化工设备机械基础整理考点

第二章 容器设计的基本知识
1、容器分类：
低压容器（L）：0.1MPap< 1.6MPa；中压容器（M）：1.6MPap< 10MPa；
高压容器（H）：10MPap< 100MPa；超高压容器（U）：p> 100MPa；
按技术监督和管理分为三类，根据容器的压力、压力与容积的乘积、介质特性、用途和设计、制造特点以及在生产过程中的重要性等：一类容器，二类容器，三类容器（最危险）。
鞍座的安装：螺栓孔应根据其不同膨胀形式，按下图要求进行安装。热胀型、冷缩型。
有效壁厚δe（有效厚度）：名义厚度与厚度附加量C之差。钢板壁厚中真正可用于承受介质压力的那部分厚度：
最小厚度：对碳素钢和低合金钢钢制容器，取δmin≥3mm；对高合金钢制容器，取δmin≥2mm （重要）
2、设计温度：（高温往上取，低温往下取）若容器内的介质是被热载体（或冷载体）通过容器器壁从外边间接加热（或冷冻），取热载体的最高工作温度或冷载体最低工作温度为设计温度。
密封口泄露的两个途径：垫片渗漏与压紧面泄露。
2、松式法兰用法:不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构，均划为松式法兰，如活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰。活套法兰只适用于压力较低场合;螺纹法兰广泛用于高压管道上,一般只适用于压力较低的容器上;
3.提高法兰刚度的途径:a.增加法兰的厚度；b.减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆直径)；c.增大法兰盘外径等都能提高法兰的抗弯刚度； 对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提高法兰抗弯变形能力。
法兰的公称直径－指的是与法兰相配的筒体或封头的公称直径。
法兰的公称压力－指在规定的设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的压力。 法兰的公称压力并不一定等于法兰的操作压力。
P157页压力容器法兰分类和规格范围表（长颈可以实现甲型法兰所以功能）
6、平面密封面（RF）、凹凸密封面（凹密封面MF，凸密封面M）、榫槽密封面(榫密封面T，槽密封面G)
3.焊接接头系数φ：焊接接头往往是容器强度比较薄弱的地方。因此在钢板许用应力基础上乘以一个等于或小于1的焊接接头系数φ来作为焊接接头处金属的许用应力。
双面焊或相当于双面焊的 全焊透对接焊缝 时无损探伤长度比例100%时φ取1，局部时φ取0.85
4.试验压力
液压试验 气压试验：
pT－试验压力，MPa；p－设计压力，MPa；[σ]一试验温度下的材料许用应力，MPa；[σ]t一设计温度下的材料许用应力，MPa。
防止晶间腐蚀的方法：（1）降低含碳量 <0.06%时不易产生，<0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil0 （2）稳定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、 0Cr18NillNb （3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti，Al，Si，Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路。 （4）控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢。（5）补充热处理
2.容器零部件标准化的基本参数：公称直径（DN)，公称压力 (PN设计压力)
对由钢板卷制的筒体和成型封头，公称直径是指内径；对管子，公称直径是小于管子外径的一个数值。
3、容器机械设计的基本要求：强度（不发生破坏）、刚度（不发生过大变形）、稳定性（不发生瘪塌或褶皱）、耐久性（保证使用寿命），密封性（包括内漏和外漏）。
5、封头的选择（受力性能，加工难易度）P122:(3)制造及材料消耗方面
第五章 外压容器与封头的设计
1、外压容器的失稳：作用在容器上的外压达到一定的数值时，壳体突然失去原来的形状被压瘪或出现波纹，这种现象称为失稳。（外压壳体的失效形式：强度破坏和失稳破坏）失稳是因为刚度不足。
容器的失稳形式包括整体失稳（环向失稳与轴向失稳），局部失稳。
时效:将淬火后的金属工件置于室温或较高温度下保持适当时间﹐以提高金属强度的金属热处理工艺。室温下进行的时效处理是自然时效﹔较高温度下进行的时效处理是人工时效。作用：进一步消除内应力，稳定零件尺寸。
7、腐蚀：金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。
类型（腐蚀过程有无电流产生）1）化学腐蚀（如氢腐蚀，高温氧化及脱氧）2）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）
沸腾钢——F或沸 灰口铸铁——HT或灰铁 铸钢—ZG 锅炉钢—g或锅 容器钢——R或容
优质碳素钢：08F（08含碳量为0.08%; F沸腾钢）；20R（含碳量为0.2%；R容器钢） 普通碳素钢：Q235-A,F（Q屈服点屈字的拼音首位字母；235钢材屈服点(MPa);A类别为A;F沸腾钢）低合金钢:16MnR(16含碳量0.16%；Mn合金元素;R容器钢)特殊性能钢 :1Cr18Ni9(1含碳量0.1%（千分数）；Cr,Ni主要合金元素；18含铬量18%;9含镍量9%)HT150-330（HT灰铸铁：150抗拉强度 Mp;330抗弯强度）QT450-1（Qt球墨铸铁 ；450抗拉强度；1延伸率） 铝：L 铸造铝ZL；防锈LF3（3杂质含量）铜T；黄铜H80（80%）；无氧铜TU；磷脱氧铜TP
5、碳钢的分类：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢
主要区别：杂质元素含量不同。普通碳钢含P、S等有害杂质较多（S≤0.055% P≤0.045%)，优质碳素钢含硫、磷等杂质较少，均≤0.04%，杂质少，组织均匀，表面质量好。 高级优质钢磷硫杂质极少，P,s含量≤0.03%。
6、钢热处理工艺：缓慢加热，保温一定时间后 ，随炉冷却叫做退火；空气中冷却叫做正火。作用：①降低硬度，增加塑性，改善机械性能；②使组织均匀化，消除内应力。
第一章化工设备材料及其选择
1、蠕变：高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象，或者金属在高温和存在内应力情况下逐渐产生塑性变形的现象。
2、碳素钢：低碳钢（含碳量小于0.25% 压力容器）、中碳钢（含碳量0.25%-0.6%）、高碳钢（含碳量大于0.6%）。 低合金钢（合金元素总含量小于5%）
3、钢铁牌号及表示方法：
化学腐蚀：金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。特点：1）腐蚀产物在金属表面；2）腐蚀过程中无电流产生。腐蚀产物特性：1）致密而稳定，与金属结合牢固——钝化膜——钝化作用；2）不稳定，与金属结合不牢固——脱落——活化作用。金属的高温氧化及脱碳——金属在高温下的气体腐蚀。温度＞700℃时——脱碳作用。氢腐蚀：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
第三章 内压薄壁容器的应力分析
1、薄壁容器：通常是将容器的厚度与最大截面圆的内径之比小于0.1，即δ/ Di＜0.1亦即K=D0/ Di≤1.2（D0为容器外径，Di为容器内径δ为容器壁厚）的容器称为薄壁容器。
2 、薄膜理论的应用
(1) 受气体内压的圆筒形壳体
经向应力 ： 式中R2=D/2则 环向应力:
4、按法兰接触面分类
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，垫片上有螺栓孔
5、哪些参数确定法兰：
（1）根据容器的公称直径DN和设计压力p，初步确定法兰的结构类型；（2）根据容器的设计压力p，设计温度t及准备采用的法兰材料，按表确定所选法兰的公称压力PN（3）根据所确定的法兰的PN和DN返回查表，以便验证原来根据设计压力p所初步确定的法兰类型是否包含有已确定的PN和DN。（4）根据所确定的PN和DN，从表中选用相应的尺寸表，即可确定选法兰尺寸。（公称直径DN、设计压力p、设计温度t、法兰材料、法兰的公称压力PN）
整体失稳－压应力均布于全部环向或轴向，失稳后整个圆筒被压瘪。环向失稳：容器由于均匀环向压应力引起的失稳叫做环向失稳。环向失稳时壳体横截面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。
波数与临界压力Pcr相对应，较少的波纹数对应较低的临界压力。
局部失稳－压应力均布于局部区，失稳后局部被压瘪或出现褶皱。
2、圆筒的计算长度Lc。P128（a-1）、（a-2）计算长度
(2)受气体内压的球形壳体
(3)受气体内压的椭球壳(标准)
（4）受气体内压的锥形壳体
3.内压容器边缘应力
a在不连续点处，由于介质压力及温度作用，除了产生薄膜应力外，还发生变形协调，导致了附加内力的产生。
b压力容器边缘——指“不连续处”，主要是几何不连续及载荷（支撑）不连续处，以及温度不连续，材料不连续等处。例如：筒体与封头的联接；圆筒上装有法兰、加强圈、管板等刚性较大的元件；不同厚度、不同材料的筒节相联接；壳体上相邻部分所受的压力或温度有突变处。
c边缘应力特点：局部性与自限性。局部性只产生在一局部区域内，边缘应力衰减很快。自限性边缘应力是由于不连续点的两侧产生相互约束而出现的附加应力。 当边缘处的附加应力达到材料屈服极限时，相互约束便缓解了，不会无限制地增大。
d对边缘应力的处理：利用局部性特点——局部处理（局部加强）；利用自限性——保证材料塑性；边缘应力的危害性低于薄膜应力。一般不对边缘作特殊考虑。
淬火：缓慢加热，保温一定时间 淬火剂中冷却。作用：提高硬度、强度和耐磨性。
回火：淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。回火又分为：低温回火（150～250 ℃ ）；中温回火（300～450 ℃ ）高温回火（500～680℃）。
淬火+高温回火 称为调质处元素对钢材性能的影响
硫：有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。钢材热加工1150～1200℃进行轧制或锻造时，过早熔化而导致工件开裂，称“热脆”。钢中硫含量应控制在0.07%以下）。
磷：有害元素。形成Fe3P虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。特别是在室温（<100℃）时，使钢材显著变脆，称“冷脆”。使冷加工及焊接性变坏，（P<0.06%）。