化工设备机械基础总结word打印

第一章

1.2.1常用的强度指标：屈服度和抗拉强度b。工程上所用的金属材料，不仅希望具有高的值，而且还希望具有一定的屈强比(/)。

2.塑性：是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。

4.冲击韧性：是衡量材料韧性的一个指标，是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力；韧性高的此奥利奥，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。

1.2.2线膨胀系数l；弹性模量E=2105;泊松比=0.

1.2.3耐腐蚀:金属和合金对周围介质,如大气,水汽,各种电解液侵蚀的抵抗能力.

1.2.4金属和合金的加工工艺性能是指在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度.

1.3.1钢按冶炼方法分类:沸腾钢半镇静钢镇静钢。按化学成分分类：碳素钢:低碳钢（含量0.25%）,中碳钢（含量0.25%0.6%），高碳钢（含量0.6%）;合金钢：低合金钢（合素总含量5%），中合金钢（合素总含量5%），高合金钢（合素总含量10%）。

1.4一般含碳量在0.02%2%的铁碳合金称为钢。

1.4.4钢铁在固态下通过加热，保温和不同的冷却方式，以改变其组织，满足所需要的物理，化学与力学性能，这样的加工工艺称为热处理。钢的常规热处理工艺一般分为退火，正火，淬火和回火等。

1.5.1铬：它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度，硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。钼：能提高钢的高温强度，硬度，细化晶粒，防止回火脆性。含钼小0.6%时可提高塑性。钼能抗氢腐蚀。

1.5.5高温设备对钢材的要求主要是：良好的化学稳定性与热强性。

1.5.6对低温用钢的基本要求是：具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工艺性和可焊性。

1.8.1金属和周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。化学腐蚀：金属遇到干燥的气体或非电解质溶液而发生化学作用所引起的腐蚀叫做化学腐蚀。电化学腐蚀：是指金属与电解质溶液相接触产生电化学作用而引起的破坏。

1.8.2电化学腐蚀：晶体腐蚀应力腐蚀晶体腐蚀：是一种局部的，选择性的腐蚀破坏。应力腐蚀：亦称为腐蚀裂开，是金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。

1.8.3根据金属腐蚀破坏的形式，金属腐蚀可分为均匀腐蚀与非均匀腐蚀，后者又称为局部腐蚀。均匀腐蚀在腐蚀介质作用下，其力学性能因腐蚀而引起的改变并不大。局部腐蚀只是在金属表面上个别地方腐蚀。

1.8.4衬覆保护层：金属保护层非金属保护层。电化学保护层：阴极保护阳极保护课后习题P50牌号种类含碳量含合素符号意义Q235-AF普通碳素结构钢F:沸腾钢Q:屈服极限Q235-A普通碳素结构钢A:钢材质量等级为A级20g优质碳素结构钢0.2%g:钢炉用钢16MnR低合金钢0.16%

1.5MnDR低合金钢0.16%

1.5%D：低温用钢00Cr19Ni10无锈钢0.1%以下Ni19%

第二章

2.1压力容器是一种能够承受压力载荷的密闭容器。一般来说，承受气态或液态介质压力的密闭容器都属压力容器。

2.1.1压力容器按厚度分类：薄壁容器厚壁容器。按承压方式分类：内压容器外压容器。按压力等级分类：低压容器（代号L0.1MPaP

1.6MPa）中压容器(代号M

1.6MPaP10)高压容器(代号H10MPaP100MPa)超高压容器(代号UP100MPa)。

2.1.2容器是化工与石油化工生产所用各种设备外部壳体的总称。

2.2.1容器零部件标准化得基本参数有两个，即公称直径DN和公称压力PN。对由钢板卷制的筒体和成型封头，公称直径是指他们的内径；容器的公称直径是指无缝钢管的外径。对法兰，公称直径是指与其相配的筒体或管子的公称直径。

2.3.3我国压力容器常用的法规和标准：特种设备安全监察条例压力容器安全技术监督规程钢制压力容器（它是我国压力容器标准体系中的核心标准）钢制化工容器制造技术条件。

2.4刚度：是指容器及其构件抵抗外力使其发生形变的能力。稳定性：是指容器或构件在外力作用下保持原有形状的能力。

第三章

3.1通常是将容器的厚度与其最大截面圆的内径之比小0.1，即/Di0.1,亦即K=Do/D

1.2（Do为容器的外径，Di为容器的内径，为容器的厚度）的容器称为薄壁容器，超过这一范围的容器称为厚壁容器。

3.2求经向应力m=(MPa)求环向应力=（MPa）如果需要在圆筒上开设椭圆形孔，应使椭圆形孔的短轴平行筒体的轴线，以尽量减小纵截面的削弱程度，从而使环向应力增加少一些。

3.2.2球壳的特点是中心对称，因此应力分布有两个特点：一是个处的应力均相等；二是经向应力与环向应力相等。对球壳，其曲面在任意点A处的第一曲率半径与第二曲率半径均等球壳的半径，即m=。

3.2.6例题：

1.有一外径为219的氧气瓶，最小壁厚为=

6.5mm,材质为40Mn2A,工作压力为15MPa,试求氧气瓶筒壁内的应力。解：气瓶的筒身平均直径为D=DO=

6.5=

2.5(mm)经向应力m=

2.6（MPa）环向应力=

5.2（MPa）

2.有一圆筒形容器，两端为椭圆形封头，已知圆筒的平均直径D=2024mm,壁厚=20mm,工作压力P=2MPa.试求筒身上的经向应力m和环向应力。如果椭圆形封头的a/b为2，求封头上的最大经向应力与环向应力及最大应力所在的位置。解求筒身应力经向应力m=50.5（MPa）环向应力=101(MPa)求封头上最大的应力a/b=2时，a=1010mm,b=505mm.在_=0时，m==2=101（MPa）在_=a处，m=50.5（MPa）=

(2)=

(24)=101（MPa）应力分布如图所示，其最大应力有两处，一处在椭圆形封头的顶点，即_=0处；一处在椭圆形封头的底边，即_=a处。

3.3.2边缘应力具有两个特点：局部性自限性

3.3.3由边缘应力具有局部性，在设计总可以在结构上只作局部处理。改变连接边缘的结构边缘应力区局部加强保证边缘区内焊缝的质量降低边缘区得残余应力避免边缘区附加局部应力或应力集中，如不在连接边缘区开孔等。

第四章

4.2.1圆筒的计算厚壁公式=再考虑腐蚀量C2，是，得到圆筒的设计壁厚为d= C2以外径为基准的公式=对球形容器，其主应力为利用上述推导方法，可以得到球形容器厚度设计的计算公式，即

4.2.2本书所涉及的压力，除注明者外，均指表压力。工作压力设计压力p计算压力pc设计温度：是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面厚度的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。安全系数：是一个不断发展变化的参数。按照科学技术发展的总趋势，安全系数将逐渐变小。设计所需的焊接接头系数的大小主要根据焊接接头的型式和无损检测的长度比率确定。双面焊的对接接头的焊接接头系数：

100%无损检测为1.0；局部无损检测为0.85。单面焊的对接接头的焊接接头系数：00%无损检测为0.90；局部无损检测为0.80。容器厚度附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差C1和介质的腐蚀裕量C2，即C=C1 C2。为了防止容器元件由腐蚀，机械磨损而导致厚度减薄削弱，对与工作介质接触的筒体，封头，接管，人孔及内部构件等，应考虑腐蚀裕量。

4.2.3厚度包括计算厚度设计厚度（d）名义厚度（n）有效厚度（e）最小厚度：是指壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度。对碳素钢和低合金钢制容器，去min3mm;对高合金钢制容器，取min2mm.

4.2.4容器制成以后（或检修后投入生产之前），必须做压力试验或增加气密性试验，其目的在检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。内压容器的试验压力：液压试验气压试验压力试验的应力校核应满足下列条件：液压试验0.9气压试验0.8介质的毒性程度为极度或高度危害的容器，在液压试验合格后，方可进行气密性试验。气密性试验压力为压力容器的设计压力。

4.2.5例4-1某化工厂欲设计一台石油气分离用乙烯精馏塔。工艺参数为：塔体内径Di=600mm，计算压力pc=

2.2MPa，工作温度为-3-20。试选择塔体材料并确定塔体厚度。解

(1)选材由石油气对钢材的腐蚀不大，温度在-3-20，压力为中压，故选用16MnR。

(2)确定参数Pc=

2.2MPa,Di=600mm,=170MPa(附表9-1)（采用带垫板的单面焊对接接头，局部无损检测）（表4-8）；取C2=

1.0mm。

(3)厚度计算=

4.9mm设计厚度mm名义厚度圆整后，取名义厚度为。复验该塔体可用

6.5mm或7mm厚的16MnR钢板制作。

(4)校核水压试验强度0.9式中，pT=

1.25p=

1.

2.2=

2.75MPa（t200，/1;p=pc=

2.2MPa）则MPa而0.9=

8.4MPa可见，所以水压试验强度足够。例4-3有一库存很久的氧气瓶，其材质为40Mn2A,外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成，实测其最小壁厚为。已知材料的=

4.8MPa，10.12MPa,=18%,设计温度为常温。今欲充15MPa的压力使用，问强度是否够如强度不够，该气瓶的最大允许工作压力是多少解

(1)确定参数pc=15MPa,Do=219mm,=MPa=MPa取许用应力为6.6MPa（无缝钢管），取腐蚀裕量C2=

1.0mmC=C1 C2=0

1.0=

1.0(mm)(已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C1)=

6.51=

5.5(mm)

(2)强度校核MPa可见，=

1.1MPa，所以该氧气瓶用15MPa的压力下强度不够，不安全，须改变用途降压使用。

(3)确定最高允许工作压力=

3.48MPa该氧气瓶的最大安全使用压力为3.48MPa。

4.3.2工程上将Di/2hi=2,即a/b=2的椭圆形封头称为标准椭圆形封头，此时形状系数K=1，是得到标准椭圆形封头的计算厚度公式（mm）

4.3.7P117例题

4.3.8对技术经济分析和各种封头的优缺点作以下几点说明几何方面力学方面制造及材料消耗方面

第五章

5.1.1壳体外部压力大壳体内部压力的容器均称为外压容器。在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即突然失去原来的稳定性的现象称为弹性失稳。

5.1.2容器由受均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳。轴向失稳：如果一个薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时，圆筒也能失去稳定性。局部失稳：容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由过大的局部外压引起的局部失稳。

5.2.1导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力。

5.2.3长圆筒：圆筒的L/DO值较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力pcr仅与e/Do有关，而与L/Do无关。长圆筒失稳时的波形数n=

2.短圆筒：圆筒的两端的边界影响显著，不容忽略，临界压力pcr不仅与e/Do有关，而且与L/Do也有关。短圆筒失稳时的波形数n为大2的整数。

5.2.4长圆筒的临界压力可由圆环的临界压力公式推得，即短圆筒的临界压力为5.2.5用临界长度Lcr和作为长圆筒，短圆筒和短圆筒，刚性圆筒的区分界限。

5.5.1提高圆筒的许用操作压力的方法是在外压圆筒的外部或内部装几个加强圈，以缩短圆筒的计算长度，增加圆筒的刚性。

第六章

6.1.1法兰密封结构有一对法兰（被联接件），一个垫片（密封元件），数个螺栓，螺母（联接件）组成。把法兰螺栓的螺母拧紧，螺栓力通过法兰压紧面作用在垫片上，当垫片单位面积上所受的压紧力达到某一值时，垫片本身被压实，压紧面上有机械加工形成的微隙被填满，这就为阻止介质泄露形成了初始密封条件。形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力，称为预紧密封比压。

6.1.3影响法兰密封的因素：螺栓预紧力压紧面垫片性能（金属垫片材料一般并不要求强度高，可是要求软韧，金属垫片主要用中，高温和中，高压的法兰联接密封，对高温高压的情况，一般多采用金属垫片；中温，中压可采用金属与非金属组合式或非金属垫片；中，低压情况多采用非金属垫片；高真空或深冷温度下以采用金属垫片为宜。法兰刚度（法拉刚度不足而产生过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。刚性大的法兰变形小，并使分散分布的螺栓力均匀地传递给垫片，故可以提高密封性能。增加法兰的厚度，减小螺栓力作用的力臂和增大法兰盘外径，都能提高法兰的抗弯刚度。）操作条件

6.1.4法兰的公称压力的确定与法兰的最大操作压力和操作温度以及法兰材料三个因素有关。只要法兰的公称直径，公称压力一定，法兰的尺寸也就定了。例6-1为一台精馏塔配一对联接塔身与封头的法兰。塔的内径为1000mm,操作温度、设计压力、从表6-4可知，所要选用的甲型平焊法兰，若采用Q235-B板材，应按公称压力为0.6MPa来查取它的尺寸。由操作压力不高，由表6-1可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板,从表6-3中查得垫片宽度为20mm。甲型平焊法兰的各部尺寸可从附表14-1中查得，并绘注图6-19中，联接螺栓为M20，共36个，材料由表6-6查得为35。螺母材料为Q235-A。

6.2支座的作用：用来支承其重量，并使其固定在一定的位置上。6.2.1常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用鞍座。对在操作时需要加热的设备，总是将一个支座做成固定式的，另一个做成活动式的，使设备与支座间可以有相对的位移。当筒体的L/D较小，/D较大，或在鞍座所在平面内有加强圈时，取A0.2L；当筒体的L/D较大，且在鞍座所在平面内无加强圈时，取ADo/4,且A不宜大0.2L;A最大不得大0.25L。P175鞍座标记方法。

6.2.2立式容器的支座主要有耳式支座，腿式支座，支承式支座和裙式支座四种。中小型直立容器常采用前三种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。

6.3在压力容器上，由各种工艺要求或结构上的要求以及操作，维护检修等方面的要求，需要在器身和封头上开孔或安装接管。

6.3.1容器开孔之后，在孔边附近的局部地区，应力会达到很大的数值。这种局部的应力增长现象，叫做“应力集中”

6.3.2补强圈的材料一般与器壁的材料相同，其厚度一般也与器壁的厚度相同。补强圈与被补强的器壁之间要很好地贴合与焊接，使其与器壁能同时受力，否则起不到补强作用。为了检验焊缝的紧密性，补强上开有一个M10的小螺纹孔，从这里通入压缩空气，并在补强圈与器壁的连接焊缝外涂抹肥皂水。焊缝有缺陷，就会在该处吹起肥皂泡。

6.4.1设备上的接管，有的用连接其他设备和介质的输送管道，有的用安装测量，控制仪表等。

6.4.3设置手孔和人孔是为了检查设备和便安装与拆卸设备内部构件。P196判断题

1.法兰密封中，法拉的刚度比强度更重要。（对）

2.在法兰设计中，如欲减薄法兰厚度t,则应加大法兰盘外径Do,加大法兰长径部分尺寸和加大力臂长度l(错)

3.金属垫片材料一般并不要求强度高，而是要求其软韧。金属垫片主要用中，高温和中，高压的法兰联接密封。（对）

4.法兰联接中，预密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利保证密封，所以预紧密封比压越大越好（错）

第七章P201图7-

7.1.2管壳式换热器的分类：固定管板式换热器（优点：结构比较简单，造价较低；缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。）浮头式换热器填函式换热器U形管式换热器

7.2.2管子与管板的连接：胀接焊接胀焊并用P233习题二识图

第八章P235图8-1和图8-

8.1塔设备有的放置在室内或框架内，但大多数放置在室外且无框架支承，称之为自支承式塔设备。

8.1.1自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力外，还要承受质量载荷，地震载荷、风载荷偏心载荷的作用安装在七度及七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑其抗震能力。内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在非操作的情况下；外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在正常操作的情况下！15/15