水工藝設備課件

水工藝設備基礎給排水工程（淨水廠、污水處理廠）工程建設中，設備部分的選擇、投資、安裝運行過程中，設備部分的使用、維修水工藝設備基礎課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課程。1999年制定的給水排水工程學科專業(yè)目錄。2000年通過的給水排水工程本科課程教學大綱。課程任務：瞭解與水工藝設備的製造、設計、工藝特點、適用條件有關的基本知識。主要內(nèi)容：水工藝設備常用材料、水工藝設備理論基礎、典型水工藝設備。要求先修課程：水力學、工程力學、無機化學、有機化學、電子電工學基礎。水工藝設備基礎教材：《水工藝設備基礎》，黃廷林主編，中國建工出版社，2002年6月；參考書：實用水處理設備手冊，史惠祥主編，化工出版社，2000年；給水排水設計手冊（第九冊）專用機械，上海市政院編，2000年；機械工程材料，文九巴編，機械工業(yè)出版社，1998年。水工藝設備基礎基本要求：基本掌握與水工藝設備設計、製造有關的材料學、機械製造與傳動、結構力學、傳熱學等方面的基本知識；系統(tǒng)瞭解和掌握常用水工藝設備的基本原理、典型構造、工藝特點與分類及其適用條件；能夠為水工藝設備的開發(fā)、研製或改進提出工藝、材料、結構等方面的要求；能夠根據(jù)工程及工藝要求，選擇適宜的設備（器材）類型。教材章節(jié)分佈CH1水工藝設備常用材料重點掌握常用材料的基本性能、不同材料的使用條件，能根據(jù)工藝結構要求合理選用材料。CH2材料設備的腐蝕、防護及保溫CH3水工藝設備理論基礎：容器應力、機械傳動製造、熱量傳遞與交換CH4水工藝設備分類各種專業(yè)設備的工藝原理、基本結構、適用範圍與條件。第1章水工藝設備常用材料工程材料金屬材料非金屬材料鋼鐵材料有色金屬材料合金材料無機非金屬材料（陶瓷）有機高分子材料第一章水工藝設備常用材料選取設備材料的原則：(技術經(jīng)濟性)材料在整個設備工作壽命期限內(nèi)要滿足工藝和機械兩方面要求，即保證材料對水質(zhì)無污染或具有良好的耐腐蝕性能，同時保證材料具有足夠的強度、良好的連接性能和其他加工性能。另外，所選用的材料還應考慮到維修、更新等因素在內(nèi)的最經(jīng)濟的材料。選材的原則和方法方法：1、經(jīng)驗法：根據(jù)經(jīng)驗或參考同類設備零件選材，進行必要的校核計算選擇；2、替代法：材料短缺、經(jīng)濟原因、工藝手段或出現(xiàn)新材料；3、綜合分析法：對零件的工作條件全面分析計算，確定主要性能指標，再選擇。原則：1、滿足零件的使用性能要求，在一定的壽命期限內(nèi)正常工作；2、具有較好的工藝性能，便於加工，並易於保證加工品質(zhì)；3、有較好的經(jīng)濟性。1.1金屬材料主要有碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、合金鋼、有色金屬金屬材料的特點：具有較高的強度、良好的塑性和變形能力（金屬鍵結合）；良好的導電性、導熱性（共用電子自由運動）；不透明，有金屬光澤，對光具有良好的反射性能；有正的電阻溫度係數(shù)。1.1.1金屬材料的分類鐵屬於過渡性元素，在常壓下熔點1538度，固態(tài)鐵的特性是同素異構轉(zhuǎn)變，即不同溫度下具有不同的晶體結構。鋼在不同情況下有五種相：液相L:鐵和碳的液體溶液。δ相：1394度，高溫鐵素體γ相：912度，奧氏體α相：1394度，鐵素體Fe3C相：滲碳體鋼按化學成分分類碳鋼合金鋼低碳鋼ωc<0.25%中碳鋼0.3<ωc<0.55%高碳鋼ωc>0.6%低合金鋼（合金元素總量小於5％）中合金鋼（合金元素總量5～10％）低合金鋼（合金元素總量大於10％）按品質(zhì)和用途分類按品質(zhì)（硫磷含量）分為：普通鋼：S<0.055%P<0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：<0.040%高級優(yōu)質(zhì)鋼：S<0.030%P<0.035%按用途分為：結構鋼:構件、零件。工具鋼:刀具、量具、模具。特殊性能鋼1.1.1金屬材料的分類鋼的編號1、普通碳素結構鋼：Q235-AF表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼2、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼：45鋼、45Mn鋼3、碳素工具鋼：T8鋼4、合金結構鋼：30CrMnSi鋼5、合金工具鋼：9SiCr1.1.2金屬材料基本性能金屬材料的化學成分

C：隨含碳量增加，鋼的強度和硬度不斷提高，塑性、韌性隨之下降。含碳量超過0.9％時，鋼強度降低。含碳量高影響鋼的焊接性能。

S：硫使鋼熱加工時容易開裂，降低鋼韌性，含量須嚴格控制

P：降低韌性，冷脆現(xiàn)象，須嚴格控制

Mn:有益元素，提高強度和硬度

Si:有益元素1.1.2金屬材料基本性能物理性能：密度、熔點、熱膨脹係數(shù)、導熱性、導電性、彈性模量工藝性能：材料在加工方面的物理、化學和機械性能的綜合表現(xiàn)，即加工性能?？珊感钥慑懶郧邢骷庸ば猿尚凸に囆越饘俨牧匣拘阅軝C械性能：

彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除後能夠恢復其原來形狀的性能。

塑性：在外力作用下材料產(chǎn)生塑性永久變形而不被破壞的能力。

金屬材料基本性能強度：指材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。由於載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等，所以強度也分為抗拉強度（最大應力）、屈服強度（產(chǎn)生屈服）、疲勞強度（無限次應力迴圈而不斷裂的最大應力）、硬度（抵抗表面局部塑性變形及破壞）。韌性：材料對缺口或裂紋敏感程度的反映，用來衡量材料的抗裂紋擴展能力。1.1.2金屬材料基本性能熱處理性能：以改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材在固態(tài)下加熱到一定溫度，在此溫度下保持一定時間，然後以不同的速度冷卻的一種操作。普通表面退火正火淬火回火表面淬火表面化學熱處理熱處理工藝退火：將鋼件加熱到高於或低於鋼的臨界溫度，保溫一定時間，隨後以極緩慢的速度冷卻（切斷熱源爐冷）。目的是降低硬度，利於切削加工；細化晶粒，改善組織，提高機械性能；消除內(nèi)應力，提高塑性和韌性。正火：將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫後在空氣中冷卻。目的是改善組織，提高強度和韌性，改善切削加工性。淬火：將鋼件加熱到某一溫度，保溫一定時間，迅速冷卻至室溫（油冷或水冷），目的是提高鋼的硬度?；鼗穑簩⒋慊疳岬匿摷訜岬侥骋粶囟?，保溫一定時間，然後取出空冷或油冷。目的是提高韌性，降低脆性。表面熱處理工藝表面淬火：將鋼件表面進行快速加熱，然後快速冷卻的局部淬火。目的是獲得高硬度的表面層和有利的殘餘應力分佈，提高耐磨性和疲勞強度。感應加熱法和火焰加熱法?；瘜W熱處理：將鋼件放入一定的化學介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，使表面的化學成分發(fā)生變化，從而改變金屬的表面組織和性能。目的是使工件心部有足夠的強度和韌性，表面具有高的硬度和耐磨性，提高工件的疲勞強度、表面抗蝕性和耐熱性。方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲。1.1.3耐蝕金屬材料及性能腐蝕：在金屬部件中經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，鋼的生銹，高溫下的氧化，石油管道，化工設備，船舶殼體的損壞都與腐蝕有關。金屬的腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學反應，如金屬加熱生成氧化皮。電化學腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中由於原電池作用引起的，當兩種金屬互相連接放入電解質(zhì)溶液時，由於兩種金屬的電極電位不同，彼此形成原電池，有電流產(chǎn)生，陽極被腐蝕，陰極被保護。為了避免腐蝕，一種方法是形成表面保護膜，另一種是使金屬呈單相組織，避免形成兩個電極，依靠合金元素提高鐵素體或奧氏體的電極電位。1.1.3耐蝕金屬材料及性能耐蝕性：材料抵抗周圍介質(zhì)對其腐蝕破壞的能力。耐蝕性隨材料的工作條件而改變碳鋼的耐蝕性：在淡水、大氣、土壤、海水中不耐蝕，在各類乾燥空氣和有機溶劑中耐蝕性良好，在低濃度堿溶液、濃硫酸中耐蝕。影響因素：介質(zhì)、含碳量、熱處理條件1.1.3耐蝕金屬材料及性能耐蝕低合金鋼：在碳鋼中加入合金元素的總量低於3％左右的合金。加入的合金元素種類含量不同，所起作用不同。銅、鉻、鋁能使鋼表面形成穩(wěn)定保護膜，提高鋼在海水、大氣中耐蝕性。鎢、鉬、鈦能與碳形成穩(wěn)定碳化物，提高鋼的抗氫腐蝕能力。鎳提高鋼的對酸堿耐蝕性和抗腐蝕疲勞能力。分類：耐大氣腐蝕、耐海水腐蝕、耐硫化氫腐蝕、耐氫腐蝕1.1.3耐蝕金屬材料及性能不銹鋼：鉻鎳含量較高的合金鋼。通常把耐大氣腐蝕的合金鋼稱為不銹鋼，把在酸中及其他強腐蝕性介質(zhì)中耐腐蝕的合金鋼稱為耐酸鋼。按化學成分分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。按顯微組織分為馬氏體、鐵素體、奧氏體。馬氏體主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13。鋼中加入鉻，使電極電位升高，在陽極形成保護膜，鈍化。在大氣、水蒸氣、淡水、海水、溫度不超過30的鹽水溶液、硝酸、食品介質(zhì)、濃度不高的有機酸中有耐蝕性。在硫酸鹽酸熱磷酸熱硝酸熔融堿中耐蝕性低。1.1.3耐蝕金屬材料及性能鐵素體：1Cr17的耐蝕性和塑性都比較好。奧氏體：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti。強度、硬度很低，無磁性、塑性、韌性、耐蝕性好，具有良好焊接性、冷加工性、低溫韌性?？捎渺堆u作在腐蝕性介質(zhì)（硝酸、磷酸、堿、有機無機酸水溶液）使用的設備。1.1.3耐蝕金屬材料及性能有色金屬及其合金：具有良好耐腐蝕性和耐低溫性能，主要有銅、鋁、鈦、鉛、鎳及其合金。合金鋁及鋁合金銅及其合金具有高的導電性、導熱性、塑性、冷韌性，並且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。①純銅:也稱紫銅。銅在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中、比較穩(wěn)定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當穩(wěn)定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。銅具有高的導電性、導熱性、塑性和良好的加工性能，另外，銅具有良好的冷韌性。但銅的強度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結構材料。合金②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。

黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、矽、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。特點：機械性能與含鋅量有著極為密切的關係；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大於20%的黃銅經(jīng)冷加工後，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環(huán)境中都可引起應力腐蝕斷裂。黃銅在中性溶液、海水和在退火後酸洗溶液中易發(fā)生脫鋅腐蝕，可在黃銅中加入0.02%的砷防止其發(fā)生。青銅：凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、矽等其他元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和矽青銅等。特點：錫青銅鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對酸類的抗蝕性較差。鋁青銅的機械性能也比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。矽青銅具有比錫青銅高的機械性能和較低的價格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。合金（2）鋁及其合金①鋁特點：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導電性、導熱性、塑性、冷韌性都好，但強度低，經(jīng)冷變形後強度可提高；能承受各種壓力加工。鋁是電極電位很負的元素，鋁在強氧化性介質(zhì)以及在氧化性酸（如硝酸）中也是穩(wěn)定的。鹵素離子對鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其他含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。

應用：廣泛用於製造反應器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件等②鋁合金純鋁的強度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、矽等形成鋁合金，其性能將會有很大的改善。合金（3）鈦及鈦合金①純鈦特點：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許多環(huán)境中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。有"耐海水腐蝕之王"之稱。高溫下，鈦的化學活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個別介質(zhì)（如發(fā)煙硝酸、甲醇溶液）中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。②鈦合金

特點：鈦合金的機械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應力腐蝕破裂。合金（4）鉛及其合金

①鉛：特點：鉛的強度小（僅為鋼的1/20）、硬度低、密度大、再結晶溫度低、熔點低、導熱性差，在硫酸中、大氣中（特別是有二氧化硫、硫化氫的氣體中）有很高的耐蝕性，在生產(chǎn)上多用於處理硫酸的設備上。鉛有毒，且價格高，在生產(chǎn)上多被其他非金屬材料代替。純鉛不耐磨，非常軟，不宜單獨製作設備，只能做襯裏。②鉛合金：鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強度和在硫酸中的穩(wěn)定性。加入不同銻含量的鉛銻合金稱為硬鉛（編號規(guī)則同前）。硬鉛可製作硫酸工業(yè)用的泵、閥門、管道等。(5)鎳及其合金①鎳：

特點：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。鎳具有高強度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細絲。鎳很稀貴，在水處理工程和化工上主要用於製造鹼性介質(zhì)設備，以及鐵離子在反應過程中會發(fā)生催化影響而不能採用不銹鋼的那些過程設備。②鎳合金：Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學性能和機械性能，易於壓力加工和切削加工，耐蝕性好。主要用於在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設備。Ni－Mo合金中的哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni－Cr合金中的因考爾合金（0Cr15Ni57Fe），在高溫下具有很好的力學性能和很高的抗氧化能力，是能抗熱濃MgCl2腐蝕的少數(shù)幾種材料之一。1.2無機非金屬材料分類傳統(tǒng)陶瓷：以粘土為主要原料的工業(yè)陶瓷和日用陶瓷玻璃：工業(yè)玻璃、建築玻璃、日用玻璃玻璃陶瓷：光學玻璃陶瓷、耐熱耐蝕微晶玻璃特種陶瓷：具有特殊機械物理化學性能的陶瓷。氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷金屬陶瓷：粉末冶金法生產(chǎn)的金屬材料。複合材料。陶瓷的機械性能剛度：很高，是各種材料中最高的。氣孔率提高或升高溫度會降低材料的彈性模量即剛度。硬度：很高。隨溫度升高而降低。強度：由於組織中存在晶界，實際強度比理論強度低很多。受緻密度、雜質(zhì)和缺陷的影響很大。塑性：極差。韌性：極低。陶瓷的物理化學性能熱膨脹：低導熱性：低，很好的絕熱材料熱穩(wěn)定性：很低化學穩(wěn)定性：穩(wěn)定，耐火，抗蝕導電性：變化很廣總之，主要特點是：具有不可燃燒性，高耐熱性，高化學穩(wěn)定性，不老化性，高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，對溫度劇變的抵抗力很低，抗拉抗彎性能差。耐蝕無機非金屬材料大部分無機非金屬材料是矽酸鹽材料。耐蝕性能主要取決於二氧化矽的含量和其他金屬氧化物的含量。二氧化矽含量在60％以上的矽酸鹽材料具有優(yōu)良的耐蝕性能，除HF和高溫磷酸外可耐所有酸腐蝕，但不耐堿。若氧化鋅和二氧化鈦含量較高，則可耐酸、堿。陶瓷及其耐蝕性能耐酸陶瓷：化工陶瓷，由粘土、長石、石英等原料經(jīng)過粉碎、混合、制胚、乾燥和高溫焙燒形成表面光滑、斷面緻密、類似石英的材料。用來製作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門。氮化矽陶瓷：膨脹係數(shù)小，耐溫度急變性好，摩擦係數(shù)小，優(yōu)良耐磨材料。用來製作機械密封環(huán)、球閥和耐蝕耐磨耐高溫的精密零部件。玻璃及其耐蝕性能除HF、熱H3PO4和強鹼外，幾乎耐所有酸和氧化劑的腐蝕，表面光滑，透明度好，但耐溫度急變性差，質(zhì)脆，不耐衝擊震動?？捎米餮u作容器、量具、管道閥門等。玻璃抵抗水酸堿腐蝕的能力主要由二氧化矽和鹼金屬氧化物的含量決定。硼矽酸鹽玻璃和低堿無硼玻璃。化工陶瓷及其耐蝕性能搪瓷是將瓷釉塗搪在金屬底材上，經(jīng)過高溫燒制而成，是金屬和瓷釉的複合材料。化工搪瓷是將含矽量高的耐酸瓷釉塗敷在鋼鐵設備的表面，經(jīng)高溫焙燒，使之與金屬密著，形成緻密耐腐蝕的玻璃質(zhì)薄層。除了HF、高溫磷酸和強鹼外，能耐酸、鹽、有機溶劑和弱鹼的腐蝕。表面光滑易清洗。1.3高分子材料高分子材料：高分子聚合物或高聚物(Polymer),分子量大多在5000～1000000，其分子是由許多小分子單元鍵合而成的長鏈狀分子。如聚乙烯、聚丙烯腈（腈綸）、滌綸等。高分子材料的性能主要決定於高分子的單體、鏈接結構、聚合度等。n(CH2=CH2)(-CH2-CH2-)nCH2=CH2為單體，n為聚合度高分子化合物的合成、分類、命名將單體通過聚合反應聚合起來形成化合物。1、加聚反應：由小分子單體相互加成而連接成大分子鏈的過程。均聚物（同種單體）、共聚物（兩種以上單體）。如聚乙烯為均聚物，ABS工程塑膠是由單體丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚生成。2、縮聚反應：具有多官能團的單體分子相互反應，生成物析出小分子（水、氨、醇等）。反應生成的聚合物為縮聚物，成分與單體不同。如滌綸、尼龍、酚醛樹脂等。分類：碳鏈有機聚合物、雜鏈有機聚合物、元素有機聚合物、無機聚合物。命名：化學結構、原料單體、商品名稱、代表符號。高分子材料的性能重量輕、高彈性滯彈性：蠕變、應力鬆弛、滯後與內(nèi)耗塑性與受迫彈性強度與斷裂韌性減摩、耐磨性絕緣性耐熱性、耐蝕性高分子材料的性能老化：高聚物在長期使用或存放中，由於受各種因素的作用，性能隨時間不斷惡化，逐漸喪失使用價值的過程。其主要表現(xiàn)為：對於橡膠為變脆、龜裂或發(fā)粘、變軟；對於塑膠為退色，失去光澤和開裂，而且這些現(xiàn)象是不可逆的。老化的主要原因：分子鏈的結構發(fā)生了降解或交聯(lián)。降解為大分子斷鏈或裂解。交聯(lián)是分子鏈之間生成化學鍵，形成網(wǎng)狀結構。改善措施：表面防護；改進結構；加入防老化劑。高分子材料的性能常用塑膠1、塑膠的組成塑膠是指以有機合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。一般來講，組成塑膠的物質(zhì)主要包括：①合成樹脂：由低分子化合物通過聚合或縮聚反應合成的高分子化合物。②填料（或增強材料）：是塑膠改性最重要的成分，起增強性能的作用。③固化劑：作用是通過交聯(lián)使樹脂具有體型網(wǎng)狀結構、硬化和穩(wěn)定塑膠製品。高分子材料的性能④增塑劑：用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。⑤穩(wěn)定劑：其作用主要是延遲塑膠在環(huán)境中的老化過程。⑥潤滑劑：可防止塑膠成形過程中產(chǎn)生的粘模問題。⑦著色劑：其作用是使塑膠著色，可為有機顏料或無機顏料。⑧阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄。2、常用塑膠的分類及特性（1）按照熱性能分：①熱塑性塑膠加熱時軟化，可塑造成形，冷卻後則變硬。線型聚合物。②熱固性塑膠初加熱時軟化，可塑造成形，但固化之後再加熱，將不再軟化，也不溶於溶劑。體型聚合物。高分子材料的性能（2）按照使用範圍分①通用塑膠指應用範圍廣，生產(chǎn)量大的塑膠品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑膠等.②工程塑膠主要指綜合工程性能（包括機械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等）良好的各種塑膠。最重要的有聚甲醛、聚醯胺、聚碳酸酯、ABS等四種。③耐熱塑膠指能在較高溫度下工作的各種塑膠。常見的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機矽樹脂、環(huán)氧樹脂等。常用塑膠PVCPSABSPEPP橡膠天然橡膠組成：天然橡膠是橡膠樹的樹汁經(jīng)過煉製的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯（C5H8）高分子聚合物。特點：天然橡膠的力學性能較差；化學穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強酸、有機酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。應用：在水工藝工程、化學工程等設備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設備的襯裏；硬橡膠還可製成整體設備，如泵、管道、閥門等。合成橡膠組成：合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。特點及其應用：丁基橡膠的突出特點是不透氣性，對氧化性環(huán)境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性。矽橡膠無味、無毒，其最大的特點是耐熱性好，可用作墊圈、密封件材料和隔熱材料。氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫、耐油、耐強氧化劑和耐酸鹼性能，主要用於高溫、強氧化環(huán)境。複合材料一、概述1、概念

複合材料就是由兩種或更多種的物理和化學本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工製成的一種多相固體材料。①它可改善或克服組成材料的弱點，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點。②它可按照零部件、構件的結構和受力要求，給出預定的、分佈合理的配套性能，進行材料的最佳設計。③它可造成單一材料不易具備的性能或功能，或在同一時間裏發(fā)揮不同功能的作用。2、分類（1）玻璃纖維複合材料用玻璃纖維增強工程塑膠的複合材料，即玻璃鋼。玻璃鋼分熱塑性和熱固性兩種。複合材料①熱塑性玻璃鋼熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑和以熱塑性樹脂為粘結劑製成的複合材料。②熱固性玻璃鋼熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強劑和以熱固性樹脂為粘結劑製成的複合材料。（2）碳纖維複合材料①碳纖維複合材料：作基體的樹脂，目前應用最多的是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯。②碳纖維碳複合材料：用有機基體浸漬纖維坯塊，固化後再進行熱解，或纖維坯型經(jīng)化學氣相沉積，直接填入碳。③碳纖維金屬複合材料：用於熔點較低的金屬或合金，在碳纖維表面鍍金屬，製成了碳纖維鋁基複合材料。④碳纖維陶瓷複合材料：我國研製了一種碳纖維石英玻璃複合材料。複合材料（3）硼纖維複合材料①硼纖維樹脂複合材料：基體主要為環(huán)氧樹脂、聚苯並咪唑和聚醯亞胺樹脂等。硼纖維是由硼氣相沉積在鎢絲上來制取的。②硼纖維金屬複合材料：常用的基體為鋁，鎂及其合金，還有鈦及其合金等。（4）金屬纖維複合材料作增強纖維的金屬主要是強度較高的高熔點金屬鎢、鉬、鋼、不銹鋼、鈦、鈹?shù)龋鼈兡鼙换w金屬潤濕，也能增強陶瓷。①金屬纖維金屬複合材料：研究較多的增強劑為鎢鉬絲，基體為鎳合金和鈦合金。②金屬纖維陶瓷複合材料：利用金屬纖維的韌性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。複合材料3、複合材料的性能特點（1）比強度和比剛度高

增強劑或者基體為比重小的物質(zhì)，或兩者的比重都不高,且都不是完全緻密的；另一方面，增強劑多是強度很高的纖維。比強度和比彈性模量是各類材料中最高的。（2）抗疲勞性能好首先，缺陷少的纖維的疲勞抗力很高；其次，基體的塑性好，能消除或減小應力集中區(qū)的大小和數(shù)量。（3）減振能力強複合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易發(fā)生共振而快速脆斷；另外，複合材料是一種非均質(zhì)多相體系，在複合材料中振動衰減都很快。複合材料（4）高溫性能好增強纖維多有較高的彈性模量，因而常有較高的熔點和較高的高溫強度。此外，由於複合材料高溫強度好，耐疲勞性能好、纖維和基體的相容性好，熱穩(wěn)定性也是很好的。（5）斷裂安全性高纖維增強複合材料每平方釐米截面上有成千上萬根隔離的細纖維。超載會使其中部分纖維斷裂，但隨即迅速進行應力的重新分配，而由未斷纖維將載荷承擔起來，不至造成構件的瞬間完全喪失承載能力而斷裂，所以工作的安全性高。除上述幾種特性外，複合材料的減摩性、耐蝕性以及工藝性能也都較好。但是，複合材料為各向異性材料，橫向拉伸強度和層間剪切強度是不高的，同時伸長率較低，衝擊韌性有時也不很好，尤其是成本太高，所以目前應用還很有限。習題金屬材料的基本性能包括哪幾個方面的內(nèi)容？影響鋼材性能的因素主要有哪些？不銹鋼有哪些類型？鋁、銅及其合金的主要性能特點是什麼？高分子材料主要有哪些類型？常用材料有哪些？2023-11-11第2章材料設備的腐蝕防護與保溫主要內(nèi)容：1、材料設備的腐蝕與防護基本原理2、設備腐蝕防護技術3、材料的選用4、保溫目的5、保溫材料介紹6、保溫結構與施工2023-11-11一、概述什麼是腐蝕？定義：金屬材料和周圍環(huán)境發(fā)生化學或電化學作用而破壞。

工程材料和周圍環(huán)境發(fā)生相互作用而破壞。腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。三個基本要素：腐蝕的對象腐蝕的性質(zhì)腐蝕的後果2.1材料設備的腐蝕與防護2023-11-11耐蝕性指材料抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力腐蝕性指環(huán)境介質(zhì)腐蝕材料的強弱程度腐蝕過程的本質(zhì)金屬→金屬化合物

△G﹤0，自發(fā)過程不可逆過程2023-11-111、腐蝕的危害經(jīng)濟損失巨大資源和能源浪費嚴重引發(fā)災難性事故造成環(huán)境污染2.1材料設備的腐蝕與防護2023-11-11經(jīng)濟損失包括直接損失和間接損失直接損失：指採用防護技術的費用和發(fā)生腐蝕破壞以後的維修、更換費用和勞務費用。間接損失：指設備發(fā)生腐蝕破壞造成停工、停產(chǎn)；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蝕使產(chǎn)品污染，品質(zhì)下降，設備效率降低，能耗增加；在計算壁厚時需增加腐蝕裕度，造成鋼材浪費等。2023-11-11舉例1975年美國芝加哥一個大的煉油廠一根15cm的不銹鋼彎管破裂引起爆炸和火災，停車6周，這次腐蝕事故總維修費50萬美元，停車造成的稅收損失高達500萬美元。美國：1949年55億美元

1960～1969年150～200億美元

1975年700億美元

1982年1269億美元

1995年8000億美元英國：1969年13.65億英鎊（27.3億美元）2023-11-112、腐蝕與防護科學的發(fā)展（1）遠在5000年前採用火漆作為木、竹器的防腐塗層。（2）18世紀下半葉開始的工業(yè)革命促進了腐蝕與防護科學理論研究的發(fā)展。（3）近30多年來，腐蝕與防護科學發(fā)展成為一門融合了多種學科的新興邊緣學科2.1材料設備的腐蝕與防護2023-11-11設備材料腐蝕圖片

2023-11-11設備材料腐蝕圖片

2023-11-11腐蝕的分類按環(huán)境分類：大氣腐蝕土壤腐蝕海水腐蝕高溫氣體腐蝕化工介質(zhì)腐蝕按形態(tài)分類：局部腐蝕全面腐蝕按相互作用的性質(zhì)：電化學腐蝕物理腐蝕2023-11-111、金屬的化學腐蝕金屬的化學腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學作用，生成金屬化合物並使材料性能退化的現(xiàn)象。（1）金屬氧化及其氧化膜大多數(shù)金屬氧化的結果都是在其表面上形成一層氧化物固相膜。（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化：鋼鐵在空氣中加熱，溫度高於800℃，表面上就開始形成多孔、疏鬆的“氧化鐵皮”。二、腐蝕與防護基本原理2023-11-11氫蝕：溫度超過200~300℃，壓力高於30.4MPa時，氫將對鋼產(chǎn)生顯著作用，導致氫脆、脫碳、CH4生成，鋼劇烈脆化，造成氫蝕。鑄鐵的腫脹：腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部，發(fā)生氧化作用，鑄鐵體積變大，產(chǎn)生腫脹，其強度大大降低。脫碳：脫碳是指在腐蝕過程中，與氧化皮層相連的內(nèi)層滲碳體Fe3C與介質(zhì)中的氧、氫、二氧化碳、水等作用使?jié)B碳體減少，生成的氣體降低了膜的保護作用；材料性能降低。1、金屬的化學腐蝕2023-11-11（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：元素Cr、Al、Si等改善鋼鐵材料抗氧化性能最有效的合金元素，與氧的親和力比鐵強，在氧化性介質(zhì)中首先與氧結合形成極穩(wěn)定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，氧化物結構緻密，能夠牢固地與金屬基體結合，形成有效的保護層。

改善介質(zhì)：通過設法改善介質(zhì)成分，可以減輕乃至消除某些特定環(huán)境條件下的腐蝕危害。1、金屬的化學腐蝕2023-11-11應用保護性覆蓋層：利用金屬或非金屬塗層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來，是防止氣體腐蝕的有效途徑。實質(zhì)是抗氧化合金元素的表面合金化。耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：採用熱噴塗或等離子噴塗的方法，可以將耐熱氧化物噴塗在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層，達到抗高溫氧化的目的。1、金屬的化學腐蝕2023-11-11（1）金屬的電化學腐蝕及發(fā)生條件原理：金屬的電化學腐蝕原理在本質(zhì)上與熟知的銅－鋅原電池是一樣的，這種引起金屬腐蝕的原電池，叫做腐蝕原電池。發(fā)生條件：化學成分不均一，含有各種雜質(zhì)和合金元素；存在組織結構不均一；物理狀態(tài)不均一；表面氧化（保護）膜不完整。2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11腐蝕原電池原理2023-11-11金屬的電化學腐蝕銅板上的鐵鉚釘為什麼特別容易生銹？

帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤，空氣中的二氧化碳、二氧化硫和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質(zhì)溶液，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。2023-11-11金屬的電化學腐蝕2023-11-11（2）極化

極化是指原電池由於電流通過，使其陰極和陽極的電極電位偏離其起始電位值的現(xiàn)象。活化極化：電化學反應遲緩造成；濃差極化：電極反應物（或反應生成物）輸運遲緩造成；電阻極化：在電極表面上生成了具有保護作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的。2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11（3）鈍化鈍化是金屬與介質(zhì)作用後，失去其化學活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)稱為鈍化劑。成相膜理論：當金屬溶解時，可在金屬表面生成一層緻密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。吸附理論：認為，引起金屬鈍化並不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11（4）氫去極化和氧去極化腐蝕①氫去極化腐蝕：以氫離子還原反應為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡稱析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個步驟：a.水化氫離子脫水H＋·nH2O→H＋＋nH2Ob.形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH(電化學步驟)c.吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M(脫附)d.氫分子形成氣泡，從表面逸出。2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11影響氫去極化腐蝕的主要因素金屬材料性狀：金屬材料性質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)pH值：低pH值，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區(qū)面積：面積增大，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，腐蝕速度增大溫度：溫度升高，氫過電位減小，而且陽極反應和陰極反應速度都將加快，導致腐蝕速度隨溫度的升高而增大2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11②氧去極化腐蝕：在中性和鹼性溶液中，氫離子的濃度較低，析氫反應電位較負，一般金屬腐蝕過程的陰極反應往往不是析氫反應，而是溶液中氧的還原反應，此時腐蝕去極化劑是氧分子。這類腐蝕稱為氧去極化腐蝕，簡稱吸氧腐蝕。氧去極化腐蝕發(fā)生條件：只有當金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負時，才有可能發(fā)生吸氧腐蝕。氧去極化過程有以下幾個步驟組成：2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11a.氧通過氣/液介面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進入溶液；b.溶解氧通過對流擴散均布在溶液中；c.氧以擴散方式通過電極表面的擴散層，到達金屬的表面；d.氧在金屬表面進行還原反應。2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：電位降低則氧去極化腐蝕的速度增大溶解氧濃度：DO濃度提高，氧去極化腐蝕速度隨之增大溶液流速：流速越大，腐蝕速度越大鹽濃度：濃度的增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高溫度：升高氧的擴散和電極反應速度加快2、金屬的電化學腐蝕2023-11-11（1）全面腐蝕

全面腐蝕的特徵：腐蝕分佈在整個金屬表面，使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。純金屬及成分組織均勻的合金在均勻的介質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出該類腐蝕形態(tài)。全面腐蝕的控制：合理選材、留有裕量施加保護性覆蓋層緩蝕劑電化學保護3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2023-11-11（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部區(qū)域，而其他大部分表面幾乎不腐蝕。局部腐蝕特徵：明晰固定的腐蝕電池陽極陰極區(qū)面積相對較小的陽極區(qū)電化學過程具有自催化性

腐蝕事例中局部腐蝕占80%以上。3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)2023-11-11兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不等使它們之間有電偶電流流動，使位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕，電偶腐蝕亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。要避免電偶腐蝕需考慮如下三個方面：正確選材：電偶腐蝕的推動力是互相接觸的金屬之間存在電位差，應盡可能選取電偶序中相距較近的合金，或者對相異合金施以相同的鍍層消除面積效應：避免大陰極、小陽極的電偶添加適當?shù)木徫g劑：緩飾劑可以有效地控制電偶腐蝕①電偶腐蝕2023-11-11在金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，而其餘地區(qū)不被腐蝕或者只有很輕微的腐蝕，這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點蝕?？孜g的影響因素及其控制：合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金品質(zhì)有密切的關係介質(zhì)的組成和狀況：孔蝕大多在含有鹵族元素化合物的介質(zhì)中發(fā)生，降低介質(zhì)中鹵素可預防孔蝕。此外，加強溶液攪拌、迴圈或通氣也有利於預防和減輕孔蝕②小孔腐蝕2023-11-11緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等能增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利於受損的鈍化膜的再鈍化。陰極保護：利用陰極保護法，使金屬的電極電位控制在孔蝕保護電位以下。②小孔腐蝕——影響因素及控制2023-11-11Fe2+Ｆｅｃｌ２ＨｃｌＨ２Ｓ間或有ＦｅCｌ２．４Ｈ２Ｏ結晶含Ｈ２Ｓ的酸性氯化物溶液ＭｎＳ＋２Ｈ＋

Ｍ２＋ｎ＋Ｈ２ＳｅＣｌ－Ｃｌ－ｅＦｅＦｅ２＋＋２ｅＦｅ２＋＋Ｈ２ＯＦｅＯＨ＋＋Ｈ＋２Ｈ＋＋２ｅＨ２ｅＦｅ（ＯＨ）３多孔鏽層Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ４０Ｈ－Ｏ２Ｏ２中性充氣氯化鈉溶液Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２Ｏ２因杵氫偶而將鏽層衝破Ｈ２Ｏ２Ｏ２ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋Ｆｅ３Ｏ４←３ＦｅＯＯＨ＋ｅ起源於硫化物夾雜的碳鋼孔蝕機理示意圖

根據(jù)Ｗｒａｎｇｌｅｎ2023-11-11金屬部件在介質(zhì)中，金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙(0.025~0.1mm)，縫隙內(nèi)介質(zhì)處於滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬腐蝕加速——縫隙腐蝕。縫隙腐蝕的影響因素與孔蝕的相似，控制縫隙腐蝕除可以採取防止孔蝕的相似措施外，還應考慮：設計中注意結構的合理性，避免形成縫隙和積液的死角對不可避免的縫隙，要採取相應的保護措施儘量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，DO低於5×10－6，使縫隙處難以形成氧濃差電池，縫隙腐蝕難以啟動。③縫隙腐蝕2023-11-11eeeeeeeeo2OH-OH-M+M+o2Na+Na+Na+Cl-M+o2OH-o2OH-M+o2OH-M+Cl-Na+eeeo2OH-OH-o2M(OH)2M+M+M+M+M+M+Cl-M+M+Cl-M+M+M+Cl-Cl-M+Cl-Cl-Na+o2Cl-o2o2OH-初期階段後期階段金屬在海水中（中性氯化物溶液）縫隙腐蝕2023-11-11縫隙腐蝕——閉塞腐蝕電池過程縫隙內(nèi)氧的貧乏：由於縫隙內(nèi)貧氧，縫隙內(nèi)外形成氧濃差電池?？p隙內(nèi)金屬表面為陽極，縫外自由表面為陰極。金屬離子水解、溶液酸化縫隙內(nèi)溶液pH值下降，達到某個臨界值，不銹鋼表面鈍化膜破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)榛顟B(tài)，縫隙內(nèi)金屬溶解速度大大增加。上述過程反復進行，互相促進，整個腐蝕過程具有自催化特性。分為通用設備、專用設備

第4章水工藝設備的分類

（1）閘門與閘門啟閉機一、專用機械設備（2）電動機、減速機

（3）起重設備

（4）閥門、閥門電動裝置與水錘消除設備

（5）泵與風機

4.2專用設備

水工藝專用設備根據(jù)其使用功能，大致上可分為14大類，即攔汙設備、混合攪拌設備、投藥消毒設備、除汙排泥設備、曝氣設備、固液分離設備、軟化除鹽設備、污泥處理設備、一體化處理設備、容器設備、換熱設備、消防設備及其它設備等

（1）攔汙設備

（2）攪拌設備

（3）投藥消毒設備

（4）除汙排泥設備

（5）曝氣設備

（6）固液分離設備

主要包括氣浮設備、膜分離設備、沉澱設備及過濾設備等。

（7）軟化除鹽設備

8）污泥處理設備

（9）一體化設備

（10）容器設備

（11）換熱設備

按換熱設備的製作材料可分為金屬質(zhì)換熱器和非金屬換熱器；按換熱方式可分為直接式、蓄熱式和間壁式換熱設備。

（12）其他處理設備

包括吸附設備，萃取設備，吹脫設備，汽提設備等等

3X第6章攪拌設備

本章內(nèi)容§6.1攪拌設備的用途及分類

§6.2機械攪拌設備結構及其工作原理

§6.3水處理工藝中常用的機械攪拌設備

§6.1攪拌設備的用途及分類

一、用途在水處理工藝中，攪拌設備主要用於藥劑的溶解、稀釋、混合反應和投加混凝劑或助凝劑。

二、攪拌設備的分類

1、按攪拌功能分：混合攪拌設備、攪動設備、懸浮攪拌設備、分散攪拌設備等。2、按攪拌方式分：機械攪拌設備、水力攪拌設備、氣體攪拌設備、磁力攪拌設備等3、按攪拌目的分：溶藥攪拌設備、混合攪拌設備、絮凝攪拌設備、澄清攪拌設備、消化池攪拌設備和水下攪拌設備等。4、按液體的迴圈流動形式分：軸向流和徑向流攪拌器兩類

本章講機械攪拌設備。§6.1攪拌設備的用途及分類

§6.2機械攪拌設備組成及其工作原理一、組成主要由攪拌器、傳動裝置及攪拌軸系三大部分組成。1、攪拌器主要由攪拌槳(或葉輪)和附屬構件組成；2、傳動裝置由電動機、減速機以及支架等組成；3、攪拌軸系由攪拌軸、軸承和聯(lián)軸器等組成。二、工作原理水處理工藝對攪拌的要求可分為混合、攪動、懸浮、分散四種。1、混合是通過攪拌作用，使與水的比重、粘度不同的物質(zhì)在水中混合均勻；2、攪動是通過攪拌使混合液強烈流動，以提高傳熱、傳質(zhì)的速率；3、懸浮是通過攪拌作用，使原來靜止在水體中可沉降的固體顆粒或液滴懸浮在水體中；4、分散是通過攪拌作用，使氣體、液體或固體分散在水體中，增大不同物相的接觸面積，加快傳熱和傳質(zhì)過程。實現(xiàn)攪拌的目的是通過能量的傳遞?！?.2機械攪拌設備組成及其工作原理§6.2機械攪拌設備組成及其工作原理三、機械攪拌器的形式與結構1、槳式攪拌器2、推進式攪拌器3、渦輪式攪拌器4、其他型式的攪拌器§6.2機械攪拌設備組成及其工作原理1、槳式攪拌器（1）類型：平直葉槳式攪拌器和折葉槳式攪拌器（2）特點：轉(zhuǎn)速低，對粘度較敏感，槳葉不宜過長。（3）應用：適用於介質(zhì)粘度低的液體。主要用於藥劑溶解和混合?！?.2機械攪拌設備組成及其工作原理1、槳式攪拌器結構圖§6.2機械攪拌設備組成及其工作原理槳式攪拌器結構簡單,其槳葉一般用扁鋼製造的，強度不夠時需加肋，單面加肋效果好