壓力容器安全技術

1 緒論1
1.1壓力容器概述1
1.1.1特種設備與壓力容器1
1.1.2壓力容器分類1
1.1.3壓力容器典型結構6
1.2壓力容器安全的重要性7
1.2.1壓力容器應用的廣泛性7
1.2.2壓力容器事故的易發(fā)性7
1.2.3壓力容器事故后果的嚴重性8
1.3壓力容器事故類型9
習題9

2壓力容器安全監(jiān)察與法規(guī)標準體系11
2.1壓力容器安全監(jiān)察11
2.1.1壓力容器安全監(jiān)察概念11
2.1.2壓力容器安全監(jiān)察的作用11
2.2壓力容器法規(guī)標準體系12
2.2.1法律12
2.2.2行政法規(guī)12
2.2.3部門規(guī)章12
2.2.4安全技術規(guī)范13
2.2.5標準13
習題15

3壓力容器材料17
3.1金屬材料性能17
3.1.1力學性能17
3.1.2物理性能22
3.1.3化學性能23
3.1.4加工工藝性能23
3.2元素對鋼材性能的影響24
3.2.1雜質元素的影響24
3.2.2合金元素的影響24
3.3壓力容器用鋼材25
3.3.1材料分類25
3.3.2碳素鋼26
3.3.3低合金鋼26
3.3.4碳素鋼和低合金鋼用于壓力容器的特殊規(guī)定27
3.3.5高合金鋼27
3.4壓力容器選材原則29
習題31

4內壓容器強度安全設計（一）——回轉薄殼的應力分析理論33
4.1回轉薄殼的薄膜應力理論33
4.1.1基本假設及概念33
4.1.2回轉薄殼應力特點34
4.1.3經向應力計算——區(qū)域平衡方程式35
4.1.4環(huán)向應力計算——微體平衡方程式36
4.1.5軸對稱回轉殼體薄膜理論的適用范圍37
4.2典型回轉薄殼結構應力分析38
4.2.1受氣體內壓作用的筒形薄殼38
4.2.2受氣體內壓作用的球形薄殼39
4.2.3受氣體內壓作用的橢球薄殼40
4.2.4實際應用舉例42
4.3內壓筒體邊緣應力44
4.3.1邊緣應力的概念44
4.3.2邊緣應力的特點45
4.3.3對邊緣應力的處理45
習題46

5內壓容器強度安全設計（二）——常規(guī)設計48
5.1壓力容器強度設計基礎48
5.1.1強度理論及強度條件48
5.1.2強度理論在壓力容器中的應用48
5.2內壓薄壁圓筒及球殼的強度設計49
5.2.1內壓薄壁圓筒強度設計49
5.2.2內壓薄壁球殼強度設計50
5.2.3設計參數(shù)概念及確定方法50
5.3內壓封頭強度設計57
5.3.1半球形封頭57
5.3.2橢圓形封頭57
5.3.3封頭類型選擇原則58
5.4內壓容器壓力試驗及強度校核59
5.4.1耐壓試驗59
5.4.2泄漏試驗60
5.5內壓容器設計例題60
習題61

6外壓容器穩(wěn)定性安全設計64
6.1臨界壓力64
6.1.1概念64
6.1.2影響臨界壓力的因素65
6.1.3長圓筒、短圓筒及剛性圓筒65
6.1.4臨界壓力的理論計算公式66
6.1.5臨界長度67
6.2外壓圓筒的工程設計方法67
6.2.1設計準則67
6.2.2外壓容器的圖算法68
6.3外壓球殼及凸形封頭設計75
6.3.1球殼及半球形封頭75
6.3.2凸面受壓封頭的設計76
6.4加強圈設計76
6.4.1加強圈作用76
6.4.2加強圈尺寸設計77
6.4.3加強圈間距設計77
6.4.4加強圈與圓筒的連接77
6.5外壓容器壓力試驗78
6.6外壓容器設計例題79
習題81

7壓力容器零部件安全設計83
7.1法蘭連接83
7.1.1法蘭連接結構及原理83
7.1.2法蘭分類及結構84
7.1.3影響法蘭密封的因素86
7.1.4法蘭標準及選用88
7.1.5螺栓載荷的施加方式92
7.2壓力容器開孔與開孔補強94
7.2.1容器開孔應力94
7.2.2開孔補強結構及形式94
7.2.3等面積補強設計準則95
習題98

8壓力容器超壓泄放技術100
8.1超壓分類100
8.1.1物理超壓100
8.1.2化學超壓101
8.2超壓泄放原理102
8.3超壓泄放裝置103
8.3.1爆破片裝置104
8.3.2安全閥106
8.3.3易熔塞108
8.3.4選型方法108
8.4物理超壓泄放設計109
8.4.1安全泄放量Ws計算110
8.4.2泄放裝置泄放量及泄放面積計算112
8.5超壓泄放裝置設計例題116
習題118

9壓力容器制造、使用及監(jiān)檢120
9.1壓力容器制造120
9.1.1板焊結構容器制造工藝120
9.1.2鍛焊結構容器制造工藝121
9.2壓力容器焊接121
9.2.1常用焊接方法121
9.2.2焊接坡口123
9.2.3焊接接頭123
9.2.4焊縫形式124
9.3壓力容器熱處理125
9.3.1恢復力學性能的熱處理125
9.3.2焊后熱處理126
9.3.3消氫處理126
9.3.4改善材料力學性能熱處理126
9.4壓力容器無損檢測128
9.4.1射線檢測128
9.4.2超聲檢測128
9.4.3磁粉檢測129
9.4.4滲透檢測129
9.4.5聲發(fā)射檢測129
9.5壓力容器制造監(jiān)督檢驗129
9.5.1監(jiān)檢程序130
9.5.2監(jiān)檢內容130
9.6壓力容器的使用管理133
9.6.1使用單位主體責任和主要義務133
9.6.2壓力容器安全與節(jié)能技術檔案133
9.6.3壓力容器安全管理制度和操作規(guī)程134
9.6.4壓力容器的維護保養(yǎng)、年度檢查134
9.6.5異常情況處理134
9.6.6達到設計年限的壓力容器135
9.6.7應急預案與事故處理135
9.6.8壓力容器使用登記135
9.7壓力容器定期檢驗135
9.7.1定期檢驗目的及檢驗周期135
9.7.2定期檢驗內容135
9.7.3金屬壓力容器安全狀況等級評定138
9.7.4定期檢驗方案制定139
習題139

10基于風險的檢驗（RBI）技術140
10.1RBI技術概述140
10.1.1RBI產生背景140
10.1.2RBI技術思路及使用范圍140
10.1.3RBI技術相比傳統(tǒng)檢驗技術的優(yōu)勢141
10.1.4國內RBI發(fā)展情況141
10.2RBI技術實施流程142
10.2.1制定評估方案142
10.2.2數(shù)據(jù)和信息收集142
10.2.3RBI技術篩選的評估143
10.2.4RBI技術詳細評估及檢驗策略的制定143
10.2.5RBI技術的再評估143
10.3RBI分析方法143
10.3.1定性分析143
10.3.2定量分析144
10.3.3半定量分析144
習題145

11含缺陷壓力容器的安全評定146
11.1壓力容器缺陷形式146
11.1.1板材缺陷146
11.1.2鍛件缺陷147
11.1.3焊接缺陷147
11.2含缺陷壓力容器的“合乎使用”原則148
11.3安全評定的理論基礎——斷裂力學基本理論149
11.3.1線彈性斷裂力學基本理論149
11.3.2彈塑性斷裂力學基本理論150
11.3.3材料斷裂韌性的測試152
11.4壓力容器安全評定標準發(fā)展152
11.4.1國外壓力容器安全評定標準發(fā)展152
11.4.2國內壓力容器安全評定標準發(fā)展153
11.5基于GB 19624的壓力容器安全評定方法簡介154
11.5.1缺陷的表征154
11.5.2平面缺陷評定所需的應力的確定155
11.5.3平面缺陷的簡化評定157
11.5.4平面缺陷的常規(guī)評定157
習題158

12壓力容器失效形式及爆炸災害160
12.1壓力容器失效形式160
12.1.1強度失效160
12.1.2剛度失效163
12.1.3失穩(wěn)失效163
12.1.4泄漏失效163
12.2壓力容器爆炸災害164
12.2.1承裝壓縮氣體或水蒸氣的壓力容器的爆炸能量164
12.2.2承裝液體的壓力容器的爆炸能量164
12.2.3承裝液化氣體與高溫飽和水的容器的爆炸能量164
12.2.4爆炸威力計算165
12.3壓力容器事故案例165
12.3.1某公司煤氣儲罐爆炸事故165
12.3.2某公司液化氣球罐爆炸事故166
12.3.3某廠反應釜爆炸事故166
習題167

參考文獻168