水工艺设备基础课件(ppt).ppt

1、水处理设备基础课件，熊佳庆，环境与市政工程学院给水排水系，2003年2月10日，前言，1。对每个人来说学习都很重要。2.这门课是必修的。4.考试形式是笔试。5.学习态度非常重要。内容：前三章是基础知识，主要是水处理设备常用材料的分类和性能，材料的防腐原理，材料的绝缘，容器应力的基本理论。最后七章是水处理设备，包括容器(塔)设备、搅拌设备、换热设备、分离设备、污泥处置设备和加药设备。第一章主要讲述水处理设备常用材料的基本性能，包括1.1金属材料1.2无机非金属材料1.3高分子材料1.4复合材料，第一章水处理设备常用材料1.1金属材料1。金属材料分类水处理设备中常用的金属材料主要包括碳钢、铸铁、合

2、金钢、不锈钢和一些有色金属材料。1.钢的分类(1)根据化学成分，1.1金属材料，和(2)根据质量分类，根据钢中硫(s)和磷(p)的含量，它可以分为普通钢，优质钢和优质钢。普通钢0.055%；p 0.045%；优质钢的硫和磷应为0.04%；0.03%的优质钢；P0.035% (3)根据用途分类。根据钢材的用途，主要可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢主要用于制造各种工程部件和机器零件。这种钢一般属于低碳或中碳碳钢或合金钢。工具钢主要用于制造各种工具、量具和模具。这种钢一般属于高碳钢或高碳合金钢。特殊性能钢是指具有特殊物理性能或化学元素性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。一般属于高合金钢。1

3、.金属材料。钢有很多种。为了便于选择和使用，必须建立科学的编号系统。编号的要求是用简洁的符号表示钢中元素的大约百分比。有时钢的性能特征可以用编号来解释。(1)普通碳素结构钢主要保证机械性能，所以其牌号用q数表示，其中q是屈折词的汉语拼音前缀，该数表示屈服强度值。例如，Q275表示屈服强度为275兆帕的碳素结构钢。如果品牌背面标有甲、乙、丙、丁，表示钢材质量等级不同，其中甲级最低，丁级最高。如果字母f标记在商标名称之后，它是沸腾钢，而未标记的钢是镇静钢。例如，Q235-AoF代表屈服强度为235兆帕的甲级沸腾钢。优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用于制造各种机械零件，这些零件通常经过热处理以提高其

4、机械性能。这种钢的硫和磷含量限制在0.040%以下。编号方法是用两位数来表示钢中的平均碳含量。例如，碳含量约为0.45% (45/10000)的优质碳结构钢的数量为45钢；含碳量约为0.08%的低碳钢称为08钢等。如果钢中的锰含量高，元素符号锰如15Mn和45Mn附着在钢种的背面。(3)碳素工具钢含碳量高，一般在0.651.35之间。它的硫和磷含量受到更严格的限制。普通碳素工具钢属于优质钢。当硫和磷的含量限制在0.030%以下时，它们是高质量的工具钢。碳素工具钢的序列号以“T”开头，后面是数字，表示碳含量的千分之几。例如，T8代表平均碳含量为0.8%的碳工具钢；T13代表平均碳含量为1.3%的

5、碳素工具钢。如果是高质量的碳素工具钢，在编号的末尾加上A，例如T8A、T13A、1.1金属材料和(4)合金结构s如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%，则表示为2、3、4等。例如，12CrNi3钢的平均碳含量为0.12%，平均铬含量小于1.5%，平均镍含量为3%。另一个例子是30Cr钢，其平均碳含量为0.3%，铬、锰和硅的含量均小于1.5%。如果是高质量的合金结构钢，在钢号的末尾加上a，如20Cr12Ni14WA。(5)合金工具钢的序号与合金结构钢的序号相似，但碳含量的表示方法不同。当合金工具钢的平均含碳量大于或等于1.00%时，其含碳量将不做标记。当平均碳含量小于1.00%时，用千分之

6、一表示。例如，9SiCr钢的平均碳含量为0.9%，平均硅和铬含量小于1.5%。金属材料的基本性能金属材料的基本性能是指其物理、机械、化学和工艺性能，这些性能通常受其化学成分的影响。1.化学成分的变化对钢的强度、塑性韧性等基本力学性能有很大影响，对热处理效果也有很大影响。(1)碳(c)主要元素。一般来说，随着碳含量的增加，强度极限和硬度增加，而塑性和韧性降低。当碳含量超过0.9%时，钢的强度极限降低。高碳含量会对钢的焊接性产生不利影响。(2)硫是一种有害元素。它以FeS的形式存在(熔点仅为989)，这使得钢在热加工过程中容易开裂并产生热脆性。高硫含量也会降低材料的断裂韧性。1.1金属材料，(3)

7、磷(p)也是有害元素。磷可以完全溶解在铁素体中，这增加了强度和硬度，并导致塑性和冲击韧性的显著降低。它在低温下变脆，导致“冷脆”。在一些特殊用途的钢中，例如含磷的铜钢，在大气中的耐腐蚀性可以得到改善。(4)锰是一种有益元素。炼钢时，锰作为脱氧剂和合金元素加入钢中。锰能与硫形成高熔点(1600)的硫化锰，降低硫的有害作用，提高钢的强度和硬度。它是低合金钢中常见的元素。(5)硅是一种有益的元素。它作为脱氧剂和合金元素加入钢中。它能提高钢的强度、硬度和弹性，但降低塑性和韧性。硅作为一种合金元素，可以提高钢的耐蚀性和耐热性，但过量的硅会降低钢的热加工性能。物理性质物理性质主要指密度、熔点、热膨胀系数、

8、热导率、电导率和弹性模量。(1)弹性模量是弹性极限内的内应力与应变之比。(2)线膨胀系数是指温度变化1时单位长度的膨胀和收缩值，其值可在机械设计手册中找到。(3)导热系数是指当温度梯度(温差与壁厚之比)为1K/m，单位为W/(mK)时，每小时每平方米传热面积传递的热量。3.机械性能材料的机械性能主要指材料的弹性、塑性、强度和韧性。(1)材料的弹性和塑性。当外力消除后，材料可以恢复到原来的形状，这就是所谓的材料弹性。塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不受损的能力。(2)材料的强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。抗拉强度：抗拉强度是金属材料样品在断裂前能承受的最大应力，用b表

9、示，单位为MPa。屈服极限：是金属材料开始产生屈服现象时的应力，用s表示，单位为MPa。对于没有明显屈服点的材料，0.2%塑性变形时的应力规定为屈服强度，表示为0.2。屈服比：屈服极限与抗拉强度之比称为屈服比。这个比值可以反映材料屈服后的强度。一般来说，高强度钢的屈强比大于低强度钢持久强度：持久强度是指材料在一定温度下承受恒定载荷时产生的应力，并在规定的持续时间内(如105小时)导致断裂。对于Tt，单位为MPa。1.1金属材料，蠕变强度：是指在给定温度和指定时间(如105小时)内，当试样的蠕变变形不超过指定值(如1%)时的最大应力，以兆帕表示。疲劳失效：零件或部件在工作过程中受到方向和大小反复

10、变化的交变应力的长期作用，当应力远小于材料的屈服强度时，突然发生脆性断裂。这种现象被称为疲劳失效。疲劳强度：是指材料经受n次应力循环而不断裂时的最大应力，表示为1(纯弯曲疲劳)和1(扭转疲劳)，单位为MPa。(3)硬度硬度硬度是一种材料抵抗其他物体刮伤或压入其表面的能力。用标准试验方法测得的表面硬度是衡量材料耐磨性的重要指标。(4)材料的韧性反映了材料对缺口或裂纹的敏感性，用于测量材料抵抗裂纹扩展的能力。1.1金属材料冲击韧性：是衡量材料韧性的指标之一。冲击试验中缺口冲击试样吸收的冲击能量值可作为冲击韧性值。断裂韧性：材料的冲击韧性可以指导材料的选择，但冲击能量不能直接用于设计计算，当塑性和冲

11、击韧性足够大时，许多压力容器也会因裂纹而发生脆性断裂事故。为了更科学地判断容器中是否存在较大的宏观缺陷，特别是裂纹缺陷是否会发生低应力脆性断裂，断裂力学中的断裂韧性指标近年来被应用于压力容器的脆性断裂预防设计或安全评估。这些断裂韧性值可用于测量材料的韧性，即存在裂纹时材料的抗断裂性。*非塑性转变温度(NDT):在不同温度下测量了一系列冲击韧性值，发现在一定温度范围内，材料的韧性值随着温度的降低而突然降低。因此，可以获得材料的非塑性转变温度，从而确定材料的最低使用温度。(5)温度对材料力学性能的影响一般来说，金属材料的力学性能会随着温度的升高而发生显著变化。*高温下材料的应力松弛*低温下材料的冷

12、脆性。4.材料的工艺性能。材料只有经过各种加工才能制成设备或机器的零件。材料在加工过程中的物理、化学和机械性能的综合性能构成了材料的工艺性能，也称为加工性能。在选择材料时，我们必须考虑材料的使用和加工性能。水利工程中容器和设备主要部件的制造主要包括焊接、锻造、切割、冲压、弯曲和热处理。1.1金属材料(1)焊接性是指在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数和结构类型下，焊接金属难以获得高质量的焊接接头。*工艺可焊性主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向。*使用可靠性包括焊接接头的机械性能和其他特殊性能(如耐热性和耐腐蚀性等)。)。(2)可锻性：金属在压力下工作的能力被称为金属的可锻性。(3)切削性：切削材

13、料的难度。(4)成型工艺性：成型是指金属在热或冷状态下，在外力作用下塑性变形为所需形状的过程。(5)热处理性能：热处理是将钢加热到一定温度，并在该温度下保持一定时间，然后以不同速度冷却以改善钢的某些性能的操作。1.1金属材料三。耐腐蚀金属材料和性能金属材料的化学性能主要指其耐腐蚀性。材料抵抗周围环境腐蚀破坏的能力1.碳钢和普通铸铁的耐腐蚀性(1)耐腐蚀性*在淡水、大气、土壤和海水等中性介质中无耐腐蚀性；*在各种干燥气体和有机溶剂中具有良好的耐腐蚀性；*在低浓度碱溶液、浓硫酸、浓氢氟酸等介质中，碳钢和普通铸铁可以形成稳定的膜，因此它们是耐腐蚀的。(2)影响耐蚀性的因素：介质成分；铁碳合金的成分和

14、微观结构：钢铁热处理条件的差异。1.金属材料。耐蚀合金铸铁在铸铁中加入一些合金元素可以大大提高其在某些介质中的耐蚀性。如果加入硅、铬、铝等元素，可以在铸铁表面形成连续、致密、牢固的表面膜；添加镍可获得在碱性介质中具有优异耐蚀性的奥氏体铸铁；添加稀土元素和镁可以使石墨球化，从而大大提高高硅铸铁的力学性能和工艺性能。3.耐腐蚀低合金钢耐腐蚀低合金钢通常是指添加到碳钢中的合金元素总量小于约3%的合金。不同种类和含量的合金元素起着不同的作用。根据在不同介质中的耐蚀性，耐蚀低合金钢可分为以下几种类型：(1)耐大气腐蚀钢(2)耐海水腐蚀钢(3)耐硫化氢腐蚀钢(1)金属材料，(4)不锈钢不锈钢是一种高铬镍含

15、量的合金钢。一般来说，耐大气腐蚀的合金钢称为不锈钢，耐酸和其他强腐蚀介质腐蚀的合金钢称为耐酸钢。通常，上述不锈钢和耐酸钢统称为不锈钢耐酸钢或简称不锈钢。(1)马氏体不锈钢：在钢中加入一定量的铬。主要用于氧化介质，如大气和水蒸气，在淡水、海水、温度不超过30的盐水溶液、硝酸、食品介质和低浓度有机酸中具有良好的耐腐蚀性。(2)铁素体不锈钢：单相结构。主要用于制造耐高温氧化和耐硝酸腐蚀的设备。(3)奥氏体不锈钢：碳化物溶解在奥氏体中。可用于制造腐蚀性介质中使用的设备。1.金属材料。有色金属及其合金在工业中，钢被称为黑色金属，钢以外的金属被称为有色金属。有色金属及其合金通常用于制造水处理、化学容器和相

16、关设备部件，因为它们具有良好的耐腐蚀性和低温性能。(1)铜及其合金铜及其合金在许多介质中具有高导电性、导热性、塑性、冷韧性和高耐腐蚀性。纯铜：也叫紫铜。铜在一般大气、工业大气和海洋大气中相对稳定。它在碱和弱酸及中等非氧化性酸中也相当稳定。如果溶液中有氧气或氧化剂，腐蚀会更严重。铜不耐硫化物(如H2S)腐蚀。铜具有高导电性、导热性、可塑性和良好的加工性能。此外，铜具有良好的冷韧性。然而，铜很少用作结构材料，因为它的强度低，铸造性能差，在某些介质中耐腐蚀性低。1.1金属材料铜合金黄铜和青铜是常用的铜合金。黄铜：铜和锌的合金被称为黄铜。为了提高它的性能，经常添加锡、铝、硅、镍、锰、铅和铁等元素。以这种方式形成的合金被称为特种黄铜。特点：力学性能与锌含量密切相关；良好的铸造性能；好耐腐蚀性；含锌超过20%的黄铜在潮湿的大气、海水、高温高压水、蒸汽和所有冷加工后含有氨的环境中会导致应力腐蚀开裂。黄铜退火后在中性溶液、海水和酸洗液中容易发生脱锌腐蚀，因此在黄铜中加入0.02%的砷可以防止脱锌腐蚀。青铜：铜合金中的所有主要元素是锡、铝、硅铝青铜的力学性能也高于黄铜和锡青铜，在大气、海水、碳酸和大多数有机酸中的耐蚀性也高于黄铜和锡青铜。硅青铜比锡青铜具有更高的机械性能和更低的价格