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Ⅰ 化工设备材料1

Chapter1 化工设备材料及其选择1

1.1 概述1

1.2 材料的性能2

1.2.1 力学性能2

1.2.2 物理性能8

1.2.3 化学性能9

1.2.4 加工工艺性能10

1.3 金属材料的分类10

1.4 铁碳合金11

1.5 碳钢和铸铁12

1.5.1 碳钢12

1.5.2 铸铁15

1.6 锅炉压力容器用钢材18

1.6.1 合金元素对钢性能的影响18

1.6.2 锅炉压力容器用钢板20

1.7 钢材的热处理22

1.8 有色金属24

1.8.1 铝及其合金24

1.8.2 铜及其合金26

1.8.3 铅及其合金27

1.8.4 钛及其合金27

1.9 非金属材料27

1.9.1 无机非金属材料28

1.9.2 有机非金属材料28

1.10 化工设备的腐蚀及防腐措施29

1.10.1 金属腐蚀的评定29

1.10.2 金属的腐蚀30

1.10.3 金属设备的防腐措施34

1.11 化工设备材料的选择36

1.11.1 一般原则36

1.11.2 选材举例36

Summary37

Question and Discussion38

Ⅱ 化工容器设计40

Chapter2 容器设计的基本知识40

2.1 容器的分类与结构40

2.1.1 容器的分类40

2.1.2 容器的结构43

2.2 容器零部件的标准化44

2.2.1 标准化的意义44

2.2.2 标准化的基本参数44

2.3 压力容器的安全监察45

2.3.1 安全监察的范围45

2.3.2 压力容器相关标准和法规46

2.4 容器机械设计的基本要求46

Summary47

Question and Discussion47

Chapter 3内压薄壁容器的应力分析49

3.1 回转壳体的应力分析——薄膜应力理论49

3.1.1 薄壁容器及其应力分布特点49

3.1.2 基本概念和假设50

3.1.3 经向应力和环向应力51

3.1.4 轴对称回转薄壳薄膜理论的应用范围54

3.2 薄膜理论的应用54

3.2.1 受气体内压的圆筒形容器54

3.2.2 受气体内压的球形容器55

3.2.3 受气体内压的椭球壳体55

3.2.4 受气体内压的锥形壳体57

3.2.5 算例58

3.3 内压圆筒边缘应力59

3.3.1 边缘应力的概念59

3.3.2 边缘应力的特点60

Summary61

Question and Discussion61

Chapter 4 内压薄壁容器与封头的强度设计63

4.1 强度设计的基本知识63

4.1.1 弹性失效设计准则63

4.1.2 强度理论及其相应的强度条件64

4.2 内压薄壁圆筒壳和球壳的强度设计65

4.2.1 强度计算公式65

4.2.2 设计参数的确定67

4.2.3 容器的厚度和最小厚度75

4.2.4 压力试验及其强度校核76

4.2.5 算例79

4.3 内压圆筒封头设计81

4.3.1 半球形封头82

4.3.2 椭圆封头82

4.3.3 碟形封头83

4.3.4 球形封头85

4.3.5 锥形封头86

4.3.6 平板封头88

4.3.7 算 例90

4.3.8 封头的选用92

Summary96

Question and Discussion96

Chapter 5外压圆筒与封头设计98

5.1 概述98

5.1.1 外压容器的失稳98

5.1.2 容器失稳类型98

5.2 临界压力99

5.2.1 影响临界压力的因素100

5.2.2 长圆筒、短圆筒和刚性圆筒101

5.2.3 临界压力的理论计算公式102

5.2.4 临界长度103

5.3 外压圆筒的工程设计103

5.3.1 设计准则103

5.3.2 外压圆筒壁厚设计的图算法104

5.3.3 外压容器的试压111

5.3.4 算例112

5.4 外压球壳与凸形封头的设计113

5.4.1 外压球壳和封头的设计113

5.4.2 凸面受压封头的设计113

5.4.3 算例114

5.5 外压圆筒加强圈的设计115

5.5.1 加强圈的作用与结构115

5.5.2 加强圈的间距115

5.5.3 加强圈的尺寸设计116

5.5.4 加强圈与圆筒间的连接116

5.5.5 算例117

Summary119

Question and Discussion119

Chapter 6 容器零部件121

6.1 法兰连接121

6.1.1 法兰连接结构与密封原理121

6.1.2 法兰的结构与分类122

6.1.3 影响法兰密封的主要因素124

6.2 法兰的标准及选用128

6.2.1 容器法兰128

6.2.2 管道法兰132

6.3 容器支座137

6.3.1 卧式容器支座137

6.3.2 立式容器支座140

6.4 容器的开孔补强141

6.4.1 应力集中现象142

6.4.2 开孔补强的原则和结构142

6.4.3 开孔补强的等面积设计方法144

6.5 其他容器附件148

Summary149

Question and Discussion150

Ⅲ 典型化工设备的机械设计151

Chapter 7 管壳式换热器的机械设计151

7.1 概述151

7.1.1 管壳式换热器的结构和主要零部件151

7.1.2 管壳式换热器的分类152

7.1.3 管壳式换热器的机械设计内容153

7.2 换热管的选用及其与管板的连接154

7.2.1 换热管的选用154

7.2.2 管子与管板的连接155

7.3 管板结构158

7.3.1 管子排列形式158

7.3.2 管间距160

7.3.3 管板受力及其设计方法161

7.3.4 管程的分程及管板与隔板的连接161

7.3.5 管板与壳体的连接163

7.4 折流板、支撑板、旁路挡板和拦液板164

7.4.1 折流板与支撑板164

7.4.2 旁路挡板167

7.4.3 拦液板168

7.5 温差应力168

7.5.1 管壁与壳壁温差引起的温差应力168

7.5.2 管子拉脱力计算169

7.5.3 温差应力的补偿172

7.6 管箱与壳程接管174

7.6.1 管 箱174

7.6.2 壳程接管174

Summary175

Question and Discussion176

Chapter 8塔设备的机械设计177

8.1 塔体和裙座的机械设计178

8.1.1 塔体厚度的计算178

8.1.2 裙座设计189

8.2 塔体和裙座的机械设计举例196

8.2.1 设计条件196

8.2.2 按计算压力计算塔体和封头厚度198

8.2.3 塔设备质量载荷计算198

8.2.4 风载荷与风弯矩计算200

8.2.5 地震弯矩计算202

8.2.6 偏心弯矩计算203

8.2.7 各种载荷引起的轴向应力203

8.2.8 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核204

8.2.9 塔体水压试验与吊装时的应力校核206

8.2.10 基础环设计207

8.2.11 地脚螺栓计算208

8.3 板式塔和填料塔的整体结构209

8.3.1 板式塔整体结构209

8.3.2 填料塔整体结构210

Summary211

Question and Discussion211

附录213

附录1 常用金属材料的物理性能213

附录2 锅炉和压力容器用钢板的化学成分和力学性能214

附录3 钢板、钢管、锻件和螺栓的高温力学性能216

附录4 无缝钢管的尺寸范围及常用系列221

附录5 螺栓、螺母材料组合及适用温度范围222

附录6 钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力223

附录7 平盖结构特征系数K选择表234

附录8 图5.6 、图5.8 ～图5.16 的曲线数据表（GB 150.3—2011）238

附录9 压力容器用钢制法兰245

附录10 钢制管法兰标准（HG/T 20592—2009）252

附录11 鞍式支座标准（JB/T 4712.1—2007）272

附录12 耳式支座标准（JB/T 4712.3—2007）283

附录13 裙座参数285

参考文献289