化工设备机械基础

第一章化工设备及其选择化工设备包括：换热器(E)，分离容器(S)，反应设备(R)，储运设备(C)材料性能包括：力学性能，物理性能，化学性能，加工工艺性能低压(L)：0.1—1.6MPa 中压(M)1.6-10MPa 高压(H)：10—100MPa 超高压(U)：大于100MPa低温：低于-20度常温-20-200度中温：200-400度高温：400度以上脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形过程韧性断裂：经过大量塑性变形后才发生断裂屈服点：发生屈服现象时的应力，即开始出现塑性变形时的应力，名义屈服极限：对于没有明显屈服极限的材料，规定用出现0.2%塑性变形的应力来表示，屈服强度：工程中规定0.2%残余伸长时的应力为条件屈服点，抗拉强度：金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值。

它是试件拉断前最大载荷下的应力，以表示屈强比：，屈强比越小，材料的塑性储备就越大。

但实际上希望屈强比大些好。

蠕变：在高温时，在一定应力下，应变随时间增加的现象或者金属在高温和存在内应力的情况下逐渐产生塑性变形的现象。

持久强度：在给定温度下，促使试样或工件过一定时间发生断裂的应力，。

化工设备用钢中，设备的设计寿命一般为10万h，以表示发生断裂时的应力。

疲劳强度：经，又称疲劳极限。

延伸率：时间受拉力断裂后，总伸长长度与原始长度之比的百分率，断面收缩率：试件断裂后，断面缩小的面积与原始截面积之比的百分率，冲击韧度：材料的抗冲击能力常以能以使其破坏所消耗的功或吸收的能除以事件的截面面积来衡量，腐蚀：金属与周围介质之间发生化学或电化学作用引起的破坏。

分为化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀：1.金属的高温氧化及脱碳 2.氢腐蚀常用硬度测量方法：用一定的载荷（压力）把一定的压头压入金属表面，然后测定压痕得到面积或深度。

当压力和压头一定时，压痕越深或面积越大，硬度就越低。

常用的硬度指标有：布氏硬度（HBS,HBW）,洛氏硬度（HRA,HRB,HRC），维氏硬度（HV），维氏硬度（HS）.缺口敏感性：指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。

热膨胀性：金属及合金受热时，体积一般要膨胀金属的化学性能主要包括（耐腐蚀性和抗氧化性）。

黑色金属包括：生铁和钢。

生铁：炼钢生铁，铸造生铁，合金生铁钢低合金钢（合金元素总含量<5%）中合金钢（合金元素总含量5%-10%）高合金钢（合金元素总含量>10%）低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25%-0.6%）高碳钢（含碳量>0.6%）合金钢碳素钢钢号表示法总结：1. 普通碳素钢：Q(), Q表示材料屈服点，（）内为屈服点值，单位MPa，分A,B,C,D四级2. 优质碳素钢：含碳量以平均含量万分之几表示，若含锰较高，则应标出Mn，专门用途的钢后面标号，g（锅炉钢），R(容器钢)，F（沸腾钢）3. 低合金钢及合金钢：含碳量以平均含量万分之几表示，主要合金元素标出，含量标注为：整数及其上下0.5均为此整数值，如2.50%-3.49%时标注为3。

小于1.5%时可不标注。

高优质钢后面加A4. 特殊性能刚：碳含量很低，以千分之几表示，0表示平均含碳量低于0.08%，00表示平均含碳量低于0.03%，000表示平均含碳量低于0.01%。

主合金含量以百分数表示。

含碳量在0.02—2%的称钢，含碳量大于2%的称为铸铁，含碳量<0.02%时为工程纯铁，很少用，含量大于4.3%时铸铁无实用价值。

金属的显微组织：通常在低于1500倍的显微镜下观察到的金属的晶粒球状石墨的铸铁强度最好，细片状其次，粗片式最差同素异构转变：在固态下晶体构造随温度发生变化的现象铁碳形成物包括铁素体（A），奥氏体(F)，渗碳体(C)，珠光体（P）,莱氏体(L)，马氏体(M)碳钢中的有益元素：锰(Mn)，硅(Si),钢的常规热处理工艺：退火，正火，淬火和回火等化学热处理：渗碳或碳氮共渗提高零件的耐磨性，渗铝提高耐热抗氧化性，渗氮渗铬提高耐腐蚀性，渗硅提高耐腐蚀性不锈钢分为铬不锈钢（含铬量大于11.7%时耐腐蚀性显著提高）和铬镍不锈蚀防治办法：1.降低含碳量 2.重新进行淬火处理使渗出铬重新渗入 3.加入Ti，Ni等代替铬与碳结合生成更稳定化合物金属腐蚀包括均匀腐蚀和局部腐蚀（局部腐蚀包括区域腐蚀，点腐蚀，晶间腐蚀，表面下腐蚀）晶间腐蚀是指仅发生在金属晶粒边界或它的附近区域的一种腐蚀现象。

它起始于金属表面，沿着晶界腐蚀出一条窄缝，晶粒本身没有腐蚀。

第二章容器设计的基本知识三类压力容器举例：焊缝系数取1.01. 高压容器2. 中压容器（毒性程度为极度或高度危害介质）3. 移动式压力容器4. 球形储罐5. 低温液体储存容器二类压力容器：焊缝系数取0.85-0.90（一类压力容器焊缝系数取0.80）1. 中压容器2. 低压容器（毒性程度为极度或高度危害介质）3. 低压管壳式余热锅炉4. 低压反应容器和低压贮存容器按壁厚分为薄壁容器(S/D<0.1)和厚壁容器（S/D>0.1） D为直径，S为壁厚第三章内压薄壁容器的应力分析回转体上任意一点：经向应力环向应力;p是压力，R1是第一曲率半径，R2是第二曲率半径无力距理论：薄膜理论，在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用，该情况下的应力状态和承受内压的薄膜相似薄膜理论使用条件：（壳体较薄）（薄膜应力为一次应力）1. 回转壳体曲面在几何上是轴对称的，壳壁厚度无突变，曲率半径是连续变化2. 载荷在壳体曲面上的分布是轴对称的和连续的3. 壳体边界的固定形式是自由支撑的4. 壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内由上：薄壁无力距应力应力状态的存在，必须满足壳体是轴对称的，即几何形状，材料，载荷的对称性和连续性，同时需保证壳体应具有自由边缘边缘应力（二次应力）的特点：1.局限性：不同性质的连接边缘产生不同的边缘应力，但它们都有明显的衰减波特性2.自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，结果边缘应力就自动限制第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计许用应力：工作环境下，允许承受的最大应力，通常是来确定。

焊接接头系数：衡量焊缝处强度下降程度的系数，它等于焊缝处强度与原板强度的比值。

厚度附加量：指在压力容器设计中，在计算厚度之外还考虑到钢板负偏差和钢板腐蚀，需要在计算厚度之外增加的厚度值，包括腐蚀余量C2和钢板负偏差C1最小厚度：壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度。

名义厚度(),设计厚度()，名义厚度()，有效厚度()碳素钢和低合金钢制式塔的最小厚度为塔体直径的2/1000，且不小于4mm，不锈钢制塔式容器的最小厚度不小于3mm。

液压试验：或 p+0.1；气压试验：p-设计压力，第五章外压圆筒与封头的设计弹性失稳：在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即失去原来稳定性的现象。

外压圆筒在失稳以前，筒壁内只有压缩应力。

外压容器的失稳，实际上是容器从一种平衡状态跃变到另一个新的平衡状态。

筒体的临界压力：导致筒体失稳的压力，，也是导致外压容器失稳瞬间的压力临界压应力：筒体在临界压力的作用下，筒壁内存在的压应力，外压容器的试压：液压试压；气压试验需要加强圈的个数为：圆筒不舍加强圈的计算长度L除以所需加强圈间距L,再减1，法兰联接结构：联结件，被联接件，密封元件。

法兰密封元件：由法兰、垫片、螺栓、螺母密封口泄露包括：垫片渗漏和压紧面渗漏法兰的分类：1.按接触面积：窄面法兰和宽面法兰2.按与管道连接方式：整体法兰、活套法兰、螺纹法兰影响法兰密封的因素：1.螺栓预紧力2. 压紧面（密封面）：平面型、凹凸型、榫槽型提高法兰刚度的方法：1.增加法兰的厚度2.减少螺栓力作用的力臂3.增大法兰盘外径公称直径：DN，与法兰相配的筒体或管子的公称直径，DN10-15用于各类监测仪器仪表。

法兰的公称压力：PN，以16MnR在200度时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。

法兰类型代号密封面型式代号公称直径，mm公称压力，MPa标准号容器支座分为：1.卧式容器支座：鞍座，圈座，支腿2.立式容器支座：耳式支座，腿式支座，支撑式支座，裙式支座裙座的三个危险截面：裙座与容器连接焊缝处（2-2），裙座上检查孔或较大管线引出孔，人孔（1-1），裙座与地面相接处（1-1）。

鞍座分为：固定支座（F型），活动支座（S型）。

它们的不同在于地脚螺栓孔，F型为圆形，S型为长圆形。

鞍座标准分为：轻型（A）和重型（B）容器的开孔补强：容器开孔之后，在孔附近的局部地区，应力会达到很高的数值。

之中局部的应力增长现象叫做应力集中应力集中的原因：结构的连续性被破坏，在开口接管处，壳体和接管的变形不一致，为使二者一致产生了附加弯矩，从而形成了连接处局部地区的应力集开孔补强的原则：处于补强有效区内，可起补强作用的金属截面积A应大于，等于开孔所消去的壳体承压所需的理论截面面积A0不需补强的要求：1.设计压力2.两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍3.接管外径4.接管最小厚度满足要求等面积补强方法：--起补强作用的金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，A壳体由于开孔在上述纵截面上削弱而需要补强的正投影—面积胀接：用胀管器挤压伸入管半空中的管子端部，使管端发生塑性变形，管半空同时发生弹性变形换热管排列形式有：1.正三角形和转角正三角形的排列2.正方形和转角正方形的排列塔器分为：板式塔和填料塔。