论述化工机械与设备探讨

　　摘要:笔者根据自己的实际工作经验阐述了机械工业行业发展将呈现分化趋势。对机械设备故障问题进行了探讨，提出一些问题供大家参考.
　　关键词:化工设备，压力容器，故障分析
　　1前言
　　我国化工厂现代化的机械设备中，大多采用高强度金属材料，大型构件在使用某些新工艺的情况下，有时会在应力低于流动极限时发生低应力断裂的现象，或在交变应力作用下，虽然脉冲拉伸的最大应力很低，但其使用寿命比传统疲劳强度计算的寿命小得多。分析表明，构件的整体断裂是由于其原有宏观裂纹的扩展而造成的。在金属加工工艺中，裂纹或缺陷是不可避免的，而传统的材料力学在应力计算中，认为介质是连续的，对裂纹导致的断裂缺乏规律性的分析。
　　2化工设备（ChemicalEquipment）
　　化学工业生产中所用的机器和设备的总称。化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程，实现这些过程所用的机械，常常都被划归为化工设备。化工设备通常可分为两大类：
　　①化工机器。指主要作用部件为运动的机械，如各种过滤机，破碎机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等。
　　②化工设备。指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等）、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子交换设备等。化工机械的划分是不严格的，一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等）在化工部门常被称作化工机械，但同时它们又是各种工业生产中的通用机械。近代化工设备的设计和制造，除了依赖于机械工程和材料工程的发展外，还与化学工艺和化学工程的发展紧密相关。
　　化工产品的质量、产量和成本，在很大程度上取决于化工设备的完善程度，而化工机械本身的特点必须能适应化工过程中经常会遇到的高温、高压、高真空、超低压、易燃、易爆以及强腐蚀性等特殊条件。近代化学工业要求化工机械：①具有连续运转的安全可靠性。②在一定操作条件下（如温度、压力等）具有足够的机械强度。③具有优良的耐腐蚀性能。④密封性好。⑤高效率和低能耗。
　　工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：
　　（1）最高工作压力（Pw）大于等于0.1Mpa(不含液体静压力,下同);
　　（2）内直径(非贺形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积(V)大于等于0.25m3;
　　（3）盛装介质为气体液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体.
　　压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
　　3为了使机械设备的故障诊断更加完善，人们必须应用断裂力学的有关知识对构件的安全进行分析计算。下面列举3个应用断裂力学进行安全评定的实例：
　　实例1：计算压力容器的允许疲劳寿命某合金压力容器，内径D=508mm，壁厚￡=25．4mm。工作压力从零到20．7MPa交替变化，材料流动限σ8=448MPa，断裂韧度Kmc=38．5MNm-3/2，疲劳裂纹亚临界扩展规律为da/dN=0．763×1O．10-10(△Km)3。经探伤发现沿轴向有深2．5mm，长10mm的表面浅裂纹。试按寿命安全系数nN=3计算该容器的允许疲劳寿命。
　　解：(1)计算应力强度因子K1该裂纹可近似视为半无限体内的表面半椭圆浅裂纹，考虑平面应力塑性区，K1的修正表达式为：
　　
　　根据σ/c=2.5/5查资料表21—1序号16中的E(k)表，得E(k)=1．2111
　　当P=20．7MPa时，容器最大环向拉应力=207MPa。将以上各值代入(1)式得：
　　
　　所以，容器在20．7MPa的压力下，有足够的安全储备。
　　(2)求临界裂纹深度a
　　交变应力幅最大环向应力σA=σmax=207MPa临界裂纹深度ac，为：
　　
　　(3)求疲劳寿命N
　　
　　该容器的允许使用寿命[N]为：[N]=N／nk=7097／3=2365次
　　实例2：判断构件的安全性钢板条宽度为40mm，厚度为5mm，其上有一长度为4mm的穿透板厚的边裂纹，裂纹与板条侧边垂直如图示。钢材流动极限σs=500MPa，断裂韧度Kl=110MNm-3/2。若板条受轴向拉力P=60kN，判断断此构件是否安全。
　　
　　解：考虑塑性松驰后等效裂纹的应力强度因子为：
　　
　　该构件有一定量的安全储备，可继续使用一段时间。
　　3结语
　　随着化工机械工业的发展，技术的进步，国家总体经济发展取得了巨大进步，但是化工机械对地球资源、能源等消耗过快、过多，环境污染极为严重，人类健康受到危害，而且也付出了沉痛的环境代价和昂贵的化工机械研制成本代价。因此我国化工装备行业应建立现代工业设计体系，推广产品创新优化设计技术和计算机模拟技术，促进石油化工装备产品升级换代。