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| 內容簡介： |
化工容器设计一直是化工设备与机械专业人才的一项基本功，它涉及力学、材料学、制造工艺学等许多方面。本书以化工容器的工程设计方法为主线，阐述有关的压力容器应力分析，将重点放在按规范设计与中低压容器设计上，但也适当地在高压容器分析设计等方面增补了不少原理方面的论述。來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书主要内容包括：压力容器设计概论、压力容器钢材的选用、中低压容器的规则设计、压力容器的整体设计问题、外压容器设计、压力容器的分析设计方法、压力容器防脆断设计及疲劳裂纹扩展寿命、低温容器设计、高温压力容器设计、高压及超高压容器设计。
本书可供偏重压力容器学习的本科生、化工过程机械专业研究生作为教材使用，也可供压力容器工程设计、使用管理、安全监管等岗位的技术人员参考阅读。
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| 目錄：
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第1章压力容器设计概论1
1.1压力容器的基本结构2
1.1.1压力容器的基本构造2
1.1.2压力容器结构的基本特点6
1.1.3压力容器设计的基本要求7
1.2压力容器相关法规及技术标准7
1.2.1压力容器的特种设备属性7
1.2.2我国特种设备法规标准体系8
1.2.3压力容器的定义及压力等级、品种划分9
1.2.4我国压力容器安全监管中的压力容器分类9
1.3我国压力容器安全监管及质量保证体系11
1.3.1设计环节和设计管理11
1.3.2压力容器材料质量保证12
1.3.3制造过程与制造中的质量检验12
1.3.4长期服役过程中的检验与监控13
1.4压力容器的失效模式及设计准则概述14
1.4.1压力容器常见的失效模式14
1.4.2压力容器各国设计规范中常用的设计准则15
1.5压力容器建造规范概述17
1.5.1ASME压力容器建造规范介绍17
1.5.2欧盟压力容器规范EN13445介绍18
1.5.3我国压力容器规范介绍20
第2章压力容器钢材的选用22
2.1压力容器用钢的选用要求22
2.1.1压力容器用钢概述23
2.1.2压力容器用钢的化学成分要求30
2.1.3压力容器用钢的力学性能要求31
2.1.4压力容器用钢的可焊性要求36
2.1.5压力容器用钢的热处理要求37
2.2铁素体类压力容器用钢强化与韧化38
2.2.1合金强化机理38
2.2.2压力容器用钢的韧化39
2.3压力容器用钢中的其他几个问题41
2.3.1压力容器锻件用钢材及管材41
2.3.2复合钢板42
2.4压力容器设计选材中应考虑的几个问题43
2.4.1钢材的各向异性问题43
2.4.2钢材厚度对钢材性能的影响43
2.4.3压力容器用钢的耐蚀性44
2.4.4焊接材料选用44
2.4.5承压法兰密封接头中紧固螺栓材料的选用44
2.5焊接接头对结构安全性的影响45
2.5.1焊接接头在焊接热循环中的组织变化及脆裂45
2.5.2焊接接头热影响区抗腐蚀性能下降46
2.6钢材长期服役后的性能退化46
第3章中低压容器的规则设计48
3.1压力容器壳体的应力分析48
3.1.1概述48
3.1.2回转壳体的无力矩理论49
3.1.3圆柱壳轴对称问题的有力矩理论61
3.1.4压力容器的不连续分析66
3.2圆平薄板中的应力75
3.2.1概述75
3.2.2圆板轴对称弯曲的基本方程76
3.2.3均布载荷下的圆板中的应力79
3.2.4轴对称载荷下环形板中的应力82
3.2.5带平封头圆筒的不连续分析88
3.3内压薄壁容器的设计计算91
3.3.1引言91
3.3.2圆筒和球壳的设计计算92
3.3.3设计参数的规定94
3.3.4耐压试验96
3.3.5封头的设计计算97
3.4内压法兰的设计计算105
3.4.1引言105
3.4.2两种螺栓法兰连接型式107
3.4.3公称直径、公称压力、法兰标准及其应用108
3.4.4法兰的结构类型与应用场合109
3.4.5垫片结构类型和应用场合111
3.4.6螺栓及其选用112
3.4.7法兰设计113
3.4.8其他设计考虑因素129
3.4.9基于允许泄漏率准则的法兰设计方法129
习题130
第4章压力容器的整体设计问题133
4.1容器设计中的整体设计问题概述133
4.1.1整体结构分析及局部应力问题133
4.1.2局部应力问题处理原则136
4.1.3焊接结构带来的不连续问题140
4.2开孔及开孔补强设计140
4.2.1开孔应力集中及应力集中系数140
4.2.2等面积补强设计法146
4.2.3平板封头的开孔补强设计148
4.2.4压力面积补强设计法148
4.2.5开孔补强设计的分析法149
4.3卧式容器支座设计151
4.3.1鞍座结构及载荷分析151
4.3.2筒体的应力计算与校核156
4.3.3鞍座设计161
4.4局部应力计算165
4.4.1引言165
4.4.2球壳和圆柱壳局部应力的计算166
4.5承压壳体的焊接结构设计及焊接接头安全分析177
4.5.1承压壳体上焊缝布置的设计规则177
4.5.2承压壳体焊接接头的分类规则177
4.5.3焊接接头焊接的质量保证179
4.5.4焊接接头安全性评价181
习题182
第5章外压容器设计183
5.1外压容器的屈曲问题183
5.2圆柱壳的屈曲理论187
5.2.1基本方程187
5.2.2外压圆筒的临界压力189
5.2.3非弹性屈曲的工程计算191
5.3外压圆筒的设计计算192
5.3.1图算法的原理192
5.3.2图算法的计算步骤196
5.3.3有关设计参数的规定197
5.3.4加强圈的设计计算198
5.4外压封头的设计计算200
5.4.1凸形封头200
5.4.2锥形封头201
5.4.3设计举例202
5.5外压法兰的计算204
习题205
第6章压力容器的分析设计方法206
6.1对压力容器按规则设计方法的简要评述及分析设计方法的简介206
6.2基于线弹性分析的“应力分类”法209
6.2.1概述209
6.2.2容器的应力分类211
6.2.3各类当量应力及限制215
6.2.4失效模式与当量应力限制条件之间的内在联系及技术原理216
6.2.5应力分类法的程序及应用221
6.3容器的疲劳设计224
6.3.1容器的低循环疲劳破坏224
6.3.2低循环设计疲劳曲线的确定方法225
6.3.3疲劳设计曲线的平均应力影响修正226
6.3.4容器疲劳设计中的应力分析230
6.4基于弹塑性分析的直接法235
6.4.1数值分析模型235
6.4.2失效模式及设计校核准则236
6.4.3载荷及载荷工况240
习题243
第7章压力容器防脆断设计及疲劳裂纹扩展寿命244
7.1断裂力学的基本理论244
7.1.1线弹性断裂理论245
7.1.2弹塑性断裂分析247
7.1.3基于断裂力学的安全评定原理249
7.1.4ASME BPVC第Ⅲ卷及Ⅸ卷中防脆断设计方法249
7.2疲劳裂纹扩展计算方法250
7.2.1疲劳裂纹扩展速率250
7.2.2疲劳裂纹扩展后的安全评定251
习题251
第8章低温容器设计252
8.1铁素体钢的低温韧脆转变253
8.2欧美标准中相关防脆断设计方法256
8.2.1ASME Ⅷ-1及Ⅷ-2的方法256
8.2.2EN13445的方法258
8.3我国标准中相关防脆断设计方法260
8.4结构设计与制造中需注意的问题262
8.5低温压力容器的材料选用及低温钢263
8.6奥氏体不锈钢深冷容器应变强化技术264
习题266
第9章高温压力容器设计267
9.1钢材高温下的蠕变变形与断裂行为267
9.2表征金属材料高温强度的力学性能指标270
9.3高温压力容器设计的规则设计法271
9.4高温压力容器分析设计的思路272
9.5高温下纯蠕变强度寿命设计的方法274
9.6高温压力容器疲劳设计及蠕变疲劳设计方法276
9.7法兰静密封接头高温防蠕变松弛泄漏设计展望279
第10章高压及超高压容器设计280
10.1高压容器概述280
10.1.1高压容器的工业应用280
10.1.2高压容器的建造规范281
10.1.3高压筒体的结构型式及设计选型281
10.2高压容器的材料选用287
10.3厚壁承压圆筒及球壳的应力分析289
10.3.1厚壁圆筒的弹性理论289
10.3.2厚壁圆筒弹塑性应力分析292
10.3.3厚壁圆筒的两个屈服压力295
10.3.4厚壁圆筒内压爆破压力297
10.3.5厚壁圆筒温差应力299
10.4高压容器的规则设计方法301
10.4.1高压筒体及球壳壁厚计算301
10.4.2高压密封结构设计302
10.4.3高压密封结构中的零部件设计308
10.4.4高压筒体端部与封头连接结构设计316
10.4.5高压容器的开孔补强317
10.5高压容器分析设计318
10.5.1高压厚壁壳体的塑性垮塌强度计算法319
10.5.2高压厚壁结构多种失效模式的分析设计320
10.5.3高压厚壁壳体的开孔补强设计320
10.5.4材料弹塑性本构方程新规322
10.6超高压容器323
10.6.1超高压容器的材料选用324
10.6.2超高压容器厚壁、筒体的强度设计327
10.6.3超高压容器密封结构327
10.6.4超高压筒体的开孔补强329
10.6.5超高压容器的自增强处理329
习题333
附录常用单位的换算表334
参考文献336
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| 內容試閱：
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压力容器设计是过程装备与控制工程专业（原名化工机械专业）最核心的专业必修课程。压力容器设计教材的名称由原全国性的过程装备专业教学指导委员会审定为《化工容器设计》（与此配套的还有《化工设备设计》）。华东理工大学在琚定一教授和吴东棣教授的带领下，由王志文、蔡仁良共同编制本书大纲，主导思想是不再采用“以弹性力学为主线”编写化工容器设计的编写方法，回归承压容器工程设计的本来面貌：容器设计不单是承压零部件的强度或刚度设计，还有零部件拼装为整体后，在压力作用下，相连部位的结构不连续所带来的一系列局部性不连续应力的问题，加上拼焊时带来的更多失效风险。从零部件设计到整体结构，必须进行循序的基于详细应力的分析、失效的防范，设计必须有整体的设计思路。按这一思路编制的大纲获得了本专业教学指导委员会的高度认可。本书第一版于1989年完稿，1990年在化学工业出版社出版。之后被全国各有关高校纷纷采用。第一版于1996年获得全国高校优秀教材化工部一等奖。1998年的第二版和2005年的第三版均作了一些删减和修改补充。
美国ASME Ⅷ-2于1968年问世，开启了基于应力分析的另一种压力容器设计方法，开启了压力容器建造技术的新纪元，2007年版的ASME Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3的全新面世，将国际压力容器建造推向了一个新高度。Ⅷ-1更加经典完善，Ⅷ-2更加强化和细化了不同失效模式时压力容器安全防范设计方法，Ⅷ-3则专门针对70MPa以上高压容器的建造。欧洲标准化委员会于2002年公布的 EN 13445 Unfired Pressure Vessels标准保留了原ASME Ⅷ-2的应力分类及其评定的主要思想及方法，但其亮点是提出了另外一套方法，即不再纠结于如何根据线弹性分析进行应力分类及评定，尽量减少应力分类中人为因素导致的偏差，而是基于容器或部件的失效模式，直接采用弹性或弹塑性有限元方法（少数采用试验方法）对结构的整体塑性垮塌、局部变形失效、外压失稳垮塌及疲劳失效等几种失效模式进行分析，也称为“直接法”。这一新的思路在国际上产生了重要影响。本书编著者在2007年之后一直在收集和整理国内外压力容器规则设计与分析设计规范及相关研究的新进展，深感《化工容器设计》一书必须重新修订新版，以适应当今压力容器工程设计的发展需要。
编著者认为第四版不但应帮助设计人员基本搞清承压设备的基本设计原理和总的设计原理，及其与选材、焊接等制造工艺、检验及质量保证、失效及风险的关联，还应帮助设计人员在使用管理与安全监管方法与规程方面打下相关基础。因此，本书不仅可供偏重压力容器学习的本科生、化工过程机械专业研究生使用，同时也可供压力容器工程设计、使用管理、安全监管等岗位的技术人员参考阅读。
参与本书第四版编著的责任人员如下：第1章、第2章、第4章（4.1节、4.2节、4.5节）、第9章及第10章由王志文教授执笔；第3章、第4章（4.3节、4.4节）及第5章由蔡仁良教授执笔；第6～8章由惠虎教授执笔。全书由王志文统稿。
在本书第四版的修订过程中，听取了多年使用本书教学的潘家祯教授、王学生教授、安源胜副教授的指正和建议，在此深表谢意。本书难免存在不妥之处，切望同行专家及广大读者提出宝贵意见。
王志文 2025年1月
于华东理工大学
第一版前言
我国自五十年代初设立化工设备与机械专业，已有三十多年的历史。实践证明，这个专业的适应性强，知识面广，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，也要适当介绍高压容器和诸如分析设计等的压力容器技术新进展。
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。
我们恳切希望国内同行专家对本教材提出宝贵的批评和意见。
编者
1989年8月
第二版前言
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”。
我们仍然恳切希望国内同行专家对本教材提出宝贵的批评和意见。
编者
1997年
第三版前言
我国自20世纪50年代初设立化工机械专业以来已有50多年的发展历史，为适应社会发展的需要，已于90年代将专业名称改为过程装备与控制工程。专业服务面扩大到所有的流程工业，亦称过程工业，包括化工、石化、电力、冶金、轻工等方面。流程工业中所应用到的各种过程装备（process equipmen）的外壳几乎都是承受压力的容器。因此“化工容器设计”这门课程历来是该专业学生最重要的必修课之一。本教材是在当时所属高等学校专业教学指导委员会的组织领导下，以招投标方式获得了编写权，其第一版于1989年问世，第二版于1998年出版，均成为当时全国过程装备与控制工程专业的通用教材，深受各高校师生欢迎。第一版于1996年获得全国普通高校优秀教材化工部一等奖。第二版编写时被列为上海市“九五”期间面向21世纪教材建设项目，并于2001年获得上海市优秀教材二等奖。近年来由于国内外压力容器规范与相关技术的发展，特别是欧盟标准的问世出现了许多新的情况，并同时也收集了各方面提出的宝贵意见，在化学工业出版社的大力支持下，对本教材再次进行了修订，形成了现在的第三版。
第三版的编写仍保持前两版在结构上的特点，即以化工容器的工程设计方法为主线，以此阐述有关的压力容器应力分析理论与设计计算方法；不仅论述受压零部件个体的设计计算方法，还强调各受压零部件组装为压力容器整体后出现的各种问题，如边缘应力问题、局部应力问题等。这一做法回归了压力容器工程设计的本来面貌。本教材的重点放在中低压及外压容器的规则设计方法，高压容器则以厚壁筒体结构和密封结构阐述为主，也介绍应力分析和设计计算方法，这不仅符合学生毕业后的工作实际，也是为学生打好基础。同时，为学生今后能力的发展，能适应21世纪的技术进步，适当介绍了诸如压力容器的应力分类与分析设计、疲劳设计、防脆断设计与缺陷评定、高温与低温容器设计等压力容器的设计新理论新方法等技术进展。第三版中增加了超高压容器的介绍，也强调对焊缝安全性的综合分析。
欧洲标准化组织于2002年正式颁布了非直接火压力容器标准(EN 13445)，其中有不少新的设计思想。本教材在相关章节也简单作了些介绍。
本教材的第一版与第二版成稿之后均由大连理工大学贺匡国教授审定，为本教材质量的提高起到了重要作用。本教材的第一章、第六章第五、六节由吴东棣教授编写。第二章，第三章中的第三、四节，以及第四章由蔡仁良教授编写。第三章的第一、二、五节，第五章及第六章的第一、二、三、四节由王志文教授编写。各章中关于欧盟标准相关内容的介绍由王正东教授编写。这一版中还适当列入了一些习题。全书由王志文教授统编。
本教材在修订过程中得到了戴树和教授、吴东棣教授、贺匡国教授、李培宁教授、柳曾典教授、丁信伟教授、潘家祯教授、经树栋教授、郑津洋教授、安源胜副教授和惠虎副教授的热情帮助，感谢他们对大纲的修订、内容的修改提出了许多宝贵的意见，并提供了许多有用的资料。由于编著者的知识具有局限性，错误与不当之处难免，恳切希望同行专家、学者及读者对本书提出宝贵意见。
编著者
2005年4月
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