项目一 化工设备基础知识.ppt

项目一化工设备基础知识 石油与化学工程系孙庆国 化工设备使用维护 课程性质 本课程是化工类专业的一门专业选修课程 课程的主要内容包括化工设备基础知识 化工生产中常用的反应器 塔设备 换热器 泵 压缩机以及其他类型化工设备的使用与维护 并了解化工管路及管钳工基本操作 课程目标 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 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 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 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 教材刘尚明主编 化工设备基础 化学工业出版社参考书王绍良主编 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 考核方式 考查总成绩 平时成绩 期末考试成绩其中平时成绩占40 期末成绩占60 工艺流程题 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 化工设备基础知识 化工设备基础知识 1 化工设备材料 2 化工设备管理知识 3 任务一化工设备基础知识化工设备在化工生产中的应用化工生产企业的各种装置都是由不同类型的设备构成的 石油 化工产品也都是按照一定的工艺过程 利用配套的化工设备生产出来的 化工设备基础知识 化工设备基础知识 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 化工设备基础知识 化工设备的类型按化工设备在生产中的作用分类 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 化工设备的类型按化工设备的主要作用部件分类 动设备静设备 化工设备的应用与分类 化工设备的类型按结构材料分金属设备 非金属设备和非金属材料衬里设备 按受力情况分外压设备和内压设备 内压设备分为 常压设备 设计压力小于0 1MPa 低压设备 设计压力小于0 1 1 6MPa 中压设备 设计压力小于1 6 10MPa 高压设备 设计压力小于10 100MPa 超高压设备 设计压力大于100MPa 化工设备基础知识 离心泵 化工设备基础知识 管式加热炉 化工设备基础知识 换热器 化工设备基础知识 精馏塔 化工设备基础知识 反应釜 化工设备基础知识 储存容器 立式储罐 卧式储罐 化工设备基础知识 方形容器 球形容器 化工设备基础知识 化工生产对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 化工设备应用与分类 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 事故造成的污染使哈尔滨市停水三天 化工设备应用与分类 化工设备应用与分类 化工设备的应用与分类 工艺性能要求达到工艺指标生产效率高 消耗低安全性能要求足够的强度足够的刚度良好的韧性可靠的密封性良好的抗腐蚀性 使用和经济性能要求操作 控制 维护简便结构合理 制造简单环境保护要求 化工设备基础知识 化工设备规范我国标准体制目前分为四级 国家标准 行业标准 地方标准和企业标准 化工设备基础知识 化工设备基础知识 任务二化工设备材料工程材料的分类工程材料一般分为金属材料 非金属材料和复合材料三大类 化工设备材料 金属材料的主要性能力学性能在外力作用下不产生超过允许的形变或不被破坏的能力 如 弹性 塑性 强度 硬度和韧性等指标 化工设备材料 材料的弹性和刚度 常温拉应力下20号钢的拉抻试验 l0 10d0 l0 5d0 或 化工设备材料 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 E 斜率tan E 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 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 化工设备材料 材料的强度和塑性强度 材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 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 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 Rel Rm 化工设备材料 强度材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 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 化工设备材料 强度材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 材料在高温下 抵抗发生断裂的能力 化工设备材料 强度 材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 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 化工设备材料 塑性金属材料受力后发生变形而不被破坏的能力 延伸率A 断面收缩率Z 化工设备材料 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HBS 一般在HB450以上就不能使用 洛氏硬度HRC 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 化工设备材料 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 化工设备材料 T T 化工设备材料 温度对材料力学性能的影响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 化工设备材料 工艺性能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 化工设备材料 钢板校平 化工设备材料 卷筒 压制封头 化工设备材料 化工设备材料 煨制弯管 化工设备材料 组对与焊接 化工设备材料 物理性能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 密度熔点导热性磁性耐磨性 化工设备材料 化学性能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 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 化工设备材料 金属材料的分类及常用的金属金属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 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 化工设备材料 金属的分类 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 化工设备材料 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 化工设备材料 碳钢中杂质对其性能的影响锰 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 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 化工设备常用材料 合金钢合金钢是在低碳钢的基础上 加入一定量的合金元素而得到的 常加的元素有锰 钼 铌 钒 镍 铬 硼 钨 铝等 当合金元素总质量分数小于等于5 时称为低合金钢 成分特点由碳素钢 Si Mn Cu Ti V Nb等元素组成 含碳量均较低 0 2 合金元素总含量 5 相对于碳素钢强度提高耐腐蚀性能提高低温性能提高 化工设备常用材料 常用于制作 板 管 圆钢等型材用途广泛用于造船 压力容器 桥梁 高压锅炉 汽车 矿山机械 农业机械等 常用材料16MnR 15MnVR 18MnMoNbR 16MnDR 15CrMoR 14Cr1MoR 化工设备常用材料 合金元素对钢的影响为改善钢材性能特意加入合金元素 以改变钢材性质 例如铬 耐腐蚀抗氧化 提高强度硬度和耐磨性 使钢材的韧性和塑性降低锰 提高强度和低温冲击韧性镍 提高淬透性 保持良好塑性和韧性 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性 提高热强性能硅 提高强度 高温疲劳强度 耐热性 耐H2S腐蚀 降低塑性和冲击韧性 化工设备常用材料 不锈耐酸钢不锈 耐大气腐蚀 耐酸 耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀 常用品种 铬不锈钢 如1Cr13 2Cr13 0Cr13等 第一个数字 含碳量的千分数 Cr13 含铬13 组织成分 铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体 化工设备常用材料 不锈的原因在氧化性介质中 铬能生成一层稳定而致密的氧化膜 对钢起保护作用性能特点碳的作用 与铬生成碳化铬 Cr23C6 消耗大量的铬 为保证耐腐蚀性能 不锈钢中碳含量越低越好 化工设备常用材料 铸铁碳的质量分数大于2 11 的铁碳合金 工业上常用的铸铁的质量分数一般在2 4 5 之间 而锰 硅 硫及磷的质量分数高于钢分类灰铸铁 良好的减振和耐磨性 可锻铸铁 较高的塑性和韧性 球墨铸铁特点良好的铸造性 减震性 耐磨性和切削加工性生产工艺简单 成本低多在转动设备中有着广泛的应用 化工设备常用材料 非金属材料无机材料陶瓷容器 反应器 塔附件 热交换器 泵 管道 管件等搪瓷反应罐 储罐 换热器 蒸发器 塔和阀门等玻璃管道或管件 容器 反应器 泵 热交换器 隔膜阀等 化工设备常用材料 有机材料塑料贮槽 离心泵 阀门管件 密封件 耐蚀件如填料 垫片和泵 阀门等零件橡胶衬里 密封件涂料保护设备免遭大气及酸 碱等介质的腐蚀 化工