课程设计环保设备

环保设备课程设计环保设备材料及防腐设备材料涉及金属材料（以钢材为主）和非金属材料（以塑料为主）。3.1设备材料的性能设备材料的性能是选择材料的根本依据，材料性能包括力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。3.1.1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。强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不失效、不被破坏的能力。弹性极限:是保证材料不发生不可恢复变形的最大应力。屈服强度:表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。抗拉强度:表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。sbp工程上需要材料的屈服强度高且屈服极限与强度极限的比值（屈强比）要小。蠕变极限是指材料在规定时间内某一温度下，使试件在1万（或10万）小时内产生的变形量为1%时的最大应力。“疲劳破坏”是指金属材料在小于屈服强度的交变载荷长期作用下发生断裂的现象。疲劳强度是指金属材料经过无限次反复交变载荷不受破坏的最大应力。硬度硬度是指材料在表面上的不大体积内抵抗变形或破裂的能力。常用的指标有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。硬度高的材料强度高，耐磨性能较好，但切削加工性能较差。塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不即行断裂的性质。塑性是以延伸率和断面收缩率作为材料塑性的指标。延伸率主要反映材料均匀变形的能力。是指试件拉断后总伸长的长度与原始长度的比值百分率。表示试件长度和直径的比值为10，为长试件。表示试件长度和直径的比值为5，为短试件。断面收缩率主要反映材料局部变形的能力。它以试件拉断后断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率Ф（%）表示。断面收缩率的大小与试件的尺寸无关，对材料的组织变化以及材料的缺口比较敏感。材料的延伸率与断面收缩率值愈大，材料塑性愈好，有良好的塑性才能进行成型加工，塑性变形可避免发生突然的断裂，一般要求δ5为10%-20%，过高的塑性常常会导致强度降低。1053.1.2物理性能材料的物理性能有密度、熔点、比热容、导热系数、热膨胀系数、导电性、磁性等。3.1.3化学性能材料的化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性。3.1.3.1耐腐蚀性材料对周围介质，如大气、水汽、各种电解液浸蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。材料的耐腐蚀性不强将影响设备使用寿命。金属材料在酸性介质中的耐腐蚀性较差，有机非金属材料耐酸性较强。3.1.3.2抗氧化性钢铁在高温下与自由氧发生氧化腐蚀，生成易剥落的FeO氧化皮；钢铁在高温下与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降。高温设备必须选用耐热材料。3.1.4加工工艺性能金属和合金的工艺性能是指可铸造性能、可锻造性能、可焊性能、可切削加工性能。3.1.4.1可铸性可铸造性主要指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。流动性好的金属能充满铸型，能浇铸较薄的与形状复杂的铸件，合金钢与高碳钢比低碳钢偏析倾向大，铸造后要用热处理方法消除偏析。铝、灰铸铁和锡青铜铸造性能较好。3.1.4.2可锻性可锻性是指金属承受压力加工（锻造）而变形的能力。低碳钢的可锻性比中碳钢及高碳钢好；碳钢比合金钢可锻性好；铸铁是脆性材料不能锻压加工。3.1.4.3焊接性焊接性是指能用焊接方法使两块金属牢固连接，不发生裂纹，具有与母体材料相应的强度的特性。低碳钢具有优良的焊接性，铸铁、铝合金等材料的焊接性较差。3.1.4.4可切削加工性是指金属是否易于切削。灰铸铁、碳钢的切削性较好。3.2.1铸铁含碳量一般在2%以上，有良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁等。3.2.1.1灰铸铁灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断口呈暗灰色。灰铸铁的抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性低，可制造承受压应力及要求消振、耐磨的零件，如支架、阀体、泵体。灰铸铁的牌号用名称HT和抗拉强度值表示，常用的牌号有HT100、HT200、HT300。3.2.1.2球墨铸铁在浇注前，往铁水中加入少量球化剂、石墨化剂，以促进碳以球状石墨结晶存在，这种铸铁称球墨铸铁。球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材，在酸性介质中耐腐蚀性较高，可以取代过去用碳钢和合金钢制造的重要零件如曲轴、连杆、主轴等。球墨铸铁的牌号用QT、抗拉强度、延抻率表示，如QT400-18，抗拉强度为400MPa，延伸率为18%。3.2.1.2高硅铸铁高硅铸铁是往灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素硅等熔炼而成。高硅铸铁具有很高的耐蚀性能。高硅铸铁强度低、硬度高、质脆、不能承受冲击载荷。制作各种耐酸泵、冷却排管和热交换器等。3.2.2碳钢碳钢的含碳量一般介于0.02%-2%之间，杂质元素的含量较铸铁低。3.2.2.1常存杂质元素对钢材性能的影响有些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是矿石及冶炼过程中带入的，固称为杂质。⑴硫以硫化铁的形态存在于钢中，当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。⑵磷是有害元素，在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”。⑶锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。⑷硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅是一种有益的元素。溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。⑸氧在钢中是有害元素。使钢的强度、塑性降低，尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。⑹氮在铁素体中的溶解能力很低，放置较长一段时间后或随后在200℃-300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，产生时效。⑺氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。⑴普通碳素钢：以屈服强度数值区分（Q235-A·F）。分为A、B、C、D四个等级。常用作常温低压设备的壳体和零部件，还可制作螺栓、螺母、支架、垫片、轴套、阀门、管子、管件等。⑵优质碳素钢：含硫、磷有害杂质元素较少，钢号数字表示钢中平均含碳量的万分之几（25、45、60）。按含碳量的不同分为优质低碳钢、优质中碳钢、优质高碳钢。⑶高级优质钢：含硫、磷有害杂质元素还少，优质钢号后面加一个A（20A）3.2.3合金钢合金钢是在碳钢的基础上，为了改善性能，有目的地加入一些合金元素而形成的钢材。3.2.3.1合金元素对钢的影响铬是合金结构钢主加元素之一，能提高金属耐腐蚀性能和抗氧化性能，当铬含量达到13%时能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性、并增加钢的热强性，但使钢的塑性和韧性降低。锰可以提高钢材的强度和低温冲击韧性。镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性，使钢具有很高的强度而又保持良好的塑性和韧性。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐硫化氢等介质的腐蚀性，但降低钢的塑性和冲击韧性。铝为强氧化剂，可显著细化晶粒，提高冲击韧性、降低冷脆性，能提高钢的抗氧化性。钼能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钒能提高钢的高温强度、细化晶粒、提高淬透性。钛为强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒、提高韧性，钛在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。稀土元素可提高强度、改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性和焊接性能。3.2.3.2合金钢的分类与编号合金钢按合金的含量分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。合金钢按用途分为合金结构钢（普通低合金钢、渗碳钢、调质钢）、合金工具钢、特殊性能钢（不锈钢和耐热钢）。合金钢用合金和含碳量表示（35CrMo），数字表示含碳量的万分之几。⑴普通低合金钢：普通低合金钢是在碳钢的基础上加入少量Si、Mn、Cu、V、Ti等合金元素熔炼而成的，可提高钢材的强度、改善钢材的耐腐蚀性能、低温性能、焊接性能，16Mn、15MnV。⑵专业用钢：能够适应特种条件的质地均匀、杂质含量低、能满足某些力学性能的特殊检验项目要求的钢材。20g，16MnR，15MnVHP。⑶特殊性能钢：是指具有特殊物理性能和化学性能的钢。耐候钢（12MnCuCr)⑷不锈耐酸钢：是不锈钢和耐酸钢的总称。主要以铬镍合金为主。1Cr18Ni9Ti，0Cr19Ni9、304、302。3.2.4有色金属材料铁以外的金属称为有色金属，有色金属有很多优越的特殊性能，如良好的导电性、导热性、密度小、熔点高、有低温韧性、耐腐蚀等，但有色金属价格较贵。有色金属以汉语拼音的字头表示。铜：T；黄铜：H；青铜：Q；铝：L；铅：Pb；铸造合金：Z；轴承合金：Ch。3.2.4.2铜及其合金铜及其合金具有高的导电性和导热性，较好的塑性、韧性及低温力学性能，在许多介质中有高耐蚀性。⑴纯铜：又称紫铜。纯铜的牌号有T0、T4，耐腐蚀性较强，但不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。主要用于制造电线、深冷设备和工业中的蒸发器。⑵黄铜：为铜锌合金，常用的牌号有H80、H65、H62，具有良好的铸造性能、加工性能、耐磨性、易焊接，力学性能比纯铜高，耐腐蚀性能较好，主要用于深冷设备、管件、轴套、轴瓦、螺母等。锡黄铜HSn70-1含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。3.2.4.3钛及其合金钛的密度小、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。工业纯钛的牌号有TA1、TA2、TA3，纯钛塑性好，易于加工成型，冲压、焊接、切削加工性能良好，是较好的耐腐蚀、耐热材料，主要用于热交换器、蒸馏塔及海水淡化装置的零部件。钛和锰、铝、铬、钼可获得性能优良的合金，主要用于加工带材、管材和钛丝等。3.2.4.4镍及其合金镍具有很高的强度和塑性，有良好的延伸性和可锻性。耐腐蚀性强，在高温碱溶液或熔融碱中都很稳定，主要用于制造处理碱介质的设备。镍合金以蒙乃尔合金(NiCr9)最多，能在高温保持力学性能和抗氧化能力。3.2.4.5铅及其合金铅强度小、硬度低、耐腐蚀性强，不易单独作为设备材料，只适用于做设备衬里。铅与锑的合金（PbSb4）称为硬铅，其强度、硬度、耐腐蚀性都比铅高，主要用于耐腐蚀的衬里。还可配制成低熔点合金、轴承合金、蓄电池铅板等。3.3.1.1化学腐蚀化学腐蚀是金属表面与环境介质发生化学作用而产生的损坏，特点是腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程没有电流的产生。金属的高温氧化：氧化层的主要成分为FeO，它结构松散易剥落，使内部铁进一步被氧化。钢的脱碳：钢中的渗碳体与一些气体发生反应而使渗碳体中的碳以碳氧化合物的形式排出。脱碳使碳的含量减少、表层硬度和抗疲劳强度降低。3.3.1.2金属的电化学腐蚀金属与电解质溶液间产生电化学作用所发生的腐蚀为电化学腐蚀。特点是在腐蚀过程中产生电流。分成阳极和阴极两个独立进行的过程。电化学腐蚀经常是以阳极和阴极过程在不同区域局部进行为特征的。对于金属材料或金属构件在腐蚀介质中，只要有电位差，就可能构成腐蚀电池，并可分为两大类即宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池。宏观腐蚀电池通常指肉眼可见的电极所构成的腐蚀电池。不同的金属在同一的腐蚀介质中相接触，构成宏观腐蚀电池——电偶电池，是常见的腐蚀方式。在电偶电池中，电位较负的金属作为阳极，其腐蚀速度被加快；电位较正的金属作为阴极，其腐蚀速度被减慢，甚至得到完全保护。电位差愈大腐蚀愈严重。3.3.2金属腐蚀损伤与破坏的形式均匀腐蚀（a）区域腐蚀（b）点腐蚀（c）晶间腐蚀（d）均匀腐蚀是腐蚀作用均匀地发生在整个金属表面，是危险性较小的腐蚀。区域腐蚀只发生在金属表面上局部地方，可使金属强度大大降低，是危险性较大的腐蚀。点腐蚀常造成设备个别地方穿孔而引起渗漏。晶间腐蚀发生在金属晶粒之间，破坏了晶粒间的连续性，可使金属材料的机械强度和塑性剧烈降低，是很危险的腐蚀。3.3.3金属设备的防腐措施为防止生产设备被腐蚀，除选择合适的耐腐蚀材料外，还可以采用多种防腐蚀措施对设备进行防腐。3.3.3.1衬覆保护层金属覆盖层：用耐腐蚀性能较强的金属或合金覆盖在耐腐蚀性能较弱