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第1篇 化工设备材料1

第1章 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7

1.2.3 化学性能8

1.2.4 加工工艺性能9

1.3 金属材料的分类及牌号9

1.3.1 分类9

1.3.2 钢铁牌号及表示方法11

1.4 碳钢与铸铁15

1.4.1 铁碳合金的组织结构15

1.4.2 铁碳合金状态图18

1.4.3 碳钢20

1.4.4 钢的热处理21

1.4.5 铸铁23

1.5 低合金钢及化工设备用特种钢25

1.5.1 合金元素对钢的影响26

1.5.2 低合金钢27

1.5.3 锅炉钢与容器钢27

1.5.4 不锈耐酸钢28

1.5.5 耐热钢30

1.5.6 低温用钢31

1.5.7 钢材的品种和规格32

1.6 有色金属材料33

1.6.1 铝及其合金33

1.6.2 铜及其合金34

1.6.3 铅及其合金34

1.6.4 钛及其合金35

1.7 非金属材料35

1.7.1 无机非金属材料35

1.7.2 有机非金属材料36

1.8 化工设备的腐蚀及防腐措施37

1.8.1 金属的腐蚀38

1.8.2 晶间腐蚀和应力腐蚀41

1.8.3 金属腐蚀破坏的形式43

1.8.4 金属设备的防腐措施44

1.9 化工设备材料的选择45

1.9.1 选材的一般原则45

1.9.2 选材举例47

习题48

第2篇 化工容器设计51

第2章 容器设计的基础知识51

2.1 容器的分类与结构51

2.1.1 容器的分类51

2.1.2 容器的结构55

2.2 容器零部件的标准化55

2.2.1 标准化的意义55

2.2.2 容器零部件标准化的基本参数56

2.3 压力容器的安全监察57

2.3.1 压力容器安全监察的意义与监察范围57

2.3.2 压力容器相关的法规和标准58

2.3.3 我国压力容器常用法规标准简介59

2.4 容器机械设计的基本要求60

习题61

第3章 内压薄壁容器的应力分析63

3.1 回转壳体的应力分析——薄膜应力理论63

3.1.1 薄壁容器及其应力特点63

3.1.2 基本概念与基本假设64

3.1.3 经向应力计算公式——区域平衡方程式65

3.1.4 环向应力计算公式——微体平衡方程式67

3.1.5 轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围69

3.2 薄膜理论的应用69

3.2.1 受气体内压的圆筒形壳体69

3.2.2 受气体内压的球形壳体70

3.2.3 受气体内压的椭球壳（椭圆形封头）71

3.2.4 受气体内压的锥形壳体73

3.2.5 受气体内压的碟形壳（碟形封头）74

3.2.6 例题77

3.3 内压圆筒边缘应力的概念78

3.3.1 边缘应力的概念78

3.3.2 边缘应力的特点79

3.3.3 对边缘应力的处理80

习题81

第4章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计84

4.1 强度设计的基本知识84

4.1.1 关于弹性失效的设计准则84

4.1.2 强度理论及其相应的强度条件84

4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计86

4.2.1 强度计算公式86

4.2.2 设计参数的确定88

4.2.3 容器的厚度和最小厚度95

4.2.4 压力试验及其强度校核95

4.2.5 例题97

4.3 内压圆筒封头的设计99

4.3.1 半球形封头99

4.3.2 椭圆形封头100

4.3.3 碟形封头101

4.3.4 球冠形封头102

4.3.5 锥形封头103

4.3.6 平板封头109

4.3.7 例题113

4.3.8 封头的选择115

习题118

第5章 外压圆筒与封头的设计121

5.1 概述121

5.1.1 外压容器的失稳121

5.1.2 容器失稳型式的分类121

5.2 临界压力122

5.2.1 概念122

5.2.2 影响临界压力的因素122

5.2.3 长圆筒、短圆筒和刚性圆筒124

5.2.4 临界压力的理论计算公式125

5.2.5 临界长度126

5.3 外压圆筒的工程设计126

5.3.1 设计准则126

5.3.2 外压圆筒壁厚设计的图算法127

5.3.3 外压容器的试压135

5.3.4 例题135

5.4 外压球壳与凸形封头的设计136

5.4.1 外压球壳和球形封头的设计136

5.4.2 凸面受压封头的设计137

5.4.3 例题138

5.5 外压圆筒加强圈的设计139

5.5.1 加强圈的作用与结构139

5.5.2 加强圈的间距139

5.5.3 加强圈尺寸设计140

5.5.4 加强圈与圆筒间的连接140

5.5.5 例题141

习题143

第6章 容器零部件145

6.1 法兰联接145

6.1.1 法兰联接结构与密封原理145

6.1.2 法兰的结构与分类146

6.1.3 影响法兰密封的因素148

6.1.4 法兰标准及选用152

6.2 容器支座164

6.2.1 卧式容器支座165

6.2.2 立式容器支座171

6.3 容器的开孔补强173

6.3.1 开孔应力集中现象及其原因173

6.3.2 开孔补强设计的原则与补强结构175

6.3.3 等面积补强的设计方法178

6.3.4 例题181

6.4 容器附件182

6.4.1 接管182

6.4.2 凸缘183

6.4.3 手孔与人孔183

6.4.4 视镜184

6.5 容器设计举例184

6.5.1 罐体壁厚设计185

6.5.2 封头壁厚设计185

6.5.3 鞍座186

6.5.4 人孔186

6.5.5 人孔补强188

6.5.6 接管189

6.5.7 设备总装配图189

习题192

第3篇 典型化工设备的机械设计第7章 管壳式换热器的机械设计196

7.1 概述196

7.1.1 管壳式换热器的结构及主要零部件196

7.1.2 管壳式换热器的分类197

7.1.3 管壳式换热器机械设计内容198

7.2 管子的选用及其与管板的连接198

7.2.1 管子的选用198

7.2.2 管子与管板的连接199

7.3 管板结构202

7.3.1 换热管排列形式202

7.3.2 管间距203

7.3.3 管板受力及其设计方法简介203

7.3.4 管程的分程及管板与隔板的连接204

7.3.5 管板与壳体的连接结构206

7.4 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构207

7.4.1 折流板及支承板207

7.4.2 旁路挡板210

7.4.3 拦液板210

7.5 温差应力211

7.5.1 管壁与壳壁温度差引起的温差应力211

7.5.2 管子拉脱力的计算212

7.5.3 温差应力的补偿214

7.5.4 膨胀节的结构及设置217

7.6 管箱与壳程接管218

7.6.1 管箱218

7.6.2 壳程接管218

7.7 管壳式换热器的机械设计举例220

习题228

第8章 塔设备的机械设计230

8.1 塔体与裙座的机械设计231

8.1.1 塔体厚度的计算231

8.1.2 裙座设计240

8.2 塔体与裙座的机械设计举例247

8.2.1 设计条件247

8.2.2 按计算压力计算塔体和封头厚度249

8.2.3 塔设备质量载荷计算249

8.2.4 风载荷和风弯矩计算251

8.2.5 地震弯矩计算253

8.2.6 偏心弯矩计算254

8.2.7 各种载荷引起的轴向应力254

8.2.8 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核255

8.2.9 塔体水压试验和吊装时的应力校核257

8.2.10 基础环设计258

8.2.11 地脚螺栓计算259

8.3 板式塔结构259

8.3.1 总体结构259

8.3.2 塔盘结构261

8.3.3 塔盘的支承265

8.4 填料塔结构267

8.4.1 喷淋装置267

8.4.2 液体再分布器270

8.4.3 支承结构271

习题272

第9章 搅拌器的机械设计276

9.1 概述276

9.2 搅拌器的型式及选型277

9.3 搅拌器的功率279

9.3.1 搅拌器功率和搅拌器作业功率279

9.3.2 影响搅拌器功率的因素280

9.3.3 从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率280

9.4 搅拌罐结构设计281

9.4.1 罐体的尺寸确定281

9.4.2 顶盖的结构283

9.5 传动装置及搅拌轴285

9.5.1 传动装置285

9.5.2 轴的计算287

9.6 轴封288

9.6.1 填料密封288

9.6.2 机械密封289

附录291

附录1 常用金属材料的物理性能291

附录2 优质碳素结构钢的钢号和化学成分（GB711—88）293

附录3 锅炉钢板的力学性能294

附录4 容器钢的化学成分和力学性能295

附录5 国内常用耐热钢的化学成分、热处理状态、力学性能及用途298

附录6 钢板、钢管、锻件和螺栓的高温力学性能300

附录7 缝钢管的尺寸范围及常用系列306

附录8 螺栓螺母材料组合及适用温度范围307

附录9 钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力308

附录10 热轧钢板的尺寸规格（GB709—88）320

附录11 图5-5和图5-7～图5-14数据表（GB150—1998）322

附录12 长颈法兰的最大允许工作压力（JB4700—2000）329

附录13 甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺栓材料的选用330

附录14 甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列333

附录15 管法兰标准（HG20592～20593—97）338

附录16 鞍式支座标准（JB/T4712—92）352

附录17 耳式支座标准（JB/T4725—92）362

附录18 裙座上开设人孔处的断面模数及面积364

附录19 裙座标准系列尺寸365

参考文献368