1、2023-1-15化工设备机械基础化工设备机械基础Fundamental Chemical Process Fundamental Chemical Process EquipmentEquipment主讲：谭志伟2008年 春2023-1-15化工生产和化工机械 化工生产是以流体（气体、液体、粉体）为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关，化工机械是化工生产得以进行的外部条件，所以先进的化工机械，一方面为化学工艺服务，另一方面又促进化学工艺过程的发展。化工机械通常分为：化工设备和化工机器2023-
2、1-15化工设备：2023-1-152023-1-152023-1-15化工生产自身的特点：1、生产的连续性强2、生产的条件苛刻 介质的腐蚀性强；温度和压力变化大 介质大多易燃易爆有毒性 生产原理的多样性 生产技术含量高2023-1-15本课程主要内容：1、化工设备材料及其选择2、化工容器的设计 1）内压薄壁圆筒与封头的应力分析及强度设计；2）外压圆筒与封头的强度设计；3）容器的零部件（法兰 支座 开孔补强 附件：接口管 凸缘 人、手孔 视镜）。3、典型化工设备的机械设计 1）换热器；2）塔设备；3）搅拌器。2023-1-15本章重点：本章重点：材料的力学性能及化工设备材料 的选择本章难点：本
3、章难点：材料的性能计划学时：计划学时：8学时第第1 1章章 化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择2023-1-151.1 1.1 概概 述述1.1.1 化工设备选材的重要性和复杂性1、操作条件的限制 压力：从高真空到几千大气压,故有强度要求 温度：-2502000，材料受冷、热 介质：酸碱（腐蚀）、易燃、易爆、毒性以及核反应堆中子照射（变脆)2、制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。3、材料自身性能的限制2023-1-151.1 1.1 概概 述述1.1.2 选用材料的一般要求选用材料的一般要求 （1）材料品
4、种应符合我国资源和供应情况；（2）材质可靠，能保证使用寿命；（3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀；（4）便于制造加工，焊接性能良好；（5）成本低，经济上合算。选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.1、力学性能 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力，叫做材料的力学性能。主要特征指标包括强度、塑性、韧性和硬度，这是设计时选用材料的重要依据。1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能
5、 金属材料的变形和破坏过程：（1）弹性变形阶段 （2）弹塑性变形阶段 （3）断裂 断裂的两种形式：脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶 段的。（更危险）韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生 断裂的。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能（1）屈服点（s）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，习惯上称为“屈服”。发生屈服现象时的应力即开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”，用s(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。0ssPF载荷不再增加，甚至有所降低时，试件还在继续伸长的最小载荷，N试件的原始横截面积，m22023-
6、1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能 无明显屈服点的材料，工程中规定发生0.2残余伸长时的应力，作为“条件屈服点”。（2）抗拉强度（b）金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。0.20.20PF0bbPF2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能 由于外力形式的不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标。屈强比（s/b）：屈强比越小，材料的塑性储备越大，越不容易发生危险的脆性破坏；屈强比越大，材料的强度水平发挥好，但塑性储备越小。(3)蠕变极限（n）2023-1-151.2 1.2 材料的性能
7、材料的性能 高温（比如：碳素钢420，合金钢450）一定应力联合作用下金属将逐渐产生塑性变形2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象，或者金属在高温和应力作用下逐渐产生塑性变形的现象。蠕变极限：材料在高温条件下抵抗发生缓慢塑性变形的能力。表现为两种：a 在工作温度下引起规定变形速度的应 力值；b 在一定工作温度下，在规定的使用时间 内，使试件发生一定量的总变形的应力 值。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能（4）持久强度（D或105）（5）疲劳 强度（1）2、塑性 塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的
8、能力。塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标是延伸率（）和断面收缩率（）。（1）延伸率（）000100%100%kklllll2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能 手册中常见的是10和5。越大，材料的塑性越好。（2）断面收缩率（）00100%KFFF断面收缩率与尺寸无关。延伸率和断面收缩率越大，表示金属材料的塑性越好。（3）冷弯角 对焊接工艺试板和产品，必须做冷弯实验。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能3、硬度 衡量材料软硬的一个指标，一般用：布氏硬度（HBS、HBW），较软；洛氏硬度-HRC，较硬；维氏硬度-HV，另有显
9、微硬度。4、冲击韧性 韧性是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。我们常用冲击韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力，用缺口敏感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能（1）冲击韧性 材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功AK或冲击韧度K表示。冲击功 AK=GH1-GH2，冲击韧度 K=AK/F（F为面积）2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能断裂机理：冲击试样在受到摆锤突然打击发生断裂时，它的断裂过程是一个裂纹发生和扩展的过程。在裂纹向前发展的道路中，如果塑性变形能
10、发生在它的前面，就可以制止裂纹的长驱直入。它要继续发展，就需另找途径，这样就能消耗更多的能量。因此，冲击吸收功的高低，决定于材料有无迅速塑性变形的能力。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能（2）缺口敏感性 在带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗裂纹扩张的能力，是在静载荷下抵抗裂纹扩张的能力，这一点与冲击韧性不同。两者都属于材料的韧性范畴。（也是通过试验方法获得，一般在油压机上进行弯曲试验，测定材料的缺口敏感性。）2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能韧性与塑性：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，一般都有较高的塑性指
11、标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载荷下能够缓慢塑性变形的材料在动载荷下不一定能迅速塑性变形。在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。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.2 物理性能 主要有相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。1、弹性模数E =E,这个比例系数E称为弹性模数，弹性模数是金属材料对弹性变形抗力的指标，是衡量材料产生弹性变形难易程度的，材料的弹性模数越大使它产生一定量的弹性变形的应力也越大。对同一种材料，弹性模数随温度的升高而降
12、低。2、泊桑比 泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能1ddddd 1lllll 对于各种钢材它近乎为一个常数，即 0.3。3、线膨胀系数l1/()1/llmmmmlt，简作式中，l试件原始长度，mm；l试件伸长量，mm；t温度差，。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.3 化学性能 （主要指耐腐蚀性和抗氧化性）1、耐腐蚀性：金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力。2、抗氧化性：在高温工作条件下，设备不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气体介质（如水蒸气，CO2、SO2等）的氧化
13、腐蚀作用。2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能2023-1-151.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.4 加工工艺性能 金属和合金的加工工艺性能是指铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性、热处理性能等。对于设计压力容器最重要的两个性能是：1、良好的冷热加工性能 例A：用钢板卷制筒体，如果不好会发生裂纹，存在事故的隐患。例B：冲压封头，微裂纹或宏观裂纹，都会使以后的生产造成事故。2、良好的焊接性能 例：容器焊缝裂纹扩展，易造成事故。2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号铸造生铁金 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
14、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1.3.1 分类1、金属的分类2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号2、钢的分类2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号1.3.2 钢铁牌号及表示方法 1、牌号表示原则（GB/T 221-2000）牌号中化学元素用化学符号或汉字表示；（如：1铬13或1Cr13）产品用途、治炼和浇注方法采用汉字或拼 音字母并用的原则。（如：Q235F F-沸腾钢）（表14）2、钢号表示法
15、目前制造压力容器所用钢材，一般有三大类别：碳钢、合金钢、和特殊性能钢，其中碳钢又分为普通碳素钢与优质碳素结构钢。2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号普通碳素结构钢 GB700-88规定，其牌号由代表钢材屈服点的字母Q、屈服点的数值、材料质量等级符号和脱氧方法符号四部分组成。如Q235AF。其钢号和化学成分、力学性能见表16、17。优质碳素结构钢钢号表示方法如表15，其钢号和化学成分见附录2，P297。2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号低合金钢及合金结构钢 钢号的表示方法有两个标准：GB159188，见表15 GB/T
16、159194，见表19 两个标准的对照见表110 合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素，比如Si，Mn，Cu，Ti，V，Nb，P等，从而提高钢的强度、耐腐蚀性、低温性能，如大型化工容器常用16MnR，15MnVR，15MnTi 来代替碳素钢制造容器，可以在保证强度的情况下，使容器壁厚减少，从而节省钢材30%45%左右。2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号特殊性能钢 钢号表示法见表15。特殊性能钢主要指不锈耐酸钢；不锈：指耐大气腐蚀；耐酸：抗酸和其它强腐蚀介质。不锈耐酸钢根据合金元素的不同，分为三个大类。第一类 铬不锈钢（常用的：1Cr13，2Cr13）
17、第二类 铬镍不锈钢（典型的：188）第三类 节镍不锈钢 2023-1-151.1.3 3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号3、铸铁、铸钢牌号表示法 铸铁GB561285 铸钢GB/T 56131995 表示方法见表111。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁 钢和铸铁统称为铁碳合金 钢 含碳量为0.022.0 铸铁含碳量大于2.0 纯铁含碳量小于0.021.4.1 铁碳合金的组织与结构1、金属的组织与结构 晶体：原子按一定规律排列很整齐非晶体：原子排列杂乱无章 铁碳合金内部的区别，用金相显微镜来观察：组织金属的晶粒 结构金属原子的排列 金属内部的组织和结构不同，金属材
18、料的性能也不同。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁铁原子在空间排列的方式：面心立方晶格八个原子构成立方体，在立方体的每一面的中心还有一个原子，塑性好。体心立方晶格在立方体的体积中心还有一个原子，强度高。密排六方晶格由12个原子构成简单六方体，且在上下两个六方面的中心各有一个原子，在上、下两个六方面的中间还有三个原子。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2、纯铁的同素异构转变 工业纯铁含0.100.20的杂质，凝固点1538 同素异构转变：在固态下晶体结构随温度发生变化的现象。910FeFe 面心立方晶格9101390塑性好体心立方晶格910以下强度好202
19、3-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁3、铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织 在铁中加入少了量碳，组成铁碳合金，可获得适于工业上应用的各种优良性能。碳在铁中以固溶体、化合物和混合物的形式存在，可以形成以下几种基本组织：1）铁素体F 2）奥氏体A 3）渗碳体C 4）珠光体P 5）莱氏体L 6）马氏体M2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁1.4.2 铁碳合金状态图 描述铁碳合金内部组织、成分与温度关系的图。纵坐标表示温度，横坐标表示含碳量的质量百分数。图1-12 1、碳钢在常温下的组织 C2.1%钢-亚共析钢C C 0.77%。C2.1%铸铁-亚共晶白口铁4.3%C2.1
20、%共晶白口铁 C=4.3%过共晶白口铁6.69%C4.3%2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2、临界点及其意义1）主要点点温 度含碳量（%）意 义A15380纯铁熔点C11484.3共晶点，共晶反应D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在Fe中的最大溶解度点G9120纯铁的同素异构转变点S7270.77共析点，共析反应P7270.0218碳在Fe中的最大溶解度点2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2、主要线ACD-液相线AECF-固相线GS（A3）-F、A互相转变线ES（Acm）-碳在A中的
21、溶解度曲线ECF-共晶转变线，形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体L。发生于2.11%C6.69%的铁碳合金中。PSK（A1）-共析转变线，冷却时奥氏体转变为珠光体，C0.02%。初次渗碳体C-从液体中直接结晶出来的。二次渗碳体C-从A中沿晶界析出的渗碳体C。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁3、分析共析钢的组织变化-室温组织为珠光体，呈片状。分析共析钢0.77%的组织变化：在1600时是液态，冷却到1点时，开始从液体中结晶出奥氏体，从1冷却到2点，液体全部结晶为奥氏体，此时合金全部由单一的奥氏体晶粒组成，继续冷却至S点时，奥氏体发生共析转变，析出珠光体，转变结束后，
22、奥氏体全部转变为珠光体，温度继续下降，珠光体不再发生变化，所以共析钢在室温时的组织是珠光体，呈片状。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁通过分析可知，碳钢的组织主要取决于含碳量的多少。珠光体增加，强度、硬度增加，塑性、韧性降低；当网状渗碳体增加时，强度略有降低。见图1-13。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁1.4.3 碳钢1、碳钢中杂质对性能的影响 1）锰-强化F的作用，有益元素。2）硅-溶于F的硅，可提高强度、硬度，有益元素。3）硫-形成低熔点的化合物，具有热脆性。4）磷-塑性、韧性降低，产生冷脆性。5）氧-降低力学性能。6）氮-过量时产生“时效”现象
23、。硬度、强度提高，塑性降低。7）氢-白点裂纹源。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2、碳钢的分类和牌号 1）普通碳素钢 Q235-A 2）优质碳素钢 20、15 3）高级优质碳素钢 20A （后加A）2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁1.4.4 钢的热处理 钢的热处理：以消除钢材的某些缺陷或改善钢材的某些性能为目的，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以不同的速度冷却下来的一种操作。1、退火和正火 退火：将工件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢炉冷，以得到接近平衡状态组织。正火：将工件加热到临界点A3、Acm以上3050，保温一定时
24、间，然后出炉空冷。晶粒细化。目的：降低硬度，提高塑性、韧性，消除组织缺陷，改善力学性能。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁2、淬火和回火 淬火：将工件加热到临界点A3、A1以上3050，保温一定时间，然后快速冷却。目的：获得马氏体以提高工件的硬度和耐么性。淬火冷却介质：碳钢水和盐水，合金钢油 回火：将淬火后的工件加热到低于临界点A1以下某一温度，保温一定时间，然后空冷或油冷。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁 低温回火：150250，降低淬火应力，保持高硬度和耐磨性，主要用于量具、刃具。中温回火：350450，减少内应力，降低硬度，提高弹性，用于弹簧、发
25、条。高温回火：500650，获得较好的综合机械性能。用于各种重要的零件。淬火+高温回火=调质处理。3、化学热处理 将零件放在某中化学介质中，通过加热、保温、冷却等过程，使介质中的某些元素渗入零件表面，改变表面层的化学成分和组织结构，从而使零件表面2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁 具有某些性能。渗碳、碳氮共渗，渗铝，渗氮、渗铬、渗硅。1.4.5 铸铁 1、化学组成 碳：2.5%4.0%，硅：0.5%3%，锰：0.5%1.5%，磷：0.1%1.0%，硫：0.15%组织结构：钢的基体+石墨性 能：耐磨性、切削加工性好，抗拉强度低。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢
26、和铸铁2、分类 灰铸铁：片状石墨，HT抗拉强度抗弯强度 HT150330 球墨铸铁：球状石墨，QT强度极限延伸率 QT400-18 可锻铸铁：絮状石墨，KTH强度极限延伸率 KTH300-06 高硅耐腐蚀铸铁：加入大量的硅等元素，在铸铁表面形成一层氧化膜，达到耐腐蚀效果，但只能铸造。2023-1-151.1.4 4 碳钢和铸铁碳钢和铸铁3、用于压力容器的条件 灰铸铁：设计压力0.8MPa，温度0250，毒性程度为极度、高度、中度危害的介质不易采用，牌号必需符合国家标准。球墨铸铁、可锻铸铁：设计压力1.6MPa，温度-10350，毒性程度为极度、高度、中度危害的介质不易采用，牌号必需符合国家标准
27、。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢碳钢在使用上所受限制：1）强度低，从而使零件尺寸很大，同时屈服强度低，材料的潜力不能充分发挥；2）耐腐蚀性差；3）使用范围窄。1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意加入一些合金元素所得的钢。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1 1、加入的元素、加入的元素1）铬 主加元素，可提高金属的耐腐蚀性、抗氧化性、淬透性、强度、硬度，降低塑性和韧性。2）锰 可提高强度。3）镍 可改善钢的性能。4）硅 提高强度、耐热性、但降低了塑性和韧性。
28、5）铝 提高韧性，降低冷脆性，且价廉。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢6）钼 提高强度、硬度，可防止回火脆性。7）钒 提高强度、淬透性、塑性。8）钛 提高强度、韧性、耐热性。9）稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢3、加入的元素对钢性能的影响 1）降低钢材的临界淬火速度 2）提高铁素体的强度 3）减少马氏体的脆性 4）提高钢材的高温强度及抗氧化性 5）增强钢材的耐腐蚀性1.5.2 低合金钢 合金元素：5%，含碳量：0.2%，组 织：铁素体和
29、珠光体。有良好的焊接性能，较高的强度，耐腐蚀性和低温性能。广泛用于桥梁、车辆、锅炉、化工容器和输油管等。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.3 锅炉钢和容器钢 锅炉钢（g）、容器钢（R）：优质碳素钢、低碳镇静钢、板材、管材、中温、高压、冲击要求如下：1）较高的强度；2）良好的塑性、韧性和冷弯性能；3）较低的缺口敏感性；4）良好的焊接性、加工工艺性。推荐的材料：Q235-B Q235-C 20R 16MnR 15MnVR2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.4 不锈耐酸钢1、主要合金元素 铬
30、：耐腐蚀性。含量12%镍：可扩大不锈钢的耐腐蚀范围，特别是提高耐碱能力。锰：提高强度和硬度。钼：提高对氯离子的抗蚀能力、耐热强度。钛：防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀。2、分类 铬不锈钢：1Cr13.2Cr13 铬镍不锈钢：0Cr18Ni9（晶间腐蚀）2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.5 耐热钢1、耐热钢：在高温条件下仍能保持足够强度和抗氧化性而不起皮的钢。主要用于热工动力机械（汽轮机、锅炉）、化工机械、加热炉等高温条件工作的构件。2、分类 抗氧化钢：在高温下有一定强度，有较好的抗氧化性，用于长期燃烧环境。如加热炉底板、渗碳箱等。热强钢：高温
31、下有一定抗氧化性和较高强度以及良好组织稳定性。3、提高钢的热强性的方法：强化固溶体，稳定金相组织，提高钢的再结晶温度。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.6 低温用钢低温用钢的基本要求：良好的韧性、加工工艺性，可焊性。含c量低（0.08%0.18%），以形成单相铁素体。但在深冷时，只要单相奥氏体可满足该要求。我国研制的产品：15Mn26Al4；国外：高铬镍钢。1.5.7 钢材的品种和规格 1、钢板冷轧-尺寸精度高热轧-薄钢板t4mm，厚钢板t4mm。2023-1-151.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢2、无缝钢
32、管 有冷轧和热轧的，如10、15、16Mn。3、型材 圆钢、方钢、扁钢、等边角钢等。4、铸钢和锻钢 有ZG200400等，用于制造泵壳、阀门、泵叶轮及齿轮等。2023-1-151.1.6 6 有色金属材料有色金属材料1.6.1 铝及其合金1、铝的性能耐腐蚀性好；导热性能好；且铝不污染物品和不改变物品颜色。2、纯铝高纯铝L01、L02-制做浓硝酸设备。工业纯铝-L1L7序号越大，纯度越低。3、铝合金 铸造铝ZL-做泵、阀、离心机。防锈铝 LF、LF2（5A02）-分离塔等。2023-1-151.1.6 6 有色金属材料有色金属材料1.6.2 铜及其合金1、纯铜2、黄铜 3、青铜 1.6.3 铅及
33、其合金 铅在硫酸中耐腐蚀性高，但在醋酸、硝酸、碱溶液中不耐腐蚀，只能做设备的衬里。铅与锑的合金称为硬铅，强度和硬度比纯铅高，可做加料管、阀门等零件。2023-1-151.1.7 7 非金属材料非金属材料1.7.1 无机非金属材料 1.化工陶瓷 2.化工搪瓷 3.辉绿岩铸石 4.玻璃1.7.2 有机非金属材料1.工程塑料-以合成树脂为主，加入添加剂。（1）硬聚氯乙烯塑料（2）聚乙烯塑料（3）耐酸酚醛塑料（4）聚四氟乙烯塑料塑料王2023-1-151.1.7 7 非金属材料非金属材料（5）玻璃钢2.涂料-高分子胶体的混合物溶液。3.不透性石墨由各种树脂浸渍石墨消除孔隙而得。2023-1-151.1
34、.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐1.8.1 金属的腐蚀1、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。（比如铁生锈、铁在酸中溶解等。）2、分类：根据腐蚀过程中有无电流产生金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀（如氢腐蚀）（如晶间腐蚀、应力腐蚀）2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐1)化学腐蚀 金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用所引起的腐蚀，叫化学腐蚀。特点：产物在金属的表面；腐蚀过程中没有电流产生。有两种作用：钝化作用和活化作用。金属的高温氧化和脱碳当T300时，钢和铸铁的表面出现可见氧化皮；当T570时，氧化物的
35、主要成分时FeO，活化作用。2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐 措施：冶炼时在钢中加入适量的合金元素Cr、Si或Al。当T700时，伴随脱碳。主要是钢中的Fe3C与O2、CO2和H2O的反应，使钢中的含碳量降低。氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(200，5.0MPa)下对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“氢腐蚀”。腐蚀过程的两个阶段：氢脆阶段和氢侵蚀阶段。铁碳合金的氢腐蚀随温度和压力的升高而加剧。措施：降低钢中的含碳量；在钢中加入合金元素Cr、Ti、Mo、W和
36、V等。2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐2）电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属与电解质溶液接触产生电化学作用引起的破坏。其过程为原电池的工业过程。晶间腐蚀 发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。典型实例：奥氏体不锈钢的 晶间腐蚀 措 施：在钢中加入Ti和Nb元素；采用低碳、超低碳的奥氏体不锈钢。2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐应力腐蚀：金属在腐蚀介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。腐蚀与拉应力起互相促进的作用。三个阶段：孕育阶段、裂纹扩展和最终破坏。2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐
37、蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐1.8.2 金属腐蚀破坏的形式 根据腐蚀的破坏形式，分为均匀腐蚀和非均匀腐蚀，后者又称局部腐蚀。1、金属腐蚀的评定方法1）根据质量腐蚀评定金属的腐蚀 201/()mmKgm hFt2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐2）根据腐蚀深度评定金属的腐蚀24 3658.76(/)1000aKKKmm a2023-1-151.1.8 8 化工设备的腐蚀及防腐化工设备的腐蚀及防腐1.8.3 金属设备的防腐措施1、衬覆保护层（1）金属保护层（2)非金属保护层2、电化学保护（1）阴极保护（2）阳极保护3、缓蚀剂（1）无机缓蚀剂：重铬酸盐等；（2
38、）有机缓蚀剂：生物碱等。2023-1-151.1.9 9 化工设备材料的选择化工设备材料的选择1.9.1 选材一般原则 1、遵循标准：GB150-1998钢制压力容器 压力容器安全技术监察规程 HGJ15-89 钢制化工容器材料选用规定 2、当压力容器使用普通低碳钢制造时，常用Q235B、Q235C2023-1-151.1.9 9 化工设备材料的选择化工设备材料的选择 3、考虑经济性 4、其它指导准则 1）碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不大的中压容器；2）低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中、高压容器；3）不锈钢用于介质腐蚀性较强的场合；4）耐热钢用于高温场合 5）奥氏体不锈钢不能用于易发生晶间腐蚀的场5、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符合国家标准或行业标准。2023-1-151.1.9 9 化工设备材料的选择化工设备材料的选择6、钢材使用温度1.9.2 选材实例分析实例1 选择液氨贮材料（使用地：沈阳）实例2 选择浓硫酸贮罐材料实例3 选择PVC聚合釜材料2023-1-15
