整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证
整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证
1.1 氨合成塔材料的选择原则
在氨合成塔设计过程中，选择材料是重要的一环。材料选择的正确与否，将直接影响到设备的成本、订货、材料消耗量以及设备能否长期安全运行等。
通常选材时应当考虑以下几个方面：
1．材料的资源符合国情、价格便宜、容易获得；
2．使用安全，具有良好的综合机械性能。即强度高、塑性和抗断性好，以及有较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性；
3．制造和加工性能良好；
4．具有良好的抗氢、氮腐蚀的能力。
由于氨合成塔的制造方法不同，各个组成部分工作条件不同，因而对材料的要求也不相同，例如对层板包扎式的内筒主要要求是：组织严密、质量好、强度高、延伸率大、冲击韧性好、可焊性好以及耐腐蚀等，而对层板则首先要求机
械性能高及焊接性能良好。
一般对筒体和内件以及废热锅炉用材还有如下具体要求：
1．宜用电炉、平炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢；
2．有良好的可焊性；
3．除了要求在使用温度下有较高强度外，还应有良好的塑性(内筒的材料通常要比层板或钢带有更好的塑性)，一
般要求内筒
s 16%
δ≥、层板及钢带s14%
δ≥，单层筒体s15%
δ≥；同时还须有良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性；
4．和介质直接接触的材料（如内筒和单层容器等），还必须具有抗氢、氮、氨腐蚀的性能；
5．热稳定性好。
1.2 外筒材料的选择与论证
1.2.1 筒体材料的选择与论证
整体锻焊式筒体常用材料有Q235-B，16Mn，Cr-Mo-V 钢，SAE3230，SAE6130，AOS1135E等。
本设计氨合成塔外筒的材料选择16Mn锻造用钢。由查机械设计手册（第一卷）第3篇可知16Mn的许用应力及机械性能如表4-1和表4-2。
表4-1 16Mn的许用应力
表4-2 16Mn的力学性能
性和焊接性能良好，冲击韧性较好，一般在热轧或正火状态下使用，强度比Q235钢高约20%~30%，耐大气耐腐蚀性能提高了20%~38%。
锻造工艺性能及其它性能：始锻温度1220℃，终锻温度800℃，锻后900℃正火再冷却（空冷、砂冷或炉冷，可视尺寸不同而定），无回火脆性。
焊接要求：焊接性尚属良好，锻件焊前应预热100~150℃。焊后，电弧焊需600~650℃回火，电渣焊焊后需900~930℃正火，600~650℃回火消除应力。
焊条：手工焊焊条用结502、结506、结507；自动焊焊丝用H10Mn2、H10MnSiA、焊剂431；电渣焊焊丝用H08MnMoA，焊剂431，360。
1.2.2 端部法兰材料的选择与论证
端部法兰常用材料为有16Mn，20MnMo，15MnMoV，18MnMoNb，14MnMoVB，15CrMo，14CrMnMoVB，12Cr3MoA等。
本设计端部法兰材料选用16Mn锻造用钢。
1.2.3 底部封头材料的选择与论证
封头常用材料为16Mn，20MnMo，15MnMoV，18MnMoNb，15CrMo等。
本设计底部封头的材料选用16Mn锻造用钢。
1.2.5 主螺栓、主螺母及密封件材料的选择与论证
通常螺栓与螺母应采用不同材料或同种材料但不同的热处理条件，使其具有不同的硬度，螺栓材料硬度应比螺母高30HB以上。
本设计主螺栓的材料选用30CrMoA，主螺母的材料选用40MnB。
电加热器端盖与顶盖间平垫密封平垫片材料常用退火
铝、退火紫铜或10号钢，本设计选用退火铝。
外筒与顶部封头间双锥密封双锥环可选用20、25、35、16Mn、20MnMo、15CrMo及0Cr18Ni9等材料，本设计选用16Mn。
1.3 内件材料选择及论证
1.3.1 内件用材的基本要求
触媒筐部分处于高温下操作，选材时既要考虑到介质的腐蚀又要注意金属材料在高温时的一些特性。例如：碳钢在≥420℃时，会出现显著的蠕变。当温度愈高，作用的应力愈大时，蜕变的速度愈快。因蠕变而破坏的材料，其应力远远低于常温下的机械强度。因此在温度超过420℃选用碳钢；超过470℃选用耐热低合金钢；超过550℃选用奥氏体不锈钢，对不锈钢还必须考虑蠕变的影响。
目前我国大、中型的氨合成塔内件一般采用1Cr18Ni9Ti，其抗氢腐蚀性能较好，但对抗氨化作用来说必须控制钢中钛含量的上限。一般控制在Ti>5×C%<0.7%刷的
《化工设备机械基础》习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量 Ａ组 B组：
第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
第三章 内压薄壁容器的应力分析 四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力 σσ θ 和m 。 MP S PD m 6384100824=??==σ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 634== σ θ 2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。 α cos 2,:21D A R R = ∞=点
MP S PD m 58.14866 .01041010 5.0cos 4=???== ασ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 16.29866 .01021010 5.0cos 2=???== ασ θ 0,:21=∞=R R B 点 0==σ σθ m 3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。 25051010==b a 标准椭圆形封头 b b b y x A a R a R 2 2 21,:),0== ==点（ MP S Pa m 5.5020 10101=?== =θσσ MPa sb P B b a x a m 3.43)(2 2 2 2 4 =--= σ点： MPa b a x a a sb P b a x a 7.27)(2)(2 222442 22 4 =?? ????-----= θσ :)0,(==y a x C 点 MPa S Pa m 25.25202101012=??== σ MPa S Pa 5.5020 10101-=?-=-=σ θ 五、 工程应用题 1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ 和m 。 【解】 P= D=816mm S=16mm
第一章 化工设备材料及其选择
第一章 化工设备材料及其选择 本章重点：材料的力学性能及化工设备材料的选择 本章难点：材料的性能 建议学时：4学时 第一节 概述 一、化工设备选材的重要性和复杂性 1、 操作条件的限制 2、 制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。 3、 材料自身性能的限制 二、选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。 (1)材料品种应符合我国资源和供应情况； (2)材质可靠，能保证使用寿命； (3)要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀； (4)便于制造加工，焊接性能良好； (5)成本低。 第二节 材料的性能 一、力学性能 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力，叫做材料的力学性能。主要包括强度、塑性、韧性和硬度，这是设计时选用材料的重要依据。 1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。 （我们先看两个实例，再作总结） 压力 温度 介质 (从高真空到几千大气压,故有强度要求) (-250℃~2000℃，材料受冷、热) 酸碱（腐蚀）、核反应堆中子照射（变脆)
[实例1]常温拉应力下20号钢的拉抻试验 [实例2]高碳钢T10A 的拉伸试验 (1)屈服点（s σ） 金屑材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象，习惯上称为“屈服”。发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”，用s σ(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 条件屈服点（2.0σ）工程中规定发生0.2％残余伸长时的应力，作为“条件屈服点” (2)抗拉强度（b σ） 金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。由于外力形式的不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标， (3) 蠕变极限（n σ） （3）注意： δ的大小与试件尺寸有关； ψ的大小与试件尺寸无关。 （试件计算长度为试件直径5倍时，用5δ表示） 2、韧性 (韧性是表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。我们常用冲击韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力，用缺口敏感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。) （1）冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功A K 或冲击韧度表示αK 表示。
化工设备和管道的选择
化工设备和管道的材料选择 许多因素影响到材料的选择：工艺的设计条件，材料的经济性，维修方面，材料的可加工性，材料的是否方便供应，对最终产品的污染，工艺安全方面的考虑，材料特性（mechanical properties）, 但是对于化工装置，很多时候主要的考虑因素是抗腐蚀。 A. 材料特性 具体而言，以下是最重要的一些特性在设计阶段是需要考虑的。 1. 材料的机械特性 抗拉强度(strength) ，刚度（抵抗变形的能力,stiffness），韧性(toughness),硬度（hardness, wear resistance）, 抗疲劳性（fatigue resistance），抗蠕变性(creep resistance) 等。 2. 在高温和低温下，材料的机械特性的变化。 3. 抗腐蚀性。 4. 一些所需要的特别性质: 比如，热传导性，电阻，磁性等。 5. 材料的易加工性 6. 材料是否有标准尺寸 7. 价钱 对于上面第二点，展开来讲，一般说来，随着温度的上升，钢材的强度和刚度会随之降低。在这方面，不锈钢的表现要好于碳钢。如果材料在高温下会暴露于高应力下，那么材料的抗蠕变性就很重要。特殊的合金钢ALLOY, 比如Inconel, 就常常被选为加热炉的炉管材料. 在低温下,钢材会出现脆的现象, 这种发脆的现象常常是由于钢材中的结晶结构的变化.对于那些低温场合 (cryogenic plant, liquefied-gas storages), 奥氏体不锈钢(fcc: face-centred-cubic) 或者铝合金（ aluminum alloys (hex)）常常被选为用材。（对于LPG 的场合，因为常温下是气体，当设备失去压力的时候，液化气会气化，由于焦耳汤姆逊效应，气化吸收了大量的热，导致温度急剧下降，因此，液化气场合的选材常常要考虑低温的要求，防止出现失压低温的时候，钢材脆化） 对于第三点，抗腐蚀性。常见的类型有，介质造成的均匀腐蚀，电偶腐蚀（由于不同的金属材料相接触）（galvanic corrosion），点蚀(pitting)，晶间腐蚀（intergranular corrosion）, 应力腐蚀（stress corrosion）, 冲蚀，腐蚀疲劳，高温氧化（high temperature oxidation）, 氢脆。 从本质上讲，金属的腐蚀是电化学的过程。形成这个过程四个要素必不可少： 1. 阳极 2. 阴极 3. 导电介质（电解液） 4. 通过介质形成电路展开来讲： 均匀腐蚀 对于这种腐蚀，其腐蚀速度是可以通过试验来预测的。最终的选择，要考虑到装置的设计年限，材料的经济性，使用频率，工艺安全等。腐蚀速率常常取决于流体的温度和浓度。一般来讲，随着温度的上升，腐蚀速度也随之上升，但也并不都是这样的。另外，也有其他因素影响到腐蚀速率，比如流体中氧含量 (oxygen solubility). 常见到的例子有，用来传热的循环流体. 膨胀罐如果使用氮封，防止溶氧，就会减轻管道的腐蚀。 电偶腐蚀 当不同的金属接触在一块的时候，那么作为阳极的那一方的腐蚀速率就会增加。如果不同的金属的接触不可避免，那么可以用保温隔热来断开电路的形成。（insulated）. 或者，如果阳极一方作出牺牲，增厚阳极一方的腐蚀余量。常见的地下管道，比如消防水管，采用阳极牺牲保护法来减轻消防水管的腐蚀。 点蚀
化工设备设计中材料的选择和有效运用
化工设备设计中材料的选择和有效运用 发表时间：2019-09-16T09:52:31.753Z 来源：《房地产世界》2019年5期作者：谭朝晖 [导读] 随着我国经济技术的不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。 谭朝晖 中泰化学(集团)公司华泰重化工有限责任公司热电厂发电部新疆乌鲁木齐市 830001 摘要：随着我国经济技术的不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。具体到化工设备的设计中，就是要选择最合适的设计材料和设计工艺，以保证化工设备的质量和安全，同时企业在具体的生产环节，也要根据具体的情况合理应用化工设备，进而促进企业生产的效率。 关键词：化工设备；材料选择；设备设计 引言 我国经济的快速发展，推动了各行各业的迅猛成长。化工行业也在国家经济的推动下，快速成长起来。化工行业最重要的设施就是机械设备，它在化工生产中占有很重要的地位,所以机械设备的维护和保养是化工生产中最重要的环节。化工工艺链中设备管道接触到大量的强酸、强碱、高浓度氯离子以及电石渣循环浆液等粗糙介质，存在强腐蚀、强磨损的恶劣的化学物理环境，主要针对化工设备设计中的材料选择和应用进行分析和研究，从而在设备材料方面不会再发生影响设备正常运行的问题。 1化工设备的材料选择 1.1选择载荷类型的材料 选择载荷类型材料的优势是，它可以避免发生机械设计的部分元件失效的现象。经过对机械设备设计的研究发现，在设计环节中，机械材料外载荷性能很容易引发机械设计的部分元件发生失效的现象。从此可以看出失效零部件的性能和材料的外载荷性能之间的矛盾问题，所以在机械材料的选择上，一定要考虑材料的载荷性，要根据材料的载荷性选择机械设备。通过对载荷性能的分析，在选择时需要注意两个方面：第一个方面是如果在化工生产中机械需要受到载荷力，那么就要选择低碳性的钢渗碳，或者是选择中碳性的钢调质方式来对材料进行加工作业，这样的选择方式主要是因为零部件如果在外载荷力的作用下发生了扭转的现象，而应力又大多集中在材料的表层上，那么就说明材料的表面性能直接决定着零部件之间的控制效果。这样的举措，主要是要保障产品的质量达到标准。第二个方面是如果是外载荷力作用在零件的横截面，促使横截面的应力达到了均衡，那么在设计时，就要选择能够承受压缩的或者是能够承受拉伸的，而且其性能分布也较为均匀的材料，这样的举措，主要是为了保障机械设计在加工和生产环节中能够对材料进行较高效的工作。 1.2对合金钢材料和碳素钢材料的分析 在材料的选择上，也可以采用合金钢材料和碳素钢材料，但在两者的选择上也要依据实际的情况进行选择。合金钢是一种合成的材料，是在碳素钢的基础上改进而来的，它是在碳素钢内加入合金而形成的合金钢。此改善的措施，主要是针对碳素钢的缺点，碳素钢存在着韧性差和强度差的特点，中等以上的形状材料，不能达到完全淬透的状态，这就影响了碳素钢的充分利用。合金钢的特点则是满足了这一点，其淬透性和韧性以及强度都得到了大力的提升，而且还增加了另一个特点，其耐磨性也得到了提升。虽然合金钢弥补了碳素钢的缺点，但是也不是任何条件下都可以用合金钢。经过研究和分析，只有在零横截面较大和材料外载荷应力很大的情况下，以及需要对材料进行完全淬透的情况下才能利用合金钢材料，其他的情况下要选择碳素钢材料，碳素刚材料拥有的优势是价格低廉，稳定性能高。 1.3选择可循环利用和回收的材料 在材料使用上，选择可循环利用和回收的材料的好处是，可以节省成本，还可以达到国家的环保节能要求。通过分析和研究，要达到循环利用和回收的材料只有单一性的合金系材料，主要是合金系的构成元件很少，从而不会对环境造成污染，所以能够提升对合金的回收和循环利用。以往的机械设计中，经常存在着不同种类的材料都堆放在了一起，不能达到对材料进行分类的要求。通过调查，可以得到的是金属材料的种类太多，钢材材料就有上百种，如果不能对这些种类的材料进行分类，就无法达到回收利用的目的。 2化工设备设计中材料的选择与应用需要注意的问题 2.1关于生产成本 在具体使用化工设备进行生产的过程中，一定要把控好生产的成本。一方面也对于产生的环境进行检测，评估其可能会对于生产设备造成的损害。一般来说，化工设备的价格较高，而对于设备的损害也是企业生产的无形的成本，企业可以对设备的损害进行预测，并将其算入投资的成本，然后预算生产的收益，比较二者之间是否合理，如果成本与收益相同或者成本大于收益，企业就要考虑改善生产的环境，尽可能的降低生产过程中对于设备所造成的损害。 2.2关于生产环境 由于不同化工设备的设计材料有所不同，其对于各类环境的耐受力也不一样，因此在具体使用化工设备的过程中，一定要对于生产的环境进行检测与分析，比如环境中气体的活性、是否存在腐蚀性、温度等，根据具体的生产环境选择不同化工设备进行操作，一方面可以有效避免危害环境对于化工设备的损害；另一方面也可以选择最合理的设备，进而保证生产的质量和效率，实现企业的经济效益。 2.3关于设计工艺 为了使得设备达到最好的质量和效果，在具体设计中，要严格遵守效果设计工艺，避免由于工艺的差错而影响设备价值。一是要平衡好材料的价格和设备的性价比之间的关系，避免为了追求设备的高性能，比如抗腐蚀性和耐高温，而选择使用非常昂贵的设计材料。二是在具体的设备设计环节，要严格的遵守相关工艺的技艺标准和规范，合理的进行操作，避免因为技艺的操作不当而影响化工设备设计的质量，要尽可能的将相关材料的价值发挥到最大，制作出性能优异的化工设备，为企业的生产提供动力。 2.4达到经济性能和实用性能相统一的要求 各行各业的健康发展，都离不开对成本的有效控制，这样才能增加企业的经济效益。化工机械设备的材料选用上也要遵循这一原则，
《化工设备机械基础》第一章-习题解答
第一章化工设备材料及其选择 一. 名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变 形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及 时和迅速塑性变形的能力。 6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生 成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自 脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不 同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能， 这样的加工工艺称为热处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退 火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的 热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一 种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使 组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。
第一章化工设备材料及其选择
第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释: 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度６、普通碳素钢7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢1０、容器钢１1、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径３、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组： １、球壳上任一点2、圆锥壳上之M点3、碟形壳上之连接点Ａ与 B
三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知：p ＝２M Ｐａ,D ＝1０08m ｍ，S ＝8mm 。(图３－34) 2、圆锥壳上之A 点和Ｂ点。已知：p =０.5M Ｐa ，D =1０１0mm ，S ＝10mm ，α＝３０°。(图３－35) 3、椭球壳上之Ａ、B 、Ｃ点。已知:p ＝1MPa,a ＝1010mm,b=50.5ｍm,Ｓ＝20mm,B 点处座标ｘ=600mm 。(图3-3６) 图３－34 图３-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为１00２0mm 的球形容器,其工作压力为0.6MPa ,厚度为20m ｍ ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器,两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为２030mm ,筒体与封头厚度均为３0m ｍ，工作压力为３MPa ,试求： （1） 圆筒壁内的最大工作应力； （2） 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,２.5时，计算封头上薄膜应 力m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
浅析化工设备设计中材料的选择及应用
浅析化工设备设计中材料的选择及应用 化工设备在工业中应用十分广泛，生活中的很多必需品都是由化工设备制造的，化工设备性能的好坏关系到工业生产的安全和稳定。而化工设备的材料又很大程度上影响着设备的质量。要选择适宜的化工设备材料，保证其机械性能和安全性，这样才能制造出质量过硬的设备来，为工业的发展做出贡献。本文分析探究化工设备材料的选择和应用，并给出选择材料时应该注意的事项。 标签：化工设备设计；材料选择；应用 选择适宜的设备材料不仅可以保证设备的质量和性能，还可以使得设备运行更加安全，更加人性化，例如好的材料可以降低噪音，减小对人体耳膜的伤害。此外，材料的选择不能仅仅局限于眼前，还要放眼长远，要为长久的利益着想，例如不能为了图一时便宜就使用廉价的高污染的材料，这样和生态环境相违背的做法是不可能长久的，因此必须重视化工材料的选择，从多方面考虑，不仅保证材料的机械性能，同时要考虑互换性、环保性以及可持续性和经济性等，这样才能促进化工设备健康持续发展。 1 化工设备设计中材料选择和应用的重要意义 着我国经济的飞速发展，各方面的建设如火如荼，对化工产品的需求迅速增长，因此也带动了化工设备的发展。但是由于各个行业对材料的需求增大，化工设备设计所需要的材料供应不足，材料稀缺问题越来越严重。在这种大的环境下，就不能只考虑眼前材料的低品质性，而要选择经济型、环保型、可持续型的材料，充分利用有限的资源来发展化工行业，这才是可行之路，也是必行之路。 2 化工设备设计中材料选择与应用应该注意的事项 2.1 在材料选择和应用中应该注意经济性和适用性 化工设备的材料选择很重要的两点就是材料的经济性和适用性，要选择适合的材料，不能只追求材料性能，還要注重材料的价格，要选择性价比高的材料。现在工业发展迅速，对各种材料的需求增大，所以在设备材料选择中就不能选择那些稀缺的材料，稀缺的材料不仅供应不足，而且价格高昂，不满足经济性的要求，为了使得化工设备能够持久性发展，必须避免选择这种材料。 化工设备的制造需要很多种材料，而不同的化工设备对材料的要求不同，例如生产化肥的设备就要保证其耐腐蚀性，而炼钢设备要保证其耐高温性。因而在化工设备的设计时就要考虑化工设备所应用的环境，选择适当的材料，不然不仅浪费了材料，还使得设备最终达不到质量要求。 2.2 化工设备设计中材料的选择和应用应该重视绿色环保
化工设备机械基础习题-力学部分.doc
第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释： 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度 6、普通碳素钢 7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢10、容器钢11、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径 3、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组： 1、球壳上任一点 2、圆锥壳上之M点 3、碟形壳上之连接点A与 B
三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知：p ＝2MPa ，D ＝1008mm ，S ＝8mm 。(图3-34) 2、圆锥壳上之A 点和B 点。已知：p ＝0.5MPa ，D ＝1010mm ，S ＝10mm ，α＝30°。(图3-35) 3、椭球壳上之A 、B 、C 点。已知：p ＝1MPa ，a ＝1010mm ，b ＝50.5mm ，S ＝20mm ，B 点处座标x ＝600mm 。(图3-36) 图3-34 图3-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为10020mm 的球形容器，其工作压力为0.6MPa ，厚度为20mm ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器，两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为2030mm ,筒体与封头厚度均为30mm ，工作压力为3MPa ,试求： （1） 圆筒壁内的最大工作应力； （2） 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,2.5时，计算封头上薄膜应力 m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
化工设备机械基础第六版课后答案
第一篇: 化工设备材料 第一章化工设备材料及其选择 2.名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下 逐渐产生塑性变形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。 6.泊松比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性 变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧 还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地 凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液 在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔， 凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半 部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C组： 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化 学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下 来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近 平衡状态组织的热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到 马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火 后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调 质处理。
化工设备材料及其选择
第一章 化工设备材料及其选择 第一节 概述 一、化工设备选材的重要性和复杂性 1、 操作条件的限制 2、 制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。 3、 材料自身性能的限制（如材料本身制造过程中的缺陷等） 二、选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。 (1)材料品种应符合我国资源和市场情况； (2)材质（纯粹是指材质本身的质量，如有无裂纹等）可靠，能保证使用寿命； (3)要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀；（最重要） (4)便于制造加工，焊接性能良好； (5)成本低。 第二节 材料的性能 一、力学性能（也称机械性能） 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力，叫做材料的力学性能。主要包括强度、塑性、韧性和硬度，这是设计时选用材料的重要依据。 1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。 （这里先简单复习材料力学的知识，重点让学生回忆做材料单向拉伸实验的情况） [实例1]常温拉应力下20号钢的拉抻试验（有明显塑性变形） [实例2]高碳钢T10A 的拉伸试验（无明显塑性变形） (1)屈服强度（屈服点）（s ） 压力 温度 介质 (从高真空到上百MPa ，故有强度要求，用例子解释真空、高压) (-250℃~2000℃，材料受冷、热，热胀冷缩，材料的物理性能的变化) [酸碱等（腐蚀）、核反应堆中子照射（变脆)，有毒，易燃易爆等]
金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象，习惯上称为“屈服”。发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性变形时的应力，称σ(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 为“屈服点”，用 s σ）工程中规定发生0.2％残余伸长时的应力，作为“条件屈服点” 条件屈服点（ 2.0 σ） (2)抗拉强度（ b 金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。由于外力形式的不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标， σ） (3) 蠕变极限（ n 高温 （比如：碳素钢＞420℃，合金钢＞450℃）在一定应力联合作用下金属将逐渐产生塑性变形。(4）持久强度σD σ）：（材料在交变载荷作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就已经断(5) 疲劳强度（ 1 - 裂了，这种现象就是疲劳。我们把）经过106~108次循环试验而不发生断裂的最大应力，作σ表示。 为疲劳强度，用 - 1 2．塑性（可用橡皮举例） 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的指标有延伸率δ和断面收缩率ψ。 注意：δ是指试件受拉力断裂后，总伸长长度与原始长度之比的百分率，其大小与试件尺寸有关；举例力学做的实验；试件长度为直径的5倍或10倍。（试件计算长度为试件直径5δ表示） 倍时，用 5 ψ试件断裂后断面缩小的面积与原始截面积之比的百分率，其大小与试件尺寸无关。 3、韧性 (韧性是表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。我们常用冲击韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力，用缺口敏感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。)
化工设备材料及其选择-习题解答分析
1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=E ε,比例系数E 为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能 力。 6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al 等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO 中的氧还原出来，生成SiO 2和Al 2O 3。钢锭膜 上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn 脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量 CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe 中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe 中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热 处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC ）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可 以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得 技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。 7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S ≤0.055%，P ≤0.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点 数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235—A ·F 。 8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S 、磷P 均≤0.04%），非金属杂质少，组织均匀，表面质量较好。 9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。 10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器 的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。 1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器用钢板有比较严格的要求。 2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。 3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20℃以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温 韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。 4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。 （1） 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即： t F p p K ?-= 10（g/m 2·h ）K ：腐蚀速度，g/cm 2·h ；p 0：腐蚀前试件的重量，g ；p 1：腐蚀后试件的重量，g ；F ： 试件 与腐蚀介质接触的面积，m 2 ；t ： 腐蚀作用的时间， h ； （2） 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即： ρ ρK K K a 76.8100036524=?= （mm/a ） 式中：K a ：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a ； ρ：金属的相对密度，g/cm 3 。
化工设备机械基础第一章习题解答
《化工设备机械基础》习题解答 第一章化工设备材料及其选择 一. 名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的 作用下逐渐产生塑性变形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载 荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。 6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产 生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把 FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部 向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇 注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢 锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因 而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢， 上半部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的 物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷
化工设备与材料教学大纲(0803版)专
《化工设备与材料》课程教学大纲 一、课程的基本情况 课程中文名称:化工设备与材料 课程英文名称：Chemical Equipment and Material 课程代码： 2202047 课程类别：专业基础课 课程性质：必修课 课程学分：2.5 总学时：46 讲课学时：46 实验学时：0 授课对象：应用化工技术专业专科二年级学生 前导课程：大学物理机械制图机械设计基础 二、教学目的 《化工设备与材料》是应用化工技术类专业一门综合性的机械类技术基础课，包括工程力学、化工设备材料与焊接和化工容器设计三大部分。其任务是使学生具备基本工程力学知识，了解化工设备的选材要求及常用材料的特性，了解和掌握化工设备的设计计算方法和过程及典型设备的结构设计与计算，强化化工类专业专科生对化工设备的机械知识和设计能力。 三、教学基本要求 第一章物体的受力分析及其平衡条件 1.1 力的概念和基本性质 1.2 力矩与力偶 1.3 物体的受力分析及受力图 1.4 平面力系的平衡方程 基本要求：了解力、力矩与力偶的概念。掌握力的平移定理、常见典型约束性质与约束反力的确定、物体和简单物体系统受力图的画法、平面力系平衡的必要与充分条 件。 重点与难点：几种典型约束的约束反力；物体的受力分析及受力图的绘制 第二章直杆的拉伸和压缩 2.1直杆的拉伸和压缩 2.2拉伸和压缩时材料的机械性质 2.3拉伸和压缩的强度条件 基本要求：掌握以下内容：1. 轴向拉伸和压缩的概念；2. 轴向拉伸与压缩时直杆横截面上的内力和应力、许用应力、强度条件、应力集中的概念；3. 轴向拉伸或压缩时 的变形、拉伸和压缩时材料的力学性能。 重点与难点：轴向拉伸和压缩的受力特点和变形计算 第三章直梁的弯曲 3.1梁的弯曲实例与概念 3.2梁横截面上的内力 -- 剪力与弯矩 3.3弯矩方程与弯矩图 3.4梁弯曲时横截面上的正应力及其分布规律 3.5梁弯曲时的强度条件