1、緒論,一、問題的提出,二、課程內(nèi)容,（一）設(shè)備是工藝的基礎(chǔ),（二）材料是設(shè)備的基礎(chǔ),（一）基礎(chǔ)篇材料,材料的性能,內(nèi)壓容器,外壓容器的失穩(wěn),（二）理論篇中低壓容器設(shè)計（內(nèi)壓和外壓）,（三）實踐篇典型設(shè)備（換熱器、塔設(shè)備、攪拌器）,化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ),壓力容器的常規(guī)設(shè)計方法 內(nèi)壓、外壓（中、低壓） 幾類常用化工設(shè)備 換熱設(shè)備、塔設(shè)備、攪拌設(shè)備,參考書目,化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)編寫組，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1979 化工容器及設(shè)備，余國琮主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1980 化工容器設(shè)計，化工設(shè)備設(shè)計全書編委員會，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987 過程設(shè)備設(shè)計，鄭津洋等主編，北京：化學(xué)

2、工業(yè)出版社，2005 GB150-98鋼制壓力容器，北京：學(xué)苑出版社，1998,第一章 化工設(shè)備材料及其選擇,教學(xué)重點： （1）材料的力學(xué)性能； （2）化工設(shè)備材料的選擇。 教學(xué)難點： 材料的性能。,第一節(jié) 概述,一、化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性 1.操作條件的限制 2.制造條件的限制 3.材料自身性能的限制 二、選材要遵循 適用、安全和經(jīng)濟(jì)的原則。,第二節(jié) 材料的性能,一、力學(xué)性能 材料在外力(或外加能量)作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行 為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過允 許的變形或不被破壞的能力。,金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象就

3、稱為屈服。,1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。,常溫拉應(yīng)力下20號鋼的拉抻試驗,l0=10d0,l0= 5d0,或,從開始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強度。,開始出現(xiàn)塑性變形時的應(yīng)力，稱為“屈服點”,ss,sb,1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。,金屬在拉伸條件下，從開始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫作抗拉強度。,1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。,材料在高溫下，在一定的應(yīng)力下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。,材料在高溫下，抵抗發(fā)生斷裂的能力。,1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷

4、裂的特性。,材料在交變載荷作用下，會在遠(yuǎn)低于材料本身的屈服點時就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把）經(jīng)過106108次循環(huán)試驗而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為疲勞強度。,1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。,2、塑性： 金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。 主要有兩個塑性指標(biāo)： 延伸率 斷面收縮率,3、韌性： 表示材料彈塑性變形為斷裂全過程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。,承受靜載荷抗裂紋擴(kuò)展的能力 缺口敏感性 承受動載荷時抗裂紋的能力 沖擊韌性,沖擊功AK=GH1-GH2，而沖擊韌度K= AK/F（F為面積）,圖1-1沖擊試樣的安放 1-擺錘2-試樣

5、3-機(jī)座,圖1-2 沖擊試驗原理 1-擺錘2-試樣,韌性高的材料，塑性好；塑性較高的材料，韌性也好。,問題,判斷正誤并說出理由,注意！韌性是材料在外加動載荷突然襲擊時的一種及時和迅速塑性變形的能力。韌性高的材料，一般都有較高的塑性指標(biāo)；但塑性較高的材料，卻不一定都有高的韌性。其所以如此，就是因為靜載菏下能夠緩慢塑性變形的材料在動載荷下不一定能迅速塑性變形。,（2）缺口敏感性,指在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，并且在靜載荷作用條件下，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。,圖1-3 沖擊試驗的標(biāo)準(zhǔn)試樣,4、硬度： 金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。 表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)抵抗 彈性變形、塑性變形

6、或破斷的能力。,布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材料) 、 維氏硬度HV ( 比洛氏硬度更適合于測定極薄試樣的硬度) ，顯微硬度。,材料的力學(xué)性能所包括的強度、塑性、韌性、硬度四個指標(biāo)中，強度和塑性占主導(dǎo)地位，但使用時要考慮溫度的變化。,T,T,小結(jié),二、物理性能相對密度、熔點、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。,2、彈性模量E 材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即E，這個比例系數(shù)E稱為彈性模量，表示金屬材料在彈性變形階段的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。 對不同材料，材料的彈性模量越大使它產(chǎn)生一定量的彈性變形的應(yīng)力也越。對同一種材料，

7、彈性模數(shù)E隨溫度的升高而。,1、線膨脹系數(shù),2.泊桑比,泊桑比是拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比，以表示。對于各種鋼材它近乎為一個常數(shù)，即0.3。,三、化學(xué)性能,1、耐腐蝕性 金屬和合金對周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。 2、抗氧化性 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的許多高溫化工設(shè)備，在高溫工作條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過程，還有其他氣體介質(zhì)如水蒸氣，CO2、SO2等的氧化腐蝕作用，因此鍋爐給水中的含氧量和其他介質(zhì)中的硫及其他雜質(zhì)的含量對鋼的氧化是有一定影響的。,表1-1 幾種材料在不同溫度和濃度的酸、堿和鹽類介質(zhì)中的耐腐蝕性,金屬和合金的工藝性能是指鑄造性、可

8、鍛性、可 焊性、切削加工性、熱處理性能等直接影響化工 設(shè)備和零部件的制造工藝方法，也是選擇材料時 必須考慮的因素。 良好的冷熱加工性能 良好的焊接性能,四、加工工藝性能,第三節(jié)金屬材料的分類及牌號,一、分類,1、金屬的分類,鑄造生鐵,金屬,黑色金屬,有色金屬,生鐵,鋼,煉鋼生鐵,合金生鐵,銅及其合金,輕金屬及其合金,其它有色及其合金,純銅（紫銅）,銅鋅合金（黃銅）,銅錫合金（錫青銅）,無錫合金（鋁青銅等）,鋁及鋁合金,鈦及鈦合金,鎂及鎂合金,鉛、錫及其合金,鋅及其合金,鎳、鈷及其合金,2、鋼的分類,二、鋼鐵牌號及表示方法（GB/T221-2000）,1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：,1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB7

9、00-88） 代表鋼材屈服點的字母 屈服點的數(shù)值 材料質(zhì)量等級符號 脫氧方法符號， 常用Q235B，Q235C，Q235AF 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB711-88） 較普通碳素結(jié)構(gòu)含S、P量較少，表面質(zhì)量較好。 常用10、15 、20g、20R和20等。,表1-2 壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表,二、鋼鐵牌號及表示方法（GB/T221-2000）,2、合金（高強度）鋼 在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素。 特別：鍋爐鋼和容器鋼 主要用于殼體或鍋爐承壓元件。 如16MnR，15MnVR，18MnMoNb等。 性能指標(biāo)等見附錄。,二、鋼鐵牌號及表示方法：,3、特殊性能鋼 主要指不銹耐酸鋼 鉻不

10、銹鋼，如1Cr13 鉻鎳不銹鋼，如0Cr18Ni9 節(jié)鎳不銹鋼,三、有色金屬,鋁良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，耐濃硝酸 換熱器，塔，深冷設(shè)備 銅良好的導(dǎo)電性，低溫韌性好 蒸發(fā)器、蛇管、墊片等 鉛能防輻射，耐稀硫酸等 制作襯里,第四節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐,一、金屬的腐蝕 1.定義： 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞現(xiàn)象。 2.類型（腐蝕過程有無電流產(chǎn)生） 1）化學(xué)腐蝕（如氫腐蝕） 2）電化學(xué)腐蝕（如晶間腐蝕，應(yīng)力腐蝕）,二、常見腐蝕類型,1. 氫腐蝕 氫氣在較低溫度和壓力(200，5.0MPa)下 對普通碳鋼及低合金鋼不會有明顯的腐蝕，但是 在高溫高壓下則會對它們產(chǎn)生腐蝕，結(jié)果使材料 的機(jī)

11、械強度和塑性顯著下降，甚至損壞，這種現(xiàn) 象常稱為“氫腐蝕”。,二、常見腐蝕類型,2. 晶間腐蝕 發(fā)生在晶界，晶粒 之間結(jié)合力下降， 與元素Cr的含量有關(guān)。,圖1-1 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕,二、常見腐蝕類型,3. 應(yīng)力腐蝕 金屬在腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力 的共同作用下產(chǎn)生的一種 破壞形式。腐蝕與拉應(yīng)力 起互相促進(jìn)的作用。,圖1-2 應(yīng)力腐蝕的裂紋擴(kuò)展,三、金屬腐蝕的破壞形式,均勻腐蝕 2. 非均勻腐蝕 區(qū)域腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕,四、金屬腐蝕的評定方法,1. 根據(jù)質(zhì)量變化評定 通過試驗方法測出金屬試件在單位表面積、單位 時間腐蝕引起的量的變化。只能用于均勻腐蝕。 2. 根據(jù)腐蝕深度評定 金屬厚度的減少量即腐蝕深度來表示腐蝕速度。,五、金屬設(shè)備的防腐措施,1. 襯覆保護(hù)層 金屬保護(hù)層、非金屬保護(hù)層 2. 電化學(xué)保護(hù) 陰極保護(hù)(犧牲陽極保護(hù))、陽極保護(hù) 3. 添加緩蝕劑 緩蝕