化工容器设计

《化工容器设计》是1998年化学工业出版社出版的图书。

化工容器设计（第三版）

作者：王志文、蔡仁良 编著

丛书名：高等学校教材

出版日期：2005年8月

书号：7-5025-7168-X

开本：16

装帧：平

版次：3版9次

页数：288页

我国自20世纪50年代初设立化工设备与机械专业，已有四十多年的历史。在我国化学工业及相关工业的建设中起了重要作用。然而，多年来这个专业一直存在着教学负担过重的问题，而且随着近代技术的发展，新增的内容越来越多，反而影响了学生能力的培养，这就需要我们按照正确的教育思想，改革教学内容与教学方法，以面向企业为主，着重培养学生理论联系实际，解决工程实际问题的能力。教材建设是其中一个重要环节。

化工容器设计一直是化工设备与机械类专业人才的一项基本功。压力容器技术是一门综合性的技术科学，它涉及到力学、材料学、制造工艺学等许多方面，包括这些学科的基础理论问题。我们认为，在讲授化工容器设计这门课时，应当着重在“综合”方面，利用学生已有的基础知识和技术基础知识，引导学生学会如何全面考虑、分析和解决工程实际问题。

本教材以介绍化工容器的工程设计方法为主要内容。化工容器设计应以安全为前提，综合考虑质量保证的各个方面，并尽可能做到经济合理。我们的目标是使学生在学完本课程以后能初步建立起完整的容器设计思想。

本教材的编写以化工容器的工程设计方法为主线，结合这条主线来阐述有关的容器应力分析理论。本教材的重点放在按规范设计与中低压容器设计，这不仅是为了更好地符合学生毕业后的工作实际，也是为了打好基础。同时，为了学生今后能力的发展，并能适应21世纪初的技术发展，也适当介绍高压容器以及诸如分析设计、疲劳设计、防脆断设计等压力容器设计新理论新方法等新技术进展以及计算机辅助设计方面的进展。

本教材的另一个特点是加强了压力容器总体设计的概念。在阐述了容器的主要零部件之后，从如何组成一个完整的容器的角度，引入了局部应力、支座、开孔以及结构设计等问题的处理。这是一个新的尝试。

本教材的第一版于1989年完稿，经各校多年使用，对本教材给予了热情肯定，并于1996年获化工部优秀教材一等奖。这期间各方面也提出了宝贵意见，同时一些规范也发生了变化。在此基础上又于1997年初完成了修订，形成了第二版。本书得到上海市教育委员会的资助。按上海市教委高教办公室“关于上海普通高校‘九五’重点教材编写出版的若干具体规定”的要求，在本书封、扉、版权页上均署“上海市教育委员会组织编写”。

第一章化工容器设计概论1

第一节绪言1

一、化工容器的应用及地位1

二、化工容器设计的基本要求1

第二节化工容器的材料2

一、压力容器用钢的基本类型3

二、对压力容器用钢的基本要求7

第三节压力容器的质量保证10

一、设计11

二、材料11

三、制造与制造过程中的检验12

四、在役检验与监控13

第四节压力容器的失效、设计准则及主要规范14

一、压力容器的失效与设计准则14

二、压力容器规范介绍15

第二章中低压容器的规则设计22

第一节容器壳体的应力分析22

一、概述22

二、回转壳体的无力矩理论23

三、圆柱壳轴对称问题的有力矩理论34

四、压力容器的不连续分析39

第二节圆平板中的应力47

一、概述47

二、圆板轴对称弯曲的基本方程47

三、均布载荷下的圆板中的应力51

四、轴对称载荷下环形板中的应力54

五、带平封头圆筒的不连续分析59

第三节内压薄壁容器的设计计算62

一、引言62

二、圆筒和球壳的设计计算63

三、设计参数的规定64

四、压力试验67

五、封头的设计计算68

第四节法兰76

一、引言76

二、公称通径、公称压力、法兰标准及其应用77

三、法兰的结构类型与应用场合79

四、垫片结构类型和应用场合80

五、螺栓及其选用82

六、法兰设计83

七、国外法兰设计方法的新动态96

习题97

第三章压力容器的整体设计问题99

第一节容器设计中的整体设计问题概述99

一、容器的整体结构分析及局部应力问题99

二、容器设计中的结构设计问题101

第二节开孔及补强设计101

一、开孔应力集中及应力集中系数101

二、开孔补强设计的要求106

三、等面积补强计算109

第三节卧式容器支座设计110

一、鞍座结构及载荷分析110

二、筒体的应力计算与校核116

第四节局部应力计算124

一、引言124

二、球壳和圆柱壳局部应力的计算124

第五节容器设计中的结构设计问题135

一、容器的结构设计问题分析135

二、容器的焊接结构设计138

三、对焊缝安全性的综合分析145

习题147

第四章外压容器设计148

第一节概述148

一、外压容器的稳定性148

二、稳定性问题的基本概念148

第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算151

一、受侧向均布外压力的长圆筒的临界压力151

二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力153

三、轴向受压圆筒的临界应力155

四、非弹性失稳的工程计算156

第三节外压圆筒的设计计算156

一、图算法的原理156

二、图算法的计算步骤160

三、有关设计参数的规定162

四、加强圈的设计计算163

第四节外压封头和法兰计算164

一、外压凸形封头165

二、外压锥形封头166

三、外压法兰的计算169

习题170

第五章高压及超高压容器设计171

第一节概述171

一、高压容器的应用171

二、高压容器的结构特点171

三、高压容器的材料172

第二节高压容器筒体的结构与强度设计174

一、高压筒体的结构型式及设计选型174

二、厚壁圆筒的弹性应力分析178

三、高压筒体的失效及强度计算185

第三节高压容器的密封结构与设计计算190

一、高压密封的结构形式190

二、主要密封结构的设计计算196

第四节高压容器的主要零部件设计199

一、高压螺栓设计199

二、高压平盖的设计计算200

三、高压筒体端部的设计202

四、高压容器的开孔补强204

第五节超高压容器205

一、厚壁筒的弹塑性应力分析206

二、超高压容器的自增强处理209

三、超高压容器的材料212

习题215

第六章化工容器设计技术进展216

第一节近代化工容器设计技术进展概述216

一、容器的失效模式216

二、化工容器的设计准则发展219

三、容器设计规范的主要进展221

四、近代设计方法的应用222

第二节化工容器的应力分析设计223

一、分析设计法概述223

二、容器的应力分类225

三、分析设计法对各类应力强度的限制229

四、应力分析设计的程序及应用235

第三节容器的疲劳设计238

一、容器的低循环疲劳破坏238

二、低循环设计疲劳曲线的确定方法239

三、疲劳设计曲线的平均应力影响修正240

四、容器疲劳设计中的应力分析245

五、疲劳强度减弱系数247

六、变幅载荷与疲劳积累损伤248

七、对疲劳设计有关规程的说明248

第四节容器的防脆断设计及缺陷评定250

一、容器的低应力脆断问题250

二、断裂力学的基本理论251

三、压力容器的防脆断设计方法257

四、在役容器的缺陷评定258

第五节化工容器的高温蠕变264

一、金属材料的高温蠕变264

二、化工容器的高温设计266

三、高温压力容器的残余寿命267

第六节化工低温压力容器269

一、低温容器的材料选用269

二、低温容器设计、制造中需注意的问题271

附录273

一、钢制压力容器材料的许用应力(GB 150—1998)273

二、常用单位的换算283

参考文献284