化工設備-基礎版

ChoiMine????choi182@ChoiMine????choi182@化工設備基礎復習參考資料——2014年12月20日星期六本次內容較多，該資料僅供參考。贅余、缺失之處仍需深究細考。如有勘誤，敬請指正Choi182@化工設備設計使用的材料的性能力學性能、物理性能、化學性能、加工性能力學性能包括的內容包括強度、塑性、硬度、沖擊韌性、缺口敏感性幾個方面。材料在外力作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，即在外力作用下不超過允許的變形或不被破壞的能力，叫做材料的力學性能。變形和破壞的階段：1.彈性變形2.塑性變形3.斷裂金屬材料的分類和牌號的規(guī)則及應用工業(yè)上將金屬材料一般分為黑色金屬與有色金屬兩大類。1、黑色金屬（1）生鐵:煉鋼生鐵、鑄造生鐵（鑄鐵）、合金生鐵。（2）鋼:a.品質：普通、優(yōu)質、高優(yōu)、特優(yōu)b.化學成分：碳素、合金c.成型方法：鍛、鑄、軋、拉d.金相組織：退伙、正火、無相變e.用途：建筑、結構、工具、特殊、專業(yè)f.綜合：普通、優(yōu)質g.冶煉方法：按爐種分、按脫氧和澆鑄分有色金屬按其性質、用途、產量及其在地殼中的儲量狀況一般分為有色輕金屬、有色重金屬、貴金屬、稀有金屬和半金屬五大類。按合金成分分類銅及其合金：純銅（紫銅）、銅鋅合金（黃銅）、銅錫合金（錫青銅）、無錫青銅（鋁青銅）。輕金屬及其合金：鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金。其他有色金屬合金：鉛、錫及其合金、鋅及其合金、鎳、鈷及其合金。2)牌號表示原則根據(jù)國標GB/T221-2000的規(guī)定，牌號中化學元素用化學符號或漢字表示，產品用途、冶煉和澆注方法采用漢字或拼音字母并用的原則。見表1-6鋼號表示法根據(jù)GB700-88，普通碳素結構鋼的牌號由代表鋼材屈服點的字母、屈服點的數(shù)值、材料質量等級符號、脫氧方式符號等四部分組成，例如：Q235-A·F。表1-7表1-8表1-9表1-10鐵碳合金的組織結構及其應用意義金屬的組織與結構在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒，簡稱組織。電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結構，簡稱結構。鑄鐵一般碳以石墨形式存在，有不同的組織形貌。球墨鑄鐵強度最高；細片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。鐵與碳的相互關系和碳鋼的基本組織碳在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。(1)鐵素體碳溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006％），強度和硬度低，但塑性和韌性很好。低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。(2)奧氏體碳溶解在γ-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。γ-Fe原子間隙較大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃時可溶解0.8％，在1147℃時可達最大值2.06％。奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素異構轉變時產生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。(3)滲碳體滲碳體是鐵與碳形成的具有復雜斜方結構的間隙化合物，含碳量為6.69%，硬度很高（800HBW），塑性和韌性幾乎為零。主要作為鐵碳合金中的強化相存在。顯微鏡下觀察，滲碳體呈銀白色光澤，并在一定條件下可以分解出石墨。碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）稱滲碳體。熔點約1600℃，硬度高，塑性幾乎等于零。含碳量大于2％時，部分碳以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘姸群退苄远急忍间摰?。但鑄鐵具有一定消震能力。（4）珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體（機械混合物）。珠光體的平均含碳量為0.77%，在727℃以下溫度范圍內存在。力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，即綜合性能良好。顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。（5）萊氏體（L）萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為4.3%的液體冷卻到1148℃時發(fā)生共晶轉變，生成高溫萊氏體（Ld）。合金繼續(xù)冷卻到727℃時，其中的奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w，故室溫時由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體（L’d）。統(tǒng)稱萊氏體。萊氏體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相似，即硬度高，塑性差。（6）馬氏體鋼和鐵從高溫急冷下來的組織，是碳原子在a-Fe中過飽和的固溶體。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。代號C的存在方式對性能的影響鐵素體奧氏體滲碳體珠光體來氏體馬氏體5、P、S、Si、Mn、O、Cr、Ni、Ti等對碳鋼性能的影響1）鉻：主加元素，可提高金屬的耐腐蝕性、抗氧化性、淬透性、強度、硬度，降低塑性和韌性。2）錳：可提高強度。3）鎳：可改善鋼的性能。4）硅：提高強度、耐熱性、但降低了塑性和韌性。5）鋁:提高韌性，降低冷脆性，且價廉。6）鉬:提高強度、硬度，可防止回火脆性。7）釩:提高強度、淬透性、塑性。8）鈦:提高強度、韌性、耐熱性。9）稀土元素:提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。6、鋼材熱處理的方法及其對性能的影響鋼、鐵固態(tài)下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學與力學性能，稱為熱處理。熱處理普通熱處理退火緩慢加熱到一定溫度，保溫一段時間，隨爐緩慢冷卻。目的：細化晶粒，提高力學性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分內應力，防止工件變形。正火正火：緩慢加熱到臨界溫度以上30～50℃，保溫一段時間，置于空氣中冷卻。目的：晶粒變細，韌性可顯著提高。鑄、鍛件切削加工前一般進行退火或正火。原理圖見1-14，1-15淬火淬火：加熱至淬火溫度(臨界點以上30℃～50℃)，并保溫一段時間，后投入淬火劑中冷卻。淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強度和耐磨性。淬火劑有空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。合金鋼在油中淬火（導熱性較碳鋼差）,碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火?；鼗鸹鼗鹗谴慊鸷筮M行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝?；鼗鹂梢越档突蛳慵慊鸷蟮膬葢?，提高韌性。表面熱處理表面淬火表面淬火：使零件表面層比心部具有更高的強度、硬度、耐磨性和疲勞強度，而心部則具有一定的韌性?；瘜W熱處理有滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等。滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；滲鋁可提高耐熱、抗氧化性；氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性；滲硅可提高耐酸性等。把工件置于滲碳箱中，周圍填滿固體滲碳劑，即木碳與碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)的混合物，加蓋并用耐火泥密封。然后送入爐中加熱至(900～950)℃，產生的活性碳原子被鋼件表面吸收，形成一定深度的滲碳層7、低合金鋼的優(yōu)異性能表現(xiàn)在哪些方面合金元素：≤5%，含碳量：＜0.2%，組織：鐵素體和珠光體。有良好的焊接性能，較高的強度，耐腐蝕性和低溫性能。廣泛用于橋梁、車輛、鍋爐、化工容器和輸油管等。8、不銹耐酸鋼中鉻、鎳的作用是什么？主要合金元素鉻：耐腐蝕性。含量＞12%鎳：可擴大不銹鋼的耐腐蝕范圍，特別是提高耐堿能力。錳：提高強度和硬度。鉬：提高對氯離子的抗蝕能力、耐熱強度。鈦：防止焊接用不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕。分類鉻不銹鋼：1Cr13.2Cr13(11.7%)鉻鎳不銹鋼：0Cr18Ni9（晶間腐蝕）9、提高耐熱鋼耐熱性能的方法是什么？1、耐熱鋼：在高溫條件下仍能保持足夠強度和抗氧化性而不起皮的鋼。主要用于熱工動力機械、加熱爐等高溫條件工作的構件。Cr、Al、Si鐵素體形成元素，被高溫氣體氧化后生成一種致密的氧化膜；Ni、Mn奧氏體形成元素，提高高溫強度和改善抗?jié)B碳性；V、Nb、Ti形成強碳化物提高高溫強度；C和N擴大和穩(wěn)定奧氏體提高高溫強度,B和Re均為耐熱鋼中添加的微量元素，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。2、分類抗氧化鋼：在高溫下有一定強度，有較好的抗氧化性，用于長期燃燒環(huán)境。如加熱爐底板、滲碳箱等。熱強鋼：高溫下有一定抗氧化性和較高強度以及良好組織穩(wěn)定性。3、提高鋼的熱強性的方法：強化固溶體:Cr、Mo；穩(wěn)定金相組織：Cr、Mo、V、Ti；提高鋼的再結晶溫度：Mo、Cr、W、Ni等。10、有色金屬材料的特征及用途鋁（L）鋁的性能濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會破壞鋁表面的氧化膜。鋁不會產生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質的容器；鋁不會使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。鋁的導熱性能好，適合于作換熱設備2、工業(yè)純鋁高純鋁L01、L02----制做濃硝酸設備。工業(yè)純鋁----5083、50863、鋁合金（GB/T16474-2011）1000純鋁、2000銅合金3000錳合金、4000硅合金5000鎂合金、6000-8000不常用銅半貴重金屬1、純銅（紫銅）低溫時可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設備和高壓設備墊片。耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質的腐蝕，對淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。純銅呈紫紅色，熔點1083℃，密度為8.96g/cm3，面心立方晶格、無同素異晶轉變，良好的電導性、熱導性、耐蝕性、抗磁性和加工工藝性能。工業(yè)純銅的代號用“T”加順序號表示，共有T1、T2、T3、T4四個牌號。序號越大，純度越低。純銅主要用于制作電線、電纜、導熱材料及配置合金。變形純銅的牌號Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。T1、T2是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。T3雜質含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如墊片、鉚釘?shù)?。TU1、TU2為無氧銅，純度高，主要用作真空器件。TP1、TP2為磷脫氧銅，多以管材供應，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。黃銅銅與鋅的合金稱黃銅。鑄造性能好，力學性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價格便宜，應用較廣。在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素，特種黃銅。錳、鋁能提高強度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。壓力加工黃銅的牌號用“H+數(shù)字”表示。如H68H80大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。H68塑性好，單相黃銅H68，有較高的強度，冷、熱變形能力，較好的耐蝕性，用于制造形狀復雜、耐蝕的零件。H62在室溫下塑性較差，但有較高的強度，可進行熱變形加工，廣泛用于制作熱軋、熱壓零件或由棒材經機加工制造各種零件。機械強度較高，易焊接，價格低廉，可做深冷設備的筒體、管板、法蘭及螺母等。HSn70-l錫黃銅,含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。ZCuZn38，具有鑄造性能好，組織致密，主要用于一般的結構件和耐蝕零件。(2)白銅鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅。再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復雜（特殊）白銅。白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。(3)青銅銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無錫青銅。錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅(WSn＜7%)。錫青銅典型牌號ZQSn10-1，有高強度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。錫青銅用來鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等以及彈簧等彈性元件。錫青銅的鑄造收縮率小，用于鑄造形狀復雜、致密性要求不高，耐磨、耐蝕的零件。無錫青銅力學性能好在普通黃銅中加入其他合金元素的黃銅加入的合金元素有鉛、錫、鋁、硅、錳、鐵、鎳等，以改善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學性能等。壓力加工特殊黃銅的牌號用“H+主加合金元素符號+銅的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例：HPb59-1。鑄造特殊黃銅的牌號表示方法與鑄造鋁合金相同，例：ZCuZn16Si4。鉛硬度低、強度小，不宜單獨作為設備材料，只適于做設備的襯里。熱導率小；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質中，特別是在硫酸(80%的熱硫酸及92%的冷硫酸)中鉛具有很高的耐蝕性。鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號為PbSb4、PbSb6、PbSb8和PbSb10。鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農藥、電器設備中可用來做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等零件。由于鉛具有耐輻射的特點，在工業(yè)上用作X射線和g射線的防護材料。鉛合金的自潤性、磨合性和減振性好，噪音小，是良好的軸承合金。鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。鈦鈦的密度?。?.507g/cm3）、強度高、耐腐蝕性好、熔點高。工業(yè)純鈦牌號有TA0、TA2、TA3(編號愈大、雜質含量愈多)。純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材料。在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。鎳高強度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質的化工設備。牌號為NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應用最廣。蒙乃爾合金能在500℃時保持高的力學性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。11、非金屬材料的分類及其應用特點既可用作結構材料，又能作設備的保護襯里、涂層，還可做設備的密封材料、保溫材料和耐火材料。非金屬材料分為無機非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機非金屬材料（塑料、涂料、橡膠等）及近20～30年來發(fā)展的復合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。12、金屬腐蝕的方式和分類根據(jù)腐蝕的破壞形式，分為均勻腐蝕和非均勻腐蝕，后者又稱局部腐蝕。定義：金屬與周圍介質之間發(fā)生化學或電化學作用而引起破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。（比如鐵生銹、鐵在酸中溶解等。）分類：金屬腐蝕根據(jù)腐蝕過程中有無電流產生化學腐蝕（如氫腐蝕）化學腐蝕金屬遇到干燥的氣體和非電解質溶液發(fā)生化學作用所引起的腐蝕，叫化學腐蝕。特點：產物在金屬的表面；腐蝕過程中沒有電流產生。有兩種作用：鈍化作用和活化作用。電化學腐蝕（如晶間腐蝕、應力腐蝕）化學腐蝕金屬遇到干燥的氣體和非電解質溶液發(fā)生化學作用所引起的腐蝕，叫化學腐蝕。特點：產物在金屬的表面；腐蝕過程中沒有電流產生。有兩種作用：鈍化作用和活化作用。13、晶間腐蝕、應力腐蝕的發(fā)生、表現(xiàn)和防止方法。晶間腐蝕和應力腐蝕發(fā)生在晶界，晶粒之間結合力下降，與元素Cr的含量有關。典型實例：奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕措施：在鋼中加入Ti和Nb元素；采用低碳、超低碳的奧氏體不銹鋼。應力腐蝕金屬在腐蝕介質和拉應力的共同作用下產生的一種破壞形式。腐蝕與拉應力起互相促進的作用。三個階段：孕育階段、裂紋擴展和最終破壞。14、化工設備設計選材的一般原則1)遵循標準：GB150-1998《鋼制壓力容器》、《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》HGJ15-89《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》2)當壓力容器使用普通低碳鋼制造時，常用Q235B、Q235C3)考慮經濟性4)其它指導準則碳素鋼用于介質腐蝕性不強的常、低壓容器或壁厚不大的中壓容器；低合金鋼，用于介質腐蝕性不強的中、高壓容器；不銹鋼用于介質腐蝕性較強的場合；耐熱鋼用于高溫場合奧氏體不銹鋼不能用于易發(fā)生晶間腐蝕的場5）標準零部件（如法蘭、人孔、手孔等）的材料選擇符合國家標準或行業(yè)標準。6）溫度下限品種、材質、物理性能、加工、經濟15、容器分類的方式及相關標準按承壓方式分類內壓容器：L、M、H、U。外壓容器又稱為真空容器，壓力小于0.1Mpa時。按作用原理（即用途）分類：C、R、E、S、B。按安全技術管理分類：三類壓力容器。按容器壁溫分類，可分為常、中、高和低溫容器四種。按壁厚分類，分為薄壁容器（δ/Di≤0.1）和厚壁容器δ/Di＞0.116、容器零部件標準化的意義及標準化的參數(shù)標準化的意義①組織現(xiàn)代化生產的重要手段之一。實現(xiàn)標準化，有利于成批生產，縮短生產周期，提高產品質量，降低成本從而提高產品的競爭能力。②標準化為組織專業(yè)化生產提供了有利條件。有利于合理地利用國家資源，節(jié)省原材料，能夠有效地保障人民的安全與健康；采用國際性的標準化．可以消除貿易障礙提高競爭能力，實現(xiàn)標準化可以增加零部件的互換性。有利于設計、制造、安裝和檢修，提高勞動生產率。我國有關部門已經制定了一系列容器零部件的標準，例如圓簡體、封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡和液面計等。容器零部件標準化的基本參數(shù)——公稱直徑DN和公稱壓力PN①公稱直徑：是將容器及管子直徑加以標準化以后的標準直徑。A．壓力容器(筒體、封頭)的公稱直徑：由鋼板卷制的筒體，公稱直徑是指它的內徑；當筒體的直徑較小，直接采用無縫鋼管制作時，容器的公稱直徑應是指無縫鋼管的外徑；封頭的公稱直徑與筒體一致。B．管子：公稱直徑既不是它的內徑，也不是外徑，而是小于管于外徑的一個數(shù)值。只要管子的公稱直徑一定，它的外徑也就確定了，而管子的內徑則根據(jù)壁厚的不同有多種尺寸，它們大都接近于管子的公稱直徑。C．其它零部件的公稱直徑：有些零部件的公稱直徑，如壓力容器法蘭，鞍式支座等就是指與它相配的筒體與封頭的公稱直徑。而管法蘭、手孔等則是指與它相配的管子的公稱直徑。②公稱壓力：是將所能承受的壓力范圍分為若干個等級，因為公稱直徑相同的同類零件，只要它們的工作壓力不相同，那么它們的其他尺寸也就不會一樣。所以規(guī)定了若干個壓力等級，這種規(guī)定的標準壓力等級就是公稱壓力，以PN表示。17、薄壁容器應力計算公式18、邊緣應力的概念、特點、處理方法概念：圓筒受內壓，直徑增大的同時，曲率半徑也增大；連接邊緣的變形也會產生應力。特點局部性：衰減波特性。自限性：邊緣產生塑性形變，應力減小。處理方法局部處理材料選擇－塑性好的材料進行危險性計算－二次應力校核19、彈性設計失效準則（chap4）1、彈性失效理論對于中、低壓薄壁容器，目前通用的是彈性失效理論。依據(jù)這一理論，容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點σst，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是說，容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內。保證器壁內的相當應力必須小于材料由單向拉伸時測得的屈服點，即σ當＜σs。2．強度安全條件為了保證結構安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結構中的最大工作應力與材料的許用應力之間滿足一定的關系。即σ0—極限應力（由簡單拉伸試驗確定）n—安全系數(shù)[σ]—許用應力σ當—相當應力，由強度理論來確定。20、設計參數(shù)的確定1壓力工作壓力pw：指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。設計壓力p：指設定的容器頂部的最高壓力，它與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不低于工作壓力。計算壓力pc：指在相應設計溫度下，用以確定殼體各部位厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當殼體各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于5%設計壓力時，可忽略不計。 設計壓力與計算壓力的取值方法表4－2 爆破片形式與最低標定爆破壓力Psmin表4－3，42設計溫度設計溫度：指容器在正常工作情況下，在相應的設計壓力下，設定的金屬元件的溫度（沿金屬元件截面厚度的溫度平均值）。設計溫度是選擇材料和確定許用應力時不可少的參數(shù)。無法計算或實測溫度時，所用原則較多。3許用應力和安全系數(shù)（1）許用應力的取法（2）安全系數(shù)的取法安全系數(shù)是不斷發(fā)展變化的參數(shù)，科技發(fā)展，安全系數(shù)變??；要求記憶：常溫下，碳鋼和低合金鋼nb=3.0，ns=1.6。4焊接接頭系數(shù)焊縫區(qū)是容器上強度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)的強度主要決定于熔焊金屬、焊縫結構和施焊質量。焊接接頭系數(shù)的大小決定于焊接接頭的型式和無損檢測的長度比率。表4-85厚度附加量C=C1+C2C1—鋼板壁厚負偏差；按相應的鋼板或鋼管標準的規(guī)定選?。斾摬牡暮穸蓉撈畈淮笥?.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計。表4-9，10C2—腐蝕裕量；為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導致厚度削弱減薄，應考慮腐蝕裕量。表4-11，126、直徑系列與鋼板厚度表2-5，表4-1321、標準封頭的基本參數(shù)22、外壓容器的失穩(wěn)的方式和表現(xiàn)外壓容器的定義殼體外部壓力大于殼體內部壓力的容器均稱為外壓容器。外壓薄壁容器的受力對于薄壁殼體來講，內壓薄壁圓筒受的是拉應力，即σm=pD/4δ，σθ=pD/2δ。而外壓薄壁圓筒所受的是壓應力，這種壓縮應力的數(shù)值與內壓容器相同，只是改變了應力的方向，然而，正是由于方向的改變，使得外壓容器失效形式與內壓不同。外壓容器很少因為強度不足發(fā)生破壞，常常是因為剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)。下面我們來看看失穩(wěn)的定義。失穩(wěn)及其實質失穩(wěn)：承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一數(shù)值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現(xiàn)波紋，載荷卸除后，殼體不能恢復原狀，這種現(xiàn)象稱為外壓殼體的失穩(wěn)（Instability）。容器失穩(wěn)型式的分類1、按受力方向分為側向失穩(wěn)與軸向失穩(wěn)容器由均勻側向外壓引起的失穩(wěn)，叫側向失穩(wěn)，特點是失穩(wěn)時，殼體橫斷面由原來的圓形變?yōu)椴ㄐ?，波?shù)可以是兩個、三個、四個……，如圖所示2、按壓應力作用范圍分為整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)23、長、短和剛性圓筒的臨界壓力、臨界長度計算(建議看PPT或者課本)鋼制長圓筒臨界壓力可以由圓環(huán)的臨界壓力公式推得:對于鋼制圓筒,μ=0.3臨界壓力引起的臨界應力為:24、外壓圓筒壁厚設計圖算步驟算圖的由來外壓圓筒和管子厚度的圖算法對Do/δe≥20的圓筒和管子對Do/δe＜20的圓筒和管子25、加強圈設計的作用和設計安裝方法加強圈的作用：縮短圓筒的長度，增加圓筒的剛性。加強圈的間距如果筒體的Do、δe已經確定，使該筒體安全承受所規(guī)定的外壓pc所需加強圈的最大間距，可以由鋼制短圓筒的臨界壓力的計算公式解出：所需加強圈的個數(shù)等于圓筒不設加強圈的計算長度L除以所需加強圈間距Ls再減去1，即加強圈個數(shù)n＝（L/Ls）－15.5.3加強圈尺寸設計5.5.4加強圈與圓筒間的連接加強圈與圓筒之間可采用連續(xù)的或間斷的焊接。當加強圈設置在容器外面時，加強圈每側間斷焊接總長，應不小于圓筒外圓周長的1/2，最大間歇t＝8δn當設置在里面時，加強圈每側間斷焊接總長，應不小于圓筒外圓周長的1/3，最大間歇t＝8δn。加強圈允許割開或削弱而不需補強的最大弧長間斷值，可由圖5－19查得。26、法蘭的形式及影響法蘭密封的因素密封組成：被連接件——一對法蘭；連接件——若干螺栓、螺母；密封元件——墊片。分類：1）按法蘭接觸面分為：窄面法蘭——整個接觸面在螺栓孔內，如榫槽面寬面法蘭——法蘭接觸面在中心圓的內外兩側，螺栓從墊片中穿過，用于中低壓或墊片較軟的場合，如平面、凹凸面。2)按法蘭與設備或管道的聯(lián)接方式劃分為：(1)整體法蘭將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或全焊透，典型的整體法蘭有一個錐形的頸脖，故又稱高（長）頸法蘭。法蘭受力后會使容器產生附加彎曲應力。常見的形式有平焊法蘭和對焊法蘭兩種。(2)松套法蘭法蘭不直接固定在殼體上或雖然固定而不能保證法蘭與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結構。因不需焊接，法蘭盤可以采用與設備或管道不同的材料制備。(3)螺紋法蘭法蘭和管壁通過螺紋進行連接，法蘭對管壁產生的附加應力較小。常用于高壓管道。法蘭的形狀，除常見的以外，還有方形和橢圓形。方形法蘭有利于把管子排列緊湊。橢圓形法蘭常用于閥門和小直徑的高壓管上。影響因素：1、螺栓預緊力1)預緊力不能過大，也不能過小。（過大：使墊片壓壞或擠出；過?。哼_不到墊片壓緊并實現(xiàn)初始密封條件。）2)適當提高預緊力，可以增加墊片的密封能力。（因為：使?jié)B透性墊片材料的毛細管孔隙減?。?)使預緊力均勻作用于墊片——可以采取減小螺栓直徑以及增加螺栓個數(shù)的辦法。2、壓緊面(密封面)型式1)平面型壓緊面壓緊面的表面為平面或帶溝槽的平面。優(yōu)點：結構簡單，加工方便。缺點：是接觸面積大，需要的預緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力P≤2.5Mpa，有毒、易燃、易爆質中不能使用。2)凹凸型由一個凹面和一個凸面配合組成。墊片放凹面中。優(yōu)點：便于對中，能防墊片擠出。可用在P≤6.4Mpa，DN≤800mm3)榫槽型一榫一槽密封面組成，優(yōu)點是對中性好，密封預緊壓力小，墊片不易擠出，也不受介質沖刷，用于易燃易爆密封要求高處。缺點是更換較困難，榫易損壞。3、墊片性能主要考慮變形能力和回彈能力，回彈能力大的，適應范圍廣，密封性能好，注意回彈能力僅取決于彈性變形，與塑性變形無關。按材料分常用墊片有三種。1)非金屬墊片橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯和膨脹石墨，斷面形狀一般為平面或O型，柔軟，耐腐蝕，但使用壓力較低，耐溫度和壓力的性能較金屬墊片差。2)金屬墊片P≥6.4Mpa，t≥350℃時，一般都采用金屬墊片或墊圈，材料有軟鋁、鋼、鐵、鉻鋼和不銹鋼等。斷面形狀有平面性、波紋性、齒型、橢圓型和八角型等，一般要求軟韌，并不要求強度高，對壓緊面的加工質量和精度要求較高。3)金屬——非金屬組合墊片增加了金屬的回彈性，提高了耐蝕、耐熱、密封性能，適用于較高壓力和溫度。操作壓力和溫度是影響密封的主要因素，也是選用墊片的主要依據(jù)。4、法蘭剛度剛度不足，導致過大的翹曲變形，往往是導致密封失效的原因。剛性大的，法蘭變形小，并可以使分散分布的螺栓力均勻地傳給墊片，故可以提高密封性能。提高法蘭剛度的措施：增加法蘭厚度；減小螺栓力作用的力臂(即縮小中心圓直徑)；增大法蘭盤外徑。5、操作條件操作條件指壓力、溫度、介質。單純的壓力或介質因素對泄漏的影響并不是主要的，但當壓力、介質和溫度聯(lián)合作用時，問題會顯得嚴重。27、容器支座的種類臥式容器支座：雙鞍座、圈式支座、支腿立式容器支座28、開孔補強的形式和開孔不用補強的條件補強形式：內加強平齊接管、外加強平齊接管、對稱加強凸出接管、密集補強允許不另行補強的條件殼體開孔滿足下列全部條件要求時，可不另行補強1）設計壓力≤2.5Mpa；2）兩相鄰開孔中心的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍；3）接管公稱外徑≤89mm；4）按管最小壁厚應滿足最小厚度要求（表6－19）。29、容器零部件的種類接管、凸緣、手孔和人孔、視鏡30、管殼式換熱器的種類及其應用特征固定管板式換熱器浮頭式換熱器填料函式換熱器U型管式換熱器優(yōu)點：結構簡單、緊湊、布管多，管內便于清洗，更換、造價低，應用廣泛。管壞時易堵漏。優(yōu)點：管束可以抽出，便于清洗；優(yōu)點：造價比浮頭式低，檢修、清洗容易，填料函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)；優(yōu)點：結構簡單，造價低，殼程可清洗，一個管缺點：不易清洗殼程，一般管殼壁溫差大于50℃，設置膨脹節(jié)。缺點：換熱器結構較復雜，金屬耗量較大。缺點：殼程內介質由外漏的可能，殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質。板，管子可自由伸縮，無溫差應力適用場合：適用于殼程介質清潔，不易結垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。適用場合：適用于介質易結垢的場合。適用場合：適用于低壓小直徑場合。缺點：管程不能清洗，管板上布管少，結構不緊31、分程隔板、折流板的作用分程原因當換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時，為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。分為單層和雙層兩種。雙層隔板具有隔熱空間，可防止熱流短路。折流板及支承板1、作用①提高殼程內流體的流速②加強湍流強度③提高傳熱效率④支撐換熱管。（當工藝上無折流板要求而管子較細長時，應考慮有一定數(shù)量的支承板，以便安裝和防止管子變形；支撐板的尺寸、形狀可與折流板相同。）2、結構折流板和支撐板的常用形式有弓形、圓盤－圓環(huán)形和帶扇形切口三種。32、溫差應力的來源、破壞、減小方法溫差應力產生的原因如圖所示,固定管板式換熱器的殼體與管子,在安裝溫度下,它們的長度均為L(圖a);當操作時(圖b),殼體和管子的溫度都升高,若管壁溫度高于殼壁溫度,則管子自由伸長量δt和殼體自由伸長量δs分別為：式中αt，αs——分別為管子和殼體材料的溫度膨脹系數(shù)，1/℃；t0——安裝時的溫度，℃tt，ts——分別為操作狀態(tài)下管壁溫度和殼壁溫度，℃;由于管子與殼體是剛性連接，所以管子和殼體的實際伸長量必須相等，見圖c，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產生拉應力；管子被壓縮，產生壓應力。此拉、壓應力就是溫差應力。這就是溫差應力產生的原因。溫差應力的補償措施（1）減少殼體與管束間的溫度差（2）裝設撓性構件（3）使殼體和管束自由熱膨脹（4）雙套管溫度補償33、塔設備設計需要考慮的因素基本結構：塔體：包括筒節(jié)、端蓋和聯(lián)接法蘭等；內件：塔板或填料及其支承裝置；支座：一般為裙式支座；附件：包括人孔、進出料接管、各類儀表接管液體和氣體的分配裝置，以及塔外的扶梯、平臺、保溫層等。）34、裙座體設計的方面組成：座體、基礎環(huán)、螺栓座、管孔設計座體設計首先參照塔體厚度試取一座體的有效厚度Ses，然后驗算危險截面的應力。危險截面位置，一般取裙座基底截面（0－0截面）或人孔處（1－1截面）。如基底為危險截面時應滿足下列條件：其中Fv0－0僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。如裙座上人孔或較大管線引出孔處為危險截面時應滿足下列條件：操作時其中Fv1－1僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。2）基礎環(huán)設計①基礎環(huán)尺寸的確定基礎環(huán)的內、外徑一般可以參照下式選取：Dob＝Dis＋（160～400）（mm）Dib＝Dis－（160～400）（mm）②基礎環(huán)厚度計算操作時或水壓試驗時，設備重量和彎矩在混凝土基礎上（基礎環(huán)底面上）所產生的最大組合軸向壓應力為：基礎環(huán)的厚度須滿足σbmax≤Ra，Ra為混凝土基礎的許用應力。基礎環(huán)上無筋板時，基礎環(huán)厚度的計算公式為：基礎環(huán)上有筋板時，基礎環(huán)的厚度按下式計算：基礎環(huán)厚度求出，應加上壁厚附加量2mm，并圓整到鋼板的規(guī)格厚度。無論無筋板或有筋板的基礎環(huán)厚度均不得小于16mm。③地腳螺栓計算地腳螺栓承受的最大拉應力為：如果σB≤0，則設備自身足夠穩(wěn)定，為固定設備，設置一定數(shù)量的地腳螺栓。如果σB＞0，設備必須安裝地腳螺栓，并計算地腳螺栓的螺紋根部的直徑d1。計算時可先按4的倍數(shù)假定地腳螺栓的數(shù)量n，再按下式計算：圓整后地腳螺栓的公稱直徑不得小于M24。4）裙座與塔體的連接①裙座與塔體連接焊縫結構a、對接焊縫b、搭接焊縫②裙座與塔體對接焊縫的驗算對接焊縫J－J截面處的最大拉應力：③裙座與塔體搭接焊縫的驗算J－J截面處搭接焊縫的剪應力按下列兩式之一驗算：35、板式塔、填料塔的結構及應用特征總體結構1塔體與裙座結構2塔盤結構：塔盤板、降液管、溢流堰、緊固件和支承件。3除沫裝置：用于分離氣體夾帶的液滴，多位于塔頂出口處。4設備管道：人孔、接管等。5塔附件：保溫圈、吊柱、扶梯、平臺等。8.3.2塔盤結構塔盤實際上是塔中的氣、液通道。為了滿足正常操作要求，塔盤結構本身必須具有一定的剛度以維持水平，塔盤與塔壁之間要保持一定的密封性以避免氣、液短路。塔盤的結構有整塊式和分塊式兩種。一般塔徑在800~900mm以下時，為方便安裝和檢修，采用整塊式塔盤，而塔徑在800~900mm以上時，人可以進入塔內進行裝拆，可采用分塊式塔盤。800~900mm兩種均可。1、整塊式塔盤特點：塔徑小，生產能力較小。2、分塊式塔盤1）、做成分塊式的原因（1）在工藝上，塔徑大，塔盤過大，分液不均勻；（2）對碳鋼，塔板厚3~4mm，不銹鋼2~3mm，塔徑過大，易形成弧形，安裝時水平度不好，從剛度出發(fā)，仍要分塊；（3）塔板過大，不能放進塔內，因一般從人孔