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化工设备失效原理与案例分析 - 中国高校教材图书网
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书名: 化工设备失效原理与案例分析
ISBN:978-7-5628-2688-0/TQ·156 条码:
作者: 王志文徐宏关凯书张莉  相关图书 装订:平装
印次:1-1 开本:16开
定价: ¥88.00  折扣价:¥79.20
折扣:0.90 节省了8.8元
字数: 710.0千字
出版社: 华东理工大学出版社 页数:
发行编号: 每包册数:
出版日期: 2010-12-01
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内容简介:
化学工业在国外亦称为过程工业。过程(Process)是指化工生产中的单元操作过程,如流体输送过程;各种传热过程;各种传质过程;非均相物质的分离过程;合成、分解、聚合、燃烧等反应过程或生化反应过程;物料储藏或运输过程等等。化工、石油化工、医药、轻工、冶金、火电乃至核电生产均是由这些单元操作过程组合而成,因而又都可称为流程工业或过程工业。进行这些单元操作的机械设备便称为过程设备(装备)。过程设备的服役条件(工况)具有特殊性,如承受压力载荷、承受温度载荷、承受介质的腐蚀或介质还具有毒性、可燃性等。大多数过程设备都具有承受压力载荷的外壳,并且可拆卸连接处应能保证密封性,因此过程设备大多数又属压力容器及管道。种种原因导致过程设备各种机理的失效,直至最终破坏发生事故时可能都会以爆炸或介质泄漏的形式表现出来,从而由爆炸(包括器外的二次爆炸)冲击波、燃烧、火灾、毒性伤害而导致人员伤亡、财产损失及环境损害,后果会很严重。这是过程设备失效及事故与其他机械失效的重要差异。
过程设备绝大部分是由各种金属材料制成的,失效分析基本上依赖于用金属材料的失效机理与断口特征来进行鉴别和分析,传统上由金属材料专业专家们承担,其学科也属于材料学科。近年来我国过程工业大量发展,过程设备迅速增多,失效事故也频频发生。由于过程设备的破坏形式具有特殊性,过程设备失效分析工作除材料专业的专家外往往需要熟悉化工单元操作和懂得承压设备技术的学者专家参与。而且生产企业及国家相关行政监督监察部门加大力度管理安全,愈来愈重视失效分析工作。事故分析中除进行行政性的事故分析与处理之外,还要求有专家组专门进行技术上的失效分析工作支持。这大大促进了我国失效分析工作的发展,并培养锻炼了大批失效分析的技术队伍。
从教育培训角度看,生产企业和国家生产安全技术监督部门均迫切需要培养懂得失效分析工作的技术干部和行政官员,因此需要加强这方面的培训。大学中动力工程、安全工程类专业的工程硕士很多学校都专门设置了失效分析类的学位课程。华东理工大学研究生院十分重视工程硕士学位课程的教材建设,华东理工大学出版社设立工程硕士教材建设专项奖励基金,本书是在这一背景下获得立项与资助的,并要求加强工程案例的编写。
本书的第1章是失效分析的概论,是原本不具备金属材料专业基础的人员了解失效分析工作的基础。第2章是焊接缺陷和焊缝断裂失效的分析方法概述。第3章是承压设备超载发生韧性爆炸失效的分析,是本书的一大重点,也是特色之一。第4章是脆性断裂失效分析和化工设备中常见的各种脆断问题。第5章是疲劳失效和承压设备的疲劳失效特点。第6章和第7章是腐蚀失效尤其是现阶段极为多见的应力腐蚀开裂失效分析。第8章为高温化工设备中常见的蠕变失效及高温下材料组织劣化脆化问题分析。除第1章外每章都精选了4~8个典型案例,案例在编写中突出了做失效分析的思路和方法,以及得出结论的充足依据。本书努力追求写出过程设备失效分析的特色和案例中的分析求解思路。
本书的第1、 3、 4章及第5章的正文部分由王志文教授执笔;第2章由张莉副研究员执笔;第5章的案例及第6、 7章由关凯书教授执笔;第8章由徐宏教授执笔。全书由王志文教授统稿。
各章的案例大部分是本书编著者亲历的失效分析工程案例。

作者简介:
 
章节目录:
第1章失效分析概论
11失效与失效形式的分类
111失效的概念
112失效的危害性
113常见失效形式的分类
12金属材料的结晶结构、变形和断裂
121金属材料的结晶结构
122晶格及晶面的表征
123实际金属晶体结构中的缺陷
124金属材料变形的本质
125金属材料的断裂
13金属材料的断裂机制
131微孔聚集型断裂
132解理断裂
133金属材料的疲劳断裂
134蠕变损伤与断裂
135腐蚀失效与破坏
14失效分析中常用的分析仪器
141光学显微镜(OM)
142电子显微镜(EM)
143成分分析仪器
15失效分析工作的内容
151失效分析中的诊断技术概述
152失效现场处理和调查
153失效状况的整体外观检查及取证
154材料的检验与鉴定
155断口形貌的检验与鉴定
156失效分析中的验证性试验与计算分析
157失效分析中的综合分析
158失效分析中的综合诊断方法
参考文献


第2章焊接缺陷及裂纹分析
21焊接缺陷产生的原因及防治
211焊缝内部缺陷
212焊缝外部缺陷
22焊接裂纹
221焊接热裂纹
222焊接冷裂纹
223再热裂纹
224层状撕裂
案例2A乙烯裂解炉对流段超高压蒸汽过热器炉管焊接裂纹分析
案例2B液化石油气球罐焊接裂纹分析
案例2C锅炉筒体焊缝中裂纹的失效分析
案例2D废热锅炉蒸发器管弯头与侧板焊接裂纹的失效分析
参考文献

第3章承压设备的韧性失效分析
31压力容器的超压变形和韧性爆破过程分析
311超压变形和爆破试验的爆破曲线
312压力容器爆破过程分析
313容器屈服压力和爆破压力的理论估算
314容器韧性爆破断裂的实质
32压力容器韧性破坏的宏观特征
321有明显的塑性变形——鼓胀
322爆破口的宏观特征
323韧性爆破一般不产生碎片
33压力容器韧性破断后的断口特征
331断口的宏观形貌特征
332断口显微形貌特征
34压力容器韧性失效的原因分析
341腐蚀减薄
342超载
343超温
344结垢与结焦
35压力容器韧性失效的预防
351防止超载或防止超装
352防止壁厚减薄
353防止超温

案例3A多层式厚壁反应塔局部腐蚀后爆破穿孔失效

案例3B烃转化炉炉管爆管事故分析
案例3C丁烷—氧气焊炬爆炸事故分析
案例3D充氮车蓄能器钢瓶爆炸事故分析
参考文献


第4章化工设备的脆性断裂失效分析
41化工设备脆性断裂失效的宏观特征
411宏观变形量小
412易产生碎片
413主断口平齐
414脆断失效的基本原因分析
42材料的脆性引起的脆断失效
421脆性材料的脆断问题
422低温韧脆转变引起的脆断
423加工制造过程中致脆引起的脆断
424焊接接头脆化导致脆断
425高温长期运行引起钢材的脆化
426铁素体类钢的氢致脆化——氢脆问题
43宏观缺陷引起的脆断——低应力脆断
431低应力脆断概念
432导致低应力脆断的常见缺陷
433断裂力学的基本原理与低应力脆断

44脆性断裂的断口特征
441低温冷脆型的解理或准解理断口
442长期中温高温服役后材料脆化导致脆断后的断口特征
443低应力脆断的断口特征

45脆性断裂的预防措施
案例4A炼油装置减压塔补焊管孔后母材脆性开裂
案例4B325氯气输送管道脆断事故分析
案例4C中温炉管安装中水压试验时爆裂事故分析

案例4D聚乙烯挤出机齿轮减速箱螺栓脆性断裂分析
参考文献

第5章疲劳失效分析
51交变载荷与交变应力
511过程机械中常见的交变载荷
512疲劳的载荷谱
513金属疲劳失效分析中最为关注的问题
52疲劳断裂的机理及力学表征
521金属材料疲劳裂纹的萌生机理及疲劳断裂的第Ⅰ阶段
522疲劳裂纹扩展的机理及断裂力学表征——疲劳断裂的第Ⅱ阶段
523疲劳断裂的第Ⅲ阶段——瞬断区
53疲劳断裂的失效分析
531疲劳断裂的宏观特征分析
532疲劳裂纹的形貌
533疲劳断口的宏观特征
534疲劳断口的电子显微特征
535容易与疲劳断口相混淆的其他断口
54热疲劳失效
541热应力与热疲劳
542热疲劳失效的特点
55腐蚀疲劳失效
551腐蚀疲劳的一般定义
552腐蚀疲劳裂纹特征
553腐蚀疲劳断口形貌特征
56疲劳断裂失效的预防
561一般预防原则
562压力容器低周疲劳失效的预防措施
案例5A聚丙烯聚合釜接管低周疲劳断裂
案例5B安全阀的液位计连通接管疲劳断裂
案例5C泵传动轴疲劳断裂失效
案例5D钛冷凝器的钛管断裂与泄漏失效分析
参考文献


第6章局部腐蚀失效
61腐蚀失效分类
611按腐蚀机理分类
612按腐蚀破坏的形式分类
62点腐蚀失效
621点腐蚀机理
622点腐蚀失效的宏观形貌
623点腐蚀失效的金相形貌
624点腐蚀失效的扫描电镜形貌
625点腐蚀的影响因素和防止措施
626抗点腐蚀能力的表示方法


63缝隙腐蚀失效
631缝隙腐蚀产生的条件
632缝隙腐蚀机理
633缝隙腐蚀宏观特征
634缝隙腐蚀与点腐蚀的比较
635影响因素及防止措施
64晶间腐蚀失效
641晶间腐蚀机理


642晶间腐蚀的宏观特征
643晶间腐蚀的金相特征和检验
644晶间腐蚀的断口扫描电镜形貌
645晶间腐蚀的预防
65选择性腐蚀
651机理
652脱锌
653石墨腐蚀
654选择性腐蚀的特征
案例6A膨胀节点腐蚀


案例6B点腐蚀诱发的疲劳失效

案例6C316L不锈钢管道晶间腐蚀失效

案例6D超级奥氏体不锈钢硫酸泵晶间腐蚀失效

案例6E选择性腐蚀案例

参考文献


第7章应力腐蚀开裂失效
71应力腐蚀破裂的条件与特点
72应力腐蚀机理
721阳极溶解机理
722氢致应力腐蚀开裂
723应力作用
724敏感性介质
73应力腐蚀裂纹的形貌特征
731宏观形貌
732显微形貌
74奥氏体不锈钢的应力腐蚀
741氯离子的应力腐蚀
742冷加工奥氏体不锈钢在湿H2S溶液中的应力腐蚀影响
743高温水对奥氏体不锈钢引起的应力腐蚀
744连多硫酸应力腐蚀
745控制不锈钢应力腐蚀破裂的主要途径

75双相不锈钢的应力腐蚀失效
751应力腐蚀机理
752焊缝的应力腐蚀
753焊缝的应力腐蚀特征
76碳钢碱脆
761产生的条件
762特征
763预防措施
77碳钢硝脆
78无水液氨对碳钢和低合金钢的应力腐蚀
79湿硫化氢对低合金钢的应力腐蚀和氢损伤
791湿硫化氢引起的氢鼓泡(HB)
792氢致开裂(HIC)
793硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)
794氢致破裂和硫化物应力破裂的比较

795应力导向氢致开裂(SOHIC)
796湿H2S应力腐蚀的预防
710铜及铜合金的应力腐蚀开裂
7101环境的影响
7102应力腐蚀机理
7103微观特征

案例7A连多硫酸导致奥氏体不锈钢Ω环应力腐蚀

案例7B冷加工的波形膨胀节在湿硫化氢环境下的爆裂事故

案例7C双相不锈钢应力腐蚀案例

案例7D碳钢管线焊缝碱脆开裂失效

参考文献

第8章高温运行设备蠕变及材料损伤的失效分析
81高温运行设备对材料性能的要求
82金属材料的高温蠕变
821高温承载金属力学行为特点
822金属材料的蠕变
823持久强度
824金属材料的高温松弛
83长期高温运行后材料组织和性能的变化
831珠光体球化
832石墨化
833回火脆化
834合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配
84高温设备及管道常用钢
841耐热钢及其分类
842耐热钢的主要成分及合金化
843常用耐热钢的性能
844离心铸造高温炉管
案例8A制氢装置蒸汽管线超温运行后果评价与选材
精彩片段:
第1章失效分析概论

自从欧洲工业革命以来制造了大量动力与机械设备,伴随而来的就是不断发生的机械设备的事故,如锅炉爆炸、桥梁断裂、传动设备的磨损与断裂等。随着20世纪上半叶焊接技术的发展与广泛应用又出现了大量焊接结构的断裂和破坏,这就逐步促使失效分析这一机械工程分支学科的建立和发展。随着近代材料科学、电子显微镜技术和各种测试分析技术、腐蚀科学的发展,使失效分析的理论和技术更加完善和走向现代化,并仍在不断发展,同时又促进了许多工程技术与科学的发展。上百年的失效分析技术的发展对材料科学技术、机械设计的强度理论、制造技术及焊接技术、腐蚀理论的发展都起到巨大的推动作用。从工程技术角度来看,失效分析能发现许许多多重大装备损坏的原因,大大促进了各个工业部门的技术进步。

在化学工业、石油及石油化工、电力、冶金等以过程工程为特色的流程工业中使用的设备具有共同的特色,如大部分设备为由回转气体构造而成的容器及管道的设备。它们所承受的不仅有机械载荷,还承受压力承荷,并且还有由于温度(或高温或低温)形成温差应力的载荷并造成金属材料性能的变化,而且还都接触不同腐蚀性能的化学介质。因此化工设备的失效类型几乎包罗万象,非常复杂,这些设备的断裂、泄漏、甚至爆炸所造成的后果往往是灾难性的。研究与掌握化工设备的失效规律,可以大大提高化工设备的设计水平、材料的冶炼水平、加工制造水平、检验水平及科学管理水平,从而促进工业部门技术水平的提高,使安全得到保障。

每一项重大失效分析的成果都是经验教训的总结,甚至是血的经验教训的总结。这是人类从事生产活动中积累的宝贵财富,值得从事工程技术研究、理论研究人员重视,也值得设计、制造、检验、使用管理以及安全技术工程人员重视。在现代工程技术高等教育中学习失效分析技术是很有现实意义的。

书  评:
 
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