承壓設(shè)備設(shè)計典型問題精解

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。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。這就對承壓容器的設(shè)計、制造、檢驗、安裝、管理等環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求，而提高設(shè)計質(zhì)量則是其中的首要環(huán)節(jié)?！　榇耍瑖覍毫θ萜髟O(shè)計單位的行政許可和壓力容器設(shè)計審批員、壓力容器設(shè)計鑒定評審員的執(zhí)業(yè)資格，實行了嚴(yán)格的管理。相應(yīng)的培訓(xùn)考核制度日趨完善?！　∥覀冊跉v次壓力容器設(shè)計單位國家監(jiān)督檢查、壓力容器設(shè)計審批員考核答辯和多年壓力容器設(shè)計單位鑒定評審中，以及在多種培訓(xùn)班的答疑中收集了設(shè)計問題百余例，并取其中具有共性者在壓力容器設(shè)計鑒定評審員繼續(xù)教育班、壓力容器設(shè)計審批員繼續(xù)教育班及壓力容器設(shè)計人員培訓(xùn)班中以講座的形式進行了解答，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問題匯集成冊，供業(yè)內(nèi)讀者參考使用。　　本書按設(shè)計文件的內(nèi)容分為設(shè)計數(shù)據(jù)、材料選用、設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)要求等。解答既涉及基礎(chǔ)理論知識，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，原全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站站長洪德曉教授級高級工程師進行了全面審閱并予以指正?！　∠Ｍ緯軐ψx者的工作有所幫助，并希望讀者對書中的不足之處提出寶貴意見.。

內(nèi)容概要

本書匯集了近些年編者在壓力容器設(shè)計單位國家監(jiān)督檢查、壓力容器設(shè)計單位鑒定評審和壓力容器設(shè)計審批員考核答辯中發(fā)現(xiàn)的典型設(shè)計問題，以及在壓力容器設(shè)計鑒定評審員培訓(xùn)考核班、壓力容器設(shè)計人員培訓(xùn)班、壓力容器設(shè)計鑒定評審員繼續(xù)教育班、壓力容器設(shè)計審批員繼續(xù)教育班答疑中遇到的典型設(shè)計問題百余例。     全書按設(shè)計文件的內(nèi)容分為設(shè)計數(shù)據(jù)、材料選用、設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)要求等。問題的解答既涉及基礎(chǔ)理論知識，亦涉及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，準(zhǔn)確、清晰，對于提高承壓容器的設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計水平具有指導(dǎo)意義。     本書可供從事承壓容器設(shè)計、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)計單位技術(shù)培訓(xùn)的教材。

書籍目錄

第1章　設(shè)計數(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)計壓力與計算壓力的區(qū)別 　4?盛裝液化氣體的固定式壓力容器設(shè)計壓力的確定 　5?最大允許工作壓力 　6?設(shè)計溫度 　7?受環(huán)境低溫影響的壓力容器設(shè)計溫度的確定 　8?工作溫度與設(shè)計溫度 　9?管殼式換熱器管、殼程沿長度的平均溫度與管、殼程設(shè)計溫度 　10?設(shè)計中應(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 　15?裝量系數(shù) 　16?壓力試驗和氣密性試驗 　17?真空容器進行內(nèi)壓試驗的目的 　18?壓力容器設(shè)計使用壽命 　19?攪拌設(shè)備電機的功率核定及選型 　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)計文件中壓力容器類別的表達 　25?《簡單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》適用的簡單壓力容器 　26?《簡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?簡單壓力容器中介質(zhì)對含有少量油、干灰和細塵的規(guī)定 　28?簡單壓力容器的設(shè)計方法及相關(guān)規(guī)定 　29?簡單壓力容器 “同一型號”的確定 　30?簡單壓力容器的組批 　31?簡單壓力容器爆破試驗 　32?超過推薦使用壽命的簡單壓力容器的使用 　33?固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(以下簡稱“新容規(guī)”)與壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(以下簡稱“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)”對產(chǎn)品焊接試件的要求 　36?“新容規(guī)”與“舊容規(guī)”對多腔的容積的規(guī)定 　37?“新容規(guī)”對設(shè)計單位選用境外牌號材料的規(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的五種方法及其適用條件 　8?雙相不銹鋼的特點 　9?雙相不銹鋼耐晶間腐蝕性能強于奧氏體不銹鋼的原因 　10? 10鋼無縫管用于-20℃以下時應(yīng)選用的鋼管標(biāo)準(zhǔn) 　11?高壓設(shè)備用無縫鋼管 　12?管法蘭鍛件級別的選用 　13?奧氏體不銹鋼焊條的選用 　14?《簡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)計計算 　1?設(shè)計溫度與設(shè)計壓力的組合 　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孔補強的計算 　4?圓形平蓋受力分析 　5?GB 150規(guī)定采用中徑公式進行厚壁圓筒強度計算的原因 　6?開孔補強方法 　7?開孔補強計算中開孔直徑的選取 　8?等面積補強法對開孔直徑的限制 　9?等面積補強計算對開孔長短軸之比的限制 　10?等面積補強計算中的有效補強范圍 　11?在相同直徑、相同厚度、相同開孔直徑條件下容器受外壓時的開孔補強面積是受內(nèi)壓時的開孔補強面積的一半 　12?人孔蓋開孔問題 　13?留意接管的強度計算 　14? GB 150法蘭設(shè)計：針對不同的應(yīng)力選取不同的強度校核應(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)計計算 　18?裙座筒體危險截面的選取 　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)力時許用應(yīng)力值的確定 　22?球殼的有關(guān)計算 　23?外壓容器設(shè)計中“長圓筒”、“短圓筒”的概念及GB 150的計算中不區(qū)分長、短圓筒的原因 　24?外壓圓筒加強圈設(shè)計的有關(guān)計算 　25?管板隔板槽面積的計算 　26?固定管板應(yīng)力計算不合格的調(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)筒體的計算壓力 　30?夾套容器中，穿過夾套并與夾套焊接的短管處開孔，不需補強計算 　31?裝有螺旋導(dǎo)流板的夾套容器，在內(nèi)筒外壓計算時，按加強圈設(shè)計的條件 　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度校核 第4章　結(jié)構(gòu)設(shè)計第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超壓的辦法，全面考核它的整體強度及致密性與密封性能。如有隱患，在壓力試驗過程中充分暴露，以便進行容器的返修或報廢。　　除了考核強度、致密性和密封性能外，壓力試驗還能起到兩個作用?！　、偻ㄟ^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，短時超壓能使裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)，也鈍化了裂紋尖端，使容器在正常運行時更為安全?！　τ谕鈮喝萜鳎ㄕ婵杖萜?，壓力試驗的主要目的在于檢驗焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，而不是考驗容器的外壓穩(wěn)定性?！　“匆?guī)范正確設(shè)計、制造并檢驗合格的外壓容器，包括真空容器。在設(shè)計外壓的作用下不會失穩(wěn)。沒有必要進行外壓試驗來考核它的穩(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，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)壓進行壓力試驗?！　毫υ囼灧椒ㄓ袃煞N，液壓試驗和氣壓試驗。一般壓力試驗方法為液壓試驗，因為相同容器內(nèi)充以氣體時，氣體具有使裂紋擴展的內(nèi)能，要比充以不可壓縮的液體的裂紋擴展大得多，因此氣壓試驗的危險性遠比液壓試驗大得多，所以通常采用液壓試驗。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?！　饷茉囼灥哪康脑谟诶脷怏w比液體更具滲透性的特點，嚴(yán)格考驗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?！　饷苄栽囼灢⒎菈毫θ萜鞅刈龅脑囼烅椖?。因為多數(shù)壓力容器沒有嚴(yán)格的限制泄漏的要求，而且壓力試驗也同時具有一定檢漏功能?！　∫韵聝煞N情況必須進行氣密性試驗?！　、俳橘|(zhì)毒性程度為極度、高度危害的壓力容器。因為一旦發(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)計要求不得有微量泄漏的壓力容器。往往因為工藝條件要求，如泄漏會危及設(shè)備安全與正常操作，或者介質(zhì)價格昂貴?！　〈送?，一般來說，介質(zhì)為易燃壓縮氣體或液化氣體的容器、對真空度有嚴(yán)格要求的容器、球形儲罐以及管、殼程介質(zhì)互漏會產(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)進行氣密性試驗。　　氣密性試驗的常用介質(zhì)有空氣、氮氣、氨一空氣、氨一氮氣和氨氣等。因試驗介質(zhì)不同，氣密性試驗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)進行氣密性試驗，只有當(dāng)壓力試驗合格后才允許進行氣密性試驗。這時，容器的整體強度已經(jīng)過了考核，氣密性試驗一般不再具有危險性。　　氣密性試驗的取舍由設(shè)計者根據(jù)需要來確定。漏與不漏是相對的，嚴(yán)格講，絕對不漏的密封結(jié)構(gòu)實際上并不存在，設(shè)計者應(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，評估泄漏量對人身與環(huán)境的影響，從而作出是否應(yīng)進行氣密性試驗的判斷。

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