压力容器安全技术/喻健良

1 绪论1

1.1压力容器概述1

1.1.1特种设备与压力容器1

1.1.2压力容器分类1

1.1.3压力容器典型结构6

1.2压力容器安全的重要性7

1.2.1压力容器应用的广泛性7

1.2.2压力容器事故的易发性7

1.2.3压力容器事故后果的严重性8

1.3压力容器事故类型9

习题9



2压力容器安全监察与法规标准体系11

2.1压力容器安全监察11

2.1.1压力容器安全监察概念11

2.1.2压力容器安全监察的作用11

2.2压力容器法规标准体系12

2.2.1法律12

2.2.2行政法规12

2.2.3部门规章12

2.2.4安全技术规范13

2.2.5标准13

习题15



3压力容器材料17

3.1金属材料性能17

3.1.1力学性能17

3.1.2物理性能22

3.1.3化学性能23

3.1.4加工工艺性能23

3.2元素对钢材性能的影响24

3.2.1杂质元素的影响24

3.2.2合金元素的影响24

3.3压力容器用钢材25

3.3.1材料分类25

3.3.2碳素钢26

3.3.3低合金钢26

3.3.4碳素钢和低合金钢用于压力容器的特殊规定27

3.3.5高合金钢27

3.4压力容器选材原则29

习题31



4内压容器强度安全设计（一）——回转薄壳的应力分析理论33

4.1回转薄壳的薄膜应力理论33

4.1.1基本假设及概念33

4.1.2回转薄壳应力特点34

4.1.3经向应力计算——区域平衡方程式35

4.1.4环向应力计算——微体平衡方程式36

4.1.5轴对称回转壳体薄膜理论的适用范围37

4.2典型回转薄壳结构应力分析38

4.2.1受气体内压作用的筒形薄壳38

4.2.2受气体内压作用的球形薄壳39

4.2.3受气体内压作用的椭球薄壳40

4.2.4实际应用举例42

4.3内压筒体边缘应力44

4.3.1边缘应力的概念44

4.3.2边缘应力的特点45

4.3.3对边缘应力的处理45

习题46



5内压容器强度安全设计（二）——常规设计48

5.1压力容器强度设计基础48

5.1.1强度理论及强度条件48

5.1.2强度理论在压力容器中的应用48

5.2内压薄壁圆筒及球壳的强度设计49

5.2.1内压薄壁圆筒强度设计49

5.2.2内压薄壁球壳强度设计50

5.2.3设计参数概念及确定方法50

5.3内压封头强度设计57

5.3.1半球形封头57

5.3.2椭圆形封头57

5.3.3封头类型选择原则58

5.4内压容器压力试验及强度校核59

5.4.1耐压试验59

5.4.2泄漏试验60

5.5内压容器设计例题60

习题61



6外压容器稳定性安全设计64

6.1临界压力64

6.1.1概念64

6.1.2影响临界压力的因素65

6.1.3长圆筒、短圆筒及刚性圆筒65

6.1.4临界压力的理论计算公式66

6.1.5临界长度67

6.2外压圆筒的工程设计方法67

6.2.1设计准则67

6.2.2外压容器的图算法68

6.3外压球壳及凸形封头设计75

6.3.1球壳及半球形封头75

6.3.2凸面受压封头的设计76

6.4加强圈设计76

6.4.1加强圈作用76

6.4.2加强圈尺寸设计77

6.4.3加强圈间距设计77

6.4.4加强圈与圆筒的连接77

6.5外压容器压力试验78

6.6外压容器设计例题79

习题81



7压力容器零部件安全设计83

7.1法兰连接83

7.1.1法兰连接结构及原理83

7.1.2法兰分类及结构84

7.1.3影响法兰密封的因素86

7.1.4法兰标准及选用88

7.1.5螺栓载荷的施加方式92

7.2压力容器开孔与开孔补强94

7.2.1容器开孔应力94

7.2.2开孔补强结构及形式94

7.2.3等面积补强设计准则95

习题98



8压力容器超压泄放技术100

8.1超压分类100

8.1.1物理超压100

8.1.2化学超压101

8.2超压泄放原理102

8.3超压泄放装置103

8.3.1爆破片装置104

8.3.2安全阀106

8.3.3易熔塞108

8.3.4选型方法108

8.4物理超压泄放设计109

8.4.1安全泄放量Ws计算110

8.4.2泄放装置泄放量及泄放面积计算112

8.5超压泄放装置设计例题116

习题118



9压力容器制造、使用及监检120

9.1压力容器制造120

9.1.1板焊结构容器制造工艺120

9.1.2锻焊结构容器制造工艺121

9.2压力容器焊接121

9.2.1常用焊接方法121

9.2.2焊接坡口123

9.2.3焊接接头123

9.2.4焊缝形式124

9.3压力容器热处理125

9.3.1恢复力学性能的热处理125

9.3.2焊后热处理126

9.3.3消氢处理126

9.3.4改善材料力学性能热处理126

9.4压力容器无损检测128

9.4.1射线检测128

9.4.2超声检测128

9.4.3磁粉检测129

9.4.4渗透检测129

9.4.5声发射检测129

9.5压力容器制造监督检验129

9.5.1监检程序130

9.5.2监检内容130

9.6压力容器的使用管理133

9.6.1使用单位主体责任和主要义务133

9.6.2压力容器安全与节能技术档案133

9.6.3压力容器安全管理制度和操作规程134

9.6.4压力容器的维护保养、年度检查134

9.6.5异常情况处理134

9.6.6达到设计年限的压力容器135

9.6.7应急预案与事故处理135

9.6.8压力容器使用登记135

9.7压力容器定期检验135

9.7.1定期检验目的及检验周期135

9.7.2定期检验内容135

9.7.3金属压力容器安全状况等级评定138

9.7.4定期检验方案制定139

习题139



10基于风险的检验（RBI）技术140

10.1RBI技术概述140

10.1.1RBI产生背景140

10.1.2RBI技术思路及使用范围140

10.1.3RBI技术相比传统检验技术的优势141

10.1.4国内RBI发展情况141

10.2RBI技术实施流程142

10.2.1制定评估方案142

10.2.2数据和信息收集142

10.2.3RBI技术筛选的评估143

10.2.4RBI技术详细评估及检验策略的制定143

10.2.5RBI技术的再评估143

10.3RBI分析方法143

10.3.1定性分析143

10.3.2定量分析144

10.3.3半定量分析144

习题145



11含缺陷压力容器的安全评定146

11.1压力容器缺陷形式146

11.1.1板材缺陷146

11.1.2锻件缺陷147

11.1.3焊接缺陷147

11.2含缺陷压力容器的“合乎使用”原则148

11.3安全评定的理论基础——断裂力学基本理论149

11.3.1线弹性断裂力学基本理论149

11.3.2弹塑性断裂力学基本理论150

11.3.3材料断裂韧性的测试152

11.4压力容器安全评定标准发展152

11.4.1国外压力容器安全评定标准发展152

11.4.2国内压力容器安全评定标准发展153

11.5基于GB 19624的压力容器安全评定方法简介154

11.5.1缺陷的表征154

11.5.2平面缺陷评定所需的应力的确定155

11.5.3平面缺陷的简化评定157

11.5.4平面缺陷的常规评定157

习题158



12压力容器失效形式及爆炸灾害160

12.1压力容器失效形式160

12.1.1强度失效160

12.1.2刚度失效163

12.1.3失稳失效163

12.1.4泄漏失效163

12.2压力容器爆炸灾害164

12.2.1承装压缩气体或水蒸气的压力容器的爆炸能量164

12.2.2承装液体的压力容器的爆炸能量164

12.2.3承装液化气体与高温饱和水的容器的爆炸能量164

12.2.4爆炸威力计算165

12.3压力容器事故案例165

12.3.1某公司煤气储罐爆炸事故165

12.3.2某公司液化气球罐爆炸事故166

12.3.3某厂反应釜爆炸事故166

习题167



参考文献168