化工設備基礎5材料.ppt

第五章 化工設備常用材料,材 料,金屬,非金屬,復合,黑色金屬,碳鋼,合金鋼,有色金屬,Cu(合金)、Al、Ti、 Mg、Pb、Zn、Ni、Co,無機,有機,陶瓷、搪瓷、玻璃,塑料、橡膠,一、力學性能,1、強度 固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的特性。 例如： 容器爆裂； 管道破裂; 地腳螺栓拉斷; 爐管爆裂； 強度不夠！,金屬材料的重要強度指標,金屬材料的“拉伸圖”,（1）屈服極限,屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。 屈服點： （s 或0.2 ）,（2）抗拉強度(sb),定義：金屬材料在受力過程中，發(fā)生斷裂所達到的最大應力值。 是壓力容器設計常用的性能指標。 屈強比：s/ sb 屈強比小，表明材料具有較大的塑性儲備。,（3）蠕變強度（sn）,“蠕變”現(xiàn)象： 高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃危?高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏； 鉛絲在常溫下受重力作用而變長變細。 “蠕變強度”： 材料在高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的 能力，以sn 表示，單位MPa 。,（4）持久強度（sD）,在一定溫度下，經(jīng)過一定時間斷裂時的應力。 材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時間越久。 規(guī)定：化工設備設計壽命一般為十萬小時，所以用試件在十萬小時斷裂時的應力作為持久強度。,（5）疲勞強度(-1 ),構件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應力遠小于屈服點就斷裂 疲勞。 “疲勞極限”構件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應力。 例如： 頻繁開、停車容器內(nèi)壓力或溫度波動； 活塞式壓縮機壓縮氣體容器及管道內(nèi)壓力波動； 離心泵頻繁開停機或震動泵軸受力成交變式。,2、塑性,外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質。 因塑性不足引起材料破壞的例子： 鍛件裂紋; 卷板裂紋; 焊縫熱影響區(qū)裂紋,（1）延伸率（）,（2）斷面收縮率（y）,（3）冷彎性能,室溫下對試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.53板厚）進行彎曲，=1200或1800 ，是否出現(xiàn)裂紋或起層。 -是鋼材塑性指標和冶金質量的綜合指標。,塑性指標的實際意義：,便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等； 使構件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂。 壓力容器及其零件都需要具備這個性質。,3、硬度的概念,金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 硬度高，材料強度也高，耐磨性較好； 布氏硬度（HBS) 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC) 維氏硬度（HV),4、沖擊韌性,材料在外加動載荷作用下的一種吸收機械能，迅速發(fā) 生塑性變形，抵抗斷裂的能力。,擺錘沖斷試樣所失去的位能為沖擊功 取決于材料能否迅速發(fā)生塑性變形的能力。,沖擊韌性與塑性的區(qū)別,材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。 靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動載荷下不一定能迅速塑性變形。 本質區(qū)別在于材料在動載荷作用下是否能夠迅速發(fā)生塑性變形，吸收沖擊能量。,二、物理性能,密度，熔點，線膨脹系數(shù)，導熱系數(shù)，比熱容，電阻率，彈性模 量，泊松比。 1、線膨脹系數(shù) 異種鋼焊接收縮率不同，引起變形或損壞； 復合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)熱變性不同,容器殼體將會？ 固定管板式換熱器的管子與殼體線膨脹量相差過大，將會？ 碳鋼表面電鍍一層銅升溫后會？,三、化學性能,金屬材料是否會與介質發(fā)生化學或電化學反 應，產(chǎn)生腐蝕。 1、耐腐蝕性對介質侵蝕的抵抗能力； 2、抗氧化性在熱加工的高溫條件下抵抗氧化性介質氧化的能力。氧化性介質如水蒸氣、CO2 、SO2等。,四、加工工藝性能,可焊性能母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動性、凝固收縮率、熱塑性等； 鑄造性能流動性、凝固收縮率等； 可鍛性能抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等； 切削加工性能 熱處理性能,5.3 金屬材料的分類及牌號,1.黑色金屬 1）生鐵 2）鋼,按化學成分：,按質量分：,按冶煉方法分：,按用途分：,2.有色金屬,5.3.2 鋼鐵牌號及表示方法,1、牌號的表示原則 依據(jù)國家標準GB221-2000,牌號中 化學元素化學符號或漢字表示； 產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法漢字或漢語拼音字母表示。例如： 沸騰鋼F或沸 灰口鑄鐵HT或灰鐵 鑄鋼ZG 鍋爐鋼g或鍋 容器鋼R或容,2、鋼號表示法,例：優(yōu)質碳素鋼 08F 20 R,沸騰鋼,含碳量為0.08%；,容器鋼,含碳量為0.2%,普通碳素鋼,Q235-A,F,沸騰鋼,類別為A,鋼材屈服點(MPa),屈服點屈字的拼音首位字母,低合金鋼 16MnR 16含碳量0.16%； Mn合金元素； R 容器鋼。 特殊性能鋼 1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分數(shù)）； Cr,Ni主要合金元素； 18含鉻量18%； 9 含鎳量9%。,5.3.3 鐵碳合金的組織結構,1金屬的組織與結構 在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。 金相組織結構直接影響金屬材料的性質。 如，鑄鐵中的石墨形式不同，其性質也不同。,細片狀石墨：次之,粗片狀石墨：差,球狀石墨：強度最好,純鐵在不同溫度下的晶體結構：,2純鐵的同素異構轉變：,-Fe -Fe,910,（面心立方晶格）,（體心立方晶格）,固態(tài)下鐵原子重新排列,3鐵與碳的相互關系和碳鋼的基本組織,鐵碳關系：固溶態(tài)，化合態(tài)，混合態(tài) 固溶：元素于固態(tài)下相互溶解，保持溶劑晶格原來形式。 （1）鐵素體（F） 體心立方晶格（-Fe ）+C,鐵素體 （固溶體）,塑性好，強度低。,（2）奧氏體（A） 面心立方晶格（-Fe ） +C,奧氏體 （固溶體）,韌性好，強度高。,鐵碳關系之二：化合態(tài) C+Fe Fe3C Fe3C 稱為滲碳體。 性能特點: .硬，脆； .在一定條件下可以分解,（3）滲碳體（C）,游離石墨+鐵。,滲碳體的作用：少量滲碳體散布在鐵素鐵中（總含c量2%）成為碳素鋼。提高了強度和硬度，可軋制成鋼材。,鐵碳合金中含碳量2%時，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。 組織結構特點 性能特點：石墨性軟、強度極低，相當于鑄鐵中存在許多孔洞。,鐵碳關系之三游離態(tài),5.3.4 鋼材的熱處理,熱處理工藝實例： 縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來后變軟； 建筑用鐵線用火燒軟； 泵軸調質內(nèi)韌外硬； 扁鏟淬火提高硬度和韌性 ； 容器焊后退火消除內(nèi)應力； ,熱處理工藝曲線：,（1）常用熱處理工藝,緩慢加熱，保溫一定時間后 隨爐冷卻（曲線1） - 退火； 空氣中冷卻（曲線2）-正火 ； 作用：降低硬度，增加塑性，改善機械性能； 使組織均勻化，消除內(nèi)應力。 【注】加熱溫度為臨界點（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉變的溫度) 以上3050。,緩慢加熱，保溫一定時間 淬火劑中冷卻（曲線3） 淬火劑: 水，鹽水-用于碳鋼； 油-用于合金鋼。 作用：提高硬度、強度和耐磨性。,淬火,淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻。 作用：消除內(nèi)應力，穩(wěn)定組織，滿足技術要求。 回火又分為： 低溫回火（150250 ）； 中溫回火（300450 ）； 高溫回火（500680）。,淬火+高溫回火 稱為調質處理。 效果：強度、塑性、韌性均提高 。,回火,子項目2 化工設備用鋼選擇,【項目目標】 知識目標：熟悉化工設備常用金屬材料；掌握碳素結構鋼的使用條件；掌握化工設備用鋼選擇原則。 技能目標：能根據(jù)設備的工藝條件選擇合適的材料。,一、化工設備常用鋼種,1. 碳素結構鋼,碳素結構鋼牌號及表示法 這類鋼的牌號由四個部分構成 屈服極限字母Q、屈服極限數(shù)值、質量等級符號、脫氧方法符號 1 2 3 4 質量等級有A、B、C、D四級； 脫氧方法符號由F、b、Z、TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼（一般省略不寫）、特殊鎮(zhèn)靜鋼。 如Q235-AF表示碳素結構鋼，屈服極限235MPa，A級質量，沸騰鋼。 碳素結構鋼主要有五大鋼種，即Q195、Q215、Q235、Q255、Q275，其中Q235-A鋼具有良好的強度、塑性、韌性、焊接性、切削加工性等，在化工設備中應用廣泛。,碳素結構鋼使用條件,碳素結構鋼并非壓力容器專用鋼，但其軋制技術成熟，質量穩(wěn)定，價格低廉。在限定的條件下可以用于壓力容器。其使用條件見下表。,表1-1 壓力容器用碳素鋼鋼板的使用條件,2.碳素鋼 化工容器常用低碳鋼制造設備殼體，因為低碳鋼具有較好的塑性、冷沖壓及焊接性能。最常用的是20鋼。 中碳鋼強度與塑性適中，焊接性能差，不適于制作設備殼體，多用于制造各種機械零件如軸、齒輪、連桿等。常使用30、35、45鋼制作螺栓、螺母。 高碳鋼強度與硬度均較高，塑性差，常用于制造彈簧。 3.合金鋼 化工容器常用16MnR、15MnVR、15MnTi等合金剛制造容器。用合金鋼代替碳素鋼制造容器，可以在保證強度的情況下，使容器壁厚減少，從而節(jié)省鋼材30%45%左右。 4.特殊性能鋼 常用的特殊性能鋼有不銹鋼和不銹耐酸鋼。把能夠抵抗空氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼，能夠抵抗酸和其他強腐蝕性介質的鋼稱為耐酸鋼。特殊性能鋼主要指不銹耐酸鋼。 不銹耐酸鋼根據(jù)合金元素的不同，分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。,二、化工設備用鋼選材原則 .化工容器用鋼一般使用由平爐、電爐或氧氣頂吹轉爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，若是受壓元件用鋼，應符合國家標準GB15098鋼制壓力容器規(guī)定，同時符合壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程及HGJ15-89鋼制化工容器材料選用規(guī)定。 2.碳素結構鋼用于介質腐蝕性不大的中、低壓容器，在選擇時應注意碳素結構鋼的使用條件，不能超出表1-1中規(guī)定的數(shù)值。 3.合金鋼用于介質腐蝕性不強的中、高壓容器 壓力低可以選擇合金含量低的合金鋼，相反，選擇含量高的合金鋼。可參考合金鋼的屈服強度數(shù)值。 4不銹鋼用于介質腐蝕性較強的場合 介質對設備材料有腐蝕性，時間長久，會導致容器穿孔，導致容器破壞，甚至發(fā)生事故。所以介質腐蝕性強時，應選用不銹鋼或采取耐腐蝕處理。,化工設備用鋼選材原則（續(xù)）,5耐熱鋼用于高溫場合 在高溫下工作的容器，容器會發(fā)生緩慢的、連續(xù)不斷的塑性變形，稱為蠕變，長期的蠕變同樣會使設備產(chǎn)生過大的塑性變形，導致容器破壞。一般地，碳鋼超過350、合金鋼超過400，應考慮蠕變問題。 6外壓容器選Q235-A為宜 不同鋼種的彈性模量E相差不大，外壓容器的選材不必選用高強度鋼，其設計是按照剛度設計的，與強度關系不大，而高強度鋼價格較高，所以制作外壓容器，選用Q235-A鋼即可。 7低溫容器選耐低溫鋼 工作溫度低于-20的設備，稱為低溫設備，因為鋼材在低溫時沖擊韌性急劇下降，脆性加大，所以低溫設備應注意選擇耐低溫鋼。,某化工廠鹽水車間內(nèi)有一臺換熱器，換熱器管間走蒸汽，管內(nèi)走飽和鹵水，用于鹵水的加熱，低壓(0.3MPa)操作，鹵水溫度不超過80，試為該換熱器選擇材料，并說明選用理由。 分析：該換熱器管間走蒸汽，管內(nèi)走飽和鹵水，低壓、常溫操作，介質腐蝕性小，殼體、封頭選用碳素結構鋼Q235-A；管板、法蘭也選用Q235-A；接管、換熱管選用10號無縫鋼管；螺栓、螺母選用35號鋼；支座選用Q235-AF即可。,【項目實例】,【項目練習】,1.舉例說明常用的化工設備用鋼鋼種。 2.簡述碳素結構鋼的使用條件。 3.簡述化工設備用鋼選材的基本原則。 4.說明反應釜各零部件的材料。,項目三 化工設備熱處理與防腐蝕 子項目1 化工設備用鋼的熱處理,【項目目標】 知識目標：掌握熱處理的含義、種類、目的；掌握熱處理工藝的含義、區(qū)別；掌握表面熱處理的方法、含義、種類。 技能目標：能對焊后化工設備進行焊后熱處理。,（2）化學熱處理 -將零件放在化學介質中進行 加熱-保溫-冷卻的過程。 使零件表面改性。 方式：滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等。,熱處理概述,熱處理是將固態(tài)金屬或合金，采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織結構與性能的一種工藝。 熱處理在加熱、保溫和冷卻過程中，鋼的內(nèi)部組織和性能都發(fā)生了變化，從而改變了其性能，通過熱處理，可以充分發(fā)揮材料的性能潛力，提高零件質量，延長零件壽命，節(jié)省鋼材。 熱處理包括普通熱處理和表面熱處理。 一般零件的生產(chǎn)工藝過程為：鍛造預先熱處理粗加工最終熱處理精加工。,一、普通熱處理 普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火等。 退火和正火 退火是將鋼材加熱到適當?shù)臏囟?，保溫一定時間后緩慢冷卻（爐冷、坑冷）。正火是將鋼材加熱到適當溫度，保溫一定時間后，在空氣中冷卻。它的主要特點是空冷，對于大型零件或在炎熱地區(qū)，也可用風冷或噴霧冷卻。 退火和正火屬于預先熱處理，能降低鋼材硬度，以利于切削（比較適合的切削硬度為160260HBS）；消除內(nèi)應力，穩(wěn)定尺寸，防止變形或開裂；消除偏析，均勻成分，為后道工序做準備。 正火比退火冷卻速度稍快，得到的組織較細，強度硬度稍有提高；生產(chǎn)周期短，節(jié)約能量，操作簡便。生產(chǎn)中優(yōu)先采用正火工藝。 對力學性能要求不高的零件，可用正火作為最終熱處理，不再進行淬火加回火。,淬火和回火 淬火是將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后在介質中快速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。鋼的冷卻分為水冷和油冷。水的冷卻能力強，一般用于碳鋼，稱為水淬；油的冷卻能力低，常用于合金鋼，稱為油淬。 淬火是一種很早就應用的熱處理工藝，淬火后的鋼硬而脆，組織不穩(wěn)定，而且有內(nèi)應力，不能滿足使用要求。因此淬火后必須回火。 回火是將零件加熱到適當溫度, 保溫一定時間后，以適當速度冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸱譃槿悾旱蜏鼗鼗?、中溫回火、高溫回火。 低溫回火的回火溫度為150250，目的是降低淬火應力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度和高耐磨性。適用于工具、模具和表面處理件。 中溫回火的回火溫度為350500，可大大降低零件的內(nèi)應力，提高彈性，降低硬度，適用于彈簧等彈性元件。 高溫回火的回火溫度為500650，在生產(chǎn)中將淬火后再高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質，調質后得到的零件，具有良好的綜合力學性能，可以完全消除鋼制零件的內(nèi)應力，獲得較高的塑性和韌性，但硬度降低很多，廣泛用于軸類、齒輪、連桿等受力復雜的零件。,二、表面熱處理 在生產(chǎn)中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度，而心部要求有較好的塑性和韌性。為滿足這一要求，通常采用表面熱處理。 表面熱處理方法有表面淬火和化學熱處理。 表面淬火 表面淬火是僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。為滿足工件表層的高硬度、高耐磨性要求，表面淬火后一般進行低溫回火；為滿足對心部的塑性和韌性要求，表面淬火前一般進行調質。 化學熱處理 化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W熱處理可以提高工件表層的某些力學性能，如表層硬度、耐磨性、疲勞極限等；保護工件表面，提高工件表層的物理、化學性能，如耐高溫、耐腐蝕性等。 按滲入的元素不同，化學熱處理可分為：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。滲入元素介質可以是固體、液體和氣體。 滲碳是將鋼件在滲碳介質中加熱和保溫，使碳原子滲入到鋼表層的化學熱處理工藝。滲碳適用于含碳量為0.100.25%的低碳鋼或低碳合金鋼，經(jīng)滲碳和淬火、低溫回火后，可在零件的表層和心部分別獲得高碳和低碳組織，使高碳鋼和低碳鋼的不同性能結合在一個零件上，從而滿足了零件的使用性能要求。 滲氮、滲硼可使零件的表面硬度很高，顯著提高零件的耐磨性和耐腐蝕性能；滲硫可提高減摩性；滲硅可提高耐酸性；也可以硫氮共滲；也可以碳、氮、硼三元素共滲。,三、焊后熱處理 焊后消氫處理，是指在焊接完成以后，焊縫尚未冷卻至100以下時，進行的低溫熱處理。一般規(guī)范為加熱到200350，保溫2-6小時。焊后消氫處理可加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出，有效防止低合金鋼焊接時產(chǎn)生焊接裂紋。 在焊接過程中，由于加熱和冷卻不均勻，以及構件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束，在焊接完成后，在構件中總會產(chǎn)生焊接應力。焊接應力會降低焊接接頭區(qū)的實際承載能力，產(chǎn)生塑性變形，嚴重時，還會導致構件的破壞。 消應力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下，其屈服強度下降，來達到松弛焊接應力的目的。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內(nèi)，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時間，最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。用這種方法可以消除80%90%的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區(qū)域進行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應力的峰值，使應力分布比較平緩，起到部分消除焊接應力的目的。 有些合金鋼材料在焊接以后，其焊接接頭會出現(xiàn)淬硬組織，降低材料的機械性能。另外，這種淬硬組織在焊接應力及氫的作用下，可能導致接頭破壞。經(jīng)過熱處理后，接頭的金相組織得到改善，可提高焊接接頭的塑性、韌性，從而改善焊接接頭的綜合機械性能。 焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對于氣焊焊口采用正火加高溫回火熱處理。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊接，絕大多數(shù)選用單一的高溫回火。,【項目練習】,1.什么是熱處理？有哪些種類？熱處理的目的是什么？ 2.什么是退火？什么是正火？兩者有什么區(qū)別？ 3.為什么工件淬火后應及時回火？說明回火的種類及適用場合。 4.敘述表面熱處理的目的，表面淬火和化學熱處理有什么區(qū)別？,【項目實例】,試說明下列零部件通常采用什么樣的熱處理工藝方式。 攪拌軸；齒輪；彈簧；法蘭；低碳鋼容器的焊接組裝 分析：攪拌軸 淬火后高溫回火； 齒輪 淬火后高溫回火； 彈簧 淬火后中溫回火； 法蘭 正火加高溫回火； 低碳鋼容器的焊接組裝 中溫回火。,【項目練習】,1.什么是熱處理？有哪些種類？熱處理的目的是什么？ 2.什么是退火？什么是正火？兩者有什么區(qū)別？ 3.為什么工件淬火后應及時回火？說明回火的種類及適用場合。 4.敘述表面熱處理的目的，表面淬火和化學熱處理有什么區(qū)別？,二、金屬設備的防護措施,1.改變金屬材料的性質 根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。如在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強金屬防腐蝕能力。,2.隔離金屬與非金屬介質 在金屬表面覆蓋各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。工業(yè)上普遍使用的保護層有非金屬保護層和金屬保護層兩大類。 非金屬保護層 將有機或無機的非金屬材料覆蓋在金屬制品表面作為保護層，包括非金屬襯里和涂層。非金屬保護層是目前應用較多的防腐措施。 非金屬襯里常用板磚襯里、玻璃襯里和橡膠襯里。 板磚材料包括耐酸瓷磚、耐酸磚、輝綠巖板、天然石材、不透性石墨、玻璃等。板磚襯里是把上述材料用膠泥襯砌于鋼鐵或混凝土設備內(nèi)部，以防止腐蝕。 玻璃鋼襯里是用黏結劑把玻璃纖維制品逐層鋪貼在設備的內(nèi)表面，經(jīng)固化處理，形成防腐蝕結構。 橡膠襯里是把生橡膠板，按一定的工藝要求，襯貼在設備的內(nèi)表面上，再經(jīng)硫化而形成保護層。 涂層 是把具有防腐功能的涂料涂在設備內(nèi)表面，經(jīng)干燥固化形成均勻的涂膜，從而達到防止介質腐蝕的目的。 金屬保護層 用電鍍的辦法將耐腐蝕性較強的金屬或合金覆蓋在被保護的金屬上，形成保護鍍層。常用的方法有電鍍、化學鍍（如鍍鎳）、噴鍍（如噴鋁）和襯里（鉛襯里、不銹鋼襯里）等方法。,3.緩蝕劑保護 在腐蝕介質中加入少量能減小腐蝕速度的物質就能大大降低金屬腐蝕的速度，此法叫緩蝕劑保護法。常用的緩蝕劑有無機緩釋劑如重鉻酸鹽、過氧化氫、磷酸鹽、亞硫酸鈉、硫酸鋅等和有機緩釋劑如有機膠體、氨基酸、酮類、醛類等。,4.電化學保護法 電化學保護法是把引起金屬發(fā)生電化學腐蝕的原電池反應消除掉，使金屬得到防護的方法。有陽極保護法和陰極保護法。 陽極保護法是被保護設備接在外加直流電源的陽極，金屬的陽極極化到一定電位，使金屬表面生成鈍化膜，從而使金屬設備得到保護。如鋁及鋁合金的陽極氧化薄膜化學性能穩(wěn)定，提高了鋁及鋁合金的耐磨性、硬度，也提高了防腐蝕性能；銅及銅合金的陽極氧化膜層為黑色，在大氣條件下容易變色，其耐磨能力不強。 陰極保護法是通過外加電流，使被保護金屬陰極極化，使金屬得到保護。有外加電流法和犧牲陽極保護法。 外加電流法是把被保護的金屬設備與直流電源負極相連，電源正極與一個輔助陽極相連，接通電源后，電源給金屬設備以陰極電流，此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。 犧牲陽極保護法是接一塊電位更負的金屬，更容易失去電子，輸出陰極的電流使被保護的金屬陰極極化，此法常用于保護海輪外殼，海水中的各種金屬設備、構件、石油管路的腐蝕。,【項目實訓】,為盛裝下列介質的設備采取合適的防腐蝕措施。 制鹽（氯化鈉）蒸發(fā)罐； 二氧化硫轉化三氧化硫的轉化器； 碳鋼制的堿液（NaOH）蒸發(fā)罐； 合成氨生產(chǎn)中熱鉀堿法脫碳系統(tǒng)。 分析：制鹽蒸發(fā)罐，外加電流陰極保護法； 二氧化硫轉化三氧化硫的轉化器，可采用噴鍍鋁層方法； 堿液碳鋼蒸發(fā)罐：陽極保護法； 合成氨生產(chǎn)中熱鉀堿法脫碳系統(tǒng)：在系統(tǒng)中加入五氧化二釩，與鉀堿溶液生成偏釩酸鉀，偏釩酸鉀作為緩蝕劑可大大降低介質對設備、管道的腐蝕。,【項目練習】,什么是金屬腐蝕? 化學腐蝕和電化學腐蝕有何區(qū)別? 化工設備的防腐蝕有哪些措施？ 考察化工廠設備的防腐蝕問題。,3.緩蝕劑保護 在腐蝕介質中加入少量能減小腐蝕速度的物質就能大大降低金屬腐蝕的速度，此法叫緩蝕劑保護法。常用的緩蝕劑有無機緩釋劑如重鉻酸鹽、過氧化氫、磷酸鹽、亞硫酸鈉、硫酸鋅等和有機緩釋劑如有機膠體、氨基酸、酮類、醛類等。,5.4 碳素鋼,一、碳鋼中雜質對其性能的影響 1、錳(Mn) 有益元素 來源在冶煉過程中加入錳鐵。 作用鋼材中錳含量高于0.8%時，顯著提高強度。 2、硫(S) 有害元素 來源礦石和焦炭。存在形式：FeS 作用FeS 的熔點低于鋼材熱加工開始溫度， 它過早熔化，導致工件開裂，稱為熱脆性。,化工設備是處理氣體、液體和漿料等流體的容器，它與普通機械設備不同，通常具有以下特點。 .功能原理多 換熱設備、反應設備、分離設備、儲存設備等等。 設備開孔多 如反應釜的上封頭有人孔、視鏡、回流管口、儀表口、進料口、攪拌器口等各種開孔。 設備工藝條件苛刻 化工生產(chǎn)的每一道工序都有嚴格的工藝條件，如壓力、溫度、液位等在操作中要嚴格按照設計的參數(shù)進行，有些設備在高溫、高壓，有些在低溫，還有高真空或強腐蝕條件下操作。 自動化程度高 隨著科技水平的不斷提高，對化工設備的使用也提出了更高的要求，設備各工藝條件的控制均可采用計算機控制。,一、化工設備的特點,3、 磷(P) 有害元素 來源礦石。 作用溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”。 4、氫(H) 有害元素 來源鋼由高溫奧氏體冷至常溫時，氫的溶解度降低，來不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點”。 “白點”裂紋源,二、化工設備的基本要求 一臺化工設備不僅要求滿足化工工藝要求，還要能安全可靠地運行，同時還應經(jīng)濟合理。 滿足工藝要求 化工設備首先應滿足化工工藝過程要求，化工設備的主要結構與尺寸都由工藝設計決定。工藝人員通過工藝計算確定容器的直徑、容積等尺寸，并確定壓力、溫度、介質特性等生產(chǎn)條件。這些條件是產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎，任何一臺設備都應該嚴格控制按照工藝條件進行設計、制造、安裝、使用，否則，不僅影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率，更重要的是影響產(chǎn)品的質量。,安全性要求,要有足夠的強度 強度就是容器抵抗外力破壞的能力。容器應有足夠的強度，否則易造成事故。首先是材料要選擇適當，另外是殼體與零部件的連接，因為化工設備多數(shù)是以焊接形式連接的，所以應力集中現(xiàn)象比較嚴重，是比較薄弱的環(huán)節(jié)，所以設備的設計、制造應特別注意。 要保證其剛度 剛度是指容器或構件在外力作用下維持原有形狀的能力。承受壓力的容器或構件，必須保證足夠的穩(wěn)定性，以防止被壓癟或出現(xiàn)折皺。外壓容器壓力低，壁厚薄，在使用過程中特別容易發(fā)生“失穩(wěn)”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象不是因為容器強度不足，而是因為容器剛度不足造成的，所以要注意保證這類容器的剛度足夠。 要有足夠的嚴密性 嚴密性是保證容器正常操作防止泄漏的重要方面。如果不能保證容器的密封性，那么設備的壓力、溫度等工藝條件則不能實現(xiàn)，假如設備內(nèi)盛裝的是易燃、易爆、有毒介質，那么不但污染環(huán)境，同時對操作人員的安全構成威脅，甚至可能造成爆炸等事故，后果不堪設想。 耐蝕性要好 耐蝕性是保證設備安全生產(chǎn)的一個基本要求。選擇設備材料時，要特別注意介質是否具有腐蝕性。若材料選擇不當，介質會腐蝕設備，設備壁厚會越來越薄，在應力集中區(qū)或構件焊接處，腐蝕更加嚴重，會引起泄漏，導致設備使用壽命縮短。,使用性能要求,制造工藝要合理 化工設備的結構要緊湊、設計要合理。注意連接處要圓滑過渡，采用等厚度連接，盡量使焊縫遠離邊緣，在焊縫區(qū)域要采用焊后熱處理，以消除熱應力等。 運輸要方便 化工設備的制造廠與使用廠通常不是一個廠家，往往需要由制造廠運至使用單位安裝，所以設備的設計、制造需要考慮運輸?shù)膯栴}，尤其是大型設備，應考慮運載工具的能力、空間大小、橋梁、碼頭承載能力及吊裝設備的噸位等。如蒸發(fā)罐，體積比較大，通常做成分段可拆，段與段用法蘭連接，到生產(chǎn)廠家現(xiàn)場安裝。 要便于安裝 化工設備通常安裝在地面上，有些安裝在樓板或樓頂上，還有的吊裝在墻壁上，安裝時要注意地基、樓板的承載能力，像高大的塔、蒸發(fā)罐等工作時往往充滿液體，液柱靜壓力比較大，應特別注意。吊裝設備應注意墻上安裝孔、屋架的承載能力。 便于操作、維護、檢修 化工設備操作中，溫度壓力的控制、液位和流量的調節(jié)是必須密切關注，并嚴格控制的，所以化工設備的設計、制造、安裝應便于操作、維護和檢修。例如閥門、人（手）孔、視鏡的設計，操作平臺、樓梯的設置，位置應合適，以便于工作人員操作、維護；化工設備多數(shù)是壓力容器，需要定期檢驗其安全性，檢驗后對易損零件要更換、維修，對這些零部件的維護，應便于拆裝、修理和更換。,5.5 低合金鋼及特殊性能鋼,一、合金元素對鋼的影響 鉻：耐腐蝕抗氧化； 提高了強度硬度和耐磨性； 使鋼材的韌性和塑性降低。 錳：提高強度和低溫沖擊韌性。 鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性； 提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性； 提高熱強性能。 硅：提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性、耐H2S腐蝕； 降低了塑性和沖擊韌性。,1、成份特點： 碳素鋼+Si、Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素 含碳量均較低，0.2%； 合金元素總含量5% 。 2、相對于碳素鋼，其性能特點： 強度提高； 耐腐蝕性能提高； 低溫性能提高。,二、低合金鋼,碳素鋼與低合金鋼比較,制造工藝要合理 化工設備的結構要緊湊、設計要合理。注意連接處要圓滑過渡，采用等厚度連接，盡量使焊縫遠離邊緣，在焊縫區(qū)域要采用焊后熱處理，以消除熱應力等。 運輸要方便 化工設備的制造廠與使用廠通常不是一個廠家，往往需要由制造廠運至使用單位安裝，所以設備的設計、制造需要考慮運輸?shù)膯栴}，尤其是大型設備，應考慮運載工具的能力、空間大小、橋梁、碼頭承載能力及吊裝設備的噸位等。如蒸發(fā)罐，體積比較大，通常做成分段可拆，段與段用法蘭連接，到生產(chǎn)廠家現(xiàn)場安裝。 要便于安裝 化工設備通常安裝在地面上，有些安裝在樓板或樓頂上，還有的吊裝在墻壁上，安裝時要注意地基、樓板的承載能力，像高大的塔、蒸發(fā)罐等工作時往往充滿液體，液柱靜壓力比較大，應特別注意。吊裝設備應注意墻上安裝孔、屋架的承載能力。 便于操作、維護、檢修 化工設備操作中，溫度壓力的控制、液位和流量的調節(jié)是必須密切關注，并嚴格控制的，所以化工設備的設計、制造、安裝應便于操作、維護和檢修。例如閥門、人（手）孔、視鏡的設計，操作平臺、樓梯的設置，位置應合適，以便于工作人員操作、維護；化工設備多數(shù)是壓力容器，需要定期檢驗其安全性，檢驗后對易損零件要更換、維修，對這些零部件的維護，應便于拆裝、修理和更換。,4經(jīng)濟性能要求 化工設備的經(jīng)濟性能要求是使其成本盡量降低。包括兩方面內(nèi)容。 設備制造的經(jīng)濟性 材料費、加工費、運輸費要因地制宜，使費用盡量降低，有些沒有危險性的常壓設備，企業(yè)可以用本廠已經(jīng)報廢的舊設備改造。 設備使用的經(jīng)濟性 一般用消耗定額來衡量。 消耗定額是指生產(chǎn)一定的產(chǎn)品，燃料、蒸汽、電力的消耗量，還有設備的運轉費（操作工時、維修費等）。 考慮設備的運轉費用，選擇設備時可以考慮采用先進的新設備，新設備使用不易出現(xiàn)問題，操作工時長，維修費少，生產(chǎn)產(chǎn)品多、質量好，利潤高，綜合考慮房租費、人工費，成本降低。,【項目實訓】,2004年4月15號，某化工廠發(fā)生一起壓力容器爆炸事故，造成9人死亡、3人重傷，直接經(jīng)濟損失達227萬元。 經(jīng)調查：該設備因腐蝕穿孔，導致鹽水泄漏，造成三氯化氮形成和富集，三氯化氮富集達到爆炸濃度和啟動事故氯處理裝置造成振動，引起三氯化氮爆炸。 試說明一臺完善的設備應滿足哪些安全性要求？ 分析：一臺完善的設備應滿足強度、剛度、密封性、耐蝕性等安全性要求。,項目二 化工設備常用材料 子項目1 化工設備材料識別,【項目目標】 知識目標：掌握化工設備材料的四大性能；掌握金屬材料分類及特點；掌握非金屬主要種類及特點。 技能目標：能識別化工設備的材料及類型。,一、化工設備材料性能,1. 力學性能 材料抵抗外力而不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力，叫做材料的力學性能。主要包括強度、塑性、韌性和硬度，這是設計時選用材料的重要依據(jù)。在材料的力學性能四個指標中，強度和塑性占主導地位，但使用時要考慮溫度的變化。 2. 物理性能 主要有相對密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。 3. 化學性能 指材料在常溫或高溫條件下，抵抗氧化或腐蝕介質對其化學侵蝕的能力。包括耐腐蝕性、抗氧化性等。 4. 工藝性能 金屬和合金的工藝性能是指在各種加工條件下表現(xiàn)出來的適應性能，包括鑄造性、鍛壓性、焊接性、切削加工性、熱處理性能等。其中，焊接性和切削加工性是壓力容器最重要的兩個性能。,二、化工設備材料分類 化工設備可以選用的材料非常廣泛，有金屬材料和非金屬材料。 1金屬的分類 凡是由金屬元素或以金屬元素為主形成的，具有金屬特性的物質稱為金屬材料。包括兩大類。一類是鐵和以鐵為基的合金，俗稱“黑色金屬”，常用的有鋼、鑄鐵和鐵合金；另一類是非鐵合金，俗稱“有色金屬”，常用的有銅、鋁、鉛等及其合金。其中鋼的應用最廣泛。,2鋼的分類 按冶煉時鋼脫氧的程度不同，鋼可分為 鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧的鋼。 半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧較完全的鋼 沸騰鋼：脫氧不完全的鋼。 按化學成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。 碳素鋼根據(jù)含碳量多少又可以分為 低碳鋼 含碳量0.25%，常用鋼號有10、15、20、25等。 中碳鋼含碳量0.250. 60%，常用鋼號有30、35、40、45、50、55、60鋼 高碳鋼 含碳量0. 60%，常用鋼號有65、70鋼。 合金鋼是在碳素鋼的基礎上加入少量合金元素，比如Si，Mn，Cu，Ti，V，N