水工藝設(shè)備基礎(chǔ)課件(ppt).ppt

1、水處理設(shè)備基礎(chǔ)課件，熊佳慶，環(huán)境與市政工程學(xué)院給水排水系，2003年2月10日，前言，1。對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)都很重要。2.這門(mén)課是必修的。4.考試形式是筆試。5.學(xué)習(xí)態(tài)度非常重要。內(nèi)容：前三章是基礎(chǔ)知識(shí)，主要是水處理設(shè)備常用材料的分類和性能，材料的防腐原理，材料的絕緣，容器應(yīng)力的基本理論。最后七章是水處理設(shè)備，包括容器(塔)設(shè)備、攪拌設(shè)備、換熱設(shè)備、分離設(shè)備、污泥處置設(shè)備和加藥設(shè)備。第一章主要講述水處理設(shè)備常用材料的基本性能，包括1.1金屬材料1.2無(wú)機(jī)非金屬材料1.3高分子材料1.4復(fù)合材料，第一章水處理設(shè)備常用材料1.1金屬材料1。金屬材料分類水處理設(shè)備中常用的金屬材料主要包括碳鋼、鑄鐵、合

2、金鋼、不銹鋼和一些有色金屬材料。1.鋼的分類(1)根據(jù)化學(xué)成分，1.1金屬材料，和(2)根據(jù)質(zhì)量分類，根據(jù)鋼中硫(s)和磷(p)的含量，它可以分為普通鋼，優(yōu)質(zhì)鋼和優(yōu)質(zhì)鋼。普通鋼0.055%；p 0.045%；優(yōu)質(zhì)鋼的硫和磷應(yīng)為0.04%；0.03%的優(yōu)質(zhì)鋼；P0.035% (3)根據(jù)用途分類。根據(jù)鋼材的用途，主要可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種工程部件和機(jī)器零件。這種鋼一般屬于低碳或中碳碳鋼或合金鋼。工具鋼主要用于制造各種工具、量具和模具。這種鋼一般屬于高碳鋼或高碳合金鋼。特殊性能鋼是指具有特殊物理性能或化學(xué)元素性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。一般屬于高合金鋼。1

3、.金屬材料。鋼有很多種。為了便于選擇和使用，必須建立科學(xué)的編號(hào)系統(tǒng)。編號(hào)的要求是用簡(jiǎn)潔的符號(hào)表示鋼中元素的大約百分比。有時(shí)鋼的性能特征可以用編號(hào)來(lái)解釋。(1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼主要保證機(jī)械性能，所以其牌號(hào)用q數(shù)表示，其中q是屈折詞的漢語(yǔ)拼音前綴，該數(shù)表示屈服強(qiáng)度值。例如，Q275表示屈服強(qiáng)度為275兆帕的碳素結(jié)構(gòu)鋼。如果品牌背面標(biāo)有甲、乙、丙、丁，表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，其中甲級(jí)最低，丁級(jí)最高。如果字母f標(biāo)記在商標(biāo)名稱之后，它是沸騰鋼，而未標(biāo)記的鋼是鎮(zhèn)靜鋼。例如，Q235-AoF代表屈服強(qiáng)度為235兆帕的甲級(jí)沸騰鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種機(jī)械零件，這些零件通常經(jīng)過(guò)熱處理以提高其

4、機(jī)械性能。這種鋼的硫和磷含量限制在0.040%以下。編號(hào)方法是用兩位數(shù)來(lái)表示鋼中的平均碳含量。例如，碳含量約為0.45% (45/10000)的優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)鋼的數(shù)量為45鋼；含碳量約為0.08%的低碳鋼稱為08鋼等。如果鋼中的錳含量高，元素符號(hào)錳如15Mn和45Mn附著在鋼種的背面。(3)碳素工具鋼含碳量高，一般在0.651.35之間。它的硫和磷含量受到更嚴(yán)格的限制。普通碳素工具鋼屬于優(yōu)質(zhì)鋼。當(dāng)硫和磷的含量限制在0.030%以下時(shí)，它們是高質(zhì)量的工具鋼。碳素工具鋼的序列號(hào)以“T”開(kāi)頭，后面是數(shù)字，表示碳含量的千分之幾。例如，T8代表平均碳含量為0.8%的碳工具鋼；T13代表平均碳含量為1.3%的

5、碳素工具鋼。如果是高質(zhì)量的碳素工具鋼，在編號(hào)的末尾加上A，例如T8A、T13A、1.1金屬材料和(4)合金結(jié)構(gòu)s如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%，則表示為2、3、4等。例如，12CrNi3鋼的平均碳含量為0.12%，平均鉻含量小于1.5%，平均鎳含量為3%。另一個(gè)例子是30Cr鋼，其平均碳含量為0.3%，鉻、錳和硅的含量均小于1.5%。如果是高質(zhì)量的合金結(jié)構(gòu)鋼，在鋼號(hào)的末尾加上a，如20Cr12Ni14WA。(5)合金工具鋼的序號(hào)與合金結(jié)構(gòu)鋼的序號(hào)相似，但碳含量的表示方法不同。當(dāng)合金工具鋼的平均含碳量大于或等于1.00%時(shí)，其含碳量將不做標(biāo)記。當(dāng)平均碳含量小于1.00%時(shí)，用千分之

6、一表示。例如，9SiCr鋼的平均碳含量為0.9%，平均硅和鉻含量小于1.5%。金屬材料的基本性能金屬材料的基本性能是指其物理、機(jī)械、化學(xué)和工藝性能，這些性能通常受其化學(xué)成分的影響。1.化學(xué)成分的變化對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等基本力學(xué)性能有很大影響，對(duì)熱處理效果也有很大影響。(1)碳(c)主要元素。一般來(lái)說(shuō)，隨著碳含量的增加，強(qiáng)度極限和硬度增加，而塑性和韌性降低。當(dāng)碳含量超過(guò)0.9%時(shí)，鋼的強(qiáng)度極限降低。高碳含量會(huì)對(duì)鋼的焊接性產(chǎn)生不利影響。(2)硫是一種有害元素。它以FeS的形式存在(熔點(diǎn)僅為989)，這使得鋼在熱加工過(guò)程中容易開(kāi)裂并產(chǎn)生熱脆性。高硫含量也會(huì)降低材料的斷裂韌性。1.1金屬材料，(3)

7、磷(p)也是有害元素。磷可以完全溶解在鐵素體中，這增加了強(qiáng)度和硬度，并導(dǎo)致塑性和沖擊韌性的顯著降低。它在低溫下變脆，導(dǎo)致“冷脆”。在一些特殊用途的鋼中，例如含磷的銅鋼，在大氣中的耐腐蝕性可以得到改善。(4)錳是一種有益元素。煉鋼時(shí)，錳作為脫氧劑和合金元素加入鋼中。錳能與硫形成高熔點(diǎn)(1600)的硫化錳，降低硫的有害作用，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。它是低合金鋼中常見(jiàn)的元素。(5)硅是一種有益的元素。它作為脫氧劑和合金元素加入鋼中。它能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和彈性，但降低塑性和韌性。硅作為一種合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性，但過(guò)量的硅會(huì)降低鋼的熱加工性能。物理性質(zhì)物理性質(zhì)主要指密度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、

8、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和彈性模量。(1)彈性模量是彈性極限內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比。(2)線膨脹系數(shù)是指溫度變化1時(shí)單位長(zhǎng)度的膨脹和收縮值，其值可在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中找到。(3)導(dǎo)熱系數(shù)是指當(dāng)溫度梯度(溫差與壁厚之比)為1K/m，單位為W/(mK)時(shí)，每小時(shí)每平方米傳熱面積傳遞的熱量。3.機(jī)械性能材料的機(jī)械性能主要指材料的彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性。(1)材料的彈性和塑性。當(dāng)外力消除后，材料可以恢復(fù)到原來(lái)的形狀，這就是所謂的材料彈性。塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不受損的能力。(2)材料的強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力?？估瓘?qiáng)度：抗拉強(qiáng)度是金屬材料樣品在斷裂前能承受的最大應(yīng)力，用b表

9、示，單位為MPa。屈服極限：是金屬材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，用s表示，單位為MPa。對(duì)于沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的材料，0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力規(guī)定為屈服強(qiáng)度，表示為0.2。屈服比：屈服極限與抗拉強(qiáng)度之比稱為屈服比。這個(gè)比值可以反映材料屈服后的強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度鋼的屈強(qiáng)比大于低強(qiáng)度鋼持久強(qiáng)度：持久強(qiáng)度是指材料在一定溫度下承受恒定載荷時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，并在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)(如105小時(shí))導(dǎo)致斷裂。對(duì)于Tt，單位為MPa。1.1金屬材料，蠕變強(qiáng)度：是指在給定溫度和指定時(shí)間(如105小時(shí))內(nèi)，當(dāng)試樣的蠕變變形不超過(guò)指定值(如1%)時(shí)的最大應(yīng)力，以兆帕表示。疲勞失效：零件或部件在工作過(guò)程中受到方向和大小反復(fù)

10、變化的交變應(yīng)力的長(zhǎng)期作用，當(dāng)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，突然發(fā)生脆性斷裂。這種現(xiàn)象被稱為疲勞失效。疲勞強(qiáng)度：是指材料經(jīng)受n次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂時(shí)的最大應(yīng)力，表示為1(純彎曲疲勞)和1(扭轉(zhuǎn)疲勞)，單位為MPa。(3)硬度硬度硬度是一種材料抵抗其他物體刮傷或壓入其表面的能力。用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的表面硬度是衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)。(4)材料的韌性反映了材料對(duì)缺口或裂紋的敏感性，用于測(cè)量材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。1.1金屬材料沖擊韌性：是衡量材料韌性的指標(biāo)之一。沖擊試驗(yàn)中缺口沖擊試樣吸收的沖擊能量值可作為沖擊韌性值。斷裂韌性：材料的沖擊韌性可以指導(dǎo)材料的選擇，但沖擊能量不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)塑性和沖

11、擊韌性足夠大時(shí)，許多壓力容器也會(huì)因裂紋而發(fā)生脆性斷裂事故。為了更科學(xué)地判斷容器中是否存在較大的宏觀缺陷，特別是裂紋缺陷是否會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂，斷裂力學(xué)中的斷裂韌性指標(biāo)近年來(lái)被應(yīng)用于壓力容器的脆性斷裂預(yù)防設(shè)計(jì)或安全評(píng)估。這些斷裂韌性值可用于測(cè)量材料的韌性，即存在裂紋時(shí)材料的抗斷裂性。*非塑性轉(zhuǎn)變溫度(NDT):在不同溫度下測(cè)量了一系列沖擊韌性值，發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，材料的韌性值隨著溫度的降低而突然降低。因此，可以獲得材料的非塑性轉(zhuǎn)變溫度，從而確定材料的最低使用溫度。(5)溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響一般來(lái)說(shuō)，金屬材料的力學(xué)性能會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生顯著變化。*高溫下材料的應(yīng)力松弛*低溫下材料的冷

12、脆性。4.材料的工藝性能。材料只有經(jīng)過(guò)各種加工才能制成設(shè)備或機(jī)器的零件。材料在加工過(guò)程中的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的綜合性能構(gòu)成了材料的工藝性能，也稱為加工性能。在選擇材料時(shí)，我們必須考慮材料的使用和加工性能。水利工程中容器和設(shè)備主要部件的制造主要包括焊接、鍛造、切割、沖壓、彎曲和熱處理。1.1金屬材料(1)焊接性是指在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)類型下，焊接金屬難以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。*工藝可焊性主要指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向。*使用可靠性包括焊接接頭的機(jī)械性能和其他特殊性能(如耐熱性和耐腐蝕性等)。)。(2)可鍛性：金屬在壓力下工作的能力被稱為金屬的可鍛性。(3)切削性：切削材

13、料的難度。(4)成型工藝性：成型是指金屬在熱或冷狀態(tài)下，在外力作用下塑性變形為所需形狀的過(guò)程。(5)熱處理性能：熱處理是將鋼加熱到一定溫度，并在該溫度下保持一定時(shí)間，然后以不同速度冷卻以改善鋼的某些性能的操作。1.1金屬材料三。耐腐蝕金屬材料和性能金屬材料的化學(xué)性能主要指其耐腐蝕性。材料抵抗周圍環(huán)境腐蝕破壞的能力1.碳鋼和普通鑄鐵的耐腐蝕性(1)耐腐蝕性*在淡水、大氣、土壤和海水等中性介質(zhì)中無(wú)耐腐蝕性；*在各種干燥氣體和有機(jī)溶劑中具有良好的耐腐蝕性；*在低濃度堿溶液、濃硫酸、濃氫氟酸等介質(zhì)中，碳鋼和普通鑄鐵可以形成穩(wěn)定的膜，因此它們是耐腐蝕的。(2)影響耐蝕性的因素：介質(zhì)成分；鐵碳合金的成分和

14、微觀結(jié)構(gòu)：鋼鐵熱處理?xiàng)l件的差異。1.金屬材料。耐蝕合金鑄鐵在鑄鐵中加入一些合金元素可以大大提高其在某些介質(zhì)中的耐蝕性。如果加入硅、鉻、鋁等元素，可以在鑄鐵表面形成連續(xù)、致密、牢固的表面膜；添加鎳可獲得在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異耐蝕性的奧氏體鑄鐵；添加稀土元素和鎂可以使石墨球化，從而大大提高高硅鑄鐵的力學(xué)性能和工藝性能。3.耐腐蝕低合金鋼耐腐蝕低合金鋼通常是指添加到碳鋼中的合金元素總量小于約3%的合金。不同種類和含量的合金元素起著不同的作用。根據(jù)在不同介質(zhì)中的耐蝕性，耐蝕低合金鋼可分為以下幾種類型：(1)耐大氣腐蝕鋼(2)耐海水腐蝕鋼(3)耐硫化氫腐蝕鋼(1)金屬材料，(4)不銹鋼不銹鋼是一種高鉻鎳含

15、量的合金鋼。一般來(lái)說(shuō)，耐大氣腐蝕的合金鋼稱為不銹鋼，耐酸和其他強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕的合金鋼稱為耐酸鋼。通常，上述不銹鋼和耐酸鋼統(tǒng)稱為不銹鋼耐酸鋼或簡(jiǎn)稱不銹鋼。(1)馬氏體不銹鋼：在鋼中加入一定量的鉻。主要用于氧化介質(zhì)，如大氣和水蒸氣，在淡水、海水、溫度不超過(guò)30的鹽水溶液、硝酸、食品介質(zhì)和低濃度有機(jī)酸中具有良好的耐腐蝕性。(2)鐵素體不銹鋼：?jiǎn)蜗嘟Y(jié)構(gòu)。主要用于制造耐高溫氧化和耐硝酸腐蝕的設(shè)備。(3)奧氏體不銹鋼：碳化物溶解在奧氏體中?？捎糜谥圃旄g性介質(zhì)中使用的設(shè)備。1.金屬材料。有色金屬及其合金在工業(yè)中，鋼被稱為黑色金屬，鋼以外的金屬被稱為有色金屬。有色金屬及其合金通常用于制造水處理、化學(xué)容器和相

16、關(guān)設(shè)備部件，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫哪透g性和低溫性能。(1)銅及其合金銅及其合金在許多介質(zhì)中具有高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性和高耐腐蝕性。純銅：也叫紫銅。銅在一般大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣中相對(duì)穩(wěn)定。它在堿和弱酸及中等非氧化性酸中也相當(dāng)穩(wěn)定。如果溶液中有氧氣或氧化劑，腐蝕會(huì)更嚴(yán)重。銅不耐硫化物(如H2S)腐蝕。銅具有高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可塑性和良好的加工性能。此外，銅具有良好的冷韌性。然而，銅很少用作結(jié)構(gòu)材料，因?yàn)樗膹?qiáng)度低，鑄造性能差，在某些介質(zhì)中耐腐蝕性低。1.1金屬材料銅合金黃銅和青銅是常用的銅合金。黃銅：銅和鋅的合金被稱為黃銅。為了提高它的性能，經(jīng)常添加錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛和鐵等元素。以這種方式形成的合金被稱為特種黃銅。特點(diǎn)：力學(xué)性能與鋅含量密切相關(guān)；良好的鑄造性能；好耐腐蝕性；含鋅超過(guò)20%的黃銅在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽和所有冷加工后含有氨的環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。黃銅退火后在中性溶液、海水和酸洗液中容易發(fā)生脫鋅腐蝕，因此在黃銅中加入0.02%的砷可以防止脫鋅腐蝕。青銅：銅合金中的所有主要元素是錫、鋁、硅鋁青銅的力學(xué)性能也高于黃銅和錫青銅，在大氣、海水、碳酸和大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性也高于黃銅和錫青銅。硅青銅比錫青銅具有更高的機(jī)械性能和更低的價(jià)格