化工设备概述.ppt

一 化工设备在化工生产中的应用 1 化工设备概念化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置 主要用于完成传热 传质和化学反应等过程 或用于储存物料的设备 化工设备使用与维护 管道 塔设备 加热炉 阀门 反应设备 泵 换热设备 一 化工设备在化工生产中的应用 2 化工设备的应用典型炼油 化工生产装置所需的化工设备 化工设备使用与维护 一 化工设备在化工生产中的应用 2 化工设备的应用化工设备不仅用于化工和炼油生产中 而且在轻工 医药 食品 冶金 能源 交通等工业部门也有着广泛的应用 化工设备使用与维护 二 化工设备的类型 按照各自设备在化工生产的作用进行分类 化工设备使用与维护 反应设备 换热设备 传质设备 储存设备 流体输送设备 加热设备 二 化工设备的类型 1 流体输送设备各种泵 压缩机 鼓风机以及与其相配套的管线和阀门等等 化工设备使用与维护 二 化工设备的类型 2 加热设备加热设备是将原料加热到一定的温度 使其汽化或为其进行反应提供足够的能量 化工设备使用与维护 蒸发器 废 余 热锅炉 二 化工设备的类型 3 加换热设备换热设备是将热量从高温物体传给低温物体 以达到加热 冷凝 冷却的目的 并从中回收热量 节约燃料 化工设备使用与维护 列管式换热器 大型集成换热器 二 化工设备的类型 4 传质设备传质设备是利用物料之间某些物理性质 如沸点 密度 溶解度等的不同 将处于混合状态的物质 气态或液态 中的某些组分分离出来 化工设备使用与维护 吸收塔 精馏塔 二 化工设备的类型 5 反应设备反应设备的作用是完成一定的化学和物理反应 其中化学反应是起主导和决定作用的 物理过程是辅助的或伴生的 化工设备使用与维护 高温反应器 合成塔 二 化工设备的类型 6 储存设备储存设备是用来盛装生产用的原料气 液体 液化气等物料的设备 化工设备使用与维护 液氨储罐 高位储罐 球形储罐 三 化工生产对化工设备的要求 1 工艺性能要求 1 达到工艺指标 2 生产消耗低 3 生产效率高2 安全性能要求 1 强度 指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力 2 刚度 指设备及其零部件抵抗外力作用变形的能力 3 稳定性 指设备及其零部件在外力作用下维持原有的能力 化工设备使用与维护 三 化工生产对化工设备的要求 2 安全性能要求 4 耐蚀性 指设备抗腐蚀的能力 5 密封性 指设备阻止介质泄漏的能力 3 使用和经济性能的要求化工设备除了要满足安全可靠性之外 还需满足经济方面要求 1 尽量降低设备成本 通过节约材料 优化加工制造工艺等 2 操作维修方便 考虑设备在使用过程中便于拆装 检修 清洗等操作 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 材料的力学性能材料在外力 或外加能量 作用下 在变形和强度方面所表现出来的性能 是通过各种力学试验得到的 如拉伸 压缩 弯曲 冲击 疲劳 硬度等试验 化工设备使用与维护 硬度 强度 塑性 韧性 弹性 温影度响 刚度 一 金属材料的力学性能 一 材料的弹性和刚度1 内力 物体受到外力作用后其内部各部分之间产生了相互作用力 2 应力 单位面积上的内力 用 表示 3 变形 物体受到外力作用后其原始尺寸或形状发生了变化 这种变化称为变形 4 应变 变形的量与原始尺寸的比值 用 表示 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 一 材料的弹性和刚度 F AA为试件的原始截面积 l l l l为拉伸时的变形量E 材料的弹性模量 它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 越不容易发生弹性形变 E值越小 材料的弹性越好 越容易发生弹性形变 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 一 材料的弹性和刚度 化工设备使用与维护 比例极限 A A1 弹性极限 一 金属材料的力学性能 二 材料的强度和塑性1 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 化工设备使用与维护 强度指标 一 金属材料的力学性能 二 材料的强度和塑性 s越大 材料越不容易发生塑性变形 它是衡量材料强度重要指标之一 b越大 材料越不容易断裂 它是衡量材料强度又一重要指标 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 二 材料的强度和塑性2 塑性 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力 材料能够产生塑性变形的性质 主要有两个塑性指标 化工设备使用与维护 伸长率 断面收缩率 和 越大 材料在断裂前产生的塑性变形越大 材料的塑性越好 一 金属材料的力学性能 三 硬度材料抵抗他物压入或划痕的能力 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 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 四 材料的冲击韧性材料抵抗冲击载荷的能力 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 化工设备使用与维护 一 金属材料的力学性能 五 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 化工设备使用与维护 T T 二 化工设备常用的金属材料 1 碳钢 1 碳钢的分类 化工设备使用与维护 低碳钢按含碳量高碳钢镇静钢 Z按脱氧方式半镇静钢 b普通碳素钢按品质高级优质碳素钢 中碳钢 优质碳素钢 随着含碳量的增加 钢的强度硬度增加 而塑性韧性降低 镇静钢 脱氧完全 钢锭组织致密 质量好 优质钢 S P杂质含量低 质量好 二 化工设备常用的金属材料 1 碳钢 2 碳钢的牌号 化工设备使用与维护 a 普通碳素结构钢 GB700 88 代表钢材屈服点的字母 屈服点的数值 材料质量等级符号 脱氧方法符号 常用Q235B Q235C Q235A F 二 化工设备常用的金属材料 1 碳钢 2 碳钢的牌号 化工设备使用与维护 a 普通碳素结构钢 GB700 88 Q235 AF 质量等级为A 共分A B C D四级 屈服极限 s 235MPa 脱氧方式 有Z TZ F b四种 其中Z和TZ可省略 屈 二 化工设备常用的金属材料 1 碳钢 2 碳钢的牌号 化工设备使用与维护 b 优质碳素结构钢 GB711 88 较普通碳素结构含S P量较少 表面质量较好 常用10 15 20g 20R和20等 g 锅炉用钢R 压力容器用钢D 低温用钢牌号 两位数字 表示脱氧方法的字母 二 化工设备常用的金属材料 1 碳钢 2 碳钢的牌号 化工设备使用与维护 b 优质碳素结构钢 GB711 88 牌号 两位数字 表示脱氧方法的字母数字 含碳量万分数字母 只在沸腾钢时注出低碳钢0810152025中碳钢30354045505560高碳钢6065708085 二 化工设备常用的金属材料 2 合金钢 化工设备使用与维护 在碳素钢的基础上加入少量合金元素 特别 锅炉钢和容器钢主要用于壳体或锅炉承压元件 在普通低合金结构钢中常加入 Mn Si Cr Mo V Cu P等 Mn Si Cr V提高强度 Cu P提高耐蚀性 二 化工设备常用的金属材料 2 合金钢 化工设备使用与维护 典型牌号 16Mn 16MnR 15MnV 15MnVR 18MnMoNb 18MnMoNbR 09Mn2V等 特点 含碳量一般低于0 25 较高的屈服强度和屈强比 ss sb 0 65 0 95 较好的冷热加工性能 良好的焊接性能 较低的冷脆倾向以及较好的抗大气 海水等腐蚀能力 二 化工设备常用的金属材料 2 合金钢 1 低合金钢的牌号 GB T221 2000 平均含碳量万分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数平均合金含量小于1 5 不标注平均合金含量1 5 2 49 2 平均合金含量2 5 3 49 3 依此类推压力容器用普通低合金钢 牌号后加 R 低温用钢 牌号后加 D 化工设备使用与维护 二 化工设备常用的金属材料 2 合金钢 2 高合金钢的牌号 GB T221 2000 指不锈钢 耐热钢和高温合金 化工设备使用与维护 不锈钢牌号表示方法平均含碳量质量分数的千分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数平均含碳量小于千分之一 0 平均含碳量小于万分之三 00 二 化工设备常用的金属材料 举例钢号表示法优质碳素钢 化工设备使用与维护 沸腾钢 含碳量为0 08 容器钢 含碳量为0 2 普通碳素钢 Q235 A F 沸腾钢 类别为A 钢材屈服点 MPa 屈服点屈字的拼音首位字母 08F 20R 二 化工设备常用的金属材料 低合金钢 16MnR16 含碳量0 16 Mn 合金元素 R 容器钢 特殊性能钢 1Cr18Ni91 含碳量0 1 千分数 Cr Ni 主要合金元素 18 含铬量18 9 含镍量9 化工设备使用与维护 二 化工设备常用的金属材料 3 铸铁 化工设备使用与维护 含碳量2 11 以上 大多碳以石墨形式存在 并含有较多S P Si Mn等杂质 是脆性材料 抗拉强度较低 但有良好铸造性 耐磨性 减振性及切削加工性 在一些介质如浓硫酸 醋酸 盐溶液 有机溶剂等中耐腐蚀性能好 按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁和特殊性能铸铁等 二 化工设备常用的金属材料 3 铸铁 1 灰铸铁 化工设备使用与维护 1 牌号 HT 抗拉强度 b表示如HT100 其中100表示 b 100MPa 常用灰铸铁牌号有HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 2 力学性能 强度低 硬度高 塑性很差 3 工艺性能 优良的铸造性 切削性好 能焊接 二 化工设备常用的金属材料 3 铸铁 2 球墨铸铁 化工设备使用与维护 1 牌号 用QT 抗拉强度值 延伸率表示如QT400 18 其中400表示 b 400MPa 18表示 s 18 常用的QT400 17 QT420 10 QT500 5 QT600 2 QT700 2 QT800 2等 2 力学性能 在强度 塑性和韧性方面大大超过灰铸铁 甚至接近钢材 二 化工设备常用的金属材料 3 铸铁 3 可锻铸铁 化工设备使用与维护 1 牌号 KT 可锻铸铁 KTH 铁素体可锻铸铁 KTZ 珠光体可锻铸铁 后面的数字分别表示最低抗拉强度 MPa 和最低延伸率 如 KTH350 10表示 b 350MPa s 10的铁素体可锻铸铁 2 性能 强度 塑韧性优于灰铸铁 低于球墨铸铁 3 注意 可锻铸铁不能进行压力加工 4 应用 管件 弯头 三通 低压阀门等 三 非金属材料 既可用作结构材料 又能作设备的保护衬里 涂层 还可做设备的密封材料 保温材料和耐火材料 非金属材料分为无机非金属材料 陶瓷 搪瓷 岩石 玻璃等 及有机非金属材料 塑料 涂料 橡胶等 及近20 30年来发展的复合材料 玻璃钢 不透性石墨等 化工设备使用与维护 三 非金属材料 化工设备使用与维护 聚氯乙稀塑料耐酸酚醛塑料聚乙烯塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢涂料 有机非金属材料 无机非金属材料 化工陶瓷化工搪瓷砖板衬里耐热玻璃不透性石墨 三 非金属材料 1 化工陶瓷特点 1 良好的耐腐蚀性能 2 足够的不透性 耐热性 3 一定的机械强度 4 性脆易裂 导热性差 用场 化工陶瓷设备及管道 管件等 化工设备使用与维护 三 非金属材料 2 化工搪瓷含高硅的瓷釉经900 煅烧 密着在金属胎表面而成 特点 1 优良的耐腐蚀性能 2 优良的电绝缘性能 3 易碎裂 用场 搪瓷设备 如反应釜 储罐 换热器 塔 阀门等 化工设备使用与维护 三 非金属材料 3 工程塑料高分子合成树脂 填料 提高力学性能 增塑剂 降低硬度和脆性 稳定剂 延缓老化 固化剂 加快固化速度 特点 1 良好的耐腐蚀性能 2 一定的机械强度 3 密度不大 4 价格较低 化工设备使用与维护 三 非金属材料 3 工程塑料常用工程塑料 硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢 化工设备使用与维护 三 非金属材料 3 工程塑料 1 硬聚氯乙烯 PVC 塑料使用温度为 10 55 当温度在60 90 时 强度显著下降 2 聚乙烯 PE 塑料在室温下 除硝酸外 对各种酸 碱盐溶液均稳定 对氢氟酸特别稳定 3 耐酸酚醛塑料 PF 使用温度为 30 130 这种塑料性质较脆 冲击韧性较低 化工设备使用与维护 三 非金属材料 3 工程塑料 4 聚四氟乙烯 PTFE 塑料耐强腐蚀性介质腐蚀 甚至超过贵重金属金和银 有塑料王之称 常用作耐腐蚀 耐高温密封元件及高温管道 有良好的自润滑性 还可以用作无油润滑压缩机的活塞环 有突出的耐热和耐寒性 使用温度范围为 200 250 化工设备使用与维护 三 非金属材料 3 工程塑料 5 玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料 用合成树脂为粘结剂 以玻璃纤维为增强材料 按一定成型方法制成 具有优良的耐腐蚀性能 强度高和良好的工艺性能 是一种新型非金属材料 树脂不同而差异很大 环氧玻璃钢 常用 酚醛玻璃钢 耐酸性好 呋喃玻璃钢 耐腐蚀性好 聚酯玻璃钢 施工方便 等 化工设备使用与维护 一 腐蚀的概念及类型 腐蚀的定义50年代 腐蚀的定义仅指金属的腐蚀 在周围介质作用下 由于化学反应 电化学反应或物理溶解而产生的金属破坏 50年代后 随着非金属材料的发展 腐蚀定义扩大到所有的材料 由于材料和它所处的环境发生反应使材料和材料的性质发生恶化的现象 腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏 化工设备使用与维护 一 腐蚀的概念及类型 一 按腐蚀的机理分类1 化学腐蚀化学腐蚀 是指金属与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏 特点 金属原子与介质两相的界面上直接交换电子 发生直接的化学反应 化学介质是不电离不导电的干气体和非电介质溶液 无电流 钝压膜 例如 钢脱碳 氢脆 化工设备使用与维护 一 腐蚀的概念及类型 一 按腐蚀的机理分类2 电化学腐蚀电化学腐蚀 是金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏 特点 电化学与化学腐蚀不同之处在于前者形成了原电池反应 化工设备使用与维护 金属离子 失去电子 氧化反应 金属原子 金属腐蚀的本质 M ne Mn 一 腐蚀的概念及类型 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 化工设备使用与维护 金属跟非金属单质或非电解质液体直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼金属被氧化 两者往往同时发生 电化腐蚀更普遍 一 腐蚀的概念及类型 二 按腐蚀破坏的特征分类1 均匀腐蚀根据金属的腐蚀形态 腐蚀可分为 全面腐蚀和局部腐蚀均匀腐蚀 均匀的全面腐蚀和不均匀的全面腐蚀 也称为全面腐蚀非均匀腐蚀 局部腐蚀 根据局部腐蚀的形态 位置 机理 可分为多种类型主要的局部腐蚀 点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 电偶腐蚀 选择性腐蚀 应力腐蚀 磨损腐蚀 腐蚀疲劳 化工设备使用与维护 一 腐蚀的概念及类型 二 按腐蚀破坏的特征分类1 均匀腐蚀均匀 全面腐蚀 定义 暴露于腐蚀环境中 在整个金属表面上进行的腐蚀称为全面腐蚀 各部位腐蚀速率接近 金属的表面比较均匀地减薄 金属表面无明显的腐蚀形态差别 同时允许具有一定程度的不均匀性 非均匀 局部腐蚀 定义 在腐蚀环境中 金属表面某些区域发生的腐蚀称局部腐蚀 腐蚀发生在金属的某一特定部位 阳极区和阴极区明显分开 可以用肉眼或微观观察加以区分 次生腐蚀产物又可在阴 阳极交界的第三地点形成 化工设备使用与维护 一 腐蚀的概念及类型 二 按腐蚀破坏的特征分类2 缝隙腐蚀电解质溶液存在 在金属与金属及金属和非金属之间构成狭窄的缝隙内 介质的迁移受到阻滞时而产生的一种局部腐蚀形态 缝隙腐蚀将减小部件的有效几何尺寸 降低吻合程