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1、一、化工设备在化工生产中的应用,1、化工设备概念 化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热，传质和化学反应等过程，或用于储存物料的设备。,化工设备使用与维护,管 道,塔 设 备,加 热 炉,阀 门,反 应 设 备,泵,换 热 设 备,一、化工设备在化工生产中的应用,2、化工设备的应用 典型炼油、化工生产装置所需的化工设备,化工设备使用与维护,一、化工设备在化工生产中的应用,2、化工设备的应用 化工设备不仅用于化工和炼油生产中，而且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交通等工业部门也有着广泛的应用。,化工设备使用与维护,二、化工设备的类型,按照各自设备在化工生产的作
2、用进行分类,化工设备使用与维护,反 应 设 备,换 热 设 备,传 质 设 备,储 存 设 备,流 体 输 送 设 备,加 热 设 备,二、化工设备的类型,1、流体输送设备 各种泵、压缩机、鼓风机以及与其相配套的管线和阀门等等,化工设备使用与维护,二、化工设备的类型,2、加热设备 加热设备是将原料加热到一定的温度，使其汽化或为其进行反应提供足够的能量。,化工设备使用与维护,蒸发器,废（余）热锅炉,二、化工设备的类型,3、加换热设备 换热设备是将热量从高温物体传给低温物体，以达到加热、冷凝、冷却的目的，并从中回收热量，节约燃料。,化工设备使用与维护,列管式换热器,大型集成换热器,二、化工设备的类
3、型,4、传质设备 传质设备是利用物料之间某些物理性质，如沸点、密度、溶解度等的不同，将处于混合状态的物质（气态或液态）中的某些 组分分离出来。,化工设备使用与维护,吸收塔,精馏塔,二、化工设备的类型,5、反应设备 反应设备的作用是完成一定的化学和物理反应，其中化学反应是起主导和决定作用的，物理过程是辅助的或伴生的。,化工设备使用与维护,高温反应器,合成塔,二、化工设备的类型,6、储存设备 储存设备是用来盛装生产用的原料气、液体、液化气等 物料的设备,化工设备使用与维护,液氨储罐,高位储罐,球形储罐,三、化工生产对化工设备的要求,1、工艺性能要求 （1）达到工艺指标 （2）生产消耗低 （3）生产
4、效率高 2、安全性能要求 （1）、强度：指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力。 （2）、刚度：指设备及其零部件抵抗外力作用变形的能力 （3）、稳定性：指设备及其零部件在外力作用下维持原有 的能力。,化工设备使用与维护,三、化工生产对化工设备的要求,2、安全性能要求 （4）、耐蚀性：指设备抗腐蚀的能力。 （5）、密封性：指设备阻止介质泄漏的能力。 3、使用和经济性能的要求 化工设备除了要满足安全可靠性之外，还需满足经济方面要求。 （1）、尽量降低设备成本：通过节约材料、优化加工制造 工艺等 （2）、操作维修方便：考虑设备在使用过程中便于拆装、 检修、清洗等操作。,化工设备使用与维护,一、金属材料的
5、力学性能,材料的力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下，在变形和强度方面所表现出来的性能。是通过各种力学试验得到的，如拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳、硬度等试验。,化工设备使用与维护,硬 度,强 度,塑 性,韧 性,弹 性,温影 度响,刚 度,一、金属材料的力学性能,（一）材料的弹性和刚度 1、内力：物体受到外力作用后其内部各部分之间产生了 相互作用力。 2、应力:单位面积上的内力，用表示。 3、变形:物体受到外力作用后其原始尺寸或形状发生了变 化，这种变化称为变形。 4、应变：变形的量与原始尺寸的比值，用表示,化工设备使用与维护,一、金属材料的力学性能,（一）材料的弹性和刚度 = F/A A
6、为试件的原始截面积 = l/l l/l为拉伸时的变形量 E= / 材料的弹性模量，它反映了材料抵抗弹性变形的能力，即刚度。E值越大、材料的刚度也越大，越不容易发生弹性形变，E值越小、材料的弹性越好，越容易发生弹性形变。,化工设备使用与维护,一、金属材料的力学性能,（一）材料的弹性和刚度,化工设备使用与维护,比例极限,A,A1,弹性极限,一、金属材料的力学性能,（二）材料的强度和塑性 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。,化工设备使用与维护,强 度 指 标,一、金属材料的力学性能,（二）材料的强度和塑性 s 越大，材料越不容易发生塑性变形。它是衡量材料强度重要指标之一 b
7、 越大，材料越不容易断裂。它是衡量材料强度又一重要指标,化工设备使用与维护,一、金属材料的力学性能,（二）材料的强度和塑性 2、塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。（材料能够产生塑性变形的性质） 主要有两个塑性指标：,化工设备使用与维护,伸长率,断面收缩率, 和越大，材料在断裂前产生的塑性变形越大，材料的塑性越好,一、金属材料的力学性能,（三）硬度 材料抵抗他物压入或划痕的能力。 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。 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)、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适合于测定
8、极薄试样的硬度)，显微硬度。,化工设备使用与维护,一、金属材料的力学性能,（四）材料的冲击韧性 材料抵抗冲击载荷的能力。 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。 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 冲击韧性,化工设备使用与维护,一、金属材料的力学性能,（五）温度对材料力学性能的影响 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，但使用时要考虑温度的变化。,化工设备使用与维护,T,T,二、化工设备常用的金属材料,1、碳钢 （1）碳钢的分类,化工设备使用与维护,低碳钢 按含碳量 高碳钢 镇静钢：Z
9、按脱氧方式 半镇静钢：b 普通碳素钢 按品质 高级优质碳素钢,中碳钢,优质碳素钢,随着含碳量的增加，钢的强度硬度增加， 而塑性韧性降低。,镇静钢，脱氧完全，钢锭组织致密，质量好。,优质钢，S、P杂质含量低，质量好。,二、化工设备常用的金属材料,1、碳钢 （2）碳钢的牌号,化工设备使用与维护,a）普通碳素结构钢（GB700-88） 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， 常用Q235B，Q235C，Q235AF,二、化工设备常用的金属材料,1、碳钢 （2）碳钢的牌号,化工设备使用与维护,a）普通碳素结构钢（GB700-88）,Q 235A F,质量等级为A，共分A、
10、B、C、D四级,屈服极限s=235MPa,脱氧方式：有Z、TZ、F、b四种， 其中Z和TZ可省略。,屈,二、化工设备常用的金属材料,1、碳钢 （2）碳钢的牌号,化工设备使用与维护,b）优质碳素结构钢（GB711-88） 较普通碳素结构含S、P量较少，表面质量较好。 常用10、15 、20g、20R和20等。 g锅炉用钢 R-压力容器用钢 D-低温用钢 牌号：两位数字 表示脱氧方法的字母,二、化工设备常用的金属材料,1、碳钢 （2）碳钢的牌号,化工设备使用与维护,b）优质碳素结构钢（GB711-88） 牌号：两位数字 表示脱氧方法的字母 数字 含碳量万分数 字母只在沸腾钢时注出 低碳钢 08 1
11、0 15 20 25 中碳钢 30 35 40 45 50 55 60 高碳钢 60 65 70 80 85,二、化工设备常用的金属材料,2、合金钢,化工设备使用与维护,在碳素钢的基础上加入少量合金元素。 特别：锅炉钢和容器钢 主要用于壳体或锅炉承压元件。 在普通低合金结构钢中常加入：Mn、Si、Cr、Mo、V、Cu、P等，Mn、Si、Cr、V提高强度，Cu、P提高耐蚀性,二、化工设备常用的金属材料,2、合金钢,化工设备使用与维护,典型牌号： 16Mn、 16MnR 、 15MnV、15MnVR、 18MnMoNb、18MnMoNbR、09Mn2V等。 特点：含碳量一般低于0.25%，较高的屈
12、服强度和屈强比（ss / sb=0.650.95），较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。,二、化工设备常用的金属材料,2、合金钢 （1）低合金钢的牌号（GB/T221-2000） 平均含碳量万分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数 平均合金含量小于1.5%不标注 平均合金含量1.52.49%“2” 平均合金含量2.53.49%“3”，依此类推 压力容器用普通低合金钢牌号后加“R” 低温用钢牌号后加“D”,化工设备使用与维护,二、化工设备常用的金属材料,2、合金钢 （2）高合金钢的牌号（GB/T221-2000） 指不锈钢、耐热钢和高温合金,化
13、工设备使用与维护,不锈钢牌号表示方法 平均含碳量质量分数的千分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数 平均含碳量小于千分之一“0” 平均含碳量小于万分之三“00”,二、化工设备常用的金属材料,举例 钢号表示法 优质碳素钢,化工设备使用与维护,沸腾钢,含碳量为0.08%；,容器钢,含碳量为0.2%,普通碳素钢,Q235-A,F,沸腾钢,类别为A,钢材屈服点(MPa),屈服点屈字的拼音首位字母,08F,20 R,二、化工设备常用的金属材料,低合金钢 16MnR 16含碳量0.16%； Mn合金元素； R 容器钢。 特殊性能钢 1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分数）； Cr,Ni主要合金元素
14、； 18含铬量18%； 9 含镍量9%。,化工设备使用与维护,二、化工设备常用的金属材料,3、铸铁,化工设备使用与维护,含碳量2.11%以上，大多碳以石墨形式存在，并含有 较多S、 P、 Si、 Mn等杂质。 是脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些介质如浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等中耐腐蚀性能好。 按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁等。,二、化工设备常用的金属材料,3、铸铁 （1）灰铸铁,化工设备使用与维护,1.牌号：HT+抗拉强度b表示 如 HT100，其中100表示b100MPa。 常用灰铸铁牌号有HT100、
15、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 2.力学性能：强度低，硬度高，塑性很差。 3.工艺性能：优良的铸造性，切削性好，能焊接。,二、化工设备常用的金属材料,3、铸铁 （2）球墨铸铁,化工设备使用与维护,1.牌号：用QT抗拉强度值延伸率表示 如QT400-18，其中400表示b400MPa，18表示s= 18% 常用的QT400-17、 QT420-10、QT500-5、 QT600-2、 QT700-2、 QT800-2等。 2.力学性能：在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。,二、化工设备常用的金属材料,3、铸铁 （3）可锻铸铁,化工设备使用与
16、维护,1.牌号 “KT”“可锻铸铁”、“KTH”铁素体可锻铸铁， “KTZ”珠光体可锻铸铁。后面的数字分别表示最低抗拉强度（MPa）和最低延伸率。 如：KTH350-10表示b =350MPa，s=10的铁素体可锻铸铁。 2.性能：强度、塑韧性优于灰铸铁，低于球墨铸铁。 3.注意：可锻铸铁不能进行压力加工！ 4.应用：管件、弯头、三通、低压阀门等。,三、非金属材料,既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。 非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近2030年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。,化工设备使用与维护,三、非金属材料,化工设备使用与
