過程設備設計

本書是“十二五”普通高等教育本科規劃教材。在修訂過程中仍保留了第三版的編排結構，以及由淺入深、內容豐富、突出基本概念和設計思想的風格，補充和修改了部分內容，增加了部分新內容，以反映過程設備的新成果。

全書分緒論、壓力容器篇和過程設備篇。在緒論中綜合介紹過程設備特點、基本要求和設計內涵；壓力容器篇包括壓力容器結構、應力分析、材料及時間和環境對其性能的影響、設計準則、常規設計、分析設計和疲勞設計等；過程設備篇包括儲運設備、換熱設備、塔設備和反應設備。

本書適合作為“過程裝備與控制工程”專業的教材或教學參考資料，也可供其他專業選用和社會讀者閲讀。 ^[1] 

緒論

1 壓力容器導言

1.1 壓力容器總體結構

1.1.1 壓力容器基本組成

1.1.2 壓力容器零部件間的焊接

1.2 壓力容器分類

1.2.1 介質危害性

1.2.2 壓力容器分類

1.3 壓力容器規範標準

1.3.1 國外主要規範標準簡介

1.3.2 國內主要規範標準介紹

思考題

2 壓力容器應力分析

2.1 載荷分析

2.1.1 載荷

2.1.2 載荷工況

2.2 迴轉薄殼應力分析

2.2.1 薄壁圓筒的應力

2.2.2 迴轉薄殼的無力矩理論

2.2.3 無力矩理論的基本方程

2.2.4 無力矩理論的應用

2.2.5 迴轉薄殼的不連續分析

2.3 厚壁圓筒應力分析

2.3.1 彈性應力

2.3.2 彈塑性應力

2.3.3 屈服壓力和爆破壓力

2.3.4 提高屈服承載能力的措施

2.4 平板應力分析

2.4.1 概述

2.4.2 圓平板對稱彎曲微分方程

2.4.3 圓平板中的應力

2.4.4 承受軸對稱載荷時環板中的應力

2.5 殼體屈曲分析

2.5.1 概述

2.5.2 均布軸壓圓筒的臨界應力

2.5.3 周向受外壓圓筒的臨界壓力

2.5.4 其他迴轉薄殼的臨界壓力

2.5.5 殼體許用臨界載荷

2.5.6 殼體屈曲數值模擬方法

2.6 典型局部應力

2.6.1 概述

2.6.2 受內壓殼體與接管連接處的局部應力

2.6.3 降低局部應力的措施

思考題

習題

3 壓力容器材料及環境和時間對其性能的影響

3.1 壓力容器材料

3.1.1 壓力容器常用鋼材

3.1.2 有色金屬和非金屬

3.2 壓力容器製造工藝對鋼材性能的影響

3.2.1 塑性變形

3.2.2 焊接

3.2.3 熱處理

3.3 環境對壓力容器用鋼性能的影響

3.3.1 温度

3.3.2 介質

3.3.3 加載速率

3.4 壓力容器材料選擇

3.4.1 壓力容器用鋼的基本要求

3.4.2 壓力容器鋼材的選擇

思考題

4 壓力容器設計

4.1 概述

4.1.1 設計要求

4.1.2 設計文件

4.1.3 設計條件

4.2 設計準則

4.2.1 壓力容器失效

4.2.2 強度失效設計準則

4.2.3 剛度失效設計準則

4.2.4 屈曲失效設計準則

4.2.5 泄漏失效設計準則

4.3 常規設計

4.3.1 概述

4.3.2 圓筒設計

4.3.3 封頭設計

4.3.4 密封裝置設計

4.3.5 開孔和開孔補強設計

4.3.6 支座和檢查孔

4.3.7 超壓泄放裝置

4.3.8 焊接結構設計

4.3.9 耐壓試驗

4.3.10 泄漏試驗

4.4 分析設計

4.4.1 概述

4.4.2 壓力容器的應力分類

4.4.3 應力強度計算

4.4.4 應力強度限制

4.4.5 分析設計的應用

4.5 疲勞分析

4.5.1 概述

4.5.2 低循環疲勞曲線

4.5.3 壓力容器的疲勞設計

4.5.4 影響疲勞壽命的其他因素

4.6 壓力容器設計技術進展

4.6.1 可靠性設計

4.6.2 優化設計

4.6.3 基於失效模式設計

思考題

習題

5 儲運設備

5.1 概述

5.1.1 儲存介質的性質

5.1.2 裝量係數

5.1.3 環境對儲存設備的影響

5.2 儲罐的結構

5.2.1 卧式圓柱形儲罐

5.2.2 立式平底筒形儲罐

5.2.3 球形儲罐

5.2.4 低温儲槽

5.3 卧式儲罐設計

5.3.1 支座結構及佈置

5.3.2 設計計算

5.4 移動式壓力容器

5.4.1 汽車罐車

5.4.2 長管拖車

思考題

習題

6 換熱設備

6.1 概述

6.1.1 換熱設備的應用

6.1.2 換熱設備分類及其特點

6.1.3 換熱器選型

6.1.4 換熱器相關技術發展動向

6.2 管殼式換熱器

6.2.1 基本類型

6.2.2 管殼式換熱器結構

6.2.3 管板設計

6.2.4 膨脹節設計

6.2.5 管束振動和防止

6.2.6 設計方法

6.3 傳熱強化技術

6.3.1 傳熱強化概述

6.3.2 擴展表面及內插件強化傳熱

6.3.3 殼程強化傳熱

思考題

7 塔設備

7.1 概述

7.1.1 塔設備的應用

7.1.2 塔設備的選型

7.2 填料塔

7.2.1 填料

7.2.2 填料塔內件的結構設計

7.3 板式塔

7.3.1 板式塔的分類

7.3.2 板式塔的結構

7.3.3 板式塔塔盤的結構

7.4 塔設備的附件

7.4.1 除沫器

7.4.2 裙座

7.4.3 吊柱

7.5 塔的強度設計

7.5.1 塔的固有周期

7.5.2 塔的載荷分析

7.5.3 筒體的強度及穩定性校核

7.5.4 裙座的強度及穩定性校核

7.6 塔設備的振動

7.6.1 風的誘導振動

7.6.2 塔設備的防振

思考題

8 反應設備

8.1 概述

8.1.1 反應設備的應用

8.1.2 反應設備的分類與特徵

8.1.3 常見反應設備的特點

8.2 機械攪拌反應設備

8.2.1 基本結構

8.2.2 攪拌容器

8.2.3 攪拌器

8.2.4 攪拌軸設計

8.2.5 密封裝置

8.2.6 傳動裝置

8.2.7 機械攪拌設備技術進展

8.3 微反應器

8.3.1 概述

8.3.2 微／納反應器

8.3.3 微反應器的加工製造

8.3.4 微反應器的發展前景

思考題

習題

附錄A 壓力容器設計常用標準

附錄B 過程設備設計圖樣的表達特點和設計實例

附錄C 中英文術語對照

附錄D 壓力容器材料

附錄E 過程設備設計常用網址

參考文獻

鄭津洋，浙江大學化工機械研究所，中國石油和化學工業協會第五屆科技圖書編審委員會委員，教授、博導、所長，提出由鋼帶錯繞筒體、雙層等厚半球形封頭和加強箍組成的全多層新型高壓儲氫容器結構，在預應力控制、氫氣泄漏在線監測和報警、抗常温高壓氫脆等方面有突破，使高壓儲氫的儲存能力和安全性顯著提高，研製成功擁有自主知識產權的世界上容積高壓儲氫罐（壓力77MPa、容積2.5立方米）。發現了聚乙烯管道電熔接頭中由微小氣泡造成的冷焊特徵線，揭示了特徵線位置和冷焊程度間的關係，原創性地提出了一種高精度的冷焊缺陷檢測新方法，解決了冷焊缺陷檢測的國際難題；揭示了鋼絲纏繞增強塑料複合管的力學響應特性，建立了基於壽命的設計製作方法；攻克了非線性設計、應變強化工藝、強化參數控制等關鍵技術，研製成功我國首台應變強化深冷容器，使容器內膽壁厚減薄40%-50%，在推廣應用中產生了顯著的經濟效益。在朱國輝教授研究成果的基礎上，創建的纏繞式承壓設備優化設計理論，突破了JB1149標準的限制，被國家技術規範標準採納，廣泛應用於產品設計。

主持課題10項（包括863目標導向類課題、973課題等）、省部級課題7項、重大橫向課題3項。

主編的國家規劃統編教材《過程設備設計》在全國高校同類專業中被廣泛使用，使用率超過90%，獲中國石油和化學工業優秀教材一等獎；發表學術論文200多篇，其中SCI收錄30篇、EI收錄71篇。