压力容器设计知识

"目录 第1章概述1 1??1压力容器的设计进展1 1??1??1常规设计1 1??1??2分析设计2 1??1??3常规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设计必须满足生产需要5 1??4??2设计必须使压力容器安全可靠5 1??4??3设计必须做到技术经济合理6 1??5压力容器标准及规范6 1??5??1国内压力容器标准6 1??5??2国外压力容器标准10 1??6压力容器软件介绍11 1??6??1SW 6??98过程设备强度计算软件包12 1??6??2LANSYS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??4ANSYS分析设计软件14 1??6??5Pvelite & Code Calc压力容器整体及零部件分析设计软件14 第2章设计要素16 2??1设计文件16 2??2设计单位、人员资格及职责16 2??2??1设计单位16 2??2??2设计单位技术负责人16 2??2??3设计技术负责人16 2??2??4审核(定)人员17 2??2??5校核人员17 2??2??6设计人员17 2??3设计压力17 2??3??1设计压力17 2??3??2设计压力的确定17 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物理性质20 2??5??2腐蚀性21 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厚度28 2??8??1计算厚度28 2??8??2设计厚度29 2??8??3名义厚度29 2??8??4有效厚度29 2??8??5最小厚度29 2??9许用应力29 2??10焊接接头系数31 2??11压力试验32 2??11??1压力试验32 2??11??2液压试验32 2??11??3气压试验33 2??12致密性试验33 2??12??1致密性试验33 2??12??2气密性试验方法33 2??12??3煤油渗漏方法33 2??13无损检测方法及选用33 2??13??1射线检测(RT)34 2??13??2超声检测(UT)34 2??13??3磁粉检测(MT)36 2??13??4渗透检测(PT)36 2??14技术要求38 2??15油漆、包装及装车38 2??15??1油漆38 2??15??2包装39 2??15??3装车39 2??15??4压力容器油漆、包装、装车设计41 2??15??5压力容器易损坏件包装要求41 参考文献42 第3章主要受压元件43 3??1内压圆筒和内压球壳43 3??1??1强度理论43 3??1??2内压圆筒43 3??1??3内压球壳45 3??1??4内压圆筒和球壳中的温差应力46 3??2外压圆筒和外压球壳47 3??2??1外压容器的失效方式47 3??2??2外压圆筒稳定性计算47 3??2??3加强圈设计49 3??2??4外压圆筒的允许制造公差和试压要求51 3??2??5外压球壳的计算52 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52 3??3封头53 3??3??1球形封头53 3??3??2椭圆形封头54 3??3??3碟形封头54 3??3??4无折边球形封头55 3??3??5锥形封头56 3??3??6平盖58 3??4法兰59 3??4??1法兰的分类及各自的特点59 3??4??2法兰连接的密封设计60 3??4??3螺栓设计66 3??4??4法兰设计68 参考文献70 第4章开孔和开孔补强设计71 4??1开孔补强的理论基础71 4??1??1孔边的应力71 4??1??2容器开孔的强度问题及其补强准则74 4??2开孔补强计算方法75 4??2??1等面积补强法75 4??2??2压力面积法78 4??2??3开孔补强的另一方法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83 4??3??3整体锻件补强83 4??4开孔补强设计中的其他问题84 4??4??1不需另行补强的最大开孔直径84 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85 参考文献85 第5章卧式容器86 5??1概述87 5??2卧式容器载荷分析89 5??2??1卧式容器的载荷89 5??2??2简化后的力学模型91 5??2??3内力计算91 5??3鞍座卧式容器强度计算92 5??3??1圆筒轴向应力92 5??3??2圆筒切向应力94 5??3??3圆筒周向应力96 5??3??4鞍座强度计算99 5??4圈座卧式容器强度计算100 5??4??1圆筒轴向应力101 5??4??2圆筒切向应力101 5??4??3圆筒周向应力101 5??5三角形支撑加强圈的设置及强度计算102 5??5??1支撑杆的内应力由系数ξ确定102 5??5??2支撑圈靠近鞍座平面时103 5??6有附加载荷作用时卧式容器的强度计算103 5??6??1符号说明104 5??6??2径向力引起的支座反力及圆筒弯矩的计算105 5??6??3轴向外力矩及其引起的弯矩、支座反力的计算105 5??6??4支座反力、圆筒轴向弯矩的组合106 5??6??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107 5??7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109 5??7??1符号说明及应用范围109 5??7??2径向载荷引起圆筒上局部应力的计算111 5??7??3附属设备上外加力矩ML、MC引起筒体上局部应力的计算114 5??7??4圆筒体上局部载荷引起最大应力的合成及强度校核127 5??8多鞍座卧式容器134 5??8??1鞍座处的圆筒体弯矩134 5??8??2鞍座处支反力135 5??8??3两支座跨度间的弯矩及极值136 5??8??4强度校核136 5??8??5基础不均匀沉降对轴向弯矩及支座支反力的影响136 5??9埋地卧式容器的设计计算139 5??9??1混土层或砂土层重力对圆筒体静压力的计算139 5??9??2混土层重力对圆筒体载荷的影响140 5??10制造、检验及验收141 5??10??1卧式容器分类141 5??10??2制造、检验及验收141 5??10??3焊接接头142 5??10??4整体消除应力热处理143 5??10??5压力试验和气密性试验143 5??11卧式容器设计的合理性分析143 5??11??1设计分析143 5??11??2合理设计146 参考文献147 第6章直立容器148 6??1地震理论148 6??1??1水平地震作用149 6??1??2垂直地震作用155 6??1??3地震弯矩156 6??2风振理论156 6??2??1风156 6??2??2风载荷157 6??2??3直立设备的风振效应160 6??2??4直立设备顺风向下的弯曲响应160 6??3风诱发的振动165 6??3??1风诱发振动现象165 6??3??2雷诺数(Re)和斯特劳哈尔数(Sr)165 6??3??3升力的计算166 6??3??4直立设备在共振时的强度计算167 6??3??5防止直立设备共振的措施171 6??4稳定理论171 6??4??1欧拉屈曲172 6??4??2外压失稳177 6??4??3局部失稳180 6??4??4塑性失稳182 参考文献182 第7章球形储罐184 7??1概述184 7??1??1球罐发展概况184 7??1??2球罐的特点及应用185 7??1??3球罐的分类186 7??1??4球罐设计参数187 7??1??5标准规范介绍188 7??2材料189 7??2??1球罐选材基本原则189 7??2??2国内球罐用材料190 7??2??3国外球罐用材料192 7??3结构193 7??3??1球壳193 7??3??2支座193 7??3??3固定式拉杆与可调式拉杆的对比194 7??3??4人孔接管195 7??3??5梯子平台195 7??3??6喷淋装置196 7??3??7安全附件197 7??3??8绝热结构199 7??4制造与组焊技术要求201 7??4??1球壳板201 7??4??2主要零部件202 7??4??3油漆、包装、运输203 7??4??4组焊准备204 7??4??5组装204 7??4??6焊接204 7??4??7无损检测205 7??4??8焊接修补206 7??4??9焊后整体热处理206 7??4??10产品焊接试板206 7??4??11压力试验207 7??4??12气密性试验207 7??4??13特殊球罐的技术要求208 7??4??14竣工验收209 参考文献209 第8章非圆形截面容器210 8??1椭圆形截面容器210 8??1??1受力分析210 8??1??2危险截面和综合应力214 8??1??3变形计算214 8??1??4实例217 8??2其他常见非圆形截面容器219 8??2??1带圆角的矩形容器219 8??2??2近似椭圆形截面的容器221 8??2??3长圆形容器222 8??2??4无圆角的矩形容器222 8??3任意形状非圆形截面容器223 8??3??1受力分析223 8??3??2回转半径225 8??3??3计算公式及其应用227 8??4大曲率壳体中的弯曲应力230 8??4??1曲梁弯曲时的弯曲应力231 8??4??2矩形截面曲梁的中性层位置232 8??4??3弯曲应力的计算公式233 8??5带有加强筋的非圆形截面容器235 8??5??1外加强圈加强的非圆形截面容器235 8??5??2具有内加强筋板的长圆形柱壳236 8??6环形壳体239 8??6??1横截面为圆形的等壁厚环形壳体239 8??6??2弯管时壁厚变化的环形壳体241 8??6??3弯管时截面变化的环形壳体242 参考文献243 第9章高压容器和超高压容器244 9??1在工业生产中的应用244 9??2结构特点244 9??3设计245 9??3??1现行各国设计规范245 9??3??2设计的基本要求245 9??4设计时需考虑的几个问题246 9??4??1安全系数246 9??4??2材料的选取247 9??4??3耐压试验247 9??4??4无损检测248 9??5筒体结构248 9??5??1高压容器249 9??5??2超高压容器256 9??6密封结构265 9??6??1高压容器265 9??6??2超高压容器269 9??7零部件设计271 参考文献271 第10章常压容器272 10??1概述272 10??2材料272 10??2??1对材料的基本要求272 10??2??2许用应力的确定273 10??2??3常压容器用材料273 10??3结构设计275 10??3??1基本结构元件275 10??3??2立式圆筒形容器277 10??3??3矩形容器282 10??4制造、组焊、检验与验收要求282 10??4??1材料282 10??4??2加工成形283 10??4??3热处理284 10??4??4无损检测285 10??4??5试验285 参考文献285 第11章立式圆筒形储罐286 11??1概述286 11??1??1储罐的发展状况286 11??1??2储罐的种类和特点287 11??1??3储罐的容量及经济尺寸选择288 11??1??4储罐设计参数（载荷）288 11??1??5国内外储罐标准简介289 11??2材料289 11??2??1储罐选材基本原则289 11??2??2国内储罐用材料及要求290 11??2??3国外储罐用材料291 11??3罐底的设计292 11??3??1罐底厚度292 11??3??2结构设计295 11??4罐壁的设计296 11??4??1强度计算296 11??4??2风力稳定计算297 11??4??3抗震计算300 11??4??4结构设计302 11??5罐顶设计303 11??5??1固定顶设计303 11??5??2外浮顶设计309 11??5??3内浮顶设计324 11??6油罐附件（或配件）及其选用329 11??6??1常用附件329 11??6??2附件的布置331 11??6??3搅拌设施331 11??6??4消防设施334 11??6??5伴热结构335 11??6??6排污结构335 11??6??7防腐蚀设计336 11??7制造与组焊的要求341 11??7??1材料及附件验收341 11??7??2预制341 11??7??3组装343 11??7??4焊接343 11??7??5检查及验收344 11??8储罐基础347 11??8??1基础的沉降347 11??8??2对基础的要求348 11??8??3基础沉降观测350 11??9国内外标准比较350 11??9??1范围350 11??9??2许用应力351 11??9??3罐壁强度计算351 11??9??4清扫孔的设置354 参考文献355 第12章固体料仓356 12??1概述356 12??1??1料仓发展概况和应用356 12??1??2料仓的设计分类和计算基础357 12??1??3料仓的设计和选用原则358 12??2材料358 12??2??1料仓的选材358 12??2??2料仓常用钢材、铝材359 12??3结构359 12??3??1仓顶结构360 12??3??2仓底结构360 12??3??3料仓筒体结构361 12??3??4料仓支座361 12??3??5料仓接管、法兰363 12??3??6料仓梯子平台365 12??4设计计算365 12??4??1物料对料仓筒壁的作用力365 12??4??2料仓筒体应力计算366 12??4??3料仓锥体部分应力计算368 12??5料仓的制造、检验与验收370 12??5??1材料检查和要求370 12??5??2预制和加工成形370 12??5??3组装371 12??5??4焊接372 12??5??5表面处理374 12??5??6试验、检验及验收375 参考文献376 第13章低温压力容器377 13??1概述377 13??1??1压力容器的低温界限377 13??1??2低温低应力工况377 13??2材料378 13??2??1低应力脆性断裂现象379 13??2??2影响低温韧性的因素379 13??2??3防止低应力脆断的设计原则380 13??2??4钢材低温韧性的评定方法381 13??2??5低温压力容器用钢382 13??2??6低温压力容器用钢的焊接材料387 13??2??7常用低温压力容器用钢的焊接材料388 13??3结构设计388 13??3??1结构简介388 13??3??2焊接结构设计389 13??3??3低温容器的密封结构390 13??3??4低温绝热结构设计的目的及方法390 13??3??5低温容器的支撑系统设计391 参考文献391 第14章高温压力容器392 14??1概述392 14??1??1高温的定义392 14??1??2高温结构设计的重要性392 14??2材料的高温强度性能试验394 14??2??1高温拉伸394 14??2??2蠕变试验曲线及变形机制394 14??2??3蠕变特性的描述396 14??2??4蠕变特性的外推398 14??3典型材料的高温强度400 14??3??1常用高温强度性能指标400 14??3??2低合金钢的高温强度401 14??3??3高合金钢的高温强度402 14??4压力容器的蠕变和应力松弛406 14??4??1多轴应力状态下的蠕变406 14??4??2承压容器的蠕变应力407 14??4??3松弛及其与蠕变的关系409 14??5蠕变?财＠徒换プ饔?412 14??5??1高温疲劳412 14??5??2损伤法则413 14??6高温容器的设计方法417 14??6??1美国标准ASME规范CC N??47417 14??6??2英国标准R5420 参考文献424 第15章应力分析427 15??1概述427 15??1??1基本概念介绍427 15??1??2一点处的应力状态428 15??1??3圣维南原理429 15??1??4材料强度理论429 15??2弹塑性力学基础429 15??2??1弹性力学的基本概念429 15??2??2平面问题的基本理论431 15??2??3弹性力学解题方法举例441 15??2??4塑性力学简介445 15??2??5屈服条件447 15??2??6加载、卸载定理450 15??3有限元法基础450 15??3??1有限元的基本概念451 15??3??2有限元法的解题步骤452 15??3??3有限元软件介绍453 15??3??4ANSYS入门简介454 15??4应力分析常用方法455 15??4??1解析法455 15??4??2数值求解法455 15??4??3实测法455 15??5应力分析设计方法457 15??5??1应力分类458 15??5??2各类应力的限制条件459 15??5??3典型部件的应力分类461 15??5??4典型产品的应力分析设计案例462 15??6疲劳设计467 15??6??1低循环疲劳曲线467 15??6??2平均应力影响下疲劳曲线的修正468 15??6??3疲劳损伤积累468 15??6??4疲劳设计470 15??6??5疲劳分析的其他问题473 参考文献473 第16章超压泄放装置474 16??1压力容器的超压及安全泄放474 16??1??1压力容器的超压474 16??1??2防超压安全泄放475 16??1??3超压泄放装置的设置477 16??2爆破片的选用与设计计算479 16??2??1爆破片的种类及基本特性479 16??2??2爆破片的选用482 16??3安全阀的选用与设计计算496 16??3??1安全阀的种类及基本特性496 16??3??2安全阀的选用499 16??4容器的安全泄放量508 16??4??1储存压缩空气或蒸汽时容器的安全泄放量508 16??4??2储存液化气体时容器的安全泄放量508 16??5超压泄放技术现状及标准简介509 16??5??1超压泄放技术现状509 16??5??2相关标准简介514 参考文献527 "