化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第三版）2018年

設(shè)備基礎(chǔ)篇

緒論3

1化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)9

1.1容器的基本結(jié)構(gòu)9

1.1.1化工容器的結(jié)構(gòu)9

1.1.2化工容器的分類(lèi)9

1.2化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求10

1.2.1安全方面的要求11

1.2.2經(jīng)濟(jì)方面的要求11

思考題12

2化工設(shè)備結(jié)構(gòu)與管道13

2.1換熱器13

2.1.1列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式13

2.1.2列管式換熱器的主要類(lèi)型14

2.1.3列管式換熱器的組成元件及其連接17

2.1.4其他類(lèi)型的換熱器21

2.2塔設(shè)備23

2.2.1板式塔23

2.2.2填料塔27

2.3反應(yīng)設(shè)備32

2.3.1主要部件及其用途32

2.3.2夾套傳熱及其結(jié)構(gòu)33

2.3.3蛇管傳熱及其結(jié)構(gòu)34

2.3.4攪拌器的形式36

2.3.5其他反應(yīng)類(lèi)設(shè)備37

2.4管式加熱爐和廢熱鍋爐38

2.4.1管式加熱爐38

2.4.2廢熱鍋爐43

2.5其他設(shè)備47

2.5.1蒸發(fā)設(shè)備47

2.5.2干燥設(shè)備49

2.5.3結(jié)晶設(shè)備51

2.6化工管道52

2.6.1化工用管的種類(lèi)52

2.6.2管件54

2.6.3化工管道的連接55

2.7閥門(mén)58

思考題62

3機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)及化工運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備63

3.1概述63

3.1.1機(jī)械傳動(dòng)的概念63

3.1.2機(jī)械傳動(dòng)的作用64

3.1.3機(jī)械傳動(dòng)的種類(lèi)64

3.1.4機(jī)械傳動(dòng)的功率、效率與傳動(dòng)比64

3.1.5機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的一般組成65

3.2常見(jiàn)機(jī)械傳動(dòng)66

3.2.1帶傳動(dòng)66

3.2.2鏈傳動(dòng)68

3.2.3齒輪傳動(dòng)69

3.3軸和軸承74

3.3.1軸74

3.3.2滑動(dòng)軸承75

3.3.3滾動(dòng)軸承76

3.4可拆連接78

3.4.1軸轂連接的種類(lèi)與特點(diǎn)78

3.4.2螺紋連接的種類(lèi)與標(biāo)準(zhǔn)80

3.4.3聯(lián)軸器82

3.5減速器及其應(yīng)用83

3.5.1圓柱齒輪減速器84

3.5.2蝸桿減速器84

3.5.3漸開(kāi)線少齒差行星齒輪減速器84

3.5.4擺線針輪減速器84

3.6化工運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備85

3.6.1泵85

3.6.2壓縮機(jī)87

3.6.3粉碎機(jī)88

3.6.4離心機(jī)90

3.6.5輸送機(jī)91

思考題93

4化工設(shè)備維護(hù)、維修與管理94

4.1化工生產(chǎn)操作中的設(shè)備維護(hù)94

4.1.1化工設(shè)備在使用過(guò)程中常見(jiàn)的損壞形式及其危害94

4.1.2設(shè)備故障與設(shè)備維護(hù)95

4.2換熱器的操作維護(hù)97

4.2.1換熱設(shè)備劣化和失效的主要形式及原因97

4.2.2換熱器的操作維護(hù)要點(diǎn)98

4.2.3換熱器的停車(chē)維修100

4.3塔設(shè)備的操作維護(hù)與修理100

4.3.1塔設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)100

4.3.2塔設(shè)備的缺陷和故障101

4.3.3塔設(shè)備的修理102

4.4磨損與潤(rùn)滑103

4.4.1磨損的種類(lèi)103

4.4.2磨損的規(guī)律104

4.4.3減少磨損的措施105

4.4.4潤(rùn)滑劑105

4.4.5潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑裝置109

4.5振動(dòng)防治技術(shù)111

4.5.1常見(jiàn)的化工設(shè)備振動(dòng)現(xiàn)象及原因111

4.5.2振動(dòng)的危害及對(duì)環(huán)境的污染112

4.5.3振動(dòng)控制技術(shù)112

4.5.4化工運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)防治實(shí)例——離心機(jī)的減振與隔振114

4.6運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備及閥門(mén)的操作維護(hù)115

4.6.1運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備操作維護(hù)的主要環(huán)節(jié)115

4.6.2離心泵的操作維護(hù)116

*4.6.3活塞式壓縮機(jī)的操作維護(hù)117

*4.6.4離心式壓縮機(jī)的操作維護(hù)120

*4.6.5離心機(jī)的操作維護(hù)122

4.6.6閥門(mén)的操作維護(hù)124

4.7化工設(shè)備管理125

4.7.1設(shè)備管理的目的和任務(wù)126

4.7.2設(shè)備的使用和管理126

4.7.3設(shè)備的潤(rùn)滑管理129

4.7.4設(shè)備的密封管理130

4.7.5設(shè)備的計(jì)劃?rùn)z修132

4.7.6壓力容器的安全使用135

4.7.7壓力容器的定期檢驗(yàn)136

4.7.8壓力容器的安全附件137

思考題140

5化工設(shè)備材料142

5.1化工設(shè)備與管道常用的金屬材料142

5.1.1金屬材料的主要性能142

5.1.2碳鋼144

5.1.3合金鋼145

5.1.4鑄鐵147

5.1.5有色金屬及其合金148

5.2化工設(shè)備與管道使用的非金屬材料149

5.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料149

5.2.2有機(jī)非金屬材料150

5.3化工設(shè)備的腐蝕與防護(hù)153

5.3.1常見(jiàn)的腐蝕類(lèi)型及腐蝕機(jī)理153

5.3.2常見(jiàn)的腐蝕破壞形式154

5.3.3化工設(shè)備常用的防腐蝕措施156

思考題157

*6實(shí)驗(yàn)與分析159

6.1鋼材的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)與分析（一）159

6.2鋼材的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)與分析（二）161

6.3材料的晶相組織觀察實(shí)驗(yàn)162

6.4壓力容器實(shí)驗(yàn)與分析163

6.5化工設(shè)備制造或檢修后的試驗(yàn)165

6.6機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)與分析165

實(shí)操訓(xùn)練篇

*7換熱器拆裝及壓力檢驗(yàn)171

7.1換熱設(shè)備相關(guān)知識(shí)171

7.1.1換熱設(shè)備的應(yīng)用171

7.1.2換熱設(shè)備的類(lèi)型171

7.1.3管殼式換熱器的類(lèi)型及特點(diǎn)172

7.1.4其他類(lèi)型換熱設(shè)備173

7.2填料函式換熱器拆裝及壓力檢驗(yàn)培訓(xùn)（競(jìng)賽）任務(wù)書(shū)177

7.2.1培訓(xùn)或競(jìng)賽內(nèi)容177

7.2.2培訓(xùn)考核或競(jìng)賽時(shí)間178

7.2.3培訓(xùn)或競(jìng)賽過(guò)程注意事項(xiàng)178

7.3換熱器拆裝及壓力檢驗(yàn)培訓(xùn)（競(jìng)賽）說(shuō)明書(shū)178

7.3.1管殼程試壓系統(tǒng)圖178

7.3.2填料函式換熱器試壓操作178

7.3.3填料函式換熱器試壓操作的考核內(nèi)容和考核評(píng)價(jià)細(xì)則181

7.3.4換熱器裝拆及試壓所用工具、儀表、閥門(mén)及耗材清單183

*8離心泵拆裝與運(yùn)行185

8.1單級(jí)離心泵拆裝與運(yùn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的內(nèi)容和目標(biāo)185

8.1.1培訓(xùn)和考核的主要內(nèi)容185

8.1.2通過(guò)實(shí)訓(xùn)達(dá)到的技能要求186

8.1.3實(shí)訓(xùn)過(guò)程中培養(yǎng)的職業(yè)素質(zhì)要求186

8.2泵的基礎(chǔ)知識(shí)186

8.2.1泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用與類(lèi)型186

8.2.2離心泵的類(lèi)型與特點(diǎn)187

8.2.3離心泵的主要零部件190

8.3IS、IH型單級(jí)單吸離心泵拆裝與維護(hù)要點(diǎn)192

8.3.1IS型泵的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)192

8.3.2IH型泵的拆裝與維護(hù)要點(diǎn)193

8.4IH泵的拆裝與運(yùn)行操作195

8.4.1拆卸195

8.4.2裝配196

8.4.3聯(lián)軸器找正197

8.4.4試車(chē)與停車(chē)197

8.5考核評(píng)分細(xì)則（檢查與評(píng)估）198

8.5.1評(píng)分細(xì)則表198

8.5.2考核評(píng)分表說(shuō)明200

8.5.3零部件檢查記錄表202

8.6泵檢修能力的學(xué)習(xí)提高203

*9管閥加工與安裝實(shí)訓(xùn)204

9.1管閥加工與安裝實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的主要要求204

9.1.1培訓(xùn)內(nèi)容要求204

9.1.2培訓(xùn)技能要求204

9.1.3職業(yè)素質(zhì)要求205

9.2管子加工205

9.2.1管子的切割205

9.2.2管子的套螺紋205

9.2.3管子的彎曲207

9.3管路安裝209

9.3.1管路的連接209

9.3.2閥門(mén)的選用與安裝211

9.3.3管路試壓215

9.4實(shí)際操作練習(xí)與考評(píng)215

9.4.1管路加工和安裝實(shí)操練習(xí)215

9.4.2化工管路與閥門(mén)操作評(píng)分細(xì)則216

參考文獻(xiàn)219

本書(shū)分為設(shè)備基礎(chǔ)篇和實(shí)訓(xùn)操作篇，以一線人員應(yīng)具備的基本素質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，注重基本視野和實(shí)用能力，較系統(tǒng)地簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)、化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其管道、機(jī)械傳動(dòng)及化工運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，以及化工設(shè)備維護(hù)、維修、管理及材料方面的知識(shí)，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)介紹及分析學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)。實(shí)操訓(xùn)練內(nèi)容可以作為初步入門(mén)訓(xùn)練學(xué)習(xí)或介紹，也可作為后續(xù)與就業(yè)相關(guān)、與競(jìng)賽相關(guān)的深化學(xué)習(xí)。

本書(shū)適用于各類(lèi)職業(yè)院校的化工工藝類(lèi)專(zhuān)業(yè)使用，也可供其他相關(guān)人員參考。

本書(shū)主要介紹了化工容器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，典型化工設(shè)備設(shè)計(jì)方法和工作原理，常用化工設(shè)備、機(jī)器的結(jié)構(gòu)及用途。主要內(nèi)容包括化工容器，化工設(shè)備常用材料及選擇，內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)，外壓容器設(shè)計(jì)，壓力容器零部件，攪拌式反應(yīng)器及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，塔設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，換熱設(shè)備及常用化工設(shè)備。

適用于高職高專(zhuān)化工類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生選用，也可供有關(guān)部門(mén)的技術(shù)人員參考。

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》講述了：隨著教學(xué)改革的不斷深入，不同學(xué)校對(duì)過(guò)程機(jī)械相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)提出了不同的要求?？紤]化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、高分子材料、環(huán)境科學(xué)、生物化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置，結(jié)合近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，將“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”和“工程力學(xué)”內(nèi)容進(jìn)行整合，編寫(xiě)了《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》。

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)相互滲透、融會(huì)貫通、精選特色等保持了原系列教材的特點(diǎn)

由刁玉瑋教授主編的《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》一直是國(guó)內(nèi)許多院?；すに囶?lèi)專(zhuān)業(yè)的首選教材，已經(jīng)再版6次，作為“十五”和“十一五”規(guī)劃教材，深受廣大師生的歡迎?！痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的“化工設(shè)備材料”“化工容器設(shè)計(jì)”篇按照《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》一書(shū)的基本構(gòu)架編寫(xiě)，主要內(nèi)容保持不變；“典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)”篇重新進(jìn)行編寫(xiě)。由銀建中副教授主編的《工程力學(xué)》作為高等學(xué)校理工科規(guī)劃教材一直是化工工藝類(lèi)學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)教材?！痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的“工程力學(xué)基礎(chǔ)”篇保留了《工程力學(xué)》一書(shū)的特色內(nèi)容。

（2）在內(nèi)容和表達(dá)方面，盡可能反映學(xué)科的最新發(fā)展趨勢(shì)，保證教材與時(shí)俱進(jìn)

根據(jù)最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)范，在“化工設(shè)備材料”篇中，將最新材料標(biāo)準(zhǔn)、材料牌號(hào)等進(jìn)行了較大幅度的調(diào)整，有助于教師和學(xué)生對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的了解?！暗湫突ぴO(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)”篇中塔設(shè)備設(shè)計(jì)內(nèi)容完全符合最新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，便于學(xué)生在掌握基本設(shè)計(jì)理論的同時(shí)，適應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)典型設(shè)備的設(shè)計(jì)要求。

（3）注重解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

在典型壓力容器結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析時(shí)，注重與工程實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合，以典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工程意義為重點(diǎn)，對(duì)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析與討論，提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，把復(fù)雜的推導(dǎo)和理論分析留給學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)和資料自主學(xué)習(xí)解決。

第一章化工容器1

第一節(jié)容器的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1

一、容器的結(jié)構(gòu)1

二、容器的分類(lèi)1

第二節(jié)容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化3

第三節(jié)壓力容器的安全技術(shù)監(jiān)察5

第四節(jié)容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求6

習(xí)題7

第二章化工設(shè)備常用材料及選擇8

第一節(jié)材料的性能8

一、力學(xué)性能8

二、材料的化學(xué)性能12

三、材料的物理性能12

四、材料的加工工藝性能12

第二節(jié)化工設(shè)備常用材料的特性13

一、鋼鐵牌號(hào)及表示方法13

二、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)15

三、碳素鋼17

四、鑄鐵18

五、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼19

六、鋼的熱處理19

第三節(jié)低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼21

一、合金元素對(duì)鋼的影響21

二、普通低合金鋼22

三、容器鋼23

四、鍋爐鋼23

五、不銹耐酸鋼23

六、高溫用鋼24

七、低溫用鋼24

八、鋼材的品種和規(guī)格25

第四節(jié)有色金屬材料26

一、鋁及其合金26

二、銅及其合金26

三、鉛及其合金27

四、鈦及其合金27

五、鎳及其合金27

第五節(jié)非金屬材料28

一、無(wú)機(jī)非金屬材料28

二、有機(jī)非金屬材料28

第六節(jié)金屬材料的腐蝕與防腐措施29

一、金屬的腐蝕30

二、金屬腐蝕的評(píng)定方法32

三、金屬腐蝕破壞的形式33

四、金屬設(shè)備的防腐措施33

第七節(jié)化工設(shè)備材料的選擇34

習(xí)題36

第三章內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)38

第一節(jié)內(nèi)壓薄壁容器中的應(yīng)力分析38

一、薄壁容器應(yīng)力特點(diǎn)38

二、內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力計(jì)算公式38

第二節(jié)內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力及其處理40

一、邊緣應(yīng)力的概念40

二、邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)41

三、對(duì)邊緣應(yīng)力的處理42

第三節(jié)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)42

一、強(qiáng)度計(jì)算公式42

二、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定44

三、容器最小壁厚51

四、容器的耐壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核51

五、例題53

第四節(jié)內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計(jì)54

一、半球形封頭54

二、橢圓形封頭54

三、碟形封頭55

四、球冠形封頭56

五、錐形封頭57

六、平板封頭62

七、例題66

習(xí)題67

第四章外壓容器設(shè)計(jì)70

第一節(jié)概述70

一、外壓容器的失穩(wěn)70

二、容器失穩(wěn)形式與影響因素70

第二節(jié)臨界壓力及其計(jì)算71

一、長(zhǎng)圓筒71

二、短圓筒72

三、剛性筒73

四、臨界長(zhǎng)度73

第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算73

一、圖算法74

二、設(shè)計(jì)參數(shù)78

第四節(jié)加強(qiáng)圈80

一、加強(qiáng)圈的作用與結(jié)構(gòu)80

二、加強(qiáng)圈間距81

三、加強(qiáng)圈尺寸81

第五節(jié)外壓封頭設(shè)計(jì)82

一、外壓凸形封頭82

二、外壓錐形封頭83

習(xí)題85

第五章壓力容器零部件86

第一節(jié)容器法蘭與管法蘭86

一、法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理86

二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)87

三、影響法蘭密封的因素91

四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用93

第二節(jié)容器支座104

一、立式容器支座104

二、臥式容器支座107

第三節(jié)容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)111

一、開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因111

二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)113

第四節(jié)容器附件117

一、接口管117

二、凸緣117

三、手孔與人孔118

四、視鏡118

第五節(jié)容器設(shè)計(jì)舉例119

一、罐體壁厚設(shè)計(jì)119

二、封頭厚度設(shè)計(jì)119

三、鞍座120

四、人孔121

五、人孔補(bǔ)強(qiáng)122

六、接管122

七、設(shè)備總裝配圖123

習(xí)題124

第六章攪拌式反應(yīng)器及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)127

第一節(jié)概述127

第二節(jié)反應(yīng)器殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)128

一、殼體設(shè)計(jì)128

二、附件的結(jié)構(gòu)130

第三節(jié)攪拌器133

一、攪拌器的類(lèi)型133

二、攪拌器的選型133

第四節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸135

一、電動(dòng)機(jī)135

二、攪拌軸136

第五節(jié)軸封139

一、填料密封139

二、機(jī)械密封139

習(xí)題140

第七章塔設(shè)備及其機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)141

第一節(jié)概述141

第二節(jié)板式塔142

一、塔盤(pán)結(jié)構(gòu)142

二、塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)及支承145

第三節(jié)填料塔結(jié)構(gòu)147

一、總體結(jié)構(gòu)147

二、填料147

三、填料支承結(jié)構(gòu)148

四、噴淋裝置149

五、液體再分布裝置151

第四節(jié)塔體與裙座的強(qiáng)度計(jì)算152

一、塔體載荷分析152

二、塔體穩(wěn)定校核和強(qiáng)度校核157

三、裙座及其強(qiáng)度校核159

習(xí)題161

第八章?lián)Q熱設(shè)備164

第一節(jié)概述164

一、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及主要零部件164

二、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型165

第二節(jié)管板式換熱器換熱管的選用及其與管板的連接167

一、換熱管的選用167

二、管子與管板的連接168

第三節(jié)管板與管板連接結(jié)構(gòu)170

一、管板170

二、管板材料170

三、管板結(jié)構(gòu)171

四、換熱管在管板上的排列形式171

五、管間距172

六、管箱與管束的分程172

七、管程接管與擋板和導(dǎo)流筒173

八、折流板、支承板、旁路擋板及攔液板的作用與結(jié)構(gòu)175

九、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)177

第四節(jié)管殼式換熱器的溫差應(yīng)力178

一、管壁與殼壁溫度差引起的溫差應(yīng)力178

二、管子拉脫力的計(jì)算180

三、溫差應(yīng)力的補(bǔ)償181

第五節(jié)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型183

一、固定管板式換熱器的工藝計(jì)算183

二、固定管板式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化184

第六節(jié)管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)舉例185

一、已知條件185

二、計(jì)算185

習(xí)題191

第九章常用化工設(shè)備193

第一節(jié)液體輸送設(shè)備(化工用泵）193

一、液體輸送設(shè)備概述193

二、離心泵193

三、其他類(lèi)型化工用泵204

第二節(jié)干燥設(shè)備212

一、干燥過(guò)程的基礎(chǔ)212

二、干燥設(shè)備分類(lèi)及選型216

三、主要干燥設(shè)備217

第三節(jié)離心分離設(shè)備241

一、旋風(fēng)分離器241

二、離心機(jī)249

習(xí)題259

參考文獻(xiàn)261