水工艺设备基础(终极)

水工艺设备基础

第一章水工艺设备常用材料

1、水工艺设备常用的金属材料：主要有碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢以及部分有色金属材料等。

2、金属材料的基本分类：

3、钢的分类：

按化学成分分类：主要分为碳钢和低合金钢

按质量分类：按照钢中硫和磷的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。

普通钢 S≤0.055％；P≤0.045％；

优质钢 S、P均应≤0.040％；

高级优质钢 S≤0.030％；P≤0.035％

按用途分类：主要可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

4、普通碳素结构钢：这类钢主要保证机械性能，故其牌号用Q+数字表示。若牌号后面标注A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，其中A级最低，D级最高。若在牌号后标注字母“F”则为沸腾钢（脱氧不完全的钢），未加标注的为镇静钢。例如：Q235-A·F表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。这类钢按其屈服强度的大小有Q19

5、Q215、Q255、Q275等牌号。

5、合金结构钢：这类钢的编号是利用“两位数字+元素符号+数字”来表示。前面的两位数字代表钢中平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素。元素后面的数字表示该元素的平均含量的百分之几。如果低于1.5％，则不标含量。如果大于1.5％、2.5％、3.5％....，则相应的以2、3、4....表示。例如 12CrNi3钢，其平均含碳量为0.12％，平均含铬量小于1.5％，平均含镍量为3％。若为高级优质合金结构钢，则在钢号的最后加“A”字，例如20Cr12Ni14WA。

6、金属材料的化学成分（C、P、S）硫、磷元素多了会有哪些不好？

S含量必须严格控制，硫不溶于铁，以FeS形式存在，与Fe形成低熔点的共晶体，使钢材在热加工时容易开裂，产生“热脆”现象。硫含量高还使材料的断裂韧性降低。

P磷能全部溶于铁素体中，虽能使钢的强度和硬度增加，但同时会导致塑型和冲击韧性的显著降低，特别是在低温时使钢材显著变脆，产生“冷脆”现象。

Si可以提高钢的强度硬度弹性，降低塑性和韧性，提高钢的耐蚀性和耐热性。

7、金属材料的物理性能：密度、熔点、热膨胀系数、导热性、导电性以及弹性模量等。

8、金属材料的机械性能：主要指材料的弹性、塑性、强度和韧性。

9、什么是黑色金属、有色金属？

工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为有色金属。有色金属及其合金具有良好的耐腐蚀性和耐低温性能。在水处理工程、化工机械与设备制造中应用较多的有色金属，主要有铜、铝、钛、铅、镍及其合金。

10、无机非金属材料包括哪些？

如天然岩石、铸石、陶瓷、搪瓷、玻璃、水泥等。在水工艺设备中应用较多的主要有传统陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷和搪瓷。

陶瓷性能：不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高度硬度和良好的抗压能力，脆性很高，对温度剧变的抵抗力很低，抗拉抗弯性能差。

11、蠕变：高聚物在室温下承受力的长期作用时，发生的不可恢复的塑性变形称为蠕变。

疲劳强度：零件或构件在工作过程中受到

12、滞后与内耗：高聚物承受周期性荷载的时，出现应变落后于应力，既造成应变的滞后。由于应变对应力的滞后，在重复加载时，就会出现上一次的变形还未来得及回复，或分子链的构象未跟上改变，又施加上了下一次荷载，于是造成了分子间的内摩擦，产生所谓内耗，而那部分未来得及释放、由变形所产生的弹性储能转变为热能。内耗的存在会导致高聚物温度的升高，加速其老化：但内耗能吸收振动波，有利于改善高聚物的减震性能。

13、什么是复合材料？

复合材料就是由两种或更多种的物理和化学本质不同的物质，人工制成的一种多相固体材料。

14、复合材料的分类：总得分为结构复合材料和功能复合材料两大类。

15、复合材料的性能特点：（1）比强度和比刚度高（2）抗疲劳性能好（3）减振能力强（4）高温性能好（5）断裂安全性高

第二章材料设备的腐蚀、防护与保温

金属的化学腐蚀

A、金属氧化及其氧化膜

B、钢铁的气体腐蚀（高温氧化、脱碳、氢蚀、铸铁的肿胀）

1、常见的化学腐蚀类型：干燥气体介质的腐蚀（氧化、硫化、卤化、氢蚀等）、液体介质的腐蚀（非电解质溶液的腐蚀、液态金属的腐蚀、低熔点氧化物的腐蚀等）等。

2、钝化：钝化能千百倍地提高金属的耐蚀性。钝化就是金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。钝化产生的原因较为复杂，目前较为普遍接受的是成膜理论和吸附理论。

成膜理论：当金属溶解时，可在金属表面生成一层致密的、覆盖性良好的固体产物，将金属和溶液机械地隔离开来，降低金属溶解速度，使金属钝化。

吸附理论：在金属表面或部分表面上形成氧或含氧离子的吸附层，这种吸附层改变了金属/液体的表面的结构，使金属反应活化能显著升高，与腐蚀介质的反应速度将显著减小。

3、什么是氢去极化腐蚀和氧去极化腐蚀？

以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀。

在中性和碱性溶液中，由于氢离子的浓度较低，析氢反应的电位较负，金属腐蚀过程的阴极反应不是析氢反应，而是溶液中的氧的还原反应，此时腐蚀去极化剂是氧分子。这类腐蚀称为氧去极化腐蚀，简称吸氧腐蚀。

4、全面腐蚀：特征是腐蚀分布在整个金属表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。水工艺设备发生的腐蚀多属于这种情况。

5、局部腐蚀：如果腐蚀集中在金属表面局部区域，而其他大部分表面几乎不腐蚀，称为局部腐蚀。

应力作用下的腐蚀：应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳和磨损腐蚀

6、微生物腐蚀的原理、表现及抑制措施：

原理：微生物腐蚀并非微生物本身对金属具有侵蚀作用，而是他们生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生影响。

表现：a 、代谢产物具有腐蚀作用。如产生硫酸、有机酸等；b 、改变环境介质条件。如改变溶液PH 值、溶解氧浓度、盐浓度等；c 、影响电极极化过程；d 、破坏非金属保护覆盖层或缓冲剂的稳定性。

抑制措施：a 、使用杀菌剂或抑菌剂；b 、改变环境条件 提高介质的PH 或温度、改善通气条件、减少有机物营养源等；c 、覆盖防护层；d 、阴极保护 阴极保护使构件表面附近形成碱性环境，抑制细菌活动。

7、设备的电化学保护：按照原理不同，可分为阴极保护和阳极保护。

8、怎样实现阴极保护和阳极保护？

阴极保护：1）外加电流的阴极保护 将被保护的金属设备与直流电源的负极相接，进行阴极极化。2）牺牲阳极的阴极保护 在被保护的金属设备上连接一个电位更负（相对于被保护的金属设备而言）的金属，使被保护金属设备发生阴极极化。

阳极保护：阳极保护适合于那些电位正移时，金属设备在所处的介质中有钝化行为的金属-介质体制。某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护，因为这些活性离子在高浓度下能局部地破坏钝化膜并造成孔蚀。

设备腐蚀防护技术原则：

1、 除正确选材外，具体还包括防蚀材料的选择，防蚀结构设计，防蚀强度设计以及满足防蚀要求的加工方法。

设备保温的目的：1、减少热损耗，节能，降低总费用 2、满足热水用户的使用要求3、保障一定的劳动卫生条件，保障人身安全

什么时候要设备保温：

1)当管道或设备外表面的温度≥50°C 时;

2)要求介质温度保持稳定的管道和设备;

3)为防止管道、设备中的介质冻结或结晶时;

4)管道、设备内介质温度较高，需经常操作维护而又容易引起烫伤的部位;

5)寒冷地区敷设在地沟、吊顶、阁楼层以及室外架空的管道。

保温材料：要求热导系数越小越好

第三章 、水工艺设备理论基础

1、容器的结构：容器一般由筒体、封头、法兰、支座、进出管口及人孔、视镜等组成，它们统称为水工艺设备的通用零部件。

2、什么是薄壁容器、厚壁容器？（区分）

通常根据容器外径0D 与内径i D 的比值k 来判断，K=i 0/D D ＜1.2或k=δ/i D ＜0.1为薄壁容器；K=i 0/D D ≥1.2或k=δ/i D ≥0.1为厚壁容器。水工艺中使用的容器一般为薄壁容器。

5、边缘应力

当薄壁壳体的几何形状、加载方式和边界条件没有连续性，此时壳体将在不连续的区域中引起显著的弯曲应力和弯曲变形，因而必须考虑弯矩对壳体的影响。

局部性：随着离开边缘处距离的增大，边缘应力则迅速衰减，且壳壁越