环境工程设备材料ppt课件

环境工程设备与设计,1,主讲教师：食品学院 张仲欣 电 话：64222390 13525918503 E-mail：zhzhx,2,本课件使用说明,1、红颜色：标题； 蓝颜色：需记笔记的内容； 绿颜色：重点； 黑颜色：解释性材料； 棕颜色：重复前页的标题。 2、页面切换声：“咔嚓”； 页面上增加内容声：“铛”或“嗒嗒”。,3,教材：,普通高等教育“十一五”国家级规定教材 环境工程设备 金兆丰主编 化学工业出版社 主要参考书： 化工设备机械基础 董大勤主编 化学工业出版社,本课件使用说明,4,主要内容及学时安排,绪论 2学时 第一章 环境工程设备材料 8 学时 第二章 容器设计与制造 16 学时 第三章 管道与阀门 6 学时 第四章 机械传动与减速器 10 学时 第五章 环境工程设备设计实例 6 学时,5,本课程的学习方法,一、开设本课程的目的与意义 1.了解环境工程设备的相关知识，能认识设备。 2.掌握环境工程设备的结构、原理、工作过程、特点等，为设备的选型配套打基础。 3.掌握环境工程设备设计的基础知识与方法，为设备的设计与改造打基础。,6,二、本课程的学习方法 1.提倡记笔记，必须做作业。 2.期末考试：平时占30%， 卷面占70%。 3.答疑时间：周三晚8点-10点， 地点：2-231（最西头）。,7,绪论,主要内容： 1.环境工程设备的定义和分类 2.机械类与容器类环保设备 3.标准化知识简介 4.环境工程设备的选用与设计原则,8,一、环境工程设备的定义与分类,1.定义： 以控制环境污染为目的的设备，称为环境保护设备或环保设备 环境保护设备是水污染治理设备、空气污染治理设备、固体废弃物处理设备、噪声与振动控制设备、放射性与电磁波污染防护设备的总称。,9,2.分类：,按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。 （1）按类别：即按控制的污染物对象分类 水污染治理设备 空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备 放射性与电磁波污染防护设备,10,2.分类：,（2）按亚类别：即按环保设备的原理和用途分类 物理法 化学法 物理化学法 （3）按组别：即按功能原理分类 如用于分离的原理有： 沉淀 澄清 上浮 气浮 离心 磁分离,11,2.分类：,（4）按型别分类：即按结构特性和工作方式 如气浮分离器的典型结构有： 溶气气浮 真空气浮 分散空气气浮 电解气浮 泡沫分离器,12,二、机械类与容器类环保设备,单体设备可分为机械类与容器类两种类型 机械类设备可分为通用设备与专用设备 容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压容器等 常压：只承受容器内介质的静压 低压：介质工作压力1.6MPa 中压：介质工作压力为1.610MPa 高压：介质工作压力为10100MPa 容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设备，主要是指设备的外壳。,13,三、标准化知识简介,1.标准化的发展历史：由统一性决定 2.标准化的主要作用：便于设计、生产、使用 3.标准化和标准的定义：大家都遵守的规则 4.标准的分类：国家、部门、行业、企业 5.标准的代号和编号：由名称、代号、编号、年份组成。如钢制压力容器（ GB150-1998 ）,6.ISO9000和ISO14000：ISO为国际标准，9000为质量标准，1400为环保标准,14,四、环境工程设备的选用与设计原则,1.成套设备与单体设备：成套设备满足工艺要求，单体设备尽量选通用设备。 2.通用设备的选用原则：适用、先进、安全、经济 3.专用设备的设计原则：满足工艺要求、结构简单、成本低,15,第1章 环境工程设备材料,主要内容： 1.材料的基本性能 2.碳钢与铸铁 3.合金钢 4.有色金属及其合金 5.非金属材料与复合材料 6.材料的腐蚀与防腐 7.环境工程设备材料选择,第一节 材料的基本性能,主要包括：力学性能、物理性能、化学性能和加工性能 一、力学性能 力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。,一、力学性能,1. 强度 是指材料抗变形或断裂的能力 。 （1）材料拉伸时的应力应变曲线 应力：单位面积所受的力,应变：单位长度所产生的变形,应力的单位为MPa，即106N/m2,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线 材料拉伸试验： 试棒制备,材料拉伸过程演示,l0=10d0,l0= 5d0,一般d0=10mm,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线（画出）,1.强度,p比例极限 e弹性极限 s屈服极限（屈服点） b强度极限 E=tan()材料的弹性模量 在比例极限内，=E,1. 强度,长期静载对强度的影响：蠕变极限n 交变载荷对强度的影响：疲劳极限-1 交变载荷大小用应力循环系数或应力比衡量， r= min/max 疲劳极限-1以106107次交变这材料不被破坏的应力,许用应力,不同的设计对应不同的强度极限。 安全系数是对设备安全性的保护，一般n=25。,2. 硬度,硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。 是弹性、强度与塑性的综合性能指标。 常用硬度表示方法： （1）布氏硬度(HB)：用于软质材料， 如低碳钢，HB200300 布氏硬度与抗拉强度的对应关系： 低碳钢 b=0.36 HB 高碳钢 b=0.34 HB 灰铸铁 b=0.1 HB （2）洛氏硬度(HRC、HRB)：用于硬质材料， 如高碳钢或合金钢，HRC4060,3. 塑性,延伸率 ,断面收缩率,化工设备材料一般要求5=1020%,其中p为断裂时的应变。L1和s1为断裂时的长度和断面面积。,4.冲击韧性 冲击韧性k：使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积，即,低温容器所用钢板的k值 不得低于0.3MJ/m2,二、物理性能,密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。,三、化学性能 1. 耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力 2. 抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力。,四、加工工艺性能 1. 可铸性：收缩与偏析 2. 可锻性 3. 焊接性 4. 可切削加工性,第一节 材料的基本性能,【作业】 1.一个总重为700N的电机，用一个M8吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为6.4mm，其截面上的应力有多大？ 2.一钢管，中径为D，厚度为，要受F的拉力。已知断面上的许用应力为m。F允许多大？(圆环面积近似用中径周长乘以厚度),第一节 材料的基本性能,【作业答案】 1.=22MPa 2.F=Dm,第二节 碳钢与铸铁,碳钢即“铁碳合金”是由95以上的铁和0.054的碳及1左右的杂质元素所组成的合金。 一般含碳量0.022的称为钢； 大于2称为铸铁； 含碳量小于0.02的称为纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3的铸铁极脆。 后二者的工程应用价值都很小。,一、铁碳合金的组织结构,1.金属的组织与结构,组织：在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。,结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格,体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。,1.金属的组织与结构,铸铁中的碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织形貌。石墨在铸铁中的三种存在形式如下：,球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。,1.金属的组织与结构,2.纯铁的同素异构转变,体心立方晶格的纯铁称-Fe， 面心立方晶格的铁称为-Fe。 -Fe加热可变为-Fe， 反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象， 称“同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。 在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。,3.碳钢的基本组织 碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。 (固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。) 这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。,（1）铁素体 碳溶解在-Fe中形成固溶体称铁素体。 -Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。 （2）奥氏体 碳溶解在-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe中大得多，如在723时可溶解0.8，在1147时可达最大值2.06。 奥氏体组织是在-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。,3.碳钢的基本组织,（3）渗碳体 碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 熔点约1600，硬度高。 铁碳合金含碳量小于2时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。 含碳量大于2时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。,3.碳钢的基本组织,（4）珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。,3.碳钢的基本组织,（5）莱氏体 珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 （6）马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳在-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。,3.碳钢的基本组织,从铁碳合金状态图中可以看出：温度和含碳量对钢铁组织影响的规律是： 温度由高到低：液体奥氏体珠光体 含碳量由低到高：铁素体渗碳体莱氏体 即：不同含碳量的铁在不同的温度下有不同的组织结构。,3.碳钢的基本组织,三、钢的热处理,钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。常用的热处理方法有：,1. 退火和正火 退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。 目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 2. 淬火和回火 淬火：加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一段时间，然后投入到淬火剂中冷却。 目的：淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。,三、钢的热处理,回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。 目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在150250范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。 中温回火温度是300450。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火温度为500680。 综合性能：强度、韧性、塑性等都较好 淬火高温回火习惯上称为“调质处理”。 用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。,2. 淬火和回火,时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。 时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相似。,2. 淬火和回火,3. 表面淬火 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。 4. 化学热处理 有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。,三、钢的热处理,四、碳钢 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响,碳钢中的杂质元素有： 硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 （1）硫：有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985)化合物。钢材热加工11501200，过早熔化而导致工件开裂，称为“热脆”。 高级优质钢：S0.02%0.03%； 优质钢：S0.03%0.045%； 普通钢：S0.055%0.7%。,（2）磷:有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。 特别是在低温时，使钢材显著变脆，称“冷脆”。 使冷加工及焊接性变坏， 高级优质钢： P0.025%； 优质钢： P0.04%； 普通钢： P0.085%。 （3）锰:脱氧剂，有益元素。 MnS(1600) ，部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力，与Fe成为Mn进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是可以降低脆性，提高强度和硬度。 在0.5%0.8%以下时，看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.8%；高锰结构钢可达0.7%1.2%。,1. 常存杂质元素对钢材性能的影响,（4）硅:脱氧剂。有益元素。 硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在0.1%0.37%，沸腾钢中只含有0.03%0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。 （5）氧：有害元素。 在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。 FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。,1. 常存杂质元素对钢材性能的影响,（6）氮 长时间放置或在200300加热，氮以氮化物的形式析出，硬度、强度提高，塑性下降。 （7）氢 氢会使钢材出现氢脆、白点等缺陷。即在断面上出现白色斑点，易断裂。,1. 常存杂质元素对钢材性能的影响,2. 分类与编号,按用途分：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢） 按含碳量分：低碳钢、中碳钢和高碳钢 按脱氧方式分：镇静钢和沸腾钢 按品质分：普通钢、优质钢和高级优质钢 （1）普通碳素钢 编号：Q235-A，Q235屈服强度及数值（MPa） A质量等级，有A，B，C，D四级。 脱氧方法有F，b，Z，TZ。其中Z镇静钢，在编号中忽略 化工压力容器一般选用镇静钢。 普通碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及 Q275五个钢种。,（2）优质碳素钢 S0.03%0.045% ；P0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。即平均含碳量为万分之几。45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%0.50%)。 优质低碳钢（含C0.25%），如08、10、 15、20、25；塑性好，焊接性能好，用于壳体、接管等。 优质中碳钢（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50与55； 45号钢，用于搅拌轴、齿轮等传动零件。 优质高碳钢（含C0.6%），如60、65、70、80。60、65钢主要用来制造弹簧，70、80钢用来制造钢丝绳等。,2. 分类与编号,（3）高级优质钢 S0.02%0.03%； P0.025%，均0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字，如20A。,2. 分类与编号,品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢 （1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm6mm厚度间隔为0.5mm 6mm30mm厚度间隔为 lmm 30mm60mm厚度间隔为2mm 一般碳素钢板材料有 Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等。,3. 碳钢的品种及规格,但常用钢板厚度参见HG20581-1998,40mm没有奇数厚度的钢板（25代替24和26除外）,（2）钢管 无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。 普通无缝钢管常用材料有10、15、20等。 另外还有专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。 有缝钢管和水煤气管：分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。,3. 碳钢的品种及规格,（3）型钢 有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。 圆钢与方钢主要用来制造各类轴件； 扁钢常用作各种桨叶； （4）铸钢和锻钢 铸钢用 ZG表示， 如ZG25、 ZG35等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。 锻钢有08、10、15、50等牌号。石油化工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。,3. 碳钢的品种及规格,含碳量2%以上，含有 S、 P、 Si、 Mn等杂质。 脆性材料，抗拉强度较低，但有良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。 在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。 铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。,五、铸铁,1. 灰铸铁 含碳2.7%4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。 有优良的铸造性、减振性能，用于支架、阀体、泵体、机座、管路附件等。 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。 编号：HT200，HT灰铸铁，200抗拉强度sb值，MPa。 常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 2. 球墨铸铁 石墨呈球形，简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。 编号：QT400-18， QT球墨铸铁， 400 抗拉强度sb值，MPa ，18延伸率d=18%。,五、铸铁,3. 高硅铸铁 有高的耐蚀性能，含硅量增加，耐蚀性增加。 强度低、脆性大、内应力大，易于脆裂 热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的设备，否则容易产生裂纹。 常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器 牌号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。,五、铸铁,第三节 合金钢,在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些性能，称为合金钢。 一、分类与编号 按合金元素总含量分： 合金含量10%：高合金钢 按用途分： 合金结构钢 调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构钢 合金工具钢 特殊性能钢:不锈钢和耐热钢等,低合金钢的编号表示方法：12CrNi3。 12表示含碳量为万分之十二(或0.12%)， Cr、Ni3所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数，含量1.5%时，不标数字，如Cr 含量为0.4%，则不标数字，Ni3表示镍含量为3%左右 。,一、分类与编号,二、合金元素对钢的影响 目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。 1. 铬 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。 含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。 提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。 2. 锰 提高强度和低温冲击韧性。,3. 镍 提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。 镍基合金具有更高的热强性能。 镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。 4.硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。 硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。,二、合金元素对钢的影响,5.铝 强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。 提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。 价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。 6.钼 提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。 7.钒 在固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。 铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。,二、合金元素对钢的影响,8. 钛 强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。 在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀， 提高耐热性。 9. 稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。,二、合金元素对钢的影响,三、可焊接的低合金高强度钢 碳含量通常小于0.25%。 有较高的屈服强度（3001000MPa）和屈强比（s/b=0.650.95）， 较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。 主要有高强度钢、低温钢和耐蚀钢 1. 高强度钢 350MPa强度级，典型牌号为16Mn； 400MPa强度级，典型牌号为14MnMoV 500MPa强度级，典型牌号为12MnNiCrMoVCu,2. 低温钢 主要有09Mn2V(-70)、06MnNb(-90) 3. 耐蚀钢 10MnPNbRE钢耐海洋大气及海水腐蚀， 12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。 大型化工容器16MnR，质量比碳钢轻l/3； 与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45%。 根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工(卷板、焊接)要求选用。,三、可焊接的低合金高强度钢,四、专业用钢 锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。 在钢号后分别加注g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。 质地均匀、杂质量低，能满足某些力学性能的特殊检验项目要求。,五、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢 1. 不锈钢 不锈耐热钢和不锈耐酸钢的统称。 编号： 1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni9 其中最前边的数字表示碳的千分含量，若小于千分之一，也要标注0。 后边为所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数，含量1.5%时，不标数字，如Cr 含量为18%左右， Ni含量为9%左右， Ti 含量1.5%，则不标数字。,2. 耐热钢和高温合金 例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温度往往达到1000以上。 300350即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在700以下， 7001000用高温合金。,（1）耐热钢 Cr、 Al、 Si铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一种致密的氧化膜。 Ni、Mn奥氏体形成元素， 提高高温强度和改善抗渗碳性。 V、Nb、Ti形成强碳化物提高高温强度。 C和N扩大和稳定奥氏体提高高温强度。 B和Re均为耐热钢中添加的微量元素，可以显著提高钢材的抗氧化性，并改善其热塑性。 按特性和用途分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。 抗氧化钢指在高温下有较好的抗氧化性，并有适当的强度。 热强钢在高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高的强度。常用来做高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。,2. 耐热钢和高温合金,（2）高温合金 铁基合金、镍基合金、钴基合金。 铁基耐热合金工作温度在700以下，含有相当高的铬、镍成分和其他强化元素。 镍基耐热合金是目前在700900范围内使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的镍含量通常在50%以上。 钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一般在1000以上才用。,2. 耐热钢和高温合金,3. 低温用钢 深冷分离、空气分离等。 （温度-20） 目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。 我国无铬镍的低温钢材系列主要有： 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR,第四节 有色金属及其合金,主要包括：铜 、铝、铅、铸造合金、轴承合金等。 一、铝及其合金 质轻，导电导热性好，易于加工。 铝不会产生火花，常用于制作含易挥发性介质的容器； 铝不会产生食物中毒，不污染物品，不改变物品颜色，在食品工业中代替不锈钢； 铝的导热性能好，适合于作换热设备。,1. 纯铝 （1）高纯铝 抗硫腐蚀，可用于浓硝酸设备，如高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。 （2）工业高纯铝 纯度高，可用于制造铝箔。 （3）工业纯铝 用于接触含硫物质但要求不高的设备，例如：反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。,一、铝及其合金,2. 铝合金 是铝中加入合金元素而成，强度提高，主要用于要求质轻而强度高的航空零件。 化工上常用铸造铝合金，主要有： 铝硅合金：制造泵壳 铝铜合金：制造简单铸件 铝镁合金：力学性能高，耐腐蚀性能好，但热强性低。多用于食品机械零件。 铝锌合金：制造复杂铸件和日用品。,一、铝及其合金,二、铜及其合金 导热导电性好，易于加工，色泽美观。 1. 纯铜（紫铜） 低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设备和高压设备垫片； 耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好； 不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。,2. 铜合金 是铜中加入合金元素而成，强度提高。 主要有： 黄铜：铜与锌的合金称为黄铜 白铜：铜与镍的合金称为白铜 青铜：铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。,（1）黄铜 铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。 在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素，形成特种黄铜。 锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝能改善切削加工性。 常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等，数字为含铜量。 H80大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优良，可作薄壁管和波纹管。 H68塑性好，可在常温下冲压。 H62在室温下塑性较差，但机械强度较高，易焊接，价格低廉，可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。 锡黄铜 HSn70-l含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。称海军黄铜。,2. 铜合金,（2）白铜 镍含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。 白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。 （3）青铜 锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。 锡青铜典型牌号 ZQSn10-1，有高强度和硬度，能承受冲击载荷，耐磨性很好，具有优良的铸造性，比纯铜耐腐蚀。 锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。 无锡青铜力学性能好。,2. 铜合金,三、钛及其合金 钛合金的密度小（4.507g/cm3）、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。 工业纯钛牌号有 TA0、TA2、TA3(编号愈大、杂质含量愈多)。 纯钛加工性能良好；有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。 在钛中添加锰、铝或铬钼等元素，可获得性能优良的钛合金。,四、镍及其合金 高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的化工设备。 Ni-Cu合金中的蒙乃尔耐蚀合金应用最广。蒙乃尔合金能在500时保持高的力学性能，能在750以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。,五、铅及其合金 硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只做设备的衬里。 热导率小，纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在硫酸中，铅具有很高的耐蚀性。 铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。 铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。 由于铅具有耐辐射，在工业上用作 X射线和g射线的防护材料。 铅合金的自润性、磨合性和减振性好，是良好的轴承合金。 铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。,第五节 非金属材料,既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。 非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）和有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近2030年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。,一、无机非金属材料 1. 陶瓷 好的耐腐蚀性、耐热性和一定机械强度。 导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。 2. 搪瓷 由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。 有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。 热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30270。,3. 辉绿岩铸石 用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里，也可作管材。 铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐都具有良好的耐腐蚀性能。 4. 玻璃 化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。 具有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。,一、无机非金属材料,二、有机非金属材料 1. 工程塑料 是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性能。 热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。主要有聚氯乙烯、聚乙烯等。 热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，如酚醛树脂、氨基树脂等。 有良好的耐腐蚀性能、一定机械强度、良好的加工性能和电绝缘性能，价格较低。,（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料 使用温度-10+55。当温度在6090时，强度显著下降。 （2）聚乙烯（PE）塑料 在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。 （3）耐酸酚醛塑料（PF） 使用温度为-30+130。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。 （4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料 耐腐蚀性强。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。 常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。 有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。,1. 工程塑料,（5）玻璃钢 又称玻璃纤维增强塑料。 用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定成型方法制成。 具有优良的耐腐蚀性能，强度高，具有良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。 树脂不同而差异很大。 环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、聚酯玻璃钢（施工方便）等。,1. 工程塑料,2. 涂料 品种多，选择范围广、适应性强、使用方便、价格低、适于现场施工等。 涂层较薄容易脱落，应用受到了限制。 防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。 用静电喷涂。涂料利用率高，容易进行机械化、自动化的大型生产，减少溶剂和涂料的挥发和飞溅，涂膜质量稳定。,3. 不透性石墨 由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到 有较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好。 机械强度较低、性脆。 常被用来作腐蚀性强介质的换热器，如氯碱生产中应用的换热器和盐酸合成炉，,第六节 材料的腐蚀及防腐,一、材料的腐蚀,常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀（区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀等）,二、材料的防腐,第七节 环境工程设备材料选择,从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑，而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑。,一、材料的物理、力学性能方面 一般中、低压设备屈服极限235到345MPa级。 若直径较大、压力较高，最好采用普低钢（普通低合金钢），强度级别宜用400MPa级或以上。 操作温度超过400，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。 压力容器用钢材，钢材延伸率d5不得低于14%。当d518%时，加工应特别注意。 钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。,二、材料的耐腐蚀性 例如某磷肥厂需设计一个40m3浓硫酸贮罐， 可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。 灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。 碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。 不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。 可用碳钢做罐壳，内衬非金属较合适,三、材料的经济性 碳钢与普低钢的价格比较低廉，应优先选用。 考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购与管理。,四、其他方面 压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。 为了节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。,