化工设备使用与维护-第一章

化工设备使用与维护任课老师：朱婷婷联系方式：15615837243课程性质本课程是化工类专业的一门专业核心课程，课程的主要内容包括化工设备基础知识，化工生产中常用的换热设备、塔设备、反应设备、管道和阀门、泵、压缩机、离心机等设备的使用与维护，典型化工设备的运行管理。课程目标1．了解相关化工设备的选材、结构、主要工艺参数、工作原理、基本操作、日常维护以及异常工况判断与处理、检修；2．能够根据各类化工设备的结构特点，根据工艺特点正确对化工设备进行选型；3．能根据不同化工设备操作规程，进行常见化工设备的安全、规范操作；4．能针对生产过程中设备异常工况，进行及时判断与应急处理；5．能根据设备维护知识，进行常见化工设备的日常维护与检修。学习方法切忌死记硬背，要学会方法，融会贯通课前预习，课后复习完成一定数量的习题参考书目（1）教材马秉骞主编，化工设备使用与维护，高等教育出版社（2）参考书陈炳和主编，化学反应过程与设备，化学工业出版社王绍良主编，化工设备基础，化学工业出版社郑端阳主编，化工机械检修实训指导，化学工业出版社课程考核总成绩=理论(85％)+实践(15％)，其中理论成绩中平时成绩占15%，期末成绩占85%平时成绩：出勤率、课堂笔记、上课回答问题和作业完成情况等。化工设备概述化工设备的应用与分类1化工设备常用材料2化工设备的腐蚀与防护3化工设备的应用与分类一、化工设备在化工生产中的应用化工过程：对原料进行化学和物理加工，以获得有利产品的过程。设备：完成某种单元过程的装置。化工设备的应用与分类甲醛生产甲醚空气压缩机反应器吸收塔离子交换塔甲醛成品反应传热压缩分离离子交换压缩机冷却塔化工设备的应用与分类甲醇生产二氧化碳水蒸汽天然气压缩机转化炉冷却塔合成反应器分馏塔冷凝塔甲醇反应传热压缩反应分离传热化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类二、化工设备的类型流体输送设备（泵、鼓风机、压缩机、配套管件及阀门）加热设备（管式加热炉）换热设备（加热器、换热器、冷凝器、冷却器、再沸器）传质设备（精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔）反应设备（夹套式搅拌反应器）储存设备（立式储罐、卧式储罐、球形储罐）化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类离心泵化工设备的应用与分类管式加热炉化工设备的应用与分类换热器化工设备的应用与分类精馏塔化工设备的应用与分类反应釜化工设备的应用与分类储存容器立式储罐卧式储罐化工设备的应用与分类方形容器球形容器化工设备的应用与分类三、化工生产对化工设备的要求化工设备的使用环境压力真空—低压—中压—高压—超高压温度低温—中温—高温介质有毒、易燃、剧毒事故造成的污染使哈尔滨市停水三天。实例吉林石化双苯厂发生爆炸2005年11月13日中石油吉林石化公司双苯厂苯胺装置发生爆炸着火事故。事故共造成造成6人死亡，2人重伤，21人轻伤。事故发生后，疏散群众达1万多人。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类1、工艺性能要求（1）达到工艺指标（2）生产效率高、消耗低2、安全性能要求（1）足够的强度（2）足够的刚度（3）良好的韧性（4）可靠的密封性（5）良好的抗腐蚀性3、使用和经济性能要求（1）操作、控制、维护简便（2）结构合理，制造简单（3）环境保护要求一、材料性能——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。化工设备常用材料1、力学性能常温拉应力下20号钢的拉抻试验l0=10d0l0=5d0或1.材料的弹性和刚度化工设备常用材料正比阶段，A点对应的应力为比例极限，用Rp表示，材料服从胡克定律σ=Eε。斜率tanα=E=σ/ε称为材料的弹性模量，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，越不容易发生弹性变形；E值越小，材料的弹性越好，越容易发生弹性变形OA：化工设备常用材料弹性阶段，A'点对应的应力为弹性极限，用Re表示，不再服从胡克定律，但变形仍是弹性的。试件在外力作用下，发生了变形，而当外力消除以后变形也随之消失，试件恢复到原来的形状，不会产生永久性的变形，这种性质为材料的弹性。OA'：化工设备常用材料金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象就称为屈服。2、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。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn化工设备常用材料从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”sssb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，叫作抗拉强度。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn2、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。化工设备常用材料材料在高温下，在一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn2、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。化工设备常用材料材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn2、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。化工设备常用材料材料在交变载荷作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把经过106~108次循环试验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn2、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。化工设备常用材料3、塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：%100%100000lllllKK%100%100000FFFFFKK延伸率δ断面收缩率Ψ化工设备常用材料4、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。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——冲击韧性化工设备常用材料FAkk/（1）冲击韧度冲击功冲击韧度21GHGHAk化工设备常用材料注意！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，一般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。其所以如此，就是因为静载荷下能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。化工设备常用材料（2）缺口敏感性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下，抵抗裂纹扩展的能力。图冲击试验的标准试样10281055R1(a)U型缺口1045°81055R0.25(a)V型缺口化工设备常用材料5、硬度：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。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极薄试样的硬度)，显微硬度。化工设备常用材料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。ssTTss6、温度化工设备常用材料金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度。工艺性能主要有：可焊性能、锻造性能、可断性能、切削加工性能、热处理性能等。这些性能直接影响化工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。2、工艺性能化工设备常用材料可焊性能—母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性等；铸造性能—流动性、凝固收缩率等；可锻性能—抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；切削加工性能热处理性能化工设备常用材料化工设备常用材料3、物理性能（1）热膨胀性金属及合金受热时，一般来说体积都要胀大，这一特性称为热膨胀性。（2）弹性模数与泊桑比弹性模数是材料在弹性变形范围内，应力和应变成正比，其比例系数称为弹性模数。用以衡量材料产生弹性变形难易程度。泊桑比是拉伸实验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于各种钢材它近乎为一个常数约为0.3。化工设备常用材料4、化学性能（1）耐腐蚀性金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解质溶液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。（2）抗氧化性金属和合金抵抗自由氧和其它气体介质如水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等的腐蚀能力。化工设备常用材料化工设备常用材料二、化工设备常用的金属材料金属材料复合材料非金属材料应用材料金属元素或以金属元素为主形成的、具有金属特性的物质由两种或两种以上不同性质或不同组织的材料组合而成的材料除金属材料和复合材料以外的所有材料1、金属的分类铸造生铁金属黑色金属有色金属生铁钢炼钢生铁合金生铁铜及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金铅、锡及其合金锌及其合金镍、钴及其合金化工设备常用材料1.碳钢工业上使用的金属材料大多是由金属与金属、金属与非金属熔合在一起的合金。以铁为主，碳的质量分数小于2.11%并含有少量的锰、硅、硫、磷等元素的合金称为碳钢或非合金钢。中碳钢低碳钢高碳钢碳的质量分数小于0.25%大于0.25%小于0.60%碳的质量分数大于0.60%化工设备常用材料3)磷(P)来源——矿石。作用——溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性”。有害元素！4)氢(H)来源——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积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白点”。“白点”——裂纹源有害元素！化工设备常用材料碳钢中杂质对其性能的影响1）锰(Mn)来源——在冶炼过程中加入锰铁。作用——钢材中锰含量高于0.8%时，即为合金元素存在提高强度，有益元素。2）硫(S)来源——矿石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔点低于钢材热加工开始温度，它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性。有害元素！化工设备常用材料碳钢中硫和磷的质量分数不超过0.035%优质碳钢碳钢中硫和磷的质量分数不超过0.045%普通碳钢碳钢中硫和磷的质量分数不超过0.025%高级优质碳钢化工设备常用材料碳钢的分类、牌号（1）普通碳钢含P、S等有害杂质较多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.F#Q235-B,#Q235-C,Q275式中Q—普通碳钢，“屈服”的拼音首位字母。235——材料屈服点（MPa)A,B,C,D——钢材质量等级，越后越高。F——沸腾钢#—GB150-98规定使用材料化工设备常用材料（2）优质碳素钢特点：含硫、磷等杂质较少，均≤0.04%，杂质少，组织均匀，表面质量好。常用的有：08，10，15，20，20g,20R，30Mn，40Mn等。式中数字--含c量的万分数;g—锅炉钢；R—容器钢；Mn—含锰元素约1%。（3）高级优质钢磷硫杂质极少P，S含量≤0.03%。表示法：如20A钢的热处理钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。化工设备常用材料热处理工艺实例：※缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；※建筑用铁线用火烧软；※泵轴调质—内韧外硬；※扁铲淬火—提高硬度和韧性；※容器焊后退火—消除内应力；……化工设备常用材料(1)常用热处理工艺缓慢加热，保温一定时间后：※随炉冷却(曲线1)—退火；※空气中冷却(曲线2)—正火；作用：①降低硬度，增加塑性，改善机械性能；②使组织均匀化，消除内应力。[注]加热温度为临界点(钢的内部组织发生转变的温度)以上30～50℃。化工设备常用材料缓慢加热，保温一定时间在淬火剂中冷却(曲线3)；淬火剂:水，盐水—用于碳钢；油—用于合金钢。作用：提高硬度、强度和耐磨性。淬火化工设备常用材料淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。作用：消