ASME Ⅷ壓力容器規(guī)范分析（修訂版）

第1章 緒論 1

1.1 ASME壓力容器規(guī)范是壓力容器的建造規(guī)則 1

1.2 ASME規(guī)范規(guī)定了強制性要求、特殊禁用規(guī)定以及非強制性指南 2

1.3 ASME規(guī)范是包括多種制造方法、多種材料容器的建造規(guī)則 3

1.4 ASME Ⅷ-1、Ⅷ-2是包括立式或臥式容器、換熱器、球形容器、膨脹節(jié)等在內(nèi)各種壓力容器的建造規(guī)則 4

1.5 Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3共三冊,各適用于不同的對象 5

1.6 關于計算機和有限元的使用,設計用線算圖和曲線擬合公式 8

1.7 ASME規(guī)范的卷、版本、增補、條款解釋、規(guī)范案例、例題 9

1.8 內(nèi)容不斷增加、更新,安全(設計)系數(shù)不斷降低,不斷引入新的設計理念 11

1.9 和我國相關壓力容器標準的關系 12

1.10 對閱讀、使用ASME規(guī)范的提醒 13

參考文獻 14



第1篇 ASME Ⅷ-1分析

第2章 材料、安全系數(shù)和低溫操作的防脆斷措施 17

2.1 受壓件和非受壓件的材料 17

2.2 安全系數(shù)和材料許用應力的確定 17

2.3 防止低溫操作脆性斷裂的總體思路、措施及其相關規(guī)定的制定依據(jù) 20

2.3.1 防止低溫操作脆性斷裂的歷史沿革 20

2.3.2 ASME Ⅷ-1的低溫操作防脆斷措施分析 22

2.3.3 對理解規(guī)范關于防脆斷措施相關規(guī)定時的注意點 31

2.4 我國壓力容器標準GB 150在材料、安全系數(shù)和防脆斷措施方面的主要區(qū)別 31

參考文獻 33



第3章 焊接接頭和焊接接頭系數(shù) 34

3.1 焊接接頭 34

3.1.1 分類的目的 34

3.1.2 分類的基本出發(fā)點 34

3.1.3 焊接接頭分類 35

3.1.4 對理解規(guī)范關于焊接接頭分類時的注意點 38

3.1.5 焊接接頭型式 38

3.1.6 焊接接頭的無損檢測程度 39

3.2 焊接接頭系數(shù) 40

3.2.1 焊接接頭的使用限制 40

3.2.2 焊接接頭的無損檢測要求和相應的標志 41

3.2.3 焊接接頭系數(shù)的選用 42

3.2.4 確定焊接接頭系數(shù)的實例分析 43

3.2.5 角接接頭的結(jié)構(gòu)型式和強度校核 45

3.3 焊接接頭的有關問題 46

3.3.1 焊接接頭處及其附近的開孔接管 46

3.3.2 焊接接頭在容器上的布置 47

3.4 GB 150在焊接接頭類別和類型、焊接接頭的使用、無損檢測以及焊接接頭系數(shù)方面的主要區(qū)別 47

3.4.1 GB 150的焊接接頭分類 47

3.4.2 GB 150的焊接接頭無損檢測和焊接接頭系數(shù) 49

3.4.3 GB 150的焊接接頭在容器上的布置 49

參考文獻 50



第4章 壓力容器設計中的有關問題 51

4.1 失效準則 51

4.2 強度理論 52

4.3 載荷 52

4.4 設計(操作、許用)溫度和設計(操作、設計、許用工作)壓力 53

4.5 獨立容器和組合容器 53

4.6 厚度 54

4.7 壓力試驗 54

4.7.1 液壓試驗 54

4.7.2 氣壓試驗 57

4.7.3 試驗溫度 58

4.7.4 對理解規(guī)范關于壓力試驗相關規(guī)定時的注意點 58

4.8 設計中所采用的安全措施 58

4.8.1 腐蝕裕量和指示孔 58

4.8.2 檢查孔 59

4.8.3 超壓防護裝置 59

4.9 GB 150和ASME Ⅷ-1在防止各種失效方式的措施以及壓力試驗上的聯(lián)系和區(qū)別 60

4.9.1 防止各種失效方式的措施 60

4.9.2 壓力試驗 61

參考文獻 63



第5章 內(nèi)壓圓筒和封頭設計 64

5.1 內(nèi)壓圓筒和球殼設計 64

5.2 內(nèi)壓封頭設計 66

5.2.1 橢圓形(包括半球形)封頭設計  67

5.2.2 碟形(包括半球形)封頭設計 69

5.2.3 錐形封頭設計 72

5.2.4 平封頭設計 79

5.2.5 對理解各類內(nèi)壓封頭設計原理時的注意點 81

5.3 GB 150在內(nèi)壓圓筒和封頭設計中的主要區(qū)別 81

5.3.1 圓筒、球殼和錐殼設計 81

5.3.2 橢圓和碟形封頭設計 84

5.3.3 平封頭設計 85

參考文獻 85



第6章 真空容器和外壓組件設計 86

6.1 外壓組件的穩(wěn)定性設計概述 87

6.1.1 外壓圓筒的周向穩(wěn)定性設計 87

6.1.2 外壓圓筒上的加強圈設計  92

6.2 外壓封頭設計 95

6.2.1 球形封頭設計 95

6.2.2 橢圓形封頭設計 96

6.2.3 碟形封頭設計 96

6.2.4 錐形封頭設計 96

6.2.5 對理解各類外壓封頭設計原理時的注意點 105

6.3 圓筒的許用軸向壓縮應力 106

6.4 半管式夾套容器設計 106

6.4.1 半管式夾套容器設計的主要思路 107

6.4.2 設計方法、步驟和應予注意的點 108

6.5 GB 150在外壓組件設計中的主要區(qū)別 108

參考文獻 111



第7章 開孔接管及其補強設計 112

7.1 開孔補強的理論基礎 113

7.1.1 孔邊的應力增強 113

7.1.2 開孔對容器材料承載截面積和承載能力的削弱 113

7.1.3 接管和器壁構(gòu)成不連續(xù)結(jié)構(gòu)所引起附加的邊緣應力 114

7.2 補強設計方法 115

7.2.1 補強設計準則 115

7.2.2 開孔形狀、開孔相對于組件尺寸的限制 115

7.2.3 補強的有效范圍 116

7.2.4 不需補強的開孔直徑 116

7.2.5 開孔和焊接接頭的相遇或相鄰 117

7.2.6 開孔補強計算 118

7.2.7 開有排孔時的設計 122

7.2.8 圓筒和錐殼上的大開孔補強 122

7.2.9 補強件及其焊縫的強度校核 124

7.2.10 接管頸部的厚度 128

7.2.11 對理解開孔補強設計原理時的注意點 129

7.3 GB 150和ASME Ⅷ-1的聯(lián)系和區(qū)別 130

參考文獻 133



第8章 法蘭及其相關組件的設計 134

8.1 密封計算 135

8.2 法蘭計算 136

8.2.1 法蘭應力計算 136

8.2.2 法蘭力矩計算 139

8.2.3 法蘭設計的應力和剛度校核 142

8.2.4 對華脫爾斯法蘭設計方法的討論 143

8.2.5 對理解華脫爾斯法蘭設計方法原理時的注意點 144

8.3 用螺栓連接的凸形封頭 144

8.3.1 類型(a)的設計 145

8.3.2 類型(b)的設計 145

8.3.3 類型(c)的設計 146

8.3.4 類型(d)的設計 148

8.4 反向法蘭和中心開有單個大圓孔的整體平蓋 150

8.4.1 反向法蘭 150

8.4.2 中心開有單個大圓孔的整體平蓋 153

8.4.3 中心開有單個大圓孔平蓋和反向法蘭的相互聯(lián)系 158

8.5 卡箍連接件的設計 159

8.5.1 卡箍連接螺栓的受載分析和設計 159

8.5.2 卡箍和高頸的受載分析 161

8.5.3 高頸和卡箍的應力分析及校核條件 162

8.6 螺栓中心圓外由金屬與金屬相接觸的平面法蘭設計 164

8.6.1 受載分析 165

8.6.2 組件的分級和單個法蘭的分類 167

8.6.3 1級組件法蘭的各部應力計算 168

8.6.4 法蘭設計許用應力 171

8.6.5 法蘭厚度和螺栓總截面積的估計 171

8.7 GB 150和ASME Ⅷ-1在法蘭及其相關組件設計上的聯(lián)系和區(qū)別 172

參考文獻 173



第9章 非圓形截面容器 174

9.1 非圓形截面容器的結(jié)構(gòu)和載荷分析 174

9.1.1 焊接結(jié)構(gòu)和設計中的考慮 174

9.1.2 開孔和對開孔后引起削弱的考慮 175

9.1.3 載荷 175

9.2 非圓形截面容器設計原理分析 175

9.2.1 容器兩端封頭對側(cè)板的加強作用 176

9.2.2 設置加強件的有關問題 177

9.2.3 應力校核條件 179

9.2.4 焊接接頭系數(shù)E 和孔帶削弱系數(shù)e  179

9.3 內(nèi)壓非圓形截面容器設計公式舉例分析 180

9.3.1 無加強件、無拉撐件、無過渡圓弧的對稱矩形截面容器 180

9.3.2 無拉撐件、無過渡圓弧、設有加強件的對稱矩形截面容器 181

9.4 受外壓(真空)的非圓形截面容器 183

9.4.1 側(cè)板和封頭的穩(wěn)定性校核 184

9.4.2 非圓形截面容器的柱狀穩(wěn)定性校核 186

9.5 GB 150和ASME Ⅷ-1的聯(lián)系和區(qū)別 187

參考文獻 187



第10章 管殼式換熱器和膨脹節(jié) 188

10.1 管殼式換熱器管板設計的基本原理 189

10.2 各類換熱器管板對開孔削弱以及管板有效螺栓載荷和延伸部分的共有考慮 190

10.3 U形管式換熱器管板的設計 192

10.3.1 結(jié)構(gòu)類型 192

10.3.2 影響各類結(jié)構(gòu)管板的因素分析 192

10.3.3 設計規(guī)程分析 193

10.3.4 對簡支U形管式管板的設計程序分析 196

10.4 固定管板式換熱器管板的設計 197

10.4.1 結(jié)構(gòu)類型 197

10.4.2 影響各類管板結(jié)構(gòu)的因素分析 198

10.4.3 設計規(guī)程分析 199

10.4.4 計及鄰近管板處筒體不同材料和厚度的結(jié)構(gòu)與設計 205

10.5 浮動管板式換熱器管板的設計 206

10.5.1 結(jié)構(gòu)類型 206

10.5.2 影響各類管板結(jié)構(gòu)的因素分析 208

10.5.3 設計規(guī)程分析 209

10.6 管子對管板連接的強度設計 213

10.7 對理解換熱器設計原理時的注意點 217

10.8 膨脹節(jié) 217

10.8.1 強度、剛度要求和許用循環(huán)次數(shù)計算 218

10.8.2 軸向位移計算 220

10.8.3 軸向剛度計算 221

10.8.4 膨脹節(jié)的壓力試驗 221

10.9 我國熱交換器標準GB/T 151、JB 4732和ASME Ⅷ-1的聯(lián)系和區(qū)別 221

參考文獻 223



第11章 制造、檢驗和試驗中有關問題的分析 224

11.1 冷、熱加工成形 224

11.1.1 多層容器層板貼合度的要求 224

11.1.2 殼體在成形后允許的局部減薄區(qū) 227

11.1.3 焊后熱處理要求 228

11.1.4 冷成形后的熱處理要求 228

11.1.5 對接焊縫的布置、錯邊及余高 229

11.1.6 圓筒、錐殼和球殼在成形后的允許偏差 230

11.1.7 成型封頭的形狀允差 232

11.2 無損檢測要求 234

11.3 壓力試驗 234

11.4 我國標準GB 150和ASME Ⅷ-1在制造、檢驗及試驗中有關問題的聯(lián)系與主要區(qū)別 234

參考文獻 234



第2篇 ASME Ⅷ-2分析

第1部分 按規(guī)則設計 236

第12章 材料、安全系數(shù)和防脆斷措施 238

12.1 確定許用應力的安全系數(shù)和許用材料 238

12.2 防止脆性斷裂的措施  239

12.3 我國壓力容器標準JB 4732在安全系數(shù)和防脆斷措施方面的主要區(qū)別 243

參考文獻 243



第13章 焊接接頭和焊接接頭系數(shù) 244

13.1 焊接接頭分類和形式 244

13.2 各類焊接接頭的使用 245

13.3 無損檢測要求 245

13.4 焊接接頭系數(shù) 246

13.5 關于RT或UT的檢測 250

13.6 JB 4732和ASME Ⅷ-2在焊接接類別頭及焊接接頭系數(shù)中的主要區(qū)別 250

參考文獻 250



第14章 容器設計中的有關問題 251

14.1 強度理論 251

14.2 載荷 251

14.3 壓力試驗 252

14.3.1 氣壓試驗 253

14.3.2 組合容器的液壓試驗 253

14.3.3 帶夾套容器(帶夾套部分)的液壓試驗 254

14.4 試驗壓力的限制 254

14.5 JB 4732和ASME Ⅷ-2在壓力試驗上的聯(lián)系和區(qū)別 255

參考文獻 255



第15章 內(nèi)壓圓筒和封頭設計 256

15.1 圓筒、球殼和錐殼 256

15.1.1 圓筒、球殼和錐殼設計 256

15.1.2 圓筒與錐殼的過渡連接 258

15.1.3 斜錐殼設計 262

15.2 碟形和橢圓形封頭設計 262

15.3 平封頭設計 263

15.4 對理解內(nèi)壓元件設計原理時的注意點 263

參考文獻 263



第16章 真空容器和外壓組件設計 264

16.1 ASME Ⅷ-2 (2007年版起)對外壓組件設計的主要修改內(nèi)容 264

16.2 外壓組件設計中的有關問題 265

16.3 圓筒在外壓及其他載荷作用下的設計 266

16.3.1 圓筒設計 267

16.3.2 加強圈設計 274

16.4 錐殼在外壓及其他載荷作用下的設計 277

16.4.1 錐殼設計 277

16.4.2 加強圈設計 279

16.4.3 錐殼和圓筒連接處的設計 280

16.4.4 斜錐殼設計 280

16.5 球殼、半球形和成型封頭在外壓及其他載荷作用下的設計 280

16.5.1 球殼和半球形封頭 280

16.5.2 凸形封頭 282

16.6 半管式夾套設計 282

16.7 對理解外壓元件設計原理時的注意點 282

參考文獻 283



第17章 開孔接管及其補強設計 284

17.1 總的思路 284

17.2 內(nèi)壓圓筒上徑向開孔接管的補強計算 286

17.3 外壓圓筒上徑向開孔接管的補強計算簡述 290

17.4 對理解開孔接管及其補強設計原理時的注意點 291

17.5 其他內(nèi)壓或外壓組件上徑向或非徑向開孔接管的補強 291

參考文獻 292



第18章 法蘭及相關組件的設計 293

18.1 法蘭設計 293

18.2 用螺栓連接的凸形封頭設計 294

18.3 反向法蘭設計 294

18.4 卡箍連接件設計 294

參考文獻 294



第19章 臥式容器及鞍座設計 295

19.1 結(jié)構(gòu)分析 295

19.2 載荷分析 298

19.3 各處應力計算及強度校核 299

19.3.1 圓筒上的軸向總應力及其校核條件 299

19.3.2 鞍座處圓筒或封頭上的切向剪切應力和封頭上的附加拉伸應力及其校核條件 301

19.3.3 鞍座處圓筒及其加強圈上(如設置)的周向壓縮總應力及其校核條件 304

19.3.4 鞍座載荷校核 312

19.4 雙鞍座臥式容器上各處應力的計算和校核條件匯總 312

參考文獻 315



第2部分 ASME Ⅷ-2按分析設計部分分析 316

第20章 ASME Ⅷ-2按應力分析設計部分的改寫背景 316

20.1 壓力容器設計方法進展沿革 317

20.2 應力分析設計方法的由來及其總體思想 317

20.3 ASME Ⅷ-2的改寫背景 318

20.4 按規(guī)則設計和按分析設計的關系 320

參考文獻 321



第21章 應力分類及其評定 322

21.1 應力分類的力學基礎 322

21.1.1 計算應力的方法 322

21.1.2 不連續(xù)應力分析  323

21.2 和應力分類相關的術語 326

21.3 應力分類的基本出發(fā)點 327

21.4 應力分類 328

21.4.1 容器組件的應力分類 328

21.4.2 接管頸部中應力分類的補充要求 330

21.5 當量應力的限制條件及其分析 336

21.5.1 當量應力的推導 336

21.5.2 當量應力的限制條件 337

21.5.3 對一次應力強度限制條件的分析 339

21.5.4 安定性分析原理(對二次應力Q的限制)  341

21.5.5 疲勞分析原理[對Pm(PL) Pb Q F 當量應力范圍的限制]  342

21.5.6 對熱應力棘輪作用的限制原理簡述 342

21.5.7 對理解應力分類原理時的注意點 344

21.6 歐盟標準EN 13445和Ⅷ-2在應力分類及其評定上的聯(lián)系及區(qū)別 344

21.7 我國JB 4732鋼制壓力容器——分析設計標準和ASME Ⅷ-2在應力分類及其評定上的聯(lián)系及區(qū)別 345

參考文獻 347



第22章 按應力分析設計 348

22.1 防止塑性垮塌 350

22.1.1 彈性應力分析方法 351

22.1.2 極限載荷分析方法 353

22.1.3 彈-塑性應力分析方法 355

22.2 防止局部失效 355

22.2.1 彈性分析 356

22.2.2 彈-塑性分析 356

22.3 防止由失穩(wěn)引起的垮塌 356

22.4 對理解規(guī)范對各種失效進行限制時的注意點 359

22.5 我國JB 4732鋼制壓力容器——分析設計標準和ASME Ⅷ-2在應力分析設計上的聯(lián)系和區(qū)別 359

參考文獻 359



第23章 交變載荷時的低循環(huán)疲勞設計和熱應力棘輪評定 360

23.1 疲勞分析的篩分 361

23.1.1 以可比較設備的經(jīng)驗為基礎的篩分準則 362

23.1.2 篩分方法A  362

23.1.3 篩分方法B  363

23.2 基于以光滑試桿試驗為基礎的(即并非焊接接頭的)疲勞設計曲線 365

23.2.1 疲勞設計曲線的安全系數(shù) 366

23.2.2 平均應力對疲勞設計曲線影響的調(diào)整 366

23.2.3 對溫度影響的考慮 367

23.2.4 當量總應力幅及其求取 367

23.3 焊接接頭的疲勞分析和用彈性應力分析方法確定當量結(jié)構(gòu)應力范圍 369

23.4 應力集中系數(shù)、疲勞強度減弱系數(shù)和開孔接管的應力指數(shù) 370

23.5 螺栓的疲勞分析 372

23.6 疲勞評定的積累損傷 374

23.7 熱應力棘輪現(xiàn)象的評定 376

參考文獻 379



第3篇 ASME Ⅷ-3簡要分析

第24章 高壓容器的特點及其引起的特殊考慮 382

24.1 由于厚壁所引起的考慮 382

24.1.1 采用塑性失效準則 382

24.1.2 塑性自增強設計 383

24.2 由于采用高強度鋼的考慮 384

24.2.1 關于材料的沖擊試驗 384

24.2.2 引入“未爆先漏(leak before burst)”的失效準則 384

24.3 其他有關問題 386

參考文獻 386



附錄 殼體上的局部應力計算 387

參考文獻 402