高等学校教材 目录 第I篇化工设备材料与防腐 1 1.1材料的性.1 化工机械 2 1.2材料的分类.........2 1.3金属材料的分类与牌号........... 3 1.3.1分类 3 3 1.4化工常用非金属材料 7 应用基础 1.4.1无机非金属材料 7 1.4.2有机高分子材料 8 1.5化工设备材料的选择 9 1.5.1选用材料的-般原则....... 9 1.5.2其他应考虑的因........ 10 李红孙虹雁高德玉编 习题 习题...................................................... 11 2化工设备的腐蚀与防护............ 12 闫鹏飞主审 2.1金属材料的腐.... 12 12 2.1.2破坏形式与评定方法 14 2.2金属设备的防腐蚀措..- 15 16 第Ⅱ篇化工设备 18 18 3.1.1容器的总体结构 18 18 3.1.3压力容器的标准化............ 20 3.2内压薄壁容器的设计...........2 21 3.2.1内压薄壁容器中的应力 22 3.2.2内压容器的设计...... 24 化学工业版社 3.2.3试验压力作用下容器的强度校.... 28 款 H 出 版 心 3.3.1头的类型.........2 29 3.3.2封头的选择..30
3.4外压容器搅器的类型与选733. 4. 1 外压容器的稳定性306. 3搅拌器的功率75传热装置6. 43.4.2临界正力32756.5签的结构设计3.4.3外压容器的工程设计336. 5. 1 结构尺寸确定763.5容器通用零部件336.5.2顶美结构77法善35386.6传动装置与揽摔轴.3.5.2容器支座6. 6. 1传动装置-3.5.3容器的开孔与接管结构...776. 6. 2 搅拌轴...78.6压力容器安全技术......+......6. 6. 3轴封置6.1压力容器的安全检验++++++-.....78A压力容器的安全装置++..79.习题第画筑化工机器4换热器化工用泵换热器的功能有分奖......807.1化工常用泵的类型4.2管壳式换热器.....807.2叶片式泵2.1管壳式换热器的结构和主要零部件....807. 2. 1 离心系管亮式换热器的分类及其标准系列-8027.2. 2旋据系4.3固定管板式换热器.837.3容积式·管子的选用及其与管板的连抢877. 3. 1往复茶管板及其与壳体的连接874327.3.2回转泵4.3.3折流板及拦液板的作用与结构费高书5:24流体动力泵134品美应7.5泵的选择·934.4新型高效换5420化工用泵的使用和维96日期之9塔设备压缩机和鼓风机00塔设备的功能与.2板式塔8.1压缩机的用途、分类、应用范围、工作累理总体结构往复式压缩机:218.2.1容积式压缩机的特点与型号筛制2塔盘结构设计活塞式压缩机热力学简介5.3填料塔2.3活塞式压缩机的总体结构3:总体结构.2.4活整式压缩机的方案选择与参数选5.3.2培5.3.3喷淋装置8. 2.活塞式压缩机的排气量测离心式压缩机5.3.4液体再分布装8,3.高心式压缩机的理论基础35填料支承结构离心式压缩机的性能换算A式支S3.8.3.3主要零部件的结构特点塔设备的载荷及塔体与座的设计能介08. 4离心式通风机和鼓风机习题8F6 提拌反应器8. 4.1离心式通风机8.4. 2离心式装风机5.1总体结构
习题1169离心机117第I篇化工设备材料与防腐9.1概速1179.2离心机的分离因数、分类及标准1189. 3人工操作间款式离心机1191化工设备常用材料9.3.1三足式离心机1209.3.2上最式离心机121化工生产过程的工艺条件十分复杂，乐力从真空到高压基至趣高压：避度从操冷到高9. 4自动连续式离心机121组，介质具有离蚀性、易燃易爆、有毒甚至剧毒。为了保证化工设备的安全运行，设计中对9.4.1卧式活塞推料离心机121所选化工设备材料的可靠性有着很高的要求，化上设备常用材料可以分为金属和非金属两大9.4.2卧式刮刀卸料心机....122类。其中应用最多的是金属材料。9. 4.3螺旋卸料过滤离心机124选择材料时要考虑的因素很多，对材料的一般要求如下。9.4.4离心卸料离心机. 124①应具有足够的强度，刚度；良好的塑性，韧性。9.4.5高速离心机125②在所处介质中具有一定的耐腐蚀性能。习题·128③加工工艺性能良好10常用传动机械简介 129①资源广泛、供应充足、经济合理。10.1电动机12910.1.1三相异步电动机的用途和分类，1291.1材料的性能10.1.2三相异步电动机的型号和额定数据130材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工工艺性能等。10.1.3三相异步电动机的常见放障和处理方法130（1）力学性能是指材料在受外力作用和变形的过程中所具有的特性，材料的力学性能10.2减速．.131指标是通过试验测得的。10.2.1减速器的类型和特点131①强度。强度是指材料在外力作用下抵抗酸坏的能力。10.2.2通用园柱齿轮减速器的主要参数132材料在常温下的强度指标有届服极限和强度极限。屈服极限，是材料在外力作用下开始10.2.3减速器的选择要点132产生塑性变形时的最小应力值(MPa)，强度极限。是材料在外力作用下发生断裂破坏前所能10.2.4通用标准齿轮减速器133..承受的最大应力值（MPa)，这两个强度指标整确定在常温下工作时材料的许用应力的依据。10.3联轴器135金属材料在高溢、恒定载荷下长期工作时，会产生缓慢塑性变形的现象，称为材料的10.3.1联轴器的分类，名称和型号.135“高泄端变”，竭变变形的不断增加致使构件的弹性变形减小、应力逐渐降低，这种现象称为10.3.2儿种最常用的联轴器136“应力松弛”。应力松弛会引起不良后果，如螺检的应力松弛会使法兰密封处准漏。端变的最10.3.3联轴器的选择++*147终结果是导致构件的断裂破坏。衡量材料在高温下工作时抵抗绣变变形和螺变断裂能力的强10,3.4联轴器的主要尺寸和特性参数142习题·度指标是端变极限和持久强度极限142蜗变极限，是材料在一定温度和规定的持续时间（如10h）内，蜻变变形率为1%时附录143参考文献的最大应力值（MPa）。持久强度极限是材料在一定温度和规定的持续时间（如10h）158内，引起断裂时的最大应力值（MPa)。婚变极限和持久强度极限是确定材料在高温条件下工作时许用应力的重要强度指标。②刚度刚度是指材料在外力作用下抵抗变形的能力。弹性模量E（切变模量G》和拍松比P是材料的弹性常数。弹性模最E是材料在弹性变形范围内应力和应变之闻的比例常数（MPa)，泊松比是材料横向应变和纵向应变之比（对于碳钢可以取=0.3)。它们是反映材料弹性变形阶段变形能力的参量，是材料的刷度指标，1
1.3金属材料的分类与牌号①稳定性。稳定性是指构件在外力作用下保持原存平衡状态的能力，材料的稳定性参1.3. 1分类盐是弹性模量E和泊松比金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是钢铁的总称。黑色金属义分为生①塑性，塑性是指材料在受外力破坏前所能经受的塑性变形能力。廷仲率和断低收缩铁和钢。生铁可分为炼钢生铁，纯造生铁和合金生铁；钢可以分为碳素钢和合金锅。有色金率是材料的塑性指标。延伸率3是金风静拉伸时均勾塑性变形和颈缔龄段的伸长率。断面收属包括钢、铝、铅、镍、钛等及其合金、缩率民试件断裂后截面面积与原面积之比钢和铁都是铁和碳的合金。铁破合金由约95%的Fe元素，0.05%~4%的C元素和矿韧性，断裂韧度和冲击钢性都是材料的韧性指标，断裂韧度K是指材料不产牛断裂石中源有的以及治炼过程融人的约1%的杂质构成，这些杂质主要是Mn、Si.S、P、0,时垃其有的应力强度固子，是强度和塑性的综合指标：冲击韧性是指材料受冲击载荷维N，H等元素。钢和铁是按化学成分划分的。含需量为0.02%2%的是钢：含碳量大于用时在断裂破坏前能迅速及时产生塑性变形的能力（J/Cm），是材料的韧性指标。2岁的是铸铁（C>4.3%时无使用价值），含碳量小于0.02%的是工业纯铁（极少使用）硬度，硬度是衡录金属材料软硬程度的一种性能参量，它表示金属材料表南局邵体含碳蛋对钢材的力学性能有决定性的影响，一般来说，含碳量增加会使钢的强度和硬度积内摄抗举性变形，塑性变形和破断的能力。因试验方法不同而有不同的硬度指标，布氏硬度HB（MPa）是试验力与压痕面积之比，常用于测定大型工件或构件的硬度：提高，性和韧性下降，洛氏硬度HR（mm）是用测定压痕保度来表示硬度的一种方法：此外，还有维氏硬度HV工业上应用最多的是钢材。钢材的分类方法很多。有按化学成分分类、按品质分类、按（MPa）、肖氏硬度HS（测冲头国跳高度与下落高度之比）等治炼方法分类、按金相组织分类和按用途分类等分类方法。按化学成分可分为碳素钢和合金（2）物理性能材料的物理性能有密度、熔点、热膨胀性、钢。按品质可分为普通钢（S0.050%、P≤0.050%）、优质钢（S≤0.040%、P、导热性、导电性、催性、弹性等，这些性能必颈满足往复送动机械，转动机械和换热设备等设计参数的要求。0.040%）和高级优质钢（S≤0.02%~0.03%、P0.03%~0.035%）。按冶炼方法分类《3》化学性能金属材料的化学性能在这量主要是指材科在所处介质中的化学稳定性、时，可按治炼时的炉别不同分为平炉钢，转炉钢、电炉钢，按脱氧程度和瓷注制度进一步分制造设备的材料在作中应该既不污染介质义具有足够的耐膚蚀性能。为镇卷钢（脱氯完全：质量好、价格高）、棉脖钢（符号F，脱氧不完全、质量差、价格低（4）工艺性能金属的工艺性能是指材料能被加工的性能，即可供造性、可锻性、可炽廉），半镇静钢（符号b，性偿特点介于前两者之间），按金相组织分类可分为铁素体解，奥氏体钢等，还可以按热处理方法进一步分类，如退火状态的钢、正火状态的钢、无相变或部推、可切前加工的性能，热处理性能和冷考性能等加工工艺性能。分发生相变的钢等。按用途可分为建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用1.2材料的分类钢，如桥菜用钢（Q）、锅炉用钢（g)、客器用钢（R）、螺条用钢（H）等。工程材料指包括金属材料、有机高分子材料（树脂），无机非金属材料（包指陶瓷材料）我国的“钢分类”国家标准（GB/T13304-91）是参照国际标准（ISO4948/1，1SO）4948/2）制定的，第一部分，按化学成分类；第二部分，按主要质量等级、主要性能及使用在内的三大系列的全材料范图。制造化工设备的主要材料总金属材料。特性分类。1.3.2牌号与表示方法工程材料国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221—79）中规定：我国钢号采用汉语拼音字金昇材料无机非金属材料新机商分子材每、化学元素符号及阿拉伯数学相结合的表示方法，低铁料料非铁金属金著质育神数批材料高汽1.3,2.1破素结构钢招森馆华货华华一烟招碳素钢的含破量范围为0.02%～2%。在钢材牌号中一般以含碳量的万分数来表系，如a（特留基复充材料》（8/理）08、10、15等.te.（1）按化学成分分类按破素钢的含碳量可以分为：低碳钢，含碳量小于0.25%：中碳钢，含碳量为0.25%~0.6%，高碳钢，含碳量大于0.6%（2）按品质分类按含碳量，含银量的控制含量以及规定的脱氧方法等质量等级可分为碳素结构钢和优质碳素结构钢，貌和磷是钢中的有害杂质。残使钢材具有热脆裂的倾向，碑则使钢材具有冷脂裂的倾向，固此，硫、磷等杂质含量越小的钢材质量越好。南医基员合材料①碳索结构钢（S≤0.050%、P≤0.045%）。按照恩服极限和不同质量等级的组合共分为十个品种，含有四个质量等级A，B、C、D.其牌号的表示方法如下。Q235-AQ235-AFd235MPa教别锦牌钢4
含有合金元素的钢按照其合金元素总量的多少分为低合金钢和合金钢。合金元素总含量碳索结构钢的钢号和化学成分见表1-1，的质量分数不起过5%的称为低合金钢：合金元素总含量的质量分数大于5%的称为合金例，表 1- 碳素结构钢的钢号和化学成分（1）低合金钢，低合金钢的含碳量较低，一般含C<0.20%，但性能优端，按其品质可化学限分的质禁分致，%以分为普适质量低合金销、优质低合金钢和高级优压低合金钢，还可以按性能成用途分为99质量等线脱银方达siLPc.Mn多种.营用的低合金锅牌号有：属于普通质量低合金钢的09MnV、16Mn、14MnNb等，优质Q1D50.06~0.129.250.500.300:0500.045F.h.zA低合金钢中的一般用途低合金结构钢15MnV、15MnTi、16MnNL等：锅炉及压力容器用o.0noQ2150.09~0:150.25~6. 856.300.045P.b.z具16Mng、15MnVg、16MnR.15MnVR、15MnVNR等，特殊质量低合金钢中的压力容器用3.0457.14-0.220, 30~0. 650.050低合金钢16MnDR、06MnNbDR等。0. 300.046F.b,2H0. 12~0, 200, 20~0. T0Q33以上牌号的低合金锅都可以广泛用于制造臣力容器及管道。C$0.180.400, 400. 35~0, 800. 31n460.17《2）合金钢合金钢的合金元素总含景大于5%，其综合力学性能、耐、别蚀性能等0.35A0.050q250.18~0. 28均优于破索钢，但价格较费，多用于高质容器。合金钢又分为优质合金钢、特殊质量合0. 40~0. 700.050: 3NB0.045金制。Q275.0.28~0. 380.50~0.800.0500.0452特殊质量合金钢中含有一类不锈、耐蚀、耐热钢。其中起耐蚀作用的主要合金元素为注：上美户GB700-88Cr 和 Ni.按照其金相组织的不同可以分为三种。2.P-海膳钢：b-年销养用：Z一供卷，TZ一种辣情养销①马氏体型不锈钢：Cr（X)，CrNi（X)，CrN（X)，CrCo（X)，CrAI（X)②优质假素钢（S≤0.040%、P≤0.040%）在我国国家标准（GB699—88）中，列CrSi(X）系列有31种优质碳家结构钢，按钢中钙含量的不网又分为誉通锂含量钢（0.25%~0.80%）和②铁素体型不锈钢：同上较高锰含量钢（锰的质量分数为0.70%~1.20%）。较高链含量钢的强度、硬度、耐密性等?奥氏体型不锈钢，CrNi(X)，CrNiMo(X)，CrNi+Ti或Nb，CrNi+V.W.Co均优于替通银含量钢，但其塑性和韧性销差。CrNiSi (X), CrMnNb (X)系列,优质碳素结构钢钢材牌号的表示方法为，普通锰含量钢，以含滕量的万分数表示钢材牌不锈钢中不同的合金元素有不同的耐蚀作用。含Ct元素的合金钢耐水和大气的属蚀；号，如08，10、20.45等，较高锂含量钢，在钢号后面加注化学元索符号Mn，如15Mn同时含有Cr、Ni元素的合金钢耐酸及背性碱的腐蚀（熔融减除外）；Mo元素的合金钢耐20Mn，35Mn等CI的腐蚀，且可以提商材料高避下的强度和抗高望氧化的性能，加人TI元素可以防止不?高级优质碳素钢（S%0.02%~0.03%，P么0.03%0.035%），其牌号的表示方法锈钢的晶间案蚀，含Ct，Si、AI等元素可以抗高温氧化。是在钢号后加A，如20A，40Mn2A等。营用特殊用途钢的牌号如下1.3.2.2合金争①不铸钢。如1Cr13、0Cr13，0Cr17，平均含碳量小于0.08%时标注“0"，小于在制中加人合金元素（Mn、Cr、Ni、Ti、Mo、V、B、N、AI、W、格土元素等）冶0.03%时标注“00"，小于0.01%时标注“000"。炼而成的钢，称为合金钢。加入合金元素，可以改善钢材的性能，如加人Mn、Cr、Ni、Ti②不锈耐酸钢。如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9（18-B系列不锈钢），其含碳量为干分数，等元素可以增强钢的强度：加人Mo、V、Si等元素可以增强钢的高温强度、抗高温氧化的其中 C<0. 14%、Cr=17%~19%、Ni=8%~11%,性能：同时Cr、Ni、Si、AI.Ti、Mo、N还可以增强不同方面的耐魔蚀性能：Ni、AI等元①耐热钢。按其具有的使用性能可以分为抗氰化型和热强型，抗氧化型有Ch13SiAI、素可以提高材料的塑性和闭性，耐低湿性能，降低冷脆性等。通过加入合金元素还可以细化Cr17Ti、Cr25Ni12：热强型有12CtMo、Cr5Mo.2C/25Ni20、1Cr18Ni9Ti等品粒、改善钢的组织、得良好的加工工艺性能。@低温用钢。国外主要采用含Cr、Ni的合金销。我国在资源上缺乏Cr、Ni，因此含合金钢的牌号是以含碳量的万分数、合金元素符号以及合金元素含量的百分数三组基本Cr、Ni元素的合金钢价格昂贵。我国自已开发的低温用钢主要是采用含碳量0.08%~符号来表示的，其标注方法如下，0.18%的制，再加人适量的Mn、AI、Ti、Nb、Cu、V、N等元素构成的合金钢。常用牌号圣均含睡量有16MnDR，用于一40℃的中，低压容器；09MnTiCuXtDR，09Mn2VDR，用于一70℃，合金元素种类合金元意含量06MnNiDR，用于一75℃。万分数元家特号百分数平均合金元素含量小于1.50%时，不标注其含量，如1.3.2. 3锌较工业带用等铁的含课量为2.5%~4.0%（含杂质Si、Mn、S、P)。铸铁是典型的瞻性15MnTi材料，无遇服极限，且张度极限6，值很小，在变形不到1.0%时就发生突能的跪性敬裂。C=0.15%Mn<1.5% TI≤L.5%其耐磨性、铸造性、减娠性、切削加工性都很好：在一整介质中有好的醛蚀性，价格平均合金元索含量为1.50%~2.49%、2.50%~3.49%时，标注为2、3.4
低康、电性优良，强度随温度的降低面提高，低温时组性，韧性良好，具有优良的冷热加工性能和与锅相同，电可以在筹铁中加人合金元素案获得所希望的使用性能。期人了合金元素的耐膀蚀性能，但不耐硝酸的魔蚀，钢可用于制造深冷设备、换热器列管等。其牌号的表示方铸铁称为合金铸铁，祛为CuX，顺序号增大时纯度降低。例如，纯铜的牌号T1、T2、T3.无氨纯铜的牌号常用铸铁的分类、牌号及表示方法见表1-2。TUI、TU2静脱氧的牌号TP1、TP..表1-2范用铸铁的分类，牌号及表示方法黄铜是铜和锋的合金（二元合金）。加人其像元素称复杂黄调，按第三组元命名，主要分类院号农茶方站数享的含义有铅贡钢、锡黄铜、铝黄钩、硅黄等，黄铜的铸造性好，强度较纯铜高，价格低。适用于火养饼HT2,(MPa)制造换热营、传热片等，其牌号的表示方法为HXX（H59～H96），其中H表示加Znl可银转铁KTX>X-X.A(MPa,a%)X×（两位阿拉伯数字）表示钢的首分含量。球蛋纯铁QTXX/X(MPal.8%)高转族持设牌峰+三元以上黄铜的标注如HMn57-3-1，其中Mn表示除Zn以外的主要元素，57表示合#51xx%金中的锅的含量（Cu53%~59%）：3表示合金中锰的含量（Mn3%~4%），1表示合金中1.3.2.4有色全属快的含量（Fe0.5%~1.5%）。键，铁以外的金属材料称为有色金属材料或非铁金属材料。有色金属元素有80余种青钢是除黄钢和白钢（锦钢合金）以外的钢合金，按主要合金元素命名，主要有锯青般分为如下几类钢、铝青钙、皱青铜、硅青钢等，青锅有较好的耐磨性和耐蚀性。适宜于制逆轴瓦、轴套、①轻金属，密度不大于4.5g/cm，常用轻金属有铝、镁、钛、钾，钠、转、锂等，涡轮、阀门、系壳等。多为铸造加工。②重金属，密度大手4.5g/cm、常用重金属有铜、铅、锌、锦、钻、锦、锅、秘、(3）铅及其合金纯铅密度大、组性高、附蚀性较强（可耐H,SO.的腐蚀)、耐辐射：汞、铝等。但强度很低、婚点低，在室阖下就会产生辆变变形。只适用于做设备村里，③贯金属，包指金、银及铂放元素，硬铅是铅和锑的合金。硬铅牌号为PbSb4、PbSb6、PbSb..硬铅适用于制造殖酸工①高烙点金属、包括鸽、钼、饵、锯、结、、钒、辣等、业设备，如耐酸泵，加料管，或用于设备衬量等。稀散金属，包括缘、烟、、储等，（4）钛及其合金钛密度小、强度高（a=1000MPa），中湿（400~550°C）性能好，稀土金属，包括航、记和锅系元家。具有优良的耐度蚀性能，但价格昂贵，①放射性金属，包括外、铺、钢、社、筷，轴等元素，纯钛的牌号为TAI~TA3，钛合金的牌号为TA4~TAB，TB2，TC1～TCII（参见半金属，其物理和化学性质介于金属与非金属之间的元素，如硅、硒、、翻等。GB2965—82,GB2621-83等），当前，全世界的金属材料总产量约8亿吨，其中铁约占95%，是金属材料的主体，（5）镍及其合金镍具有很高的强度和橱性，具有优良的耐腐蚀性能（抗氧化、耐浓有色金属材料约占5%，处于补充地位，但它的作用却是钢铁材料无法代替的。离链）和耐高溢性能，我国有色金属产品牌号的会名，是以代号字头加顺序号、加成分数字或两者相结合表纯镍的牌号为Ni2、Ni4、Ni6、Ni.镶中加人Cu、Cr、Mo、Mn、Fe等元素，可得示的。到具有高耐魔蚀性能同时又有高的强度和塑性的体基耐蚀合金，主要有Ni-Cu、Ni-Cr，Ni-(1）铝及其合金铝是地球上储量最多的一种元素。纯铝密度小、附大气腐蚀、导热性Mo系合金，好、塑性好、易冲压。低摄（0~一196℃C）冲击韧性好：但强度低、可焊性差、不耐高温蒙乃尔合金（Monel metal）在大气、盐或的水溶液和有机物中有极高的耐性性，在（最高使用量度150C）。铝在一定条件下可用于制造换热器、塔，储罐或深冷设各。500℃时还有足够的强度，加工性能良好，是应用十分广泛的蚀合金，适用于做化工设备纯铝牌号的表示方法为L××（汉语拼音学母后加1~2位序号），序号增大时铝的纯度的害封垫片，蒙乃尔合金牌号的表示方法如下，降低，例如，高纯锯的牌号L.01..02、L.03..工业纯锯的牌号L1、L.2、L3、L4NiCu2.51.5铝的强度很低，其合金化的首要目的是提高强度。铝可以与大多数金属形成合金。优质67%30%Cr4%~5X其仙铝合会是航空航天工业的理想材料Ni-Mo系合金的代表是Ni65Mo28FeV（HastelloyB）、Ni70Mo28（HastelloyK2），又硬合金又称社拉铝，含Cu、Mg、Mn等元素，强度很高。硬铝合金牌号的表示方法称哈氏合金，也是优越的耐蚀材料，常用做密封片。为LYX×，如LY11，LY12.Ni-Cr系合金主要抗高温氯化，如NiCr20等。防锈铅合金含Mn、Mg等元素，其耐蚀性好，可以楼。防锈铝合金牌号的表示方法为LFX，如LF3、LF....1. 4化工常用非金属材料化工常用铝合金有筹造铝合金（ZL)，可制造象、阀、高心机等的零件：防锈钮（ILF)，材料依其化学特征，一般分为无机材料和有机材料两大类。可制造保冷设备等。1.4.1无机非金晨材料（2）钢及其合金金在有色全属中，钢的产量仅次于钳。纯钢（紫钢）的特点是导热、导传统的无机非全属材料主要指陶瓷、酸璃、水泥和耐水材料等周薄、达明类材料的化67
学组成均为硅酸盐类，故亦称为硅酸盐材料，又因其中沟瓷材料历史悠久，应用最广泛，也料、如聚甲醛、环氧增强塑料等：硬而脆的塑料，如聚苯乙烯、酚醛塑料、有机玻璃等，软常称为陶瓷材料百韧的塑料，如聚乙婚、桑氧乙烯等从 20世纪40年代起，随着科学技术的发展，传统硅酸盐材料技术逐步发展成为新型光硬聚氯乙烯塑料可用于低（常）压管道、设备：聚乙烯塑料有优良的绝缘、防水和化学机非金属材料科学与工程，在达一领城中，研制工作活跃且处于整个材料科学与工程发展前稳定性，可作为管子、管件、阅门、泵等的材料，成作为村里、防腐涂层：耐酸酚醛塑料、沿，特别是先进陶瓷，非晶态材料、人工晶体及无机涂层等技术的研究。聚四氧之烯整料可用做耐蚀、耐高温的密封元件。无机非金属材料一般均耐饱、质脆、不耐湿度刷变，不能机加工，玻璃钢强度高、防腐、工艺性能好。（1）化「陶瓷陶宽材料具有化学情性、耐高温、抗竭变、耐磨损等良好性能，面H式（2）橡胶橡胶有天然和合成两大类。它们的共同特点是高弹性，永久变形很小，有良机，电、声、光、热、磁、弹性以及它们之间的稠合性能够来越受到人们的重视，广义的陶好的储能性等，爱材料包含传统脚瓷、无机涂层材料（插瓷），非品态材料（玻璃）等，橡胶在化学工业中，主要用子动、静害封。如作为各种油封、轴村、垫片等，用于转陶瓷材料除在氢氟酸和强腻中外，一般均耐佳，在化学工业中主要用于氧气和盐酸工轴，管道和容器法兰的密封。还可与其他材料（金属、纤维）复合，用做传输软管、输送胶业，陶瓷砖、板等材料可用于设备衬里，陶瓷还可以用做耐酸、碱质蚀，耐高温、射磨或腊带、三角皮带等热（如氧化结）涂层材料以达到使设备增效或延寿的目的。（3）徐料包括各种防腐漾、塑料涂料（聚乙烯、聚氯乙烯）等，用做设各的防（2）化工瓷铸瓷是将瓷釉涤携在金属底材上，经高温烧结而域的。应用较多的有耐徐层。酸措瓷（以钢板成铸铁为底材，又称糖玻璃）：微品携瓷（以钢、不锈钢或耐热合金板为底1. 5化工设备材料的选择材），远红外辐射糖瓷和高益港瓷（以不锈钢或耐热合金板为底材）。携瓷具有良好的耐蚀性能、力学性能和电绝缘性能。可用于糖瓷设备或村重。其中耐酸1.5. 1选用材料的一般原则糖瓷具有较好的物理性能，能耐多种化学介质的属蚀，适合制作反应糖、聚合签，蒸发锅、1.5. 1. 1材料力学性能的要求冷凝器、分催堵、诺漆、耐酸泵、阀门、揽拌器、管道等、3）强度材料的强度指标是确定材料许用应力的依据，因此也是选材时要考虑的首要（3）辉绿岩铸石辉绿岩铸石熔融后可铸成板、砖。主要用微设备村里，因素。（4）玻璃化工常用数璃主要有酮玻璃，具有耐热的性能；高铅敷璃。具有耐热、耐蚀在不同的使用温度下选材时，应考虑表1-3所列的强度指标。性能、可用做智道、管件、隔膜阀、视镜、液面计等表 1-3 选材时应考课的强度指标（5）不透性石需石墨材料包括天然石最和人造石墨两类。天然石墨矿物杂质含量大，温度不易精选，可作为表而涂料和胶体润滑剂等。人造石墨是经过特殊加工（如用有机材料进行强淀指标盈发预度指标碳化和石蛋化处理）制成的常、低乱、中整a高画（端变湿度以上）00n不透性石菌以一服人造石墨制品为基体，受遗树脂填充基体中孔原而成，或以石墨粉加在设计条件（P、D）一定时，选用。.、较高的材料可以使容器的壁厚较小，节省材树脂为粘结剂，压制或瓷注成型，也称塑料石墨，料。但不能单纯追求高强度，否则会使材料的塑性、韧性很低，不透性石器具有耐底蚀性优越、导热性好、线胀系数小、耐热冲击性强、加工性能好等特点；但强度低，性脆，常用于化工设备，如块、管式和轻向式石墨热交换器、降膜式石墨一般情况下，可根据成熟的设计经验选材，也可以参考表1-4。吸收器、浓硫酸石墨释器、石墨盐酸合成炉及耐属蚀管道、普件和床板、石墨防爆片等。东1-4材料的湿吸限与适宜的设计条件不透性石墨的化学性能随授溃树脂的性触面有不同。骼醛浸溃石墨除强氧化性介质、强设计录件材料的婴系铁规/MP碱外，能耐各种有机酸、无机酸、盐溶液和各种有机溶剂的属蚀，浸呋磺树脂的更能耐碱和一般情况6~235~348强氧化酸，聚四氧乙烯浸溃石器能耐各种介质的腐蚀。中，压直径大,压力较高AE3921.4.2有机高分子材料高压6,392~490有机高分子材料成型加工性好、耐链、密度小；但一般不耐高摄、不耐氧化性介质腐蚀、不耐溶剂侵蚀、当材料的用强比。/%>0.7时应慎用。1）工程塑料塑料具有一定的强度，加工成型方便，焊接性能好，但导热系数小，线（2）塑性为了防止材料在使用过理中然发生的髓性破裂并具有良好的加工工艺性胀系数大（约为钢的10倍），冲击韧性低，耐热性差：许多塑料摩擦因数低、耐磨性能好并垒，压力容器用钢应该选用婴性好的材料。一般认为材料的延伸率8，>14%（厚度6mm以具有自润滑性。一般情况下，塑料与酸，碱、垫，油脂和水等许多物质不发生化学反应，下用%，8一1.28%）时即为可用材料，但实际使用中，常用材料的延伸率均在20%~30%有些塑料会受到侵蚀。以上，当延律率&<18时，制造加工中必须特别注意。按其力学性脂的不间，有硬面韧的粗料，如聚磺酸脂、聚酰胺、骤研等；硬而强的塑（3）韧性容着受有冲击般荷时，在选材时要考感材料的神街性神击载郁的靠念役9
广泛，从高速爆炸到低速碰撞，从大能量一次冲击破断，到小能量多次冲击鼓斯、都包含②应考速材料的冷有性能及其对制造加工的影用，。一般碳含量大于0.24%的钢不可用在内。于需要焊接制造的玉力容器同一材料对于不同类型的冲击载荷所表现的性状和失效方式差别很大，所以，在设计承?应按烈国家标准（GB150-1998）的要求选用材料。受冲击载衡的构件时，首先必绸分析冲击载蕉的特点（如冲击速度、冲击力大小、载荀是否①所选材料应满足制造工艺的要求。友复等），明确材料对这种类塑冲击教俩的抗力指标，据此选用材料和制定工艺，才能使机件在使用中安全可靠，寿命提高习题韧性是材料对缺口或装纹敏感程疫的反映，概性好的材料即使存在宏观缺口或裂纹而造1-1指出下列金属料的种类，特媒特号的含义，各银能及合金元素的合班，成应力集中时也具有相当好的防止发生能性断裂和裂纹快速失稳扩展的能力。Q235-AF 20g 16MnR14CrIMo 15MnV OCri3 ICrI8NGT 20 35Mn09Mn2VDR冲击韧性是衡量材料橱性的指标之一，可用带缺口的冲击试样在净击试验中所吸收的冲00Cr19Ni10 Q235-B Q235-AR 18MnNbb 16MnDR击功数值作为冲击韧性值，我国以往沿用拖氏U形缺口试样常留下的冲击功值作为压力18MnMaNhR 20A 40Mn2A Cr25Ni20 10器用钢的韧性指标（一般常盗压力容器要求核何梅氏冲击值ak>50N·m/em成J/cm）.1-2指出下列敏铁材料的种类，半俘和数半特号的含义，1IT150：QT400-10：STS15R：HT200但实践证明U形缺口试样并不能很好地反映材料在缺口冲击试验中的敏感性，近年来趋向13商选Mn、Cr、NI、Ti.Mo、V、AI等合金元素在制中所起的作用。采用国外已使用多年的夏比V形缺口冲击试验的冲击功指标Akt，它能更好地反映材料的为下列设备选择适宜的材料并前要说明透材的理由。韧忙，而且对温度变化也很敏感。目前我国在容器标准中已明确提出在低温下必须果用夏出供选材料皮备介质工作凝度工作压方（V形缺口）试验来测样冲击功指标。如20R钢板的低溢冲击功值不小于18]，16MnR和滤中者测V15MnVR钢板不小于20].15MnVNR和18MnMoNbR钢板不小于27.液裁体递常玉Q235-AF.16MnR.JC18Nig酸数33℃韧性对压力容器材料是十分重要的，是压力容器用钢的必检项目。韧性好的材料一般塑(t2800mmX.t8000mm（设柱高17m09MhzV,8性出好，但想性好的材料并不等于韧性好。组合皮塔外所DC+18NI9TI,Q235-AP鼠，鼠·少最复≤200℃14.7MP容器在保冷条件下工作时，还要考虑材料的低鼠脆性转变（冷随转变），低、中强度钢18MaMoNbR.16Ma,15MnVR.20和铍、锌等材料在低溢时可表现为脆性断整，南在高温下却可以呈郁性断裂，其冲击暖收功高盟高压发热钢炉化（.CO.Nz18MnMoNbR,0Cz13.Q235-90~10000a.14MPs对凝度很敏感，这类材料由韧性向脂性的转变，是在一定谨度区间逐断完成的其冲击吸改的高虚气别充体内村CO.H,O,CH.Ar)C25Ni20r8N19.Cr22N功与留度关系曲线呈缓慢过读。在不同温度下测定出一系列的冲击韧性值，可得出该材料的Q23S-ARICr18NiSTI无塑性转变温度（NDT)，从面确定材料的最低使用湿度。氧化烈爱收培新化氧气体，盐能，水80~120C0. 2MPs钢，钻，便象复乙等型料，材料的冲击韧性可指导选材工作，但冲击功不能直接用于设计计算，面且许多力容器影酶树脂现溃的不透性石需疏抗欣护罐的脆性断裂事故也可以在塑性与冲击值足够的情况下发生。为了能更科学跑判断容器万一存排砖HT15-33.G-15,1C1IBNIT.常油常压（客积50m）（含H-50.98%）在较大宏观缺陷特别是裂纹性缺陷时是否会发生低应力脂断，近年来已引人断婺力学中的断15MVR,Q235-AR材价裂韧性指标用于压力容器的防需断设计或安全评定。日前用得较多的是应力强度固子临界值Ks和数纹尖摘张开位移（COD方法）临界值3.：这些断装韧性值可以衡量材料的郁性情况，可看出存在裂纹时材料所具有的防脆断能力。但是目前尚未将断裂韧性列人容器标准之中，因为还没有公认的应摘足的断裂韧性指标值。1. 5. 1. 2 防胃强方面的要求选材时应同时考思材料的耐离健性能，即选择适当的耐蚀材料和合理的所质蚀措施，1.5.1.3经济性的要求在满足材料的使用性能的前提下，还要充分考虑取材的经济性。这包括材料的价格，国家自然资源情况，市场来源及供货方式等。根据我国源情况，对以强度设计为主的中原容游推得使用16Mm，15MnV等价格低度、综合力学性能指标优良的低合金钢，并应法意尽景少用含镶的合会钢或用其他合金代替，以减少材料费用。1.5.2其他应考虑的因素①应考感钢材的温度使用范器（如高温或深冷等特煤温度条件），-b1011
化工设备的腐蚀与防护UD2向眼bBn随着近代工业的迅速发展，金属魔蚀间题越来越严重，房蚀给国民经济带来巨大的Ha失，据统计，由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1/3，约有1/10自属材料固离蚀而无法回收，全世界每年有近亿吨的钢铁因离蚀面损失。陷蚀对石油化工等企业的危害极大，不仅金属资源受到损失，还会影确正常生产，SO:蚀造成设备事故，对人身安全也会带来严重的威胁，同时，蚀使金属设备产生破坏，Fes0.2%HSOFes01%遇出服役。我国每年腐蚀损失可达200亿～300亿元，化学工业首当其冲。绝大多数化二图2-1异种金属原电池图2-2粮美电池各都是由金属材料制成的，化工设备的最终破坏往往又是由腐蚀造成的。因此，化工设各病蚀与防护是必须给以高度重视的间题。肖容器盛装的落液中各部分氧的浓度不同时，也会形成浓差电施，称为氧的浓整电池，如图2-3所示，液体靠近上表面的区域为富氧区，液层处为乏氧区，氧含量高的区域，还2.1金属材料的腐蚀原反应充分进行，使容器表面负电荷密度降低较多，氧含量相对低的区域，氧化还原反应程金属或非金属材料与周国介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为材料的度较差，因此容器上这部分负电荷密度仍较高，其结果，容器上下部分出现了电位差别，上部电位较正，或为阴极，下部电位较负·成为阳极蚀。金属、塑料、混凝土和木材等材料都会发生屑蚀，其中尤以金属材料的腐蚀最为突(3）魔蚀微电池金属表面具有不同电位的两个徽小区域（金属组织中不同的相），形2.1.1金扁的腐蚀状不规则且相互接够，在同一电解质溶减中形成的电池称为房蚀微电池。金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏称为金属的腐蚀。金属腐蚀可对例如，碳钢中所含的渗碳体（Fe：C），铸铁中所含的石墨，它们的电位都高于基体a-Fe，各波康严重的后果，离、尽、清、混，直至最终破环。按照破坏作用的性质，腐继可以外当碳钢和结获缓触电幕质情液时，患碳体和石蛋就形成许多质明被，难成基体的腐统、含骤化学蚀和电化学蚀，量越高，离蚀速度越快，此外，金属表面化学成分不均匀，金相组织的差异，内应力大小等2.1.1,1化学质快都有可能产生电位不等，形成腐蚀微电池。离蚀微电池如图2-4所示，金属和非电解质介质接触发生化学作用而引起的腐蚀称为化学瘤蚀。如接触氧气、气、氢气、二氧化硫、硫化氢等干燥气体或汽油、润滑油、含硫石油、乙醇等非电解屏O.液，造成设备金属的高盈叙化、氢脆或非电解质溶液的腐蚀等。化学属蚀的特点是在金同表面生成扇蚀产物；在病蚀的过程中役有电流产生。高就区-(Me)2.1.1.2电化学扇蚀?金属和介质（电解质溶液）接触发生电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。如接触去极化列电辉质落液溶液，潮湿的气体或酸碱溶液等产生电化学作用（原电池作用）面引起的扇蚀。电化学康的特点是在房蚀的过程中有电流产生。Me电化学属蚀的过费是金属内部腐蚀电池工作的结巢。金属表面由于多种原因产生电化去级化疗不均匀性，在电解质溶液中形成离蚀原电池，其中电极电位较低的部分作为阳极发生溶解芝属区被腐蚀：在阴极则有金属离子获得电子而还原。扇蚀电池可以分为二种。（1）异种金属浸入同一种电解质游液中而形成的电池不同金属在与电解质溶液相接图2-3氧的浓蒸电池图2-4房快激电池中，出于它们的电极电位不同，构成腐蚀原电池，电位较低的金属首先失去电子，以正肉奥氏体不锈钢在400~850℃加热后出现品间腐蚀，也是策观廣蚀电范作用的结果。原溶解进人溶液，成为腐蚀电池的阳极。阳毅上过射的电子经两种金属的界面流人电位较止 因是在加热过程中晶界上大量析出 CraC，使靠近晶界的区域合络量大幅度下降，由纯化态金属（朗极），并和溶液中能够吸收电子的物质（去极化剂）结合，发生还原反应。如图转为活化态，离品界稍远的区城仍处于钝化态。两者电位的差异构成了无数的微电池，使品所示，为铁和铜在硫酸中构成的屑蚀原电滤，界区发生选择性溶解，形成品间腐蚀，图2-5所示为奥氏休不锈锅的品间腐蚀。（2）浓差电池，同种金属浸入不同浓度或不同温度、不同运动速度的电解质溶液中：综上所述，电化学庭蚀的过程是：阳极过程→电子流动一阴极过享：在阳极过程（阳极成不同部位的电位差而形成的电池称为浓差电池（见图2-2)。1312
金属的密度，g/cm反成）中金属溶解（被陶蚀），即金属离于从企属金属耐离蚀性能的兰级标准见表2-1。新轻-附限中转移到介质中并放出电子：在电子流动过程中阳表2-1金具期离蚀性能的三级标准极索集的负电荷流向阴极（产生电流）：而在阴被Crc耐滴快性能离性速度/mm+*耐案蚀战别过程（酮极反瘾》中电子与去极化剂（溶液中的氢E40.11离子和溶解餐）结合，发生还原反应。一就铭区·楼a0.1~10阳被反应：Me--Me十e不可用>1.0阴极反应，Me十e--Me电化学属蚀的过程必须具备三个条件，尚彩边界（2）晶间魔蚀奥氏体不锈钢主要产生品间离蚀，其评定方法按GB1223--75进行，①间一金属上有不同电位的部分存在或不同会图25品间楼铁2.2金属设备的防腐蚀措施属之间存在着电位差。②阴板和阳极互相连摄（1）合理选挥耐蚀材料根据湿度，介质，查底蚀数据手册》，一般应选用K，阳极和阴极处在互相连通的电解质中。0. 1mm/y 的材料.2.1.2破坏形式与评定方法（2）设计合理的设备结构在设计设备结构时应注意防壁流、防积液、防间隙、助死2.1.2.1破环形式角，间感是引起腐蚀的主要设计缺陷。按金属离蚀的敲坏形态可以分为均匀腐蚀（全雨病蚀）和非均匀离蚀（区域离蚀），（3）衬覆保护层在金属表面生成或衬覆保护性覆盖层，可以将金属与腐蚀介质隔离均勺腐蚀又可以分为孔（点）蚀，间陈腐蚀、品间腐蚀、魔力腐蚀，磨损腐蚀（机被頭蚀）开，是普遍采用的防腐蚀措施。保护性覆前层分为金属和非金属两大类。脱层腐蚀、氢腩、氢裂、氢鼓泡和空泡离蚀（汽蚀）等，其中常易发生的是前国种，金属质金属保护层可以采用电钱（傲Ni、Cr、Sn、Pb、Zn，Cd蚀的形态如图2-6所示，等）、热（镀 Al，Sn、Pb、Zn 等）、喷镀（Cr、Ni）等工艺制协屋备：还可以采用金属衬层保护，如衬不锈钢，衬铅等（见图2-7）业定或采用不锈钢复合钢板，非会属保护层有涂层和村层两种。非金属涂层分为无机徐层和有机涂层，无机涂层有措瓷、敬璃、硅酸盐和水泥涂层等；有碳大(a)）全面限(）区城溪馆(c)儿鸡馆晶同注(e)现层客馆机涂层包括涂料涂层和塑料涂层，涂料涂层俗称油漆，具有施工图2-6金属牌纹的形车188锈钢二方便、成本低廉的突出优点，因此在金属防护中应用十分普遍。均勾扇蚀在金属的全部或大部分面积上进行，并生成产物膜。若能选速生成极薄的钝化常用的塑料涂层有丙婚酸树脂、聚氯乙烯、聚氧乙烯和张乙姆婚等。膜，通常对内部金属具有非常优越的保护性（如不锈钢和铝的氧化膜），而无赚的全面演蚀村层材料也有无机和有机两大类，主要有橡胶、型料、瓷线图2-7村覆保护层是非常危险的。非均勾腐蚀只在金属表面的个别部分发生，遭成设备局部腐链，甚至穿透，（板）、解绿岩板、不透性石愿和橡皮村层，硬橡皮衬层受热后引起渗漏，其结果是很危险的。据统计，化工设各的离蚀，有70%是非均勾离钱。变随，只能在50℃以下使用，2,1.2.2评定方法（4）电化学保护电化学保护指通过外加电动势，将被保护金属的电位移向免蚀区或纯化区，从西使金属虞蚀速率显馨下降，这是一项经济面有效的防护措施，保护费用只占总投（1）均勾腐蚀资费用1%左右，却可成倍延长金属结构的使用寿命，一些钢结构支架，地下管线等都必须①腐蚀速度。用腐蚀前后质量变化表示的腐蚀速度详定。保用电化学保护，有时为了提高保护效果，可以与除料保护联合使用。按电化学保护的作用K-(g/m2.h)(2-1)机理可分为明极保护与阳极保护武中G虞蚀前后的质量差，g①阴极保护。包插外加电流保护法和牺性阳极保护法，外加电流保护法是通过使受保护设备与外加直流电源的负极相连接，使整个设备摄化为试件与离蚀介质接触的面积，㎡：阴极，从雨达到保护的目的。外加电流保护法如图2-8所示，一腐饮作用的时间，h。栖性阳极保护法是在被保护的设备上连接一种电位比敬保护金属电位更负的金属（或合②腐蚀深度。用离蚀前后厚度变化表示的腐蚀速度评定，金），使之皮为待酒性的阳极，以保护设备，常用的栖性阳极有锁合金、锋合金和铝合金。K.m8.76(mm/a)(2-2)如图2-9所示，是以锁棒作为阳极的保护方法。式中K-魔傅速度，g/m·bs15s14