腐蝕實驗釜的設(shè)計與內(nèi)腔防腐技術(shù)

1、腐蝕實驗釜的設(shè)計與內(nèi)腔防腐技術(shù)課程設(shè)計報告題目：腐蝕實驗釜的設(shè)計與內(nèi)腔防腐技術(shù)專業(yè)：材料腐蝕與防護(hù)班級：XXXX級姓名：XXX學(xué)號：XXXXXXXXX指導(dǎo)教師：擋成績： 材料院2012年3月3日前言本設(shè)計是針對化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課程所安排的一次課程設(shè) 計，是針對這門課程的一次總結(jié)，要綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，查閱相關(guān)書籍文獻(xiàn) 資料并完成設(shè)計。本設(shè)計是要求設(shè)計一個高壓反應(yīng)釜，要其能耐海水、二氧化碳、氧腐蝕， 并對其工藝進(jìn)行設(shè)計。本設(shè)計的基本思路是：設(shè)計壓力容器要求根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件， 確定容器設(shè)計所需要的參數(shù)，選定材料和結(jié)構(gòu)形式，通過強(qiáng)度計算確定筒體及 封頭壁厚。對已制定標(biāo)準(zhǔn)的受壓元件，

2、可以直接選取。而本設(shè)計的腐蝕反應(yīng)釜 要受到高壓作用和海水腐蝕等作用，所以要對材料進(jìn)行防腐處理等工藝。反應(yīng)釜是化工常見的反應(yīng)設(shè)備，一般設(shè)計可分為筒體，封頭，法蘭，支 座，人孔，加熱設(shè)備，進(jìn)出料口，攪拌裝置，電機(jī)等設(shè)備元件。其尺寸可以通 過工藝計算及生產(chǎn)經(jīng)驗決定。本設(shè)計書中的各項參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè) 計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進(jìn)行設(shè)計。此次設(shè)計主要來源 于化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)一書及其他參考資料。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 一、設(shè)計目的及設(shè)計說明：1 HYPERLIN

3、K l bookmark25 o Current Document 二、設(shè)計要求和設(shè)計指標(biāo)：1 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 三、設(shè)計內(nèi)容：1 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 3.1、腐蝕實驗釜材料的選取：1 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 3.2、釜的強(qiáng)度設(shè)計與校核：3 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 3.3、封頭的設(shè)計：33.4、水壓試驗設(shè)計： .4 HYPERLINK l book

4、mark87 o Current Document 3.5反應(yīng)釜附件的選型53.5.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的選擇53.5.2工藝接管的設(shè)計53.5.3多功能孔的設(shè)計63.5.4攪拌裝置的選型63.5.5聯(lián)軸器的型式的選擇63.5.6機(jī)架的選擇 6 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 3.6反應(yīng)釜的設(shè)計圖：見附錄6 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 四、內(nèi)腔防腐蝕設(shè)計與技術(shù)： 7 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 4.1防腐涂料的特性7 HYPERL

5、INK l bookmark114 o Current Document 4.2防腐涂料綜合優(yōu)異性能7 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 4.3防腐涂料施工的基本要求：8 HYPERLINK l bookmark127 o Current Document 4.4緩蝕劑的選擇:8 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 五、本設(shè)計改進(jìn)和建議： 9 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 六、主要參考文獻(xiàn)：10一、設(shè)計目的及設(shè)計說明：本次設(shè)計是為了設(shè)計在

6、100度左右進(jìn)行高壓腐蝕實驗的反應(yīng)釜，其主 要結(jié)構(gòu)有以下設(shè)計，釜體比較小，我們沒有設(shè)計人孔等附屬設(shè)備，但我們 為了做實驗的需要，從而在人孔的基礎(chǔ)上，減小了開孔的大小從而做成了 一個多功能插孔，通過這個插孔我們可以做做化學(xué)等實驗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實 時交換。同時，我們要求在反應(yīng)釜內(nèi)實現(xiàn)溫度的恒定，所以我們要進(jìn)行加熱裝 的設(shè)計，在這里我們主要有兩種選擇，一是夾套加熱，這種方式加熱穩(wěn) 定，但較為麻煩同時難以清洗等問題，所以在設(shè)計時我們采用了蛇形管加 熱方式，在這個過程中，由于釜體小，我們采用接口固定方式，中間不在 添加固定方式。對于攪拌裝置，由于需要進(jìn)行氣-液、固-液等交換我們選擇了螺桿式 攪拌裝置，這樣

7、可以實現(xiàn)多相的交換。對于電機(jī)的選擇，我們選擇B5電機(jī)作為動力裝置，中間通過機(jī)械密 封的方式實現(xiàn)釜體的密封。二、設(shè)計要求和設(shè)計指標(biāo)：T=100C p=15MPa Di=15cm=150mmH=30cm=300mm要求能耐海水，二氧化碳，氧腐蝕等進(jìn)行釜的強(qiáng)度校核釜體附件的選擇畫出腐蝕反應(yīng)釜的裝配圖，零件圖三、設(shè)計內(nèi)容：3.1、腐蝕實驗釜材料的選?。涸谠O(shè)計之初規(guī)定必須使用碳鋼作為材料使用，但我們常用的碳鋼Q235 只適用于中低壓，所以由文獻(xiàn)3可知材料20R是符合要求的碳鋼，但由 于GB713-2008可知20R和20g等已經(jīng)同歸于Q245R。所以現(xiàn)在我們選取的 材料為Q245R，Q245R材料是專門

8、用于制造容器的鋼材，具有多項優(yōu)異的物 理化學(xué)性能，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用。材料：Q245R 其主要性能如下:Q245R鋼的主要物理機(jī)械性能:鋼板厚 度/mm抗拉強(qiáng) 度 R/(N/ m2)屈服強(qiáng) 度 R/(N/ im2)伸長率A/%溫度/c沖擊吸收能量KV2/J180。彎 曲試驗 彎曲直 徑(b 35mm )3-16400-52024525031d=1.5a16-36400-52023525031d=1.5a36-60400-52022525031d=1.5a60-100390-51020524031d=2a100- 150380-50018524031d=2a20R鋼在不同厚度、溫

9、度下的抗拉強(qiáng)度和許用應(yīng)力等指標(biāo):鋼號厚度 /mm常溫指標(biāo) a s/MPa在下列溫度(C )下的許用應(yīng)力/MPa2010015020025030035020R6-162451131331321231101019216-36235113132126116104958636-602251131261191101019283601002151131191131049586793.2、釜的強(qiáng)度設(shè)計與校核：在設(shè)計前，估計釜的厚度在16mm左右，故取許用應(yīng)力：o t=133MPa，其厚度負(fù)偏差由文獻(xiàn)3表5-5查得C =0.8mm 1采用帶墊板的單面對接焊縫，局部無損檢測：則焊接接頭系數(shù)二0.80由文獻(xiàn)3 表

10、5-4腐蝕為輕微腐蝕，則C=1mm由文獻(xiàn)3表5-62其設(shè)計厚度為：喝 pDiod =+ C2”t8 p2 由文獻(xiàn)3式 5-7由此:Od 由此:Od =15*1502*133*0.80 15+1 = 12.38mm查表取其名義厚度：0 n=14mm由文獻(xiàn)查表取其名義厚度：0 n=14mm由文獻(xiàn)3表5-8則其厚度圓整值為： i=0 n-0 d-C =14-12.38-0.8=0.82mm13.3、封頭的設(shè)計：有于本釜體的工作壓力是高壓，所以在設(shè)計時必須要耐高壓，所以我們在選擇時主要考慮到球形封頭和橢圓形封頭，但考慮到本反應(yīng)釜采用標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，則：由式Od = 2”卜4.5p + C2可得封頭的

11、設(shè)計厚度為：15*1502*133*0.80 0.5*15+1 = 11.96mm由文獻(xiàn)3式5-10b取名義厚度：0 n=14mm由于我們采用的是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，則a/b=2,則 a=75mm b=37.5mm3.4、水壓試驗設(shè)計：在水壓試驗時只要達(dá)到以下要求，則釜體的設(shè)計達(dá)到要求。由文獻(xiàn)3式5-15由于我們采用的是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，則a/b=2,則 a=75mm b=37.5mm3.4、水壓試驗設(shè)計：在水壓試驗時只要達(dá)到以下要求，則釜體的設(shè)計達(dá)到要求。由文獻(xiàn)3式5-151).規(guī)定的試驗壓力由式可知：1.25 p 旦Pt = bt其中：取大的為水壓壓力、p + 0.1f6 1.25 p 回=

12、 1.25*15 = 18.75MPaPt = 6t、p + 0.1 = 15 + 0.1 = 15.1MPa則取 Pt=18.75MPa水壓時的壓力：Pt (Di + 8e) 18.75* 150 + (14 1.8) bt =28舛=155.80MPa 2*(14 1.8)*0.8由文獻(xiàn)3式5-17水壓時的許可應(yīng)力:bt =0.9 s=0.9*245=220.5MPa水壓時的許可應(yīng)力:因為：btbt故筒體厚度取14mm滿足水壓試驗的強(qiáng)度設(shè)計2).水壓試驗的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空 氣排空，再將水的壓力緩慢升至15MPa，保壓不低于30min，然后檢

13、 查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢 降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹十釜體。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后 重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。3.5反應(yīng)釜附件的選型3.5.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的選擇內(nèi)容包括：法蘭的選擇、密封面形式的選型、墊片選擇、螺栓和螺母 的選擇。法蘭的選擇根據(jù)Di = 150mm、由文獻(xiàn)1表16-9確定法蘭的類型為乙型平焊 法蘭。標(biāo)記：法蘭 150-0.6 JB/T4702-002 ,材料：1Cr18Ni9Ti螺栓規(guī)格：24螺栓數(shù)量：36密封面形式的選型根據(jù)介質(zhì)溫度100 C和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻(xiàn)1表16 -14知密封面 形式為光滑面。墊

14、片的設(shè)計墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板(GB/T539 )(4 )螺栓和螺母的尺寸規(guī)格本設(shè)計選用六角頭螺栓(C級、GB/T5780 -2000 )、1型六角螺 母(C 級、GB/T41 -2000 )平墊圈(100HV、GB/T95 - 2002 ) 螺栓標(biāo)記：GB/T5780-2000螺母標(biāo)記：GB/T41-2000墊圈標(biāo)記：GB/T95-2002 24-100HV(5)法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料根據(jù)乙型平焊法蘭、工作溫度=100 C的條件，由文獻(xiàn)2附錄8 法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進(jìn)行選材法蘭墊片螺栓螺母墊圈1Cr18Ni9Ti 耐油橡膠石棉 35 25 10

15、0HV3.5.2工藝接管的設(shè)計本裝置設(shè)有以下接管：導(dǎo)熱油進(jìn)口采用 無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與夾套內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管 法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.1 RF 20。N2 (氣)進(jìn)口采用 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： HG20592 法蘭 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。溫度計接口采用 無縫鋼管，伸入釜體內(nèi)一定長度。配用突面板式平焊管法蘭： HG20592 法蘭 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（4）工藝物料進(jìn)口采用無縫鋼管，管的一端切成，伸入罐內(nèi)一定長度。配用的突面板式 平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL50-0

16、.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（5）放料口采用 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： HG20592法蘭PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。與其配套的是手動下展式鑄不 銹鋼放料閥，標(biāo)記：放料閥6-100 HG5-11-81-3.（6）導(dǎo)熱油出口采用 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： HG20592 法蘭 PL25-0.1 RF 20。3.5.3多功能孔的設(shè)計在釜體的封頭上設(shè)置多功能孔，以便于安裝各種實驗設(shè)備在釜體內(nèi)，本 設(shè)計選用不銹鋼A型回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭多功能孔。3.5.4攪拌裝置的選型電機(jī)的功率P = 4.0，攪拌軸的轉(zhuǎn)速r

17、= 100r/s，材料為1Cr18Ni9Ti 電機(jī)選用：B53.5.5聯(lián)軸器的型式的選擇由于選用擺線針齒行星減速機(jī)，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié) （D 型）。標(biāo)記為：50 HG 21570 -953.5.6機(jī)架的選擇支座的選型 選耳式B型支座，支座數(shù)量為4個3.6反應(yīng)釜的設(shè)計圖：見附錄四、內(nèi)腔防腐蝕設(shè)計與技術(shù)：為了實現(xiàn)防腐效果，特采用涂層+緩蝕劑雙重防腐技術(shù)。4.1防腐涂料的特性1、能在苛刻條件下使用，并具有長效防腐壽命，重防腐涂料在化工大氣 和海洋環(huán)境里，一般可使用10年或15年以上，即使在酸、堿、鹽和溶劑介質(zhì) 里，并在一定溫度條件下，也能使用5年以上。2、厚膜化是重防腐涂料的重要標(biāo)志

18、。一般防腐涂料的涂層十膜厚度為100|J m或150. m左右，而重防腐涂料十膜厚度則在200. m或300. m以上，還有 500. m1000J山，甚至高達(dá)2000J m。根據(jù)美國NACE標(biāo)準(zhǔn)PR-01-76（1983）修正版Iten No.53105對ZS-711涂層進(jìn)行抗腐蝕性能評定，結(jié)果，順 利通過了 4000h鹽霧試驗和4000h濕熱試驗的考驗。涂層具有卓越的耐候性， 抗老化、抗輻射、耐磨、耐沖擊、耐高溫（400C600C）、低溫（-60C），導(dǎo) 電性穩(wěn)定；其電阻率可滿足防靜電要求，又能保證涂層的長壽命。3、附著力強(qiáng)：涂層與基體結(jié)合力強(qiáng)，涂料組成物中含有羥基（-OH），金屬 基體提

19、供正離子，能形成化學(xué)鍵結(jié)合，在涂料中的偶聯(lián)劑幫助下，甚至實現(xiàn)共 價鏈的結(jié)合。在空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)維系下，涂料組合物中含有的金屬、金屬氧化物 納米材料和稀土氧化物超微粉體，幫助涂層形成一個致密的界面過渡層，使其 綜合熱力學(xué)性質(zhì)與基體相匹配。4、高效方便：施工簡便，真正實現(xiàn)無機(jī)涂料的常溫自固化，當(dāng)環(huán)境溫度 20C，相對濕度小于85%時，表十15min，實十2h，可保證高效率施工，可實 現(xiàn)優(yōu)異的抗鹽霧，耐老化。涂層具有自我修補(bǔ)性，外力造成的局部劃痕仍可受 到保護(hù)，涂層不受切割及焊接損傷，帶涂層焊接不影響焊接質(zhì)量。5、使用方法靈活：無機(jī)聚合物防腐涂料即可單獨(dú)使用也可作為防腐低層 涂層與有機(jī)漆配套使用，單層的

20、無機(jī)聚合物防腐涂料作為底漆時可與環(huán)氧系、 丙烯酸系、聚氨酯系、氯化橡膠系、瀝青系等面漆配套使用，附著力強(qiáng)。4.2防腐涂料綜合優(yōu)異性能防腐性能優(yōu)：附著力好，防腐性能優(yōu)，壽命長。施工性能優(yōu)：能象常規(guī)防腐涂料那樣，常溫快速固化，施工簡便，不熟 練者也能操作（氯化橡膠重防腐涂料之所以能得到大量應(yīng)用，主要就是這個原 因）。環(huán)保性能優(yōu)：傳統(tǒng)的溶劑型防腐涂料固含量只能達(dá)5060%，而高固分 重防腐涂料的固體分則可達(dá)70%80%，甚至90%100%，溶劑減少近一半，展 示出良好的環(huán)保性能。4.3防腐涂料施工的基本要求:有良好的附著力和物理機(jī)械性能：對鋼鐵基體或其它被涂物的附著力 強(qiáng)，是獲得優(yōu)質(zhì)重防腐涂料涂層的前提，特別是濕膜附著力優(yōu)，并具有低 的收縮率，適當(dāng)?shù)挠捕取㈨g性、耐磨性、耐溫性能等；有良好的耐蝕性：包括耐化工大氣、水、酸、堿、鹽、其它溶劑等的腐 蝕。有良好的抵抗介質(zhì)滲透性：重防腐涂料的優(yōu)異屏蔽作用，要求成膜后， 涂層具有盡可能低的水和氧及其它腐蝕因子的滲透性。有良好的施工性能：涂層達(dá)到適當(dāng)?shù)暮穸龋ㄍ繉釉胶?，屏蔽作用越好）?結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。4.4緩蝕劑的選擇：由于我們實驗的介質(zhì)多