化工设备机械基础_PPT_化工设备机械基础

2020-02-27 其他范文下载本文

化工设备机械基础_PPT由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“化工设备机械基础”。

化工设备机械基础_PPT.txt珍惜生活——上帝还让你活着，就肯定有他的安排。雷锋做了好事不留名，但是每一件事情都记到日记里面。本文由xiaoniuwfql贡献

ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。

化工设备机械基础

压力容器的常规设计方法

内压、外压（内压、外压（中、低压）低压）

几类常用化工设备

换热设备、塔设备、换热设备、塔设备、搅拌设备

参考书目

《化工容器及设备》，余国琮主编，北京：化学工业出化工容器及设备》余国琮主编，北京：版社，1980 版社，《化工容器设计》，化工设备设计全书编委员会，上海：化工容器设计》化工设备设计全书编委员会，上海：上海科学技术出版社，上海科学技术出版社，1987 《过程设备设计》，郑津洋等主编，北京：化学工业出过程设备设计》郑津洋等主编，北京：版社，版社，2005 GB150-98《钢制压力容器》，北京：学苑出版社，1998 《钢制压力容器》北京：学苑出版社，GB151-99《钢制管壳式换热器》，北京：学苑出版社，《钢制管壳式换热器》北京：学苑出版社，1999 绪论

一、问题的提出

（一）设备是工艺的基础

（二）材料是设备的基础

二、课程内容

（一）基础篇——材料基础篇材料

材料的性能常用三类钢碳钢合金钢特殊性能钢

中低压容器设计（（二）理论篇——中低压容器设计（内压和外压）理论篇中低压容器设计内压和外压）

内压容器

液位计管口人孔

外压容器的失稳

封头

支座

筒体

典型设备（（三）实践篇——典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）实践篇典型设备换热器、塔设备、搅拌器）

换热器

塔设备

搅拌器

第一篇

第一章

化工设备材料

化工设备材料及其选择

教学重点：教学重点：

化工设备材料的选择。化工设备材料的选择。

教学难点：教学难点：

材料的性能。材料的性能。

第一节概述

一、化工设备选材的重要性和复杂性 1.操作条件的限制

2.制造条件的限制 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制 3.材料自身性能的限制

二、选材要遵循

适用、适用、安全和经济的原则

第二节

材料的性能

一、力学性能材料在外力（或外加能量）材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。

强度

塑性

韧性

硬度

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度：形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 金属材料承受载荷作用，金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，增加时，仍继续发生明显的塑性变形，显的塑性变形，这种现象就称为屈服。象就称为屈服。

常温拉应力下20号钢的拉抻试验常温拉应力下号钢的拉抻试验 l0=10d0 l0= 5d0 或

开始出现塑性变形时的应称为“屈服点” 力，称为“屈服点”ζs 从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，能达到的最大应力值，叫 ζ 做抗拉强度。做抗拉强度。b

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度：形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 金属在拉伸条件下，金属在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，大应力值，叫作抗拉强度。拉强度。

强度：

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在高温下，材料在高温下，在一定的应力下，一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。形的能力。

强度：

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在高温下，材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。发生断裂的能力。

强度：

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在交变载荷作用下，材料在交变载荷作用下，交变载荷作用下会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把种现象就是疲劳。经过10 经过 6~108次循环试验而不发生断裂的最大应力，而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。作为疲劳强度。

2、塑性：、塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。能力。

主要有两个塑性指标：主要有两个塑性指标：

延伸率δ 延伸率

l K l K ? l0 δ= ×100% = ×100% l0 l0 FK FK ? F0 ψ= × 100% = × 100% F0 F0 断面收缩率Ψ 断面收缩率

3、韧性：、韧性：表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。承受静载荷抗裂纹扩展的能力—— 承受静载荷抗裂纹扩展的能力缺口敏感性承受动载荷时抗裂纹的能力—— 承受动载荷时抗裂纹的能力冲击韧性

（1）冲击韧度）

图1-1冲击试样的安放冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座摆锤试样机座

图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样摆锤试样

为面积）冲击功 Ak = GH 1 ? GH 2，而冲击韧度 α k = Ak / F F为面积）（为面积

问题判断正误并说出理由韧性高的材料，塑性好；韧性高的材料，塑性好；塑性较高的材料，韧性也好。的材料，韧性也好。

注意！注意！韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，其所以如此，就是因为静载菏下能够缓慢塑性变形的材料．够缓慢塑性变形的材料．在动载荷下不一定能迅速塑性变形。下不一定能迅速塑性变形。

（2）缺口敏感性）指在带有一定应力集中的缺口条件下，指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件抵抗裂纹扩展的能力。下，抵抗裂纹扩展的能力。55 10 8 10 R1 2(a)U型缺口型缺口 55 10 8 10 R0.25 45° °(a)V型缺口型缺口

图1-3 冲击试验的标准试样

4、硬度：、硬度：金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在（一般在HB450以上就不能使布氏硬度以上就不能使洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材用)、洛氏硬度可以用于硬度很高的材维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测料)、维氏硬度定极薄试样的硬度)显微硬度。定极薄试样的硬度，显微硬度。

小结

材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位，硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。但使用时要考虑温度的变化。T ζs δ T ζs δ

二、物理性能

相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。弹性模数与泊桑比等。

1、线膨胀系数α 线膨胀系数α

2、弹性模量E、弹性模量E 材料在弹性范围内，应力和应变成正比，材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即ζ＝Eε，这个＝，比例系数E称为弹性模量，表示金属材料在弹性变形阶段比例系数称为弹性模量，称为弹性模量的应力和应变关系。的应力和应变关系。对不同材料，材料的弹性模量越大．对不同材料，材料的弹性模量越大．使它产生一定量的弹对同一种材料，弹性模数E随温性变形的应力也越。对同一种材料，弹性模数随温度的升高而。

α = 1 ?l l ?t

3、泊桑比、泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比，表示。长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，表示对于各种钢材它近乎为一个常数，即μ＝0.3。＝。b1 l l1 b ε′ μ= ε

其中 ε ′ = b1 ? b ?b = b b l ?l ?l = 1 l l ε =

三、化学性能

1、耐腐蚀性金属和合金对周围介质，如大气、水汽、金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。

2、抗氧化性在现代工业生产中的许多高温化工设备，在高温工作在现代工业生产中的许多高温化工设备，条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气体介质如水蒸气，等的氧化腐蚀作用，体介质如水蒸气，CO2、SO2等的氧化腐蚀作用，因此锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的含量对钢的氧化是有一定影响的。含量对钢的氧化是有一定影响的。

几种材料在不同温度和浓度的酸、表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性

介质材料

硝酸(%)×(℃)℃ ×

硫酸(%)(℃)℃

盐酸(%)×(℃)℃ ×

氢氧化钠(%)(℃)℃

硫酸铵

硫化氢

尿素

氨(℃)℃

(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)℃ ℃ ℃ × 耐 × × × × 耐 ×(25)灰铸铁

70~80 20(80~100)(70)(任)(480)任(34)(100)≤35 ≥70 100 ≤90 × 50 × 10 120 260 480 100 × 35 × 沸

高硅铸铁 ≥40 ≤沸沸 50~100 ＜120(＜35)30 ＜ STSi15R ＜40 ＜70 碳钢 × 70~80 20 ×(80~100)(70)沸(80~100)＜40(沸)沸(＜10)(＜40)＜＜ 40(30)× × 60 × × 沸 × ×

耐潮湿 100 耐 × 80 200 ×(沸)沸(70)＜50 18-8型型(60~80)不锈钢 95(80~95)铝＞95 铜铅钛 × × 任

× ×

饱 10 250 20 × 100 100 ×

溶液与 100 气体气 × 气耐耐 300 × 300 20 ＜60(＜27)(55)＜(80~100)(20)＜75(96)5 50(20)35 × ×(10)(40)(浓)(110)浓

干燥 20 气

＜10 ＜40

四、加工工艺性能金属和合金的工艺性能是指铸造性、可锻性、金属和合金的工艺性能是指铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性、焊性、切削加工性、热处理性能等直接影响化工设备和零部件的制造工艺方法，设备和零部件的制造工艺方法，也是选择材料时必须考虑的因素。必须考虑的因素。良好的冷热加工性能良好的焊接性能

第三节金属材料的分类及牌号

一、分类

1、金属的分类、生铁黑色金属钢金属铜及其合金炼钢生铁铸造生铁合金生铁纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金铅、锡及其合金其它有色及其合金锌及其合金镍、钴及其合金

有色金属

轻金属及其合金

2、钢的分类、二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000）钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000）

1、碳素结构钢：、碳素结构钢： 1）普通碳素结构钢（GB700-88））普通碳素结构钢（）代表钢材屈服点的字母＋屈服点的数值＋材料质量等级符号＋脱氧方法符号，脱氧方法符号，常用Q235B，Q235C，Q235A·F，常用，2）优质碳素结构钢（GB711-88））优质碳素结构钢（）较普通碳素结构含S、量较少表面质量较好。量较少，较普通碳素结构含、P量较少，表面质量较好。常用

10、常用、15、20g、20R和20等。、和等

表1-2 压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表

钢板牌号

使用温度℃

设计压力 MPa 壳体钢板厚度 mm 其它限制不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器 Q235-B 0~350 ≤1.6 ≤20 Q235-C 0~400 ≤2.5 ≤30

二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000）钢铁牌号及表示方法（）

2、合金（高强度）钢、合金（高强度）在碳素钢的基础上加入少量合金元素。在碳素钢的基础上加入少量合金元素。特别：特别：锅炉钢和容器钢主要用于壳体或锅炉承压元件。主要用于壳体或锅炉承压元件。如16MnR，15MnVR，18MnMoNb等。，等性能指标等见附录。性能指标等见附录。

二、钢铁牌号及表示方法：钢铁牌号及表示方法：

3、特殊性能钢、主要指不锈耐酸钢铬不锈钢，铬不锈钢，如1Cr13 铬镍不锈钢，铬镍不锈钢，如0Cr18Ni9 节镍不锈钢

第四节

一、金属的腐蚀 1.定义： 1.定义：定义

化工设备的腐蚀及防腐

金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。破坏现象。2.类型（腐蚀过程有无电流产生）2.类型（腐蚀过程有无电流产生）类型 1）化学腐蚀（如氢腐蚀）化学腐蚀（如氢腐蚀）2）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）

二、常见腐蚀类型

1.氢腐蚀氢气在较低温度和压力(200℃，＜5.0 氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下，＜对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，象常称为“氢腐蚀” 象常称为“氢腐蚀”。

二、常见腐蚀类型 2.晶间腐蚀发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。Cr的含量有关

奥氏体不锈钢晶粒——阴极阴极奥氏体不锈钢晶粒晶粒边界析出的碳化铬

贫铬区——阳极阳极贫铬区

晶粒边界

图1-1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

二、常见腐蚀类型 3.应力腐蚀金属在腐蚀介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。种破坏形式。腐蚀与拉应力起互相促进的作用。相促进的作用。

原始裂纹保护膜应力方向金属本身腐蚀性介质

裂纹尖端裂纹将扩展的区域

图1-2 应力腐蚀的裂纹扩展

三、金属腐蚀的破坏形式

1.均匀腐蚀 2.非均匀腐蚀区域腐蚀、点腐蚀、区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀

第五节