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《压力容器安全评定技术基础》是原国家教委1998年颁布的过程装备与控制工程专业的专业技术课用教材。为适应当前科学技术的飞速发展,培养社会急需的工程技术人才,自2000年起,国内各高校中的过程装备与控制工程专业相继为本科生开设同类的课程,然而尚缺乏较适宜的教材。一方面由于近几年来,在结构完整性评定方面,技术进展迅速,因而原教材的内容有些老化;另一方面,所涉及的知识面往往也较窄。为此,自2000年起,笔者根据最新专业教学计划和教学大纲的要求,本着加强基础、拓宽专业、技术新颖、突出重点的原则,开始组织编写本教材,作为过程装备与控制工程专业和安全工程专业本科教学用书,同时作为动力工程专业安全工程学方向硕士生相关课程用教材,并于当年12月由校内胶印,作为2001年春季用教材。目前,该教材已经使用10年,取得良好的教学效果。
1 教材的主要目标和指导思想
为满足当前教学需要和社会对新型技术人才的需求,2005年12月本教材列入中国石油大学(华东)“十一五”规划教材计划,并作为石油高等院校过程装备与控制工程专业用统编教材,由中国石化出版社正式出版。为此,根据多年来的教学实践,在学校原有校内胶印教材的基础上,重新组织修订编写本教材,旨在通过全面介绍与“合乎使用”标准相关的基础理论,使读者掌握有关的基本知识,为“合乎使用”评定技术在我国石化行业中的进一步推广应用奠定基础。
1)及时总结当今结构完整性评定技术领域中的新理论、新方法,尽量反映新成果,努力突出一个“新”字;
2)密切联系国内外相关的最新标准与规范,紧密跟踪工程最新技术,以体现教材在工程中的实用性,满足社会发展对人才的需求;
3)本着宽而新与少而精的原则,综合各相关教材之优点,舍其糟粕、取其精华,以适应当今知识爆炸性发展的需要;
4)在保证教材内容覆盖面与少而精的原则下,可依照教学大纲的基本要求适当取舍,使其具有教学的可操作性。
由于本教材在优化和保持基础理论系统性的同时,引入现代压力容器及管道结构完整性评定及安全工程技术方面的最新进展,并增添了金属材料的高温蠕变理论部分,以及蠕变条件下的裂纹扩展即高温断裂力学和长期高温下材料组织和性能的劣化等内容,有利于丰富学生的专业知识,增强学生的工程意识,提高学生的分析和解决工程实际问题的能力。学生毕业后得到用人单位的好评,可以说,完全达到预定教学目标和教学大纲的要求。目前库存的教材已用尽。
2 教材主要内容
本教材在全面而又系统地阐述压力容器及管道安全评定所依据的断裂理论基础知识的基础上,详细论述含缺陷结构完整性评定的工程分析方法、压力容器用钢在高温受载条件下的失效规律及其组织结构的劣化,同时还对国内外完整性评定标准及其最新进展作了详细介绍。全书分六部分,下面介绍其主要内容。
绪论主要介绍压力容器的应用;压力容器的安全问题与破坏事故统计;断裂力学的产生与发展;压力容器的质量控制标准与合乎使用标准。
第1章 弹塑性断裂理论与工程分析方法内容包括:能量释放率理论;应力强度因子理论;KI的塑性修正与线弹性断裂理论的适用范围;压力容器中裂纹应力强度因子的计算;COD理论;J积分理论;弹塑性断裂分析的工程方法。
第2章 压力容器疲劳裂纹扩展及寿命估算内容包括:概述;疲劳裂纹扩展规律与寿命估算;影响疲劳裂纹扩展速率的因素;应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳裂纹扩展。
第3章 金属材料的高温蠕变与蠕变断裂内容包括:金属材料的蠕变;金属材料的蠕变断裂;金属材料的高温强度及其外推方法;金属材料的应力松弛;蠕变条件下的裂纹扩展。
第4章 长期高温下金属材料组织和性能的劣化内容包括:碳钢及珠光体耐热钢的珠光体球化;碳钢及碳钼钢的石墨化;合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配;不锈耐热钢的σ相析出脆化与析出强化合金的析出相粗化;铬钼钢的回火脆化。
第5章 压力容器缺陷评定标准主要介绍压力容器缺陷评定技术进展;以线弹性断裂理论为基础的标准;以COD理论为依据的标准;采用失效评定图技术的标准。
3 教材的特点
如前文所述,教材及时反映了当今结构完整性评定技术领域中的新理论、新方法和新成果,突出一个“新”字;密切联系国内外相关的最新标准与规范,紧密跟踪工程最新技术,体现教材在工程中的实用性,满足社会发展对新型技术人才的需求;内容编排符合宽而新与少而精的原则,适应当今知识爆炸性发展的需要;与相应的多媒体CAI课件配合使用,可依照教学大纲的基本要求适当取舍,使其具有教學的可操作性。
4 教材使用情况
至2006年底,本教材连续试用6届,学生普遍反映很好。学生选修率逐年提高,2004级学生选修率已达90%。自2001年以来,本教材已连续10年作为过程装备与控制工程专业本科生压力容器安全评定技术课程用教材和动力工程专业安全工程学方向硕士生现代压力容器分析课程用参考教材,解决了该类课程的急需,学生普遍反映教材概念清楚,重点突出,专业知识面宽而新,理论与工程结合紧密。
10年来的教学实践证明:及时总结专业领域内的新理论与新方法,反映该学科领域研究的新成果;贯彻国内外最新的标准和规范,并与工程中的最新技术接轨;体系编排合理、内容取舍得当、逻辑性强、符合教学基本规律,无疑应成为教材建设的主要目标。正是从这一目标出发,本教材有利于学生毕业后的工作实际,也能为从事承压设备设计、制造和维护管理等工程技术人员以及安全监督和安全工程研究人员提供必备的基本理论和基础知识。
5 结论
归纳起来,本教材内容丰富新颖,结构紧凑,力求反映国际上结构完整性评定方面的新理论、新技术和新成果,注重理论与工程应用紧密结合,且书中附有例题和习题。与国内同类教材相比,本教材知识面宽、技术新颖、体系完整;内容精炼、重点突出、结构紧凑;理论与工程应用结合紧密,例题和习题联系实际,注重跟踪工程新技术;内容上深入浅出、循环渐进,有利于增强学生的工程意识和培养实际工作能力。因而本教材既拓宽了现代专业知识,又减少了学时,有效地增加了教学信息量,为提高教学质量,培养满足社会需求的工程技术人才奠定了基础。
1 教材的主要目标和指导思想
为满足当前教学需要和社会对新型技术人才的需求,2005年12月本教材列入中国石油大学(华东)“十一五”规划教材计划,并作为石油高等院校过程装备与控制工程专业用统编教材,由中国石化出版社正式出版。为此,根据多年来的教学实践,在学校原有校内胶印教材的基础上,重新组织修订编写本教材,旨在通过全面介绍与“合乎使用”标准相关的基础理论,使读者掌握有关的基本知识,为“合乎使用”评定技术在我国石化行业中的进一步推广应用奠定基础。
1)及时总结当今结构完整性评定技术领域中的新理论、新方法,尽量反映新成果,努力突出一个“新”字;
2)密切联系国内外相关的最新标准与规范,紧密跟踪工程最新技术,以体现教材在工程中的实用性,满足社会发展对人才的需求;
3)本着宽而新与少而精的原则,综合各相关教材之优点,舍其糟粕、取其精华,以适应当今知识爆炸性发展的需要;
4)在保证教材内容覆盖面与少而精的原则下,可依照教学大纲的基本要求适当取舍,使其具有教学的可操作性。
由于本教材在优化和保持基础理论系统性的同时,引入现代压力容器及管道结构完整性评定及安全工程技术方面的最新进展,并增添了金属材料的高温蠕变理论部分,以及蠕变条件下的裂纹扩展即高温断裂力学和长期高温下材料组织和性能的劣化等内容,有利于丰富学生的专业知识,增强学生的工程意识,提高学生的分析和解决工程实际问题的能力。学生毕业后得到用人单位的好评,可以说,完全达到预定教学目标和教学大纲的要求。目前库存的教材已用尽。
2 教材主要内容
本教材在全面而又系统地阐述压力容器及管道安全评定所依据的断裂理论基础知识的基础上,详细论述含缺陷结构完整性评定的工程分析方法、压力容器用钢在高温受载条件下的失效规律及其组织结构的劣化,同时还对国内外完整性评定标准及其最新进展作了详细介绍。全书分六部分,下面介绍其主要内容。
绪论主要介绍压力容器的应用;压力容器的安全问题与破坏事故统计;断裂力学的产生与发展;压力容器的质量控制标准与合乎使用标准。
第1章 弹塑性断裂理论与工程分析方法内容包括:能量释放率理论;应力强度因子理论;KI的塑性修正与线弹性断裂理论的适用范围;压力容器中裂纹应力强度因子的计算;COD理论;J积分理论;弹塑性断裂分析的工程方法。
第2章 压力容器疲劳裂纹扩展及寿命估算内容包括:概述;疲劳裂纹扩展规律与寿命估算;影响疲劳裂纹扩展速率的因素;应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳裂纹扩展。
第3章 金属材料的高温蠕变与蠕变断裂内容包括:金属材料的蠕变;金属材料的蠕变断裂;金属材料的高温强度及其外推方法;金属材料的应力松弛;蠕变条件下的裂纹扩展。
第4章 长期高温下金属材料组织和性能的劣化内容包括:碳钢及珠光体耐热钢的珠光体球化;碳钢及碳钼钢的石墨化;合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配;不锈耐热钢的σ相析出脆化与析出强化合金的析出相粗化;铬钼钢的回火脆化。
第5章 压力容器缺陷评定标准主要介绍压力容器缺陷评定技术进展;以线弹性断裂理论为基础的标准;以COD理论为依据的标准;采用失效评定图技术的标准。
3 教材的特点
如前文所述,教材及时反映了当今结构完整性评定技术领域中的新理论、新方法和新成果,突出一个“新”字;密切联系国内外相关的最新标准与规范,紧密跟踪工程最新技术,体现教材在工程中的实用性,满足社会发展对新型技术人才的需求;内容编排符合宽而新与少而精的原则,适应当今知识爆炸性发展的需要;与相应的多媒体CAI课件配合使用,可依照教学大纲的基本要求适当取舍,使其具有教學的可操作性。
4 教材使用情况
至2006年底,本教材连续试用6届,学生普遍反映很好。学生选修率逐年提高,2004级学生选修率已达90%。自2001年以来,本教材已连续10年作为过程装备与控制工程专业本科生压力容器安全评定技术课程用教材和动力工程专业安全工程学方向硕士生现代压力容器分析课程用参考教材,解决了该类课程的急需,学生普遍反映教材概念清楚,重点突出,专业知识面宽而新,理论与工程结合紧密。
10年来的教学实践证明:及时总结专业领域内的新理论与新方法,反映该学科领域研究的新成果;贯彻国内外最新的标准和规范,并与工程中的最新技术接轨;体系编排合理、内容取舍得当、逻辑性强、符合教学基本规律,无疑应成为教材建设的主要目标。正是从这一目标出发,本教材有利于学生毕业后的工作实际,也能为从事承压设备设计、制造和维护管理等工程技术人员以及安全监督和安全工程研究人员提供必备的基本理论和基础知识。
5 结论
归纳起来,本教材内容丰富新颖,结构紧凑,力求反映国际上结构完整性评定方面的新理论、新技术和新成果,注重理论与工程应用紧密结合,且书中附有例题和习题。与国内同类教材相比,本教材知识面宽、技术新颖、体系完整;内容精炼、重点突出、结构紧凑;理论与工程应用结合紧密,例题和习题联系实际,注重跟踪工程新技术;内容上深入浅出、循环渐进,有利于增强学生的工程意识和培养实际工作能力。因而本教材既拓宽了现代专业知识,又减少了学时,有效地增加了教学信息量,为提高教学质量,培养满足社会需求的工程技术人才奠定了基础。