 6??3??1風(fēng)誘發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象165 6??3??2雷諾數(shù)(Re)和斯特勞哈爾數(shù)(Sr)165 6??3??3升力的計(jì)算166 6??3??4直立設(shè)備在共振時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算167 6??3??5防止直立設(shè)備共振的措施171 6??4穩(wěn)定理論171 6??4??1歐拉屈曲172 6??4??2外壓失穩(wěn)177 6??4??3局部失穩(wěn)180 6??4??4塑性失穩(wěn)182 參考文獻(xiàn)182 第7章球形儲(chǔ)罐184 7??1概述184 7??1??1球罐發(fā)展概況184 7??1??2球罐的特點(diǎn)及應(yīng)用185 7??1??3球罐的分類(lèi)186 7??1??4球罐設(shè)計(jì)參數(shù)187 7??1??5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范介紹188 7??2材料189 7??2??1球罐選材基本原則189 7??2??2國(guó)內(nèi)球罐用材料190 7??2??3國(guó)外球罐用材料192 7??3結(jié)構(gòu)193 7??3??1球殼193 7??3??2支座193 7??3??3固定式拉桿與可調(diào)式拉桿的對(duì)比194 7??3??4人孔接管195 7??3??5梯子平臺(tái)195 7??3??6噴淋裝置196 7??3??7安全附件197 7??3??8絕熱結(jié)構(gòu)199 7??4制造與組焊技術(shù)要求201 7??4??1球殼板201 7??4??2主要零部件202 7??4??3油漆、包裝、運(yùn)輸203 7??4??4組焊準(zhǔn)備204 7??4??5組裝204 7??4??6焊接204 7??4??7無(wú)損檢測(cè)205 7??4??8焊接修補(bǔ)206 7??4??9焊后整體熱處理206 7??4??10產(chǎn)品焊接試板206 7??4??11壓力試驗(yàn)207 7??4??12氣密性試驗(yàn)207 7??4??13特殊球罐的技術(shù)要求208 7??4??14竣工驗(yàn)收209 參考文獻(xiàn)209 第8章非圓形截面容器210 8??1橢圓形截面容器210 8??1??1受力分析210 8??1??2危險(xiǎn)截面和綜合應(yīng)力214 8??1??3變形計(jì)算214 8??1??4實(shí)例217 8??2其他常見(jiàn)非圓形截面容器219 8??2??1帶圓角的矩形容器219 8??2??2近似橢圓形截面的容器221 8??2??3長(zhǎng)圓形容器222 8??2??4無(wú)圓角的矩形容器222 8??3任意形狀非圓形截面容器223 8??3??1受力分析223 8??3??2回轉(zhuǎn)半徑225 8??3??3計(jì)算公式及其應(yīng)用227 8??4大曲率殼體中的彎曲應(yīng)力230 8??4??1曲梁彎曲時(shí)的彎曲應(yīng)力231 8??4??2矩形截面曲梁的中性層位置232 8??4??3彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式233 8??5帶有加強(qiáng)筋的非圓形截面容器235 8??5??1外加強(qiáng)圈加強(qiáng)的非圓形截面容器235 8??5??2具有內(nèi)加強(qiáng)筋板的長(zhǎng)圓形柱殼236 8??6環(huán)形殼體239 8??6??1橫截面為圓形的等壁厚環(huán)形殼體239 8??6??2彎管時(shí)壁厚變化的環(huán)形殼體241 8??6??3彎管時(shí)截面變化的環(huán)形殼體242 參考文獻(xiàn)243 第9章高壓容器和超高壓容器244 9??1在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用244 9??2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)244 9??3設(shè)計(jì)245 9??3??1現(xiàn)行各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范245 9??3??2設(shè)計(jì)的基本要求245 9??4設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的幾個(gè)問(wèn)題246 9??4??1安全系數(shù)246 9??4??2材料的選取247 9??4??3耐壓試驗(yàn)247 9??4??4無(wú)損檢測(cè)248 9??5筒體結(jié)構(gòu)248 9??5??1高壓容器249 9??5??2超高壓容器256 9??6密封結(jié)構(gòu)265 9??6??1高壓容器265 9??6??2超高壓容器269 9??7零部件設(shè)計(jì)271 參考文獻(xiàn)271 第10章常壓容器272 10??1概述272 10??2材料272 10??2??1對(duì)材料的基本要求272 10??2??2許用應(yīng)力的確定273 10??2??3常壓容器用材料273 10??3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)275 10??3??1基本結(jié)構(gòu)元件275 10??3??2立式圓筒形容器277 10??3??3矩形容器282 10??4制造、組焊、檢驗(yàn)與驗(yàn)收要求282 10??4??1材料282 10??4??2加工成形283 10??4??3熱處理284 10??4??4無(wú)損檢測(cè)285 10??4??5試驗(yàn)285 參考文獻(xiàn)285 第11章立式圓筒形儲(chǔ)罐286 11??1概述286 11??1??1儲(chǔ)罐的發(fā)展?fàn)顩r286 11??1??2儲(chǔ)罐的種類(lèi)和特點(diǎn)287 11??1??3儲(chǔ)罐的容量及經(jīng)濟(jì)尺寸選擇288 11??1??4儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)（載荷）288 11??1??5國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介289 11??2材料289 11??2??1儲(chǔ)罐選材基本原則289 11??2??2國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐用材料及要求290 11??2??3國(guó)外儲(chǔ)罐用材料291 11??3罐底的設(shè)計(jì)292 11??3??1罐底厚度292 11??3??2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)295 11??4罐壁的設(shè)計(jì)296 11??4??1強(qiáng)度計(jì)算296 11??4??2風(fēng)力穩(wěn)定計(jì)算297 11??4??3抗震計(jì)算300 11??4??4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)302 11??5罐頂設(shè)計(jì)303 11??5??1固定頂設(shè)計(jì)303 11??5??2外浮頂設(shè)計(jì)309 11??5??3內(nèi)浮頂設(shè)計(jì)324 11??6油罐附件（或配件）及其選用329 11??6??1常用附件329 11??6??2附件的布置331 11??6??3攪拌設(shè)施331 11??6??4消防設(shè)施334 11??6??5伴熱結(jié)構(gòu)335 11??6??6排污結(jié)構(gòu)335 11??6??7防腐蝕設(shè)計(jì)336 11??7制造與組焊的要求341 11??7??1材料及附件驗(yàn)收341 11??7??2預(yù)制341 11??7??3組裝343 11??7??4焊接343 11??7??5檢查及驗(yàn)收344 11??8儲(chǔ)罐基礎(chǔ)347 11??8??1基礎(chǔ)的沉降347 11??8??2對(duì)基礎(chǔ)的要求348 11??8??3基礎(chǔ)沉降觀測(cè)350 11??9國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)比較350 11??9??1范圍350 11??9??2許用應(yīng)力351 11??9??3罐壁強(qiáng)度計(jì)算351 11??9??4清掃孔的設(shè)置354 參考文獻(xiàn)355 第12章固體料倉(cāng)356 12??1概述356 12??1??1料倉(cāng)發(fā)展概況和應(yīng)用356 12??1??2料倉(cāng)的設(shè)計(jì)分類(lèi)和計(jì)算基礎(chǔ)357 12??1??3料倉(cāng)的設(shè)計(jì)和選用原則358 12??2材料358 12??2??1料倉(cāng)的選材358 12??2??2料倉(cāng)常用鋼材、鋁材359 12??3結(jié)構(gòu)359 12??3??1倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)360 12??3??2倉(cāng)底結(jié)構(gòu)360 12??3??3料倉(cāng)筒體結(jié)構(gòu)361 12??3??4料倉(cāng)支座361 12??3??5料倉(cāng)接管、法蘭363 12??3??6料倉(cāng)梯子平臺(tái)365 12??4設(shè)計(jì)計(jì)算365 12??4??1物料對(duì)料倉(cāng)筒壁的作用力365 12??4??2料倉(cāng)筒體應(yīng)力計(jì)算366 12??4??3料倉(cāng)錐體部分應(yīng)力計(jì)算368 12??5料倉(cāng)的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收370 12??5??1材料檢查和要求370 12??5??2預(yù)制和加工成形370 12??5??3組裝371 12??5??4焊接372 12??5??5表面處理374 12??5??6試驗(yàn)、檢驗(yàn)及驗(yàn)收375 參考文獻(xiàn)376 第13章低溫壓力容器377 13??1概述377 13??1??1壓力容器的低溫界限377 13??1??2低溫低應(yīng)力工況377 13??2材料378 13??2??1低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象379 13??2??2影響低溫韌性的因素379 13??2??3防止低應(yīng)力脆斷的設(shè)計(jì)原則380 13??2??4鋼材低溫韌性的評(píng)定方法381 13??2??5低溫壓力容器用鋼382 13??2??6低溫壓力容器用鋼的焊接材料387 13??2??7常用低溫壓力容器用鋼的焊接材料388 13??3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)388 13??3??1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介388 13??3??2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)389 13??3??3低溫容器的密封結(jié)構(gòu)390 13??3??4低溫絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的及方法390 13??3??5低溫容器的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)391 參考文獻(xiàn)391 第14章高溫壓力容器392 14??1概述392 14??1??1高溫的定義392 14??1??2高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性392 14??2材料的高溫強(qiáng)度性能試驗(yàn)394 14??2??1高溫拉伸394 14??2??2蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)及變形機(jī)制394 14??2??3蠕變特性的描述396 14??2??4蠕變特性的外推398 14??3典型材料的高溫強(qiáng)度400 14??3??1常用高溫強(qiáng)度性能指標(biāo)400 14??3??2低合金鋼的高溫強(qiáng)度401 14??3??3高合金鋼的高溫強(qiáng)度402 14??4壓力容器的蠕變和應(yīng)力松弛406 14??4??1多軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變406 14??4??2承壓容器的蠕變應(yīng)力407 14??4??3松弛及其與蠕變的關(guān)系409 14??5蠕變?財(cái)＠徒換プ饔?412 14??5??1高溫疲勞412 14??5??2損傷法則413 14??6高溫容器的設(shè)計(jì)方法417 14??6??1美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME規(guī)范CC N??47417 14??6??2英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)R5420 參考文獻(xiàn)424 第15章應(yīng)力分析427 15??1概述427 15??1??1基本概念介紹427 15??1??2一點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)428 15??1??3圣維南原理429 15??1??4材料強(qiáng)度理論429 15??2彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)429 15??2??1彈性力學(xué)的基本概念429 15??2??2平面問(wèn)題的基本理論431 15??2??3彈性力學(xué)解題方法舉例441 15??2??4塑性力學(xué)簡(jiǎn)介445 15??2??5屈服條件447 15??2??6加載、卸載定理450 15??3有限元法基礎(chǔ)450 15??3??1有限元的基本概念451 15??3??2有限元法的解題步驟452 15??3??3有限元軟件介紹453 15??3??4ANSYS入門(mén)簡(jiǎn)介454 15??4應(yīng)力分析常用方法455 15??4??1解析法455 15??4??2數(shù)值求解法455 15??4??3實(shí)測(cè)法455 15??5應(yīng)力分析設(shè)計(jì)方法457 15??5??1應(yīng)力分類(lèi)458 15??5??2各類(lèi)應(yīng)力的限制條件459 15??5??3典型部件的應(yīng)力分類(lèi)461 15??5??4典型產(chǎn)品的應(yīng)力分析設(shè)計(jì)案例462 15??6疲勞設(shè)計(jì)467 15??6??1低循環(huán)疲勞曲線(xiàn)467 15??6??2平均應(yīng)力影響下疲勞曲線(xiàn)的修正468 15??6??3疲勞損傷積累468 15??6??4疲勞設(shè)計(jì)470 15??6??5疲勞分析的其他問(wèn)題473 參考文獻(xiàn)473 第16章超壓泄放裝置474 16??1壓力容器的超壓及安全泄放474 16??1??1壓力容器的超壓474 16??1??2防超壓安全泄放475 16??1??3超壓泄放裝置的設(shè)置477 16??2爆破片的選用與設(shè)計(jì)計(jì)算479 16??2??1爆破片的種類(lèi)及基本特性479 16??2??2爆破片的選用482 16??3安全閥的選用與設(shè)計(jì)計(jì)算496 16??3??1安全閥的種類(lèi)及基本特性496 16??3??2安全閥的選用499 16??4容器的安全泄放量508 16??4??1儲(chǔ)存壓縮空氣或蒸汽時(shí)容器的安全泄放量508 16??4??2儲(chǔ)存液化氣體時(shí)容器的安全泄放量508 16??5超壓泄放技術(shù)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介509 16??5??1超壓泄放技術(shù)現(xiàn)狀509 16??5??2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介514 參考文獻(xiàn)527 "