化工设备基础知识.ppt

模块一化工设备基础知识 化学工程系罗康汉 石化企业的雄姿 化工设备是化工工艺的基础 是实现化工生产的重要工具 项目一化工设备的基本要求 项目二化工设备的常用材料 项目三化工设备的热处理与防腐蚀 项目一化工设备的基本要求 知识目标 了解化工设备的特点 掌握化工设备的基本要求 技能目标 能判断化工设备的安全性能 使用性能 经济性能 化工设备是处理气体 液体和浆料等流体的容器 它与普通机械设备不同 通常具有以下特点 一 化工设备的特点 1 结构多种 功能多样 不同的设备有不同的要求 功能原理 结构特征多种多样 换热器 氨储罐 水泵 2 设备开孔多 人孔 手孔 接管口 仪表口 搅拌器口等 碳化塔 氨合成塔 3 设备工艺条件苛刻 高温 高压 强腐蚀性 真空 氨合成塔 4 自动化程度高 计算机控制温度 流量 液位等 流量计 工艺要求 安全要求 使用性能要求 经济性能要求 二 化工设备的基本要求 基本要求 安装要求 卧式或立式 等 1 满足工艺要求 产量要求 温度 压力要求 氨合成塔 2 安全性要求 强度 刚度 严密性 耐蚀性 要有足够的强度 是容器抵抗外力破坏的能力 设备鼓包或压瘪 燃油锅炉 指容器或构件在外力作用下维持原有形状的能力 防止 失稳 要保证其刚度 储罐 储槽 要有足够的严密性 防止泄露 耐腐蚀性要好 氨储罐 便于操作 维护 检修 3 使用性能要求 制造工艺要合理 运输要方便 要便于安装 氢氮压缩机 设备使用的经济性 4 经济性能要求 设备制造的经济性 水泵 课堂练习 1 化工设备的特点包括 2 化工设备的基本要求有 使用性能要求和经济性能要求 3 为什么化工设备要求有足够的严密性 4 化工设备的经济性能是指哪些方面 5 化工设备的使用性能 你掌握多少 小结 掌握化工设备的特点 4点 掌握化工设备的基本要求 4个 作业 第三页第一题 项目二化工设备常用材料一 化工设备材料识别二 化工设备材料的选择 力学性能 物理性能 工艺性能 化学性能 子项目一化工设备材料识别 一 化工设备材料性能 材料性能 材料抵抗外力而不被破坏的能力 叫材料的力学性能 强度 塑性 韧性 硬度 力学性能 1 力学性能 固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性 屈服点 抗拉强度 强度 1 强度 屈服点当载荷不再增加或缓慢增加时 仍继续发生塑性变形称为屈服 发生屈服现象时的应力称为 屈服点 抗拉强度从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值 2 塑性 发生塑性变形而不破坏的能力 3 韧性 抵抗裂纹扩展的能力 4 硬度 抵抗更硬物体的能力 2 物理性能 物理性能 密度 熔点 导电性 导热性 磁性 弹性模量 泊松比 横向变形系数 热彭胀性 化学性能 耐腐蚀性 抗氧化性 3化学性能 工艺性能 冷热加工性能 焊接性能 4工艺性能 2 钢的分类 1 按冶炼时钢脱氧的程度不同分类镇静钢 半镇静钢 沸腾钢 脱氧完全的钢 脱氧不完全的钢 脱氧较完全的钢 2 按化学成分分为碳素钢和合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 碳素钢 含碳量 0 25 如10 15 20 25 含碳量0 25 0 60 30 35 40 45 含碳量 0 60 如65 70 合金钢是在碳素钢中加入少量合金元素 合金元素 铬 镍 钼 钨 钛 铝 铜等 分为低合金钢 中合金钢 高合金钢 3 按质量分类 分为普通钢 优质钢 高级优质钢 优质钢 S 0 035 P 0 035 普通钢 S 0 05 P 0 055 高级优质钢 S 0 030 P 0 030 分为建筑钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢 结构钢和特殊性能钢 4 按用途分类 4 按用途分类 建筑钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢 结构钢 特殊性能钢 3 非金属材料的分类 1 硬聚氯乙烯塑料 2 玻璃钢 3 聚四氟乙烯塑料 6 耐酸酚醛塑料 4 化工搪瓷 5 化工陶瓷 在金属表面涂覆一层或数层瓷釉 通过烧制 两者发生物理化学反应而牢固结合的一种复合材料 旧称珐琅 4 金属材料与非金属材料特点比较 金属材料 强度高 耐压性好 压力容器 耐腐蚀性 性脆 不耐冲击 非金属材料 课堂练习 1 化工设备材料的性能包括化学性能 物理性能 工艺性能 2 强度是指 3 塑性是指 4 化工设备主要使用什么材料 为什么 5 化工设备制造 在什么情况下可以用非金属材料 6 什么是 黑色金属 和 有色金属 小结 1 了解化工设备材料性能2 掌握化工设备材料分类作业 项目实训2 按化学成分分类 钢材有哪些品种 子项目2化工设备材料选择 教学目标 1 掌握碳素结构钢的使用条件 掌握化工设备用钢选择原则2 能根据设备的工艺条件选择合适的材料 一 化工设备常用钢种 合金钢 特殊性能钢 碳素钢 碳素结构钢 目前制造压力容器的常用钢材 1 碳素结构钢 1 碳素结构钢牌号及表示法Q 最低屈服强度值 质量等级符号 脱氧方法符号Q表示 屈服强度 屈服强度值单位是MPa 质量等级符号为A B C D脱氧方法符合由FbZTZ分别表示沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 一般不写 例 Q235 AF表示碳素结构钢 屈服极限235MPa A级质量 沸腾钢 碳素结构钢有五大钢种Q195 Q215 Q235 Q255 Q275其中Q235 A应用广泛 2 碳素结构钢使用条件见表1 1 表1 1压力容器用碳素钢钢板的使用条件 2 碳素钢化工容器常用低碳钢 低碳钢具有较好的塑性 冷冲压及焊接性能 最常用的是20钢 中碳钢多用于制造各种机械零件 如轴 齿轮 连杆等 常用30 35 45制作螺栓 螺母 高碳钢常用于制造弹簧 3 合金钢化工容器常用16MnR15MnVR15MnTi优点 保证强度情况下 容器厚度减少 节省钢材 4 特殊性能刚不锈钢和不锈耐酸钢 二 化工设备用钢选材原则 1 化工容器用钢一般使用由平炉 电炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢 2 碳素结构钢主要用于介质腐蚀性不大的中 低压容器 3 合金钢主要用于介质腐蚀性不强的中 高压容器 4 不锈钢主要用于介质腐蚀性较强的场合 5 耐热钢用于高温场合 6 外压容器选Q235 A为宜 7 低温容器选耐低温钢 小结 1 掌握碳素结构钢的使用条件 掌握化工设备用钢选择原则 2 能根据设备的工艺条件选择合适的材料 作业 第8页项目实训第3题 项目三化工设备热处理与防腐蚀子项目一化工设备用钢的热处理 项目目标 知识目标 掌握热处理的含义 种类 目的 掌握热处理工艺的含义 区别 掌握表面热处理的方法 含义 种类 技能目标 能对焊后化工设备进行焊后热处理 热处理概述定义 热处理是将固态金属或合金 采用适当的方式进行加热 保温和冷却 以获得所需组织结构与性能的一种工艺 作用 钢的内部组织和性能发生变化 提高零件质量 延长零件寿命 种类 普通热处理和表面热处理零件的生产工艺过程为 锻造预先热处理粗加工最终热处理精加工 一 普通热处理包括退火 正火 淬火 回火等1 退火和正火退火将钢材加热到适当的温度 保温一定时间后缓慢冷却 炉冷 坑冷 正火将钢材加热到适当温度 保温一定时间后 在空气中冷却 空冷 风冷 喷雾冷却 退火和正火属于预先热处理 能降低钢材硬度 以利于切削 优点 1 降低钢材硬度 利于切削2 防止变形或开裂3 均匀成分正火比退火冷却速度稍快 优先采用 2 淬火和回火淬火在介质中快速冷却 获得高硬度 水冷 油冷 水冷碳钢油冷合金钢特点钢硬而脆 组织不稳定 淬火后必须回火 回火 是将零件加热到适当温度 保温一定时间后 以适当速度冷却到室温的热处理工艺 分低温回火 中温回火 高温回火低温回火150 250 适用于工具 模具和表面处理件中温回火350 500 用于弹簧等弹性元件高温回火500 650 用于轴类 齿轮 连杆等受力复杂的零件 二 表面热处理在生产中 有很多零件要求表面和心部具有不同的性能 一般是表面硬度高 有较高的耐磨性和疲劳强度 而心部要求有较好的塑性和韧性 为满足这一要求 通常对零件的表面进行热处理 种类 表面淬火和化学热处理1 表面淬火仅对钢的表面加热 冷却而不改变其成分的热处理工艺 表面淬火后一般进行低温回火 2 化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温 使一种或几种元素渗入它的表层 以改变其化学成分 组织和性能的热处理工艺 特点提高工件表层的力学性能 提高物理化学性能 耐高温 耐腐蚀 种类 渗碳 渗氮 碳氮共渗等 三 焊后热处理焊后消氢处理焊接完成以后 焊缝尚未冷却至100 以下时 进行的低温热处理 一般规范为加热到200 350 保温2 6小时特点防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹方法 整体高温回火局部高温回火 小结 知识目标 掌握热处理的含义 种类 目的 掌握热处理工艺的含义 区别 掌握表面热处理的方法 含义 种类技能目标 能对焊后化工设备进行焊后热处理 子项目2化工设备腐蚀与防护项目目标知识目标 掌握腐蚀的含义 机理 掌握腐蚀的类型 掌握防止设备腐蚀的措施 技能目标 能采取正确的措施防止设备腐蚀 项目内容1 举例说明化工容器常用的腐蚀类型2 举例说明化工容器常用的防腐蚀措施 腐蚀现象 设备厚度减薄 穿孔 一 金属的腐蚀定义 金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而引起破坏的现象称为腐蚀 如铁生锈 铁在酸中溶解等 种类 化学腐蚀和电化学腐蚀1 化学腐蚀是指金属在高温下与腐蚀性气体或非电解质发生单纯的化学作用而引起的破坏现象如铁的氧化氯气与铁或其他金属化合 2 电化学腐蚀金属和液态介质 常为水溶液 构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程 如钢铁在潮湿的空气中生锈3 化学腐蚀与电化学腐蚀比较化学腐蚀是氧化反应 无电流产生电化学腐蚀是原电池反应 有电流产生 二 金属设备的防护措施1 改变金属材料的性质组成耐蚀合金 或在金属中添加合金元素例如 钢中添镍制成不锈钢 2 隔离金属与非金属介质在金属覆盖各种保护层 1 非金属保护层 非金属衬里常用板砖衬里 玻璃衬里 橡胶衬里 涂层把涂料涂在设备内表面 经干燥固化形成均匀的涂膜 例如油漆 2 金属保护层将耐腐蚀的金属或合金覆盖在被保护的金属上 形成保护镀层 有电镀 化学镀 镀镍 喷镀 喷铝 和铅衬里和不锈钢衬里 3 缓释剂保护在腐蚀介质中加入少量能减少腐蚀速度的物质 如重铬酸盐 过氧化氢 磷酸盐等4 电化学保护法是把引起电化学腐蚀的原电池消除掉的方法 有阳极保护法和阴极保护法阳极保护法是被保护设备接在外加直流电源的阳极 阳极极化到一定电位 使金属表面生成钝化膜 阴极保护法是通过外加电流 使被保护金属阴极极化 使金属得到保护 有外加电流法和牺牲阳极保护法 外加电流法是把被保护