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1、过程装备与控制工程专业英语阅读翻译16-30单元阅读材料16 压力容器准则美国压力容器准则的历史 十八世纪末和十九世纪初这一段时间中，锅炉和压力容器的爆炸频繁发生。1865年4月27日Sultana号轮船行驶在密西西比河中时，一个烟管锅炉突然发生爆炸，船在二十分钟内迅速沉没，150名内战后回家的军人死亡。这类型的大灾难在十九世纪初期仍然不减少地持续着。1905年，马塞诸塞州布鲁克市一家鞋厂的烟管锅炉发生毁灭性的爆炸，造成58人死亡，117人受伤，此外，还有400000美元的财产损失。1906年，另外一起爆炸发生在马塞诸塞州林恩市的一家鞋厂里，也造成了人员的死亡，受伤以及巨大的财产损失。这次事故
2、后，马塞诸塞州州长组织成立锅炉准则委员会。1907年8月30日，第一个实施准则的锅炉在设计和建造上都得到了马塞诸塞州的批准。这个准则总共有三页那么长。1911年，美国机械工程师学会主席Colonel E. D. Meier，建立了关于起草锅炉和压力容器的设计和结构准则的协会。1915年2月13日，锅炉准则ASME首次颁布。它被命名为锅炉结构准则：1914版。这是ASME锅炉和压力容器准则各个篇章的开始，最后变成第一部分锅炉动力。第一个ASME压力容器准则，在1925年版第VIII篇中，它是以“不用火加热的压力容器结构规则”来颁布的。这个规则适用于直径大于6英寸，容积大于1.5f 和压力高于30
3、Pa的容器。1931年12月，门成立了APIASME联合委员会为了更好地发展在石油工业中不用火加热的容器规则。第一个版本1934年被颁布。随后17年间，两个独立不同的不用火加热容器准则同时存在。1951年，最后一个APIASME准则以独立的文件形式被颁布。1952年，两个准则就被合并成一个准则ASME不用火加热压力容器准则，第VIII篇。它一直持续到0968年。在那个时候，原来的准则变成压力容器第VIII篇的第一分篇，而压力容器另一准则第VIII篇的第二分篇则作为新的部分被颁布。经过美国国家标准局（ANSI）的批准，美国机械工程师学会就以ASNI/ASME的文件形式，颁布ASNI/ASME锅炉
4、和压力容器准则。ASNI/ASME锅炉和压力容器准则的一篇或者多篇在美国的47个州和加拿大的所有省份中，已经被以法律的形式建立。同样，在全球许多其他国家中，ASME锅炉和压力容器准则也被用来建造锅炉和压力容器。ASME锅炉和压力容器准则的组成 ASME锅炉和压力容器准则被分成很多个篇章，分篇，部分以及辅助部分。这些篇章有的涉及到设备和应用的特定类型；另外的涉及到应用和设备控制的特殊材料和方法；其余的涉及安装设备的维护和检修。下面各篇章所提到的锅炉和压力容器的设计和结构。第一部分锅炉动力（1卷）第三部分第1节 核电厂部件（7卷）第2节 混凝土反应容器和控制（1卷）标准容器 案例1升温装置中的部件
5、（在核规范N-47案例书中）第四部分 加热锅炉第八部分第1节 压力容器（1卷）第2节 力容器另一准则（1卷）第X部分 玻璃纤维强化塑料压力容器（1卷）新版的ASME锅炉和压力容器准则在每3年的7月1日颁布，新的附录则在每隔6个月的1月1日和7月1日颁布。当新版的准则一出来就会成为强制的准则范。附录的颁布日期是可以选择的，颁布日期之后得六个月它就成为强制性的了。全球的压力容器规范 除了全球通用的ASME锅炉和压力容器准则之外，许多其他的压力容器准则，已经在许多不同的国家的法律中得到采纳。当容器在其中一个国家设计后又在另外一个国家建造，然后又在不同的国家进行安装时，就会产生困难。这是全球范围的建造
6、，所以这种情况经常发生。下面所列举的是一些在不同国家中所使用的各种准则的部分摘要：澳大利亚 澳大利亚锅炉与压力容器标准，SAA锅炉标准（AS1200系列）：AS1210，不用火加热类压力容器和分类1H，改进后的设计与制造压力容器，澳大利亚协会标准。法国 不用火加热压力容器建造规范计算准则，法国巴黎市SNCT结构。英国 英国准则 BS.5500，英国伦敦市英国标准协会。日本 日本压力容器准则，劳动部制定，日本东京市日本锅炉协会出版；JISB8243日本标准，压力容器建造，日本东京市日本标准协会出版；日本高压气体控制法，国际贸易与产业部（制定），日本东京高压气体工程安全协会出版。意大利 意大利压力
7、容器准则，意大利米兰市国家燃烧控制协会（ANCC）。比利时 压力容器构造可靠实践准则，比利时布鲁塞尔市比利时标准协会（IBN）。瑞典 瑞典压力容器准则，瑞典斯德哥尔摩市瑞典压力容器委员会。阅读材料17 应力类型压力容器设计者可能遇到的多种失效形式：（1）过度弹性变形包括弹性失稳。（2）过度塑性变性。（3）脆性断裂。（4）应力断裂/蠕变变形（非弹性的）。（5）塑性不稳性增加失稳。（6）高应变低周期疲劳。（7）应力腐蚀。（8）疲劳腐蚀。在处理这些不同的失效问题上，我们假设设计者们在心里已经形成了关于问题部件的应力受力图。这需要通过计算测量得到的两个机械及其热应力，它们可以进行瞬态和稳态的操作。有人
8、会问，这些数据和设计的合理性有什么关系？它们能够确保安全和满意性能的构件吗？在不同的失效模式中，压力容器的设计必须比较和说明应力值。例如，如果单独的去计算应力来给它施加上限，不能控制弹性变形和弹性失稳。此外，还必须考虑构件的几何形状，硬度及其材料的特性。从另一方面来看，塑性变形模式的失效可以通过对计算的应力强加极限来控制，和疲劳，应力腐蚀得失效模式不同，它的峰值应力没有整体的描述。需要对结果进行仔细地考虑。因此，必须仔细地研究载荷的类型和应力的分布。设计师除了限制许用应力外，还必须考虑一些足够的和适当的失效理论，来解释各种应力的反应和对强度所做贡献的那部分。正如之前所提到的，不同的限制类型会产
9、生不同的应力，在确定这些限制之前，选择适当的限制应力类型是必要的。可选择的应力类型如下： A 一次应力。 （a）普通的薄膜主应力 （b）内部薄膜主应力 （c）主要的弯曲应力 B 二次应力 C 最大应力 主要的应力类型有主应力、副应力和最大应力。它们的主要特征简略描述如下： （a）一次应力是由施加的载荷产生的应力，载荷在满足内外部作用力和力矩之间的平衡是必要。一次应力的基本特征是它自身不会受到限制。如果一次应力在整个厚度上超过了材料的屈服强度，那么预防失效就完全依赖有硬化性质的材料。 （b）二次应力是由结构的自身约束所产生的。它必须满足一个强加应变的模式而不是在平衡的外部加一个负载。二次应力的基
10、本特点是自身会受到限制。当局部屈服和较小变形时，能够满足引起应力产生的不连续条件或者热膨胀。 （c）最大应力是在所考虑的范围之内的最大应力。峰值应力的基本特点是不会造成显著的变形，但其可能产生疲劳失效是令人讨厌的。 以后再讨论将一次应力分成薄膜部分和弯曲部分的必要，极限设计理论表明，主弯曲应力的计算值是允许高于主薄膜应力计算值的。然而，需要解释一下由机械载荷产生的局部薄膜应力的主要类型，因为这种类型的应力确实有二次应力的基本特点。它是受到自身限制的，而且当它超过其屈服极限后，外部的载荷就将抵制其他部分的结构，但这种转变可能会产生无法忍受的变形，所以必须把它限制在比其他的二次应力更小的值，例如不
11、连续弯曲应力和热应力。 正如一次应力那样，二次应力被分为薄膜部分和弯曲部分，但如果将局部薄膜应力归到一次应力类型之后，所有剩余的二次应力就可能被相同的限制控制，因此这种分划是没有必要的。 热应力从来没有被归类为一次应力，但它却常出现在其他德类型，二次以及最大应力中。温度应力能够抑制小膨胀导致的变形，因此它不会引起明显的热应力变形，所以它被归类为最大应力。 最大应力的一个最常见的类型是由缺口引起的，可能是一个小洞或者一条裂痕。我们都知道应力集中现象，这里不需要做进一步解释。许多情况下出现在不明显的地方，应力应该归类为哪种类型需要进行各种判断。为了规范这个过程，使用规范者的判断法，而不是个别设计者
12、的判断法，准备一份能够包括大部分情况的表格把出现在压力容器设计中出现的这些情况出详细说明，每种应力都必须填入表格中。潜在的失效模式和各种应力的分类类型和规范如下： （a）一次应力的限制，是为了防止塑性变形，并且在韧性破裂压力上提供一个名义上的安全系数。 （b）一次应力和二次应力的限制，是为了防止导致失稳增加的过量塑性变形和做疲劳估算时，确认弹性分析的应用。 （c）最大应力的极限，是为了防止因循环载荷所产生的疲劳。 （d）特殊应力的限制是为了提供弹性不稳定性。 防止脆性断裂应该通过对材料的选择，而不是通过分析。防止环境条件比如腐蚀以及辐射效应是每个设计者的责任。蠕变和应力破裂的温度范围，将在以后
13、的章节中被考虑。阅读材料18 填料塔和板式塔相比，填料塔适用于直径比较小的物质（在24以内或者更少），任何时候都要求低压、低粘度、塑料或着陶瓷结构。大直径的塔设备不能很好地填料，特别是那些流速较低的液体和髙汽率的液体，因为液体分布的问题以及什么时候需要控制调整难以实施。在大型塔设备中，随机填料的花费可能超过筛板式填料或者真空板式填料的2倍。填料塔中间没有支撑物，其深度就会受到可变形能力的限制。金属结构尺寸会被限制在2025英尺的深度，而塑性是1015英尺。中间支撑物和液体再分布器在深床、液体回收或者进料点中都得到了应用。对拉西环，液体再分布器通常需要每2.53的塔径。而鲍尔环则需要每510的塔
14、径，但是至少每20英尺。很多类型的填料塔其内部结构如图4.2所示，下面一一介绍每一个部分：(a)是圆柱形填料塔入口与出口连接的图例及其内部的一些结构(b)是填充支撑物的组合和液体再分配器，它的作用就像一个液箱可以将塔中的液体回收。(c)是槽式分配装置，适用于塔径超过2英尺和流速超过2m/s的时候。它们可以用陶瓷或者塑料来制造。(d)是可以有很多种不同形状的针孔管式分配装置实例，它对流速范围很大的液体都很有效，但是分配装置在大直径得塔中十分危险，所以它们适合用喷嘴来代替打孔。(e)是玫瑰形的重新分配装置，它能够在小直径的塔中使液体重新合理的分配，可以把塔内的液体转移。(f)是用来压制保持底部各处
15、填充物密度的一块向下的板，并且它能阻止像碳制的脆性材料，例如：由塔床顶部的机械干扰造成的分裂。气液接触的大面积填充物可以分为散装的或者有规则的。前者很小，每单位体积的较大表面积的空心结构都被装到容器中。组合的填充物可能是大形的环状物层或者栅格，但是很多都是由金属或者金属丝织成的屏状，它们都被堆成层状或者制成弯曲的螺丝。在几种不同的填料中使用得最广泛的填充物就是拉西环。它是由陶瓷制成的、并且带塑料的金属的圆筒。它们能替换过去使用的粉状岩石使其变得很经济，由于它们品种的单一性和较早地被使用，所以现在拉西环已经被彻底地研究，并且获得了各种有用的、性能不同的材料，例如：在传质效率较低上可以用来改善的填料。规则的填料是因为它在真空下的独特性能而被使用，在真空下压降则必须保持很小的数值。因为它们开放式的结构以及特殊的大表面，所以液体在横截面上的合适分布可以使传质效率保持在较高的水平上。阅读材料19 管壳式换热器管壳式换热器是由一定数量的平行管和一个封闭的壳体构成的，其中的一种液体走管程，另一种液体走壳程。壳程中又安装了许多
