第一章 化工設備概述

一、化工設備在化工生產(chǎn)中的應用1、化工設備概念

化工設備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳動機構組成的裝置，主要用于完成傳熱，傳質和化學反應等過程，或用于儲存物料的設備?；ぴO備使用與維護管道塔設備加熱爐閥門反應設備泵換熱設備一、化工設備在化工生產(chǎn)中的應用2、化工設備的應用

典型煉油、化工生產(chǎn)裝置所需的化工設備化工設備使用與維護序號生產(chǎn)裝置名稱所需的主要設備1丁烯氧化脫氫生產(chǎn)丁二烯反應器、各種塔器、蒸發(fā)器、空氣壓縮機、混合器、廢熱鍋爐、各種泵2合成氨加熱爐、反應器、分餾塔、壓縮機、換熱設備、各種泵3乙烯催化水合生產(chǎn)乙醇加熱爐、反應器、壓縮機、分餾塔、洗滌塔、各種泵一、化工設備在化工生產(chǎn)中的應用2、化工設備的應用

化工設備不僅用于化工和煉油生產(chǎn)中，而且在輕工、醫(yī)藥、食品、冶金、能源、交通等工業(yè)部門也有著廣泛的應用?；ぴO備使用與維護

二、化工設備的類型按照各自設備在化工生產(chǎn)的作用進行分類

化工設備使用與維護反應設備換熱設備傳質設備儲存設備流體輸送設備加熱設備

二、化工設備的類型1、流體輸送設備

各種泵、壓縮機、鼓風機以及與其相配套的管線和閥門等等

化工設備使用與維護

二、化工設備的類型2、加熱設備加熱設備是將原料加熱到一定的溫度，使其汽化或為其進行反應提供足夠的能量。

化工設備使用與維護

蒸發(fā)器

廢（余）熱鍋爐

二、化工設備的類型3、加換熱設備換熱設備是將熱量從高溫物體傳給低溫物體，以達到加熱、冷凝、冷卻的目的，并從中回收熱量，節(jié)約燃料。

化工設備使用與維護

列管式換熱器

大型集成換熱器

二、化工設備的類型4、傳質設備傳質設備是利用物料之間某些物理性質，如沸點、密度、溶解度等的不同，將處于混合狀態(tài)的物質（氣態(tài)或液態(tài)）中的某些組分分離出來。

化工設備使用與維護吸收塔精餾塔

二、化工設備的類型5、反應設備反應設備的作用是完成一定的化學和物理反應，其中化學反應是起主導和決定作用的，物理過程是輔助的或伴生的。

化工設備使用與維護高溫反應器合成塔

二、化工設備的類型6、儲存設備儲存設備是用來盛裝生產(chǎn)用的原料氣、液體、液化氣等物料的設備

化工設備使用與維護液氨儲罐高位儲罐球形儲罐三、化工生產(chǎn)對化工設備的要求1、工藝性能要求

（1）達到工藝指標（2）生產(chǎn)消耗低（3）生產(chǎn)效率高2、安全性能要求（1）、強度：指設備及其零部件抵抗外力破壞的能力。（2）、剛度：指設備及其零部件抵抗外力作用變形的能力（3）、穩(wěn)定性：指設備及其零部件在外力作用下維持原有的能力?；ぴO備使用與維護三、化工生產(chǎn)對化工設備的要求2、安全性能要求（4）、耐蝕性：指設備抗腐蝕的能力。（5）、密封性：指設備阻止介質泄漏的能力。3、使用和經(jīng)濟性能的要求化工設備除了要滿足安全可靠性之外，還需滿足經(jīng)濟方面要求。（1）、盡量降低設備成本：通過節(jié)約材料、優(yōu)化加工制造工藝等（2）、操作維修方便：考慮設備在使用過程中便于拆裝、檢修、清洗等操作?；ぴO備使用與維護一、金屬材料的力學性能

材料的力學性能

材料在外力（或外加能量）作用下，在變形和強度方面所表現(xiàn)出來的性能。是通過各種力學試驗得到的，如拉伸、壓縮、彎曲、沖擊、疲勞、硬度等試驗。化工設備使用與維護硬度強度塑性韌性彈性溫影度響剛度一、金屬材料的力學性能（一）材料的彈性和剛度

1、內(nèi)力：物體受到外力作用后其內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生了相互作用力。2、應力:單位面積上的內(nèi)力，用σ表示。3、變形:物體受到外力作用后其原始尺寸或形狀發(fā)生了變化，這種變化稱為變形。4、應變：變形的量與原始尺寸的比值，用?表示化工設備使用與維護一、金屬材料的力學性能（一）材料的彈性和剛度σ=F/AA為試件的原始截面積?=?l/l?l/l為拉伸時的變形量E=σ/?材料的彈性模量，它反映了材料抵抗彈性變形的能力，即剛度。E值越大、材料的剛度也越大，越不容易發(fā)生彈性形變，E值越小、材料的彈性越好，越容易發(fā)生彈性形變。化工設備使用與維護一、金屬材料的力學性能（一）材料的彈性和剛度化工設備使用與維護比例極限AA1

彈性極限一、金屬材料的力學性能（二）材料的強度和塑性1、強度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性?；ぴO備使用與維護持久強度σD蠕變強度σn屈服強度σs(σ0.2)抗拉強度σb疲勞極限σn強度指標一、金屬材料的力學性能（二）材料的強度和塑性σs越大，材料越不容易發(fā)生塑性變形。它是衡量材料強度重要指標之一σb

越大，材料越不容易斷裂。它是衡量材料強度又一重要指標化工設備使用與維護一、金屬材料的力學性能（二）材料的強度和塑性2、塑性：金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。（材料能夠產(chǎn)生塑性變形的性質）主要有兩個塑性指標：化工設備使用與維護伸長率δ斷面收縮率Ψδ和Ψ越大，材料在斷裂前產(chǎn)生的塑性變形越大，材料的塑性越好一、金屬材料的力學性能（三）硬度

材料抵抗他物壓入或劃痕的能力。表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、維氏硬度HV(比洛氏硬度更適合于測定極薄試樣的硬度)，顯微硬度?；ぴO備使用與維護一、金屬材料的力學性能（四）材料的沖擊韌性

材料抵抗沖擊載荷的能力。表示材料彈塑性變形為斷裂全過程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴展的能力。承受靜載荷抗裂紋擴展的能力——缺口敏感性承受動載荷時抗裂紋的能力——沖擊韌性化工設備使用與維護一、金屬材料的力學性能（五）溫度對材料力學性能的影響

材料的力學性能所包括的強度、塑性、韌性、硬度四個指標中，強度和塑性占主導地位，但使用時要考慮溫度的變化?；ぴO備使用與維護T

T

二、化工設備常用的金屬材料1、碳鋼

（1）碳鋼的分類

化工設備使用與維護

低碳鋼按含碳量

高碳鋼

鎮(zhèn)靜鋼：Z

按脫氧方式

半鎮(zhèn)靜鋼：b

普通碳素鋼按品質

高級優(yōu)質碳素鋼中碳鋼優(yōu)質碳素鋼隨著含碳量的增加，鋼的強度硬度增加，而塑性韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼，脫氧完全，鋼錠組織致密，質量好。優(yōu)質鋼，S、P雜質含量低，質量好。二、化工設備常用的金屬材料1、碳鋼（2）碳鋼的牌號

化工設備使用與維護a）普通碳素結構鋼（GB700-88）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＋脫氧方法符號，常用Q235B，Q235C，Q235A·F

二、化工設備常用的金屬材料1、碳鋼

（2）碳鋼的牌號

化工設備使用與維護a）普通碳素結構鋼（GB700-88）

Q

235－A

F質量等級為A，共分A、B、C、D四級屈服極限σs=235MPa脫氧方式：有Z、TZ、F、b四種，其中Z和TZ可省略。屈二、化工設備常用的金屬材料1、碳鋼（2）碳鋼的牌號

化工設備使用與維護b）優(yōu)質碳素結構鋼（GB711-88）較普通碳素結構含S、P量較少，表面質量較好。常用10、15、20g、20R和20等。g—鍋爐用鋼R---壓力容器用鋼D---低溫用鋼

牌號：兩位數(shù)字＋表示脫氧方法的字母二、化工設備常用的金屬材料1、碳鋼（2）碳鋼的牌號

化工設備使用與維護b）優(yōu)質碳素結構鋼（GB711-88）牌號：兩位數(shù)字＋表示脫氧方法的字母

數(shù)字——含碳量萬分數(shù)字母——只在沸騰鋼時注出低碳鋼0810152025中碳鋼30354045505560高碳鋼6065708085二、化工設備常用的金屬材料2、合金鋼

化工設備使用與維護在碳素鋼的基礎上加入少量合金元素。特別：鍋爐鋼和容器鋼主要用于殼體或鍋爐承壓元件。在普通低合金結構鋼中常加入：Mn、Si、Cr、Mo、V、Cu、P等，Mn、Si、Cr、V提高強度，Cu、P提高耐蝕性二、化工設備常用的金屬材料2、合金鋼

化工設備使用與維護典型牌號：16Mn、16MnR、15MnV、15MnVR、

18MnMoNb、18MnMoNbR、09Mn2V等。特點：含碳量一般低于0.25%，較高的屈服強度和屈強比（ss/sb=0.65～0.95），較好的冷熱加工性能、良好的焊接性能，較低的冷脆傾向以及較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。

二、化工設備常用的金屬材料2、合金鋼

（1）低合金鋼的牌號（GB/T221-2000）

平均含碳量萬分數(shù)＋合金元素符號＋平均合金元素含量百分數(shù)平均合金含量小于1.5%——不標注平均合金含量1.5～2.49%——“2”平均合金含量2.5～3.49%——“3”，依此類推壓力容器用普通低合金鋼——牌號后加“R”低溫用鋼——牌號后加“D”

化工設備使用與維護二、化工設備常用的金屬材料2、合金鋼（2）高合金鋼的牌號（GB/T221-2000）

指不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金

化工設備使用與維護不銹鋼牌號表示方法平均含碳量質量分數(shù)的千分數(shù)＋合金元素符號＋平均合金元素含量百分數(shù)平均含碳量小于千分之一——“0”平均含碳量小于萬分之三——“00”二、化工設備常用的金屬材料舉例鋼號表示法

優(yōu)質碳素鋼——化工設備使用與維護沸騰鋼含碳量為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08F

20R

二、化工設備常用的金屬材料

低合金鋼——16MnR16——含碳量0.16%；

Mn——合金元素；

R——容器鋼。特殊性能鋼——1Cr18Ni91——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%。化工設備使用與維護二、化工設備常用的金屬材料3、鑄鐵化工設備使用與維護含碳量2.11%以上，大多碳以石墨形式存在，并含有較多S、P、Si、Mn等雜質。是脆性材料，抗拉強度較低，但有良好鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。在一些介質如濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機溶劑等中耐腐蝕性能好。按鑄鐵中石墨的不同形態(tài)鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。二、化工設備常用的金屬材料3、鑄鐵（1）灰鑄鐵化工設備使用與維護1.牌號：HT+抗拉強度

b表示如HT100，其中100表示

b≮100MPa。常用灰鑄鐵牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.力學性能：強度低，硬度高，塑性很差。3.工藝性能：優(yōu)良的鑄造性，切削性好，能焊接。二、化工設備