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化工设备选材时对温度的考虑

浏览次数: 发布日期:2020-02-08 15:33

列管式冷凝器搅拌式反应釜专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年2月8日讯  化工设备选材时主要考虑三个因素:介质压力温度

一、介质因素,即材料的耐介质腐蚀能力,顺便提一下:

1. 对于均匀腐蚀,腐蚀速率低的,可取与设计使用年限相匹配的腐蚀裕量,但腐蚀裕量对于局部腐蚀(像应力腐蚀、晶间腐蚀)意义不大。

2. 不锈钢并不是真的就不会被腐蚀,不锈钢在某些介质中也有均匀腐蚀的问题,所以,看到不锈钢也取腐蚀裕量,一定不要惊讶。 

二、压力因素,即材料的承压能力。材料承压能力的指标主要是许用应力。设计时,应将设备的“计算应力”控制在材料的许用应力之下,并且留有一定的裕量。计算应力与压力成正比,与设备的厚度成反比。设备计算应力高的,可以增加厚度或者选用材料许用应力高的。但应注意两点:一、厚度越大,材料在厚度上的性能越不均匀;二、高强钢的韧性或塑性都比较差,容易发生脆断。 

三、温度因素,高温(如350℃以上,因具体材料而异)或低温(如0℃ 以下)下材料的性能都会发生变化。

此处的温度指的是设计温度,而设计温度是正常工作情况下设定的金属温度对于容器,金属温度是指元件金属截面的温度平均值,对于换热器,金属温度是指壳程筒体、换热管沿轴向长度上的平均温度。 

GB/T 150.2中部分压力容器用钢使用温度范围为:

1、Q245R、Q345R:-20~475℃;

2、15CrMoR等Cr-Mo钢为中高温抗氢钢,使用温度上限为550℃或575℃,至于温度下限虽然标准没有具体给出,但一般认为在20℃;可参考:文摘丨对GB/T150.2中Cr-Mo钢的两点认识

3、低温用钢:16MnNiDR:-40~350℃;09MnNiDR:-70~350℃。

4、铁素体不锈钢(S1XXXX):0~350或400℃;

5、双相不锈钢(S2XXXX):-20~300℃;(受制于其中铁素体相的低温脆性,高温金属间析出相)

6、奥氏体不锈钢(S3XXXX):-196~700℃或800℃(S31008)。 

由于钢材在高温时所表现出来的性能与一般温度时所表现出来的性能差别很大,钢材在一般温度下的机械性能不能代替其高温性能,要考虑材料的高温持久强度或蠕变强度。钢材在高温长期应力作用下其内部组织会发生显著的变化,随着组织变化,钢的性能也会改变。另外,钢若在长期应力作用下会发生蠕变、持久断裂、松弛、氧化和腐蚀、热疲劳以及蠕变脆性破坏等现象。为进一步提高低合金耐热钢的热强性和改善抗氧化性能,多元合金化是主要方法。

对于碳素钢和碳猛钢,GB/T 150.2指出在高于425℃的温度下长期使用,应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。这是因为碳素钢和碳锰钢中的渗碳体会产生分析,Fe3C→3Fe+C(石墨),使钢中的珠光体部分或全部消失,材料的强度及塑性下降。

而GB/T 150.2还要求当奥氏体不锈钢使用温度高于525℃时,钢中C含量不应小于0.04%,这是因为若含碳量太低,温度较高时其强度和抗氧化性能会显著下降。

 而低温选材,应注意所用材料应具有足够的韧性,常用低温材料包括:带“DR“的低合金钢,奥氏体不锈钢,3.5Ni、9Ni等镍钢,镍基合金,铝合金及铜合金等。GB/T 150.1规定,设计温度低于20℃时,材料的许用应力按20℃取值,这是因为随着温度的降低材料的抗拉强度、屈服强度都是增大,但屈强比变大(屈服后很快断裂),即韧性降低,此时最重的是对设备进行防脆断设计。

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