化工设备总复习复习.ppt

1材料的性能 机械性能 物理性能 化学性能 加工工艺性2机械性能 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或抵抗外力不被破坏的能力 有强度 塑性 硬度 韧性等指标3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 有屈服点 抗拉强度 蠕变极限 持久强度 疲劳强度 一化工设备材料 4塑性 金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力 有延伸率和断面收缩率 冷弯角5硬度 金属材料抵抗其它更硬物体压入表面的能力 反映材料弹性 硬度与塑性等的综合性能 有布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 6韧性 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 韧性高的材料一般有高的塑性指标 但塑性高的材料不一定有高的韧性 7物理性能 热膨胀性 弹性模量 泊桑比8化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性 9材料的工艺性能 加工过程的难易程度 主要有铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能等10金属材料的分类 钢的分类方法 按化学成分及按脱氧程度11钢铁牌号的表示方法 字母 数字的含义Q235 AF 16MnR 0Gr18Ni9Ti 13纯铁的同素异构转变固态下晶体构造随温度发生改变的现象称为同素异构转变 12石墨存在的形式 球状 细片状 粗片状 14碳钢的基本组织 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体15碳钢中杂质对其性能的影响 锰Mn MnS 1600 是一种有益元素硅Si是有益元素 硫S FeS和Fe形成低熔点的化合物 熔点为985 热脆性 有害元素磷P 冷脆 是有害元素 氧O以MnO SiO2 FeO Al2O3等夹杂物形式存在 破坏了钢基体的连续性 有害 16钢的热处理 退火与正火 淬火与回火 调质处理的作用17合金元素对钢的影响铬 主要元素 耐腐蚀抗氧化锰 强度 低温冲击韧性 镍 热强性钛 强脱氧剂 提高韧性 定碳 防晶间腐蚀 18有色金属材料铝及其合金 耐腐蚀 低温 不污染铜及其合金 低温 耐非氧化性酸铅及其合金 耐硫酸 耐辐射钛及其合金 轻质高强 耐腐蚀 耐热 19非金属材料化工陶瓷 化工搪瓷 玻璃 耐蚀 不挂料硬聚氯乙烯塑料 聚四氟乙烯塑料 玻璃钢涂料不透性石墨 导热性 不污染介质 强腐蚀介质的换热器 20化学腐蚀 介质与金属直接发生化学反应 无电流产生 反应产物在金属表面 高温下易发生 主要形式为金属的高温氧化及脱碳和氢腐蚀加入特殊合金 21电化学腐蚀 介质与金属发生电化学反应 有电流产生 破坏的形式 均匀 非均匀晶间腐蚀 原因 对策应力腐蚀 原因 对策点腐蚀 局部出现的向深处发展的腐蚀小孔 对策 二容器设计基本知识1容器分类及结构低压容器L0 1MPa P 1 6MPa中压容器M1 6MPa P 10MPa高压容器H10MPa P 100MPa超高压容器UP 100MPa 2容器零部件标准化的意义及基本参数标准化是组织现代化生产的重要手段之一标准化的基本参数有两个 公称直径DN和公称压力PN 设计时应将工艺计算初步确定的设备内径调整至公称直径 若选用标准零部件 须将操作温度下的最高工作压力 或设计压力 调至规定的某一公称压力等级 然后根据DN PN选尺寸 3了解相关的法规和标准4容器机械设计的基本要求强度 刚度 稳定性 耐久性 密封性 节省材料 便于制造 操作 运输 技术经济指标合理 三内压容器设计1基本概念回转壳体 轴对称 中间面 母线 经线 法线 纬线 第一曲率半径 第二曲率半径 小位移假设 直法线假设 不挤压假设 2应力分析 1 在 处所受应力为薄膜应力 可用简单的无力矩理论来计算经向应力计算公式 区域平衡方程式 壁厚 mmR2 第二曲率半径 mm m 经向应力 MPa 环向薄膜应力 微体平衡方程 若经线方程y y x 则R1为 应用范围1轴对称几何形状 材料 载荷的对称性和连续性2只受薄膜应力壳体曲面上没有应力集中 不存在边缘力和边缘力矩 处在无力矩状态3薄壁 2 在连接处 除了受薄膜应力外 还有附加的弯曲应力 称为边缘应力 要用复杂的有力矩理论及变形谐调条件来计算 在简化计算中 常在薄膜应力基础上乘以一个系数 特点局部性 只在某一特定区域内有很大值 超过此范围即迅速衰减 自限性应力保持在 s 靠增大局部塑性区范围来承担边缘应力 使边缘应力自动限制 3薄膜理论的应用1 受气体内压的圆筒形壳体 2 受气体内压的球形壳体 受气体内压的椭球壳 椭圆形封头 在x 0处 在x a处 3 受气体内压的锥形壳体 最大应力值在大端 4内压容器的强度设计1 设计准则 弹性失效准则即 当 s2 强度理论 对材料破坏原因的种种假说第一强度理论及其相应的强度条件 第三强度理论及其相应的强度条件 适于塑性材料 第四强度理论及其相应的强度条件 适于塑性材料 3 强度计算公式圆筒壳的强度计算公式取第三强度理论得 球形容器 4 设计参数的确定压力 设计温度 许用应力和安全系数 焊接接头系数 厚度附加量 直径系列与钢板厚度5 压力试验及其强度校核液压试验 气压试验 6 内压圆筒封头的设计半球形封头 椭圆形封头 碟形封头 标准椭圆形封头 K 1 标准碟形封头 四外压容器设计1基本概述在外力作用下 突然发生的筒体失去原形 即突然失去原来的稳定性的现象称为弹性失稳 外压圆筒失稳时伴随着突然的变形 实质是容器从一种平衡状态跃变为另一种新的平衡状态 保证壳体的稳定性是外压容器能够正常操作的必要条件 失稳型式有 侧向失稳 轴向失稳 局部失稳 临界压力导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力 以pcr表示影响临界压力的因素 筒体几何尺寸 筒体材料性能 筒体椭圆度和材料不均匀性 临界压力的计算 长圆筒 短圆筒 临界长度 L Lcr 长圆筒 L Lcr 短圆筒L 刚性圆筒 2外压容器的工程设计设计准则 并接近 p 外压圆筒壁厚设计的图算法 pcr cr cr L Do Do e 由筒体尺寸 A B p 设计参数的确定 pc 计算长度 安全系数 外压容器的试压外压球壳与凸形封头的设计 外压圆筒加强圈的设计 加强圈的作用 减小圆筒的计算长度 提高其临界压力 增加了圆筒的刚性 同时还能节省材料 设计要求 Is I且接近 五容器零部件1法兰联接由联接件 被联接件 密封元件组成 法兰的密封失效主要是因为密封不好而泄漏 密封口泄漏的途径主要有垫片渗漏和压紧面泄漏 为保证密封 必须在预紧时不能小于预紧密封比压 工作时不能小于工作密封比压 常用的法兰类型有整体法兰 包括平焊法兰和对焊法兰活套法兰螺纹法兰 2影响法兰密封的因素1 螺栓预紧力要达到良好密封 必须使预紧力均匀作用于垫片 螺栓分布要均匀 2 压紧面 密封面 法兰压紧面的型式 主要根据工艺条件 密封口径及准备采用的垫片等进行选择 常用型式有 平面型压紧面 凹凸型压紧面 榫槽型压紧面 锥形压紧面 梯形槽压紧面等 3 垫片性能垫片是构成密封的重要元件 适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要条件 4 法兰刚度刚性大的法兰变形小 并可使分散分布的螺栓力均匀的传递给垫片 故可提高密封性能 5 操作条件单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不重要 只有和温度联合作用问题才显得严重 3法兰标准及选用1 压力容器法兰标准分为平焊法兰和对焊法兰两类平焊法兰又有甲 乙两种形式 2 法兰的公称直径和公称压力压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值 法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力和操作温度及法兰材料三个因素有关 制定法兰尺寸系列计算法兰厚度时 以16MnR在200 时的机械性能为基准 此条件以外需进行换算 法兰标准的标记方法法兰 密封面公称 公称标准号类型型式直径压力代号代号mmMPa如 法兰C T800 1 6JB4702 2000 4容器支座用来支承容器重量 并使其固定在一定的位置上 根据容器和设备自身的型式 支座基本分为两大类 即卧式容器支座和立式容器支座 1 卧式容器支座有鞍座 圈座和支腿 一台卧式容器的鞍式支座 一般不多于两个 鞍座标准的选用 根据鞍座实际承载的大小及公称直径确定鞍座型式 查相应的标准得到各部分尺寸 必要时验算轴向应力 其标记方法 标准号鞍座型号公称直径 F 或S JB T4712 92鞍座A2600 S 2 立式容器支座主要有耳式支座 腿式支座 支承式支座和裙式支座耳式支座标准的选用方法 由DN及每个支座承受的重量Q值预选一标准支座 然后计算实际载荷 使Q Q 并校核支座处圆筒所受的支座弯矩ML使ML ML 耳式支座的标记方法 标准号耳座型号支座号JB 4725 92耳座AN3材料 Q235 A F 5容器的开孔补强容器开孔后 在孔边附近的局部地区 应力会达到很大的数值 这种局部的应力增长现象称为应力集中 应力集中区域的最大应力值称为应力峰值 以 max表示 造成应力集中的最基本的原因是由于结构的连续性被破坏 该应力具有局部性 1 补强设计原则等面积补强法的设计原则是经验性设计准则 计算复杂且偏于保守 规定局部补强的金属面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积 不能完全解决应力集中问题 塑性失效补强原则一种极限设计的方法 同时又考虑到结构的安定性 如果将薄膜应力控制在 以下 应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到3 0 只允许采用整体锻件补强结构的设计采用此设计准则 2 补强结构补强圈补强结构加强元件补强结构整体补强结构3 等面积补强的设计方法等面积补强就是使补强的金属量等于或大于开孔削弱的金属量 即A1 A2 A3 A 正投影面积 6容器附件 作用 1 接管2 凸缘3 手孔与人孔4 视镜 例 设计一台常压薄膜蒸发干燥器 内径500mm 外装夹套内直径600mm 夹套内通0 6MPa蒸汽 蒸汽温度160 干燥器筒身由三节组成 每节长1000mm 用法兰联接 材质Q235 AR 介质腐蚀性不大 确定干燥器及其夹套的厚度 解 1确定设计参数 1 干燥器 属外压容器Di 500mm L 1000mm pc 1 0 1 1 pw 0 6 0 66MPat 160 15 30 175 19