壓力容器設(shè)計知識

"目錄 第1章概述1 1??1壓力容器的設(shè)計進展1 1??1??1常規(guī)設(shè)計1 1??1??2分析設(shè)計2 1??1??3常規(guī)設(shè)計與分析設(shè)計的結(jié)合2 1??1??4壓力容器設(shè)計未來的發(fā)展3 1??2壓力容器的應(yīng)用及分類3 1??2??1壓力容器的應(yīng)用3 1??2??2壓力容器的分類3 1??3壓力容器的失效形式4 1??3??1強度失效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)計的基本要求5 1??4??1設(shè)計必須滿足生產(chǎn)需要5 1??4??2設(shè)計必須使壓力容器安全可靠5 1??4??3設(shè)計必須做到技術(shù)經(jīng)濟合理6 1??5壓力容器標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范6 1??5??1國內(nèi)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)6 1??5??2國外壓力容器標(biāo)準(zhǔn)10 1??6壓力容器軟件介紹11 1??6??1SW 6??98過程設(shè)備強度計算軟件包12 1??6??2LANSYS壓力容器強度設(shè)計軟件12 1??6??3有限元程序自動生成系統(tǒng)FEPG13 1??6??4ANSYS分析設(shè)計軟件14 1??6??5Pvelite & Code Calc壓力容器整體及零部件分析設(shè)計軟件14 第2章設(shè)計要素16 2??1設(shè)計文件16 2??2設(shè)計單位、人員資格及職責(zé)16 2??2??1設(shè)計單位16 2??2??2設(shè)計單位技術(shù)負責(zé)人16 2??2??3設(shè)計技術(shù)負責(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)計人員17 2??3設(shè)計壓力17 2??3??1設(shè)計壓力17 2??3??2設(shè)計壓力的確定17 2??4設(shè)計溫度19 2??4??1設(shè)計溫度19 2??4??2設(shè)計溫度的確定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)計載荷26 2??6??1設(shè)計時應(yīng)考慮的載荷26 2??6??2設(shè)計載荷的組合27 2??7厚度附加量28 2??8厚度28 2??8??1計算厚度28 2??8??2設(shè)計厚度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32 2??11??1壓力試驗32 2??11??2液壓試驗32 2??11??3氣壓試驗33 2??12致密性試驗33 2??12??1致密性試驗33 2??12??2氣密性試驗方法33 2??12??3煤油滲漏方法33 2??13無損檢測方法及選用33 2??13??1射線檢測(RT)34 2??13??2超聲檢測(UT)34 2??13??3磁粉檢測(MT)36 2??13??4滲透檢測(PT)36 2??14技術(shù)要求38 2??15油漆、包裝及裝車38 2??15??1油漆38 2??15??2包裝39 2??15??3裝車39 2??15??4壓力容器油漆、包裝、裝車設(shè)計41 2??15??5壓力容器易損壞件包裝要求41 參考文獻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)定性計算47 3??2??3加強圈設(shè)計49 3??2??4外壓圓筒的允許制造公差和試壓要求51 3??2??5外壓球殼的計算52 3??2??6關(guān)于外壓容器設(shè)計中焊縫系數(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法蘭的分類及各自的特點59 3??4??2法蘭連接的密封設(shè)計60 3??4??3螺栓設(shè)計66 3??4??4法蘭設(shè)計68 參考文獻70 第4章開孔和開孔補強設(shè)計71 4??1開孔補強的理論基礎(chǔ)71 4??1??1孔邊的應(yīng)力71 4??1??2容器開孔的強度問題及其補強準(zhǔn)則74 4??2開孔補強計算方法75 4??2??1等面積補強法75 4??2??2壓力面積法78 4??2??3開孔補強的另一方法80 4??2??4大開孔補強81 4??2??5平板及外壓容器開孔補強82 4??3開孔補強結(jié)構(gòu)82 4??3??1補強圈補強82 4??3??2厚壁管補強83 4??3??3整體鍛件補強83 4??4開孔補強設(shè)計中的其他問題84 4??4??1不需另行補強的最大開孔直徑84 4??4??2接管的壁厚要求84 4??4??3承受外載荷接管的補強84 4??4??4開孔位置85 參考文獻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簡化后的力學(xué)模型91 5??2??3內(nèi)力計算91 5??3鞍座臥式容器強度計算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鞍座強度計算99 5??4圈座臥式容器強度計算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??5三角形支撐加強圈的設(shè)置及強度計算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103 5??6有附加載荷作用時臥式容器的強度計算103 5??6??1符號說明104 5??6??2徑向力引起的支座反力及圓筒彎矩的計算105 5??6??3軸向外力矩及其引起的彎矩、支座反力的計算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)力計算方法109 5??7??1符號說明及應(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強度校核136 5??8??5基礎(chǔ)不均勻沉降對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)計計算139 5??9??1混土層或砂土層重力對圓筒體靜壓力的計算139 5??9??2混土層重力對圓筒體載荷的影響140 5??10制造、檢驗及驗收141 5??10??1臥式容器分類141 5??10??2制造、檢驗及驗收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壓力試驗和氣密性試驗143 5??11臥式容器設(shè)計的合理性分析143 5??11??1設(shè)計分析143 5??11??2合理設(shè)計146 參考文獻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165 6??3??1風(fēng)誘發(fā)振動現(xiàn)象165 6??3??2雷諾數(shù)(Re)和斯特勞哈爾數(shù)(Sr)165 6??3??3升力的計算166 6??3??4直立設(shè)備在共振時的強度計算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182 第7章球形儲罐184 7??1概述184 7??1??1球罐發(fā)展概況184 7??1??2球罐的特點及應(yīng)用185 7??1??3球罐的分類186 7??1??4球罐設(shè)計參數(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國內(nèi)球罐用材料190 7??2??3國外球罐用材料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)式拉桿的對比194 7??3??4人孔接管195 7??3??5梯子平臺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無損檢測205 7??4??8焊接修補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207 7??4??12氣密性試驗207 7??4??13特殊球罐的技術(shù)要求208 7??4??14竣工驗收209 參考文獻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危險截面和綜合應(yīng)力214 8??1??3變形計算214 8??1??4實例217 8??2其他常見非圓形截面容器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長圓形容器222 8??2??4無圓角的矩形容器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)力的計算公式233 8??5帶有加強筋的非圓形截面容器235 8??5??1外加強圈加強的非圓形截面容器235 8??5??2具有內(nèi)加強筋板的長圓形柱殼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彎管時壁厚變化的環(huán)形殼體241 8??6??3彎管時截面變化的環(huán)形殼體242 參考文獻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244 9??3設(shè)計245 9??3??1現(xiàn)行各國設(shè)計規(guī)范245 9??3??2設(shè)計的基本要求245 9??4設(shè)計時需考慮的幾個問題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247 9??4??4無損檢測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271 參考文獻271 第10章常壓容器272 10??1概述272 10??2材料272 10??2??1對材料的基本要求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、檢驗與驗收要求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無損檢測285 10??4??5試驗285 參考文獻285 第11章立式圓筒形儲罐286 11??1概述286 11??1??1儲罐的發(fā)展?fàn)顩r286 11??1??2儲罐的種類和特點287 11??1??3儲罐的容量及經(jīng)濟尺寸選擇288 11??1??4儲罐設(shè)計參數(shù)（載荷）288 11??1??5國內(nèi)外儲罐標(biāo)準(zhǔn)簡介289 11??2材料289 11??2??1儲罐選材基本原則289 11??2??2國內(nèi)儲罐用材料及要求290 11??2??3國外儲罐用材料291 11??3罐底的設(shè)計292 11??3??1罐底厚度292 11??3??2結(jié)構(gòu)設(shè)計295 11??4罐壁的設(shè)計296 11??4??1強度計算296 11??4??2風(fēng)力穩(wěn)定計算297 11??4??3抗震計算300 11??4??4結(jié)構(gòu)設(shè)計302 11??5罐頂設(shè)計303 11??5??1固定頂設(shè)計303 11??5??2外浮頂設(shè)計309 11??5??3內(nèi)浮頂設(shè)計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336 11??7制造與組焊的要求341 11??7??1材料及附件驗收341 11??7??2預(yù)制341 11??7??3組裝343 11??7??4焊接343 11??7??5檢查及驗收344 11??8儲罐基礎(chǔ)347 11??8??1基礎(chǔ)的沉降347 11??8??2對基礎(chǔ)的要求348 11??8??3基礎(chǔ)沉降觀測350 11??9國內(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罐壁強度計算351 11??9??4清掃孔的設(shè)置354 參考文獻355 第12章固體料倉356 12??1概述356 12??1??1料倉發(fā)展概況和應(yīng)用356 12??1??2料倉的設(shè)計分類和計算基礎(chǔ)357 12??1??3料倉的設(shè)計和選用原則358 12??2材料358 12??2??1料倉的選材358 12??2??2料倉常用鋼材、鋁材359 12??3結(jié)構(gòu)359 12??3??1倉頂結(jié)構(gòu)360 12??3??2倉底結(jié)構(gòu)360 12??3??3料倉筒體結(jié)構(gòu)361 12??3??4料倉支座361 12??3??5料倉接管、法蘭363 12??3??6料倉梯子平臺365 12??4設(shè)計計算365 12??4??1物料對料倉筒壁的作用力365 12??4??2料倉筒體應(yīng)力計算366 12??4??3料倉錐體部分應(yīng)力計算368 12??5料倉的制造、檢驗與驗收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、檢驗及驗收375 參考文獻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)計原則380 13??2??4鋼材低溫韌性的評定方法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388 13??3??1結(jié)構(gòu)簡介388 13??3??2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計的目的及方法390 13??3??5低溫容器的支撐系統(tǒng)設(shè)計391 參考文獻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)計的重要性392 14??2材料的高溫強度性能試驗394 14??2??1高溫拉伸394 14??2??2蠕變試驗曲線及變形機制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典型材料的高溫強度400 14??3??1常用高溫強度性能指標(biāo)400 14??3??2低合金鋼的高溫強度401 14??3??3高合金鋼的高溫強度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＠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)計方法417 14??6??1美國標(biāo)準(zhǔn)ASME規(guī)范CC N??47417 14??6??2英國標(biāo)準(zhǔn)R5420 參考文獻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??2一點處的應(yīng)力狀態(tài)428 15??1??3圣維南原理429 15??1??4材料強度理論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入門簡介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實測法455 15??5應(yīng)力分析設(shè)計方法457 15??5??1應(yīng)力分類458 15??5??2各類應(yīng)力的限制條件459 15??5??3典型部件的應(yīng)力分類461 15??5??4典型產(chǎn)品的應(yīng)力分析設(shè)計案例462 15??6疲勞設(shè)計467 15??6??1低循環(huán)疲勞曲線467 15??6??2平均應(yīng)力影響下疲勞曲線的修正468 15??6??3疲勞損傷積累468 15??6??4疲勞設(shè)計470 15??6??5疲勞分析的其他問題473 參考文獻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)計計算479 16??2??1爆破片的種類及基本特性479 16??2??2爆破片的選用482 16??3安全閥的選用與設(shè)計計算496 16??3??1安全閥的種類及基本特性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儲存壓縮空氣或蒸汽時容器的安全泄放量508 16??4??2儲存液化氣體時容器的安全泄放量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)簡介514 參考文獻527 "