承壓設(shè)備設(shè)計(jì)典型問(wèn)題精解

前言

　　承壓容器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活的諸多領(lǐng)域。其中許多承壓容器的操作工況具有高溫、低溫、高壓，介質(zhì)為有毒、易燃易爆和易腐蝕等特點(diǎn)。承壓容器一旦發(fā)生事故，往往造成裝置停產(chǎn)、環(huán)境污染、火災(zāi)爆炸、人身傷亡等嚴(yán)重后果。這就對(duì)承壓容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、管理等環(huán)節(jié)提出了越來(lái)越高的要求，而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量則是其中的首要環(huán)節(jié)?！　榇耍瑖?guó)家對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)單位的行政許可和壓力容器設(shè)計(jì)審批員、壓力容器設(shè)計(jì)鑒定評(píng)審員的執(zhí)業(yè)資格，實(shí)行了嚴(yán)格的管理。相應(yīng)的培訓(xùn)考核制度日趨完善?！　∥覀?cè)跉v次壓力容器設(shè)計(jì)單位國(guó)家監(jiān)督檢查、壓力容器設(shè)計(jì)審批員考核答辯和多年壓力容器設(shè)計(jì)單位鑒定評(píng)審中，以及在多種培訓(xùn)班的答疑中收集了設(shè)計(jì)問(wèn)題百余例，并取其中具有共性者在壓力容器設(shè)計(jì)鑒定評(píng)審員繼續(xù)教育班、壓力容器設(shè)計(jì)審批員繼續(xù)教育班及壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)班中以講座的形式進(jìn)行了解答，引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注。為此，從其中挑選了較為典型的百余個(gè)問(wèn)題匯集成冊(cè)，供業(yè)內(nèi)讀者參考使用?！　”緯丛O(shè)計(jì)文件的內(nèi)容分為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求等。解答既涉及基礎(chǔ)理論知識(shí)，亦涉及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，準(zhǔn)確、清晰和深入淺出。　　本書由戴季煌、陳澤溥、朱秋爾等編，原全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站站長(zhǎng)洪德曉教授級(jí)高級(jí)工程師進(jìn)行了全面審閱并予以指正?！　∠Ｍ緯軐?duì)讀者的工作有所幫助，并希望讀者對(duì)書中的不足之處提出寶貴意見(jiàn).。

內(nèi)容概要

本書匯集了近些年編者在壓力容器設(shè)計(jì)單位國(guó)家監(jiān)督檢查、壓力容器設(shè)計(jì)單位鑒定評(píng)審和壓力容器設(shè)計(jì)審批員考核答辯中發(fā)現(xiàn)的典型設(shè)計(jì)問(wèn)題，以及在壓力容器設(shè)計(jì)鑒定評(píng)審員培訓(xùn)考核班、壓力容器設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)班、壓力容器設(shè)計(jì)鑒定評(píng)審員繼續(xù)教育班、壓力容器設(shè)計(jì)審批員繼續(xù)教育班答疑中遇到的典型設(shè)計(jì)問(wèn)題百余例。     全書按設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容分為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求等。問(wèn)題的解答既涉及基礎(chǔ)理論知識(shí)，亦涉及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，準(zhǔn)確、清晰，對(duì)于提高承壓容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)水平具有指導(dǎo)意義。     本書可供從事承壓容器設(shè)計(jì)、制造與監(jiān)察管理的技術(shù)人員及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生，尤其是報(bào)考執(zhí)業(yè)資格的技術(shù)人員參考使用，亦可用作壓力容器設(shè)計(jì)單位技術(shù)培訓(xùn)的教材。

書籍目錄

第1章　設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)　1?介質(zhì)毒性危害的程度分類 　2?介質(zhì)的“易燃、易爆” 　3?設(shè)計(jì)壓力與計(jì)算壓力的區(qū)別 　4?盛裝液化氣體的固定式壓力容器設(shè)計(jì)壓力的確定 　5?最大允許工作壓力 　6?設(shè)計(jì)溫度 　7?受環(huán)境低溫影響的壓力容器設(shè)計(jì)溫度的確定 　8?工作溫度與設(shè)計(jì)溫度 　9?管殼式換熱器管、殼程沿長(zhǎng)度的平均溫度與管、殼程設(shè)計(jì)溫度 　10?設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的載荷 　11?腐蝕裕量 　12?應(yīng)力腐蝕的控制 　13?圓筒和封頭焊接接頭系數(shù)? 　14?焊接接頭系數(shù)的選取及焊接接頭的視圖表達(dá) 　15?裝量系數(shù) 　16?壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn) 　17?真空容器進(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)的目的 　18?壓力容器設(shè)計(jì)使用壽命 　19?攪拌設(shè)備電機(jī)的功率核定及選型 　20?《容規(guī)》與GB 150的適用范圍關(guān)于壓力、介質(zhì)限定的差異 　21?盛裝最高工作溫度低于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體而未完全充滿的壓力容器如何劃類 　22?球罐容積的限制 　23?低溫低應(yīng)力工況 　24?設(shè)計(jì)文件中壓力容器類別的表達(dá) 　25?《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》適用的簡(jiǎn)單壓力容器 　26?《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的“推薦使用壽命” 　27?簡(jiǎn)單壓力容器中介質(zhì)對(duì)含有少量油、干灰和細(xì)塵的規(guī)定 　28?簡(jiǎn)單壓力容器的設(shè)計(jì)方法及相關(guān)規(guī)定 　29?簡(jiǎn)單壓力容器 “同一型號(hào)”的確定 　30?簡(jiǎn)單壓力容器的組批 　31?簡(jiǎn)單壓力容器爆破試驗(yàn) 　32?超過(guò)推薦使用壽命的簡(jiǎn)單壓力容器的使用 　33?固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱“新容規(guī)”)與壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱“舊容規(guī)”)適用范圍的主要區(qū)別 　34?“新容規(guī)”與“舊容規(guī)”類別劃分的差別 　35?“新容規(guī)”與“舊容規(guī)”對(duì)產(chǎn)品焊接試件的要求 　36?“新容規(guī)”與“舊容規(guī)”對(duì)多腔的容積的規(guī)定 　37?“新容規(guī)”對(duì)設(shè)計(jì)單位選用境外牌號(hào)材料的規(guī)定 第2章　材料選用 　1?鋼板選用 　2?壓力容器用鋼板的新標(biāo)準(zhǔn) 　3?應(yīng)力腐蝕的特征及其防止 　4?易引起應(yīng)力腐蝕的介質(zhì) 　5?不銹鋼晶間腐蝕及其防止 　6?易引起鉻鎳不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕的介質(zhì) 　7? GB/T 4334?1～5—2000中不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)的五種方法及其適用條件 　8?雙相不銹鋼的特點(diǎn) 　9?雙相不銹鋼耐晶間腐蝕性能強(qiáng)于奧氏體不銹鋼的原因 　10? 10鋼無(wú)縫管用于-20℃以下時(shí)應(yīng)選用的鋼管標(biāo)準(zhǔn) 　11?高壓設(shè)備用無(wú)縫鋼管 　12?管法蘭鍛件級(jí)別的選用 　13?奧氏體不銹鋼焊條的選用 　14?《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的碳素鋼材料 　15?材料代用 　16?設(shè)備選材基本原則 第3章　設(shè)計(jì)計(jì)算 　1?設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力的組合 　2?成形封頭許用應(yīng)力的選取 　3?成形封頭注明允許最小厚度后開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 　4?圓形平蓋受力分析 　5?GB 150規(guī)定采用中徑公式進(jìn)行厚壁圓筒強(qiáng)度計(jì)算的原因 　6?開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法 　7?開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中開(kāi)孔直徑的選取 　8?等面積補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)開(kāi)孔直徑的限制 　9?等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算對(duì)開(kāi)孔長(zhǎng)短軸之比的限制 　10?等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中的有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 　11?在相同直徑、相同厚度、相同開(kāi)孔直徑條件下容器受外壓時(shí)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積是受內(nèi)壓時(shí)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積的一半 　12?人孔蓋開(kāi)孔問(wèn)題 　13?留意接管的強(qiáng)度計(jì)算 　14? GB 150法蘭設(shè)計(jì)：針對(duì)不同的應(yīng)力選取不同的強(qiáng)度校核應(yīng)力 　15?容器附件引起的局部應(yīng)力 　16?鞍式支座允許載荷的確定 　17?埋地臥罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 　18?裙座筒體危險(xiǎn)截面的選取 　19?螺栓安全系數(shù)的選用 　20?地腳螺栓與法蘭螺栓的不同許用應(yīng)力 　21?計(jì)算地震載荷和風(fēng)載荷作用下塔體和裙座筒體的組合拉、壓應(yīng)力時(shí)許用應(yīng)力值的確定 　22?球殼的有關(guān)計(jì)算 　23?外壓容器設(shè)計(jì)中“長(zhǎng)圓筒”、“短圓筒”的概念及GB 150的計(jì)算中不區(qū)分長(zhǎng)、短圓筒的原因 　24?外壓圓筒加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算 　25?管板隔板槽面積的計(jì)算 　26?固定管板應(yīng)力計(jì)算不合格的調(diào)整 　27? U形管換熱器中管壁厚度的確定 　28?雙管板換熱器管板間距的確定 　29?夾套容器內(nèi)筒體的計(jì)算壓力 　30?夾套容器中，穿過(guò)夾套并與夾套焊接的短管處開(kāi)孔，不需補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 　31?裝有螺旋導(dǎo)流板的夾套容器，在內(nèi)筒外壓計(jì)算時(shí)，按加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)的條件 　32?夾套是否采用膨脹節(jié)的判定 　33?疲勞分析 　34?裝設(shè)安全閥、爆破片的壓力容器，其計(jì)算書中應(yīng)包括安全裝置選用的有關(guān)內(nèi)容 　35?填料支承板柵條的強(qiáng)度校核 第4章　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第5章　技術(shù)要求第6章　鈦制壓力容器附表

章節(jié)摘錄

　　所以，非常需要在容器制造完工后采用短時(shí)超壓的辦法，全面考核它的整體強(qiáng)度及致密性與密封性能。如有隱患，在壓力試驗(yàn)過(guò)程中充分暴露，以便進(jìn)行容器的返修或報(bào)廢?！　〕丝己藦?qiáng)度、致密性和密封性能外，壓力試驗(yàn)還能起到兩個(gè)作用?！　、偻ㄟ^(guò)短期超壓，可以減小某些局部區(qū)域的峰值應(yīng)力，在一定程度上起到消除或降低殘余應(yīng)力，使應(yīng)力分布趨于均勻的作用?！　、诎磾嗔蚜W(xué)的觀點(diǎn)，短時(shí)超壓能使裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)，也鈍化了裂紋尖端，使容器在正常運(yùn)行時(shí)更為安全?！　?duì)于外壓容器，包括真空容器，壓力試驗(yàn)的主要目的在于檢驗(yàn)焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，而不是考驗(yàn)容器的外壓穩(wěn)定性?！　“匆?guī)范正確設(shè)計(jì)、制造并檢驗(yàn)合格的外壓容器，包括真空容器。在設(shè)計(jì)外壓的作用下不會(huì)失穩(wěn)。沒(méi)有必要進(jìn)行外壓試驗(yàn)來(lái)考核它的穩(wěn)定性，而只需要檢查密封結(jié)構(gòu)的密封性能和那些穿透器壁導(dǎo)致泄漏的缺陷。由于在內(nèi)壓的作用下，容器的密封面和內(nèi)在缺陷都趨于張開(kāi)，便于檢查焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，因而外壓容器，包括真空容器，也以內(nèi)壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)。　　壓力試驗(yàn)方法有兩種，液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。一般壓力試驗(yàn)方法為液壓試驗(yàn)，因?yàn)橄嗤萜鲀?nèi)充以氣體時(shí)，氣體具有使裂紋擴(kuò)展的內(nèi)能，要比充以不可壓縮的液體的裂紋擴(kuò)展大得多，因此氣壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)比液壓試驗(yàn)大得多，所以通常采用液壓試驗(yàn)。只有當(dāng)在容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或者由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器等，才采用氣壓試驗(yàn)。　　氣密試驗(yàn)的目的在于利用氣體比液體更具滲透性的特點(diǎn)，嚴(yán)格考驗(yàn)焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，鑒定容器是否存在不允許的泄漏。　　氣密性試驗(yàn)并非壓力容器必做的試驗(yàn)項(xiàng)目。因?yàn)槎鄶?shù)壓力容器沒(méi)有嚴(yán)格的限制泄漏的要求，而且壓力試驗(yàn)也同時(shí)具有一定檢漏功能?！　∫韵聝煞N情況必須進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。　?、俳橘|(zhì)毒性程度為極度、高度危害的壓力容器。因?yàn)橐坏┌l(fā)生微量泄漏，就嚴(yán)重危及人的生命安全，造成環(huán)境污染?！　、谠O(shè)計(jì)要求不得有微量泄漏的壓力容器。往往因?yàn)楣に嚄l件要求，如泄漏會(huì)危及設(shè)備安全與正常操作，或者介質(zhì)價(jià)格昂貴?！　〈送?，一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)為易燃?jí)嚎s氣體或液化氣體的容器、對(duì)真空度有嚴(yán)格要求的容器、球形儲(chǔ)罐以及管、殼程介質(zhì)互漏會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害的管殼式換熱器的換熱管與管板的連接部位也應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。　　氣密性試驗(yàn)的常用介質(zhì)有空氣、氮?dú)狻币豢諝?、氨一氮?dú)夂桶睔獾取Ｒ蛟囼?yàn)介質(zhì)不同，氣密性試驗(yàn)的操作程序與檢漏方法也有所不同。但不論采用哪種介質(zhì)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，只有當(dāng)壓力試驗(yàn)合格后才允許進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。這時(shí)，容器的整體強(qiáng)度已經(jīng)過(guò)了考核，氣密性試驗(yàn)一般不再具有危險(xiǎn)性?！　饷苄栽囼?yàn)的取舍由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要來(lái)確定。漏與不漏是相對(duì)的，嚴(yán)格講，絕對(duì)不漏的密封結(jié)構(gòu)實(shí)際上并不存在，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)容器內(nèi)介質(zhì)的特性、容器所處環(huán)境（室內(nèi)還是戶外，人口密集程度等）以及密封結(jié)構(gòu)的可靠性等條件，評(píng)估泄漏量對(duì)人身與環(huán)境的影響，從而作出是否應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)的判斷。

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