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目录1

绪论1

第一节　压力容器的应用及其安全问题1

一、压力容器在工业生产中的应用3

二、压力容器的安全问题3

第二节　压力容器安全工程学研究的对象和任务6

一、国外有关压力容器规范及安全监督机构简况6

二、压力容器安全工程学研究的对象、任务和方法7

第一篇　压力容器基础8

第一章　压力容器概述8

第一节　压力容器8

一、压力8

（一）力和力的单位8

（二）压力9

二、压力容器及其压力来源10

（一）压力容器的界限10

（二）压力容器的压力来源11

第二节　压力容器的分类12

一、固定式容器13

（一）按压力分类13

（二）按工艺用途分类13

二、移动式容器15

（一）气瓶15

（二）气桶16

（三）槽车16

三、按安全的重要程度分类的压力容器16

（一）球形容器18

第三节　压力容器的结构型式18

一、容器本体18

（二）圆筒形容器19

二、容器主要附件23

（一）法兰联接结构23

（二）容器的接管、开孔及其补强结构27

（三）容器支座31

三、高压容器本体和密封结构33

（一）本体结构型式34

（二）密封结构型式40

四、气瓶47

（一）结构特点47

（二）各种气瓶的结构47

一、有关应力和变形的基本概念49

第二章　压力容器的应力49

第一节　应力和变形49

二、构件受拉伸或压缩时的应力和变形50

三、构件受剪切时的应力和变形52

四、构件弯曲时的应力和变形53

第二节　受内压薄壁容器的应力分析55

一、回转壳体应力分析理论——薄膜应力理论55

（一）回转壳体及其受力分析56

（二）微体静力平衡方程式57

（三）区域平衡方程式58

二、各种常用薄壁壳体的应力与变形58

（一）球形壳体的薄膜应力58

（二）圆筒形壳体的薄膜应力59

（三）圆锥形壳体的薄膜应力60

（四）椭球形壳体的薄膜应力61

（五）碟形封头的应力65

（六）各种薄壁壳体的变形67

第三节　厚壁容器的应力分析68

一、厚壁筒体的应力变形特点68

二、厚壁圆筒的应力分析69

（一）径向应力与周向应力69

（二）轴向应力72

三、常用厚壁壳体的应力73

（一）仅受内压的厚壁圆筒73

（二）厚壁球壳75

（一）热套式筒体76

四、多层圆筒的应力76

（二）包扎焊接式筒体79

第四节　平板应力80

一、压力容器用平板及其特点80

二、受轴对称载荷圆形薄板的弯曲变形80

三、受轴对称均布载荷圆板的变形与应力84

（一）均布载荷圆板弯曲的一般方程84

（二）周边固定圆板85

（三）周边简支圆板87

四、受中心集中载荷圆板的变形与应力90

（一）中心集中载荷圆板弯曲的一般方程90

（二）周边固定圆板90

（三）周边简支圆板91

一、组合壳体的边界效应92

（一）边界效应与不连续应力92

第五节　容器的不连续应力92

（二）容器中可能产生边界效应的常见结构93

二、圆筒体弯曲时的内力与变形分析93

（一）弹性基础梁的弯曲变形94

（二）圆筒形壳体的弯曲变形96

三、圆筒形壳体弯曲时产生的应力101

（一）不连续应力及其求解方法101

（二）圆筒体与半球形封头联接处附近的应力102

（三）圆筒体与椭圆形封头联接处附近的应力105

（四）圆筒体与平板封头联接处附近的应力107

第六节　容器的温度应力112

一、温度应力及其产生的原因112

二、固定管板列管式换热器的温度应力113

（一）圆筒在非均匀温度场中的应力分析115

三、圆筒体存在径向温差时的温度应力115

（二）厚壁圆筒的温度应力118

（三）薄壁圆筒的温度应力121

四、平板的温度应力123

（一）平板受热变形及其约束情况123

（二）平板在非均匀温度场中的应力123

练习思考题125

第二篇　压力容器安全技术127

第三章　容器设计127

第一节　材料选用127

一、对材料性能的基本要求127

（一）机械性能127

（二）工艺性能128

（一）碳素钢129

二、一般中低压容器常用的材料及其使用范围129

（三）耐蚀性129

（二）普通低合金结构钢131

三、特殊条件下使用的容器用钢132

（一）低温容器用钢132

（二）高温容器用钢132

（三）抗氢腐蚀钢133

（四）高强度钢133

第二节　对结构的要求134

一、对容器结构的基本要求134

（一）结构不良引起的容器破裂事故134

（二）原则要求136

（一）形状与尺寸137

（二）拼接与联接焊接137

二、对封头结构的要求137

三、对容器开孔及开孔结构的要求138

（一）关于开设检查孔的要求138

（二）开孔位置与尺寸的限制138

第三节　容器强度设计138

一、设计参数的确定139

（一）设计压力和最高工作压力139

（二）设计温度139

（三）许用应力与安全系数139

（四）焊缝系数142

（五）壁厚附加量142

二、受内压薄壁容器的壁厚设计与强度校核143

（一）球形容器143

（三）椭圆形封头144

（二）圆筒形容器144

（四）碟形封头146

三、厚壁圆筒的强度计算147

（一）厚壁容器的强度设计准则147

（二）厚壁圆筒的各种强度设计公式148

四、平板盖的强度计算151

第四节　压力容器的应力分类与设计155

一、压力容器的应力分类155

（一）应力分类问题的提出155

（二）应力的分类155

二、压力容器设计中各类应力的限制159

（一）极限设计与安定性概念159

（二）各类应力的限制162

一、开孔应力集中163

第五节　容器的开孔与补强设计163

（一）平板开孔周围的应力分布164

（二）薄壁圆筒开孔的应力集中165

（三）容器开孔接管处的应力集中165

二、开孔补强设计167

（一）允许不另行补强的最大开孔直径167

（二）等面积补强设计168

（三）其它补强设计准则简介170

练习思考题171

第四章　制造质量要求172

第一节　缺陷及其影响172

一、容器在制造过程中可能产生的缺陷172

（一）焊接缺陷172

（二）加工成形和组装的缺陷174

（一）缺口的影响175

二、制造缺陷对容器安全的影响175

（二）几何形状不连续的影响177

（三）残余应力的影响179

第二节　工艺要求与允许偏差180

一、加工成形与组装180

（一）一般要求180

（二）焊缝布置180

（三）允许偏差181

二、焊接181

（一）焊工181

三、焊后热处理182

（一）目的182

（三）焊缝表面质量要求182

（四）焊缝返修182

（二）焊接工艺182

（二）必需进行热处理的容器183

（三）热处理方法183

（四）机械法消除残余应力184

第三节　检查与验收184

一、焊接试板试验184

（一）焊接试板的制备184

（二）试验项目及评定标准185

二、焊缝无损探伤检查185

（一）无损探伤检查方法的选用185

（二）焊缝的局部探伤检查185

（一）耐压试验186

三、耐压试验和气密试验186

（二）气密试验187

四、容器铭牌和技术资料187

（一）金属铭牌187

（二）技术资料187

练习思考题187

第五章　容器的使用管理188

第一节　管理188

一、容器技术档案188

（一）容器原始技术资料188

（二）容器使用记录188

二、技术管理制度188

（一）容器的专责管理188

一、容器的安全操作189

（一）对操作容器的基本要求189

（二）安全操作规程189

第二节　操作与维护189

（二）容器运行期间的检查192

（三）容器的紧急停止运行192

二、容器的维护与检修192

（一）维护保养192

（二）容器检验与修理中的安全注意事项194

第六章　压力容器安全泄压装置196

第一节　安全泄压装置与安全泄放量196

一、安全泄压装置的作用及其设置原则196

（一）压力容器超压的可能性196

（二）安全泄压装置的作用196

（三）熔化型安全泄压装置197

（二）断裂型安全泄压装置197

（四）组合型安全泄压装置197

（三）安全泄压装置的设置原则197

（一）阀型安全泄压装置197

二、安全泄压装置的类型及其特点197

三、压力容器的安全泄放量198

（一）气体（蒸汽）贮罐的安全泄放量198

（二）液化气体贮罐的安全泄放量199

（三）蒸发、反应容器的安全泄放量201

第二节　安全阀201

一、安全阀的工作特性201

（一）工作原理与基本要求201

（二）动作过程201

二、安全阀的分类及其结构202

（一）安全阀的种类202

（二）安全阀的封闭机构204

三、安全阀的排量206

（一）气体由喷口流出时的流速和流量206

（二）安全阀排量的计算209

四、安全阀的选用、安装与维护214

（一）安全阀的选用214

（二）安全阀的安装、调试和维护216

第三节　爆破片219

一、爆破片在压力容器中的应用219

二、爆破片的型式与特点220

（一）剪切破坏型爆破片220

（二）弯曲破坏型爆破片221

（三）普通拉伸破坏型爆破片221

（四）型孔式拉伸破坏型爆破片225

（五）失稳破坏型爆破片228

三、爆破片的选用229

四、爆破片质量要求230

五、防爆帽231

（一）结构特点231

（二）防爆帽壁厚计算232

（三）防爆帽制造233

练习思考题　233

第七章　压力容器的定期检验234

第一节　基本要求234

一、压力容器的定期检验及其目的234

二、定期检验的分类及其项目和期限235

（一）外部检查235

（二）内外部检查236

（三）全面检验238

第二节　常见的缺陷及其检查238

一、腐蚀238

（一）产生的原因与重点检查部位238

（二）检查与处理240

二、裂纹241

（一）压力容器中的裂纹241

（二）裂纹的检查242

（三）缺陷处理243

三、变形245

（一）容器的变形及其产生的原因245

（二）检查与处理245

（二）量具检查246

四、检验方法246

（一）直观检查246

（三）无损探伤247

第三节　耐压试验249

一、目的与作用250

二、试验用加压介质251

三、试验温度与试验压力253

（一）试验温度253

（二）试验压力253

四、试验程序与方法254

（一）试验准备工作254

五、残余变形的测定255

（二）试压和检查255

（一）直径变形测量256

（二）电阻应变测量256

（三）容积变形测定258

六、试验结果的评定258

练习思考题258

第八章　对气瓶的安全要求259

第一节　设计压力与气体充装量259

一、气瓶的最高使用温度259

二、压缩气体气瓶的设计压力与充装量260

（一）设计压力260

（二）充装量（充装压力）260

（一）设计压力261

（二）充装量（充装系数）261

三、高压液化气体气瓶的设计压力与充装量261

四、低压液化气体气瓶的设计压力与充装量264

（一）设计压力264

（二）充装量（充装系数）265

五、充满液体的气瓶温度升高时瓶内压力的变化267

第二节　使用管理269

一、安全装置269

（一）安全泄压装置270

（二）其他安全装置271

二、气体充装271

（一）由于充装不当而引起的气瓶事故271

（二）事故预防措施272

（二）事故预防措施273

三、使用和维护273

（一）气瓶使用不当可能引起的事故273

四、气瓶运输274

第三节　高压气瓶的耐压试验275

一、容积变形的测定及合格标准275

（一）内测法275

（二）外测法281

（三）容积残变-全变比率合格标准的确定依据282

二、以容积弹性变形作为主要评定指标的探讨284

（一）以弹性变形作为评定指标的必要性284

（二）气瓶耐压试验时容积弹性变形允许值的确定285

练习思考题285

一、金属材料的变形过程287

第一节　延性破裂287

（一）弹性变形287

第九章　压力容器的破裂型式及其原因287

第三篇　压力容器事故287

（二）塑性变形288

（三）断裂288

（四）拉伸图289

二、压力容器的变形和延性破裂290

三、延性破裂的特征291

四、延性破裂事故的预防293

（一）延性破裂的基本条件293

（二）常见的容器延性破裂事故293

（三）延性破裂事故的预防293

（一）英国大型合成氨塔的脆性破裂294

一、容器脆性破裂事例294

第二节　脆性破裂294

（二）日本大型球形容器的脆性破裂295

（三）国内某化肥厂水洗塔的爆炸296

（四）国内某锅炉厂试制高压容器的脆性破裂296

二、钢的冷脆性及其转变温度296

（一）钢的冷脆性296

（二）冷脆转变温度及其评定296

三、断裂力学关于金属断裂的判据298

（一）断裂力学对断裂现象的解释298

（二）基于线弹性断裂力学的判据298

（三）基于弹塑性断裂力学的判据300

四、脆性破裂的特征300

五、脆性破裂事故的预防302

第三节　疲劳破裂303

（一）疲劳曲线与疲劳极限304

（二）金属疲劳断裂过程304

一、金属疲劳现象304

（三）金属疲劳断口305

二、压力容器的疲劳破裂问题306

（一）低周疲劳306

（二）压力容器的疲劳破裂308

三、疲劳破裂的特征308

四、关于防止疲劳破裂的设计问题310

（一）要作疲劳分析的容器310

（二）疲劳设计的基本方法310

第四节　腐蚀破裂310

一、钢的腐蚀破坏形式310

（三）晶间腐蚀311

（一）均匀腐蚀311

（二）点腐蚀311

二、压力容器的腐蚀破裂及其特征314

（三）热碱溶液对钢制容器的应力腐蚀316

（四）一氧化碳等引起的气瓶腐蚀破裂319

（五）高温高压的氢气对钢的腐蚀320

（六）氯离子引起的不锈铜容器的应力腐蚀322

三、防止压力容器腐蚀破裂的措施322

第五节　蠕变破裂323

一、金属的蠕变323

二、压力容器的蠕变问题324

第十章　容器破裂爆炸及其危害326

一、压缩气体与水蒸汽的爆炸能量326

二、液化气体与高温饱和水的爆炸能量328

第三节　气体爆炸产生的冲击波330

一、冲击波及其破坏作用330

三、可燃气体器外二次爆炸及其爆炸能量330

二、冲击波的超压332

第三节　容器破裂爆炸引起的其它危害335

一、碎片的破坏作用335

二、有毒液化气体容器破裂时的毒害区336

三、可燃液化气体容器破裂时的燃烧区338

第十一章　事故调查分析340

第一节　事故情况调查340

一、事故现场的检查340

二、事故过程的调查341

一、材料成分和性能的检查342

（一）化学成分检查342

第二节　技术检验与鉴定342

三、容器既往情况的调查342

（二）机械性能测定343

（三）金相检查343

（四）工艺性能检查343

二、断口分析343

（一）断口的保护与处理343

（二）断口的宏观分析344

（三）断口的微观分析344

三、破坏能量的推算345

（一）抛出容器或其碎片需要的能量345

（二）破坏周围建筑物需要的能量346

（二）容器超压破裂347

（一）容器在工作压力下破裂347

一、爆炸性质及过程的判断347

第三节　综合分析347

（三）器内化学反应爆炸348

（四）在工作压力下破裂后二次爆炸348

（五）超压破裂后二次爆炸348

二、破裂型式的鉴别348

（一）延性破裂的鉴别349

（二）脆性破裂的鉴别349

（三）疲劳破裂的鉴别349

（四）腐蚀破裂的鉴别349

（五）蠕变破裂的鉴别349

三、事故原因分析349

一、目的与用途351

第一节　事故树形分析的基本方法351

第十二章　事故树形分析法在压力容器安全工程中的应用351

二、事故树形图352

三、最小割集353

四、终端事件的发生概率357

第二节　事故树形分析法在预防压力容器事故中的应用359

一、确定终端事件359

二、作出事故树和求出最小割集359

三、发现薄弱环节和研究有效措施362

第三节　事故树形分析法在容器爆炸事故调查分析中的应用363

一、方法与特点363

（一）方法程序363

（二）特点364

二、容器爆炸事故调查分析实例364