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A

4. 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1.0

1. 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，