常用化工設備基礎知識

1、化工設備基礎知識 第一章 軸 軸的主要作用是用來支撐和固定旋轉(zhuǎn)傳動零件， 常見的軸有直軸 和曲軸兩種。 一、直軸的分類：根據(jù)承受荷載的情況不同，直軸可分為心軸、轉(zhuǎn)軸 和傳動軸三類。1、心軸：心軸工作時主要用來支撐轉(zhuǎn)動零件，承受彎矩而不傳 遞運動，也不傳遞動力。心軸隨零件轉(zhuǎn)動的（如火車輪軸）稱為活動 心軸，不隨零件一起轉(zhuǎn)動的（如自行車軸、滑輪軸）稱為固定心軸， 它們承載時均產(chǎn)生彎曲變形。2、轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸既要支承旋轉(zhuǎn)零件還要傳遞運動和動力，如機床 主軸、減速機齒輪軸、攪拌軸等。這類軸在外力作用下將產(chǎn)生彎曲變 形和扭轉(zhuǎn)變形。3、傳動軸主要用來傳遞扭矩，它不承受或承受較小的彎矩，如 汽車、拖拉機變速箱與

2、后輪軸間的傳動軸。軸的材料：選取軸用材料主要取決于軸的工作條件載荷和加工工 藝等綜合因素，除滿足強度、剛度、耐磨性外，還要求對應力集中敏 感性小，常用碳素鋼、合金鋼的鍛件和軋制圓鋼做為軸的毛坯。碳素鋼對應力 集中的敏感性較小，其機械性能可通過熱處理進 行調(diào)整，比合金鋼價廉，所以應用最廣，常用 30、40、45、50 號鋼， 其中 45 號鋼最常用。對于非重要或受載荷較小的軸可用 Q235、Q237 等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金鋼可淬性好，且具有較高的機械性能，常用于傳遞較大功率 并要求減小尺寸和重量以及提高軸頸耐磨性的場合。合金鑄鐵和球墨鑄鐵也常用來做軸的原因是鑄造成型容易得到 較復雜且更合理的形狀

3、， 鑄造材料吸振性高， 并可用熱處理的方法提 高耐磨性，對應力敏感性較低，且價廉。但鑄造質(zhì)量不易控制，可靠 性較差，需慎用。二、軸的結(jié)構(gòu) 軸的外形通常作成階梯形的圓柱體。 軸上供安裝旋轉(zhuǎn)零件的部位 叫軸頭，軸與軸承配合部分叫軸頸，軸的其他部分叫軸身 軸的設計與選擇要考慮很多因素的影響，在滿足不同截面的強度 和剛度要求的同時，還要便于軸上零件的固定、定位、拆裝、調(diào)整， 盡可能減小應力集中以提高軸整體的疲勞強度， 以及軸本身的加工工藝性。旋轉(zhuǎn)零件一般要隨軸旋轉(zhuǎn)傳遞運動和動力，零件在圓周方向和軸 線方向都需要確定他們之間的相對位置以保證各零件正常的工作關 系。1、零件在軸上的周向定位和固定：周向固定

4、的目的是使軸上的 零件隨軸一起轉(zhuǎn)動傳遞運動和扭矩， 周向定位和固定的方法常采用花 鍵連接、鍵連接、銷釘連接、錐面過盈配合，在傳力不大時可用緊定 螺釘連接。2、零件在軸上的軸向定位和固定：件在軸上的軸向定位和固定 常采用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、過盈配合。當軸向荷載較小時采 用銷釘、緊定螺釘、擋圈、軸端擋圈。第二章 軸承軸承是支撐軸和軸上零部件并保證軸繞軸線運動的部件。 軸承的 種類按照承受荷載的方向可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸 承；按照軸承工作的摩擦性質(zhì)又分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承。 一、滑動軸承滾動軸承工作平穩(wěn)、可靠、無噪音。若能保證摩擦的潤滑，使滑 動表面被潤滑油膜分開不直接接

5、觸， 表面間的摩擦實為液體分子間的 摩擦。這樣就能大大減小摩擦損失和表面磨損， 且油膜還具有一定的 吸振作用。 由于以上特點常用在轉(zhuǎn)速特別高、 沖擊振動載荷和特殊裝 配要求的場合。（一）滑動軸承的結(jié)構(gòu)1、向心滑動軸承的類型和結(jié)構(gòu) 常用的向心滑動軸承分為整體式和剖分式兩類。 整體式滑動軸承由軸承座、軸套、油杯和油溝組成。軸承座常用 鑄鐵制成，軸承座用螺栓固定在支架上，頂部裝有供潤滑的油杯，軸 承孔內(nèi)壓入用減摩擦材料制成的軸套， 軸套上開有油孔與內(nèi)表面上的 油溝相連。整體式滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉。但裝配不太方 便，拆裝時必須通過軸端。 軸磨損后軸頸與軸套間的徑向間隙過大時 無法在調(diào)整

6、，常用于輕載、低速或間歇操作和非重要場合。剖分式滑動軸承由軸承座、軸承蓋、剖分軸瓦、軸承蓋緊固螺栓等組成。為了節(jié)約貴重金屬，常在軸瓦表面帖服一層軸承襯，非重要 的軸承可不裝軸瓦， 在軸瓦內(nèi)壁不負擔載荷的部分表面開設供潤滑用 的油溝。 剖分面最好與載荷方向近于垂直， 故一般軸承的剖分面是水 平的，軸承蓋與軸承座常作成階梯形， 裝配時便于定位和工作時出現(xiàn) 錯位。剖面上放有少量薄墊片， 可在軸瓦磨損后用減少墊片來調(diào)整軸 頸與軸瓦間的間隙。軸承蓋上端有安裝油杯的螺紋孔。2、推力滑動軸承的結(jié)構(gòu) .（二）滑動軸承材料和軸瓦結(jié)構(gòu) 軸承材料分為金屬和非金屬兩大類。 金屬材料包括軸承合金、青銅、鋁基合金、鋅基合

7、金、見摩擦鑄 鐵和含油軸承等。軸承合金 : 錫、鉛、銻、銅的合金統(tǒng)稱為軸承合金。一般是以錫 或鉛做為基體，懸浮體和銅的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則 增加材料的塑性。巴氏合金的機械強度較低，價格貴，通常做軸襯使 用。青銅：用的最廣的是以鑄鋅錫鉛青銅，它有很好的疲勞強度。鑄 錫磷青銅的減摩性和耐磨性都很好， 機械強度都很高， 適用于重載荷。 銅鉛合金適宜用于高溫。鑄鐵：它的各項性能具均不如軸承合金和青銅，由于價格便宜， 常用于低速、輕載和無沖擊的場合。含油軸承是一種粉末冶金材料，一般有鐵 - 石墨和銅 - 石墨兩種。 它們屬于多孔組織， 細孔內(nèi)可充滿潤滑油起潤滑作用， 并有很好的耐 磨性。非

8、金屬軸承材料包括塑料、尼龍、硬木、橡膠和石墨等。常用酚 醛塑料和聚四氟乙烯等。二、滾動軸承 滾動軸承和滑動軸承相比是以滾動摩擦代替滑動摩擦，摩擦阻力 小，啟動靈活、效率高、潤滑方式簡單、 使用方便。滾動軸承的種類、 尺寸、精度等級已經(jīng)建立標準和系列并由專門廠家成批生產(chǎn)， 成本低 廉，便于互換等優(yōu)點而得到廣泛應用。但它抗沖擊能力差，高速運轉(zhuǎn) 時會出現(xiàn)噪音，工作壽命比較短，也受到一定限制。滾動軸承的結(jié)構(gòu) 滾動軸承由外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架組成。內(nèi)圈安裝在軸的 軸頸上，外圈裝在軸承座或其他零件上，多數(shù)情況是內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動，外圈不動，有時也相反或內(nèi)外圈分別按不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。 內(nèi)外圈上凹槽 稱為滾道，允許

9、滾動體在滾道內(nèi)滾動，滾動體的外形有球形、圓柱形、 圓錐體形、鼓形、螺旋體形和滾針形等。第三章聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來連接軸與軸和軸與其糨傳動件使之一起旋轉(zhuǎn)，傳遞運動和扭矩的部件.聯(lián)軸器的種類很多，結(jié)構(gòu)各異 其中大部分已標準 化選擇時可根據(jù)不同的載荷和工作場合的要求選擇其不同的類型，再按軸的直徑計算最大起動扭矩 Me和轉(zhuǎn)速n,最后從有關手冊中查出適 合的型號若用于重要場合對其個別關鍵零件還需進行強度校核.最大起動扭矩按下式計算：Me二Mo+Mi二KM。， 式中:M e最大起動扭矩；M o服載荷和摩擦阻力所需工作扭矩；Mi部質(zhì)量在起動加速時所需扭矩.由于起動扭矩計算的影響因素很多，計算十分復雜且不精確，

10、工作 中常引入載荷系數(shù)K的方法進行簡化計算當原動機為電動機時其 K 值按表11-13選取.聯(lián)軸器的分類一般按聯(lián)接兩軸的相對位置和位置之間的變化關系，分為固定式聯(lián)軸器和可移式聯(lián)軸器.可移式聯(lián)軸器又按照補償位移的方 法不同分為剛性和彈性聯(lián)軸器兩種.表11-13載荷系數(shù)K載荷情況起動質(zhì)量輕載 荷較平穩(wěn)（小型 發(fā)電機離心泵起動質(zhì)量中，受變載較小沖擊載茶（攪拌增壓起動質(zhì)量大，受 沖擊大的變載 荷（控掘起重透平壓機等）泵沖床壓縮機等）碎石軋機等）K1 1.51.5 223注:1.固定式和剛性可移式聯(lián)軸器宜取大值，彈性聯(lián)軸器宜取小值.2.當原動面為內(nèi)燃機時，上表的K值應增加20%40%,缸數(shù)小的（單缸） 取

11、大值，多的（四缸及以上）取小值.一、固定式聯(lián)軸器：主要由兩個分別裝在兩軸上的關聯(lián)軸器（1,2）和聯(lián)接螺栓組成聯(lián)軸器通常用鑄鐵 鑄鋼或鍛鋼制造.這種聯(lián)軸器的轉(zhuǎn) 速和載荷都受到一定的限制鑄鐵制成的一般適用于中載和IK 35m/s.鑄鋼 鍛鋼制成的聯(lián)軸器可適用于重載和轉(zhuǎn)速UK 75m/s的場合.凸緣聯(lián)軸器按對中方式不同分為I型和II型.凸緣聯(lián)軸器按標準選用，在必要時應對螺栓及鍵進行強度校核.套筒式聯(lián)軸器：它通過套筒與兩軸聯(lián)接當dK80mm勺套筒常用35或 45號鋼制造.d > 80mm寸允許用鑄鐵制造，一般控制在dK 100mm范 圍內(nèi).該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便,常用于傳遞扭矩較小的場合.夾

12、殼式聯(lián)軸器：夾殼式聯(lián)軸器是由兩半筒形夾殼（1,2）和螺栓（3）組成. 夾殼聯(lián)軸器常用鑄鐵（有時也用鋼）制成，這種聯(lián)軸器是部分式的，裝 卸特別方便，且價廉.常用于低速（U K 5m的場合.夾殼式聯(lián)軸器按 標準選用.對于U> 5m/s的場合必要進行平衡檢驗合格后方能使用.二、可移動性剛性聯(lián)軸器在傳動裝置中，由于制造，安裝等誤差兩軸往往難精確對中，即是安裝 時能保證，但由于旋轉(zhuǎn)零件或載荷不平衡，工作溫度變化的影響，補聯(lián)接兩軸可能發(fā)生較大的相對位移或偏斜 . 常出現(xiàn)軸向位移、徑向位移、 偏角位移或綜合位移等情況 . 這時采用或移性聯(lián)軸器對這些位移進行 補償. 常用的可移性剛聯(lián)軸器分為以下幾種：1

13、、牙嵌聯(lián)軸器 : 牙嵌聯(lián)軸器是由兩個端面都有凸牙和凹槽的半聯(lián)軸器 組成, 凸牙和凹槽對應安放 , 當發(fā)生位移時凸牙可在凹槽中滑動以補 償軸向位移.為了便于對中 ,在左端裝有對中環(huán)并用螺釘固定 .牙嵌聯(lián) 軸器一般采用中強度鑄鐵 （也可用鑄鋼 ）制成. 該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單 , 尺 寸較小時能承擔較大的載荷 .2、十字滑塊聯(lián)軸器：這種聯(lián)軸器是由兩個端面都開有凹槽的兩個半 聯(lián)軸器和一個兩面都設有榫的圓盤組成 . 凹槽的中心線分別通過兩軸 的中心 , 兩榫中心線相互垂直并通過圓盤中心 . 關聯(lián)軸器分別因固裝 在兩軸上 , 由圓盤兩面的榫分別嵌在兩半聯(lián)軸器的凹槽中而構(gòu)成 . 轉(zhuǎn) 動時圓盤的榫在凹槽中滑動 ,

14、 從而補償其徑向位移的同時保持聯(lián)動 . 為了減少滑動的摩擦磨損 , 一般在滑動面加潤滑劑 .這類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單 ,徑向尺寸小 ,可承受較大的載荷 .但由于圓 盤在作偏心轉(zhuǎn)動 , 產(chǎn)生的離心力隨圓盤質(zhì)量和速度的增加而增加 , 故 轉(zhuǎn)速受到一定的限制 . 這種聯(lián)軸器常用于徑向位移小于轉(zhuǎn)軸直徑的 0.04倍,小于30角位移和沖擊載荷小的場合.3、齒輪聯(lián)軸器：所示齒輪聯(lián)軸器是由兩個具有外齒環(huán)的半聯(lián)軸器和 兩個具有內(nèi)齒環(huán)的外殼所組成 , 兩外殼用螺栓聯(lián)接起來 . 當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動 時通過齒輪互相嚙合帶動一個半聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動 . 再通過另一半聯(lián)軸器的 內(nèi)外齒相互嚙合 , 帶動另一半聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動 , 從而帶動另一軸的旋

15、轉(zhuǎn) .齒輪聯(lián)軸器是靠內(nèi)外齒相互嚙合進行傳遞運動和動力 . 為了減少 嚙合輪齒間的摩擦磨損和相對移動的阻力 , 在外殼內(nèi)貯存有潤滑油 , 當聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時將甩開以潤滑互相嚙合的齒輪 .齒輪聯(lián)軸器允許兩軸作綜合位移 . 由于嚙合齒間留有較大的齒側(cè) 間隙,故可補償兩軸運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的偏斜 . 若齒頂作成球面形 （球面 中心應在軸線上 ） 或?qū)⑤嘄X作成鼓形 , 均能允許兩軸作較大的綜合位 移和增大允許的位移量 .齒輪聯(lián)軸器傳動時一般是幾個齒同時嚙合 , 故傳遞扭矩的能力比相同尺寸的其它聯(lián)軸器要大得多，當軸直徑為14250mnfl寸許用扭矩 5為3551.0 x 10Nm,許用轉(zhuǎn)速為9504000r/mi

16、n,允許軸向位移為6.3mm以下.若采用鼓形輪齒時，允許角位移可高達3°。該聯(lián)軸器一 般用鑄鋼或鍛鋼制成，適用于高速和重載，該聯(lián)軸器按標準選用.4、萬向聯(lián)軸器 （十字鉸鏈聯(lián)軸或簡稱萬向聯(lián)軸節(jié) ）主要用于兩軸有較 大的偏轉(zhuǎn)（偏斜角最大可達 45° ）或較大的角位移的場合 .萬向聯(lián)軸節(jié) 結(jié)構(gòu)比較復雜 , 一般由兩個叉形零件 一個十字形零件和軸銷等組成 , 兩個叉形零件的叉端則與十字型零件鉸鏈聯(lián)接 , 這種聯(lián)軸器通常用 40Cr 或 40CrNi 鋼制造 , 常成對使用于汽車、拖拉機、機床和軋鋼機 等傳動裝置中 .上述聯(lián)軸器都是采用剛性零件組裝而成 , 沒有吸振和緩沖功能 , 在

17、運轉(zhuǎn)中若有滑動件與滑動件互相摩擦磨損后間隙就會逐漸增大 . 當 速度和載荷發(fā)生變化時會產(chǎn)生沖擊振動 , 故剛性聯(lián)軸器適用于載荷穩(wěn) 定和速度變化不大的場合 .三、可移性彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器是在聯(lián)軸器中裝有金屬或非金屬的彈性元件 , 利用這 些彈性元件受載后產(chǎn)生的彈性變形來補償軸與軸間的相對位移 . 彈性 元件還具有緩沖和吸振的能力 . 常用于頻繁起、載荷、轉(zhuǎn)速變化大及 兩軸難以對中的場合 . 彈性聯(lián)軸器的使用還可以大大降低聯(lián)軸器的加 工要求, 有利于降低成本和提高經(jīng)濟性 .彈性元件可分別由金屬和非金屬材料做成 , 用金屬材料做成的常 用桿彈簧式、蛇形彈簧式、扭轉(zhuǎn)彈簧式、旋轉(zhuǎn)彈簧式、徑向?qū)影鍙椈?

18、式、軸向?qū)影鍙椈墒胶途戆鍙椈墒降?. 金屬彈性元件具有體積小 , 強度 高,使用壽命長等特點 . 非金屬彈性元件具有良好的彈性滯后性 , 消振 能力強, 單位重量的非金屬材料所能儲存的能量比金屬大得多 （橡膠 比鋼大 10 倍左右）緩沖能力好 .采用非金屬元件的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單 , 價格低廉 ,互換性好而補廣泛采用 . 非金屬彈性元件有 : 彈性圈柱銷 式、盤式、彈性爪式、橡膠板式聯(lián)軸器等 , 常用的是彈性圈柱銷式和 尼龍柱銷式聯(lián)軸器兩種 .彈性圈柱銷聯(lián)軸器 ,其結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器相似 , 只是用套有非金 屬彈性圈的柱銷代替凸緣聯(lián)軸器的螺栓 , 并取消了凸肩和凹槽的結(jié)構(gòu) 在兩半聯(lián)軸器之間留有一定的

19、軸向間隙 , 這可補償工作時出現(xiàn)的少量 綜合位移, 彈性圈要求彈性較好 ,以適應于軸的正反轉(zhuǎn)變化多 ,啟動頻 繁和載荷變化大的場合.一般工作溫度范圍在橡膠適應的范圍（-20 50C內(nèi)）,并不容許與有害于橡膠的介質(zhì)接觸.該聯(lián)軸器有標準型和輕 型兩種,選擇時按標準選用 .當選定后須對作用在彈性圈單位面積上的壓力P和柱銷的彎曲強度Ob進行校核.第四章 減速機 減速器是由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪或蝸桿傳動所組成的獨立 部件, 它具有固定傳動比 ,常用在原動機和工作機之間作為減速的傳 動裝置.由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、 效率較高、維護方便等優(yōu)點 ,因此 在現(xiàn)代機器中的應用極為廣泛 . 常用減速器已標準化 .

20、一、減速器的類型減速器的類型很多 , 一般分為圓柱齒輪減速器 圓錐齒輪減速器 蝸桿減速器和行星齒輪減速器等 . 按減速器的級數(shù)又可分為單級 兩 級和三級等減速器 .1. 圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器是應用最廣泛的一種減速器當傳動比i v 7.1 時,可采用單級圓柱齒輪減速器，當i=7.1 50時,或采用單級圓柱齒 輪減速器 , 其外廓尺寸將很大 . 這時宜采用兩級圓柱齒輪減速器 . 兩級 圓柱齒輪減速器按其齒輪布置形式可分為展開式 分流式和同軸式 . 展開式結(jié)構(gòu)簡單 , 但齒輪相對于軸承為不對稱布置 , 受載時軸的變形 導致載荷沿齒寬分布不均 , 因此要求軸承有較大的剛度 . 這種減速器 適用

21、于載荷比較平穩(wěn)的場合 .分流式的齒輪相對于兩側(cè)的軸承對稱布置 , 載荷沿齒寬分布均勻 軸承受載也較均勻 , 但結(jié)構(gòu)比展開式復雜 .同軸式的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上 , 故箱體長度尺寸較短 軸向尺寸和重量較大 , 且中間軸較長 , 剛性差 , 容易使載荷沿齒寬分布不均.當減速器傳動比i=50315時,宜采用三級圓柱齒輪減速器.2. 圓錐齒輪減速器圓錐齒輪減速器用于輸入軸和輸出軸相交的場合 .當傳動比i v 8 時, 采用單級圓錐齒輪減速器 , 當傳動比 i=840 時, 采用兩級圓錐齒 輪減速器 , 當傳動比 i=40 160 時, 宜采用三級圓錐齒輪減速器 , 由于 圓錐小齒輪是懸臂支承

22、, 其受載較差 , 為了使其受力減小 , 常將圓錐齒 輪作為高速級 .3. 蝸桿減速器這種減速器主要用于傳動比較大的場合 , 當 i=1080 時, 可采用 單級蝸桿減速器，兩級蝸桿減速器適用于傳動比i=433600的傳動， 其特別是結(jié)構(gòu)簡單 , 但轉(zhuǎn)動效率不高 .4. 行星齒輪減速器行星齒輪減速器具有傳動比大 效率高 結(jié)構(gòu)緊湊和體積小等優(yōu)點 但結(jié)構(gòu)復雜 , 制造精度要求高 . 這種減速器類型很多 , 按其傳動級數(shù)也 可分為單級 兩級和多級 .第五章 化工設備常用材料化工設備常用材料種類很多 , 主要有金屬材料 非金屬材料和復 合材料 . 化工生產(chǎn)條件十分復雜 , 溫度從低溫到高溫 , 壓力從

23、真空到超 高壓, 介質(zhì)具有易燃 易爆 有毒及強腐蝕性等 , 不同的生產(chǎn)條件對材 料有不同的要求 . 因此, 為了保證化工設備的安全運行及經(jīng)濟性要求 ,必須根據(jù)設備的具體操作條件及制造等方面的要求，合理的選擇材料.化工設備常用金屬材料的基本性能金屬材料是化工設備最常用的一種材料金屬材料的基本性能主 要有機械性能 化學性能 物理性能和制造工藝性能等.一、機械性能機械性能是指金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，它主要包括材料強度塑性及韌性等.1. 強度強度是指材料抵抗外載荷能力大小的指標，常用的強度指標有屈 服極限0S和強度極限0b.這兩個指標是確定材料許用應力的主要依據(jù) 設計時,選用強度較高的材料

24、，可減少構(gòu)件的尺寸及重量.另外,屈服 極限0S和強度極限0b的比值稱為屈服比，它反映材料屈服后強化能力 的高低，低強鋼的屈服比數(shù)值較小，屈服后的強度裕量較大，高強鋼的 屈強比數(shù)量較大，屈服后的強度裕量較小.2. 塑性材料的塑性是指材料在破壞前變形能力的大小.塑性指標有延伸 率/和斷面收縮率0 .凡是采用冷作加工成型工藝制造的化工設備，必須要求材料具有良好的塑性.用塑性好的材料制造的設備，在破壞 前會發(fā)生明顯的塑性變形，而塑性差的材料制造的設備，往往沒有產(chǎn) 生明顯的變形而突然遭到破壞.因此,從設備的加工制造和安全運行 角度考慮,要求材料的塑性要好.化工設備中的主要用材，一般要求/ 5=15%-2

25、0%以上 .另外，對冷彎成型的化工設備的用材，還需對材料作 冷彎性能試驗，冷彎180°后不開裂方可作為設備的用材.3. 韌性韌性是材料對缺口或裂紋敏感程度的反映.材料韌性好壞用沖擊 韌性ak(J)表示.韌性好的材料，即使存在缺口或裂紋而引起應力集中 也有較好的防止發(fā)生脆斷和裂紋快速擴展的能力.某些材料在低溫下，韌性明顯下降，材料由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?，這種 現(xiàn)象稱為材料的冷脆性.材料韌性值發(fā)生突然明顯降低的溫度 ，稱為 材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度(NDT).由于材料的冷脆性，設備在低溫下容易 發(fā)生脆性斷裂，破壞時應力較低，又無可見的變形現(xiàn)象發(fā)生，危險性較 大.4. 硬度硬度是指材料對局部塑料變形

26、的抵抗能力.常用硬度指標有布氏 硬度(HB)、洛氏硬度(HR)等，硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加 工的可能性.一般來說,硬度越高，耐磨性能好，但切削加工性能較差. 化工設備中的某些相互連接的配合結(jié)構(gòu)，其零部件的硬度有不同的要 求,例如,列管式換熱器中的管子與管板的連接，當采用脹接時，要求 管板的硬度比管子的硬度高，這是由于管子通過脹接固定在管板上時 要求硬度小的管子發(fā)生擴張變形實現(xiàn)管子與管板的連接，當管子損壞需要更換時，不至影響管板孔的尺寸和粗造度.又如在螺栓連接法蘭 密封結(jié)構(gòu)中，要求螺栓的硬度大于螺母的硬度，在裝拆時螺母易損而 便于更換，同時也可以避免螺栓和螺母咬死.5. 高溫下材料的機

27、械性能金屬材料機械性能隨溫度升高而發(fā)生變化，銅鋁等材料,溫度升 高,其強度降低，塑性得高.但對于低碳鋼，溫度升高時，材料的強度也 升高，當溫度超過350C以后，強度下降，塑性提高.金屬材料在高溫和應力共同作用下會產(chǎn)生不可回復的變形，其應變量隨時間的延長而增加，這種現(xiàn)象稱為材料的蠕變.材料在高溫條件下 抵抗發(fā)生蠕變的能力，用材料的蠕變極限|0n或持久極限0d表示.0 n 是材料在恒定高溫下，經(jīng)歷10萬小時發(fā)生蠕變斷裂時的應力.高溫時, 0tn或0tD是確定材料許用應力的依據(jù)之一.二、耐蝕性能化工生產(chǎn)中所處理的物料，大多是有腐蝕性的介質(zhì)的腐蝕性能 通常是選材的主要依據(jù)根據(jù)介質(zhì)的腐蝕特點，合理選擇材

28、料，關系到 設備是否能安全運行使用壽命產(chǎn)品質(zhì)量及環(huán)境污染等問題三、物理性能金屬材料的物理性能指導熱系數(shù)線膨脹系數(shù)密度熔點及導電 性等.材料在不同的使用場合，對其物理性能要求不同例如,用作傳 熱表面的材料，必須考慮材料的導熱性能，對襯里或復合鋼板所制設 備,應盡量使不同材料的線膨脹系數(shù)相等或接近四、加工工藝性材料的加工工藝性有可焊性、可鍛性、可鑄性、切削加工和熱處理性能等對化工設備用材的加工工藝性要求，取決于設備的結(jié)構(gòu)和加工方式例如，用板材制造設備的殼體時，要求材料具有良好的塑性、良好的切削加工性能和焊接性能等 .化工設備常用材料一、碳素鋼碳素鋼由鐵和碳兩種基本元素組成 , 是工程上廣泛使用的一

29、種金 屬材料. 根據(jù)鋼材的質(zhì)量分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 .1. 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼含硫、磷等雜質(zhì)較多,是質(zhì)量不太高的鋼種 .鋼的強度不高 , 但成本較低 .這類鋼材按不同的質(zhì)量保證條件分為A B、C、D四個等級.鋼的牌號由代表鋼材屈服極限的字母、 屈服極限值、 質(zhì)量等極和脫氧方法符號四部分組成.如Q235-AF，表示該鋼種屈服極限值為235MPa質(zhì)量等級 為A級，“F”表示治煉過程中脫氧不完全(沸騰鋼).如果脫氧完全的 為值靜鋼,牌號組成表示中可以不表示，如Q235-A.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼可用來制造常壓 低壓及外壓設備的殼體 , 也可制作 設備的零部件如支座、法蘭、螺栓和螺母等 . 例

30、如Q235-AF:適用設計壓力p< 0.6MPa,使用溫度0250C ,壁厚不超過 12mm勺容器用材；Q235-A:適用設計壓力 pv 1.0MPa,使用溫度0350C ,壁厚不超過16mn容器用材.2. 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼所含硫、磷雜質(zhì)較少(S < 0.04%,P< 0.4%),治煉工藝較嚴格,質(zhì)量好,強度較高,成本比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高 .鋼的牌號用鋼中平均含碳量的萬分之幾表示 , 如 20, 表示平均含碳量 為 0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 . 對于某些行業(yè)用鋼 , 則在數(shù)字后加上相應 代號,如R表示容器用鋼,G表示鍋爐用鋼等. 根據(jù)鋼含碳量的不同分為低碳鋼、中碳鋼和高碳

31、鋼 .(1) 低碳鋼含碳量W 0.25%,鋼號有08、10、15、20、25.鋼的強度較低，塑 性好, 焊接性能好 , 這類鋼在化工設備中廣泛應用 .20R 是壓力容器專 用鋼種,其質(zhì)量控制比 20更嚴,性能優(yōu)于 20鋼.(2) 中碳鋼含碳量在0.3%0.6%之間，鋼號有30、35、40、45等.這類鋼的 強度較高 , 塑性、韌性較好 , 焊接性能較差 . 不適于容器用鋼 , 可作為 軸、齒輪、螺栓等用鋼 .(3) 高碳鋼含碳量0.6%,由于鋼中含碳量高，所以它的強度 硬度高，但塑 性及焊接性能差 . 這類鋼常用來制造工具 .二、普通低合金鋼普通低合金鋼是在碳素鋼的基礎上添加少量合金元素(總量

32、不超過5%)冶煉成的.鋼的強度高 ,焊接性能好,并有較好的耐蝕和耐高溫 低溫的性能 . 鋼的牌號是以平均含碳量的萬分之幾加上合金元素符號及合金元素 平均含量的百分之幾表示 ,合金元素含量小于 1.5%的不標出 .例如 16Mn, “ 16 “表示平均含碳量為 0.16%(0.12%0.2%), “ Mn表示Mn 元素，由于Mn含量小于1.5%,故在Mn后不加注數(shù)字.由于普通低合金鋼的綜合性能優(yōu)于碳素鋼 , 故廣泛用于制造壓力容器 用鋼，女口 16 MnR 15MnVR 18MnMoNb等.低溫容器用16Mn DR09M n2VD等.溫度較高（400 600C）時,可用 15CrMoR 12Cr

33、2MolR等.三、不銹鋼在大氣、水及弱腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的高合金鋼稱為不銹鋼 , 在各 種化學試劑和強腐蝕性介質(zhì)中耐蝕的高合金鋼稱為不銹耐酸鋼 , 習慣 上將二者通稱為不銹鋼 . 根據(jù)鋼的化學成分不同 , 不銹鋼可分為鉻鋼、 鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼等 .不銹鋼牌號表示為： “含碳量的千分之幾、合金元素、合金元素百分 之幾”. 含碳量大于 0.08%的為高碳級不銹鋼 , 鋼號前為“ 1”, 如 1Cr18Ni9Ti;含碳量w 0.08%,鋼號前為“ 0”，如0Cr18Ni9;含碳量為 < 0.03%,鋼號前為“ 00” ,女口 00Cr18Ni11;含碳量w 0.01%,鋼號前為“ 000” ,

34、如 000Cr18Ni9.由于不銹鋼對許多介質(zhì)都具有良好的耐蝕性能 耐熱性及低溫性 能好, 廣泛用于食品、化工、原子能等工業(yè)部門 .四、鑄鐵鑄鐵是含碳量約為2%4.5%的鐵碳合金，其中S、P、Si、Mn等雜質(zhì) 的含量較高 . 常用的鑄鐵有以下幾種 .1. 灰鑄鐵碳元素以自由狀況的片狀石墨形式存在于合金中 , 斷口呈灰色 .它的抗拉強度低，承壓能力強，常用來制造機座、泵體、常壓容器等 牌號舉例：HT100,HT表示灰鑄鐵,100指材料的抗拉強度 Ob=1OOMPa. 常用的牌號有 HT10Q HT200 HT350等.2. 球墨鑄鐵合金中加入少量球化劑和石墨化劑 ，使碳元素呈球狀，它的機械 性能

35、接近于鋼，但價格低于一般鋼，常用來制造曲軸、連桿等.牌號舉 例:QT400-18,QT表示球墨鑄鐵，400指0b=400MPa,18指伸長率為18%. 常用牌號 QT450-10 QT500-7、QT600-3、QT700-2 等.3. 可鍛鑄鐵合金中的碳元素呈團絮狀石墨形式，與灰鑄鐵相比有較好的塑性 和韌性，又比鋼具有更好的鑄造性能，常用于截面較薄而形狀復雜的 輪殼、管接頭等.根據(jù)組織成分和性能分為：具有一定韌性和較高強度的黑心可鍛鑄鐵 KTH，強度較高、耐磨性好的珠光體可鍛鑄鐵 KTZ及韌性和加工性能均 較好的白心可鍛鑄鐵KTB.牌號舉例：KTH300-06,KTH表示黑心鑄鐵,300指0

36、b=300MPa,06表示伸長率為 6%.常用牌號有 KTH330-08 KTH370-12;KTZ450-06KTZ650-02;KTB350-04KTB450-07.4. 耐蝕、耐熱、耐磨鑄鐵在鑄鐵中加入硅等原素可大幅度地提咼鑄鐵的耐蝕性，它對硫酸、室溫下的鹽酸、濃硝酸和有機酸等有良好的耐蝕性 ，將這種鑄鐵 稱為耐蝕鑄鐵或高硅鑄鐵STSi15R;在鑄鐵中加入Cr等原素形成耐熱 鑄鐵RTCr;在鑄鐵中加入Mn等原素形成耐磨鑄鐵MQTMn或抗沖擊又 耐磨的抗磨鑄鐵KMTBMn5W3.五、有色金屬及其合金 化工設備常用有色金屬有鋁、銅、鉛、鈦及其合金等 .1. 鋁及鋁合金鋁具有高的導電、導熱性,

37、且塑性好.鋁在中性及近中性的水及大 氣中有很高的穩(wěn)定性 ,在氧化性酸或鹽溶液中也十分穩(wěn)定 .例如鋁在 濃硝酸中的耐蝕性比不銹鋼還高 , 所以常用于濃硝酸的生產(chǎn)中 . 鋁在 太多數(shù)有機介質(zhì)中有良好的耐蝕性 . 在有機的食物酸中不沾污 , 無毒 害,也不會改變保藏物品的顏色 ,所以常用于食品工業(yè) .由于鋁的導熱 系數(shù)高,在低溫下仍能保持較好的塑性 , 常用于制作深冷設備 .純鋁強度低 , 使用受到一定限制 , 加入某些合金元素如 Cu、 Mg、 Mn Si等可以使強化.A1-Cu合金（硬鋁）耐蝕性較差,A1- Mn,A1- Mg, A1- Mg-Si 等合金耐蝕性好 .2. 銅和銅合金銅具有良好的

38、導電、導熱性和塑性 . 銅在大氣、水、海水和中性 鹽溶液中耐蝕，在稀H2SQ、HC1等非氧化性介質(zhì)中也很穩(wěn)定.但在氧化 性介質(zhì)及有氧的堿中不耐蝕 .銅和鋅和合金稱為黃銅 , 其耐蝕性一般與純銅差不多 , 常用來作海水 的熱交換器等 .銅和錫、鋁、鉛、銻等組成的合金稱為青銅 , 它具有較高的耐蝕性和 耐磨性 , 常用來制作軸瓦等耐磨零件 .3. 鉛和鉛合金鉛對稀H2SQ特別耐蝕，在濃度低于80%勺熱硫酸（85 C以上）和 96%以下的冷硫酸以及硫酸鹽溶液中具有好的耐蝕能力 , 這是因為腐 蝕產(chǎn)物PbSQ溶解度小,有很好的保護性.線鉛勺強度低 , 硬度小 , 一般作設備襯里 , 如果用來制造貯槽

39、管道等 則需采取加強措施 .鉛銻合金稱為硬鉛 , 它的強度 硬度較純鉛高 , 耐蝕性與純鉛類似 , 常 用來制造輸送硫酸的泵 管道和閥門等 .鉛屬于有毒金屬 , 鉛及其合金不允許用于食品和醫(yī)藥工業(yè) .六、非金屬材料非金屬材料種類很多 , 根據(jù)材料性質(zhì) , 可分為無機材料和有機材 料兩類 . 按使用方法則可分為結(jié)構(gòu)材料、襯里材料、鍍層材料、涂料 及浸漬材料等 .1. 無機材料 常用無機材料有化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃及石墨等 . 化工陶瓷材料具有優(yōu)良的耐蝕性能 , 除了氫氟酸、硅氟酸及熱或濃堿 液外, 幾乎能耐一切介質(zhì)腐蝕 . 但它的強度低、性脆, 并且導熱系數(shù)小 , 熱膨脹系數(shù)較大 . 因此不耐

40、沖擊 , 局部過熱或驟冷、驟熱易損壞 . 化工陶瓷常用來制造接觸強腐蝕介質(zhì)的塔器、泵、管道、瓷磚等 . 化工搪瓷除氫氟酸、含氟化物溶液、濃熱磷酸及強堿外 , 對各種濃度 的無機酸、有機溶劑和弱堿等均耐蝕 .化工搪瓷適應溫度劇變的性能不太高 . 因搪瓷層與鋼鐵熱膨脹系數(shù)相 差大 , 急冷、急熱易引起瓷釉層破裂 , 故實際使用溫度最高不超過300C ,溫度急變的溫差不超過120° . 化工搪瓷制品有反應釜、貯槽、塔器、熱交換器、管子等 . 玻璃具有良好的耐蝕性和熱穩(wěn)定性 , 但不耐沖擊 , 耐溫度劇變性能差 . 常用玻璃制作反應器 熱交換器 泵及管道等 .2. 有機材料 化工上常用的有機

41、材料有塑料 橡膠等 . 塑料是作為化工設備結(jié)構(gòu)材料的一種主要的有機高分子材料 , 塑料種 類很多, 常用的有硬聚氯乙烯 酚醛塑料 玻璃鋼等 .硬聚氯乙烯具有良好的耐腐蝕性 , 且具有一定的機械強度 , 成型加工 和焊接比較方便 , 所以在硝酸 鹽酸 硫酸和氯堿等生產(chǎn)系統(tǒng)中 , 廣泛 用來制作貯槽 塔器 泵及管道等，一般使用溫度為-1050 C，作為非 受力構(gòu)件時 , 溫度可達 80C .第六章 容器一、容器的分類1、按容器的作用原理分：換熱容器、反應容器、分離容器、貯運容 器2、按容器承受的介質(zhì)壓力來分：(1) 常壓容器：對于圓筒形容器，-0.02MPav Pv 0.1 MPa( 2)受壓容器

42、：A、外壓容器：容器外部壓力大于內(nèi)部壓力B、內(nèi)壓容器：低壓容器： 0.1MPavPv1.6 MPa中壓容器： 1.6 MPavPv10.0MPa高壓容器： 10MPavPv100 MPa超高壓容器：P> 100 MPa3、 按容器壁厚分：根據(jù)容器外徑 D0和內(nèi)徑D的比值（K= Db/Di ）將 容器分為薄壁容器（K< 1.2 ）和厚壁容器（K> 1.2 ）。4、壓力容器綜合分類國家勞動部門為了便于安全技術管理和監(jiān)督檢查， 根據(jù)容器承受 壓力的高低，壓力與容積的乘積大小、介質(zhì)的危害程度，及容器在生 產(chǎn)過程中的作用的綜合分類方法。 壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程將 容器分為三類：一類容

43、器：低壓容器（二、三類容器中的低壓容器除外） 二類容器：屬下列情況之一者為二類容器。（1）中壓容器（三類容器中的中壓容器除外） ；（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；（3）易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓容器和貯存容器；（ 4）搪玻璃壓力容器；（ 5）低壓管殼式余熱鍋爐； 三類容器：屬下列情況之一者為三類容器。（1）高壓容器；（2） 毒性程度極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器和PQ b.2MPa*m3的低 壓容器；（3）易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)且 PQ b.5MPa*m3的中壓反應容 器和P0 10MPa*m的中壓貯存容器；（4）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐。第七章 容器零部件一、法蘭1

44、 、法蘭連接密封的結(jié)構(gòu)及工作原理 法蘭連接由一對法蘭、 墊片和螺栓組成。 墊片裝在兩個法蘭之間， 法蘭通過連接螺栓壓緊墊片來實現(xiàn)密封。2、法蘭類型 根據(jù)法蘭與設備或管道連接的整體程度可分為：（ 1 ）整體法蘭A、對焊法蘭：法蘭帶有錐頸，又稱為帶頸對焊法蘭。這種法蘭的法 蘭環(huán)、錐頸和殼體有效的連成一整體，殼體與法蘭能同時受力，法蘭 的強度和剛度較高。 但法蘭受力會在殼體上產(chǎn)生較大的附加應力， 造 價較高。適用于壓力、溫度較高及有毒、易燃、易爆的重要場合。B、平焊法蘭：又稱為任意式法蘭。從結(jié)構(gòu)上看，法蘭與殼體連成一 體，但兩者間的整體程度比較差。但由于法蘭結(jié)構(gòu)比較簡單，廣泛用 于溫度、壓力不太高的

45、場合。(2) 松式法蘭A、活套法蘭：由于法蘭未能與殼體有效地連成一體，它對設備或管 道不產(chǎn)生附加應力，法蘭剛度小，法蘭厚度較整體法蘭厚。這種法蘭 適用于有色金屬(如銅和鋁)和非金屬設備及管道的連接，因法蘭不 與介質(zhì)接觸，對不銹鋼制設備采用碳鋼制法蘭，可節(jié)約貴重材料。B、螺紋法蘭：這種法蘭受力后的附加應力小，可用于小口徑高壓管 道的連接。第八章 管殼式換熱器管殼式換熱器又稱為列管式換熱器 . 這種換熱器具有處理能力大 適應性強 ,可靠性高 ,設計和制造工藝成熟 , 生產(chǎn)成本低 ,清洗較為方 便等優(yōu)點 .是目前生產(chǎn)中廣泛使用的一種換熱設備 . 管殼式換熱器的 設計或選用 , 除應滿足規(guī)定的化工工藝

46、條件外 , 還需滿足下述各項基 本要求:(1) 換熱效率高 ;(2) 液體流動阻力小 , 即壓力降小 ;(3) 結(jié)構(gòu)可靠,制造成本低 ;(4) 便于安裝、檢修 .一、 管殼式換熱器的型式管殼式換熱器種類很多 , 根據(jù)換熱器所受溫差應力以及是否采用溫差補償裝置 ,分為剛性結(jié)構(gòu)和具有溫差補償?shù)膬深?. 常用的管殼式 換熱器有固定管板式、浮頭式、填函式和U型管式等.1. 固定管板式換熱器固定管板式換熱器 , 分為剛性結(jié)構(gòu)的固定管板式和帶膨脹節(jié)的固 定管板式兩種 .剛性結(jié)構(gòu)的固定管板式換熱器由管板 （ 可兼作法蘭 ） 管束 管箱 折流 板 接管 殼體 封頭等部分組成 . 換熱器殼體和管束通過兩端的管板

47、 剛性地連在一起 . 這種換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單 , 造價較低,每根管子都能 單獨更換 , 管內(nèi)便于清洗等優(yōu)點 . 常用于管束和殼體溫差較小 , 殼程介 質(zhì)清潔 , 不易結(jié)垢的場合 . 當管束與殼體溫差較大時 , 可在殼體上設置 膨脹節(jié)進行溫度補償 . 由于設備的強度受到波形膨脹節(jié)的限制 , 故設 置膨脹節(jié)的換熱器在殼程不能承受太高的壓力 .2. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器中只有一塊管板與殼體剛性固定在一起 ,另一端的 管板可在殼體內(nèi)自由移動 . 管束和殼體在不同溫度下膨脹自由 , 互不 牽制.這種換熱器消除了溫差應力的影響 , 可用于溫差較大的兩種介質(zhì)的換 熱 . 管程和殼程 , 均能承受較高的介

48、質(zhì)壓力 . 管束可從殼程一端抽出 , 殼程與管程的清洗均很方便 . 但由于該換熱器管束與殼程之間存在著 較大的環(huán)隙,其設備的緊湊性差 ,傳熱效率較低 .浮頭部分由活動管板 浮頭蓋和鉤圈組成 . 這種換熱器結(jié)構(gòu)較復雜 , 浮頭處發(fā)生內(nèi)漏不便檢 查,金屬消耗量較大 ,造價也較高 .3. 埴函式換熱器埴函式換熱器 ,換熱器的浮頭與殼體間 , 采用填料函進行密封 和熱補償 . 這種換熱器結(jié)構(gòu)簡單 , 造價較浮頭式低 . 但殼程受到填料密 封的限制 , 不能承受過高的壓力和溫度 . 為了減少管束與殼體之間的 環(huán)隙,可用采用所示的滑動管板結(jié)構(gòu) .由于將填料安裝在管板處 , 使結(jié) 構(gòu)更緊湊 ,密封性能也更為

49、可靠 .4. U型管式換熱器這種換熱器的管束彎成 U 型 ,U 型管兩端固定在同一塊管板上 , 在 管箱中加有一塊隔板 .U型管式換熱器只有一塊管板，結(jié)構(gòu)簡單,造價便宜.但由于管子呈U 型 , 管內(nèi)清洗困難 , 管板上排的管子數(shù)比起直管在管板上的排列數(shù)要 少 . 管束的中心還存在著空隙 , 殼程流體在流動過程中容易短路而降 低傳熱效率 , 為此 , 常在殼程加一縱向擋板 , 迫使兩種液體呈全逆流 . 各排 U 型管由于彎曲半徑不同 ,管子的長度也不同 ,所以管程流體分 布不太均勻 , 管束中的 U 型管出現(xiàn)泄漏只得將漏管端頭堵上 , 不能更 換管子 .U 型管式換熱器主要用于管內(nèi)清潔而不結(jié)垢的

50、高溫、高價介質(zhì) . 殼程介質(zhì)適應性強 , 常用于高壓、高溫、粘度較大的場合 .二、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)1. 管子直徑的選擇換熱管直徑的確定要考慮管內(nèi)介質(zhì)的物性和管內(nèi)流速、流量 , 為 了提高傳熱效率，通常要求管內(nèi)流體呈湍流流動（液體流速為0.3 2m/s,氣體流速825m/s),故一般要求管徑要小若管內(nèi)介質(zhì)粘度較 大, 為了便于清洗 , 減少流動阻力及降低輸送介質(zhì)的動力消耗 , 可適當 增大管徑 .常用的碳鋼和普低鋼無縫管的規(guī)格有19X2、 25x2.5、/ 38x2.5、/ 57X 2.5、/ 57x 3.5等，對于不銹鋼常采用25x 2或38x 2.5。鑄鐵和高硅鐵管從制造角度考慮直徑以50

51、100mn為宜.2. 管子材料的選擇管子材料應根據(jù)設計壓力、溫度、介質(zhì)和腐蝕等條件來選擇 , 在 滿足以上條件的前提下 , 盡量選擇導熱性好的材料 , 對一般介質(zhì) , 普通 碳鋼用得最廣泛 ,特別是 1020 號無縫鋼管 .3. 管子長度的選擇管子長度主要根據(jù)工藝計算和整個換熱器的幾何尺寸的布局來 確定,管子越長,換熱器單位材料消耗越低 .但管子不能太長 ,太長對 流體產(chǎn)生較大阻力 , 維修 清洗 運輸 安裝都不方便 , 管子本身受力也 不好. 常用管長規(guī)格 11.522.53456m 等. 一般臥式換熱器長徑 比為 610, 立式 46為宜.三、管子在管板上的排列管殼式換熱器的管子在管板上的

52、布置不單只考慮設備的緊湊性 , 還要考慮流體的性質(zhì) , 結(jié)構(gòu)設計以及加工制造方面的情況 . 常用正三 角形排列 轉(zhuǎn)角三角形排列 正方形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列 .當殼程為清潔、 不結(jié)垢的液體時 , 宜選用正三角形排列 , 因為同樣 的管板面積上 , 正三角形排管最多 .殼程流體粘度較大或易結(jié)垢需定期清潔殼程時 , 一般采用正方形 排列. 正方形排列在相同管板面積上排列的管子數(shù)量少,比正三角形排列少10%-14%.多程換熱器 , 常采用正三角形和正方形組合排列方法 ,以便安排隔板 位置.對于直徑較大 ,管子較多,按正三角形排列管子總數(shù)超過 127 根 時必須在管束周圍的弓形空間盡量再配置附加換熱管

53、. 這不但增大換 熱面積, 還可防止流體在弓形區(qū)域內(nèi)形成短路 .管板上兩根管子中心間的距離 , 稱為管間距 . 確定管間距既要考 慮結(jié)構(gòu)緊湊性 ,傳熱效率 ,又要考慮管板強度和清洗空間及管子在管 板上固定的影響 , 對于正三角形排列 ,管間距應大于或等于管子直徑 的1.25倍，且不少于d°+6mm對于多程換熱器，隔板兩側(cè)第一排間距可 大一些 , 以滿足隔板的密封和管子固定的要求 .管子排列的最外層的管壁與殼體內(nèi)壁間的距離不得小于 10 mm.四、管子與管板間的連接管子與管板間的連接是管殼式換熱器設計和制造中的主要問題 之一. 管板與管子的連接不但耗工費時 , 更重要的是接頭處是在十分

54、 苛刻的條件下工作 , 其連接質(zhì)量要求很高 . 操作中要求氣密性好 , 并具 有足夠的結(jié)合力 . 否則它將會直接影響生產(chǎn)的正常進行 . 常用的連接 方法有脹接、焊接和焊脹結(jié)合等 .1. 脹接換熱管穿入管板板孔內(nèi) , 再將脹管器插入管內(nèi) , 一般按順時針方 向旋轉(zhuǎn)脹管器 , 利用脹管器的滾柱將管子擴大 , 使管端產(chǎn)生塑性變形 ,管板孔的變形仍保持在彈性范圍內(nèi) . 當取出脹管器后管板恢復彈性收 縮, 使管子與管板之間產(chǎn)生一定的擠壓力而緊密的貼合在一起 . 從而 達到管子與管板連接的目的 .這種連接結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高 , 管子或管板材料會產(chǎn)生高溫蠕變 使接頭處應力松馳或逐漸消失而使連接處引起泄漏 ,

55、 造成連接失效 . 故對脹接結(jié)構(gòu)的使用溫度和壓力都有一定的限制 . 使用溫度不超過 300C,壓力不得超過4MPa.采用脹接型式 , 管板的硬度必須高于管端硬度 , 為了保證脹接質(zhì) 量 , 避免在脹接時管板產(chǎn)生塑性變形 , 一般將管端作退火處理 , 降低其 硬度后進行脹接 .為了提高管子與管板的連接質(zhì)量 , 也可在管板孔內(nèi)開一個或二個 環(huán)形槽,當脹管時管子產(chǎn)生塑性變形 ,管壁被嵌入小槽內(nèi) ,這樣可提高 連接強度和緊密性 .管板開槽脹接的脹接長度取 (1) 兩倍換熱管外徑 ;(2)50mm;(3) 管 板厚度減3mmE者中的最小值.2. 焊接管板與管子間采間焊接連接 , 適應范圍廣 , 連接結(jié)構(gòu)

56、可靠 .管板的加工要求低 , 生產(chǎn)過程簡單 , 生產(chǎn)效率高 .管子與管板選材要求簡化 , 管端也不需退火 , 在壓力不高的情況 下, 可使用較薄的管板 .由于是金屬焊接 , 在冷卻收縮時 , 焊接處容易產(chǎn)生裂紋 , 容易在接 頭處產(chǎn)生應力腐蝕 . 尤其是在高溫高壓下 , 連接處反復受到熱沖擊 , 并 在介質(zhì)腐蝕和介質(zhì)壓力聯(lián)合作用下 , 連接容易失效 .管子與管板間存在著間隙 ,這些間隙中的介質(zhì)會形成死區(qū) , 造成 間隙腐蝕.3. 脹焊結(jié)合由于單獨采用脹接或單獨采用焊接均有一定的局限性 . 為了補此 不足,出現(xiàn)了脹接加焊接的型式 . 根據(jù)加工次序可分為 : 先脹后焊和先 焊后脹兩種形式 . 采用

57、這種連接結(jié)構(gòu)可以消除間隙 , 增加抗熱疲勞的 性能, 適用于高溫 高壓換熱設備 .五、折流板、支撐板、旁路擋板折流板的作用是提高殼程內(nèi)流體速度和加強湍流程度 , 同時還起 支撐換熱管的作用 . 常用的折流板弓型、 圓盤-圓環(huán)形、帶扁形切口等 幾種形式 .采用弓型折流板 , 流體經(jīng)過圓缺部分后垂直通過管束 ,流體死區(qū) 少,且結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝方便.圓盤一圓環(huán)形由于結(jié)構(gòu)較復雜 ,且清洗困 難, 僅用于介質(zhì)壓力較高和不結(jié)垢的場合 .折流板的外徑與殼體之間的間隙越小 , 殼程流體由此“短路”就 越少,因而傳熱效率可提高 . 但間隙太小又給制造帶來困難 ,故間隙要 適中.折流板固定在換熱器拉桿上 , 其拉桿又固定在管板上 .在工藝上不要求設置折流板 （冷凝的 ）若管束較長也需設置一定 數(shù)量在支撐板 . 支撐板的結(jié)構(gòu)與折流板大體相同 ,它只是起支撐作用 , 故可放寬對制造的要求 , 盡量使安裝方便 .對于殼體與管束間有較大環(huán)隙的換熱器則需設置旁路擋板 , 以迫 使流體通過管束以防止“短路” . 旁路擋板沿殼體軸線安裝在殼壁與 并嵌如折流板專門加工的凹槽內(nèi) , 一般在折流板缺口側(cè)使用兩板 .第九章 塔設備概述：化工、石油等工業(yè)部門 ,常用塔設備來完成氣 -液和液 -液兩相間 的傳