压力容器标准专题文章 全国压力容器标准化技术委员会开设的“专家论坛”不定期地刊载专题文章,介绍压力 容器标准的知识及最新进展,希望借此满足广大标准用户开拓视野、增加知识的愿望,在您 和专家之间架起一座桥梁。本栏目竭诚欢迎专家赐稿,也欢迎您提出宝贵意见。全国压力容 器标准化技术委员会在此郑重提醒用户尊重专家的知识产权,避免可能产生法律纠纷的言论 和行为 论坛一:GB151-1999《管壳式换热器》概况(作者:朱巨贤) GB151-1999《管壳式换热器》出版在即,新版本有哪些重要修订?具体内容究竟发生 了哪些变化?修订的主要原则是什么?相信这些都是标准使用者所关心的。本栏目特邀本标 准的主编兰州石油机械研究所教授级高级工程师朱巨贤先生撰写专题文章为您介绍有关情 况,相信可以解答上述问题。请您先睹为快。 论坛二:卡门旋涡与塔振动(作者:谭蔚) JB4710-2000《钢制塔式容器》即将发行,有关风诱导振动的内容被列入到标准释义当 中。为便于大家了解此方面的内容,我们推出了天津大学化工学院副教授谭蔚博士的文章, 介绍风诱导振动产生的背景、机理和可能产生的危害,并提出了防止危害发生的方法 论坛三:压力容器设计中有关标准问题的探讨(作者:寿比南) GB150-1998《钢制压力容器》实施二年来,标准使用者相继提出了一些标准使用过程 中出现的问题,有些是使用者对标准理解的偏差,有些则值得进一步研究和探讨 寿比南先生重点讨论了GB150-1998《钢制压力容器》和新版《压力容器安全技术监察 规程》实施过程中的某些问题,提出了自己的见解,希望能够对使用者有所裨益 论坛四、各国钛容器规范现状(作者:黄嘉琥 由于历史文化传统、工业发展水平和社会经济制度和等的差异,世界各主要工业国家 的钛容器规范也难免存在不同之处,随着世界经济一体化进程的加剧,人们越来越需要了解 和掌握其他国家有关标准规范的内容,以便在已经到来的竞争中处于有利的位置。黄嘉琥先 生花费大量心血撰写了比较各国钛容器规范的文章,并提供了钛牌号和安全系数的比较,希 望本文为您开启了了解世界钛容器标准状况的窗口 GB151-1999《管壳式换热器》概况 兰州石油机械研究所教授级高级工程师朱巨贤 管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性,耐用性及经济性,在换热设备中始 终占有约70%的主导地位。因此管壳式换热器的标准化工作为世界各工业发达国家所重视, 也为ISO国际标准化组织的所重视。因此出现了TEMA、AP660、JISB8249等一批管壳式 换热器标准,ISO目前也正在与AP联手并会同有关国家编ISO管壳式换热器标准。 我国自二十世纪七十年代开始相继编制了JB147《管壳式换热器制造技术条件》、《钢 制管壳式换热器设计规定》及GB151-89《钢制管壳式换热器》,并在历经十年后出现了修改 较大、与国际先进标准接轨更好的、但同时由于出版等原因未能按时出版的GB151-1999《管 壳式换热器》及其英文版,现就GB151-1999版修订概况介绍如下:
压力容器标准专题文章 全国压力容器标准化技术委员会开设的“专家论坛”不定期地刊载专题文章，介绍压力 容器标准的知识及最新进展，希望借此满足广大标准用户开拓视野、增加知识的愿望，在您 和专家之间架起一座桥梁。本栏目竭诚欢迎专家赐稿，也欢迎您提出宝贵意见。全国压力容 器标准化技术委员会在此郑重提醒用户尊重专家的知识产权，避免可能产生法律纠纷的言论 和行为。 论坛一：GB151-1999《管壳式换热器》概况（作者：朱巨贤） GB151-1999《管壳式换热器》出版在即，新版本有哪些重要修订？具体内容究竟发生 了哪些变化？修订的主要原则是什么？相信这些都是标准使用者所关心的。本栏目特邀本标 准的主编兰州石油机械研究所教授级高级工程师朱巨贤先生撰写专题文章为您介绍有关情 况，相信可以解答上述问题。请您先睹为快。 论坛二：卡门旋涡与塔振动（作者：谭 蔚） JB4710-2000《钢制塔式容器》即将发行，有关风诱导振动的内容被列入到标准释义当 中。为便于大家了解此方面的内容，我们推出了天津大学化工学院副教授谭蔚博士的文章， 介绍风诱导振动产生的背景、机理和可能产生的危害，并提出了防止危害发生的方法... 论坛三：压力容器设计中有关标准问题的探讨（作者：寿比南） GB150-1998《钢制压力容器》实施二年来，标准使用者相继提出了一些标准使用过程 中出现的问题，有些是使用者对标准理解的偏差，有些则值得进一步研究和探讨。 寿比南先生重点讨论了 GB150-1998《钢制压力容器》和新版《压力容器安全技术监察 规程》实施过程中的某些问题，提出了自己的见解，希望能够对使用者有所裨益。 论坛四、各国钛容器规范现状（作者：黄嘉琥） 由于历史文化传统、工业发展水平和社会经济制度和等的差异，世界各主要工业国家 的钛容器规范也难免存在不同之处，随着世界经济一体化进程的加剧，人们越来越需要了解 和掌握其他国家有关标准规范的内容，以便在已经到来的竞争中处于有利的位置。黄嘉琥先 生花费大量心血撰写了比较各国钛容器规范的文章，并提供了钛牌号和安全系数的比较，希 望本文为您开启了了解世界钛容器标准状况的窗口。 GB151-1999《管壳式换热器》概况 兰州石油机械研究所 教授级高级工程师 朱巨贤 管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性，耐用性及经济性，在换热设备中始 终占有约 70％的主导地位。因此管壳式换热器的标准化工作为世界各工业发达国家所重视， 也为 ISO 国际标准化组织的所重视。因此出现了 TEMA、API660、JISB8249 等一批管壳式 换热器标准，ISO 目前也正在与 API 联手并会同有关国家编 ISO 管壳式换热器标准。 我国自二十世纪七十年代开始相继编制了 JB1147《管壳式换热器制造技术条件》、《钢 制管壳式换热器设计规定》及 GB151-89《钢制管壳式换热器》，并在历经十年后出现了修改 较大、与国际先进标准接轨更好的、但同时由于出版等原因未能按时出版的 GB151-1999《管 壳式换热器》及其英文版，现就 GB151-1999 版修订概况介绍如下：
取消了“钢制”增加了铝、铜、钛有色金属 取消“钢制”这在我国压力容器标准体系中是个较大的变化,也是向国际先进标准靠拢 迈出的重要一步。有色金属制管壳式换热器国内过去有着众多的使用业绩,而随着工业向深 度发展,石油化工向深加工要效益,有色金属制管壳式换热器今后会有良好的发展前景,但 过去一直没有有色金属制管壳式换热器的设计、制造、检验与验收的综合性标准, GBl51-1999版解决了这一问题。下面简要地介绍一下铝、铜、钛的情况 1铝及铝合金 a在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性 b.在低温下具有良好的塑性和韧性 c.有良好的成型及焊接性能 d设计参数:P≤8MPa,-2690C≤t≤2000C。 2铜及铜合金 a.有优良的耐蚀性(如海军铜具有良好的耐海水腐蚀性) b.具有良好的导热性能 c.有良好的低温性能 d有良好的成型性能,但焊接性能稍差 e设计参数:纯铜t≤150oC;铜合金t≤200C f有GB8890《热交换器用铜合金管》标准。 3.钛、钛合金 a.具有适应面广的极佳的抗腐蚀性能; b.密度小(4510kg/m3),强度高(相当于20R); c.有良好的低温性能(TAl可用到-268oC) d表面光洁、粘附力小,且表面具有不湿润性: e.有GB3625《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》标准; f单位重量价格高,比一般钢材高20倍,但综合指数价格比(密度小且Φ25管可用δ =1.0或1.5mm壁厚)约为6-8倍,若设备寿命为8年时,钛及钛合金是最佳换热管 二、扩大了适用范围 本修订版参照TEMA-1999年版,扩大了适用范围: PN≤35MPa bDN≤2600mm; C. PNXDN≤1.75×104 MPaxmm 无论是TEMA-1988年版或GB151-89年版,其适用范围定得比较窄是避免浪费,因此 超参数范围的换热器建议用更为精确的分析设计:从而造成了许多大直径、低压力或高压力 中小直径的换热器,无法使用常规设计方法;但采用分析设计时会形成设计费用高、制造费 用高的负效应,因此压力容器和的换热器究竞是用常规设计、制造,还是采用分析设计、制 造,最终应落实到经济对比上。正是根据这一点,TEMA-1999、GB151-1999才扩大了DN 及DN×PN的乘积,从而既解决了大直径低压力的设计问题,又解决了高压力中低直径如加 氢换热器设计的问题。 管板计算有了较大的变化 1给出了a,b,c,d,e,f六种管板与相关元件(换热管、壳体、法兰)的连接型式, 概括了所有换热器的管板结构型式,能准确地引导设计者进行选择及计算 2U形管式换热器管板计算有了较大的变化:根据大量的试验研究,清华大学和北京石 化工程公司推出了更为精确的计算式。 3不适用部分在标准或标准释义中有了交待
一、取消了“钢制”增加了铝、铜、钛有色金属 取消“钢制”这在我国压力容器标准体系中是个较大的变化，也是向国际先进标准靠拢 迈出的重要一步。有色金属制管壳式换热器国内过去有着众多的使用业绩，而随着工业向深 度发展，石油化工向深加工要效益，有色金属制管壳式换热器今后会有良好的发展前景，但 过去一直没有有色金属制管壳式换热器的设计、制造、检验与验收的综合性标准， GB151-1999 版解决了这一问题。下面简要地介绍一下铝、铜、钛的情况： 1.铝及铝合金 a.在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性； b.在低温下具有良好的塑性和韧性； c.有良好的成型及焊接性能； d.设计参数：P≤8MPa，-269oC≤t≤200oC。 2.铜及铜合金 a. 有优良的耐蚀性（如海军铜具有良好的耐海水腐蚀性）； b.具有良好的导热性能； c.有良好的低温性能； d.有良好的成型性能，但焊接性能稍差； e.设计参数：纯铜 t≤150oC;铜合金 t≤200oC; f.有 GB8890《热交换器用铜合金管》标准。 3.钛、钛合金 a.具有适应面广的极佳的抗腐蚀性能； b.密度小（4510kg/m3），强度高（相当于 20R）； c.有良好的低温性能（TA1 可用到-268 oC）; d.表面光洁、粘附力小，且表面具有不湿润性； e.有 GB3625《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》标准； f.单位重量价格高，比一般钢材高 20 倍，但综合指数价格比（密度小且Φ25 管可用δ =1.0 或 1.5mm 壁厚）约为 6-8 倍，若设备寿命为 8 年时，钛及钛合金是最佳换热管。 二、扩大了适用范围 本修订版参照 TEMA-1999 年版，扩大了适用范围： a.PN≤35MPa； b.DN≤2600mm; c.PN×DN≤1.75×104MPa×mm 无论是 TEMA-1988 年版或 GB151-89 年版，其适用范围定得比较窄是避免浪费，因此 超参数范围的换热器建议用更为精确的分析设计；从而造成了许多大直径、低压力或高压力 中小直径的换热器，无法使用常规设计方法；但采用分析设计时会形成设计费用高、制造费 用高的负效应，因此压力容器和的换热器究竟是用常规设计、制造，还是采用分析设计、制 造，最终应落实到经济对比上。正是根据这一点，TEMA-1999、GB151-1999 才扩大了 DN 及 DN×PN 的乘积，从而既解决了大直径低压力的设计问题，又解决了高压力中低直径如加 氢换热器设计的问题。 三、管板计算有了较大的变化 1.给出了 a，b，c，d，e，f 六种管板与相关元件（换热管、壳体、法兰）的连接型式， 概括了所有换热器的管板结构型式，能准确地引导设计者进行选择及计算。 2.U 形管式换热器管板计算有了较大的变化：根据大量的试验研究，清华大学和北京石 化工程公司推出了更为精确的计算式。 3.不适用部分在标准或标准释义中有了交待
a.不布管区较大(K>10)时,按JB4732-92附录I进行设计 b管板与法兰搭焊的型式按J4732-92附录I计算: c非轴对称及管板内有大小不同的管孔时,不属GB151管辖 四、给出了孔桥宽度计算式 GBl51-89版根据不同的管板厚度,以表格的形式给出了标准孔桥宽B及最小孔桥宽度 Bmin,增加了铝、铜、钛后形成了管孔规格多且不同厚度的管板,要用插入法不方便,故 GBl51-1999采用了公式计算的方法,同时取消了Bmin数量为5个的限制(但仍保留了小 于等于4%的要求 五、修改了部分计算公式 1.平盖计算公式 在平盖强度计算式中原GB151-89版中,只给出了一个公式,然后分操作与预紧二种不 同工况只比较特征系数K值,这种做法在力学分析上是站不住脚的,因为操作与预紧除了 K值不同外,其许用应力也是不同的,故GB151-1999版给出了操作与预紧二种不同状态的 计算式。 根据BS5500及JSB8275的有关条文,介于平盖同样的理由,修改了浮头法兰计算式, 取消了Mp操作,Mo-预紧二者大者代入公式的传统做法,而是分别按操作与预紧二种工况 计算浮头法兰厚度。 六、修改了换热器级别的内涵 lGB151-89由于换热管精度问题把换热器分为Ⅰ、Ⅱ级而其全部差异只反映在管束上, 所以GBl51-1999改称I、Ⅱ级管束。 2由于高合金钢取消了普通精度级,新增加的铝、铜、钛换热管全部采用较高精度或高 精度级,故在GB151-199版中,I、Ⅱ级管束只反映在碳素钢和低合金钢管上。 七增加了奥氏体不锈钢焊管 根据我国奥氏体不锈钢焊管的技术与装备的进步,GB151-1999允许使用奥氏体不锈钢 焊管为换热管且控制如下: aP≤64MPa b.不得用于极度危害介质 c.中=0.85 控制P≤64MPa只是个过渡措施,待有一定业绩后拟取消 八、增加了换热管与管板的焊接型式 由于温度及压力的增高,GB151-89版的管头焊接型已不够用,故增加了要求高的连接 型式。同时在换热管与管板的焊接工艺评定中,明确了强度焊的定义,即参照ASME明确 规定了强度焊定义为:换热管与管板连接中承受换热管剪切强度的焊缝长度不小于1.4倍的 管子壁厚 九、焊接接头系数φ GB150-1998回避了无法进行无损检测时的φ值,但GB151对于固定管板换热器最后一 道B类焊接接头是回避不了的,故规定了“对于无法进行无损检测的固定管板式换热器, 壳程圆筒的环向焊接接头,当采用氩弧焊打底或沿焊接接头根部全长有紧贴的金属垫板时, 其焊接接头系数为φ≡06”,这个φ=0.6是无法检査而必须靠施焊人员严格按照焊接工艺施 焊来保证的 十、修订了部分制造内容 1取消了GB151-894.13中“支座、垫板、补强圈和壳体塔接缝与任意相邻焊缝的距离 以及接管与壳体连接接头与任意相邻接接头的距离均不小于三倍的壳体壁厚且不小于
a.不布管区较大（K>1.0）时，按 JB4732-92 附录 I 进行设计； b.管板与法兰搭焊的型式按 JB4732-92 附录 I 计算； c.非轴对称及管板内有大小不同的管孔时，不属 GB151 管辖。 四、给出了孔桥宽度计算式 GB151-89 版根据不同的管板厚度，以表格的形式给出了标准孔桥宽 B 及最小孔桥宽度 Bmin，增加了铝、铜、钛后形成了管孔规格多且不同厚度的管板，要用插入法不方便，故 GB151-1999 采用了公式计算的方法，同时取消了 Bmin 数量为 5 个的限制（但仍保留了小 于等于 4％的要求）。 五、修改了部分计算公式 1.平盖计算公式 在平盖强度计算式中原 GB151-89 版中，只给出了一个公式，然后分操作与预紧二种不 同工况只比较特征系数 K 值，这种做法在力学分析上是站不住脚的，因为操作与预紧除了 K 值不同外，其许用应力也是不同的，故 GB151-1999 版给出了操作与预紧二种不同状态的 计算式。 2.浮头法兰 根据 BS5500 及 JISB8275 的有关条文，介于平盖同样的理由，修改了浮头法兰计算式， 取消了 Mp-操作，Mo-预紧二者大者代入公式的传统做法，而是分别按操作与预紧二种工况 计算浮头法兰厚度。 六、修改了换热器级别的内涵 1.GB151-89 由于换热管精度问题把换热器分为 I、II 级而其全部差异只反映在管束上， 所以 GB151-1999 改称 I、II 级管束。 2.由于高合金钢取消了普通精度级，新增加的铝、铜、钛换热管全部采用较高精度或高 精度级，故在 GB151-1999 版中，I 、II 级管束只反映在碳素钢和低合金钢管上。 七. 增加了奥氏体不锈钢焊管 根据我国奥氏体不锈钢焊管的技术与装备的进步，GB151-1999 允许使用奥氏体不锈钢 焊管为换热管且控制如下： a.P≤6.4MPa b.不得用于极度危害介质 c.φ=0.85 控制 P≤6.4MPa 只是个过渡措施，待有一定业绩后拟取消。 八、增加了换热管与管板的焊接型式 由于温度及压力的增高，GB151-89 版的管头焊接型已不够用，故增加了要求高的连接 型式。同时在换热管与管板的焊接工艺评定中，明确了强度焊的定义，即参照 ASME 明确 规定了强度焊定义为：换热管与管板连接中承受换热管剪切强度的焊缝长度不小于 1.4 倍的 管子壁厚。 九、焊接接头系数φ GB150-1998 回避了无法进行无损检测时的φ值，但 GB151 对于固定管板换热器最后一 道 B 类焊接接头是回避不了的，故规定了“对于无法进行无损检测的固定管板式换热器， 壳程圆筒的环向焊接接头，当采用氩弧焊打底或沿焊接接头根部全长有紧贴的金属垫板时， 其焊接接头系数为φ=0.6”，这个φ=0.6 是无法检查而必须靠施焊人员严格按照焊接工艺施 焊来保证的。 十、修订了部分制造内容 1.取消了 GB151-89 4.13 中“支座、垫板、补强圈和壳体塔接缝与任意相邻焊缝的距离， 以及接管与壳体连接接头与任意相邻接接头的距离均不小于三倍的壳体壁厚且不小于
50mm”的不合理要求 2.放宽了U形弯管中小R的椭圆度要求,并规定Ri<2.5do时,U形弯管的椭圆度按小 于等于15%验收。 卡门旋涡与塔振动 天津大学化工学院副教授谭蔚 高耸的圆柱形钢制塔器是化工与石油化工生产中广泛应用的设备,一般约占工厂设备投 资总额的10-25%。随着大型化工企业的兴起与发展,高度与直径比大的塔器数量逐渐增多 塔振动的事故便频繁发生。1994年6月下旬,天津十四万吨乙烯工程中的高75米、重115 吨的乙烯精馏塔,每逢刮四级风时,在与风垂直的方向上,便剧烈地摇晃起来,塔顶振幅为 半米多,并伴随着很大的响声。据不完全的调查,近十年来,我国吉林、山东、盘锦、兰州 等地的化工厂中都曾发生大型精馏塔振动的事故,塔顶振幅最大的一次是14米!由于各个 塔的固有频率不同,振动时的风力,有的高达八级,有的仅三、四级。持续的剧烈振动不仅 无法维持生产的正常运行,还将使塔体应力过大,形成疲劳裂纹,甚至导致设备的破坏,人 员的伤亡,生产的停顿。如果遇到更大的风力,发生高振型的振动,危害性就更大了。 当风以一定的速度绕流圆柱形的塔设备时,将在两个方向上产生振动。一种是顺风向的 振动,振动的风向与风的流向一致:;另一种是横风向的振动,振动的方向与风的方向垂直 也称风的诱发振动。在一定速度范围内,风在圆柱形的塔设备背后的两侧周期性交替地形成 旋涡并以相当确定的频率从柱体表面上脱落,在尾流中有规律地交错排列成两行,这就是通 常所说的卡门旋涡(见图1)。当旋涡的频率等于或接近塔设备固有频率,便会产生共振, 这便是风诱发的振动。 图1.卡门涡街 安装在室外的圆柱形设备一般同时存在顺风向和横风向振动,而横风向风振往往不容忽 视,甚至可能占到主导地位,比如:1972年上海一座高烟囱在台风中实测横风向位移比顺 风向大得多。历史上曾因风诱发振动而造成灾难性的事故。位于美国塔珂玛海峡上跨长853 米的大悬桥,在19米/秒的风速下,只经历1小时,便断裂坠毁。从五十年代至今,美、英、 日、德、加、荷、捷等国都曾相继发生髙耸的圆柱形设备,如塔设备、烟囱、电视塔、灯柱 等剧烈振动甚至破坏的事例。在大海中,障碍物在共振时受到的侧向力比空气中的要大得多 正因如此,位于美国新泽西洲的一座近海石油钻井平台葬入大海。从潜艇潜望镜里看到的目 标也将因镜杄的振动变得模糊不清。从卫星拍摄的照片上还曾看到海水流经小岛时产生的卡 门旋涡。架空电线的固有频率如果与卡门旋涡的频率一致,不仅发生抖动,还会发生翁鸣声, 就像用力拨动琴弦一般。 不仅风可能诱发高耸的塔设备发生振动,流体也可能诱发管束的振动。电场的空气预热 器中有许多传热管,当热的废气在管外流过形成的旋涡的频率等于空腔内的声频,便会引起 声共振。散发的噪声最高的记录是169分贝,比喷气式飞机发出的噪声还要大,远远超过人 耳正常情况下承受的能力。在列管式换热器中,为了获得较好的传热效率与更大的生产能力, 换热设备通常采取强化传热与设备大型化的措施。由于一般不可能将这些设备的结构设计成 具有承受流体力最小的尺寸和形状,这样的结构从流体动力学和结构动力学的角度来看是属 于不良绕流物体,故流体诱发振动的事故不断发生,使换热管相互碰撞、磨损从而导致泄漏
50mm”的不合理要求。 2.放宽了 U 形弯管中小 R 的椭圆度要求，并规定 Ri<2.5do 时，U 形弯管的椭圆度按小 于等于 15％验收。 卡门旋涡与塔振动 天津大学化工学院 副教授 谭 蔚 高耸的圆柱形钢制塔器是化工与石油化工生产中广泛应用的设备，一般约占工厂设备投 资总额的 10~25%。随着大型化工企业的兴起与发展，高度与直径比大的塔器数量逐渐增多， 塔振动的事故便频繁发生。1994 年 6 月下旬，天津十四万吨乙烯工程中的高 75 米、重 115 吨的乙烯精馏塔，每逢刮四级风时，在与风垂直的方向上，便剧烈地摇晃起来，塔顶振幅为 半米多，并伴随着很大的响声。据不完全的调查，近十年来，我国吉林、山东、盘锦、兰州 等地的化工厂中都曾发生大型精馏塔振动的事故，塔顶振幅最大的一次是 1.4 米！由于各个 塔的固有频率不同，振动时的风力，有的高达八级，有的仅三、四级。持续的剧烈振动不仅 无法维持生产的正常运行，还将使塔体应力过大，形成疲劳裂纹，甚至导致设备的破坏，人 员的伤亡，生产的停顿。如果遇到更大的风力，发生高振型的振动，危害性就更大了。 当风以一定的速度绕流圆柱形的塔设备时，将在两个方向上产生振动。一种是顺风向的 振动，振动的风向与风的流向一致；另一种是横风向的振动，振动的方向与风的方向垂直， 也称风的诱发振动。在一定速度范围内，风在圆柱形的塔设备背后的两侧周期性交替地形成 旋涡并以相当确定的频率从柱体表面上脱落，在尾流中有规律地交错排列成两行，这就是通 常所说的卡门旋涡（见图 1）。当旋涡的频率等于或接近塔设备固有频率，便会产生共振， 这便是风诱发的振动。 图 1. 卡门涡街 安装在室外的圆柱形设备一般同时存在顺风向和横风向振动，而横风向风振往往不容忽 视，甚至可能占到主导地位，比如：1972 年上海一座高烟囱在台风中实测横风向位移比顺 风向大得多。历史上曾因风诱发振动而造成灾难性的事故。位于美国塔珂玛海峡上跨长 853 米的大悬桥，在 19 米/秒的风速下，只经历 1 小时，便断裂坠毁。从五十年代至今，美、英、 日、德、加、荷、捷等国都曾相继发生高耸的圆柱形设备，如塔设备、烟囱、电视塔、灯柱 等剧烈振动甚至破坏的事例。在大海中，障碍物在共振时受到的侧向力比空气中的要大得多。 正因如此，位于美国新泽西洲的一座近海石油钻井平台葬入大海。从潜艇潜望镜里看到的目 标也将因镜杆的振动变得模糊不清。从卫星拍摄的照片上还曾看到海水流经小岛时产生的卡 门旋涡。架空电线的固有频率如果与卡门旋涡的频率一致，不仅发生抖动，还会发生翁鸣声， 就像用力拨动琴弦一般。 不仅风可能诱发高耸的塔设备发生振动，流体也可能诱发管束的振动。电场的空气预热 器中有许多传热管，当热的废气在管外流过形成的旋涡的频率等于空腔内的声频，便会引起 声共振。散发的噪声最高的记录是 169 分贝，比喷气式飞机发出的噪声还要大，远远超过人 耳正常情况下承受的能力。在列管式换热器中，为了获得较好的传热效率与更大的生产能力， 换热设备通常采取强化传热与设备大型化的措施。由于一般不可能将这些设备的结构设计成 具有承受流体力最小的尺寸和形状，这样的结构从流体动力学和结构动力学的角度来看是属 于不良绕流物体，故流体诱发振动的事故不断发生，使换热管相互碰撞、磨损从而导致泄漏
破坏,还会产生高达120~150分贝的噪声。对较大型的装置,特别是处理有毒、易燃、易 爆或放射性物质的装置,发生破坏时后果将十分严重。据文献记载,美、英、德、法、加、 日、韩等许多国家都曾有过列管式换热器发生管束振动或声振动造成设备失效、工厂停产的 报导,有的经济损失每年高达5千万美元。我国北京、天津、上海等许多城市的化工厂、炼 油厂、热电厂中也曾发生换热器管束振动与声振动的事故,造成的经济损失数以百万元计。 因此风诱发振动和防振的研究受到各国工程界与学术界的重视 振动会对设备造成危害,通过改变设备的固有频率、增加设备的阻尼及采用扰流装置对 抑制振动有很大的作用。例如在塔的上部1/3塔高的范围内安装轴向翅片或螺旋型翅片的扰 流器(图2),可影响卡门涡流的形成,以减缓或防止塔的共振。国外也曾多次报道钢烟囱 被振坏的事例,有的烟囱上出现的裂纹长达半个圆周。但若在烟囱的顶部与地面之间设置缆 绳,缆绳上装有两个大弹簧以吸收振动时的能量,在烟囱上部的外表面焊接螺旋翅片以破坏 卡门旋涡;或者改变烟囱的固有频率,都能有效地防止烟囱的破坏。又如减少换热管子的跨 距或采用弹性模量较大的材料,均可提高管子的自振周期。在换热管子的外表面沿周向缠绕 金属丝或沿轴向设置金属条都可抑制或削弱周期性旋涡的影响 (a)轴向翅片(b)螺旋形翅片 图2.扰流器示意图 实际上,最经济与最有效的防振措施乃是在设计阶段认真地对塔设备进行振动分析。在 进行工程结构设计时,事先估计到卡门旋涡诱发振动的可能性,将有助于我们避免恶性事故 的发生。 压力容器设计中有关标准问题的探讨 全国压力容器标准化技术委员会秘书长寿比南 摘要 GB150-1998《钢制压力容器》实施二年来,标准使用者相继提出了一些标准使用过程 中出现的问题,有些是使用者对标准理解的偏差,有些则值得进一步研究和探讨。本文重点 讨论了GB150-1998《钢制压力容器》和新版《压力容器安全技术监察规程》实施过程中的 某些问题,并阐述了作者自己的见解,希望能够对使用者有所裨益。 前言 GB150-1998《钢制压力容器》实施后,国家于一九九九年颁布了新版《压力容器安全 技术监察规程》,使得压力容器的设计、制造、检验等环节得到了更为有效的控制。通过大 量的标准和法规宣贯活动以及压力容器标准提案审査制度的有效实施,我们从各方面收集到 些在标准使用过程中遇到的问题,其内容涉及到压力容器的设计、制造、检验及管理等诸 方面,我们对这些问题分别进行了研究并提出了相应的处理意见。为了使广大标准使用者能 够更好地理解和使用GB150及“容规”,保证压力容器产品的安全和质量,全国压力容器标 准化技术委员会在开设的网站:www.cnscpv.org.cn上先后公布了对《压力容器安全技术监 察规程》和压力容器标准条款的解释。本文拟就其中一些有共性的问题进行探讨,详细阐述 相关的标准和法规条款的含义,以期加深使用者对标准和法规的理解,使业内人员在压力容
破坏，还会产生高达 120～150 分贝的噪声。对较大型的装置，特别是处理有毒、易燃、易 爆或放射性物质的装置，发生破坏时后果将十分严重。据文献记载，美、英、德、法、加、 日、韩等许多国家都曾有过列管式换热器发生管束振动或声振动造成设备失效、工厂停产的 报导，有的经济损失每年高达 5 千万美元。我国北京、天津、上海等许多城市的化工厂、炼 油厂、热电厂中也曾发生换热器管束振动与声振动的事故，造成的经济损失数以百万元计。 因此风诱发振动和防振的研究受到各国工程界与学术界的重视。 振动会对设备造成危害，通过改变设备的固有频率、增加设备的阻尼及采用扰流装置对 抑制振动有很大的作用。例如在塔的上部 1/3 塔高的范围内安装轴向翅片或螺旋型翅片的扰 流器（图 2），可影响卡门涡流的形成，以减缓或防止塔的共振。国外也曾多次报道钢烟囱 被振坏的事例，有的烟囱上出现的裂纹长达半个圆周。但若在烟囱的顶部与地面之间设置缆 绳，缆绳上装有两个大弹簧以吸收振动时的能量，在烟囱上部的外表面焊接螺旋翅片以破坏 卡门旋涡；或者改变烟囱的固有频率，都能有效地防止烟囱的破坏。又如减少换热管子的跨 距或采用弹性模量较大的材料，均可提高管子的自振周期。在换热管子的外表面沿周向缠绕 金属丝或沿轴向设置金属条都可抑制或削弱周期性旋涡的影响。 (a)轴向翅片 (b)螺旋形翅片 图 2. 扰流器示意图 实际上，最经济与最有效的防振措施乃是在设计阶段认真地对塔设备进行振动分析。在 进行工程结构设计时，事先估计到卡门旋涡诱发振动的可能性，将有助于我们避免恶性事故 的发生。 压力容器设计中有关标准问题的探讨 全国压力容器标准化技术委员会 秘书长 寿比南 摘 要 GB150-1998《钢制压力容器》实施二年来，标准使用者相继提出了一些标准使用过程 中出现的问题，有些是使用者对标准理解的偏差，有些则值得进一步研究和探讨。本文重点 讨论了 GB150-1998《钢制压力容器》和新版《压力容器安全技术监察规程》实施过程中的 某些问题，并阐述了作者自己的见解，希望能够对使用者有所裨益。 前 言 GB150-1998《钢制压力容器》实施后，国家于一九九九年颁布了新版《压力容器安全 技术监察规程》，使得压力容器的设计、制造、检验等环节得到了更为有效的控制。通过大 量的标准和法规宣贯活动以及压力容器标准提案审查制度的有效实施，我们从各方面收集到 一些在标准使用过程中遇到的问题，其内容涉及到压力容器的设计、制造、检验及管理等诸 方面，我们对这些问题分别进行了研究并提出了相应的处理意见。为了使广大标准使用者能 够更好地理解和使用 GB150 及“容规”，保证压力容器产品的安全和质量，全国压力容器标 准化技术委员会在开设的网站：www.cnscpv.org.cn 上先后公布了对《压力容器安全技术监 察规程》和压力容器标准条款的解释。本文拟就其中一些有共性的问题进行探讨，详细阐述 相关的标准和法规条款的含义，以期加深使用者对标准和法规的理解，使业内人员在压力容