項(xiàng)目一化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目一

化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)石油與化學(xué)工程系孫慶國(guó)

化工設(shè)備使用維護(hù)第1頁(yè)，共70頁(yè)。課程性質(zhì)本課程是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課程，課程的主要內(nèi)容包括化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)，化工生產(chǎn)中常用的反應(yīng)器、塔設(shè)備、換熱器、泵、壓縮機(jī)以及其他類(lèi)型化工設(shè)備的使用與維護(hù)，并了解化工管路及管鉗工基本操作。第2頁(yè)，共70頁(yè)。課程目標(biāo)了解相關(guān)化工設(shè)備的選材、結(jié)構(gòu)、主要工藝參數(shù)、工作原理、基本操作、日常維護(hù)以及異常工況判斷與處理、檢修；能根據(jù)不同化工設(shè)備操作規(guī)程，進(jìn)行常見(jiàn)化工設(shè)備的安全、規(guī)范操作；能針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備異常工況，進(jìn)行及時(shí)判斷與應(yīng)急處理；能根據(jù)設(shè)備維護(hù)知識(shí)，進(jìn)行常見(jiàn)化工設(shè)備的日常維護(hù)與檢修。第3頁(yè)，共70頁(yè)。學(xué)習(xí)方法切忌死記硬背，要學(xué)會(huì)方法，融會(huì)貫通課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)完成一定數(shù)量的習(xí)題第4頁(yè)，共70頁(yè)。參考書(shū)目教材劉尚明主編，化工設(shè)備基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社參考書(shū)王紹良主編，化工設(shè)備基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社鄭端陽(yáng)主編，化工機(jī)械檢修實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，化學(xué)工業(yè)出版社第5頁(yè)，共70頁(yè)。課程考核考核方式：考查總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)其中平時(shí)成績(jī)占40%，期末成績(jī)占60%（工藝流程題）平時(shí)成績(jī)：出勤率、課堂筆記、上課回答問(wèn)題和作業(yè)完成情況等。第6頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)1化工設(shè)備材料2化工設(shè)備管理知識(shí)3第7頁(yè)，共70頁(yè)。任務(wù)一化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)化工設(shè)備在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用化工生產(chǎn)企業(yè)的各種裝置都是由不同類(lèi)型的設(shè)備構(gòu)成的，石油、化工產(chǎn)品也都是按照一定的工藝過(guò)程，利用配套的化工設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的。第8頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第9頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)甲醛生產(chǎn)

甲醚空氣

壓縮機(jī)反應(yīng)器吸收塔離子交換塔甲醛成品反應(yīng)傳熱

壓縮

分離

離子交換壓縮機(jī)冷卻塔第10頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)化工設(shè)備的類(lèi)型按化工設(shè)備在生產(chǎn)中的作用分類(lèi)：流體輸送設(shè)備（泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、配套管件及閥門(mén)）加熱設(shè)備（管式加熱爐）換熱設(shè)備（加熱器、換熱器、冷凝器、冷卻器、再沸器）傳質(zhì)設(shè)備（精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔）反應(yīng)設(shè)備（夾套式攪拌反應(yīng)器）儲(chǔ)存設(shè)備（立式儲(chǔ)罐、臥式儲(chǔ)罐、球形儲(chǔ)罐）第11頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備的應(yīng)用與分類(lèi)化工設(shè)備的類(lèi)型按化工設(shè)備的主要作用部件分類(lèi)：動(dòng)設(shè)備靜設(shè)備第12頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備的應(yīng)用與分類(lèi)化工設(shè)備的類(lèi)型按結(jié)構(gòu)材料分金屬設(shè)備、非金屬設(shè)備和非金屬材料襯里設(shè)備。按受力情況分外壓設(shè)備和內(nèi)壓設(shè)備，內(nèi)壓設(shè)備分為：常壓設(shè)備（設(shè)計(jì)壓力小于0.1MPa）低壓設(shè)備（設(shè)計(jì)壓力小于0.1~1.6MPa）中壓設(shè)備（設(shè)計(jì)壓力小于1.6~10MPa）高壓設(shè)備（設(shè)計(jì)壓力小于10~100MPa）超高壓設(shè)備（設(shè)計(jì)壓力大于100MPa）第13頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)離心泵第14頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)管式加熱爐第15頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)換熱器第16頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)精餾塔第17頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)反應(yīng)釜第18頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)存容器立式儲(chǔ)罐

臥式儲(chǔ)罐第19頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)方形容器

球形容器

第20頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)化工生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的要求化工設(shè)備的使用環(huán)境壓力真空—低壓—中壓—高壓—超高壓溫度

低溫—中溫—高溫介質(zhì)有毒、易燃、劇毒第21頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備應(yīng)用與分類(lèi)實(shí)例吉林石化雙苯廠發(fā)生爆炸2005年11月13日中石油吉林石化公司雙苯廠苯胺裝置發(fā)生爆炸著火事故。事故共造成造成6人死亡，2人重傷，21人輕傷。事故發(fā)生后，疏散群眾達(dá)1萬(wàn)多人。事故造成的污染使哈爾濱市停水三天。第22頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備應(yīng)用與分類(lèi)第23頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備應(yīng)用與分類(lèi)第24頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備的應(yīng)用與分類(lèi)工藝性能要求達(dá)到工藝指標(biāo)生產(chǎn)效率高、消耗低安全性能要求足夠的強(qiáng)度足夠的剛度良好的韌性可靠的密封性良好的抗腐蝕性

使用和經(jīng)濟(jì)性能要求操作、控制、維護(hù)簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)合理，制造簡(jiǎn)單環(huán)境保護(hù)要求第25頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)化工設(shè)備規(guī)范我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體制目前分為四級(jí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GB推薦性標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GB/T行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（化工行業(yè)）強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)HG推薦性標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)HG/T地方標(biāo)準(zhǔn)在某一地域統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的工作標(biāo)準(zhǔn)等第26頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第27頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第28頁(yè)，共70頁(yè)。任務(wù)二化工設(shè)備材料工程材料的分類(lèi)工程材料一般分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類(lèi)。第29頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料金屬材料的主要性能力學(xué)性能在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)允許的形變或不被破壞的能力。如：彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度和韌性等指標(biāo)。第30頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料材料的彈性和剛度常溫拉應(yīng)力下20號(hào)鋼的拉抻試驗(yàn)

l0=10d0l0=5d0或第31頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料正比階段，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為比例極限，用Rp表示，材料服從胡克定律σ=Eε。斜率tanα=E=σ/ε稱為材料的彈性模量，反映了材料抵抗彈性變形的能力，即剛度。E值越大，材料的剛度也越大，越不容易發(fā)生彈性變形；E值越小，材料的彈性越好，越容易發(fā)生彈性變形OA：第32頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料彈性階段，A'點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限，用Re表示，不再服從胡克定律，但變形仍是彈性的。試件在外力作用下，發(fā)生了變形，而當(dāng)外力消除以后變形也隨之消失，試件恢復(fù)到原來(lái)的形狀，不會(huì)產(chǎn)生永久性的變形，這種性質(zhì)為材料的彈性。OA'：第33頁(yè)，共70頁(yè)。金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象就稱為屈服。屈服強(qiáng)度Rel(Rel0.2)抗拉強(qiáng)度Rm化工設(shè)備材料材料的強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。金屬在拉伸條件下，從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫作抗拉強(qiáng)度。第34頁(yè)，共70頁(yè)。從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強(qiáng)度開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為“屈服點(diǎn)”Rel

Rm

第35頁(yè)，共70頁(yè)。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度Rel(Rel0.2)抗拉強(qiáng)度Rm疲勞極限σn化工設(shè)備材料強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。材料在高溫下，在一定的應(yīng)力下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。第36頁(yè)，共70頁(yè)。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn化工設(shè)備材料強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

材料在高溫下，抵抗發(fā)生斷裂的能力。第37頁(yè)，共70頁(yè)。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn化工設(shè)備材料強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。材料在交變載荷作用下，會(huì)在遠(yuǎn)低于材料本身的屈服點(diǎn)時(shí)就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把經(jīng)過(guò)106~108次循環(huán)試驗(yàn)而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為疲勞強(qiáng)度。第38頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料塑性金屬材料受力后發(fā)生變形而不被破壞的能力.延伸率A斷面收縮率Z第39頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料硬度金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。布氏硬度HBS（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HRC(可以用于硬度很高的材料)、維氏硬度HV(比洛氏硬度更適合于測(cè)定極薄試樣的硬度)，顯微硬度。第40頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備材料韌性表示材料彈塑性變形為斷裂全過(guò)程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。承受靜載荷抗裂紋擴(kuò)展的能力——缺口敏感性承受動(dòng)載荷時(shí)抗裂紋的能力——沖擊韌性第41頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料第42頁(yè)，共70頁(yè)。TT

化工設(shè)備材料溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響材料的力學(xué)性能所包括的強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度四個(gè)指標(biāo)中，強(qiáng)度和塑性占主導(dǎo)地位，但使用時(shí)要考慮溫度的變化。第43頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料工藝性能金屬和合金加工工藝性能是指在保證加工質(zhì)量的前提下加工過(guò)程的難易程度。工藝性能主要有：可焊性能、鍛造性能、可斷性能、切削加工性能、熱處理性能等。這些性能直接影響化工設(shè)備和零部件的制造工藝方法，也是選擇材料時(shí)必須考慮的因素。第44頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料鋼板校平第45頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備材料卷筒第46頁(yè)，共70頁(yè)。壓制封頭化工設(shè)備材料第47頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料煨制彎管第48頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料組對(duì)與焊接第49頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料物理性能熱膨脹性金屬及合金受熱時(shí)，一般來(lái)說(shuō)體積都要脹大，這一特性稱為熱膨脹性。密度熔點(diǎn)導(dǎo)熱性磁性耐磨性第50頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料化學(xué)性能耐腐蝕性金屬和合金對(duì)周?chē)橘|(zhì)，如大氣、水汽、各種電解質(zhì)溶液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性?？寡趸越饘俸秃辖鸬挚棺杂裳鹾推渌鼩怏w介質(zhì)如水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等的腐蝕能力。第51頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備材料金屬材料的分類(lèi)及常用的金屬金屬材料金屬元素或以金屬元素為主形成的、具有金屬特性的物質(zhì)。第52頁(yè)，共70頁(yè)。鑄造生鐵金屬黑色金屬有色金屬生鐵鋼煉鋼生鐵合金生鐵銅及其合金輕金屬及其合金其它有色及其合金純銅（紫銅）銅鋅合金（黃銅）銅錫合金（錫青銅）無(wú)錫合金（鋁青銅等）鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金鉛、錫及其合金鋅及其合金鎳、鈷及其合金化工設(shè)備材料金屬的分類(lèi)第53頁(yè)，共70頁(yè)。中碳鋼低碳鋼高碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.25%大于0.25%小于0.60%碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.60%化工設(shè)備材料碳鋼工業(yè)上使用的金屬材料大多是由金屬與金屬、金屬與非金屬熔合在一起的合金。以鐵為主，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%并含有少量的錳、硅、硫、磷等元素的合金稱為碳鋼或非合金鋼。第54頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備材料碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響錳(Mn)來(lái)源——在冶煉過(guò)程中加入錳鐵作用——鋼材中錳含量高于0.8%時(shí)，即為合金元素存在提高強(qiáng)度有益元素硫(S)來(lái)源——礦石和焦炭存在形式：FeS作用——FeS的熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開(kāi)始溫度，它過(guò)早熔化，導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱為熱脆性

有害元素

第55頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料磷(P)來(lái)源——礦石作用——溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”有害元素氫(H)來(lái)源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低，來(lái)不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點(diǎn)”“白點(diǎn)”——裂紋源有害元素第56頁(yè)，共70頁(yè)。碳鋼中硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.035%優(yōu)質(zhì)碳鋼碳鋼中硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.045%普通碳鋼碳鋼中硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.025%高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼化工設(shè)備常用材料第57頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料合金鋼合金鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的合金元素而得到的。常加的元素有錳、鉬、鈮、釩、鎳、鉻、硼、鎢、鋁等。當(dāng)合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于5%時(shí)稱為低合金鋼。成分特點(diǎn)由碳素鋼+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素組成；含碳量均較低，≤0.2%；合金元素總含量＜5%。相對(duì)于碳素鋼強(qiáng)度提高耐腐蝕性能提高低溫性能提高第58頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料常用于制作：板、管、圓鋼等型材用途廣泛用于造船、壓力容器、橋梁、高壓鍋爐、汽車(chē)、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。常用材料16MnR，15MnVR，18MnMoNbR，16MnDR，15CrMoR，14Cr1MoR….第59頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備常用材料合金元素對(duì)鋼的影響為改善鋼材性能特意加入合金元素，以改變鋼材性質(zhì)。例如鉻：耐腐蝕抗氧化，提高強(qiáng)度硬度和耐磨性，使鋼材的韌性和塑性降低錳：提高強(qiáng)度和低溫沖擊韌性鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性，提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性，提高熱強(qiáng)性能硅：提高強(qiáng)度，高溫疲勞強(qiáng)度，耐熱性，耐H2S腐蝕，降低塑性和沖擊韌性第60頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備常用材料不銹耐酸鋼不銹—耐大氣腐蝕；耐酸—耐酸及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。常用品種：鉻不銹鋼—如1Cr13，2Cr13，0Cr13等。第一個(gè)數(shù)字—含碳量的千分?jǐn)?shù)；Cr13—含鉻13%。組織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體。第61頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料不銹的原因在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧化膜，對(duì)鋼起保護(hù)作用性能特點(diǎn)碳的作用—與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量的鉻。為保證耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量越低越好第62頁(yè)，共70頁(yè)。化工設(shè)備常用材料鑄鐵

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金，工業(yè)上常用的鑄鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2%-4.5%之間，而錳、硅、硫及磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于鋼分類(lèi)灰鑄鐵（良好的減振和耐磨性）可鍛鑄鐵（較高的塑性和韌性）球墨鑄鐵特點(diǎn)良好的鑄造性、減震性、耐磨性和切削加工性生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低多在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用第63頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料非金屬材料無(wú)機(jī)材料陶瓷容器、反應(yīng)器、塔附件、熱交換器、泵、管道、管件等搪瓷反應(yīng)罐、儲(chǔ)罐、換熱器、蒸發(fā)器、塔和閥門(mén)等玻璃管道或管件、容器、反應(yīng)器、泵、熱交換器、隔膜閥等第64頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備常用材料有機(jī)材料塑料貯槽、離心泵、閥門(mén)管件。密封件、耐蝕件如填料、墊片和泵、閥門(mén)等零件橡膠襯里、密封件涂料保護(hù)設(shè)備免遭大氣及酸、堿等介質(zhì)的腐蝕第65頁(yè)，共70頁(yè)?；ぴO(shè)備的腐蝕與防護(hù)任務(wù)三化工設(shè)備管理知識(shí)設(shè)備管理的目的、意義設(shè)備管理設(shè)備的使用管理設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備的資產(chǎn)管理設(shè)備的潤(rùn)滑管理設(shè)備的計(jì)劃?rùn)z修管理第66頁(yè)，共70頁(yè)。本章小結(jié)化工設(shè)備的分類(lèi)工藝設(shè)備加熱設(shè)備、換熱設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備動(dòng)設(shè)備和靜設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地