水工艺设备模板.docx

第一章材料关键性能：一、力学性能 二、物理性能 三、化学性能 四、加工工艺性能 力学性能，指衡量材料抵御外力造成变形或不被破坏能力。力学性能指标：1.弹性模量：2.刚度：3.塑性 4.强度 5.硬度6.韧性物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、磁性、膨胀系数等。钢中化学成份及其作用：碳（C）关键元素。碳含量高，钢强度硬度高，但塑性和韧性低。硫（S）硫含量高，造成“热脆” 磷（P）磷含量高，造成“冷脆” 锰（Mn）减轻硫危害，提升钢强度和硬度。硅（Si）能使钢强度，硬度弹性提升，而塑性，韧性降低。作为合金元素能够提升钢耐蚀性和耐热性，但过量硅会降低钢热加工工艺性能。加工工艺性能指标：铸造性：灰铸铁流动性好，适于铸造。可锻性：金属承受压力加工能力焊接性切削加工性：材料被切削加工难易程度热处理：合金钢热处理性能好强度愈高钢，切削加工性、可锻性、焊接性、冲压性性能较低。一般碳素结构钢（Q235）：Q235-A-F（屈服点235MPa碳素结构钢，A级，沸腾钢）Q195，Q215，Q235，Q255，Q275屈服点数字愈大，钢强度越高。F沸腾钢，未标是镇静钢优质碳素钢（45钢，35Mn）编号方法是采取两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。若钢中含锰较高则在钢号后面赋以锰元素符号碳素工具钢（T12）后面标以数字表示含碳量千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在编号后面加以A，比如T8A，T13A等铸铁特点：脆性材料，含碳量2.5-4%，含杂质高，抗拉强度、塑性、韧性较差；耐磨性好，成本低。常见种类：灰铸铁：n 特点：抗压强度高，切削性能好，但不能承受冲击载荷；n 用途：用于制造承受压力零件，如底座、机架、铸铁管件。n 牌号：HT200灰铸铁，抗拉强度200MPan 灰铸铁管及管件不能用于城镇供水。球墨铸铁：n 除弹性和韧性较低外，力学性能和钢相类似。n 牌号：QT400-15抗拉强度400MPa，伸长率15%n 球墨铸铁管DN300-1400mm是城市供水系统首选管材。在碳素钢中加入合金元素（Si,Mn,Cu,Ti,Cr,V），即为合金钢。合金钢种类：低合金钢 （合金元素 5）中合金钢 （合金元素 510）高合金钢 （合金元素 10）n 不锈耐酸钢：指能抵御酸和其它腐蚀性介质钢n 合金钢牌号：12CrNi3钢 表示，碳平均含量0.12%，铬低于1.5%，镍含3%钢分类：n 按质量划分 n 一般钢：S 0.055 P0.045n 优质钢: S 0.040 P0.040n 高级优质钢 : S 0.030 P0.035n 按用途划分 n 结构钢n 工具钢n 特殊性能钢钢编号：n 1）一般碳素钢 n 方法：字母数字并列系统 n Q275 n Q235A F屈服强度235MPaA级沸腾钢n ABCD表示钢材等级，A最低，D最高n F沸腾钢，未标是镇静钢n 2）优质碳素结构钢 n S、P含量小于0.040n 编号方法：用2位数字表示钢中碳平均含量是万分之几。n 编号：45钢含碳量0.45 08钢含碳量0.08 15Mnn 3）碳素工具钢 n 编号：T 8 含碳量0.8n 4）合金结构钢 n 编号方法：2位数字元素符号数字n 数字2、3、4，表示1.5、2.5、3.5n 编号：12 Cr Ni 3 钢含碳量0.12，含Cr量小于1.5，含Ni3n 钢号后加A代表高级优质合金结构钢n 5）合金工具钢 n 编号方法同合金结构钢n 黄铜:指铜和锌合金n 特点：含有一定强度，耐腐蚀性高，铸造性能好。n 用途：n 常见于制造管件、散热器、垫片n H80,H68塑性好，用于冲压成容器。n 青铜指铜和锡、铝、硅合金。n 一般青铜n 锡青铜耐蚀性和耐磨性高，耐酸性差n 用途：制造耐磨擦，耐磨损零件。n 如，泵壳、轴瓦、阀门等n 特殊青铜n 铝青铜耐蚀性比黄铜锡青铜愈加好n 用于制造在蒸汽和海水条件下工作耐磨损零件。n 硅青铜耐蚀性、耐磨性好 n 纯铝：n 特点：在很多介质中具 有耐腐蚀性，但铝在含卤素离子溶液中不耐腐蚀，n 用于制造热交换器、冷凝器、泵、阀、管（L2，L3，L4）n 铝合金：铝和铜、镁、锌、锰、硅合金n 防锈铝合金 ：（LF ）耐腐性能高，替换不锈钢；n 铸造铝合金：（ ZL）制造阀门、泵、离心机。蒙乃尔合金镍铜合金，含有良好力学性能和机械性能，水工艺中应用较多。n 陶瓷性能关键特点：不可燃烧性，高耐热性，高化学稳定性，不老化性，高硬度，抗压性好n 陶瓷关键缺点：脆性大、抗拉、抗弯性能差、对温度剧变抵御力低n 添加剂作用：改善材料性能n 填料：提升塑料力学性能；n 增塑剂：降低材料硬度和脆性，增强可塑性；n 稳定剂：延缓塑料老化；n 固化剂：加紧塑料固化速度，提升机械强度；n 润滑剂、着色剂、阻燃剂硬聚氯乙烯塑料（PVC）聚乙烯塑料（PE）聚丙烯管（PP）ABS塑料 聚四氟乙烯塑料(F-4)玻璃钢（FRP）n 复合材料：是由两种或两种以上金属或非金属材料复合而成一个新型材料。 n 水工艺设备常见材料选择标准：1）满足力学性能要求 含有一定强度、连接性能、加工性能好n 2）安全性 材料无毒、对水质无污染；耐腐蚀，化学性质稳定n 3）经济性 维修、管理方便，经济等方面原因第二章n 金属腐蚀原理：（一）金属化学腐蚀1、金属氧化 2、钢铁气体腐蚀 （二）金属电化学腐蚀 1、电化学腐蚀原理2、极化现象 3、去极化作用4、金属钝化n 氧化膜作用 ：金属氧化后在表面形成一层氧化物固相膜，保护金属预防继续氧化。氧化膜厚度和温度相关。温度越高，氧化膜越厚n 保护性氧化膜条件 1）金属表面氧化膜致密完整，2）氧化膜含有一定强度和塑性；3）氧化膜稳定，不易脱落。n 脱碳现象：钢中渗碳体Fe3C和O2、H2、CO2和水反应，使渗碳体降低现象。n 氢蚀：温度200300，压力30.4MPa时，氢气使钢产生猛烈脆化现象。n 电极电位较低金属形成阳极 n 不停溶解，产生腐蚀，阳极上多出电子由金属内部流向电极电位较高阴极n 电极电位较高金属形成阴极极化现象：指原电池因为电流经过，使阴极和 阳极电位偏离起始电位值产生过电位现象。n 极化结果：极化使阳极电位升高，使阴极电位下降，使两电极电位差减小 去除极化会促进阳极和阴极过程进行，即去极化会加速腐蚀进行。n 析氢腐蚀影响原因：金属材料性状n 材料和表面状态不一样，氢过电位值不一样。n 氢过电位值低，加速腐蚀。n 溶液pH值n pH值低，H离子浓度高， EH升高，加速金属腐蚀n 阴极区面积n 阴极区面积增大，氢过电位小，阴极极化率降低，析氢加速，腐蚀速度加紧；n 温度n 温度升高，氢过电位减小，阴阳两极电极反应加紧，腐蚀速度加紧。n 氧去极化腐蚀：在中性和碱性溶液中，金属腐蚀过程阴极反应是溶液中氧分子被还原反应，又称吸氧腐蚀n 金属钝化;金属和介质作用后，失去化学活性,使金属更稳定现象金属腐蚀破坏形态：1、全方面腐蚀 2、局部腐蚀 3、应力作用下腐蚀类型 4、微生物腐蚀 全方面腐蚀预防方法：设计时预留足够腐蚀裕量，采取保护性覆盖层，使用缓蚀剂，电化学保护n 非金属无机材料腐蚀原理：硅酸盐中SiO2在碱、氢氟酸、高温磷酸作用，形成可溶性物质，产生腐蚀作用n 有机材料腐蚀类型：物理腐蚀：高分子材料在介质中溶解现象n 化学腐蚀：高分子中极性基团和特定介质发生化学反应，改变材料性能，造成老化或裂解现象。n 微生物腐蚀：不含増塑剂塑料含有很好抗微生物腐蚀能力。n 应力腐蚀：高分子材料在受力状态下，发生物理或化学腐蚀，材料产生裂纹直至断裂现象。 n 设备底部和出口管部署图设备电化学保护包含阴极保护和阳极保护阴极保护时注意事项：介质必需是能导电电解质溶液，钝化金属不宜采取阴极保护，结构复杂金属设备不宜采取阴极保护，氢脆敏感性材料设备不宜采取阴极保护n 阳极保护定义：将金属设备和外加直流电正极连接，进行阳极极化，提升金属设备电极电位，使金属由活化态转入钝化态，减轻或预防金属设备腐蚀。阴极保护和阳极保护比较：n 相同点：同属于电化学保护，被保护金属处于电解质溶液中n 不一样点：适用金属材料种类；n 影响极化保护效果原因n 极化时电位偏移对极化影响n 在强氧化性介质中极化效果n 极化时析氢反应对材料影响n 经济费用和工程管理第三章n 锥形壳薄膜应力结论：n 1.半锥角大，壳体压力越大；n 压力容器设计中不宜采取大锥角n 2.锥体环向应力大于径向应力；n 3.最大应力在锥体大端n 封头分类：第一类：凸形封头 第二类：锥形封头 第三类：平板形封头 n 平板型封头用途：用于压力容器人孔、手孔处设计n 特点：平板受力后，产生弯曲应力较大，远超出薄膜应力。平板弯曲应力和薄膜应力比较n 分析：n 承受均布载荷p圆形平板最大应力Mmax是同直径、同壁厚圆柱壳体承受一样压力p 时产生薄膜应力（2kD/）倍n 通常容器D/50，n 故，相同条件下平板内产生最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力2030倍。n 结论：容器封头应避免使用平板形，避免使用矩形压力容器n C1腐蚀裕量：C1=n（年腐蚀量mm/年，n使用寿命，年）n 机械传动关键方法：齿轮传动，带传动，链传动n 渐开线标准齿轮基础参数：Z：齿数n 链传动部署形式：1）两链轮在同一垂直平面内n ，两轴平行部署n 2）中心线和水平夹角45 3）中心线和水平夹角60 ，应设张紧轮n 机械制造工艺基础方法 n 铸造、压力加工、焊接、金属切削加工和热处理n 焊接基础方法：熔化焊 在金属接头处加热熔化，冷却后焊接在一起。电弧焊、气焊 n 压力焊 在接头处加压焊接。电阻焊、高频焊钎焊 加热而不使金属熔化，只使填充在接头间钎料熔化，依靠钎料将金属连接。n 热量传输三种基础方法 热传导、热对流、热辐射n 导热基础定律：傅立叶定律：qgrad T（3.36）n 式中，n q热流向量，n 方向和温度梯度方向相反n 导热系数，一直为正值 n grad T温度梯度n 物理意义：n 热流向量和温度梯度成正比n 热流向量和温度梯度在等温面上同一法线上，但二者方向相反；温度梯度方向指向温度升高方向；热流向量方向永远沿着温度降低方向n 求出经过平面积为F热量Qn 多层平壁热流量n 圆筒壁热流量Rl:单位长度圆筒壁导热热阻（mC/W）n 凝结换热:将气态转化为液态过程，是蒸汽加热设备中最基础换热过程n 凝结形式：珠状凝结换热系数大；膜状凝结换热系数小n 蒸汽在管内受迫流动时，100200n 水在管内受迫流动时，5001000n 蒸汽凝结时，400015000n 所以，利用流体相改变是强化换热一个有效手段。第四章罗茨鼓风机用途：好氧曝气池供氧；滤池反冲洗；渠道和匀和池搅拌。 使用范围：风量0.25-80m3/min，压力20-50MPa，功率0.75-100kw离心鼓风机 特点：属于恒压风机。离心鼓风机产生压力随进气温度和密度改变而异；当进气量一定时，进气温度越高，产生压力越低。 用途：用于大供气量和变流量场所第五章n 卧式容器支座：鞍座【安装形式：固定式（F）、滑动式（S）一个容器使用两个鞍座必需一个是F式，一个是S式】 ，圈座，支腿n 应用场所：直径大薄壁容器和真空操作容器采取圈座；支腿支座常采取直径小容器。n 立式容器支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座 裙式支座n 应用：中小型容器采取前3种；高大塔设备采取裙式支座n 安全阀特点：泄压后容器可继续工作 无须更换安全阀 n 用途：n 用于锅炉、压缩机、高压容器、管路中避免因压力过高而造成爆炸n 安全阀类型按加载方法n 重锤杠杆式安全阀 n 优点：结构简单，性能不受温度影响n 缺点：易受振动发生泄漏n 用途：适用压力较低，高温无振动场所。n 弹簧式安全阀n 优点：灵敏度高，对振动不敏感。n 缺点：遇高温时弹簧应力松弛，弹力下降n 用途：用于移动式设备，及介质压力脉动固定设备安全阀类型按阀瓣开启高度n 全启式安全阀 n 阀瓣开启度大，介质泄流量大，n 适适用于高压容器，或安全泄放量大中、低压力容器。n 微启式安全阀 n 阀瓣开启度小，介质泄流量较小，维修调整方便。适适用于排泄量小，要求不高场所安全阀类型按排放方法n 全封闭式 排出气体全部搜集，排入排气管，用于介质为易燃、有毒、需要回收场所。n 半封闭式 用于排泄介质无污染情况。n 敞开式 气体全部从阀门顶端排出n 爆破片工作原理 n 利用膜片断裂泄压，泄压后容器被迫停止运行，重新更换爆破片。n 特点：泄压后容器被迫停止运行，必需更换爆破片n 爆破片应用场所1）工作介质为粘性、粉末状物质或结晶2）工作压力可能会忽然上升压力容器，或安全阀排气量小难以立即降压场所。n 3）工作介质为剧毒情况n 4）工作介质是腐蚀性压力容器n 常见布水方法：向下流布水方法：（一）喷洒型 （二）溢流型 （三）冲击型 n 向上流布水方法：大阻力配水，小阻力配水第六章搅拌设备一、用途：在水处理工艺中，搅拌设备关键用于药剂溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。 1、药剂溶解、混合搅拌、促进絮凝体形成； 2、水下搅拌，混合匀质、预防沉淀 按搅拌功效分：混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备等。 机械搅拌设备组成：搅拌器 由搅拌桨、挡（导）流板附件组成 传动装置 由电机、减速器、支架组成 搅拌轴系 搅拌轴、轴承、联轴器第七章n 曝气设备：用途：给水生物预处理（如: 曝气生物滤池）污水好氧生物处理 n 功效：经过曝气装置将氧气转移至曝气池中，供给好氧微生物代谢需氧量，对池内水体进行均匀搅拌混合n 表面曝气设备：原理：设备使水体产生水跃，把大量水滴和片状水幕抛向空中，水和空气充足接触，同时将池底含氧量少水体提升向上环流，不停充氧n 分类：根据转轴方向分 水平轴式转刷、转盘 立轴式表面曝气机 n 微气泡曝气器分类（根据曝气壳材质）：n 刚玉微气泡曝气器、橡胶膜微气泡曝气器、聚乙烯微气泡曝气器、多孔材料（陶粒、粗陶）烧结扩散板（管/罩）n 常见水下曝气机：射流曝气机，泵式曝气机，自吸式螺旋曝气机，水下叶轮曝气机，扬水曝气机第八章换热设备分类：按贮热容积划分n 容积式：特点：含有换热和贮热功效、贮存热水多n 半容积式：特点：换热和贮热分开n 半即热式：特点：自动控温，贮热容积小n 快速式：特点：无贮热调整功效n 按工作原理划分 间壁式n 固体壁面将热媒和被加热冷水隔开，经过对流和热传导传输热量换热设备叫间壁式换热器。 n 热媒能够循环使用 混合式：热媒和被加热水直接接触混合，热媒不循环使用n 传统容积式换热器 功效含有加热、贮备热水两种功效结构由壳体、换热管组成，壳体材料是碳素钢，换热管是无缝钢管、黄铜管 n 工作原理热媒：蒸汽或高温热水，出口温度小于75，底部加热 ，对流传热，存在死水区n 优点 1）含有调整贮备容积，出水温度稳定，供水安全可靠。2）水头损失小，对热媒要求不严，3）结构简单，管理方便n 缺点 传热效果差，容积利用率低，不节能，死水区占2030%，水质易受污染 ，串联运行，占地面积大提升换热设备换热效率路径n 提升传热系数 k 值 n 提升 k 值路径：n 减小管径，降低壁厚，增大换热面积，增大导热系数n 方法：n 改变管径：n 原管径383 423.5n 改为 19 2 252.5n 增加导流和阻流装置，增大2换热系数，提升容积利用系数盘管换热器和U形管换热器比较n 盘管换热器优点 1）提升传热系数 k 值n 盘管传热系数是U形管换热系数 1.4 1.3 倍 2）提升容积利用率：达成 95 3）自动除垢n 盘管换热器缺点 1）热媒易短路 2）汽水换热时易产生噪音 3）管路振动易脱焊n 半容积式换热器内循环泵换热器关键部件 作用：1）提升被加热水经过换热器流速，提升换热系数n 2）克服被加热水流经换热器阻力损失n 3）使加热水在换热器和贮水罐内循环，容积利用率高，可达1004 换热器计算n 平均温差法 式中：n Q换热量n K传热系数 n F换热面积n Tm热媒和被加热水两种流体温差 n 12换热系数 （ w/m2）n 管壁厚导热系数第九章n 压力溶气气浮设备设备组成 加压溶气装置，溶气释放装置，气浮池 n 常见多个格栅：人工格栅n 机械格栅：组成 格栅栅条 清除污物齿耙 机械传动装置n 电机n 带动齿耙运行链条机械格栅分类第十章n 排泥设备分类 n 一、行车式吸泥机 n 二、链板式刮泥除砂机 n 三、中心和周围传动排泥机 n 四、螺旋输送式排泥机 常见排泥设备适用范围n 通常依据池形及池尺寸选择排泥设备n 行车式 用于矩形平流式池形或斜板沉淀池n 中心（周围）传动式用于圆形辐 流式沉淀池n 钢索牵引刮泥机用于斜板沉淀池n 螺旋输送式排泥机用于提升污泥场所n 污泥浓缩和脱水目标 n 降低污泥中含水率，降低污泥体积n 污泥浓缩后含水率9598n 污泥脱水后含水率7585n 污泥脱水设备 n 1带式压滤机 n 2板框压滤机 n 3离心脱水机 n 4真空过滤机 第十一章 常见计量设备一、转子流量计 二、电磁流量计 三、超声流量计 四、质量流量计 五、其它形式计量设备