水工艺设备.docx

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1、 第一章材料的主要性能：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，指衡量材料抵抗外力导致的变形或不被破坏的能力。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。钢中化学成分及其作用：碳（C）主要元素。碳含量高，钢的强度硬度高，但塑性和韧性低。硫（S）硫含量高，导致“热脆” 磷（P）磷含量高，导致“冷脆” 锰（Mn）减轻硫的危害，提高钢的强度和硬度。硅（Si）能使钢的强度，硬度弹性提高，而塑性，韧性降低。作为合金元素可以提高钢的耐蚀性和耐热性，但过量的硅会降低钢的热加工工艺性能。加工工艺

2、性能指标：铸造性：灰铸铁流动性好，适于铸造。可锻性：金属承受压力加工的能力焊接性切削加工性：材料被切削加工的难易程度热处理：合金钢热处理性能好强度愈高的钢，切削加工性、可锻性、焊接性、冲压性性能较低。普通碳素结构钢（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，钢的强度越高。F沸腾钢，未标是镇静钢优质碳素钢（45钢，35Mn）编号方法是采用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的元素符号碳素工具钢（T12）后面标以数字表示含碳量的千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在编号

3、后面加以A，例如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。常用种类：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，力学性能与钢相类似。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：

4、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：指能抵抗酸和其他腐蚀性介质的钢n 合金钢的牌号：12CrNi3钢 表示，碳的平均含量0.12%，铬低于1.5%，镍含3%钢的分类：n 按质量划分 n 普通钢：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 特殊性能钢钢的编号：n 1）普通碳素钢 n 方法：字母数字并列系统 n Q275 n Q235A F屈服强度235MPa的A级沸腾钢n ABCD表示钢材等级，A最低，D最高n F沸腾钢

5、，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:指铜与锌的合金n 特点：具有一定强度，耐腐蚀性高，铸造性能好。n 用途：n 常用于制造管件、散热器、

6、垫片n H80,H68塑性好，用于冲压成容器。n 青铜指铜与锡、铝、硅的合金。n 普通青铜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更好n 用于制造在蒸汽和海水条件下工作的耐磨损零件。n 硅青铜耐蚀性、耐磨性好 n 纯铝：n 特点：在许多介质中具 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：铝与铜、镁、锌、锰、硅的合金n 防锈铝合金 ：（LF ）耐腐性能高，代替不锈钢；n 铸造铝合金：（ ZL）制造阀门、泵、离心机。蒙乃尔合金镍铜

7、合金，具有良好的力学性能和机械性能，水工艺中应用较多。n 陶瓷性能的主要特点：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 陶瓷的主要缺点：脆性大、抗拉、抗弯性能差、对温度剧变的抵抗力低n 添加剂作用：改善材料性能n 填料：提高塑料的力学性能；n 增塑剂：降低材料的硬度和脆性，增强可塑性；n 稳定剂：延缓塑料的老化；n 固化剂：加快塑料的固化速度，提高机械强度；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的金属或非金属材料复合而成的一种新型材料。 n

8、水工艺设备常用材料选择原则：1）满足力学性能要求 具有一定强度、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，经济等方面因素第二章n 金属腐蚀原理：（一）金属的化学腐蚀1、金属氧化 2、钢铁的气体腐蚀 （二）金属的电化学腐蚀 1、电化学腐蚀原理2、极化现象 3、去极化作用4、金属的钝化n 氧化膜的作用 ：金属氧化后在表面形成一层氧化物固相膜，保护金属防止继续氧化。氧化膜厚度与温度有关。温度越高，氧化膜越厚n 保护性氧化膜的条件 1）金属表面的氧化膜致密完整，2）氧化膜具有一定强度和塑性；3）氧化膜稳定，不易脱落。n 脱碳现象：钢

9、中的渗碳体Fe3C与O2、H2、CO2和水反应，使渗碳体减少的现象。n 氢蚀：温度200300，压力30.4MPa时，氢气使钢产生剧烈脆化的现象。n 电极电位较低的金属形成阳极 n 不断溶解，产生腐蚀，阳极上多余的电子由金属内部流向电极电位较高的阴极n 电极电位较高的金属形成阴极极化现象：指原电池由于电流通过，使阴极和 阳极电位偏离起始电位值产生过电位的现象。n 极化的结果：极化使阳极电位升高，使阴极电位下降，使两电极的电位差减小 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 析氢腐蚀的影响因素：金属材料的性状n 材料与表面状态不同，氢过电位值不同。n 氢过电位值低，加速腐蚀。

10、n 溶液的pH值n pH值低，H离子浓度高， EH升高，加速金属腐蚀n 阴极区的面积n 阴极区面积增大，氢过电位小，阴极极化率降低，析氢加速，腐蚀速度加快；n 温度n 温度升高，氢过电位减小，阴阳两极电极反应加快，腐蚀速度加快。n 氧去极化腐蚀：在中性和碱性溶液中，金属腐蚀过程的阴极反应是溶液中的氧分子被还原反应，又称吸氧腐蚀n 金属的钝化;金属与介质作用后，失去化学活性,使金属更稳定的现象金属的腐蚀破坏形态：1、全面腐蚀 2、局部腐蚀 3、应力作用下的腐蚀类型 4、微生物腐蚀 全面腐蚀的预防措施：设计时预留足够的腐蚀裕量，采用保护性覆盖层，使用缓蚀剂，电化学保护n 非金属无机材料的腐蚀原理：

11、硅酸盐中的SiO2在碱、氢氟酸、高温磷酸作用，形成可溶性的物质，产生腐蚀作用n 有机材料腐蚀的类型：物理腐蚀：高分子材料在介质中溶解的现象n 化学腐蚀：高分子中极性基团与特定的介质发生化学反应，改变材料的性能，造成老化或裂解的现象。n 微生物腐蚀：不含増塑剂的塑料具有较好的抗微生物腐蚀的能力。n 应力腐蚀：高分子材料在受力状态下，发生的物理或化学腐蚀，材料产生裂纹直至断裂的现象。 n 设备底部与出口管的布置图设备的电化学保护包括阴极保护和阳极保护阴极保护时的注意事项：介质必须是能导电的电解质溶液，钝化的金属不宜采用阴极保护，结构复杂的金属设备不宜采用阴极保护，氢脆敏感性材料的设备不宜采用阴极保

12、护n 阳极保护定义：将金属设备与外加直流电的正极连接，进行阳极极化，提高金属设备的电极电位，使金属由活化态转入钝化态，减轻或防止金属设备的腐蚀。阴极保护与阳极保护比较：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 不同点：适用的金属材料种类；n 影响极化保护效果的因素n 极化时电位偏移对极化的影响n 在强氧化性介质中的极化效果n 极化时的析氢反应对材料的影响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用大锥角n 2.锥体的环向应力大于径向应力；n 3.最大应力位于锥体的大端n 封头分类：第一类：凸形封头 第二类：锥形

13、封头 第三类：平板形封头 n 平板型封头用途：用于压力容器的人孔、手孔处设计n 特点：平板受力后，产生弯曲应力较大，远超过薄膜应力。平板弯曲应力与薄膜应力的比较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同样压力p 时产生的薄膜应力的（2kD/）倍n 一般容器D/50，n 故，同等条件下平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的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 机械传动主要方式：齿轮传动，带传动，链传动n 渐开线标准齿轮的基本参数：Z：齿数n 链传动的布置形式

14、：1）两链轮位于同一垂直平面内n ，两轴平行布置n 2）中心线与水平夹角45 3）中心线与水平夹角60 ，应设张紧轮n 机械制造工艺基本方法 n 铸造、压力加工、焊接、金属切削加工和热处理n 焊接基本方法：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，只使填充在接头间的钎料熔化，依靠钎料将金属连接。n 热量传递的三种基本方式 热传导、热对流、热辐射n 导热基本定律：傅立叶定律：qgrad T（3.36）n 式中，n q热流向量，n 方向与温度梯度方向相反n 导热系数，始终为正值 n grad T温度梯度n 物

15、理意义：n 热流向量与温度梯度成正比n 热流向量与温度梯度位于等温面上同一法线上，但两者方向相反；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 求出通过平面积为F的热量Qn 多层平壁热流量n 圆筒壁热流量Rl:单位长度圆筒壁的导热热阻（mC/W）n 凝结换热:将气态转化为液态的过程，是蒸汽加热设备中最基本的换热过程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，利用流体相变化是强化换热的一种有效手段。第四章罗茨鼓风机用途：好氧曝气池供氧；滤池反冲洗；渠

16、道和匀和池的搅拌。 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变化而异；当进气量一定时，进气的温度越高，产生的压力越低。 用途：用于大供气量和变流量场合第五章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须一个是F式，一个是S式】 ，圈座，支腿n 应用场合：直径大的薄壁容器和真空操作容器采用圈座；支腿支座常采用直径小的容器。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：中小型容器采用前3种；高大塔设备采用裙式支座n 安全阀特点

17、：泄压后容器可继续工作 不必更换安全阀 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导致爆炸n 安全阀类型按加载方式n 重锤杠杆式安全阀 n 优点：构造简单，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，高温无振动场合。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，及介质压力脉动的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，介质的泄流量大，n 适用于高压容器，或安全泄放量大的中、低压力容器。n 微启式安全阀 n 阀瓣开启度小，介质的泄流量较小，维修调节方便。适用

18、于排泄量小，要求不高的场合安全阀类型按排放方式n 全封闭式 排出的气体全部收集，排入排气管，用于介质为易燃、有毒、需要回收的场合。n 半封闭式 用于排泄介质无污染的情况。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，必须更换爆破片n 爆破片的应用场合1）工作介质为粘性、粉末状物质或结晶2）工作压力可能会突然上升的压力容器，或安全阀的排气量小难以及时降压的场合。n 3）工作介质为剧毒的情况n 4）工作介质是腐蚀性的压力容器n 常用的布水方式：向下流布水方式：（一）喷洒型 （二）溢流型 （三）冲

19、击型 n 向上流布水方式：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，搅拌设备主要用于药剂的溶解、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、防止沉淀 按搅拌功能分：混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备等。 机械搅拌设备的组成：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 功能：通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

20、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，水与空气充分接触，同时将池底含氧量少的水体提升向上环流，不断充氧n 分类：按照转轴方向分 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（按照曝气壳材质）：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 常用水下曝气机：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：具有换热与贮热功能、贮存热水多n 半容积式：特点：换热与贮热分开n 半即热式：特点：自动控温，贮热容积小n 快速

21、式：特点：无贮热调节功能n 按工作原理划分 间壁式n 固体壁面将热媒和被加热的冷水隔开，通过对流和热传导传递热量的换热设备叫间壁式换热器。 n 热媒可以循环使用 混合式：热媒和被加热水直接接触混合，热媒不循环使用n 传统的容积式换热器 功能具有加热、贮备热水两种功能构造由壳体、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）具有调节贮备容积，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

22、易受污染 ，串联运行，占地面积大提高换热设备的换热效率的途径n 提高传热系数 k 值 n 提高 k 值的途径：n 减小管径，降低壁厚，增大换热面积，增大导热系数n 措施：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，提高容积利用系数盘管换热器与U形管换热器的比较n 盘管换热器优点 1）提高传热系数 k 值n 盘管传热系数是U形管换热系数的 1.4 1.3 倍 2）提高容积利用率：达到 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的核心部件 作用

23、：1）提高被加热水通过换热器流速，提高换热系数n 2）克服被加热水流经换热器的阻力损失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 换热器的计算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热媒与被加热水两种流体的温差 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 常见几种格栅：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 带动齿耙运行的链条机械格栅的分类第十章n 排泥设备的分类 n 一、行车式吸泥机 n 二、链板式刮泥除砂机 n 三、中心与周边传动排泥机 n 四、螺旋输送式排泥机 常用排泥设备的适用范围n 通常根据池形及池的尺寸选择排泥设备n 行车式 用于矩形平流式池形或斜板沉淀池n 中心（周边）传动式用于圆形的辐 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合n 污泥浓缩与脱水的目的 n 降低污泥中含水率，减少污泥体积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 常用的计量设备一、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