化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課件

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)2024/1/82現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿2024/1/83現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿2024/1/84現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿2024/1/85教材：高等學校理工科規(guī)劃教材“化工設(shè)備機械基礎(chǔ)”，刁玉瑋主編大連理工大學出版社2024/1/86緒言一、目的和意義合理設(shè)備可以簡化流程，降低成本設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)具備基本工程力學知識，了解化工設(shè)備常用材料特性，掌握典型化工設(shè)備的設(shè)計計算。2024/1/87二、主要內(nèi)容及學時安排第一篇化工設(shè)備材料6學時第二篇化工容器設(shè)計24學時第三篇典型化工設(shè)備機械設(shè)計

14學時2024/1/88參考書目1、〈理論力學〉上冊，哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室，高等教育出版社2、〈材料力學〉上冊，劉鴻文主編，高等教育出版社3、〈工程力學〉，朱熙然主編，上海交通大學出版社4、〈金屬材料及熱處理〉，史美堂主編，上?？茖W技術(shù)出版社5、〈金屬工業(yè)學〉上冊，范全福主編，高等教育出版社6、〈化工機械制造〉，第八章、第九章，姚慧珠、鄭海泉編，化學工業(yè)出版社2024/1/89第一篇材料與焊接第一章化工設(shè)備材料第一節(jié)概述根據(jù)物料與適宜工作條件選材物料腐蝕性壓力與溫度蠕變、氫腐蝕、低溫脆性等2024/1/810第二節(jié)材料的性能力學性能、物理性能、化學性能和加工性能等一、力學性能決定許用應(yīng)力強度、硬度、彈性、塑性、韌性等2024/1/8111、強度是指材料抵抗外加載荷而不致失效破壞的能力

抵抗外力的靜強度按所抵抗外作用形式可分為抵抗沖擊外力的沖擊強度抵抗交變外力的疲勞強度常溫下抵抗外力的常溫強度按環(huán)境溫度可分為高溫下抵抗外力的高溫強度低溫下抵抗外力的低溫強度2024/1/812常溫強度指標：屈服強度σs和抗拉(壓)強度σb(σy)屈強比σs/σb適當蠕變強度σn：在高溫時，材料抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力持久強度σD

：在給定溫度下，促使試樣經(jīng)過一定時間發(fā)生斷裂的應(yīng)力疲勞強度σ-1：σ-1,以106-107次不被破壞的應(yīng)力2024/1/8132、硬度局部抵抗能力彈性、強度與塑性的綜合性能指標壓入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV)

低碳鋼σb=0.36

HB

高碳鋼σb=0.34

HB

灰鑄鐵σb=0.1

HB2024/1/8143、塑性延伸率δ斷面收縮率ψ化工設(shè)備材料一般要求δ5=10%-20%2024/1/8154、沖擊韌性

沖擊韌度αk，使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積低溫容器所用鋼板αk值不得低于30J/cm22024/1/816二、物理性能

密度、熔點、比熱容、熱導率、線膨脹系數(shù)、導電性、磁性、彈性模量與泊松比等。2024/1/817三、化學性能1、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強度選耐熱材料2024/1/818四、加工工藝性能1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性3、焊接性4、可切削加工性2024/1/819第三節(jié)碳鋼與鑄鐵“鐵碳合金”：由95％以上鐵和0.05％～4％碳及1％左右雜質(zhì)元素所組成合金；一般含碳量0.02％～2％稱為鋼；大于2％稱為鑄鐵；當含碳量小于0.02％時稱純鐵(工業(yè)純鐵)；含碳量大于4.3％的鑄鐵極脆2024/1/820一、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1、金屬的組織與結(jié)構(gòu)

在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒，簡稱組織2024/1/821

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(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)；不同溫度下純鐵體心立方與面心立方晶格

體心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的強度高于前者。2024/1/822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。2024/1/8232、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

體心立方晶格的純鐵稱a-Fe，面心立方晶格的鐵稱為g-Fe。a-Fe加熱可變?yōu)間-Fe，反之高溫下的g-Fe冷卻可變?yōu)閍-Fe。在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在910℃恒溫下完成的。在固態(tài)下重新排列、結(jié)晶過程。是鋼進行熱處理的依據(jù)。2024/1/8243、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。固溶體：兩種或兩種以上的元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式的物體這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。2024/1/825（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。2024/1/826（2）奧氏體

碳溶解在g-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。g-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(gòu)轉(zhuǎn)變時產(chǎn)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。2024/1/827（3）滲碳體

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。鐵碳合金含碳量小于2％時，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。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。2024/1/828（4）珠光體

鐵素體與滲碳體的機械混合物。力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強度、硬度比鐵素體顯著提高；塑性、韌性比鐵素體差，但比滲碳體要好得多。2024/1/829（5）萊氏體

珠光體和初次滲碳體的共晶混合物。具有較高的硬度，是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。2024/1/830（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。2024/1/831二、鐵碳合金狀態(tài)圖2024/1/832鋼在加熱時形成單一的奧氏體組織。2024/1/833

所有生鐵組織中都有萊氏體，多數(shù)碳以石墨狀存在，用作鑄件的生鐵稱為鑄鐵。2024/1/834三、鋼的熱處理

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。2024/1/8351、退火和正火

退火：緩慢加熱到臨界點以上的某一溫度，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(nèi)應(yīng)力，防止工件變形。正火是置于空氣中冷卻。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。2024/1/8362、淬火和回火

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。碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火。2024/1/837

回火是淬火后進行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。回火可以降低或消除零件淬火后的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。在150℃～250℃范圍內(nèi)的回火稱“低溫回火”?；鼗瘃R氏體有較高的硬度和耐磨性，內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低。刃具、量具，要進行低溫回火處理。2024/1/838

中溫回火溫度是300℃～450℃。有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。軸類、刀桿、軸套等進行中溫回火。高溫回火溫度為500℃～680℃。綜合性能：強度、韌性、塑性等都較好淬火加高溫回火習慣上稱為“調(diào)質(zhì)處理”。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。2024/1/839

時效熱處理：材料經(jīng)固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時間而變化的過程。時效可進一步消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸，它與回火作用相類似。2024/1/8403、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。2024/1/8414、化學熱處理

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。2024/1/842四、碳鋼1、常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等（1）硫有害元素。FeS和Fe形成低熔點(985℃)化合物。鋼材熱加工1150～1200℃，過早熔化而導致工件開裂，稱“熱脆”。高級優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。2024/1/843（2）磷

有害元素。雖能使強度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，使鋼材顯著變脆，稱“冷脆”。使冷加工及焊接性變壞。高級優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。2024/1/844（3）錳

脫氧劑。有益元素。

MnS(1600℃)，部分消除硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，與FeO成為MnO進入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低脆性，提高強度和硬度。在0.5%～0.8%以下時，看成是常存雜質(zhì)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；高錳結(jié)構(gòu)鋼可達0.7%～1.2%。2024/1/845（4）硅

脫氧劑。有益的元素。硅與FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使強度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。2024/1/846（5）氧

有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。

FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。2024/1/847（6）氮

長時間放置或在200～300℃加熱氮以氮化物形式的析出，硬度、強度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入Al、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。2024/1/848（7）氫氫脆、白點等缺陷。變脆：氫化物變形小白點：組織缺陷處擴散氫，時間長2024/1/8492、分類與編號

按用途：建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼按脫氧方式：鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼按品質(zhì)：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼2024/1/850（1）普通碳素鋼Q235-A，屈服強度數(shù)值（MPa）質(zhì)量等級A，B，C，D。脫氧方法為F，b，Z，TZ。化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼。普通碳素鋼有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五個鋼種。2024/1/851（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼S＜0.03%～0.045%；P＜0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、…80等。平均含碳量的萬分之幾。45號鋼中含碳量平均為0.45%(0.42%～0.50%)。

45Mn，錳含量較高的優(yōu)質(zhì)非合金鋼。2024/1/852

優(yōu)質(zhì)低碳鋼（含C＜0.25%），如08、10、

15、20、25；塑性好，焊接性能好，殼體、接管。優(yōu)質(zhì)中碳鋼（含C量0.3%～0.60%）,如30、35、40、45、50與55；45號鋼攪拌軸優(yōu)質(zhì)高碳鋼（含C＞0.6%），如60、65、70、80。60、65鋼主要用來制造彈簧，70、80鋼用來制造鋼絲繩等。2024/1/853（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼S＜0.02%～0.03%；P＜0.025%，均＜0.03%。它的表示方法是在優(yōu)質(zhì)鋼號后面加一個A字，如20A。2024/1/8543、碳鋼的品種及規(guī)格

品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼（1）鋼板（壓力容器用熱扎厚鋼板）

4mm～6mm厚度間隔為0.5mm6mm～30mm厚度間隔為lmm30mm～60mm厚度間隔為2mm

一般碳素鋼板材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。2024/1/855（2）鋼管

無縫鋼管和有縫鋼管。無縫鋼管有冷軋和熱軋。普通無縫鋼管常用材料有10、15、20等。專門用途的無縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無縫管、鍋爐用無縫管。有縫管、水煤氣管，分鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。2024/1/856（3）型鋼

有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊與不等邊）、工字鋼和槽鋼。圓鋼與方鋼主要用來制造各類軸件；扁鋼常用作各種槳葉；角鋼、工字鋼及槽鋼可做各種設(shè)備的支架、塔盤支承及各種加強結(jié)構(gòu)。2024/1/857（4）鑄鋼和鍛鋼

鑄鋼用ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各種承受重載荷的復雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。鍛鋼有08、10、15、…、50等牌號。石油化工容器用20、25等制作管板、法蘭、頂蓋等。2024/1/858五、鑄鐵

含碳量2%以上，含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。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(zhì)(濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機溶劑等)中有相當好的耐腐蝕性能。鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。2024/1/8591、灰鑄鐵2.7%～4.0%，片狀石墨形式，斷面暗灰色。有優(yōu)良的鑄造性、減振性能，支架、閥體、泵體(機座、管路附件等)。在化工生產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋、聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等。

HT和抗拉強度sb值表示，如HT100，其中100表示sb＝100MPa。常用灰鑄鐵牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2024/1/8602、球墨鑄鐵

簡稱球鐵。在強度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。用QT、抗拉強度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb＝400MPa，18表示d=18%。2024/1/8613、高硅鑄鐵

有高的耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。強度低、脆性大及內(nèi)應(yīng)力大，易于脆裂熱導率小，線膨脹系數(shù)大，不適于制造溫差較大的設(shè)備，否則容易產(chǎn)生裂紋。常用于各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器牌號有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、TSi15Mo3R等。2024/1/862第四節(jié)合金鋼

在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。

一、分類與編號按合金元素總含量分：合金含量<5%，低合金鋼合金含量5%-10%，中合金鋼合金含量>10%，高合金鋼2024/1/863按用途分：合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、表面硬化鋼低碳馬氏體鋼、非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼不銹鋼和耐熱鋼等

2024/1/864一種是漢字牌號，如35鉻鉬；另一種是用國際化學符號，如35CrMo。表示含碳量平均為萬分之三十五(或0.35%)，含Cr、Mo在1%左右。當平均質(zhì)量分數(shù)≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%時，在元素符號后面應(yīng)標明含量，可相應(yīng)表示為2、3、4。如36Mn2Si。2024/1/865二、合金元素對鋼的影響目前常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。2024/1/8661、鉻提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達到13％時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。2024/1/8672、錳提高強度和提高低溫沖擊韌性。3、鎳提高淬透性，有很高的強度，而又保持良好的塑性和韌性。提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。鎳基合金具有更高的熱強性能。鎳被廣泛應(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。2024/1/8684、硅

提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。5、鋁強脫氧劑，顯著細化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。提高抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質(zhì)腐蝕有良好作用。價格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻。2024/1/8696、鉬

提高高溫強度、硬度、細化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。7、釩于固溶體中提高高溫強度，細化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強度情況，能改善鋼的塑性。2024/1/8708、鈦強脫氧劑，可提高強度、細化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕提高耐熱性。

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。2024/1/871三、可焊接的低合金高強度鋼碳含量通常小于0.25%。有較高的屈服強度（300～1000MPa）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。2024/1/872低合金高強度鋼按性能和用途分高強度鋼、低溫鋼和耐蝕鋼1、高強度鋼350MPa強度級，典型牌號為16Mn；400MPa強度級，典型鋼號為14MnMoV500MPa強度級，典型12MnNiCrMoVCu用于船舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。2024/1/8732、低溫鋼主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)3、耐蝕鋼10MnPNbRE鋼耐海洋大氣及海水腐蝕，12MnAlV鋼制造煉油廠耐高溫硫化氫設(shè)備。2024/1/874

大型化工容器16MnR，質(zhì)量比碳鋼輕l/3；與碳鋼相比，用15MnV制造球形貯罐可節(jié)省鋼材約45%。根據(jù)容器的具體操作條件(溫度、壓力)和制造加工(卷板、焊接)要求，選用2024/1/875四、專業(yè)用鋼

鍋爐用鋼，壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼。在鋼號后面分別加注g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。質(zhì)地均勻、雜質(zhì)含量低，能滿足某些力學性能的特殊檢驗項目要求。2024/1/876五、特殊性能鋼

不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼1、不銹鋼不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，也稱不銹耐酸鋼一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。2024/1/877通常按鋼的金相組織分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等2024/1/878（1）鐵素體不銹鋼

含碳≤0.15％，鉻量在12～30％。有些鋼種還含有鉬、鈦等元素。不銹綱中的含碳量都較低，Cr23C6而消耗了鉻。都在13％以上。對晶間腐蝕比較敏感；鉻含量高時，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，可焊性較差。

lCr13、2Cr13、受沖擊載荷較大的零件

0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氫氣體的腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼2024/1/879（2）奧氏體不銹鋼

優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學性能，冷、熱加工和成型性，可焊性和在許多介質(zhì)中的良好耐蝕性。含氯離子，發(fā)生晶間腐蝕的傾向。錳和氮代替不銹鋼中的鎳，發(fā)展出了鉻錳鎳氮系和鉻錳氮系不銹鋼。例如Cr18Mn8Ni5、Cr18Mn10Ni5Mo3N。2024/1/880

在400℃～800℃的溫度范圍內(nèi)，碳從奧氏體中以碳化鉻（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（鉻與鎳）含鉻量降低到耐腐蝕所需的最低含量12%）以下，腐蝕就在此貧鉻區(qū)產(chǎn)生。這種沿晶界的腐蝕稱為晶間腐蝕。2024/1/881防止晶間腐蝕的方法：1）降低含碳量<0.06%時不易產(chǎn)生，<0.03%時可靠地克服，超低碳不銹鋼，如00Cr19Nil02）穩(wěn)定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo穩(wěn)定劑，廣泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb3）形成雙相組織，加入鐵素體促成元素Ti，Al，Si，Mo，鐵素體含鉻高、補充快，5%以內(nèi)，阻斷腐蝕通路。2024/1/882防止晶間腐蝕的方法：4）控制熱規(guī)范，快速加熱和冷卻，或非常緩慢。5）補充熱處理穩(wěn)定化退火（免疫處理）：850度保溫2小時，充分擴散高溫淬火水冷（固熔）：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體2024/1/883加入Mo提高對氯離子Cl-的耐蝕能力，lCr18Nil2Mo3Ti。0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同時加入Mo、Cu，則在室溫、濃度為50%以下的硫酸中也具有較高的耐蝕性，也可提高在低濃度鹽酸中的抗腐蝕性2024/1/8842、耐熱鋼和高溫合金

例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達到1000℃以上。

300℃～350℃即需選用耐熱鋼，一般耐熱鋼工作溫度都在700℃以下，700℃～1000℃用高溫合金。2024/1/885耐熱鋼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。2024/1/886耐熱鋼按特性和用途可分為抗氧化鋼（又稱高溫不起皮鋼）和熱強鋼?？寡趸撌侵父邷叵戮哂休^好的抗氧化性，并有適當強度的鋼種。熱強鋼高溫下有較好的抗氧化性和耐腐蝕能力，且有較高的強度。常用來高溫工作下的汽缸、螺栓及鍋爐的過熱器等。2024/1/887高溫合金鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金。鐵基耐熱合金工作溫度在700℃以下，含有相當高的鉻、鎳成分和其他強化元素。鎳基耐熱合金是目前在700℃～900℃范圍內(nèi)使用得最廣泛的一種高溫合金。這類合金的鎳含量通常在50%以上。鈷基耐熱合金的高溫強度主要靠固溶強化獲得。鈷價格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。2024/1/8883、低溫用鋼深冷分離、空氣分離等。（溫度≤-20℃）目前國外低溫設(shè)備用的鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也有使用鎳鋼、銅和鋁等。我國無鉻鎳的低溫鋼材系列。16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR2024/1/889第五節(jié)有色金屬銅T黃銅H青銅Q鋁L鉛Pb

鑄造合金Z軸承合金Ch2024/1/890一、鋁及其合金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(chǎn)生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質(zhì)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(shè)備2024/1/891變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金1、變形鋁合金（1）工業(yè)純鋁工業(yè)高純鋁1A85、1A90，抗硫腐蝕，濃硝酸設(shè)備，高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。工業(yè)純鋁8A06，耐硫腐蝕、防污染而不要求強度的設(shè)備，例如：反應(yīng)器、熱交換器、深冷設(shè)備、塔器等。2024/1/892（2）防銹鋁由鋁錳系或鋁鎂組成的鋁合金，5A02、5A03、5A05、5A06等。強度比純鋁高5A02、5A03用于中等強度的零件或設(shè)備；5A05制造油箱、管道、低壓容器、鉚釘5A06用于受力零件及焊制容器。由于熔焊的鋁材在低溫(0～-196℃)下沖擊韌性不下降，很適合做低溫設(shè)備。2024/1/8932、鑄造鋁合金是鋁、硅合金。Al-Si系，俗稱"硅鋁明"，典型牌號ZAlSi7Mg，合金號為ZL101；Al-Cu系，應(yīng)用最早，熱強性高，300℃，耐腐蝕性較差。典型牌號ZAlCu5Mn，合金號為ZL201；Al-Mg系，室溫力學性能高，耐腐蝕性能好，但熱強性低。鑄造性能差，典型牌號ZAlMg10，合金號為ZL301；2024/1/894Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號ZAlZn11Si17，合金號為ZL401。鋁的鑄造性、流動性好，鑄造時收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。耐蝕性好，且密度小，廣泛用來鑄造形狀復雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。2024/1/895二、銅及其合金半貴重金屬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(shè)備和高壓設(shè)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(zhì)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。2024/1/896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(zhì)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(yīng)，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。2024/1/8972、銅合金黃銅：銅與鋅的合金稱黃銅白銅：鎳的質(zhì)量分數(shù)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。

青銅：其它合金。銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無錫青銅。2024/1/898（1）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(yīng)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。2024/1/899常用的黃銅牌號有H80、H68、H62等H80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，可在常溫下沖壓H62在室溫下塑性較差，但機械強度較高，易焊接，價格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。錫黃銅HSn70-l含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。2024/1/8100（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(yīng)力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。2024/1/8101（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。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。無錫青銅力學性能好2024/1/8102三、鈦及其合金鈦的密度?。?.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(zhì)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。2024/1/8103四、鎳及其合金高強度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。牌號為NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應(yīng)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。2024/1/8104五、鉛及其合金硬度低、強度小，不宜單獨作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。熱導率??；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)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。2024/1/8105鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)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。2024/1/8106第六節(jié)非金屬材料既可用作結(jié)構(gòu)材料，又能作設(shè)備的保護襯里、涂層，還可做設(shè)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）。

2024/1/8107一、無機非金屬材料1、化工陶瓷好的耐腐蝕性、耐熱性和一定機械強度。導熱性差，熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。2024/1/81082、化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通過900℃左右的高溫煅燒，使瓷釉密著在金屬表面。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能和電絕緣性能，但易碎裂。熱導率不到鋼的1/4，熱膨脹系數(shù)大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為-30℃～270℃。2024/1/81093、輝綠巖鑄石用輝綠巖熔融后制成，可制成板、磚等材料作設(shè)備襯里，也可做管材。鑄石除對氫氟酸和熔融堿不耐腐蝕外，對各種酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性能。2024/1/81104、玻璃化工用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃，它們有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。有耐腐蝕性、清潔、透明、阻力小、價格低等特點，但質(zhì)脆、耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動。目前已成功采用在金屬管內(nèi)襯玻璃或用玻璃鋼加強玻璃管道，來彌補其不足。2024/1/8111二、有機非金屬材料1、工程塑料是用高分子合成樹脂為主要原料，加入添加劑以改善產(chǎn)品性能。熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。熱固性塑料固化后不能用加熱的方法使之再軟化，酚醛樹脂、氨基樹脂等。有良好的耐腐蝕性能、一定機械強度、良好的加工性能和電絕緣性能，價格較低2024/1/8112（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料使用溫度為-10～+55℃。當溫度在60～90℃時，強度顯著下降。（2）聚乙烯（PE）塑料在室溫下，除硝酸外，對各種酸、堿鹽溶液均穩(wěn)定，對氫氟酸特別穩(wěn)定。（3）耐酸酚醛塑料（PF）使用溫度為-30℃～+130℃。這種塑料性質(zhì)較脆、沖擊韌性較低。2024/1/8113（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料耐強腐蝕性介質(zhì)腐蝕。甚至超過貴重金屬金和銀，有塑料王之稱。常用作耐腐蝕、耐高溫密封元件及高溫管道。有良好的自潤滑性，還可以用作無油潤滑壓縮機的活塞環(huán)。有突出的耐熱和耐寒性，使用溫度范圍為-200℃～250℃。2024/1/8114（5）玻璃鋼又稱玻璃纖維增強塑料。用合成樹脂為粘結(jié)劑，以玻璃纖維為增強材料，按一定成型方法制成。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，強度高和良好的工藝性能，是一種新型非金屬材料。樹脂不同而差異很大。環(huán)氧玻璃鋼（常用）、酚醛玻璃鋼（耐酸性好）、呋喃玻璃鋼（耐腐蝕性好）、聚酯玻璃鋼（施工方便）等。2024/1/81152、涂料品種多，選擇范圍廣、適應(yīng)性強、使用方便、價格低、適于現(xiàn)場施工等。涂層較薄容易脫落，應(yīng)用受到了限制。防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。用靜電噴涂。涂料利用率高，容易進行機械化、自動化的大型生產(chǎn)，減少溶劑和涂料的揮發(fā)和飛濺，涂膜質(zhì)量穩(wěn)定。2024/1/81163、不透性石墨由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙后得到有較高的化學穩(wěn)定性和良好的導熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好；不污染介質(zhì)，能保證產(chǎn)品純度；加工性能良好。機械強度較低、性脆。常被用來作腐蝕性強介質(zhì)的換熱器，如氯堿生產(chǎn)中應(yīng)用的換熱器和鹽酸合成爐，2024/1/8117第七節(jié)化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2024/1/8118常見的金屬腐蝕破壞的形態(tài)有均勻腐蝕和局部腐蝕（區(qū)域腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、表面下腐蝕等）2024/1/8119第八節(jié)化工設(shè)備材料選擇從設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造工藝、使用條件和壽命等方面考慮，而且還要從設(shè)備工作條件下材料的物理性能、力學性能、耐腐蝕性能及材料價格與來源、供應(yīng)等方面綜合考慮。2024/1/8120一、材料的物理、力學性能方面一般中、低壓設(shè)備屈服限235到345MPa級。直徑較大、壓力較高，最好采用普低鋼，強度級別宜用400MPa級或以上。操作溫度超過400℃，還需考慮材料的蠕變強度和持久強度。壓力容器用鋼材，d5不得低于14%。當鋼材延伸率d5＜18%時，加工應(yīng)特別注意。鋼管不宜強度級別過高，彎管率很關(guān)鍵，要求塑性好。2024/1/8121二、材料的耐腐蝕性某磷肥廠需設(shè)計一個40m3濃硫酸貯罐，可選灰鑄鐵、高硅鑄鐵、碳鋼、鉻鎳不銹鋼和碳鋼用瓷磚襯里等?；诣T鐵、高硅鑄鐵抗拉強度低、質(zhì)脆，不能鑄造大型設(shè)備，故不宜采用。碳鋼的機械強度高、質(zhì)韌，焊接性能好，但稀硫酸腐蝕嚴重，故也不能采用。不銹鋼價格比較貴，焊接加工要求較高。碳鋼做罐殼內(nèi)襯非金屬較合適2024/1/8122三、材料的經(jīng)濟性碳鋼與普低鋼的價格比較低廉，應(yīng)優(yōu)先選用?？紤]國家生產(chǎn)與供應(yīng)情況，因地制宜選取，品種應(yīng)盡量少而集中，以便于采購與管理。2024/1/8123四、其他方面壓力容器的材料選擇應(yīng)根據(jù)容器的操作條件、腐蝕情況及制造加工要求，依照國家標準GB150-1998的規(guī)定，并按GB6654-1996壓力容器用鋼板與JB4726-94壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件的規(guī)定選用。為了節(jié)省材料，中、高壓容器應(yīng)優(yōu)先選用普通低合金鋼（16MnR、15MnVR）。第二節(jié)容器支座概述：容器支座，支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器支座立式容器支座球形容器支座一、臥式容器的支座臥式容器的支座有三種：鞍座圈座支腿㈠鞍式

支座

應(yīng)用最廣泛的臥式容器支座。已有標準JB/T4712-92《鞍式支座》，根據(jù)容器公稱直徑和重量選用。由橫向筋板、若干軸向筋板和底板焊接而成。在與設(shè)備連接處，有帶加強墊板和不帶加強墊板兩種結(jié)構(gòu)。鞍座包角120°或150°，安放穩(wěn)定。高度200、300、400和500mm。寬度b根據(jù)容器公稱直徑查出。鞍座的種類與安裝：鞍座分為A型（輕型）和B型（重型），重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號。A型和B型的筋板和底板、墊板等尺寸不同或數(shù)量不同。每種型式鞍座又分為固定式支座（代號F)：底板上開圓形螺栓孔和滑動式支座（S)：底座開長圓形螺栓孔（安裝）鞍座與筒體端部距離A確定：當L/D較大，且無加強圈，應(yīng)盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A≤0.25D；當筒體的L/D較小，d/D較大，或有加強圈時，取A≤0.2L。㈡圈座

采用圈座的情況：對于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴重撓曲；多于兩個支承的長容器。除常溫常壓下操作的容器外，至少應(yīng)有一個圈座是滑動支承的。㈢腿式支座

簡稱支腿連接處造成嚴重的局部應(yīng)力，只適用于小型設(shè)備（DN≤1600、L≤5m）。腿式支座的結(jié)構(gòu)型式、系列參數(shù)等參見標準JB/T4714-92《腿式支座》。

二、立式容器的支座立式容器的支座主要有耳式支座支承式支座裙式支座中、小型直立容器常采用前二種，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。㈠耳式支座

簡稱耳座，筋板和支腳板。廣泛用在反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。簡單、輕便，但局部應(yīng)力較大。當設(shè)備較大或器壁較薄應(yīng)加墊板。不銹鋼制設(shè)備，用碳鋼作支座，防止合金元素流失，也需加一個不銹鋼墊板。已標準化JB/T4725-92《耳式支座》。該標準分A型（短臂）和B型（長臂）（有保溫層或直接放在樓板上）每類又分帶墊板與不帶墊板兩種結(jié)構(gòu)耳式支座選用的方法：（1）估算設(shè)備總重，算每個支座（按2個計算）的負荷Q值；（2）確定支座型式，從表4-19或表4-20按允許負荷Q允大于實際負荷Q，選支座。小型設(shè)備耳式支座，可支承在管子或型鋼制的立柱上。大型設(shè)備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基礎(chǔ)上。㈡支承式支座用鋼管、角鋼、槽鋼制作，或用數(shù)塊鋼板焊成，型式、結(jié)構(gòu)、尺寸及材料JB/T4724-92《支承式支座》。

適用范圍和結(jié)構(gòu)：支承式支座分A型和B型。形式支座號適用的公稱直徑（mm）結(jié)構(gòu)特征A1～6DN800～3000

鋼板焊制，帶墊板B1～8

DN800～4000鋼管焊制，帶墊板支承式支座的選用：選用見標準規(guī)定，尺寸按表4-22查。簡單輕便局部應(yīng)力較大，當殼體剛度較小、殼體和支座材料差異或溫度差異較大時，或殼體需焊后熱處理，應(yīng)設(shè)置加強板。加強板的材料應(yīng)和殼體材料相同或相似。㈢裙式支座塔設(shè)備最常用裙式支座。目前還沒有標準。各部分尺寸均需通過計算或?qū)嵺`經(jīng)驗確定。有關(guān)裙式支座的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法詳見第十七章。

思考題：1、臥式容器和立式容器的支座有哪幾種？2、雙鞍座臥式容器支座位置按哪些原則確定？第三節(jié)容器的開孔與附件一、容器的開孔與補強容器為什么要開孔？工藝、安裝、檢修的要求。開孔后，為什么要補強？削弱器壁的強度，出現(xiàn)不連續(xù)，形成高應(yīng)力集中區(qū)。峰值應(yīng)力通常較高，達到甚至超過材料屈服極限。局部應(yīng)力較大，加之材質(zhì)和制造缺陷等,為降低峰值應(yīng)力，需要對結(jié)構(gòu)開孔部位進行補強，以保證容器安全運行。開孔的形狀：應(yīng)力集中和開孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。㈠開孔補強的設(shè)計與補強結(jié)構(gòu)在開孔附近區(qū)域增加補強金屬，提高器壁強度，滿足強度設(shè)計要求。容器開孔補強的形式分為整體補強補強圈補強1．整體補強

增加整個殼體的厚度，或用全焊透將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊，降低開孔附近的應(yīng)力。應(yīng)力集中的局部性，除非制造或結(jié)構(gòu)需要，一般不把整個容器壁加厚。2．補強圈補強

開孔周圍貼焊一圈鋼板，即補強圈。補強圈與器壁搭接，材料相同，補強圈尺寸參照標準確定，或等面積補強。為方便焊接，外面單面補強。檢驗緊密性，M10螺孔通入壓縮空氣。

補強圈搭焊結(jié)構(gòu)的使用范圍：GB150用補強圈結(jié)構(gòu)補強時，規(guī)定：①鋼材的標準抗拉強度下限值sb≤540MPa；

②補強圈厚度小于或等于1.5dn；

③殼體名義厚度dn≤38mm。㈡允許開孔的范圍

筒體及封頭開孔最大直徑不允許超過：（1）圓筒Di≤1500mm，開孔最大直徑d≤1/2Di，且d≤520mm；圓筒Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤1/3Di，且d≤1000mm；

（2）凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d＜1/2Di。

（3）錐殼開孔最大直徑d≤1/3Di，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。㈢不需補強的最大開孔直徑計算壁厚考慮了焊縫系數(shù)，鋼板規(guī)格，殼體壁厚超過實際強度，最大應(yīng)力值降低，相當于容器已被整體加強。且容器開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。容器材料有一定塑性儲備，允許承受不是十分過大的局部應(yīng)力，所以當孔徑不超過一定數(shù)值時，可不進行補強。殼體開孔滿足全部條件，可不另行補強：(1)設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa；(2)兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；(3)殼體名義壁厚大于12mm，接管公稱外徑小于或等于80mm；殼體名義壁厚小于或等于12mm，接管公稱外徑小于或等于50mm(4)接管最小壁厚滿足表4-23的要求。(4)接管最小壁厚滿足表4-23的要求。

接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0＞540MPa，全焊透，接管腐蝕裕量1mm。

二、容器的接口管與凸緣用于裝置測量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。㈠接口管焊接設(shè)備的接口管長度鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。螺紋管主要用來接溫度計、壓力表或液面計等，陰螺紋或陽螺紋

㈡凸緣接管長度必須很短時可用凸緣代替(又叫突出接口)凸緣本身有加強作用，不需另外補強。當螺柱折斷在螺栓孔中，取出較困難。凸緣與管道法蘭配用，聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。三、手孔與人孔檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸內(nèi)部構(gòu)件。手孔直徑150mm～250mm，標準手孔公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔結(jié)構(gòu)：容器上接一短管，其上蓋一盲板。人孔：設(shè)備直徑超過900mm，有手孔也設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形。橢圓形人孔短軸與筒身軸線平行。圓形人孔直徑400mm～600mm，容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些。橢圓形人孔(或稱長圓形人孔)的最小尺寸為400mm×300mm。人孔：筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄。使用中常打開，可用快開式結(jié)構(gòu)人孔。手孔（HG21515～21527-95）和人孔（HG21528～21535-95）已有標準，設(shè)計時根據(jù)設(shè)備的公稱壓力，工作溫度以及所用材料等按標準直接選用。

四、視鏡與液面計㈠視鏡觀察內(nèi)部，也可用作物料液面指示鏡。分為不帶頸視鏡和帶頸視鏡。不帶頸視鏡——凸緣構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，有比較寬闊的視察范圍。當視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡。視鏡已經(jīng)標準化，化工生產(chǎn)中常用的還有壓力容器視鏡、帶燈視鏡、帶燈有沖洗孔的視鏡、組合視鏡等。㈡液面計

公稱壓力不超過0.7MPa，開長條孔，矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。承壓容器，一般都是將液面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起設(shè)備直徑大，可同時用幾組液面計接管?，F(xiàn)有標準中有反射式玻璃板液面計、反射式防霜液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。思考題：1、為什么壓力容器殼體上開孔尺寸較小時可不另行補強？2、GB150-1998對壓力容器開孔的最大直徑是如何規(guī)定的？第三章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計一、薄壁容器設(shè)計的理論基礎(chǔ)

㈠薄壁容器根據(jù)容器外徑DO與內(nèi)徑Di的比值K來判斷，當K≤1.2為薄壁容器K＞1.2則為厚壁容器㈡圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時的應(yīng)力只有拉應(yīng)力無彎曲“環(huán)向纖維”和“縱向纖維”受到拉力。s1（或s軸）圓筒母線方向(即軸向)拉應(yīng)力，s2（或s環(huán)）圓周方向的拉應(yīng)力。㈢圓筒的應(yīng)力計算

1.軸向應(yīng)力

D-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm；

2.環(huán)向應(yīng)力分析：（1）薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍。問題a：筒體上開橢圓孔，如何開應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。分析：問題b：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個易裂？筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時應(yīng)予以注意。（2）分析式(4-1)和(4-2)也可知，內(nèi)壓筒壁的應(yīng)力和d/D成反比，d/D

值的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對值。二、無力矩理論基本方程式

㈠基本概念與基本假設(shè)1．基本概念（1）旋轉(zhuǎn)殼體：殼體中面（等分殼體厚度）是任意直線或平面曲線作母線，繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。（2）軸對稱殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對稱于某一軸?；び玫膲毫θ萜魍ǔＪ禽S對稱問題。

（3）旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念

母線與經(jīng)線法線、平行圓第一曲率半徑：經(jīng)線曲率半徑第二曲率半徑：垂直于經(jīng)線的平面與中面相割形成的曲線BE的曲率半徑2．基本假設(shè)

假定殼體材料有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的。

(1)小位移假設(shè)

各點位移都遠小于厚度?？捎米冃吻俺叽绱孀冃魏蟪叽?。變形分析中高階微量可忽略。2．基本假設(shè)

(2)直線法假設(shè)

變形前垂直于中面直線段，變形后仍是直線并垂直于變形后的中面。變形前后法向線段長度不變。沿厚度各點法向位移相同，厚度不變。

(3)不擠壓假設(shè)

各層纖維變形前后互不擠壓。㈡無力矩理論基本方程式

無力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用。此時應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似。又稱薄膜理論（4-3）——平衡方程（4-4）——區(qū)域平衡方程

無力矩理論基本方程式：三、基本方程式的應(yīng)用1．圓筒形殼體第一曲率半徑R1=∞，第二曲率半徑R2=D/2

代入方程（4-3）和（4-4）得：與式（4-1）、（4-2）同。2．球形殼體

球殼R1＝R2=D/2，得：

直徑與內(nèi)壓相同，球殼內(nèi)應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。當容器容積相同時，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟。

制造3．圓錐形殼體圓錐形殼半錐角為a，A點處半徑為r，厚度為d，則在A點處：代入（4-3）、（4-4）可得A點處的應(yīng)力：

，

（4-6）

錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍，隨半錐角a的增大而增大；

a角要選擇合適，不宜太大。在錐形殼體大端r=R時，應(yīng)力最大，在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開孔。

4．橢圓形殼體

橢圓殼經(jīng)線為一橢圓，a、b分別為橢圓的長短軸半徑。由此方程可得第一曲率半徑為：

（4-7）

化工常用標準橢圓形封頭，a/b=2，故頂點處：

邊緣處：

頂點應(yīng)力最大，經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力是相等的拉應(yīng)力。頂點的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣處的經(jīng)向應(yīng)力大一倍；頂點處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣處相等但符號相反。應(yīng)力值連續(xù)變化。㈡受液體靜壓的圓筒形殼體的受力分析

筒壁上任一點的壓力值（不考慮氣體壓力）為：

根據(jù)式（4-3）（4-4）可得：

底部支承的圓筒（a），液體重量由支承傳遞給基礎(chǔ)，筒壁不受液體軸向力作用，則s1=0。上部支承圓筒（b），液體重量使得圓筒壁受軸向力作用，在圓筒壁上產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力：例題4-1：有一外徑為219mm的氧氣瓶，最小厚度為6.5mm，材料為40Mn2A，工作壓力為15MPa，試求氧氣瓶壁應(yīng)力解析：平均直徑mm經(jīng)向應(yīng)力MPa環(huán)向應(yīng)力MPa四、筒體強度計算實際設(shè)計中須考慮三個因素：（1）焊接接頭系數(shù)（2）容器內(nèi)徑（3）

壁厚

筒體內(nèi)較大的環(huán)向應(yīng)力不應(yīng)高于在設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，即[s]t-設(shè)計溫度t℃下材料許用應(yīng)力，MPa。㈠焊接接頭系數(shù)

鋼板卷焊。夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，導致焊縫及其附近區(qū)域強度可能低于鋼材本體的強度。鋼板[s]t乘以焊接接頭系數(shù)f，f≤1

㈡容器內(nèi)徑

工藝設(shè)計確定內(nèi)徑Di，制造測量也是內(nèi)徑，而受力分析中的D卻是中面直徑。解出d，得到內(nèi)壓圓筒的厚度計算式㈢壁厚

考慮介質(zhì)腐蝕，計算厚度d的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。筒體的設(shè)計厚度為式中d-圓筒計算厚度，mm；

dd-圓筒設(shè)計厚度，mm；

Di-圓筒內(nèi)徑，mm；

p-容器設(shè)計壓力，MPa；

f-焊接接頭系數(shù)。另一種情況：筒體設(shè)計厚度加上厚度負偏差后向上圓整，即為筒體名義厚度。對于已有的圓筒，測量厚度為dn，則其最大許可承壓的計算公式為：式中：dn-圓筒名義厚度

圓整成鋼材標準值；de-圓筒有效厚度C-厚度附加量。

設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力五、球殼強度計算

設(shè)計溫度下球殼的計算厚度：設(shè)計溫度下球殼的計算應(yīng)力六、設(shè)計參數(shù)厚度設(shè)計參數(shù)按GBl50-1998中規(guī)定取值。設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、許用應(yīng)力、焊接接頭系數(shù)厚度附加量等參數(shù)的選取。㈠設(shè)計壓力（計算壓力）設(shè)計壓力:相應(yīng)設(shè)計溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設(shè)計壓力。其值稍高于最大工作壓力。最大工作壓力：是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。㈠設(shè)計壓力（計算壓力）使用安全閥時設(shè)計壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；使用爆破膜根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設(shè)計壓力。容器內(nèi)盛有液體，若其靜壓力不超過最大工作壓力的5％，則設(shè)計壓力可不計入靜壓力，否則，須在設(shè)計壓力中計入液體靜壓力。此外，某些容器有時還必須考慮重力、風力、地震力等載荷及溫度的影響，這些載荷不直接折算為設(shè)計壓力，必須分別計算。

㈡設(shè)計溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計條件下，金屬器壁可能達到的最高或最低溫度。㈡設(shè)計溫度器壁溫度通過換熱計算。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度分別計算㈢許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項強度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的?？估瓘姸?、屈服強度，蠕變強度、疲勞強度。取其中最低值。當設(shè)計溫度低于0℃時，取20℃時的許用應(yīng)力。㈣焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計許用應(yīng)力的系數(shù)。根據(jù)接頭型式及無損檢測長度比例確定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對接接頭或相當于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當于單面焊的對接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》才允許作局部無損探傷。抽驗長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的20％。㈤厚度附加量滿足強度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包括由鋼板負偏差(或鋼管負偏差)Cl、腐蝕裕量

C2，即C＝

Cl十

C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負偏差0.130.140.150.160.180.20.2

厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60負偏差0.60.80.911.11.21.3腐蝕裕量C2應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設(shè)計壽命確定。塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當腐蝕速度＞0.05mm／a時，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取C2＝0。氫脆、堿脆、應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕等，增加腐蝕裕量不是有效辦法，而應(yīng)根據(jù)情況采用有效防腐措施。工藝減薄量，可由制造單位依據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，設(shè)計者在圖紙上注明的厚度不包括加工減薄量。七、最小壁厚設(shè)計壓力較低的容器計算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度dmin：

a.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm

b．對高合金鋼制容器，不小于2mm

八、壓力試驗為什麼要進行壓力試驗呢？制造加工過程不完善，導致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗方法是液壓試驗。常溫水。也可用不會發(fā)生危險的其它液體試驗時液體的溫度應(yīng)低于其閃點或沸點。八、壓力試驗不適合作液壓試驗，如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗代替液壓試驗。對壓力試驗的規(guī)定情況如下表所示：試驗類型試驗壓力強度條件說明備注液壓試驗

(4-17)

（4-19)立式容器臥置進行水壓試驗時，試驗壓力應(yīng)取立置試驗壓力加液柱靜壓力。壓力試驗時，由于容器承受的壓力pT

高于設(shè)計壓力p，故必要時需進行強度效核。

氣壓試驗

(4-18）

(4-20)pT-試驗壓力，MPa；p-設(shè)計壓力，MPa；

[s]一試驗溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa；

[s]T

一設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa液壓試驗時水溫不能過低(碳素鋼、16MnR不低于5℃，其它低合金鋼不低于15℃)，外殼應(yīng)保持干燥。設(shè)備充滿水后，待壁溫大致相等時，緩慢升壓到規(guī)定試驗壓力，穩(wěn)壓30min，然后將壓力降低到設(shè)計壓力，保持30min以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無泄漏及微量滲透。水壓試驗后及時排水，用壓縮空氣及其它惰性氣體，將容器內(nèi)表面吹干例題4-2：某化工廠欲設(shè)計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。解析：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。根據(jù)式(4-12)式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPaj=0.8(表4-9)；C2=1.0mm

得：考慮鋼板厚度負偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗時的應(yīng)力

16MnR的屈服限ss=345MPa（附錄表6）水壓試驗時滿足強度要求。九、邊緣應(yīng)力無力矩理論忽略了剪力與彎矩的影響，可以滿足工程設(shè)計精度的要求。但對圖中所示的一些情況，就須考慮彎矩的影響。(a)、(b)、(c)是殼體與封頭聯(lián)接處經(jīng)線突然折斷；(d)是兩段厚度不等的筒體相連接；(e)、(f)、(g)有法蘭、加強圈、管板等剛度大的構(gòu)件。相鄰兩段性能不同，或所受溫度或壓力不同，導致兩部分變形量不同，但又相互約束，從而產(chǎn)生較大的剪力與彎矩。筒體與封頭聯(lián)接為例，邊緣應(yīng)力數(shù)值很大，有時導致容器失效，應(yīng)重視。邊緣應(yīng)力具有局限性和自限性兩個基本特性：1．局限性——

大多數(shù)都有明顯的衰減波特性，隨離開邊緣的距離增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減。2．自限性——

彈性變形相互制約，一旦材料產(chǎn)生塑性變形，彈性變形約束就會緩解，邊緣應(yīng)力自動受到限制，即邊緣應(yīng)力的自限性。塑性好的材料可減少容器發(fā)生破壞。局部性與自限性，設(shè)計中一般不按局部應(yīng)力來確定厚度，而是在結(jié)構(gòu)上作局部處理。但對于脆性材料，必須考慮邊緣應(yīng)力的影響。思考題1.承受氣體壓力的圓筒和圓錐形殼體的應(yīng)力有什么特點？標準橢圓殼的應(yīng)力又是怎樣的？2.無力矩理論的適用條件是什么？3.邊緣應(yīng)力的特點是什么？4.在什么情況下需要考慮邊緣應(yīng)力？作業(yè)：習題：P3074，8第四節(jié)封頭的設(shè)計封頭又稱端蓋，其分類一、橢圓形封頭半橢球和高度為h的短圓筒(通稱直邊)兩部分構(gòu)成，直邊保證封頭制造質(zhì)量和避免邊緣應(yīng)力作用。

㈠受內(nèi)壓的橢圓形封頭計算厚度K-橢圓形封頭形狀系數(shù)，標準橢圓形封頭(長短軸之比值為2)，K=1。壁厚計算公式：當封頭是由整塊鋼板沖壓時，j值取為1。筒體設(shè)計壁厚計算公式：忽略分母