水工艺设备基础课后答案

1第1章水工艺设备常用材料1.金属材料的基本性能包括哪几个方面的内容？你认为水工艺设备对金属材料的哪些性能要求更高？怎样才能满足这些要求？答：使用性能：1化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性。2物理性能：密度，熔点，热膨胀系数，导热性以及弹性模量等。3机械性能：弹性，塑性，强度和韧性。工艺性能：可焊性，可锻性，切削加工性，成型工艺性，热处理性能。我觉得水工艺设备对金属材料的强度，刚度和抗腐蚀性的性能要求更高。按照实际的工程需要，通过不同材料间的比较，从中选出较优的材料。2．钢的分类与编号如何？答：分类：按化学成分分类：碳钢和合金钢。分别又分为低中高。按质量分类：普通钢，优质钢，高级优质钢（硫磷的含量区分）用途分类：结构钢，工具钢和特殊性能钢。编号：（1）普通碳素结构钢:Q+数字表示。Q275表示屈服强度为275MPa的碳素结构钢。（2）优质碳素结构钢：采用两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。含碳为0.45%的编号为45钢。(3)碳素工具钢：以“T”开头，后面标以数字表示含碳量的千分之几。高级就在最后加以“A”。（4）合金结构钢：两位数字+元素符号+数字来表示。两位数字表示含碳量的万分之几，元素符号表示所含的合金元素，数字表示该元素的百分之几。（5）合金工具钢：和合金结构钢类似。含碳量大于或等于1%时不予标出，小于的话用千分之几表示。3.影响钢材性能的因素主要有哪些？答：碳是决定钢材的主要元素，随含碳量增加，钢的强度和硬度将不断提高，而塑性和韧性则会随之下降。硫是一种有害元素，产生“热脆”现象。磷也是一种有害元素，产生“冷脆”现象。锰是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，减轻硫的有害作用，提高钢的强度和硬度。硅是一种有益元素，作为脱氧剂和合金元素，提高强度，硬度，弹性，降低塑性和韧性。氧，氮：未除尽的氧氮大部分以化合物形式存在，降低强度，冷弯性能和焊接性能。氧增加热脆，氮增加冷脆。2钛，钒，铌：钢的强脱氧剂和合金元素，改善韧性，提高强度。4.合金钢有哪些类型？何谓耐蚀低合金钢？耐大气腐蚀、海水腐蚀的低合金钢中各含哪些主要合金元素？答：按合金元素分为低中高合金钢。按用途分为合金结构钢，合金工具钢和特殊性能钢。特殊性能刚又分为不锈钢和耐热钢。耐蚀低合金钢：在碳钢中加入合金元素的总量低于3%左右的合金，根据合金种类和含量不同起到不同的耐蚀性能。耐大气腐蚀：铜，铬，铝耐海水腐蚀：铜，铬，铝，镍。5.不锈钢有哪些类型？在酸性介质、碱性介质及中性水溶液中是否可以选用同一种不锈钢？简述理由。答：按显微组织为马氏体不锈钢，铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。按化学成分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。不可以，因为不同介质溶液中PH值不同，对不锈钢的化学反应都不一样，所以不能用同一种不锈钢，应该有所针对的选择。6.铝、铜及其合金的主要性能特点是什么？主要用于什么场合？答：铜及其合金具有高的导电性，导热性，塑性和冷韧性，并且在许多介质中具有高的耐蚀性能，常用来制造蒸发器，蒸馏塔，蛇形管，深度冷冻设备。铝的密度小，导电性，导热性，塑性，冷韧性都好，但强度低，经冷变形后强度可提高，能承受各种压力加工。加入合金后，性能有很大的改善。广泛用于制造反应器，热交换器，冷却塔，泵，阀，槽车，管件等。7.钛及钛合金最突出的性能特点是什么？答：钛是很活泼的元素，有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，很好的耐蚀性，有“耐海水腐蚀大王”之称。高温下，钛的化学活性很高，能与卤素，氧，氮，碳，硫等元素发生剧烈反应。钛一般不发生孔蚀，也不发生晶间腐蚀，钛的应力腐蚀破裂敏感性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。钛合金的机械性能与耐蚀性都比纯钛有明显提高。工业上用的都是钛合金。钛合金的主要腐蚀形态就是氢脆和应力腐蚀破裂。8.简要说明无机非金属材料的性能特点，以及主要用于哪些场合。3答：具有不可燃烧性，高耐热性，高化学稳定性，不老化性，高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，对温度剧变的抵抗力很低，抗拉，抗弯性能差。传统的是工业和基本建设所必需的基础材料，主要包括水泥，传统陶瓷，玻璃，玻璃陶瓷，铸石等。新型的是现代新技术，新产业，传统技术工业改造，现代国防和生物医学不可缺少的物质基础。9.高分子材料主要有哪些类型？高分子材料主要有哪些性能？答：按照化学组分分：碳链有机聚合物，杂链有机聚合物，元素有机聚合物，无机聚合物。主要性能有重量轻，高弹性，滞弹性，塑性与受迫弹性好。强度和断裂，韧性，减磨与耐磨性，绝缘性，耐热性，耐蚀性，老化。10.塑料的组成如何？常用塑料的分类和特点如何？答：组成：合成树脂，填料，固化剂，增塑剂，稳定剂，润滑剂，着色剂，阻燃剂，其他添加剂。按受热性能分为热塑性塑料：加热时软化，可塑造成型，冷却后则变硬，此过程可反复进行；热固性塑料：初加热时软化，可塑造成型，但固化之后再加热，将不再软化，也不溶于溶剂。按使用范围分通用塑料：应用范围广，生产量大的品种；工程塑料：综合工程性能良好；耐热塑料：能在较高温度下工作。11.复合材料主要有哪些性能特点？答：比强度和比刚度高，抗疲劳性能好，减振能力强，高温性能好，断裂安全性高。12.水处理工艺设备常用材料的选择原则是什么？答：满足机械性能的要求，满足腐蚀方面的要求，满足材料的经济性。第2章材料设备的腐蚀、防护与保温1.什么是腐蚀？腐蚀的危害有哪些？答：腐蚀是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。危害：经济损失巨大，资源和能源浪费严重，引发灾难性事故，造成环境污染。2.金属的电化学腐蚀原理是什么？产生腐蚀原电池的条件是什么？答：金属的电化学腐蚀是一个短路的原电池发生的电化学过程，其反应释放出来的化学能全部以热的形式放出，不能对外界做功。产生条件是腐蚀原电池包含有阳极反应，阴极反应，电子流动和例子传递等4个基本过程。产生电流是因为构成原电池的两个电极有不同的电极电位。3.运用电化学腐蚀原理解释铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？4答：铁的电极电位比铜低，铁作为阳极，铜作为阴极，构成了原电池反应，由于电极电位的不同，铁作为阳极不断被腐蚀。4.什么是金属的全面腐蚀、局部腐蚀？局部腐蚀包括哪些类型？答：全面腐蚀是腐蚀分布在整个金属表面，结果是金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。局部腐蚀是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。分为电偶腐蚀，小孔腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，选择性腐蚀，盈利腐蚀，腐蚀疲劳，磨损疲劳和细菌腐蚀。5.什么叫应力腐蚀？它具有什么特点？答：应力腐蚀是材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂破坏现象。毅力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。他可以在腐蚀性相当缓和的介质和不大的应力状态下发生，而且往往事先没有明显的预兆，因而常酿成灾难性事故。6.微生物为什么会影响金属的腐蚀？试例举最常遇到的微生物腐蚀。答；微生物生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生的影响：代谢产物具有腐蚀作用，改变环境介质条件，影响电极极化过程，破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性。举例：硫酸盐还原菌（SRB）加速钢铁的腐蚀，硫氧化菌导致排水管道的迅速腐蚀。7.高分子材料物理腐蚀过程是怎样进行的？高分子材料耐溶剂性能的优劣可由哪些原则进行判断？答：物理腐蚀就是其在介质中的溶解，非为溶胀和溶解两个阶段。介质很容易渗入非晶态高分子材料内部，产生溶剂化作用，与之溶为一体。发生溶胀之后，若为线形结构，则溶剂化和溶胀过程可以继续下去，溶涨度继续变大，直到高分子充分溶剂化之后，形成均匀的溶液，完全溶解。若是网状结构，则不能溶解。根据极性原则和溶解度参数原则。8.在设计金属设备结构时应注意什么才能避免或减少损失？答：构件形状尽量简单，合理;避免残留液和沉积物造成腐蚀；防止电偶腐蚀；防止缝隙腐蚀，防止液体的湍流腐蚀，避免应力过于集中，设备和构筑物的位置要合理。9.设备电化学保护方法有哪些？它们的原理和适用条件是什么？答：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。优点是可以调节电流和电压，适用范围广，可用在要求大保护电流的条件下，当使用不溶性阳极时，其装置耐用。缺点是必须经常进行维护，检修，要配备支流电源设备；附近有其他金属设备时可能产生干扰腐蚀，需要经常的操作费用。52)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的金属，使被保护金属设备发生阴极极化。优点是不用外加电流，施工简单，管理方便，对附近设备没有干扰，因此，适用于安装电源困难，需要局部保护的场合。缺点是能产生电位差及输出电流量都是有限的，只适于需要小保护电流的场合。且电流调节困难，阳极消耗大，需定期更换。阳极保护是将被保护的金属设备进行阳极极化，使其由活化态转入钝化态，从而减轻或防止金属设备腐蚀的方法。原理是若将处于腐蚀区的金属进行阳极极化，使其电位移至钝化去，则得到保护。适用条件：某些活性阴离子含量高的介质中不宜采用阳极保护，存在遮蔽效应，成本高，工艺复杂。10.有哪几种阴极保护形式？各有什么特点？阴极保护时，被保护设备处于什么状态，为什么？答：见第9题。11.阳极保护适用于什么样的金属－介质体系？答：适用于那些电位正移时，金属设备在所处的介质中有钝化行为的金属-介质体系。12.缓蚀剂的类型有哪些？答：按化学组成可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。按对电极过程的影响可分为阳极缓蚀剂，阴极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。13.改变环境介质腐蚀性的途径有哪几种？答：控制现有介质中的有害成分；添加少量的物质降低介质的腐蚀性。14.选材的原则是什么，应考虑的因素有哪些？答：材料的耐蚀性能要满足要求；材料的物理，机械和加工工艺性能要满足要求；要力求最好的静静效益。15.设备保温的目的是什么？在哪些情况下需要保温？保温材料的基本要求有哪些？答：目的：减少热损失，节能，降低总费用；满足热水用户的使用要求；满足一定的劳动卫生条件，保障人身安全。1)当管道或设备外表面的温度大于50度时。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)寒冷地区铺设在地沟，吊顶，阁楼层以及室外架空的管道。6要求是保温性能好，导热系数小，良好的耐温性，一定的使用温度范围，性能稳定，能长期使用。容重要小，并有一定的孔隙率，抗压强度大于0.3MPa，无毒，无腐蚀作用，可燃物少，吸水率低，易于制造成型，而且价格要便宜。第3章水工艺设备理论基础1.什么是容器？它由什么组成？其分类如何？答：容器是设备外部壳体的总称，容器一般由筒体（又称筒身）、封头（又称端盖）、法兰支座、进出管及人孔（或手孔）、视镜等组成。按容器形状分有：1.方形或矩形容器。2.球形容器。3.圆筒形容器。按容器承压情况分有：1.常压容器。2.内压容器。3.外压容器。按容器材料分有：1.金属容器。2.非金属容器。按容器内有无填料分为：无填料容器和填料容器。按壁厚分为厚壁容器和薄壁容器。按容器壁温分为常温，高温，中温，低温容器。2.容器零部件标准化的基本参数有哪些？答：1.公称直径（包括筒体、管子的公称直径、容器零部件如法兰、支座的公称直径）2.公称压力3.可用作容器材料的钢材有哪些？答：碳素结构钢钢板，压力容器用碳素钢和低合金钢，低温容器用钢板，中温容器用钢板，不锈钢板。4.回转薄壳的几何要素有哪些？答：回转薄壳、母线、经线平面、经线、法线、纬线、第一曲率半径、第二曲率半径、平行圆半径。5.何谓回转薄壳的薄膜应力？简述壳体平衡方程和微体平衡方程的推导过程。答：回转薄壳承受内压后，在经线方向和纬线方向都要产生伸长变形，所以，在经线方向将会产生经向应力，在纬线方向会产生环向应力，由于涉及的壳体为薄壳，可认为上述两种应力为回转薄壳的薄膜应力。推导过程见89页6.圆柱壳、球壳、椭球壳和锥形壳的薄膜应力各有哪些特点？如何计算它们的薄膜应力σm和环向应力σθ？（记公式、会用）答：见91页7.如何确定圆筒壁的计算厚度δ、设计厚度δd、名义厚度δn、有效厚度δe和最小厚度δmin？（筒体的设计计算）答：见95页。78.平板的弯曲