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目次
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商品簡介
《高等學校教材：化工設備機械基礎（第4版）》為第四版，根據最新的國家標準，對本書第三版進行了修訂。內容分為力學基礎、壓力容器、典型化工設備三篇。主要介紹板殼力學基礎理論，金屬材料的基本知識，中、低壓力容器和典型化工設備的強度計算方法、結構設計、有關的標準和規範等。配有習題、例題、內容實用，講述深入淺出，便於自學。
《高等學校教材：化工設備機械基礎（第4版）》為化工工藝專業及環保、制藥等相關專業使用的綜合性機械基礎課程教材，也可供相關專業技術人員參考。
目次
第一篇 力學基礎
1 剛體的受力分析及其平衡規律 1
1.1 力的概念及其性質 2
1.1.1 力的概念 2
1.1.2 力的基本性質 2
1.2 剛體的受力分析 5
1.2.1 約束和約束反力 5
1.2.2 剛體受力分析要領 8
1.3 平面匯交力系的簡化與平衡 8
1.3.1 平面匯交力系的簡化 8
1.3.2 平面匯交力系的平衡條件 10
1.4 力矩、力偶、力的平移定理 12
1.4.1 力矩的概念 12
1.4.2 力偶 12
1.4.3 力的平移定理——力與力偶的聯系 14
1.5 平面一般力系的簡化與平衡 15
1.5.1 平面一般力系的簡化 15
1.5.2 平面一般力系的平衡條件 16
1.5.3 固定端約束的受力分析 18
1.6 靜力學問題求解方法小結 20
1.6.1 如何確定研究對象 20
1.6.2 如何畫分離體受力圖 20
1.6.3 如何建立直角坐標系 20
1.6.4 如何應用靜力平衡方程 20
1.6.5 靜力學能夠解決問題的范圍 21
本章小結 21
檢測題 22
習題 23
2 金屬的力學性能 27
2.1 彈性體的變形與內力 27
2.1.1 變形與內力的概念 27
2.1.2 變形的度量 27
2.1.3 直桿受拉（壓）時的內力 28
2.1.4 受拉（壓）直桿內的應力 30
2.2 材料的力學性能 31
2.2.1 拉伸試驗 32
2.2.2 壓縮試驗 36
2.2.3 溫度對材料的力學性能的影響 37
2.2.4 金屬的缺口沖擊試驗 39
2.2.5 硬度試驗 40
2.2.6 彎曲試驗 41
2.3 金屬材料拉伸與沖擊試驗的新標準簡介 42
2.3.1 GB/T 228—2002 42
2.3.2 GB/T 229—2007 44
本章小結 44
檢測題 45
習題 46
3 受拉（壓）構件的強度計算與受剪切構件的實用計算 48
3.1 受拉直桿的強度計算 48
3.1.1 強度條件的建立與許用應力的確定 48
3.1.2 強度條件應用舉例 49
3.2 拉（壓）桿連接部分的剪切和擠壓強度計算 50
3.2.1 剪切變形與剪力 50
3.2.2 連接零件剪切強度的實用計算 51
3.2.3 某些連接零件的擠壓強度計算 52
本章小結 54
檢測題 55
習題 55
4 直梁的彎曲 57
4.1 彎曲概念與梁的分類 57
4.1.1 彎曲變形的宏觀表現與實例 57
4.1.2 梁的幾何形狀和名稱 57
4.1.3 梁上的外力、梁的支座及分類 58
4.2 梁的內力分析 60
4.2.1 梁橫截面內的兩種內力 60
4.2.2 剪力與彎矩的計算 62
4.3 純彎曲時梁的正應力及正應力強度條件 67
4.3.1 梁橫截面內任意指定點處的正應力 68
4.3.2 正應力的強度條件 72
4.3.3 梁的合理截面 76
4.4 直梁彎曲時的切應力 76
4.4.1 矩形截面梁 77
4.4.2 工字形截面梁 77
4.4.3 環形截面梁 77
4.4.4 實心圓截面梁 78
4.5 梁的變形——梁彎曲時的位移 79
4.5.1 梁的撓度和轉角 79
4.5.2 梁的彈性曲線 79
4.5.3 梁的剛度校核 80
本章小結 82
習題 84
5 圓軸的扭轉 86
5.1 圓軸扭轉時所受外力的分析與計算 86
5.1.1 攪拌軸的三項功能 86
5.1.2 n、P、m之間的關系 87
5.2 純剪切、角應變、剪切虎克定律 87
5.2.1 純剪切 87
5.2.2 角應變 89
5.2.3 剪切虎克定律 89
5.3 圓軸在外力偶作用下的變形與內力 90
5.3.1 變形分析 90
5.3.2 扭轉切應力及其分布規律 91
5.3.3 橫截面的內力矩——扭矩 91
5.3.4 扭矩與扭轉變形dφdx之間的關系 91
5.3.5 扭轉切應力的計算公式 92
5.3.6 扭轉角的計算 92
5.4 圓軸扭轉時的強度條件與剛度條件 93
5.4.1 圓軸扭轉時的強度條件 93
5.4.2 圓軸扭轉時的剛度條件 93
本章小結 96
檢測題 97
習題 98
第二篇 壓力容器
6 壓力容器與化工設備常用材料 100
6.1 金屬的晶體結構 100
6.1.1 金屬原子結構的特點與金屬鍵 100
6.1.2 金屬的晶體結構 100
6.2 鐵碳合金 102
6.2.1 什么是鐵碳合金 102
6.2.2 鐵碳平衡狀態圖 103
6.2.3 過冷奧氏體的恒溫轉變 104
6.2.4 鋼的熱處理 106
6.3 鋼的分類 108
6.3.1 碳素鋼 108
6.3.2 低合金鋼 110
6.3.3 高合金鋼 112
6.4 鋼板 116
6.4.1 鋼板的尺寸和允許偏差 116
6.4.2 碳素鋼與低合金鋼鋼板 117
6.4.3 不銹鋼、耐熱鋼鋼板 121
6.5 鋼管 125
6.5.1 鋼管分類及其標準 125
6.5.2 鋼管的尺寸 125
6.5.3 鋼管的鋼號、性能和應用 127
6.5.4 鋼管的檢驗與驗收 130
6.6 鍛件與緊固件 132
6.6.1 鍛件 132
6.6.2 緊固件 136
6.7 鑄鐵 139
6.7.1 鑄鐵的分類與代號（GB/T 5162—2008） 139
6.7.2 灰鑄鐵（GB/T 9439—2010） 140
6.7.3 球墨鑄鐵（GB/T 1348—2009） 144
6.7.4 蠕墨鑄鐵 148
6.7.5 可鍛鑄鐵（GB 9440—2009） 150
6.7.6 高硅耐蝕鑄鐵（GB/T 8491—2009） 152
6.7.7 耐熱鑄鐵（GB 9437—2009） 153
6.7.8 鑄鐵用于壓力容器時的規定 157
6.8 銅及銅合金 157
6.8.1 加工銅 157
6.8.2 加工黃銅 157
6.8.3 青銅 158
6.8.4 白銅 159
6.8.5 鑄造銅合金 159
6.8.6 銅及銅合金用于壓力容器時的規定 160
6.9 鋁及鋁合金 160
6.9.1 變形鋁及鋁合金的分類和牌號 160
6.9.2 變形鋁及鋁合金的性能和用途 162
6.10 鈦及鈦合金 162
6.10.1 分類與牌號 162
6.10.2 性能特點 163
6.10.3 應用 164
6.11 金屬的腐蝕與防護 164
6.11.1 腐蝕的定義及分類 164
6.11.2 常見的幾種腐蝕及其控制方法 165
習題 170
7 壓力容器中的薄膜應力、彎曲應力與二次應力 171
7.1 回轉殼體中的薄膜應力 171
7.1.1 容器殼體的幾何特點 171
7.1.2 回轉殼體中的拉伸應力 172
7.2 圓形平板承受均布載荷時的彎曲應力 177
7.2.1 平板的變形與內力分析 177
7.2.2 彎曲應力與薄膜應力的比較和結論 180
7.3 邊界區內的二次應力 180
7.3.1 邊界應力產生的原因 180
7.3.2 影響邊界應力大小的因素 181
7.3.3 邊界應力的性質 182
7.3.4 回轉殼體內部的邊界應力 182
7.4 強度條件 182
7.4.1 對薄膜應力的限制（即薄膜應力強度條件） 182
7.4.2 對一次彎曲應力的限制 186
7.4.3 對二次應力的限制 188
本章小結 189
檢測題 190
習題 191
8 內壓容器 192
8.1 設計參數的確定（GB 150.3—2011） 192
8.1.1 容器直徑 192
8.1.2 工作壓力與設計壓力p 192
8.1.3 設計溫度t 193
8.1.4 計算壓力pc 194
8.1.5 許用應力〔σ〕t 194
8.1.6 焊接接頭系數φ 209
8.2 內壓容器筒體與封頭厚度的計算 210
8.2.1 內壓圓筒的五種厚度及其確定方法 210
8.2.2 內壓凸形封頭厚度計算 213
8.2.3 內壓錐形封頭厚度計算 217
8.2.4 平板形封頭 221
8.2.5 計算厚度的通用式 223
8.3 在用壓力容器的強度校核 223
8.3.1 在用壓力容器強度校核的原則 223
8.3.2 強度校核的思路、公式和舉例 223
8.3.3 在用壓力容器的許用內壓表 225
8.4 容器筒體與封頭的尺寸和質量 227
8.4.1 圓柱形筒體的容積、內表面積和質量 227
8.4.2 標準橢圓形封頭的容積、內表面積和質量 228
8.4.3 錐形封頭的幾何量與質量 230
8.5 容器殼體在材料使用上的規定 233
8.5.1 鋼板用前的驗收 233
8.5.2 壓力容器在選材、用材上的規定 234
本章小結 236
檢測題 239
習題 240
9 外壓容器與壓桿的穩定計算 242
9.1 穩定的概念與實例 242
9.1.1 穩定的概念 242
9.1.2 “穩定”問題實例 242
9.2 外壓圓筒環向穩定計算 243
9.2.1 臨界壓力的計算 243
9.2.2 材料的σ.ε曲線（即R.A曲線）在穩定計算中的應用 245
9.2.3 許用外壓的計算 247
9.3 封頭的穩定計算 254
9.3.1 外壓球殼與凸形封頭的穩定計算 254
9.3.2 外壓帶折邊錐形封頭的穩定計算 257
9.3.3 防止內壓凸形封頭失穩的規定 259
9.4 真空容器加強圈的計算 259
9.4.1 真空容器加強圈所需最小截面慣性矩的計算 260
9.4.2 真空容器加強圈實際提供的截面慣性矩的計算 262
9.5 壓桿穩定計算簡介 265
9.5.1 理想壓桿的臨界載荷 265
9.5.2 臨界應力歐拉公式的適用范圍 266
9.5.3 柔度λ<λp的壓桿臨界應力的計算 267
9.5.4 壓桿穩定的實用計算 268
9.6 圓筒的軸向穩定校核 271
9.6.1 什么情況下需要校核圓筒的軸向穩定性 271
9.6.2 軸向穩定許用應力的確定 272
本章小結 273
檢測題 274
習題 274
10 法蘭連接 276
10.1 壓力容器法蘭連接 276
10.1.1 法蘭連接的密封原理 276
10.1.2 法蘭連接受力分析及其實用結論 276
10.1.3 壓力容器法蘭標準（JB/T 4700～4707—2000） 278
10.2 管法蘭連接 302
10.2.1 管法蘭（HG/T 20592—2009） 302
10.2.2 管法蘭連接用密封墊片 332
10.2.3 鋼制法蘭用緊固件 344
11 人孔、手孔、視鏡和液面計 353
11.1 人孔和手孔 353
11.1.1 容器上開設人孔、手孔的規定 353
11.1.2 鋼制人孔和手孔 353
11.1.3 不銹鋼人孔、手孔（HG 21594—21604） 373
11.2 視鏡與液面計 377
11.2.1 視鏡 377
11.2.2 液面計 381
12 開孔補強與設備凸緣 384
12.1 開孔補強 384
12.1.1 問題的提出——容器接管附近的應力集中 384
12.1.2 補強結構與計算 386
12.1.3 容器上開孔及補強的有關規定 396
12.2 設備凸緣 397
12.2.1 法蘭凸緣 397
12.2.2 管螺紋凸緣 399
13 容器支座 400
13.1 臥式容器支座（JB/T 4712.1—2007） 400
13.1.1 鞍式支座的結構與類型 400
13.1.2 鞍座尺寸與質量 401
13.1.3 鞍座的選用 404
13.1.4 鞍座標記 407
13.2 立式容器支座 407
13.2.1 耳式支座（JB/T 4712.3—2007） 407
13.2.2 支承式支座（JB/T 4712.4—2007） 414
13.2.3 腿式支座（JB/T 4712.2—2007） 419
14 容器的焊接結構 428
14.1 焊接接頭及其分類 428
14.1.1 焊接接頭 428
14.1.2 壓力容器上的焊接接頭分類 430
14.2 壓力容器中的焊接接頭（GB 150.3—2011HG/T 20583—2011） 431
14.2.1 筒體的縱、環向，鋼板拼接對接接頭 431
14.2.2 筒體與封頭連接的非對接接頭 434
14.2.3 容器法蘭與筒體連接的焊接接頭 435
14.2.4 管法蘭與接管的焊接接頭 436
14.2.5 接管與殼體的焊接接頭 437
14.2.6 法蘭凸緣與殼體的焊接接頭 441
14.3 焊接結構 443
14.3.1 設計原則 443
14.3.2 焊縫選擇 443
14.4 焊接接頭的檢驗 443
14.4.1 焊接接頭缺陷 443
14.4.2 焊接檢驗要點 444
14.5 焊接材料 445
15 壓力容器監察管理 449
15.1 壓力容器監察管理的重要文件 449
15.2 壓力容器劃類與分類管理 450
15.2.1 廣義壓力容器與管轄壓力容器 450
15.2.2 《固容規》所管轄（適用）的壓力容器 450
15.2.3 《固容規》對壓力容器范圍的界定 451
15.2.4 《固容規》對壓力容器的劃類 451
15.2.5 壓力容器的設計管理 454
15.2.6 壓力容器的制造管理 455
15.2.7 壓力容器的使用管理 456
15.3 壓力容器的定期檢驗 456
15.3.1 定期檢驗的目的 456
15.3.2 定期檢驗的依據 457
15.3.3 檢驗周期 457
15.3.4 壓力容器的安全狀況等級 458
15.3.5 基于風險檢測（RBI） 459
15.4 壓力容器的壓力試驗及泄漏試驗 459
15.4.1 耐壓試驗 459
15.4.2 泄漏試驗 460
第三篇 典型化工設備
16 管殼式換熱器 462
16.1 管殼式換熱器的總體結構 462
16.1.1 固定管板式換熱器 462
16.1.2 浮頭式換熱器 462
16.1.3 U形管式換熱器 465
16.1.4 填料函式換熱器 466
16.2 管殼式換熱器的主要零部件 467
16.2.1 殼體 467
16.2.2 管箱 472
16.2.3 管束 472
16.2.4 管板 477
16.2.5 波形膨脹節 480
16.2.6 折流板和支持板及其固定結構 487
16.2.7 其他結構 490
17 板式塔 492
17.1 概述 492
17.2 整塊式塔盤的板式塔 492
17.2.1 定距管支承式塔盤 493
17.2.2 重疊式塔盤 494
17.2.3 塔盤圈與密封結構 497
17.2.4 降液管、溢流堰、出口液封盤 499
17.3 分塊式塔盤板式塔 499
17.3.1 組裝結構 499
17.3.2 塔盤板與通道板 500
17.3.3 分塊式塔盤的支持結構 501
17.3.4 塔盤、出口堰、降液板、受液盤的固定 501
17.4 板式塔的其他結構 508
17.4.1 板式塔盤上的進料管 508
17.4.2 塔頂吊柱 509
17.4.3 裙式支座 512
17.4.4 塔的保溫裝置 514
17.5 塔的機械設計 516
17.5.1 塔體承受的各種載荷計算 516
17.5.2 筒體的強度及穩定性校核 517
17.5.3 裙座的強度及穩定性校核 518
附錄A 型鋼（GB/T 706—2008） 519
附錄B 石油化工壓力容器法蘭用墊片（HG/T 20583—2011） 529
附錄C 石油化工容器接管法蘭用墊片（HG/T 20583—2011） 531
附錄D 金屬和非金屬墊片的耐化學品性能（HG/T 20583—2011） 535
附錄E 圖9.7曲線數據表（GB 150.3—2011） 538
附錄F 標準目錄 541
F.1 TSG.特種設備安全技術規范與壓力容器設計 541
F.2 碳素鋼與低合金鋼及板材 541
F.3 不銹鋼和耐熱鋼及板材 541
F.4無縫鋼管與焊接鋼管 542
F.5 復合鋼板 542
F.6 鑄鐵 542
F.7 有色金屬 542
F.8 鍛件 543
F.9 緊固件 543
F.10 力學性能試驗 543
F.11 容器法蘭 543
F.12 管法蘭 544
F.13 人孔、手孔 544
F.14 支座 544
F.15 視鏡與液面計 545
F.16 焊接 545
F.17 補強圈、補強管 545
F.18 介質毒性 545
F.19 壓力容器封頭 545
檢測題與習題的參考答案 546
1 剛體的受力分析及其平衡規律 1
1.1 力的概念及其性質 2
1.1.1 力的概念 2
1.1.2 力的基本性質 2
1.2 剛體的受力分析 5
1.2.1 約束和約束反力 5
1.2.2 剛體受力分析要領 8
1.3 平面匯交力系的簡化與平衡 8
1.3.1 平面匯交力系的簡化 8
1.3.2 平面匯交力系的平衡條件 10
1.4 力矩、力偶、力的平移定理 12
1.4.1 力矩的概念 12
1.4.2 力偶 12
1.4.3 力的平移定理——力與力偶的聯系 14
1.5 平面一般力系的簡化與平衡 15
1.5.1 平面一般力系的簡化 15
1.5.2 平面一般力系的平衡條件 16
1.5.3 固定端約束的受力分析 18
1.6 靜力學問題求解方法小結 20
1.6.1 如何確定研究對象 20
1.6.2 如何畫分離體受力圖 20
1.6.3 如何建立直角坐標系 20
1.6.4 如何應用靜力平衡方程 20
1.6.5 靜力學能夠解決問題的范圍 21
本章小結 21
檢測題 22
習題 23
2 金屬的力學性能 27
2.1 彈性體的變形與內力 27
2.1.1 變形與內力的概念 27
2.1.2 變形的度量 27
2.1.3 直桿受拉（壓）時的內力 28
2.1.4 受拉（壓）直桿內的應力 30
2.2 材料的力學性能 31
2.2.1 拉伸試驗 32
2.2.2 壓縮試驗 36
2.2.3 溫度對材料的力學性能的影響 37
2.2.4 金屬的缺口沖擊試驗 39
2.2.5 硬度試驗 40
2.2.6 彎曲試驗 41
2.3 金屬材料拉伸與沖擊試驗的新標準簡介 42
2.3.1 GB/T 228—2002 42
2.3.2 GB/T 229—2007 44
本章小結 44
檢測題 45
習題 46
3 受拉（壓）構件的強度計算與受剪切構件的實用計算 48
3.1 受拉直桿的強度計算 48
3.1.1 強度條件的建立與許用應力的確定 48
3.1.2 強度條件應用舉例 49
3.2 拉（壓）桿連接部分的剪切和擠壓強度計算 50
3.2.1 剪切變形與剪力 50
3.2.2 連接零件剪切強度的實用計算 51
3.2.3 某些連接零件的擠壓強度計算 52
本章小結 54
檢測題 55
習題 55
4 直梁的彎曲 57
4.1 彎曲概念與梁的分類 57
4.1.1 彎曲變形的宏觀表現與實例 57
4.1.2 梁的幾何形狀和名稱 57
4.1.3 梁上的外力、梁的支座及分類 58
4.2 梁的內力分析 60
4.2.1 梁橫截面內的兩種內力 60
4.2.2 剪力與彎矩的計算 62
4.3 純彎曲時梁的正應力及正應力強度條件 67
4.3.1 梁橫截面內任意指定點處的正應力 68
4.3.2 正應力的強度條件 72
4.3.3 梁的合理截面 76
4.4 直梁彎曲時的切應力 76
4.4.1 矩形截面梁 77
4.4.2 工字形截面梁 77
4.4.3 環形截面梁 77
4.4.4 實心圓截面梁 78
4.5 梁的變形——梁彎曲時的位移 79
4.5.1 梁的撓度和轉角 79
4.5.2 梁的彈性曲線 79
4.5.3 梁的剛度校核 80
本章小結 82
習題 84
5 圓軸的扭轉 86
5.1 圓軸扭轉時所受外力的分析與計算 86
5.1.1 攪拌軸的三項功能 86
5.1.2 n、P、m之間的關系 87
5.2 純剪切、角應變、剪切虎克定律 87
5.2.1 純剪切 87
5.2.2 角應變 89
5.2.3 剪切虎克定律 89
5.3 圓軸在外力偶作用下的變形與內力 90
5.3.1 變形分析 90
5.3.2 扭轉切應力及其分布規律 91
5.3.3 橫截面的內力矩——扭矩 91
5.3.4 扭矩與扭轉變形dφdx之間的關系 91
5.3.5 扭轉切應力的計算公式 92
5.3.6 扭轉角的計算 92
5.4 圓軸扭轉時的強度條件與剛度條件 93
5.4.1 圓軸扭轉時的強度條件 93
5.4.2 圓軸扭轉時的剛度條件 93
本章小結 96
檢測題 97
習題 98
第二篇 壓力容器
6 壓力容器與化工設備常用材料 100
6.1 金屬的晶體結構 100
6.1.1 金屬原子結構的特點與金屬鍵 100
6.1.2 金屬的晶體結構 100
6.2 鐵碳合金 102
6.2.1 什么是鐵碳合金 102
6.2.2 鐵碳平衡狀態圖 103
6.2.3 過冷奧氏體的恒溫轉變 104
6.2.4 鋼的熱處理 106
6.3 鋼的分類 108
6.3.1 碳素鋼 108
6.3.2 低合金鋼 110
6.3.3 高合金鋼 112
6.4 鋼板 116
6.4.1 鋼板的尺寸和允許偏差 116
6.4.2 碳素鋼與低合金鋼鋼板 117
6.4.3 不銹鋼、耐熱鋼鋼板 121
6.5 鋼管 125
6.5.1 鋼管分類及其標準 125
6.5.2 鋼管的尺寸 125
6.5.3 鋼管的鋼號、性能和應用 127
6.5.4 鋼管的檢驗與驗收 130
6.6 鍛件與緊固件 132
6.6.1 鍛件 132
6.6.2 緊固件 136
6.7 鑄鐵 139
6.7.1 鑄鐵的分類與代號（GB/T 5162—2008） 139
6.7.2 灰鑄鐵（GB/T 9439—2010） 140
6.7.3 球墨鑄鐵（GB/T 1348—2009） 144
6.7.4 蠕墨鑄鐵 148
6.7.5 可鍛鑄鐵（GB 9440—2009） 150
6.7.6 高硅耐蝕鑄鐵（GB/T 8491—2009） 152
6.7.7 耐熱鑄鐵（GB 9437—2009） 153
6.7.8 鑄鐵用于壓力容器時的規定 157
6.8 銅及銅合金 157
6.8.1 加工銅 157
6.8.2 加工黃銅 157
6.8.3 青銅 158
6.8.4 白銅 159
6.8.5 鑄造銅合金 159
6.8.6 銅及銅合金用于壓力容器時的規定 160
6.9 鋁及鋁合金 160
6.9.1 變形鋁及鋁合金的分類和牌號 160
6.9.2 變形鋁及鋁合金的性能和用途 162
6.10 鈦及鈦合金 162
6.10.1 分類與牌號 162
6.10.2 性能特點 163
6.10.3 應用 164
6.11 金屬的腐蝕與防護 164
6.11.1 腐蝕的定義及分類 164
6.11.2 常見的幾種腐蝕及其控制方法 165
習題 170
7 壓力容器中的薄膜應力、彎曲應力與二次應力 171
7.1 回轉殼體中的薄膜應力 171
7.1.1 容器殼體的幾何特點 171
7.1.2 回轉殼體中的拉伸應力 172
7.2 圓形平板承受均布載荷時的彎曲應力 177
7.2.1 平板的變形與內力分析 177
7.2.2 彎曲應力與薄膜應力的比較和結論 180
7.3 邊界區內的二次應力 180
7.3.1 邊界應力產生的原因 180
7.3.2 影響邊界應力大小的因素 181
7.3.3 邊界應力的性質 182
7.3.4 回轉殼體內部的邊界應力 182
7.4 強度條件 182
7.4.1 對薄膜應力的限制（即薄膜應力強度條件） 182
7.4.2 對一次彎曲應力的限制 186
7.4.3 對二次應力的限制 188
本章小結 189
檢測題 190
習題 191
8 內壓容器 192
8.1 設計參數的確定（GB 150.3—2011） 192
8.1.1 容器直徑 192
8.1.2 工作壓力與設計壓力p 192
8.1.3 設計溫度t 193
8.1.4 計算壓力pc 194
8.1.5 許用應力〔σ〕t 194
8.1.6 焊接接頭系數φ 209
8.2 內壓容器筒體與封頭厚度的計算 210
8.2.1 內壓圓筒的五種厚度及其確定方法 210
8.2.2 內壓凸形封頭厚度計算 213
8.2.3 內壓錐形封頭厚度計算 217
8.2.4 平板形封頭 221
8.2.5 計算厚度的通用式 223
8.3 在用壓力容器的強度校核 223
8.3.1 在用壓力容器強度校核的原則 223
8.3.2 強度校核的思路、公式和舉例 223
8.3.3 在用壓力容器的許用內壓表 225
8.4 容器筒體與封頭的尺寸和質量 227
8.4.1 圓柱形筒體的容積、內表面積和質量 227
8.4.2 標準橢圓形封頭的容積、內表面積和質量 228
8.4.3 錐形封頭的幾何量與質量 230
8.5 容器殼體在材料使用上的規定 233
8.5.1 鋼板用前的驗收 233
8.5.2 壓力容器在選材、用材上的規定 234
本章小結 236
檢測題 239
習題 240
9 外壓容器與壓桿的穩定計算 242
9.1 穩定的概念與實例 242
9.1.1 穩定的概念 242
9.1.2 “穩定”問題實例 242
9.2 外壓圓筒環向穩定計算 243
9.2.1 臨界壓力的計算 243
9.2.2 材料的σ.ε曲線（即R.A曲線）在穩定計算中的應用 245
9.2.3 許用外壓的計算 247
9.3 封頭的穩定計算 254
9.3.1 外壓球殼與凸形封頭的穩定計算 254
9.3.2 外壓帶折邊錐形封頭的穩定計算 257
9.3.3 防止內壓凸形封頭失穩的規定 259
9.4 真空容器加強圈的計算 259
9.4.1 真空容器加強圈所需最小截面慣性矩的計算 260
9.4.2 真空容器加強圈實際提供的截面慣性矩的計算 262
9.5 壓桿穩定計算簡介 265
9.5.1 理想壓桿的臨界載荷 265
9.5.2 臨界應力歐拉公式的適用范圍 266
9.5.3 柔度λ<λp的壓桿臨界應力的計算 267
9.5.4 壓桿穩定的實用計算 268
9.6 圓筒的軸向穩定校核 271
9.6.1 什么情況下需要校核圓筒的軸向穩定性 271
9.6.2 軸向穩定許用應力的確定 272
本章小結 273
檢測題 274
習題 274
10 法蘭連接 276
10.1 壓力容器法蘭連接 276
10.1.1 法蘭連接的密封原理 276
10.1.2 法蘭連接受力分析及其實用結論 276
10.1.3 壓力容器法蘭標準（JB/T 4700～4707—2000） 278
10.2 管法蘭連接 302
10.2.1 管法蘭（HG/T 20592—2009） 302
10.2.2 管法蘭連接用密封墊片 332
10.2.3 鋼制法蘭用緊固件 344
11 人孔、手孔、視鏡和液面計 353
11.1 人孔和手孔 353
11.1.1 容器上開設人孔、手孔的規定 353
11.1.2 鋼制人孔和手孔 353
11.1.3 不銹鋼人孔、手孔（HG 21594—21604） 373
11.2 視鏡與液面計 377
11.2.1 視鏡 377
11.2.2 液面計 381
12 開孔補強與設備凸緣 384
12.1 開孔補強 384
12.1.1 問題的提出——容器接管附近的應力集中 384
12.1.2 補強結構與計算 386
12.1.3 容器上開孔及補強的有關規定 396
12.2 設備凸緣 397
12.2.1 法蘭凸緣 397
12.2.2 管螺紋凸緣 399
13 容器支座 400
13.1 臥式容器支座（JB/T 4712.1—2007） 400
13.1.1 鞍式支座的結構與類型 400
13.1.2 鞍座尺寸與質量 401
13.1.3 鞍座的選用 404
13.1.4 鞍座標記 407
13.2 立式容器支座 407
13.2.1 耳式支座（JB/T 4712.3—2007） 407
13.2.2 支承式支座（JB/T 4712.4—2007） 414
13.2.3 腿式支座（JB/T 4712.2—2007） 419
14 容器的焊接結構 428
14.1 焊接接頭及其分類 428
14.1.1 焊接接頭 428
14.1.2 壓力容器上的焊接接頭分類 430
14.2 壓力容器中的焊接接頭（GB 150.3—2011HG/T 20583—2011） 431
14.2.1 筒體的縱、環向，鋼板拼接對接接頭 431
14.2.2 筒體與封頭連接的非對接接頭 434
14.2.3 容器法蘭與筒體連接的焊接接頭 435
14.2.4 管法蘭與接管的焊接接頭 436
14.2.5 接管與殼體的焊接接頭 437
14.2.6 法蘭凸緣與殼體的焊接接頭 441
14.3 焊接結構 443
14.3.1 設計原則 443
14.3.2 焊縫選擇 443
14.4 焊接接頭的檢驗 443
14.4.1 焊接接頭缺陷 443
14.4.2 焊接檢驗要點 444
14.5 焊接材料 445
15 壓力容器監察管理 449
15.1 壓力容器監察管理的重要文件 449
15.2 壓力容器劃類與分類管理 450
15.2.1 廣義壓力容器與管轄壓力容器 450
15.2.2 《固容規》所管轄（適用）的壓力容器 450
15.2.3 《固容規》對壓力容器范圍的界定 451
15.2.4 《固容規》對壓力容器的劃類 451
15.2.5 壓力容器的設計管理 454
15.2.6 壓力容器的制造管理 455
15.2.7 壓力容器的使用管理 456
15.3 壓力容器的定期檢驗 456
15.3.1 定期檢驗的目的 456
15.3.2 定期檢驗的依據 457
15.3.3 檢驗周期 457
15.3.4 壓力容器的安全狀況等級 458
15.3.5 基于風險檢測（RBI） 459
15.4 壓力容器的壓力試驗及泄漏試驗 459
15.4.1 耐壓試驗 459
15.4.2 泄漏試驗 460
第三篇 典型化工設備
16 管殼式換熱器 462
16.1 管殼式換熱器的總體結構 462
16.1.1 固定管板式換熱器 462
16.1.2 浮頭式換熱器 462
16.1.3 U形管式換熱器 465
16.1.4 填料函式換熱器 466
16.2 管殼式換熱器的主要零部件 467
16.2.1 殼體 467
16.2.2 管箱 472
16.2.3 管束 472
16.2.4 管板 477
16.2.5 波形膨脹節 480
16.2.6 折流板和支持板及其固定結構 487
16.2.7 其他結構 490
17 板式塔 492
17.1 概述 492
17.2 整塊式塔盤的板式塔 492
17.2.1 定距管支承式塔盤 493
17.2.2 重疊式塔盤 494
17.2.3 塔盤圈與密封結構 497
17.2.4 降液管、溢流堰、出口液封盤 499
17.3 分塊式塔盤板式塔 499
17.3.1 組裝結構 499
17.3.2 塔盤板與通道板 500
17.3.3 分塊式塔盤的支持結構 501
17.3.4 塔盤、出口堰、降液板、受液盤的固定 501
17.4 板式塔的其他結構 508
17.4.1 板式塔盤上的進料管 508
17.4.2 塔頂吊柱 509
17.4.3 裙式支座 512
17.4.4 塔的保溫裝置 514
17.5 塔的機械設計 516
17.5.1 塔體承受的各種載荷計算 516
17.5.2 筒體的強度及穩定性校核 517
17.5.3 裙座的強度及穩定性校核 518
附錄A 型鋼（GB/T 706—2008） 519
附錄B 石油化工壓力容器法蘭用墊片（HG/T 20583—2011） 529
附錄C 石油化工容器接管法蘭用墊片（HG/T 20583—2011） 531
附錄D 金屬和非金屬墊片的耐化學品性能（HG/T 20583—2011） 535
附錄E 圖9.7曲線數據表（GB 150.3—2011） 538
附錄F 標準目錄 541
F.1 TSG.特種設備安全技術規范與壓力容器設計 541
F.2 碳素鋼與低合金鋼及板材 541
F.3 不銹鋼和耐熱鋼及板材 541
F.4無縫鋼管與焊接鋼管 542
F.5 復合鋼板 542
F.6 鑄鐵 542
F.7 有色金屬 542
F.8 鍛件 543
F.9 緊固件 543
F.10 力學性能試驗 543
F.11 容器法蘭 543
F.12 管法蘭 544
F.13 人孔、手孔 544
F.14 支座 544
F.15 視鏡與液面計 545
F.16 焊接 545
F.17 補強圈、補強管 545
F.18 介質毒性 545
F.19 壓力容器封頭 545
檢測題與習題的參考答案 546
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