1、过程设备机械设计基础,-学习辅导（3）华东理工大学 郝俊文,七 过程设备常用材料,教学目的与要求,了解过程设备对材料的基本要求 熟悉常用材料的特性和化学成分 重点掌握钢材的性能和热处理 掌握环境温度对材料力学性能的影响 掌握材料腐蚀产生的原因和防护措施 了解实践中选择材料应该注意的一些事项,重点内容,7.1 过程设备用材的要求 7.1.1 基本要求 1. 材料来源可靠,性能稳定,保证使用寿命 2. 力学性能满足使用要求 3. 介质有腐蚀性时的耐蚀要求 4. 良好的加工性能,如焊接性 5. 经济 6. 供货方便,稳定持续性,7.1.2 对力学性能的要求,1. 强度：确定许用应力的依据，S ( 0
2、.2)，b,2. 塑性：反映材料可塑性指标，5=1020%,3. 韧性：抵抗缺陷扩展能力指标，K=4060J/cm2,4. 硬度：抵抗外物侵入的能力,5. 材料在高温和低温下的力学性能,7.1.3 耐腐蚀性,抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。,抗氧化性,7.1.4 加工工艺性,1.可焊性,2. 可锻性：不发生热脆,3. 可塑性,4. 机械加工性能,7.1.4 材料的物理性能,导热系数：设备要求传热,线膨胀系数：防止热应力,密度：决定设备的重量,熔点和导电性：,7.1.5 材料的经济性-价格表,7.2 过程设备常用材料,7.2.1 碳钢,碳钢：碳含量在0.022之间的铁碳合金;,铸铁：碳含量大于2的铁合
3、金。,2、碳钢分类,优质碳素结构钢：高、中、低,普通碳素钢：A、B、C、D,1、碳钢与铸铁,7.2.2 合金钢,2、不锈钢,3、耐热钢,4、低温钢,1、普通低合金钢,7.2.3 铸 铁,1 灰口铸铁：HT150330,2 球墨铸铁：QT40015,3 可锻铸铁：KT30006,4 合金铸铁：如高硅铸铁，用于耐酸泵,7.2.4 有色金属及合金,铜及铜合金,铝及铝合金,镍及镍合金,钛及钛合金,7.2.5 非金属材料,无机材料 有机材料,用途 耐蚀材料 保温材料 耐火材料 密封材料 强度材料,7.3 钢材的热处理,定义：将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性
4、能，称钢的热处理。,目的：获得预期的机械性能和加工性能,退火 正火 淬火 回火,常用热处理方法,表面淬火 提高零件表面硬度和耐磨性 方法：火焰加热，（高频）感应加热 特点：处理过程短，不易氧化和变形 时效 化学热处理,7.4 金属材料的腐蚀与防护,腐蚀分类 全面腐蚀均匀腐蚀 局部腐蚀,区域腐蚀 点腐蚀 晶间腐蚀,缝隙腐蚀 应力腐蚀,7.4.1 金属材料的化学腐蚀与电化学腐蚀 7.4.2 影响腐蚀的因素合金元素的影响与n/8定律腐蚀介质酸碱性的影响温度和压力的影响应力对腐蚀的影响,7.4.3 腐蚀评定与防护 7.4.3.1 金属腐蚀的评定方法 称重法 减薄量,7.4.3.2 防腐蚀措施涂覆保护层
5、 电化学防护添加缓蚀剂,合理的结构设计 消除应力处理,7.5 过程设备材料选择 1 根据要求的工况按标准选取GB150-1998 GB6654-1996 GB4726-1994 2 材料的质量保证书/证明书必要时，复检 3 合理选材：镇静钢 半镇静钢,4 优先采用低合金钢 5 仅受刚度控制的设备，不宜选择强度 过高的材料 6腐蚀介质存在的场合，优先采用无 NiCr铁素体钢 7低温用钢 8中温用钢 9 各种钢材都有一定的使用温度，设计时应该根据工艺条件和设备的结构、设计温度来选择材料。,第八章 压力容器,教学目的与要求,学习压力容器的常用零部件。这些零部件包括圆筒体、封头、支座、接管、法兰、人（
6、手）孔、液位计等。 掌握内压容器的设计。内容包括内压薄壁圆筒体的应力分析，设计时的强度条件，设计公式的来源、设计参数的选择以及压力试验。 了解外压容器的失效形式和设计方法 学习压力容器的使用和管理应掌握压力容器在各个不同阶段所实施的使用和管理内容。,重点内容,过程设备零部件的基本参数为公称压力和公称直径，以此为标准设计制造的零部件具有一定的通用性； 8.1压力容器常用零部件 筒体和封头 法兰和垫片 支座 开孔与接管及安全附件,8.2 压力容器分类 压力容器分类考虑主要因素 压力， 毒性和易燃性， 储能 按压力分为低压、中压、高压和超高压 按工艺分为：反应器（R），换热器（E），分离器（S），储
7、存容器（C，B）,按安装方式分为：固定式和移动式 按监察规程分为三类。该分类方式考虑了多种因素，是一种综合的分类方法，其核心是容器破坏后的危险性和危害性。 高压容器，移动式和容积大于50m3的储罐属于三类压力容器； 普通中压容器为二类压力容器； 普通低压容器为一类压力容器。,内压薄壁容器设计,1、按容器的外径Do和内径Di的比值K 不同，可将容器分为： 厚壁容器：K1.2 薄壁容器：K1.2,球形壳体,二、边缘应力及其处理,1. 边缘应力的产生原因,2. 边缘应力的特点：局部性、自限性 3. 工程上的处理方法： 危害性较小，不做特殊处理,仅作局部结构调整,三 薄壁筒体强度设计,1、 强度设计公
8、式,强度条件：,设计公式：,2、设计参数确定,2 设计温度,3 焊缝系数,1 设计压力(P),4 许用应力,5 .厚度(t)及厚度附加量,压力与气密性试验,1、水压试验,3、气密性试验,2、气压试验,8.4 外压薄壁容器,1、外压容器失稳的概念,外压大于内压,2、失效的主要形式：失稳。其后果是造成容几何形状偏离原形状。 3 提高稳定性的措施设置加强圈,局部设置加强圈可以缩短筒体的计算长度，增加外压圆筒的稳定性且节约材料 加强圈材料通常为碳钢，采用型钢。 加强圈可以和内件合二为一； 加强圈可以设置在外部,也可以设置在内部,8.5 压力容器的安全使用与管理,一、 压力容器的安全技术监察,1 、安全
9、技术监察的依据容规 涉及内容:类别划分，材料选用，结构与强度设计，制造组装，无损检测探伤，压力试验，使用管理，定期检验及安全附件，等等,2 、压力容器的设计监察资格,3 、压力容器的制造监察许可,二、压力容器的安全使用与管理,1 、管理体系与职责,2 、建立压力容器技术档案,3、压力容器的使用登记,4 、制订容器的安全操作规程,5 、正确操作容器,三、 压力容器的定期检验,1 、定期检验的目的,2 、定期检验的内容与期限外部检测，内外部检验，耐压试验；检验程序检验报告,第十一章 管道与管配件,教学目的和要求,管道的组成和分类；压力管道的概念和分类；管道的工程表达/工程图识读； 管子的分类；管子
10、的尺寸系列标准；管件的连接方式； 常用阀门的结构特点；阀门的应用 管系的支撑、应力分析及热补偿、 管道的防腐处理、 管道标识和保温,重点内容,11.1管道的组成与分类,管道的组成管道是各种管路的总称。一般由管子，阀门、支吊架、仪表装置及其他附件组成。,管道的分类,管道的分类标准：压力，材质，设计温度等,）根据管道的设计压力分类： 真空管道，指p 100MPa的管道。,） 按管道的设计温度T（）分类 低温管道，指t200的管道。,3） 按管道的材质，管道可以分为： 金属管道 非金属管道 复合管道,压力管道,某些管道使用过程中危险性大，发生事故后危害性大，使用工况苛刻，为了便于管理，杜绝灾害事故，
11、劳动部将这些管道统称为压力管道，并制定相关法规进行管理。 管理文件： 压力管道安全管理与监测规定压力管道设计单位资格认证与管理办法,11.2 管道工程图识别 11.3 管件,管件的作用 管件是用来改变管道方向、改变管径大小、进行管道分支、局部加强以及实现其他特殊作用的管道元件。 管件的制造 管件可用钢板焊制、钢管热推制或液压成形、铸造或锻制等方法制作。,11.4 管件的连接,四种连接形式 对焊连接型、 螺纹连接型、 承插焊连接型、 法兰连接型 （对夹式）,11.4.2 阀门,1 作用： 接通和截断介质； 防止介质倒流； 调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质； 防止介质压力超过规定数值，以保
12、证管道或设备安全运行等。 2 分类：见表,3 阀门选用原则 (1).输送流体的性质 (2).阀门的功能 (3).阀门的尺寸 (4).阻力损失 (5).温度和压力 (6).阀门的材质,11.4.3 管法兰及紧固件 11.5 管系的支撑 11.5.1 管道支吊架的作用(1) 支承管道的重量。（该重量包括管道自重，内部介质重量和外部保温层的重量等）(2) 限制管道在某个或某几个方向的位移，防治发生意外移动。(3) 平衡介质反力，避免介质泄漏或管道爆破。(4) 控制管道的振动，摆动或冲击，防止管系产生疲劳破坏或发出噪音。,11.5.2 管系支承装置的分类选用原则,1 管系支撑装置的分类,广义的管线支架
13、包括了所有的管系支承装置。其结构、形状众多，但就机能和用途可分为支架(包括管托、滚动支架、管卡、平衡锤支架、弹簧支架等)、吊架(包括刚性吊架、弹簧吊架等)、限制性支架和支撑装置等等。,11.5 .4管道支吊架位置的确定,1 管道最大允许跨距的计算 2 管道最大导向间距的确定 3 确定管道支吊架位置的要点(1)承重管架应安装在靠近设备管嘴处，以减少管嘴受力(2).管系中有阀门和小型管道设备等集中载荷时，支架要布置在靠近集中载荷的地方，以减少偏心载荷和弯曲应力(3)尽量设置在靠近管系的两端、弯管附近、大直径三通式分支管附近(4)管系有垂直管段时，宜在垂直管段上部或下部设承重支架；如垂直管段很长，中间应设导向支架；(5)弹簧支吊架应设在位移量小的地方。,7 、管路的防腐、保温及标志,7、 管路布置的基本原则,管路布置的基本要求： 1、满足化工生产要求，管路阻力小，调节控制方便。 2、选材、结构等合理，便于安装、操作和检修。,谢谢大家,
