化工设备使用与维护-第一章.ppt

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1、化工设备使用与维护-第一章第一页，共99页。 本课程是化工类专业的一门专业核心课程，课程的主要内容包括化工设备基础知识，化工生产中常用的换热设备、塔设备、反应设备、管道和阀门、泵、压缩机、离心机等设备的使用与维护，典型化工设备的运行管理。第二页，共99页。1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；2能够根据各类化工设备的结构特点，根据工艺特点正确对化工设备进行选型；3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；4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；5能根据设备维护知识，进行常见化工设备的日常维护与

2、检修。第三页，共99页。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第四页，共99页。（1 1）教材）教材马秉骞主编，马秉骞主编， 化工设备使用与维护，高等教育出版社化工设备使用与维护，高等教育出版社（2 2）参考书）参考书陈炳和主编，化学反应过程与设备，化学工业出版社陈炳和主编，化学反应过程与设备，化学工业出版社王绍良主编，化工设备基础，化学工业出版社王绍良主编，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，化学工业出版社郑端阳主编，化工机械检修实训指导，化学工业出版社第五页，共99页。 总成绩总成绩 = 理论理论 (85) + 实践实践 (15)，

3、其中理论其中理论成绩中平时成绩占成绩中平时成绩占15%，期末成绩占期末成绩占85% 平时成绩平时成绩：出勤率、课堂笔记、上课回答问题和出勤率、课堂笔记、上课回答问题和作业完成情况等。作业完成情况等。第六页，共99页。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类1化工设备常用材料化工设备常用材料2化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护3第七页，共99页。一、化工设备在化工生产中的应用一、化工设备在化工生产中的应用化工过程：对原料进行化学和物理加工，以获得有利产品的过程。设备：完成某种单元过程的装置。第八页，共99页。第九页，共99页。甲醚甲醚空空 气气 压压 缩缩 机机反反 应应 器器吸吸 收收

4、塔塔离子交换塔离子交换塔甲醛成品甲醛成品 反应反应 传热传热 压缩压缩 分离分离 离子交换离子交换 压压 缩缩 机机冷冷 却却 塔塔化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类第十页，共99页。二氧化碳二氧化碳水水 蒸蒸 汽汽天然气天然气 压压 缩缩 机机转转 化化 炉炉冷却塔冷却塔合成反应器合成反应器分分 馏馏 塔塔冷冷 凝凝 塔塔甲甲 醇醇 反反 应应 传传 热热 压压 缩缩 反反 应应 分分 离离 传传 热热化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类第十一页，共99页。二、化工设备的类型流体输送设备（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

5、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）第十二页，共99页。第十三页，共99页。离心泵离心泵第十四页，共99页。 管式加热炉管式加热炉第十五页，共99页。换热器换热器第十六页，共99页。精馏塔精馏塔第十七页，共99页。反应釜反应釜第十八页，共99页。储存容器储存容器 立式储罐立式储罐 卧式储罐卧式储罐第十九页，共99页。方形容器方形容器 球形容器球形容器 第二十页，共99页。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类三、化工生产对化工设备的要求三、化工生产对化工设备的要求化工设备的化工设备的使用环境使用环境压力压

6、力 真空真空低压低压中压中压 高压高压超高压超高压温度温度 低温低温中温中温高温高温介质介质 有毒、有毒、易燃易燃、剧毒、剧毒第二十一页，共99页。事故造成的污染使哈尔滨市停水三天事故造成的污染使哈尔滨市停水三天。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。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类第二十二页，共99页。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类第二十三页，共99页。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类第二十四页，共99页。化工设备的应用与分

7、类化工设备的应用与分类第二十五页，共99页。化工设备的应用与分类化工设备的应用与分类1 1、工艺性能要求、工艺性能要求（1）达到工艺指标（2）生产效率高、消耗低2 2、安全性能要求、安全性能要求（1）足够的强度（2）足够的刚度（3）良好的韧性（4）可靠的密封性（5）良好的抗腐蚀性 3 3、使用和经济性能要求、使用和经济性能要求（1）操作、控制、维护简便（2）结构合理，制造简单（3）环境保护要求第二十六页，共99页。一、材料性能一、材料性能 在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。能力。 如：如：弹性弹性、塑性塑性、强度强度、硬度硬度和和韧性

8、韧性等指标等指标。化工设备常用材料化工设备常用材料1 1、力学力学性能性能第二十七页，共99页。常温拉应力下20号钢的拉抻试验 l0=10d0l0= 5d0或或1.材料的弹性和刚度化工设备常用材料化工设备常用材料第二十八页，共99页。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：化工设备常用材料化工设备常用材料第二十九页，共99页。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

9、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：化工设备常用材料化工设备常用材料第三十页，共99页。金属材料承受载荷作用，金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象就称塑性变形，这种现象就称为屈服。为屈服。 2、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度

10、b疲劳极限疲劳极限n化工设备常用材料化工设备常用材料第三十一页，共99页。从开始加载到发生断裂所能达到从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度的最大应力值，叫做抗拉强度 开始出现塑性变形时的应力，开始出现塑性变形时的应力，称为称为“屈服点屈服点”s ss s sb第三十二页，共99页。金属在拉伸条件下金属在拉伸条件下，从开始加载到发，从开始加载到发生断裂所能承受的生断裂所能承受的最大应力值，叫作最大应力值，叫作抗拉强度。抗拉强度。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n2、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和强

11、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。断裂的特性。 化工设备常用材料化工设备常用材料第三十三页，共99页。材料在高温下，在一材料在高温下，在一定的应力下，抵抗发定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能生缓慢塑性变形的能力。力。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n2、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。裂的特性。 化工设备常用材料化工设备常用材料第三十四页，共99页。 材料在高温下，抵抗材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。发生断裂的能力。 持久强度持久强度D

12、蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n2、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。裂的特性。 化工设备常用材料化工设备常用材料第三十五页，共99页。材料在材料在交变载荷交变载荷作用下，会在作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这种现象就是疲已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把经过劳。我们把经过106108次次循环循环试验而不发生断裂的最大应力试验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。，作为疲劳强度。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s

13、(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n2、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。断裂的特性。 化工设备常用材料化工设备常用材料第三十六页，共99页。3 3、塑性塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：主要有两个塑性指标：%100%100000lllllKK%100%100000FFFFFKK延伸率延伸率断面收缩率断面收缩率化工设备常用材料化工设备常用材料第三十七页，共99页。4、韧性：、韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能表示材料弹塑性变形为断

14、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。力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。承受承受静静载荷抗裂纹扩展的能力载荷抗裂纹扩展的能力 缺口敏感性缺口敏感性承受承受动动载荷时抗裂纹的能力载荷时抗裂纹的能力 冲击韧性冲击韧性化工设备常用材料化工设备常用材料第三十八页，共99页。FAkk/ （1 1）冲击韧度）冲击韧度 冲击功冲击功冲击韧度冲击韧度21GHGHAk 化工设备常用材料化工设备常用材料第三十九页，共99页。 注意！注意！韧性是材料在外加动载荷突然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，一般都有较高的塑力。韧性

15、高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定性指标；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。动载荷下不一定能迅速塑性变形。 化工设备常用材料化工设备常用材料第四十页，共99页。（2）缺口敏感性）缺口敏感性指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件下，指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件下，抵抗裂纹扩展的能力。抵抗裂纹扩展的能力。图图 冲击试验的标准试样冲击试验的标准试样10281055R1(a) U

16、型缺口型缺口104581055R0.25(a) V型缺口型缺口化工设备常用材料化工设备常用材料第四十一页，共99页。 5、硬度：、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。变形或破断的能力。布氏硬度布氏硬度HB（一般在（一般在HB450以上就不能使用以上就不能使用) ) 、 洛氏硬度洛氏硬度HR ( (可以用于硬度很高的材料可以用于硬度很高的材料) ) 、 维氏硬度维氏硬度HV ( ( 比洛氏硬度更适合于测定极薄试比洛氏硬度更适合

17、于测定极薄试样的硬度样的硬度) ) ，显微硬度。，显微硬度。化工设备常用材料化工设备常用材料第四十二页，共99页。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。性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。ssTTss 6、温度温度化工设备常用材料化工设备常用材料第四十三页，共99页。 金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质量的前提下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。加工过程的难易程度。 工艺性能主要有：工艺性能主要有： 可焊可焊性能、锻造性能、

18、性能、锻造性能、可断可断性性能、切削加工性能、热处理性能等。这些性能直接影响能、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。须考虑的因素。2 2、工艺性能、工艺性能化工设备常用材料化工设备常用材料第四十四页，共99页。可焊性能可焊性能母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性等；缩率、热塑性等；铸造性能铸造性能流动性、凝固收缩率等；流动性、凝固收缩率等；可锻性能可锻性能抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；切削加工性能切削加工

19、性能热处理性能热处理性能化工设备常用材料化工设备常用材料第四十五页，共99页。化工设备常用材料化工设备常用材料第四十六页，共99页。第四十七页，共99页。第四十八页，共99页。第四十九页，共99页。第五十页，共99页。3 3、物理性能、物理性能（1 1）热膨胀性）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。为热膨胀性。（2 2）弹性模数与泊桑比）弹性模数与泊桑比 弹性模数是材料在弹性变形范围内，应力和应变成正比，弹性模数是材料在弹性变形范围内，应力和应变成正比，其比例系数称为弹性模数。用以衡量材料产生弹性变形难易程其

20、比例系数称为弹性模数。用以衡量材料产生弹性变形难易程度。度。 泊桑比是拉伸实验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长泊桑比是拉伸实验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于各种钢材它近乎为一个常数约为之比。对于各种钢材它近乎为一个常数约为0.30.3。化工设备常用材料化工设备常用材料第五十一页，共99页。4 4、化学性能、化学性能（1 1）耐腐蚀性）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。侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。（2 2）抗氧化性）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、二氧金属和合

21、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。化碳、二氧化硫等的腐蚀能力。化工设备常用材料化工设备常用材料第五十二页，共99页。化工设备常用材料化工设备常用材料二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料金属材料复合材料非金属材料应用材料应用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由两种或两种以上不同性质或不同组织的材料组合而成的材料除金属材料和复合材料以外的所有材料第五十三页，共99页。1、金属的分类铸造生铁铸造生铁金属金属黑色金属黑色金属有色金属有色金属生铁生铁钢钢炼钢生铁炼钢生铁合金生铁合金生铁铜及其合金铜及其合金轻金属及其合金轻金属及其合金其

22、它有色及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金铝及铝合金钛及钛合金钛及钛合金镁及镁合金镁及镁合金铅、锡及其合金铅、锡及其合金锌及其合金锌及其合金镍、钴及其合金镍、钴及其合金化工设备常用材料化工设备常用材料第五十四页，共99页。1.碳钢碳钢 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。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

23、的并含有少量的锰、硅、硫、磷等元素的合金称为碳钢或非合金钢。合金称为碳钢或非合金钢。碳的质量分数小于碳的质量分数小于0.25%大于大于0.25%小于小于0.60%碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.60%化工设备常用材料化工设备常用材料第五十五页，共99页。 来源来源矿石。矿石。 作用作用溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓、韧性下降，即所谓“冷脆性冷脆性”。 有害元素！有害元素！ 4) 氢氢(H) 来源来源钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不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，

24、在钢材内产生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”。 “白点白点”裂纹源裂纹源 有害元素！有害元素！化工设备常用材料化工设备常用材料第五十六页，共99页。碳钢中杂质对其性能的影响碳钢中杂质对其性能的影响1）锰）锰(Mn) 来源来源在冶炼过程中加入锰铁。在冶炼过程中加入锰铁。 作用作用钢材中锰含量高于钢材中锰含量高于0.8%时，即为合金元素存在提高时，即为合金元素存在提高强度，强度，有益元素有益元素。 2）硫）硫(S) 来源来源矿石和焦炭。矿石和焦炭。 存在形式：存在形式：FeS。 作用作用FeS 的熔点低于钢材热加工开始温度，的熔点低于钢材热加工开始温度， 它过早熔化，

25、导致工件开裂，称为它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性热脆性。 有害元素！有害元素！ 化工设备常用材料化工设备常用材料第五十七页，共99页。优质优质碳钢碳钢普通普通碳钢碳钢高级优高级优质碳钢质碳钢化工设备常用材料化工设备常用材料第五十八页，共99页。 （1）普通碳钢）普通碳钢含含P、S等等有害杂质较多有害杂质较多（S0.055% P0.045%)常用有：常用有：Q215-A, Q235-A, Q235-A.F #Q235-B, # Q235-C, Q275 式中式中 Q普通碳钢，普通碳钢，“屈服屈服”的拼音首位字母。的拼音首位字母。 235材料屈服点（材料屈服点（MPa) A,B,C,D钢材质

26、量等级，越后越高。钢材质量等级，越后越高。 F沸腾钢沸腾钢 #GB150-98规定使用材料规定使用材料化工设备常用材料化工设备常用材料第五十九页，共99页。 特点特点：含硫、磷等杂质较少含硫、磷等杂质较少，均，均0.04%，杂质少，组织均匀，杂质少，组织均匀，表面质量好。表面质量好。 常用的有：常用的有：0808，1010，1515，2020，20g,20g,20R20R，30Mn30Mn，40Mn40Mn等。等。式中数字式中数字-含含c c量的万分数量的万分数; ; g 锅炉钢；锅炉钢； R 容器钢；容器钢； Mn含锰元素约含锰元素约1%。 （3）高级优质钢高级优质钢 磷硫杂质极少磷硫杂质极

27、少 P，S含量含量0.03%。 表示法：如表示法：如20A GB150-98规定使用材料！第六十页，共99页。 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为力学性能，称为热处理热处理。化工设备常用材料化工设备常用材料第六十一页，共99页。热处理工艺实例热处理工艺实例： 缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软； 建筑用铁线用火烧软；建筑用铁线用火烧软； 泵轴调质泵轴调质内韧外硬；内韧外硬； 扁铲淬火扁铲淬火提高硬度和韧性提高硬度和韧

28、性 ； 容器焊后退火容器焊后退火消除内应力；消除内应力； 化工设备常用材料化工设备常用材料第六十二页，共99页。缓慢加热，保温一定时间后：缓慢加热，保温一定时间后： 随炉冷却随炉冷却(曲线曲线1) 退火退火； 空气中冷却空气中冷却(曲线曲线2) 正火正火； 作用作用：降低硬度，增加塑性，改善机械性能；降低硬度，增加塑性，改善机械性能；使组织均匀化，消除内应力。使组织均匀化，消除内应力。注注 加热温度为临界点加热温度为临界点(钢的内部组织发生转变的温度钢的内部组织发生转变的温度)以上以上3050。化工设备常用材料化工设备常用材料第六十三页，共99页。缓慢加热，保温一定时间在缓慢加热，保温一定时间

29、在淬火剂淬火剂中冷却中冷却( (曲线曲线3)3)； 淬火剂淬火剂: :水，盐水水，盐水用于碳钢；用于碳钢；油油用于合金钢。用于合金钢。 作用作用：提高硬度、强度和耐磨性。提高硬度、强度和耐磨性。 淬火淬火化工设备常用材料化工设备常用材料第六十四页，共99页。 淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。作用作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。消除内应力，稳定组织，满足技术要求。 低温回火低温回火 (150250)； 中温回火中温回火 (300450)； 高温回火高温回火 (500680)。 淬火淬火+ +高温回火称为高温回火称为调质处理调质处理。 效果效果

30、：强度、塑性、韧性均提高。强度、塑性、韧性均提高。回火回火化工设备常用材料化工设备常用材料第六十五页，共99页。(2) (2) 化学热处理化学热处理将零件放在化学介质中进行将零件放在化学介质中进行加热加热 保温保温 冷却冷却的过程，使零件表面改性。的过程，使零件表面改性。 渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。化工设备常用材料化工设备常用材料第六十六页，共99页。时效热处理时效热处理 材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其于室温条件下，其组织和性能随时间而变化组织和性能随时间而变化的过程。的过程。 时效可进一步消除内应力，稳定

31、零件时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。尺寸，它与回火作用相类似。化工设备常用材料化工设备常用材料第六十七页，共99页。 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。的韧性。化工设备常用材料化工设备常用材料第六十八页，共99页。化工设备常用材料化工设备常用材料2.合金钢合金钢 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

32、数小于等素有锰、钼、铌、钒、镍、铬、硼、钨、铝等。当合金元素总质量分数小于等于于5%5%时称为低合金钢。时称为低合金钢。1). 成分特点成分特点 由碳素钢由碳素钢+Si、Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素组成；等元素组成； 含碳量均较低，含碳量均较低，0.2%； 合金元素总含量合金元素总含量5%。2). 相对于碳素钢：相对于碳素钢： 强度提高；强度提高； 耐腐蚀性能提高；耐腐蚀性能提高； 低温性能提高。低温性能提高。第六十九页，共99页。1. 常用于制作：板，管，圆钢等型材。常用于制作：板，管，圆钢等型材。 2. 用途：用途： 广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿广泛用于造船，压力

33、容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。山机械，农业机械等。 3. 常用材料：常用材料： 16MnR，15MnVR，18MnMoNbR，16MnDR，15CrMoR，14Cr1MoR.化工设备常用材料化工设备常用材料第七十页，共99页。 合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响为改善钢材性能为改善钢材性能特意特意加入合金元素，以改变钢材性质。加入合金元素，以改变钢材性质。例如：例如：铬铬：耐腐蚀抗氧化；提高强度硬度和耐磨性；使钢材的韧耐腐蚀抗氧化；提高强度硬度和耐磨性；使钢材的韧性和塑性降低。性和塑性降低。锰锰：提高强度和低温冲击韧性。提高强度和低温冲击韧性。镍镍：提高淬透性，保持良好塑

34、性和韧性；提高耐腐蚀性和低温提高淬透性，保持良好塑性和韧性；提高耐腐蚀性和低温冲击韧性；提高热强性能冲击韧性；提高热强性能。硅硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐H2S腐蚀；降低塑性和腐蚀；降低塑性和冲击韧性。冲击韧性。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十一页，共99页。不锈不锈耐大气腐蚀；耐大气腐蚀；耐酸耐酸耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：常用品种：1) 铬不锈钢铬不锈钢如如1Cr13，2Cr13，0Cr13等。等。 第一个数字第一个数字含碳量的含碳量的千分数千分数； Cr13含铬含铬13%。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中

35、形成固溶体。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十二页，共99页。 “不锈不锈”的原因的原因 在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的密的氧化膜氧化膜，对钢材起保护作用。，对钢材起保护作用。 性能特点性能特点：碳的作用碳的作用与铬生成碳化铬与铬生成碳化铬(Cr23C6)，消耗大消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中碳含量越碳含量越低越好低越好。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十三页，共99页。铬的作用铬的作用 能提高耐腐蚀性能能提高耐腐蚀性能。实际铬不锈钢的平均含铬量。实际铬

36、不锈钢的平均含铬量13%13% 能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。塑性、韧性降低。用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等栓、浮阀等。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十四页，共99页。常用铬镍不锈钢型号：常用铬镍不锈钢型号：0Cr18Ni9, 0Cr18Ni10Ti 式中式中 0 含碳量的含碳量的千分数千分数； Cr18 含铬量含铬量18%左右；左右； Ni9 含镍量含镍量9%左右。左右。 通常以铬镍平均含量通常以铬镍平均含量“18-8”标志这种钢。标

37、志这种钢。组织特征组织特征：C、Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，是固溶于奥氏体晶格中，是单一的奥氏单一的奥氏体组织体组织。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十五页，共99页。 性能特点性能特点: 耐腐蚀性好耐腐蚀性好 Cr含量含量13%，表面形成，表面形成氧化膜氧化膜； 组织为组织为单一的奥氏体单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，避，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。免了电化学腐蚀。 力学性能优异力学性能优异 在在400850期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于附近贫铬（铬含量低于12%）导致）导致晶间腐蚀晶间腐蚀。 不能反

38、复施焊，否则必须进行热处理不能反复施焊，否则必须进行热处理。 不耐氯离子腐蚀不耐氯离子腐蚀化工设备常用材料化工设备常用材料第七十六页，共99页。 高温环境高温环境原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为作温度为650800。 碳钢使用温度一般在碳钢使用温度一般在400以下以下。如如20钢钢 500时屈服点只有时屈服点只有50MPa,变得很软，钢中的变得很软，钢中的Fe3C分分解出石墨碳（解出石墨碳（石墨化过程石墨化过程）；同时钢表面生成氧化皮，层层）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。剥落。 碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降碳钢在高温下强度和抗氧化

39、性均下降。化工设备常用材料化工设备常用材料第七十七页，共99页。高温设备对材料的要求高温设备对材料的要求 化学稳定性化学稳定性抵抗高温气体（抵抗高温气体（O2、H2S、SO2 等等)腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的氧化膜氧化膜。 抗氧化钢抗氧化钢抗高温氧化，强度不高。抗高温氧化，强度不高。Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。等。 热强性热强性抗抗高温蠕变高温蠕变能力。能力。 热强钢热强钢抗蠕变，有一定抗氧化能力。抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。等。化工设备常用材料化工设备常用材料

40、第七十八页，共99页。Cr提高提高抗氧化抗氧化性，强化并稳定金相组织。性，强化并稳定金相组织。Mo提高提高高温强度高温强度，强化并稳定金相组织，提高再结，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。晶温度。Ni形成形成奥氏体组织奥氏体组织，提高高温强度和耐腐蚀性。，提高高温强度和耐腐蚀性。Ti稳定金相组织，不锈钢中能稳定金相组织，不锈钢中能减少铬与碳的化合。减少铬与碳的化合。Al, Si提高提高高温抗氧化性高温抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。，本身生成致密的氧化膜。各元素的作用各元素的作用化工设备常用材料化工设备常用材料第七十九页，共99页。低温环境低温环境天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃天然气

41、液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。回收等。普通碳钢在低温下（普通碳钢在低温下（-20以下以下）变脆，冲击韧性显著下降。）变脆，冲击韧性显著下降。低温用钢的组织成分特点：低温用钢的组织成分特点：一般低温钢一般低温钢(-40-20 ) 含含碳量很低的铁素体碳量很低的铁素体组织，再加入适组织，再加入适量的量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素等元素, 16MnDR, 09MnNiDR。深冷用钢深冷用钢(-40以下以下) 含含碳量低的奥氏体碳量低的奥氏体组织组织, 15Mn26Al4。化工设备常用材料化工设备常用材料第八十页，共99页。3.铸铁铸铁 铸铁是碳的质量分数大于铸铁是碳的质量分

42、数大于2.11%2.11%的铁碳合金，工业上常的铁碳合金，工业上常用的铸铁的质量分数一般在用的铸铁的质量分数一般在2.5%-4.5%2.5%-4.5%之间，而锰、硅、硫及之间，而锰、硅、硫及磷的质量分数高于钢。根据碳在铸铁中的存在形式有白口铸铁磷的质量分数高于钢。根据碳在铸铁中的存在形式有白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁之分，其中灰口铸铁应用较多。、灰口铸铁和麻口铸铁之分，其中灰口铸铁应用较多。 铸铁具有良好的铸造性、减震性、耐磨性和切削加工铸铁具有良好的铸造性、减震性、耐磨性和切削加工性，而且生产工艺简单、成本低，在化工设备，特别是转性，而且生产工艺简单、成本低，在化工设备，特别是转动设备中有着

43、广泛的应用。灰铸铁的牌号是由动设备中有着广泛的应用。灰铸铁的牌号是由“HT+HT+数字数字”表示。球墨铸铁的牌号是由表示。球墨铸铁的牌号是由“QT+QT+两组数字两组数字”表示。表示。化工设备常用材料化工设备常用材料第八十一页，共99页。无机材料有机材料陶瓷：主要用做化工设备，如容器、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。玻璃：管道或管件、容器、反应器、泵、热交换器、隔膜阀塑料：聚氯乙烯（PVC）可制成贮槽、离心泵、阀门管件。聚四氟乙烯（F-4）可做密封件、耐蚀件如填料、垫片和泵、阀门的零件。聚四氟乙烯因其优良的抗腐蚀性能而被称为聚四氟乙烯因

44、其优良的抗腐蚀性能而被称为“塑料王塑料王”。橡胶：主要用衬里、密封件涂料：保护设备免遭大气及酸、碱等介质的腐蚀。无机非金属材料化工设备常用材料化工设备常用材料第八十二页，共99页。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型1.1.定义：定义：金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。2.2.类型类型2.1 2.1 按腐蚀的机理分类按腐蚀的机理分类1）化学腐蚀）化学腐蚀 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀2.2 2.2 按腐蚀破坏的特征分类按腐蚀破坏的特征分类1）均匀腐蚀均匀腐蚀 2）缝隙腐蚀缝隙腐蚀 3）

45、晶间腐蚀晶间腐蚀 4）应力腐蚀应力腐蚀第八十三页，共99页。化学腐蚀：化学腐蚀：金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀1.特点特点1) 腐蚀产物在金属表面2) 腐蚀过程中无电流产生2.腐蚀产物特性：腐蚀产物特性：1) 1) 致密而稳定，与金属结合牢固致密而稳定，与金属结合牢固钝化膜钝化膜钝化作用钝化作用2) 2) 不稳定，与金属结合不牢固不稳定，与金属结合不牢固脱落脱落活化作用活化作用化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十四页，共99页。金属在高温下的化学腐蚀金属在高温下的化学腐蚀解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝 不

46、起皮钢不起皮钢化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十五页，共99页。脱碳反应：脱碳反应： Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 力学性能下降。力学性能下降。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十六页，共99页。铁碳合金发生氢腐蚀的开始温度和压力：铁碳合金发生氢腐蚀的开始温度和压力：第一阶段：氢脆第一阶段：氢脆以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。中的溶解度成正比。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十七页，共99页。发生化学反应：发

47、生化学反应： Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害危害：1) 甲烷在晶界聚集，成为裂纹源；甲烷在晶界聚集，成为裂纹源； 2) 甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能；甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能； 3) 渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀蚀钢材组织成为网格。钢材组织成为网格。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十八页，共99页。三个环节：三个环节：化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第八十九页，共99页。1) 同一金属中有不同电位的组织成

48、分或存在不同电位的金同一金属中有不同电位的组织成分或存在不同电位的金属；属；2) 阳极和阴极互相连接；阳极和阴极互相连接；3) 阳极和阴极同处在连通的电解液中。阳极和阴极同处在连通的电解液中。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十页，共99页。均属于电化学腐蚀。均属于电化学腐蚀。1. 晶间腐蚀晶间腐蚀 腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧失结合力，使之强度和塑性完全丧失“内部瓦解内部瓦解”作用。作用。不锈钢有晶间腐蚀可能不锈钢有晶间腐蚀可能 在在450850 之间，生成之间，生成(CrFe)

49、23C6，沿晶界析出，晶，沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶粒成为阴极，形成微电池。粒成为阴极，形成微电池。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十一页，共99页。解决办法：解决办法：1) 钢中加入钢中加入Ti和和Nb元素；元素；2) 减少不锈钢中的碳含量。减少不锈钢中的碳含量。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十二页，共99页。 亦称亦称腐蚀开裂腐蚀开裂金属在金属在腐蚀性介质腐蚀性介质和和拉应力拉应力共同作用下共同作用下产生的破坏形式。产生的破坏形式。腐蚀断裂过程分三个阶段：腐蚀断裂过程分三个阶段：1

50、) 孕育阶段孕育阶段机械裂纹。机械裂纹。2) 裂纹扩展裂纹扩展裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。3) 破坏阶段。破坏阶段。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十三页，共99页。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十四页，共99页。危险性较小，壁危险性较小，壁厚有保证即可。厚有保证即可。危险性较大危险性较大隐蔽；隐蔽；穿孔泄漏；穿孔泄漏；局部应力过大局部应力过大。化工设备的腐蚀与防护化工设备的腐蚀与防护第九十五页，共99页。1. 衬覆保护层衬覆保护层1) 金属保护层金属保护层电镀，喷镀，衬里等。电镀，喷镀，衬里等。2) 非金属保护层非金属保