第六章 化工设备常用材料和设计基础知识

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1、第六章第六章 化工设备常用材料和化工设备常用材料和设计基础知识设计基础知识 第一节第一节 化工设备常用材料主要性能和选用方法化工设备常用材料主要性能和选用方法一一 化工设备的化工设备的使用环境使用环境：压力：真空压力：真空低压低压中压中压 高压高压超高压超高压温度：低温温度：低温中温中温高温高温介质：有毒；易燃；剧毒。介质：有毒；易燃；剧毒。二二 金属材料的性能金属材料的性能（一）（一） 力学性能力学性能在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。如弹性、塑性、强度、硬度和韧性等指标。能力。如弹性、塑性、强度、硬度和韧性等指标。强度强度及其主要

2、指标及其主要指标. . 固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或断裂的特性。断裂的特性。例如：例如： 容器爆裂；容器爆裂； 管道破裂管道破裂; ; 地脚螺栓拉断地脚螺栓拉断; ; 炉管爆裂；炉管爆裂；. 强度不够！强度不够！（二）（二） 物理性能物理性能 密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。化工设备设计与制造主要考虑的物理性能：化工设备设计与制造主要考虑的物理性能：1.1.线膨胀系数线膨胀系数 异种钢焊接异种钢焊接收缩率不同，引起变形或损坏

3、；收缩率不同，引起变形或损坏； 复合钢板（如不锈钢与碳钢复合钢板（如不锈钢与碳钢)热变性不同热变性不同 固定管板式换热器的管子与壳体固定管板式换热器的管子与壳体线膨胀量相线膨胀量相差过大差过大 2.弹性模量弹性模量E E与泊桑比泊桑比弹性模量弹性模量E E：金属材料对弹性变形抗力的指金属材料对弹性变形抗力的指标，标，是衡量材料产生弹性变形难易程度的是衡量材料产生弹性变形难易程度的。随着温度升高而降低随着温度升高而降低。泊桑比泊桑比：拉伸试件的单位横向收缩与单拉伸试件的单位横向收缩与单位纵向伸长之比。位纵向伸长之比。 各种钢材近乎为各种钢材近乎为 =0.3 =0.3 。（三）（三） 化学性能化学

4、性能金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与介质发生化学或电化学反应，产生腐蚀。介质发生化学或电化学反应，产生腐蚀。主要考虑的化学性能：主要考虑的化学性能：1.1.耐腐蚀性耐腐蚀性对介质侵蚀的抵抗能力；对介质侵蚀的抵抗能力；2.2.抗氧化性抗氧化性在热加工的高温条件下抵抗氧化在热加工的高温条件下抵抗氧化性介质氧化的能力。氧化性介质如水蒸气、性介质氧化的能力。氧化性介质如水蒸气、COCO2 2 、SOSO2 2等。等。 （四）金属材料的工艺性能（四）金属材料的工艺性能可焊性能可焊性能母材及焊剂熔融状态的流动母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性

5、等；性、凝固收缩率、热塑性等；铸造性能铸造性能流动性、凝固收缩率等；流动性、凝固收缩率等；可锻性能可锻性能抗热裂性、抗氧化性、热塑抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；性等；切削加工性能切削加工性能热处理性能热处理性能 三三 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号（一）（一） 分类分类1.黑色金属黑色金属 1）生铁）生铁 2）钢）钢钢碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢钢普通钢优质钢高级优质钢按化学成分：按化学成分：按质量分：按质量分：钢建筑钢 结构钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢特殊性能钢按用途分：按用途分：2.有色金属有色金属铜及其合金：纯（紫）铜黄铜（铜锌合金）锡青铜（铜锡合金）铝

6、青铜（无锡青铜）轻金属及其合金铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金(二) 钢铁牌号及表示方法钢铁牌号及表示方法1.1.牌号的表示原则牌号的表示原则依据国家标准依据国家标准GB221-2000,GB221-2000,牌号中牌号中 化学元素化学元素化学符号或汉字表示；化学符号或汉字表示； 产品用途、冶炼和浇铸方法产品用途、冶炼和浇铸方法汉字或汉汉字或汉语拼音字母表示。语拼音字母表示。 例如：沸腾钢例如：沸腾钢FF或沸或沸 灰口铸铁灰口铸铁HTHT或灰铁或灰铁 铸钢铸钢ZGZG 锅炉钢锅炉钢gg或锅或锅 容器钢容器钢RR或容或容2 2 钢号表示法钢号表示法例：优质碳素钢例：优质碳素钢: : 08F 20

7、R 08F 20 R 沸腾钢沸腾钢含碳量为含碳量为0.08%；容器钢容器钢含碳量为含碳量为0.2%普通碳素钢普通碳素钢: :Q235-A,F沸腾钢沸腾钢类别为类别为A钢材屈服点钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母屈服点屈字的拼音首位字母 低合金钢低合金钢: :16MnR 1616MnR 16含碳量含碳量0.16%0.16%； MnMn合金元素；合金元素； R R 容器钢。容器钢。 特殊性能钢特殊性能钢: :1Cr18Ni9 11Cr18Ni9 1含碳量含碳量0.1%0.1%（千分数）；（千分数）； Cr,NiCr,Ni主要合金元素；主要合金元素； 1818含铬量含铬量18%18%； 9

8、 9 含镍量含镍量9%9%。四四 碳钢与铸铁碳钢与铸铁钢铁的组成钢铁的组成=95%=95%以上铁以上铁+ +（0.050.054%4%）碳碳+1%+1%杂质杂质 铁碳合金：铁碳合金：含碳量含碳量0.02-2% 0.02-2% 为钢；为钢；含碳量含碳量2% 2% 为铸铁；为铸铁；含碳量含碳量0.02% 0.02% 为工业纯铁；为工业纯铁；含碳量含碳量 4.3% 4.3% 无实用价值。无实用价值。 （一）（一） 碳钢碳钢1.1.碳钢中杂质对其性能的影响碳钢中杂质对其性能的影响（1 1）锰锰( (MnMn) ) 来源来源在冶炼过程中加入锰铁。在冶炼过程中加入锰铁。 作用作用钢材中锰含量高于钢材中锰含

9、量高于0.8%0.8%时，即时，即为合金元素存在为合金元素存在提高强度。提高强度。 有益元素有益元素! ! （2 2）硫硫(S)(S) 来源来源矿石和焦炭。矿石和焦炭。 存在形式：存在形式：FeSFeS。 作用作用FeSFeS 的熔点低于钢材热加工的熔点低于钢材热加工开始温度，开始温度， 它过早熔化，导致工件开裂，它过早熔化，导致工件开裂，称为称为热脆性热脆性。 有害元素！有害元素！(3)(3)磷磷(P)(P)来源来源矿石。矿石。作用作用溶于铁素体，使钢材常温下脆性溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓增加，塑性、韧性下降，即所谓“冷脆冷脆性性”。 有害元素！有害元素！ （4

10、 4）氢）氢(H)(H) 来源来源钢由高温奥氏体冷至常温时，氢钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白白点点”。 “白点白点”裂纹源裂纹源 有害元素！有害元素！2.碳钢的分类、牌号碳钢的分类、牌号 （1 1）普通碳钢）普通碳钢含含P P、S S等等有害杂质较多有害杂质较多（S0.055% P0.045%)S0.055% P0.045%)常用有：常用有：Q215-A, Q235-A, Q235-A.FQ215-A, Q235-A, Q235-A.F #Q235-B, #

11、 Q235-C #Q235-B, # Q235-C 式中式中 QQ普通碳钢，普通碳钢，“屈服屈服”的拼音首位字母。的拼音首位字母。 235235材料屈服点（材料屈服点（MPa)MPa) A,B,C,D A,B,C,D钢材质量等级，越后越高。钢材质量等级，越后越高。 FF沸腾钢沸腾钢 # #GB150-98规定使用材料规定使用材料（2）优质碳素钢优质碳素钢 特点：特点：含硫含硫、磷等杂质较少磷等杂质较少，均，均0.04%0.04%，杂质少，杂质少，组织均匀，表面质量好。组织均匀，表面质量好。 常用有：常用有：08,08,1010,15,15,2020,20g,20g,20R20R,30Mn,30

12、Mn等。等。 式中式中 数字数字-含含c c量的万分数量的万分数; ; g - g -锅炉钢；锅炉钢； R -R -容器钢；容器钢； （3 3）高级优质钢）高级优质钢 磷硫杂质极少磷硫杂质极少 P,P,s s含量含量0.03%0.03%。 表示法：如表示法：如20A20A （二）钢的热处理钢的热处理热处理工艺实例：热处理工艺实例：缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；建筑用铁线用火烧软；建筑用铁线用火烧软；泵轴调质泵轴调质内韧外硬；内韧外硬；扁铲淬火扁铲淬火提高硬度和韧性提高硬度和韧性 ；容器焊后退火容器焊后退火消除内应力；消除内应力；1 1常用热处理

13、工艺常用热处理工艺缓慢加热，保温一定时间后缓慢加热，保温一定时间后 随随炉冷却（曲线炉冷却（曲线1 1） - - 退火；退火； 空气中冷却（曲线空气中冷却（曲线2 2）-正火正火 ； 作用：作用：降低硬度，增加塑性，改降低硬度，增加塑性，改善机械性能；善机械性能； 使组织均匀化，消除内应力。使组织均匀化，消除内应力。【注注】加热温度为临界点（钢的内部加热温度为临界点（钢的内部组织发生转变的温度组织发生转变的温度) ) 以上以上30305050。热处理工艺曲线：热处理工艺曲线： 缓慢加热，保温一定时间缓慢加热，保温一定时间 淬火剂淬火剂中冷却（曲线中冷却（曲线3 3）；）； 淬火剂淬火剂: :

14、水，盐水水，盐水-用于碳钢；用于碳钢； 油油-用于合金钢。用于合金钢。 作用：提高硬度、强度和耐磨作用：提高硬度、强度和耐磨 性。性。 淬火淬火 淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。 作用：作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。消除内应力，稳定组织，满足技术要求。 回火又分为：低温回火（回火又分为：低温回火（150150250 250 ）；）； 中温回火（中温回火（300300450 450 ）；）； 高温回火（高温回火（500500680680）。）。 淬火淬火+ +高温回火高温回火 称为称为调质处理。调质处理。效果：效果：强度、塑性、韧性均提高强

15、度、塑性、韧性均提高 。回火回火将零件放在将零件放在化学介质中化学介质中进行进行加热加热- -保温保温- -冷却冷却的过程。的过程。 作用：作用：使零件表面改性。使零件表面改性。方式：方式：渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。2 2 化学热处理化学热处理（三）（三） 铸铁铸铁铸铁：铸铁：铁铁+ (2.5+ (2.54.0%)4.0%)碳碳+Si+Si、MnMn、P P、S S 等等杂质杂质 1 灰铸铁灰铸铁 如如 HT150-330, HT200-400HT150-330, HT200-400 HT- HT-灰铸铁灰铸铁 第一个数字第一个数字-抗拉强度（抗拉强度（MPa)MPa

16、) 第二个数字第二个数字-抗弯强度（抗弯强度（MPa)MPa)特点：特点：断口呈灰色，石墨呈断口呈灰色，石墨呈片状片状；质脆，耐磨，；质脆，耐磨， 抗压不抗拉，可铸性好，易切削；吸音减振，耐腐抗压不抗拉，可铸性好，易切削；吸音减振，耐腐蚀性好。蚀性好。2 球墨铸铁球墨铸铁如如 QT450-10.QT450-10. QT- QT-球墨铸铁球墨铸铁 450-450-抗拉强度（抗拉强度（MPaMPa) ) 10- 10-延伸率（延伸率（% %）特点：碳以特点：碳以球状石墨球状石墨存在，可铸性好，易切存在，可铸性好，易切削；强度高，较好的塑性和韧性。削；强度高，较好的塑性和韧性。3 3高硅铸铁高硅铸铁

17、如：如：STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17RSTSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17R式中式中 ST-ST-高硅耐蚀铸铁，高硅耐蚀铸铁， Si15-Si15-含硅含硅15%15%左右，左右， Cu2-Cu2-含铜含铜2%2%左右左右 R -R -混合稀土元素混合稀土元素（0.1%0.1%）。）。特点：特点：耐腐蚀性好，耐腐蚀性好， 质硬、脆，较难加工，一般采用铸造；质硬、脆，较难加工，一般采用铸造； 导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。用途：用途：制造制造耐腐耐腐蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、辅

18、助阳极、管道配件等。辅助阳极、管道配件等。五五 低合金钢及特殊性能钢低合金钢及特殊性能钢（一）合金元素对钢的影响（一）合金元素对钢的影响为改善钢材性能特意加入合金元素，以改为改善钢材性能特意加入合金元素，以改变钢材性质。变钢材性质。例如：例如：铬：铬：耐腐蚀抗氧化；耐腐蚀抗氧化； 提高了强度硬度和耐磨性；提高了强度硬度和耐磨性； 使钢材的韧性和塑性降低。使钢材的韧性和塑性降低。锰：锰：提高强度和低温冲击韧性。提高强度和低温冲击韧性。镍：镍：提高塑性和韧性；提高塑性和韧性； 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性；提高耐腐蚀性和低温冲击韧性； 提高热强性能。提高热强性能。硅：硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热

19、性、耐提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐H H2 2S S腐蚀；降低了塑性和冲击韧性。腐蚀；降低了塑性和冲击韧性。 1 1 成分特点：成分特点：由碳素钢由碳素钢+Si+Si、MnMn、CuCu、TiTi、V V、NbNb等元素组等元素组成；成；含碳量均较低，含碳量均较低，0.2%0.2%；合金元素总含量合金元素总含量5%5% 。2 2 相对于碳素钢，其相对于碳素钢，其性能特点性能特点： 强度提高；强度提高； 耐腐蚀性能提高；耐腐蚀性能提高； 低温性能提高。低温性能提高。 （二）二） 低合金钢低合金钢 碳素钢与低合金钢比较碳素钢与低合金钢比较 类别 品种 sb (MPa) ss(MPa) S/b

20、使用温度 （）碳素钢Q235-A 20 400 400 240 250 0.6 0.630350-19475低合金钢 16Mn 15MnV 520 540 360 400 0.69 0.74-40475-454503.3.用途：用途： 广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。炉，汽车，矿山机械，农业机械等。4.4.常用材料：常用材料： 16MnR16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,15MnVR,18MnMoNbR, 15CrMoR,14Cr1MoR. 15CrMoR,14Cr1MoR.（三）不锈耐酸钢（三）不锈耐酸钢不锈

21、不锈-耐大气腐蚀；耐大气腐蚀；耐酸耐酸-耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：常用品种：1 1 铬不锈钢铬不锈钢-如如1Cr13, 2Cr13, 0Cr131Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。等。第一个数字第一个数字-含碳量的含碳量的千分数千分数 Cr13-Cr13-含铬含铬13%13%。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。体。“不锈不锈”的原因：的原因： 在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的致密的氧化膜氧化膜，对钢材起保护作用。，对钢材起保护作用。性能特点：性能特点：碳碳 -与

22、铬生成碳化铬与铬生成碳化铬(Cr(Cr2323C C6 6) )，消耗大量消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中碳含碳含量越低越好。量越低越好。 铬的作用：铬的作用： 能提高耐腐蚀性能。能提高耐腐蚀性能。实际铬不锈钢的实际铬不锈钢的平均含铬量平均含铬量12%12%。 能提高钢的淬透性，显著提高钢的强能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。 用作受载荷大的耐蚀零件，如用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、轴类，活塞杆、螺栓、浮阀螺栓、浮阀等。等。2 铬镍不锈钢铬镍不锈钢常用铬镍不锈钢型号常用铬镍不

23、锈钢型号: :0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 式中式中 0-0-含碳量的含碳量的千分数千分数；（见表；（见表1-51-5） Cr18-Cr18-含铬量含铬量18%18%左右；左右； Ni9-Ni9-含镍量含镍量9%9%左右。左右。通常以铬镍平均含量通常以铬镍平均含量“18-818-8”标志这种钢。标志这种钢。 耐腐蚀性好耐腐蚀性好 CrCr含量含量12%12%，表面形成，表面形成氧化膜氧化膜；在电解液；在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。力学性能优异力学性能优异。 性能特点性能特点: : 在在4004

24、00850850期间，碳生成碳化铬在晶界析出，期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于使晶界附近贫铬（铬含量低于12%12%）导致）导致晶间腐晶间腐蚀蚀。 不能反复施焊，否则必须进行热处理。不能反复施焊，否则必须进行热处理。 不耐氯离子腐蚀。不耐氯离子腐蚀。（四）耐热钢（四）耐热钢 高温环境高温环境-原油加热、裂解、催化等。如转原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，化炉炉管，工作温度为工作温度为650650800800。 碳钢使用温度一般在碳钢使用温度一般在400400以下。以下。 如如2020钢钢 500500时屈服点只有时屈服点只有50MPa,50MPa,变得很软，变得很软

25、，钢中的钢中的FeFe3 3C C分解出石墨碳（分解出石墨碳（石墨化过程石墨化过程）；同）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。时钢表面生成氧化皮，层层剥落。 碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。化学稳定性化学稳定性抵抗高温气体（抵抗高温气体（O O2 2、H H2 2S S、SOSO2 2 等等) )腐蚀的能力。钢的表面能生成致密腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的的氧化膜氧化膜。抗氧化钢抗氧化钢抗高温氧化抗高温氧化 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。等。 高温设备对材料的要求：高温设备对材料的

26、要求： 热强性热强性抗抗高温蠕变高温蠕变能力。能力。热强钢热强钢抗蠕变，有一定抗氧化能力。抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni2012CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。等。（五）低温用钢（五）低温用钢 低温环境低温环境天然气液化、空气分离、润滑天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。油脱脂、轻烃回收等。 普通碳钢在低温下（普通碳钢在低温下（-20-20以下以下）变脆，）变脆，冲击韧性显著下降。冲击韧性显著下降。 低温用钢的组织成分特点：低温用钢的组织成分特点：一般低温（一般低温（-40-40-20-20 )

27、钢钢含含碳量很低的碳量很低的铁素体铁素体组织，再加入适量的组织，再加入适量的MnMn、AlAl、TiTi、NbNb、CuCu、V V、N N等元素。如等元素。如 16MnDR,09MnNiDR16MnDR,09MnNiDR等。等。深冷（深冷（-40-40以下以下) )用钢用钢含碳量低的奥氏体含碳量低的奥氏体组织。如组织。如 15Mn26Al415Mn26Al4。（六）（六） 钢材的品种和规格钢材的品种和规格1 1钢板钢板 2 2钢管钢管 无缝钢管无缝钢管表示法：表示法： 如如 f21910f21910其中其中 219-219-钢钢管的外径管的外径,mm,mm；10-10-钢管名义壁厚钢管名义壁

28、厚,mm,mm。公称直径公称直径DNDN有缝钢管有缝钢管 由板卷焊接而成由板卷焊接而成用于水管，蒸汽管等。用于水管，蒸汽管等。 3 3 型钢型钢圆钢圆钢方钢方钢扁钢扁钢等边角钢等边角钢不等边角钢不等边角钢工字钢工字钢槽钢槽钢4 4 铸钢和锻钢铸钢和锻钢钢水铸造成型钢水铸造成型-铸钢铸钢 如：如：ZG200-400ZG200-400式中式中200-200-屈服极限屈服极限 400-400-抗拉强度。抗拉强度。钢坯锻压成型钢坯锻压成型-锻钢锻钢 六六 有色金属材料有色金属材料（一）铝及其合金（一）铝及其合金1 1 特性：（特性：（1 1）密度小，体轻；）密度小，体轻； （2 2）导电、导热性好。不

29、产生火花；）导电、导热性好。不产生火花； （3 3）塑性高，强度低；）塑性高，强度低； （4 4）易冷加工，可焊，可铸；）易冷加工，可焊，可铸； （5 5）耐低温；）耐低温； （6 6）一定的耐腐蚀性；）一定的耐腐蚀性； （7 7）不污染食物。）不污染食物。（1 1）纯铝：高纯铝）纯铝：高纯铝L01L01，L02L02（浓硝酸（浓硝酸设备）；工业纯铝设备）；工业纯铝L1L1，L2L2，L4L4（换热器，（换热器，塔，储罐，深冷设备等）。塔，储罐，深冷设备等）。（2 2）铸造铝）铸造铝ZLZL（泵，阀门，离心机等）。（泵，阀门，离心机等）。（3 3）防锈铝）防锈铝LFLF（深冷设备，分离塔等）。

30、（深冷设备，分离塔等）。2 2 常用铝材常用铝材：（二）（二） 铜及其合金铜及其合金1.1.纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）特性特性：（：（1 1）塑性好，导电性好，导热好；）塑性好，导电性好，导热好； （2 2）低温下保持较高塑性和冲击韧性；）低温下保持较高塑性和冲击韧性； （3 3）耐低浓度酸。）耐低浓度酸。用场用场：深冷装置；密封垫片。：深冷装置；密封垫片。常用材料常用材料：T2T2，T3T3，T4T4，TUPTUP（用磷脱氧的无氧（用磷脱氧的无氧纯铜）。纯铜）。2.2.黄铜黄铜铜与锌的合金。铜与锌的合金。特性：铸造性能好；较高的力学性能；易特性：铸造性能好；较高的力学性能；易切削加工；可焊接；

31、耐蚀性较好；有应力切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应力腐蚀开裂倾向。腐蚀开裂倾向。化工常用材料：化工常用材料：H80,H68,H62H80,H68,H62等。等。铜含量铜含量%代号代号3.3.青铜青铜常用材料常用材料：锡青铜（铜锡合金）：锡青铜（铜锡合金）特点特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。：良好的耐腐蚀性，耐磨性。用场用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。（三）（三） 钛及其合金钛及其合金特点特点：（：（1 1）密度不大而强度高；）密度不大而强度高； （2 2）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢；）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢； （3 3）耐热。）耐热。用场用场：航空工业，化学工业

32、。：航空工业，化学工业。七七 非金属材料非金属材料（一）（一） 无机非金属材料无机非金属材料1. 1. 化工陶瓷化工陶瓷特点：（特点：（1 1）良好的耐腐蚀性能；）良好的耐腐蚀性能； （2 2）足够的不透性、耐热性；）足够的不透性、耐热性； （3 3）一定的机械强度；）一定的机械强度； （4 4）性脆易裂，导热性差。）性脆易裂，导热性差。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。2.2.化工搪瓷化工搪瓷含高硅的瓷釉经含高硅的瓷釉经900900煅烧，密着在金煅烧，密着在金属胎表面而成。属胎表面而成。特点：（特点：（1 1）优良的耐腐蚀性能；）优良的耐腐蚀性能； （2 2

33、）优良的电绝缘性能；）优良的电绝缘性能； （3 3）易碎裂。）易碎裂。用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。器、塔、阀门等。（二）（二） 有机非金属材料有机非金属材料1. 1. 工程塑料工程塑料高分子合成树脂高分子合成树脂 填料填料提高力学性能；提高力学性能； 增塑剂增塑剂降低硬度和脆性；降低硬度和脆性； 稳定剂稳定剂延缓老化；延缓老化； 固化剂固化剂加快固化速度。加快固化速度。特点特点：（：（1 1）良好的耐腐蚀性能；）良好的耐腐蚀性能； （2 2）一定的机械强度；）一定的机械强度； （3 3）密度不大；）密度不大； （4 4）价格较低。）价

34、格较低。常用材料：常用材料：硬聚氯乙烯塑料硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢玻璃钢2.2.涂料涂料 高分子胶体的混合物溶液。高分子胶体的混合物溶液。用途：设备防腐用途：设备防腐常用涂料：常用涂料：防锈漆；防锈漆；底漆；底漆；大漆；大漆；环氧树脂漆；环氧树脂漆；酚醛树脂漆等。酚醛树脂漆等。3. 3. 不透性石墨不透性石墨各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特点：（特点：（1 1）较高的化学稳定性和良好的导热）较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；性，热膨胀系数小，耐温度急变性好； （2

35、2）不污染介质；不污染介质； （3 3）加工性能好，相对密度小；）加工性能好，相对密度小； （4 4）力学性能较低，性脆。力学性能较低，性脆。用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密封环，爆破片等。密封环，爆破片等。 八八 化工设备的腐蚀及防腐措施化工设备的腐蚀及防腐措施（一）金属的腐蚀（一）金属的腐蚀1.1.金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法：（1 1）质量变化评定法质量变化评定法 试验测定，单位表面、单位时间腐蚀试验测定，单位表面、单位时间腐蚀引起的质量变化量。引起的质量变化量。（2 2）腐蚀深度评定法腐蚀深度评定法用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速

36、用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速度。度。 2.2.化学腐蚀化学腐蚀金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。的腐蚀。特点：（特点：（1 1）腐蚀产物在金属表面；）腐蚀产物在金属表面； （2 2）腐蚀过程中无电流产生。）腐蚀过程中无电流产生。腐蚀产物特性：腐蚀产物特性： （1 1）致密而稳定，与金属结合牢固）致密而稳定，与金属结合牢固钝化膜钝化膜钝化作用钝化作用； （2 2）不稳定，与金属结合不牢固）不稳定，与金属结合不牢固脱落脱落活化作用活化作用。3.3.电化学腐蚀电化学腐蚀金属与电解液接触发生电化学反应。金属与电解液接触发生电化学反应。三个环节：发生电化学腐

37、蚀必备条件：发生电化学腐蚀必备条件：（1 1）同一金属中有不同电位的组织成分或）同一金属中有不同电位的组织成分或存在不同电位的金属；存在不同电位的金属；（2 2）阳极和阴极互相连接；）阳极和阴极互相连接；（3 3）阳极和阴极同处在连通的电解液中。）阳极和阴极同处在连通的电解液中。4 4 晶间腐蚀和应力腐蚀晶间腐蚀和应力腐蚀均属于电化学腐蚀。均属于电化学腐蚀。（1 1）晶间腐蚀）晶间腐蚀 腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度，使之强度和塑性完全丧失。和塑性完全丧失。“内部瓦解内部瓦解”作用。作用。 不锈钢有

38、晶间腐蚀可能：不锈钢有晶间腐蚀可能： 在在450-850 450-850 之间，生成之间，生成(Cr(CrFe)Fe)2323C C6 6，沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为行为中，贫铬带成为阳极阳极，晶粒成为，晶粒成为阴阴极极，形成微电池。，形成微电池。解决办法：解决办法：1 1）钢中加入）钢中加入TiTi和和NbNb元素；元素；2 2）减少不锈钢中的碳含量。）减少不锈钢中的碳含量。（2 2）应力腐蚀）应力腐蚀亦称腐蚀开裂亦称腐蚀开裂金属在金属在腐蚀性介质腐蚀性介质和和拉拉应力应力共同作用下产生的破坏形式。共同作用下产生的破坏形式。腐蚀

39、断裂过程分三个阶段：腐蚀断裂过程分三个阶段：（1 1）孕育阶段）孕育阶段机械裂纹。机械裂纹。（2 2）裂纹扩展）裂纹扩展裂纹尖端为高度应力集裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。中区，出现微电池。（3 3）破坏阶段。）破坏阶段。裂纹扩展应力腐蚀：（二）（二） 金属腐蚀破坏的形式金属腐蚀破坏的形式危险性较小，危险性较小，壁厚有保证即可。壁厚有保证即可。危险性较大危险性较大，隐蔽；隐蔽；穿孔泄漏；穿孔泄漏；局部应力过大。局部应力过大。（三）（三） 金属设备的防腐措施金属设备的防腐措施1.1.衬覆保护层衬覆保护层（1 1）金属保护层）金属保护层电镀，喷镀，衬里等。电镀，喷镀，衬里等。（2 2）非金属

40、保护层）非金属保护层非金属衬里非金属衬里瓷砖，石墨板，水玻璃胶泥；瓷砖，石墨板，水玻璃胶泥；防腐涂料防腐涂料防腐漆，环氧树脂等。防腐漆，环氧树脂等。2.2.电化学保护电化学保护（1 1）阳极保护）阳极保护被保护设备接直流电源阳被保护设备接直流电源阳极，生成极，生成“钝化膜钝化膜”。（2 2）阴极保护）阴极保护牺牲阳极保护。牺牲阳极保护。3.3.添加缓蚀剂添加缓蚀剂腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂，降低腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂，降低或停止腐蚀作用。或停止腐蚀作用。注意！注意！ 1 1）不影响产品（介质）质量；）不影响产品（介质）质量； 2 2）种类和用量要经试验确定。）种类和用量要经试验确定。九九

41、化工设备材料选择的一般原则化工设备材料选择的一般原则要考要考虑虑：设备的操作条件设备的操作条件压力、温度、介质特压力、温度、介质特性、操作特点；性、操作特点；材料的使用性能材料的使用性能力学性能、物理性能、力学性能、物理性能、化学性能；化学性能；加工工艺性能加工工艺性能焊接性能、热处理性能、焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能；冷弯性能及其他冷热加工性能；经济合理性及设备结构经济合理性及设备结构材料价格、制造材料价格、制造费用和使用寿命。费用和使用寿命。 选材一般原则选材一般原则： 1 1 压力容器用钢材应符合压力容器用钢材应符合GB150-1998GB150-1998钢钢制压力容

42、器制压力容器的要求，的要求，设计压力不大于设计压力不大于35MPa35MPa。接受。接受压力容器安全技术监察规压力容器安全技术监察规程程的监督。的监督。 2 2 压力容器承压件用普通碳钢钢板的适用压力容器承压件用普通碳钢钢板的适用范围：范围：钢板牌号使用温度 设计压力 MPa壳体厚度 mm 其他限制Q235-B03501.620不得用于高度毒性和极度危害介质Q235-C04002.530 3 3 设计温度应在允许使用温度范围内。设计温度应在允许使用温度范围内。 4 4 耐腐蚀耐腐蚀 5 5 经济性好经济性好6.6.其他其他（1 1）高压设备应优先选用低合金高、中强）高压设备应优先选用低合金高、

43、中强度钢，从而节省钢材。度钢，从而节省钢材。（2 2）承受刚度控制的设备，不宜采用高强）承受刚度控制的设备，不宜采用高强度材料。度材料。一一 压力容器的基本结构与分类压力容器的基本结构与分类 1 1 基本结构基本结构一般容器的结构一般容器的结构以卧式容器为以卧式容器为例例 第二节第二节 容器设计基本知识容器设计基本知识 2 2 压力容器分类压力容器分类（1 1）按工艺要求分类：按工艺要求分类：盛装或储存盛装或储存储罐、计量槽、压力缓冲器；储罐、计量槽、压力缓冲器；实现化学反应实现化学反应合成塔、反应釜、变换炉等；合成塔、反应釜、变换炉等；实现传热实现传热加热器、冷却器、冷凝器、蒸发加热器、冷却

44、器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉、水洗塔等；器、废热锅炉、水洗塔等；实现传质、分离实现传质、分离分馏塔、吸收塔、干燥塔、分馏塔、吸收塔、干燥塔、过滤器、分离器等。过滤器、分离器等。 低压容器低压容器 0.1P0.1P1.6 MPa1.6 MPa 中压容器中压容器 1.6 P 1.6 P10 MPa10 MPa 高压容器高压容器 10 P 10 P100 MPa100 MPa 超高压容器超高压容器 P100 MPaP100 MPa（2 2）考虑安全性）考虑安全性按承压（表压）高低分类按承压（表压）高低分类 按容器壁温分按容器壁温分： 常温容器常温容器 -20-20壁温壁温2002000 0C;C;高

45、温容器高温容器 碳钢，低合金钢碳钢，低合金钢 4204200 0C C， 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 5505500 0C C。低温容器低温容器 壁温壁温-20-200 0C C -20 -200 0C C-40-400 0C C为浅冷容器，为浅冷容器， 壁温壁温-40-400 0C C为深冷容器。为深冷容器。 1 标准化的意义标准化的意义设计设计无需计算和制图，按已有标准图选择。无需计算和制图，按已有标准图选择。制造制造有利于成批生产，降低成本，保证产品质有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提高竞争力。量，提高竞争力。维修维修备件规格尺寸通用，实现互换性。备件规格尺寸通用，实现互换性。通商

46、贸易通商贸易国内、国际间通用，消除贸易障碍。国内、国际间通用，消除贸易障碍。我国已实现容器零部件标准化的有我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法：圆筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。等。二二 容器零部件的标准化容器零部件的标准化 2 2 容器零部件标准化的基本参数容器零部件标准化的基本参数公称直径公称直径（DN)DN)公称压力公称压力 (PN)(PN)。规定规定: :（1 1）圆筒体的公称直径：板）圆筒体的公称直径：板卷制的卷制的筒体内径；筒体内径； 无缝钢管制的无缝钢管制的筒体筒体外径。外径。（2 2）法兰与其相配的管子或）法兰与

47、其相配的管子或筒体的筒体的PNPN、DNDN相一致。相一致。注意：钢管的注意：钢管的DNDDNDi i,D,D0 0 1 1 压力容器安全监察的范围压力容器安全监察的范围同时具备如下条件：同时具备如下条件：(1)(1)最高工作压力最高工作压力p pw w0.1MPa0.1MPa（表压，不含液体静压力）（表压，不含液体静压力）；(2)(2)内直径内直径D Di i0.15m,0.15m,且容积且容积V0.025mV0.025m3 3; ;(3)(3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点（大气压力下的饱和温度）的液体。标准沸点（大气压力下的饱

48、和温度）的液体。 三三 压力容器的安全监察压力容器的安全监察 2 2 相关法规及常用标准相关法规及常用标准（1 1）基本法规：）基本法规：压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程 国家质量技术监督局国家质量技术监督局 19991999（2 2）压力容器常用标准：）压力容器常用标准：GB150-98 GB150-98 钢制压力容器钢制压力容器国家标准国家标准GB151-99 GB151-99 管壳式换热器管壳式换热器 国家标准国家标准 JB4709-2000 JB4709-2000 钢制压力容器焊接规程钢制压力容器焊接规程JB4730-2005 JB4730-2005 压力容器无损检测压

49、力容器无损检测HG2059220635-97 HG2059220635-97 钢制管法兰、垫片、紧固件钢制管法兰、垫片、紧固件JB/T47004707-2000JB/T47004707-2000压力容器法兰压力容器法兰四四 容器机械设计的基本要求容器机械设计的基本要求（一）（一） 容器机械设计条件及程序容器机械设计条件及程序：1.容器机械容器机械设计条件设计条件：（1 1）工艺结构要求及基本工艺尺寸；）工艺结构要求及基本工艺尺寸；（2 2）工作压力、工作温度及工作介质；）工作压力、工作温度及工作介质；（3 3）容器的工作环境、重要程度；）容器的工作环境、重要程度；确定设计依据及相关标准开始选择

50、材料选择材料确定容器类别确定容器类别结构设计结构设计壁厚设计壁厚设计零部件设计零部件设计压力试验核算压力试验核算绘制施工图绘制施工图校核审核结束合格合格不合格不合格批准2.2.机械设计程序机械设计程序( (二二) ) 机械设计的基本要求：机械设计的基本要求：1.强度强度不发生破坏不发生破坏如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。2.刚度刚度不发生过大变形不发生过大变形如塔体倾斜，塔盘下凹等。如塔体倾斜，塔盘下凹等。3.稳定性稳定性不发生瘪塌或褶皱不发生瘪塌或褶皱如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪塌，塔体支座在起吊时发

51、生瘪塌等。负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。4.耐久性耐久性保证使用寿命。保证使用寿命。一般化工设备设计使一般化工设备设计使用寿命为用寿命为10101515年。大多取决于腐蚀情况，有些年。大多取决于腐蚀情况，有些取决于疲劳、蠕变或振动。取决于疲劳、蠕变或振动。5.密封性密封性包括内漏和外漏包括内漏和外漏。6. 标准化设计标准化设计 法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔孔 7.方便制造、操作与检修，便于运输方便制造、操作与检修，便于运输8.技术经济指标合理技术经济指标合理经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；管理费用和生产总成本。格；管理费用和生产总成本。