化工设备（邢晓林）（第二版）

前言

本书自2005年出版以来，已连续多次印刷，受到高职院校师生的好评，但随着高职教育教学以“工学结合”为切入点，在人才培养模式改革方面的不断探索，以及国家和行业相关标准的不断更新，为适应发展变化的需要，第二版进行了修改、更新和完善。

本次修订的主要特点有：

1.全部采用国家标准，确保所引用国家标准、规范的权威性、准确性，使本书符合时代的需要。

2.依据化工装备维修技术专业就业岗位所需的操作技能知识，在换热设备、塔设备、反应设备三个章节中，分别增加了“设备维护”“设备检修”两节的内容；加入了大量设备零部件结构及其工作原理的三维虚拟或实物图片，使教材更加生动易懂。

3.重新编排、更新了“章化工设备概述”中的“第五节压力容器常用材料”“第六节压力容器常用规范”的内容，使之更贴近生产实际所需知识，确保引用国家标准内容。

4.在“第三章内压薄壁容器”的“节内压薄壁壳体强度计算”“第三节内压封头结构和计算”中，依据GB/T 150—2011，增加了“以外径为基准进行强度计算”部分。

5.将版第六章编为本书第五章，重新编排、更新了“节法兰连接”的主要内容；在“第三节支座”中增加了“腿式支座”内容。

本书的内容已制作成用于多媒体教学的PPT课件，并将免费提供给采用本书作为教材的院校使用。如有需要，请发电子邮件至cipedu@163.com获取，或登录www.cipedu.com.cn免费下载。

本书由邢晓林、郭宏伟主编，滕文锐、胡昆芳参加编写，武海滨、何瑞珍提出了许多很有价值的建议和意见，在此致以衷心感谢。

本次改版基本维持了原有的体系和结构，疏漏和不妥之处期望读者批评指正。

编者

2019年5月

版前言

高等职业教育是中国高等教育的重要组成部分，近年来在国家大力推进职业技术教育改革和加强教育结构调整的基础上得到了较快发展。特别是第四次全国职业教育工作会议召开，进一步确立了职业教育在社会主义现代化建设中的重要地位，同时也让广大教育工作者明确了高等职业教育实施人才培养工作的目标和任务。为了更好适应高等职业教育发展的需要，配合化工高职高专化工机械类专业的建设和教学改革，在全国化工教学指导委员会的精心组织和指导下，在研究有关教材建设意见和建议，以及广泛吸收相关教材优点和总结有关院校教学改革经验的基础上，经过一定时间的努力，编写了这本供高职学院化工机械及设备维修专业使用的专业课教材。

本书是根据全国化工教学指导委员会提出的关于化工机械类专业人才培养目标和新制定的教学计划要求进行编写的。全书以专业教学的针对性、实用性和先进性为指导思想，以培养生产线应用型技术人才为目标，紧紧围绕职业能力训练的教学需要构建知识体系和组织教学内容。本书在结构和编写层次上淡化了理论性强的学科内容和比较复杂的设计计算内容，对一些的知识点，设法通过常用或学生熟悉的途径予以解决，并由此加强对学习者解决问题能力的训练；更加突出典型化工设备及主要零部件的结构、特点、功能、原理等方面的内容，重点引导学习者对现有规范、标准的认识和理解。另外，在本书编写中，结合本专业所要求的相关知识，注意与其他课程的合理衔接，始终体现实用和够用的编写特点。

 为了便于教学，本书结合实际应用问题，选配了适量的例题、分析题、问答题和计算题。考虑到各院校不同层次的教学要求，对部分理论性分析的内容用小字排出，并在该内容前加注“*”号，供各学校在教学中选用。

本书、第二、第五章由邢晓林编写，第三、第四章由滕文锐编写，第六章由胡昆芳编写，第七、第八、第九章由段辉琴编写。本书由邢晓林主编，潘传九主审。

本书在编写过程中得到了有关领导和兄弟院校的指导和支持，特别是参加本书审稿的专家、同行以及出版社的有关同志，在充分肯定的同时，提出了许多建设性意见，对书稿编写质量的提高起到了很大作用。在此对各位领导以及所有对本书编写及出版工作给予大力支持和帮助的同志表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，虽经努力，书中疏漏甚至错误在所难免，敬请各位读者指正。

编者

2005年5月

本书是根据高等职业教育的培养目标，围绕职业能力训练的教学需要，以专业教学的针对性、实用性和先进性为指导思想，以应用为主构建体系。

本书主要介绍了化工设备的应用、要求、材料和典型壳体的受力分析，内压、外压容器，法兰连接、开孔与补强、人（手）孔、支座、接管与安全附件，换热设备、塔设备、反应设备等。书中每章结束后附有一定数量的习题。

本书有配套的电子教案，可在化学工业出版社的官方网站上免费下载。

本书主要作为高等职业技术院校化工装备技术类专业的教材或相关专业的教学参考书，也可供从事化工机械及设备设计、制造维修和管理工作的工程技术人员和社会读者参考。

本书是根据高等职业教育的培养目标，围绕职业能力训练的教学需要，以专业教学的针对性、实用性和先进性为指导思想，以应用为主构建体系。

本书主要介绍了化工设备的应用、要求、材料和典型壳体的受力分析，内压、外压容器，法兰连接、开孔与补强、人（手）孔、支座、接管与安全附件，换热设备、塔设备、反应设备等。书中每章结束后附有一定数量的习题。

本书有配套的电子教案，可在化学工业出版社的官方网站上免费下载。

本书主要作为高等职业技术院校化工装备技术类专业的教材或相关专业的教学参考书，也可供从事化工机械及设备设计、制造维修和管理工作的工程技术人员和社会读者参考。

邢晓林，重庆工商职业学院 机电工程系，主任，1979年7月至今，四川化工职业技术学院从事教学、科研及有关管理工作。先后担任化工机械专业教研室主任、机仪科科长、教务科副科长、研发部主任、科研处处长兼高教研究室主任等职。担任学院学术委员会副主任、学报主编。长期从事化工机械及过程装备、焊接和化工类等专业的机械类课程教学工作，同时开展化工过程装备、机械结构的优化技术工作。特别是在压力容器、机械设备及结构的可靠性（稳健）优化设计、计算机辅助设计方面有较深入地研究。公开出版相关著作、教材8部；公开发表专业论文20余篇，其中中文核心6篇，科技核心5篇；主研和参研市级及以上课题10余项；主持“化工设备”省级精品课程一门；2009年，荣获“全国化工职教教学名师”称号。

章化工设备概述

节化工设备及其应用1

第二节化工设备的特点3

第三节化工设备的基本要求4

第四节压力容器及其分类6

一、压力容器结构7

二、压力容器分类7

第五节压力容器常用材料10

一、化工设备选材的重要性和复杂性10

二、材料的性能10

三、压力容器常用钢材简介12

四、压力容器用钢的选用原则13

第六节压力容器常用规范14

一、国外主要规范标准14

二、GB/T 150—2011《压力容器》15

三、JB 4732—1995《钢制压力容器分析设计标准》15

四、GB/T 151—2014《热交换器》15

五、《固定式压力容器安全技术监察规程》16

第七节本课程的性质及任务16

第八节学习本课程的方法和教学建议17

习题17

第二章化工设备强度计算基础

节典型回转薄壳应力分析18

一、回转薄壳的形成及几何特性18

二、承受气压回转薄壳的受力分析20

第二节边缘应力26

一、边缘应力的产生26

二、边缘应力的特性28

三、边缘应力的影响及处理28

习题29

第三章内压薄壁容器

节内压薄壁壳体强度计算30

一、内压圆筒30

二、内压球形壳体32

三、容器小厚度33

四、各类厚度的相互关系33

第二节设计参数的确定34

一、压力参数34

二、设计温度t36

三、许用应力［σ］t36

四、焊接接头系数φ37

五、厚度附加量C40

六、压力容器的公称直径、公称压力41

第三节内压封头结构和计算43

一、凸形封头43

二、锥形封头47

三、平盖52

第四节压力试验56

一、液压试验56

二、气压试验58

三、气密性试验58

习题59

第四章外 压 容 器

节外压容器的稳定性60

一、外压容器的失稳60

二、外压薄壁圆筒临界压力计算61

三、临界长度与计算长度62

第二节外压圆筒与外压球壳的图算法64

一、算图中的符号说明64

二、外压圆筒的图算法65

三、外压球壳的图算法71

第三节外压圆筒的加强圈计算72

一、加强圈结构及其要求72

二、加强圈的图算法74

第四节外压封头计算78

一、外压凸形封头78

二、外压锥形封头78

三、压力试验80

第五节轴向受压圆筒81

一、轴向受压圆筒稳定性概念81

二、临界压应力的计算81

习题82

第五章化工设备主要零部件

节法兰连接83

一、法兰的结构与分类83

二、法兰的密封机理83

三、法兰的公称直径和公称压力85

四、压力容器法兰85

五、管法兰95

第二节开孔与补强100

一、开孔附近的应力集中100

二、对压力容器开孔的限制101

三、补强结构102

四、标准补强圈及其结构103

五、人孔和手孔105

六、接管109

第三节支座110

一、鞍式支座111

二、裙式支座116

三、支承式支座117

四、耳式支座119

五、腿式支座121

第四节安全附件123

一、视镜123

二、安全阀124

三、爆破片装置127

习题129

第六章换 热 设 备

节换热设备的应用131

第二节换热设备分类132

一、直接接触式132

二、蓄热式132

三、间壁式133

第三节管壳式换热器分类138

第四节管壳式换热器主要结构141

一、换热管与管板的连接结构141

二、壳体与管板的连接145

三、折流板与挡板146

四、管箱与接管148

五、膨胀节149

第五节管壳式换热器标准及其选用150

一、管壳式换热器标准简介150

二、换热设备的选用150

第六节换热器的维护152

一、维护要点152

二、常见故障及处理153

三、完好标准154

第七节换热器的检修154

一、施工要点154

二、检验与验收157

习题158

第七章塔设备

节塔设备的应用159

一、塔设备的应用159

二、塔设备的分类和结构160

第二节板式塔162

一、板式塔分类162

二、板式塔的结构166

第三节填料塔176

一、填料塔的总体结构177

二、填料塔主要零部件177

第四节塔设备的维护183

一、塔设备的维护要点183

二、完好标准184

第五节塔设备的检修185

一、选择工具185

二、打开人孔185

三、塔盘拆卸、清理和问题处理186

四、装塔盘、封人孔186

五、清理现场和质量检查验收187

习题187

第八章反 应 设 备

节概述189

一、反应设备应用及分类189

二、常见反应设备的特点190

三、搅拌反应器总体结构192

第二节搅拌反应器的罐体192

一、罐体尺寸确定193

二、传热结构194

三、筒体和夹套壁厚确定197

四、顶盖和工艺接管197

第三节搅拌装置198

一、搅拌器形式和选择198

二、搅拌器附件202

第四节搅拌反应器的传动装置203

一、电动机选用203

二、减速器类型和选用204

三、联轴器类型和选用205

四、机座和底座设计205

五、搅拌轴207

第五节搅拌反应器的轴封207

一、填料密封207

二、机械密封209

第六节反应釜的维护209

一、维护要点209

二、常见故障及处理210

三、紧急情况停车211

四、完好标准211

五、 安全注意事项212

第七节反应釜的检修212

一、拆卸与检查212

二、主要零部件的检修212

三、试车与验收214

四、安全注意事项214

习题215

参 考 文 献

本书是根据高等职业教育的培养目标，围绕职业能力训练的教学需要，以专业教学的针对性、实用性和先进性为指导思想，以应用为主构建体系。

本书主要介绍了化工设备的应用、要求、材料和典型壳体的受力分析，内压、外压容器，法兰连接、开孔与补强、人（手）孔、支座、接管与安全附件，换热设备、塔设备、反应设备等。书中每章结束后附有一定数量的习题。

本书有配套的电子教案，可在化学工业出版社的官方网站上免费下载。

本书主要作为高等职业技术院校化工装备技术类专业的教材或相关专业的教学参考书，也可供从事化工机械及设备设计、制造维修和管理工作的工程技术人员和社会读者参考。

邢晓林，重庆工商职业学院 机电工程系，主任，1979年7月至今，四川化工职业技术学院从事教学、科研及有关管理工作。先后担任化工机械专业教研室主任、机仪科科长、教务科副科长、研发部主任、科研处处长兼高教研究室主任等职。担任学院学术委员会副主任、学报主编。长期从事化工机械及过程装备、焊接和化工类等专业的机械类课程教学工作，同时开展化工过程装备、机械结构的优化技术工作。特别是在压力容器、机械设备及结构的可靠性（稳健）优化设计、计算机辅助设计方面有较深入地研究。公开出版相关著作、教材8部；公开发表专业论文20余篇，其中中文核心6篇，科技核心5篇；主研和参研市级及以上课题10余项；主持“化工设备”省级精品课程一门；2009年，荣获“全国化工职教教学名师”称号。