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1、化工设备机械工学-学习辅导（3）华东理工大学郝俊文七 过程设备常用材料教学目的与要求教学目的与要求o了解过程设备对材料的基本要求o熟悉常用材料的特性和化学成分o重点掌握钢材的性能和热处理o掌握环境温度对材料力学性能的影响o掌握材料腐蚀产生的原因和防护措施o了解实践中选择材料应该注意的一些事项重点内容o7.1 过程设备用材的要求o7.1.1 基本要求o1. 材料来源可靠,性能稳定,保证使用寿命o2. 力学性能满足使用要求o3. 介质有腐蚀性时的耐蚀要求o4. 良好的加工性能,如焊接性o5. 经济o6. 供货方便,稳定持续性o7.1.2 对力学性能的要求1. 强度：确定许用应力的依据，S ( 0.
2、2)，b2. 塑性：反映材料可塑性指标，5=1020%3. 韧性：抵抗缺陷扩展能力指标，K=4060J/cm24. 硬度：抵抗外物侵入的能力5. 材料在高温和低温下的力学性能o7.1.3 耐腐蚀性 抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。抗氧化性 o7.1.4 加工工艺性1.可焊性2. 可锻性：不发生热脆3. 可塑性4. 机械加工性能o7.1.4 材料的物理性能导热系数：设备要求传热线膨胀系数：防止热应力密度：决定设备的重量熔点和导电性：o7.1.5 材料的经济性-价格表o7.2 过程设备常用材料o7.2.1 碳钢碳钢：碳含量在0.022之间的铁碳合金;铸铁：碳含量大于2的铁合金。p2、碳钢分类 优质碳素结
3、构钢：高、中、低普通碳素钢：A、B、C、Dp1、碳钢与铸铁o7.2.2 合金钢2、不锈钢3、耐热钢4、低温钢1、普通低合金钢p 7.2.3 铸 铁1 灰口铸铁：HT150330 2 球墨铸铁：QT400153 可锻铸铁：KT30006 4 合金铸铁：如高硅铸铁，用于耐酸泵o7.2.4 有色金属及合金铜及铜合金铝及铝合金镍及镍合金钛及钛合金p 7.2.5 非金属材料无机材料有机材料o用途1.耐蚀材料2.保温材料3.耐火材料4.密封材料5.强度材料o7.3 钢材的热处理o定义：将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能，称钢的热处理。o目的：获得预期的机械性
4、能和加工性能o退火o正火o淬火o回火p常用热处理方法o表面淬火o提高零件表面硬度和耐磨性o方法：火焰加热，（高频）感应加热o特点：处理过程短，不易氧化和变形o时效o化学热处理o7.4 金属材料的腐蚀与防护o腐蚀分类o全面腐蚀均匀腐蚀o局部腐蚀n区域腐蚀n点腐蚀n晶间腐蚀n缝隙腐蚀n应力腐蚀o7.4.1 金属材料的化学腐蚀与电化学腐蚀o7.4.2 影响腐蚀的因素o 合金元素的影响与n/8定律o 腐蚀介质酸碱性的影响o 温度和压力的影响o 应力对腐蚀的影响7.4.3 腐蚀评定与防护7.4.3.1 金属腐蚀的评定方法o称重法 减薄量 7.4.3.2 防腐蚀措施1. 涂覆保护层 2. 电化学防护3.
5、添加缓蚀剂4.合理的结构设计5.消除应力处理o7.5 过程设备材料选择o1 根据要求的工况按标准选取 GB150-1998 GB6654-1996 GB4726-1994o2 材料的质量保证书/证明书 必要时，复检o3 合理选材： 镇静钢 半镇静钢 4 优先采用低合金钢5 仅受刚度控制的设备，不宜选择强度过高的材料6腐蚀介质存在的场合， 优先采用无 NiCr铁素体钢7低温用钢8中温用钢9 各种钢材都有一定的使用温度，设计时应该根据工艺条件和设备的结构、设计温度来选择材料。第八章第八章 压力容器压力容器教学目的与要求教学目的与要求o学习压力容器的常用零部件。这些零部件包括圆筒体、封头、支座、接管
6、、法兰、人（手）孔、液位计等。o掌握内压容器的设计。内容包括内压薄壁圆筒体的应力分析，设计时的强度条件，设计公式的来源、设计参数的选择以及压力试验。 o了解外压容器的失效形式和设计方法o学习压力容器的使用和管理应掌握压力容器在各个不同阶段所实施的使用和管理内容。重点内容o过程设备零部件的基本参数为公称压力和公称直径，以此为标准设计制造的零部件具有一定的通用性；o8.1压力容器常用零部件o筒体和封头o法兰和垫片o支座o开孔与接管及安全附件o8.2 压力容器分类o压力容器分类考虑主要因素n压力，n毒性和易燃性，n储能o按压力分为低压、中压、高压和超高压o按工艺分为：反应器（R），换热器（E），分离
7、器（S），储存容器（C，B）o按安装方式分为：固定式和移动式o按监察规程分为三类。该分类方式考虑了多种因素，是一种综合的分类方法，其核心是容器破坏后的危险性和危害性。o高压容器，移动式和容积大于50m3的储罐属于三类压力容器；o普通中压容器为二类压力容器；o普通低压容器为一类压力容器。o内压薄壁容器设计o1、按容器的外径、按容器的外径Do和内径和内径Di的比值的比值K 不同，可将容器分为：不同，可将容器分为：n厚壁容器：厚壁容器：K1.2n薄壁容器：薄壁容器：K 1.2o球形壳体p 二、边缘应力及其处理二、边缘应力及其处理1. 边缘应力的产生原因2. 边缘应力的特点：局部性、自限性3. 工程上
8、的处理方法：危害性较小，不做特殊处理,仅作局部结构调整o三 薄壁筒体强度设计1、 强度设计公式强度设计公式强度条件：设计公式：o2、设计参数确定2 设计温度设计温度3 焊缝系数焊缝系数1 设计压力设计压力(P)4 许用应力许用应力5 .厚度厚度(t)及厚度附加量及厚度附加量o压力与气密性试验1、水压试验、水压试验3、气密性试验、气密性试验2、气压试验、气压试验o8.4 外压薄壁容器外压薄壁容器1、外压容器失稳的概念外压大于内压o2、失效的主要形式：失稳。其后果是造成容几何形状偏离原形状。 o3 提高稳定性的措施设置加强圈局部设置加强圈可以缩短筒体的计算长度，增加外压圆筒的稳定性且节约材料加强圈
9、材料通常为碳钢，采用型钢。加强圈可以和内件合二为一；加强圈可以设置在外部,也可以设置在内部o8.5 压力容器的安全使用与管理一、一、 压力容器的安全技术监察压力容器的安全技术监察1 、安全技术监察的依据、安全技术监察的依据容规容规涉及内容涉及内容:类别划分，材料选用，结构与类别划分，材料选用，结构与强度设计，制造组装，无损检测探伤，强度设计，制造组装，无损检测探伤，压力试验，使用管理，定期检验及安全压力试验，使用管理，定期检验及安全附件，等等附件，等等2 、压力容器的设计监察、压力容器的设计监察资格资格3 、压力容器的制造监察、压力容器的制造监察许可许可二、压力容器的安全使用与管理二、压力容器
10、的安全使用与管理1 、管理体系与职责、管理体系与职责2 、建立压力容器技术档案、建立压力容器技术档案3、压力容器的使用登记、压力容器的使用登记4 、制订容器的安全操作规程、制订容器的安全操作规程5 、正确操作容器、正确操作容器三、三、 压力容器的定期检验压力容器的定期检验1 、定期检验的目的、定期检验的目的2 、定期检验的内容与期限、定期检验的内容与期限 外部检测，内外部检验，耐压试验；外部检测，内外部检验，耐压试验； 检验程序检验程序 检验报告检验报告第十一章第十一章 管道与管配件管道与管配件教学目的和要求o管道的组成和分类；压力管道的概念和分类；管道的工程表达/工程图识读；o管子的分类；管
11、子的尺寸系列标准；管件的连接方式；o常用阀门的结构特点；阀门的应用o管系的支撑、应力分析及热补偿、o管道的防腐处理、o管道标识和保温 重点内容o11.1管道的组成与分类管道的组成与分类1.管道的组成管道的组成 管道是各种管路的总称。一般由管子，阀门、支管道是各种管路的总称。一般由管子，阀门、支吊架、仪表装置及其他附件组成。吊架、仪表装置及其他附件组成。 2.管道的分类管道的分类 管道的分类标准：压力，材质，设计温度等管道的分类标准：压力，材质，设计温度等）根据管道的设计压力分类：真空管道，指p0的管道（表压，以下同）；低压管道，指0p1.6MPa的管道；中压管道，指1.6p10MPa的管道；高
12、压管道，指10 100MPa的管道。） 按管道的设计温度T（）分类低温管道，指t200的管道。3） 按管道的材质，管道可以分为：金属管道非金属管道复合管道p压力管道o某些管道使用过程中危险性大，发生事故后危害性大，使用工况苛刻，为了便于管理，杜绝灾害事故，劳动部将这些管道统称为压力管道，并制定相关法规进行管理。 o管理文件：o压力管道安全管理与监测规定 压力管道设计单位资格认证与管理办法 o11.2 管道工程图识别o11.3 管件o管件的作用o管件是用来改变管道方向、改变管径大小、进行管道分支、局部加强以及实现其他特殊作用的管道元件。 o管件的制造o管件可用钢板焊制、钢管热推制或液压成形、铸造
13、或锻制等方法制作。o11.4 管件的连接四种连接形式对焊连接型、螺纹连接型、承插焊连接型、法兰连接型 （对夹式）p 11.4.2 11.4.2 阀门阀门o1 作用：o接通和截断介质；o防止介质倒流；o调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质；o防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等。o2 分类：见表o3 阀门选用原则o(1).输送流体的性质 o(2).阀门的功能 o(3).阀门的尺寸 o(4).阻力损失 o(5).温度和压力 o(6).阀门的材质 o11.4.3 管法兰及紧固件o11.5 管系的支撑o11.5.1 管道支吊架的作用管道支吊架的作用 (1) 支承管道的重量。（该重量
14、包括管道自重，内部介质重量和外部保温层的重量等） (2) 限制管道在某个或某几个方向的位移，防治发生意外移动。 (3) 平衡介质反力，避免介质泄漏或管道爆破。 (4) 控制管道的振动，摆动或冲击，防止管系产生疲劳破坏或发出噪音。 o11.5.2 管系支承装置的分类选用原则管系支承装置的分类选用原则1 管系支撑装置的分类广义的管线支架包括了所有的管系支承装置。其结构、形状众多，但就机能和用途可分为支架(包括管托、滚动支架、管卡、平衡锤支架、弹簧支架等)、吊架(包括刚性吊架、弹簧吊架等)、限制性支架和支撑装置等等。 o11.5 .4管道支吊架位置的确定1 管道最大允许跨距的计算2 管道最大导向间距的确定3 确定管道支吊架位置的要点 (1)承重管架应安装在靠近设备管嘴处，以减少管嘴受力 (2).管系中有阀门和小型管道设备等集中载荷时，支架要布置在靠近集中载荷的地方，以减少偏心载荷和弯曲应力 (3)尽量设置在靠近管系的两端、弯管附近、大直径三通式分支管附近 (4)管系有垂直管段时，宜在垂直管段上部或下部设承重支架；如垂直管段很长，中间应设导向支架； (5)弹簧支吊架应设在位移量小的地方。o7 、管路的防腐、保温及标志7、 管路布置的基本原则管路布置的基本原则管路布置的基本要求：o1、满足化工生产要求，管路阻力小，调节控制方便。o2、选材、结构等合理，便于安装、操作和检修。谢谢大家
