化工设备基础知识点

1.2 材料的性能

力学性能物理性能化学性能加工工艺性能

屈服点：发生屈服现象时的最小应力，即开始出现塑性变形时的应力。常用Mpa做单位代表金属材料抵抗产生塑性变形的能力。工程上规定发生0.2%残余变形时的应力，作为“条件屈服点”，记作ζ0.2 。

3抗拉强度：材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂时所能承受的最大应力值。

4 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。

蠕变极限：材料在高温条件下抵抗发生缓慢塑性变形的能力。

5持久强度：在给定温度下，促使试样或工件经过一定时间发生断裂的应力。

的一种及时和迅速塑性变形的能力。

10．缺口敏感性：在带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力，属于材料的韧性范畴。11弹性模数：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即ζ=Eε,比例系数E为弹性模数。

12.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 。

13.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。

1.3 金属材料的分类及牌号

2生铁：分为炼钢生铁铸铁合金生铁

3钢

4.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。

5.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。

6.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。

7牌号表示：课本13至14页

1.4 碳钢与铸铁

1“铁碳合金”由铁(>95％)和碳(0.05％～4％) 1％及杂质所组成合金

钢: 含碳量0.02％～2％铸铁含碳量大于2％含碳量大于

2体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。

3α-Fe：体心立方晶格的纯铁称：γ-Fe：面心立方晶格的铁称为：

α-Fe加热变为加热变为γ-Fe，高温下的加热变为，高温下的γ-Fe冷却变为α-Fe。

4.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。

5.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。

脆”。

（3）锰：脱氧剂，有益元素减轻s的有害作用

（4）硅：脱氧剂，有益的元素

（5）氧：有害元素，

（6）氮：硬度、强度提高，易析出，固氮处理可消除时效倾向氢脆、

（7）氢：氢脆、白点等缺陷

8按品质好坏碳钢可分为

1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。

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。

13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。

1.5低合金钢

1金元素对钢性能的影响

铬:提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。

锰：提高强度和提高低温冲击韧性。

镍：提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的、提高淬透性塑性和韧性。。

硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S介质的腐蚀性。

铝：提高冲击韧性、抗氧化性和耐热性。。

钼：提高高温强度、硬度、抗氢腐蚀。、提高高温强度、硬度、抗氢腐蚀。

钒：于固溶体中提高高温强度。、于固溶体中提高高温强度。

钛：可提高强度、韧性、耐热性。、可提高强度、韧性、耐热性。

2低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。

3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.

铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 0---含碳量的千分数； Cr18---含铬量18%左右； Ni9---含镍量9%左右

4耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。

5高温设备对材料的要求：

化学稳定性:抗高温气体（O2、H2S、SO2 等)腐蚀的能力。抗氧化钢—钢的表面能生成致密的氧化膜高7钢材的品种:钢板钢管无缝钢管型钢:圆钢方钢扁钢等边角钢不等边角钢工字钢槽钢铸钢和锻钢

8常用的合金元素铝铜铅钛

铜与锌的合金黄铜特性：铸造性能好；较高的力学性能；易切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应力腐蚀开裂倾向。

铜与锌以外的元素组成的合金青铜特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。

用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等

1.8化工设备腐蚀

1化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。特点：化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。

2金属的高温氧化及脱碳

a属在高温下的气体腐蚀解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝—不起皮钢

b温度＞700℃时——脱碳作用

Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2

力学性能下降特别是降低表面硬度和抗疲劳强度

3氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。

第一阶段：氢脆—以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。

第二阶段：氢侵蚀发生化学反应： Fe3C+2H2=3Fe+CH4

危害：1）甲烷在晶界聚集，成为裂纹源； 2）甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能；

3）渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀——钢材组织成为网格。

4电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。 包括三个环节 阳极反应 阴极反应 电子流动

电化学腐蚀进行的三个条件

1）同一金属中有不同电位的组织成分之间存在电位差或是不同金属之间存在电位差

2）阳极和阴极互相连接；

3）阳极和阴极同处在连通的电解液中

5晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧失。—“内部瓦解”作用。解决办法：

1）钢中加入Ti 和Nb 元素；2）减少不锈钢中的碳含量。

6应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。腐蚀断裂过程分三个阶段：1）孕育阶段——机械裂纹。2）裂纹扩展——裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。3）破坏阶段。

第二章

1 容器按压力等级分类

低压容器 L 0.1

高压容器 H 10

2容器零部件标准化的基本参数有 公称直径DN 公称压力PN

3我国纳入安全技术监察范围的压力容器是指同时具有以下三个条件

（1） 最高工作压力Pw>0.1MPa （2）内直径Di>150mm 容积V>0.025m 3

（3） 介质为气体 液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体

第三章

1薄壁容器：容器的厚度与其最大截面圆的内径之比小于0.1 即δ/Dimax<0.1；K =D0/Dimax<1.2 的容器称为薄壁容器。（超出这一范围的称为厚壁容器）

2对于球壳，环向应力与经向应力相等 对相同的内压，球壳的环向应力要比同直径同厚度的圆筒壳的环向应力小一半，这是球壳显著的优点

3 经向应力： 环向应力 4椭圆形封头的应力分布

在x =0处 在x =a 处 第四章 1第三强度理论最大切应力是使材料发生屈服破坏的根本原因。只要最大剪切应力ηmax 达到材

料单向受力时的屈服极限ζs 所对应的极限剪切应力ηs=ζs/2，材料将发生屈服（剪断）破坏。 2计算壁厚 设计壁厚 强度校核公式

大允许工作压力 液压试验 气压试验

δ

σ4pD m =δσθ2pD =)(2b

a pa m δσσθ==)2(2,222b

a pa pa m -==δσδσθ ][2σδσ≤=pD III 当[]c

t i c p D p -=φσδ2[]22C p D p c t i c d +-=φσδφσδδσ ][4)(t ≤+=e e i c t D p [][]e i e t w D p δφδσ+=4t T p p ][][25.1σσ=t

T p p ][]

[15.1σσ=)(9.02)(2.0σφσδδσs e e i T T D p ≤+=)(8.02)(2.0σφσδδσs e

e i T T D p ≤+=

液压试验气压试验

第五章

长圆筒：L/Do较大，刚性封头对筒体中部变形不起有效支撑，最容易失稳压瘪，出现波纹数n=2的扁圆形。

短圆筒：两端封头对筒体变形有约束作用，失稳破坏波数n>2，出现三波、四波等的曲形波。

刚性圆筒：若筒体较短，筒壁较厚，即L/Do较小，Se/D o较大，容器的刚性好，不会因失稳而破坏。4临界长度：容器在外压作用下，与临界压力相对应的长度，称为临界长度

作用: 用临界长度和作为长、短圆筒和刚性圆筒的区分界限。

L>Lcr 长圆筒L’cr

第六章

1法兰连接结构，它由一对法兰，数个螺栓、螺母和垫片所组成。

2法兰按接触面形式分类

窄面法兰——法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围的圆周范围内

宽面法兰——法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内外两侧。

3法兰与设备连接方式分三类

垫片1）非金属垫片（2）金属垫片（3）金属-非金属组合垫片

5压力容器法兰标准——平焊法兰和对焊法兰

平焊法兰分为

甲型焊缝开V型坡口；只限于使用非金属软垫片，并配有光滑密封面和凹凸密封面。参数—PN0.25MPa，

0.6MPa，1.00MPa，1.6MPa四个压力等级，直径范围DN300～2000mm，温度范围为-20～300℃。

乙型开U型坡口；有一个圆筒形的短节参数PN0.25MPa,0.6MPa, 1.00MPa,1.6MPa,2.5MPa,4.0MPa。适用全部直径范围为DN300～3000mm，温度范围为-20～350℃。

7 法兰标准的标记方法

□—□—□—□—□法兰类型代号密封面形式代号公称直径，mm 公称压力，MPa 标准号8卧式容器支座分为鞍座、圈座、支腿

卧式容器大型卧式贮槽热交换器多用鞍座

采用圈座：大直径薄壁容器和真空容器多于两个支承的长容器。

耳式支座小型设备有筋板和支脚板组成还用到垫片

9 开孔应力集中现象：容器开孔后，在孔边附近的地区局部，应力会达到很大的数值，局部应力增长的

现象叫应力集中。基本原因结构的连续性被破坏

10开孔补强设计原则

（1）等面积补强法的设计原则（2）塑性失效补强原则

第七章

1板式换热器优点：传热效率高，金属消耗量低

缺点：流体阻力较大，强度刚度差制造困难，难以维修，

列管式换热器优点：结构坚固，可靠程度高，适应性强，材料范围广

缺点：传热效率紧凑性金属消耗量不如板式换热器

2管壳式换热器的分类

（1）固定管板式换热器：

优点：结构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。

缺点：管外清洗困难；管壳间有温差应力存在；当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。

适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合

（2）浮头式换热器：

优点一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，便于清洗。

缺点结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与管体间隙较大，影响传热。

适用壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢的场合。

（3）填料函式换热器：

优点管束一端可自由膨胀；造价比浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。

缺点壳程内介质有外漏的可能；壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。

适用4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。（4）U型管式换热器：

优点只有一个管板；管程至少为两程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨胀。

缺点管内不便清洗；管板上布管少，结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效

适用管内介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合

3换热管在管板上固定方式有三种：胀接、焊接、胀焊结合。

胀接：利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。

一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过 4.0MPa，设计温度在350℃以下，且无特殊要求的场合。

换热管胀接于管板上时应注意：采用胀接时，管板硬度应比管端硬度高，以保证胀接质量。这样可避免在胀接时管板产生塑性变形，影响胀接的紧密性。如达不到这个要求时，可将管端进行退火处理，降低硬度后再进行胀接。另外，对于管板及换热器材料的线膨胀系数和操作温度与室温的温差△t，必须符合规定

（焊接：焊接连接比胀接连接有更大的优越性：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力不太高时可使用较

薄的管板。

焊接连接的缺点是：由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀和破裂；同时管子与管板间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成“间隙腐蚀”。

焊接接头的形式有：①管板孔上不开坡口；②管板孔端开60o坡口；③管子头部不突出管板；

④孔四周开沟槽。一般用在温度压强都较高的情况下，并且对管板孔加工要求不高时。

胀焊结合：适用于高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无法克服焊接的“间隙腐蚀”和“应力腐蚀”的情况下。

胀焊结合方法的优点：由于焊接连接产生应力腐蚀及间隙腐蚀，尤其在高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无论采用胀接或焊接均难以满足要求。而胀焊结合法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。

主要方法有：先强度焊后贴胀、先强度焊后强度胀、先强度胀后密封焊等多种。

4管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用于什么场合？

答：排列的标准形式有：①正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不需要进

行机械清洗的场合。

②正方形和转角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管间的场

合。

5分程原因当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。

分程满足条件

①各程换热管数应大致相等；②相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃；

③各程间的密封长度应最短；④分程隔板的形状应简单。

第八章

1基本结构：

塔体：包括筒节、端盖和联接法兰等；

内件：塔板或填料及其支承装置；

支座：一般为裙式支座；

附件：包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，塔外的扶梯、平台、保温层等。

2．自支撑式塔设备设计，除考虑操作压力，还考虑质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等载荷。3板式塔总结构

塔体与裙座结构

塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。

除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。

设备管道：人孔、接管等。

塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。

4 塔盘的结构有整块式（800-900以下）和分块式（800-900以上）两种

5填料塔结构

基本特点：填料塔在传质形式上与板式塔不同，它是一种连续式气液传质设备。这种塔由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板以及气、液的进出口等部件组成。

6喷淋装置

要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单，制造维修方便。

作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。

常用类型喷洒型溢流型冲击型

7支承结构作用:支承填料

设计要求足够的强度、刚度以及足够的自由截面

第九章

1 搅拌设备的作用

使物料混合均匀使气体在液相中很好地分散使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮

使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化强化相间的传质（如吸收等）强化传热

2搅拌设备有搅拌装置（传动装置搅拌轴搅拌器），轴封，搅拌罐（罐体附件）组成

3常见搅拌器有浆式涡轮式推进式锚式框式螺杆式螺带式等

功能提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌过程的目的。

4罐体长径比

罐体长径比对搅拌功率的影响需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些

罐体长径比对传热的影响体积一定，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且此时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于传热效果，单纯从夹套传热角度考虑，一般长径比大一些。物料特性对罐体长径比的要求

5 传动装置一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴

6轴封常见有浮动环密封填料密封机械密封迷宫密封

机械密封泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛地应用。