1章-化工设备基础

第一章化工设备基础第一节化工生产及其对化工设备的基本要求第二节化工容器结构与分类第三节化工设备常用材料第四节金属材料的腐蚀与防护石化企业的雄姿第一节化工生产及其对化工设备的基本要求化工生产：以流程性物料（气体、液体、粉体）为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。化工机械化工设备（静止设备）化工机器（动设备）一、化工生产的特点1.生产的连续性强2.生产的条件苛刻（1）介质腐蚀性强（2）温度和压力变化大（3）介质大多易燃易爆有毒性3.生产原理的多样化4.生产的技术含量高二、化工生产对化工设备的基本要求1.安全性能要求化工设备必须具有足够的强度和刚度，良好的韧性、耐腐蚀性和可靠的密封性。2.工艺性能要求达到工艺指标如：反应设备的反应速度、换热设备的传热量、塔设备的传质效率、储存设备的储存量等；生产效率高、消耗低。3.使用性能要求结构合理、制造简单；运输与安装方便；操作、控制、维护简单。4.经济性能要求在满足工艺要求和安全可靠运行的前提下，要尽量作到适用和经济合理。一、化工容器的基本结构1.筒体2.封头3.密封装置(法兰、密封元件、坚固件）4.开孔(人/手孔)与接管5.支座6.安全附件（安全阀、爆破片）第二节化工容器结构与分类233二、化工容器与设备的分类1、按设计压力分类低压容器（L）0.1MPa≤p＜1.6MPa中压容器（M）1.6MPa≤p＜10.0MPa高压容器（H）10.0MPa≤p＜100MPa超高压容器（U）p≥100MPa2、按原理与作用分类•反应容器（R）•换热容器（E）•分离容器（S）•储存容器（C）3、按壁厚分类薄壁容器D/d≤1.2厚壁容器D/d＞1.24、按支撑形式分类5、按材料分类6、按几何形状分类7、按安全技术管理分类第三节化工设备常用材料材料常用性能使用性能工艺性能物理性能化学性能力学性能一、材料常用性能强度韧性硬度冲击韧性疲劳1.强度反映材料在外来作用下抵抗破坏的能力。塑性变形脆性断裂2.塑性反映材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力伸长率断面收缩率3.硬度反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。布氏硬度HBS、HBW洛氏硬度HRA、HRB、HRC4.冲击韧性以很快的速度作用于工件上的载荷称为冲击韧性。5.疲劳疲劳极限sb二、钢的热处理热处理：将钢在固态下加热到给定的温度，经过保温，然后按选定的冷却速度冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需要的性能的一种工艺。通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能。钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。1.退火和正火退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，缓慢冷却。正火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，出炉空冷。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。2.淬火和回火淬火：将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。回火：工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。3.表面热处理（1）表面淬火：将钢的表面快速加热至淬火温度，并立即快速冷却的淬火工艺。（2）化学热处理：向工件表层渗入某种元素的热处理工艺。三、金属材料黑色金属有色金属生铁钢金属1.碳钢三、金属材料碳钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢Q235-A，屈服强度数值（MPa）；质量等级A，B，C，D。脱氧方法为F，b，Z，TZ。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。普通碳素钢有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五个钢种。S＜0.03%～0.045%；P＜0.04%；45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%～0.50%)低碳钢C＜0.25%中碳钢含C量0.3%～0.60%高碳钢含C＞0.6%低碳钢中碳钢高碳钢2.低合金钢合金元素总质量≤5%，牌号表示方法与碳素结构钢相同如Q2953.合金钢这类钢的编号是利用“两位数字+元素符号+数字”来表示。前面的两位数字代表钢中平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素。元素后面的数字表示该元素的平均含量的百分之几。例如12CrNi3钢，其平均含碳量为0.12%，平均含铬量小于1.5%，平均含镍量为3%。又如30CrMnSi钢，其平均含碳量为0.3%，铬、锰、硅三种合金元素的含量均小于1.5%。若为高级优质合金结构钢，则在钢号的最后加“A”字，例如20Cr12Ni14WA。（1）合金渗碳钢20CrMnTi钢，常用于制造汽车、拖拉机上的齿轮（2）合金调质钢40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo钢，用于制造重要调质件，如主轴、曲轴、连连杆和齿轮等机械零件（3）滚动轴承钢GCr15、GsiMnMoV钢属轴承钢，主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体，也可用于制造冷冲模、冷轧辊等（4）不锈钢1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢，属奥氏体不锈钢，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件（5）耐热钢15CrMo、4Cr10Si2Mo钢，属耐热钢，用于制造在高温下工作的零件或构件低合金钢高合金钢（1）铝及其合金l070l060l0501．形变铝合金形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。因其塑性好，故常利用压力加工方法制造冲压件、锻件等，如铆钉、焊接油箱、管道、容器、发动机叶片、飞机大梁及起落架、内燃机活塞等。2．铸造铝合金铸造铝合金是用于制造铝合金铸件的材料，按主要合金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。（2）铜及其合金Tl、T2、T3、T4，纯度依次降低黄铜：铜与锌的合金称黄铜白铜：镍的质量分数含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。青铜：其它合金。铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。4.有色金属（3）铅及其合金铅中加锑，可增加铅的硬度、强度和在硫酸中的稳定性。加入不同锑含量的铅锑合金称为硬铅（编号规则同前）。硬铅可制作硫酸工业用的泵、阀门、管道等。（4）滑动轴承合金四、非金属材料1.陶瓷具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，对温度剧变的抵抗力很低，抗拉、抗弯性能差。2.化工搪瓷特点：它兼有金属设备的力学性能和瓷釉的耐腐蚀性能双重优点。瓷表面光滑易清洗，并有防止金属离子干扰化学反应和玷污产品的作用应用：广泛用于医药、酿造、合成纤维生产中。3.玻璃特点：玻璃是一种优良的耐蚀非金属材料。它表面光滑、透明度好。耐温度急变性差、质脆、不耐冲击和震动。应用：可用作制造容器、量具、管道、阀门、泵及金属管道的内衬等。4.塑料5.橡胶6.涂料五、选材的基本原则六、化工容器与设备常用材料规范1.钢板2.钢管第四节金属材料的腐蚀与防护选择腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀小孔腐蚀电偶腐蚀局部腐蚀全面腐蚀按形态分类一、腐蚀的基本概念金属材料在周围介质的作用下发生破坏称为腐蚀。二、腐蚀类型及机理1.均匀腐蚀：材料表面均匀地遭受腐蚀，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。2.局部腐蚀：金属的局部区域产生腐蚀，铝的点蚀现象碳钢的点蚀现象电偶腐蚀1Cr18Ni9晶间腐蚀3.化学腐蚀：金属与干燥的气体或非电解质溶液产生化学作用引起的腐蚀4.电化学腐蚀：金属与电解质溶液产生电化学作用引起的腐蚀三、材料防腐方法非金属材料1.隔离腐蚀介质金属材料牺牲阳极保护法阴极保护2.电化学保护外加电流保护法阳极保护（1）阴极保护的原理就是向被保护的金属通入阴极电流，消除金属因成分不同造成的电位差，使腐蚀电流降为零，从而保护金属免遭电化学腐蚀。①牺牲阳极保护法优点：不用外加电流；施工简单，管理方便，对附近设备没有干扰，适用于安装电源困难、需要局部保护的场合。缺点：只适于需要小保护电流的场合。且电流调节困难，阳极消耗大，需定期更换。连接螺栓绝热层腐蚀性介质牺牲阳极被保护设备屏蔽层图牺牲阳极保护示意图（箭头表示电流方向）②外加电流保护法优点：可用在要求大保护电流的条件下，当使用不溶性阳极时，其装置耐用。缺点：经常维护、检修，要配备直流电源设备；附近有其它金属设备时可能产生干扰腐蚀，需要经常的操作费用。辅助阳极被保护设备直流电源腐蚀性介质图外加电流阴极保护示意图（箭头表示电流方向）（2）阳极保护将被保护的金属设备进行阳极极化，使其由活化态转入钝化态，从而减轻或防止金属设备腐蚀。被保护设备直流电源辅助阴极腐蚀性介质图阳极保护示意图（箭头表示电流方向）3.缓蚀剂保护向腐蚀介质中添加少量的物质，这种物质能够阻滞电化学腐蚀过程，从而减缓金属的腐蚀，该物质称为缓蚀剂。阳极缓蚀剂（铬酸盐、硅酸钠、苯甲酸钠等）、阴极缓蚀剂（SbCl3、AsCl3、锌盐、聚磷酸盐及多数有机缓蚀剂）、混合型缓蚀剂（琼脂、生物碱、亚硝酸二环己胺等）。呋喃树脂材料呋喃砂浆砌花岗岩地面呋喃胶泥砌砖板池槽酚醛树脂酚醛树脂防腐材料对浓度小于70%的硫酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、醋酸、大部分有机酸及大多数有机溶剂、二氧化硫、氯化氢及大部分PH7的酸性盐类等均耐蚀。用于玻璃钢衬里、砖板衬里。酚醛胶泥衬砌酚醛浸渍石墨板防腐蚀硫化橡胶衬里衬胶-盐酸专用汽车槽罐玻璃钢聚四氟乙烯简称F4，享有‘塑料王”的美誉，采用F4衬里，F30喷涂及PO滚塑等新工艺作业：3、17、19、22张扬Dreams▼风格∕styleワ逆转结局╭⌒帝皇侠梦的怒放╮王者㏒▲゛舍我其谁。永不退缩活着便精采°傲气逼人。Say丶No逸轩笑看。红尘埃姊ㄨ雨晨♂风热血进行曲。梦想的初衷！永不寂寞°早已删除你ら我心起扬亚洲丨冭孓爷每一天，为明天。超越自己没爱，照样活！气质担当よ在世勿为插曲王者呐喊。反恐、精英风云人物%忠于、自己年轻不是罪。丶音乐的节奏无敌小战神夜场嗨青春〖夜神钺〗Start.出发。平步青云〃坚守ヽ一份信念stop.滥情诚信赢天下青春最珍贵丶▼独行侠m删滁↘离莂天空才是极限①2⒊开幕嵿殛ーァ钕孜封印＇寂寞自己读懂自己メ高傲自我▼一颗不放弃的心让爱领舞乄刚强ご烈火心WonderBoy我会给你一切分享拥抱ㄟ甩了脆弱╯幸福°持有者做个负责任的男人。`活出自己的精彩。℡小宇宙|▎燃烧吧美男子留点小胡须乱世巨星♂、时尚达人微笑面对未来光彩夺目的高傲耀眼的光芒晋豫达人拒绝翻版。╭ァ世界的焦点丶限量版帅仔爱就一辈子漫天游ゝ潮男SMASHBOX≈亲吻ωǒ资夲帅气称霸。nomatter继续丿辉煌、〔犀利〕gg重写幸福″将军っ请持续、率性淡淡的优雅∝耀出彩低调de张扬╰笑看人生你好优秀！天王娱乐▲Dj心起程█未来丶为我们而来゛摩登。君子坦荡荡王牌女人Forgotyou秒杀你的高傲〆ゞ高姿态旳浅唱调戏丶寂寞supermodel莪吥〆会输の时间而已°淡笑，那红尘浮华独畅绝√诱惑