炼油化工设备基础知识

1、炼油化工设备基础知识第一章 液体输送设备第一节 概述在石油和化工生产装置中，流体输送是必不可少的单元操作。做功以完成输送任务的机械或设备称为“流体输送设备”。流体输送设备是石油、化工和其它领域最常用的机械设备。生产上对流体输送的要求差别很大，输送的流体流量和扬程各不相同；流体种类繁多、性质千差万别；温度、压力等操作条件也有较大的差别。为了适应生产上各种不同的要求，所以输送设备的型式种类是多种多样的，规格更是十分广泛，常见的如泵、风机、压缩机等。泵通常是指为液体提供能量的流体输送设备。泵的种类很多，其中离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等诸多优点，因此离心泵是工业生产

2、中应用最为广泛的一种液体输送设备。除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。据统计，在石油、化工生产装置中，离心泵的使用量占泵总量的7080。第二节 泵的分类及特点离心泵的类型很多：按叶轮数目可分为单级泵（只有一个叶轮）和多级泵（有两个以上的叶轮，级数越多，扬程越高）；按叶轮进液方式可分为单吸式（液体从一侧进入叶轮）和双吸式（液体从叶轮两侧吸入，吸入性能较好，多见于大流量的离心泵）；按泵壳剖分形式可分为水平剖分泵和垂直于泵轴剖分泵；按泵壳的结构还可分为蜗壳式泵（具有像蜗牛壳形状的泵壳）和透平式泵（在叶轮外围安装有

3、几个固定叶片的泵，用于多级泵）。此外，按泵扬程的大小分为低压泵（扬程小于20米水柱）、中压泵（20160米水柱）和高压泵（高于160米水柱）；按泵转速的高低分为普通离心泵和高速离心泵；桉输送介质不同又分为水泵、轻烃泵、油泵以及耐腐蚀泵等；按用途可以分为进料泵、循环泵、回流泵、塔底泵或重沸器泵、产品泵等；按密封形式分为屏蔽泵、磁力泵和外加密封泵等。2.1 离心泵的分类按离心泵的结构分类，见表1.2.1表1.2.1 泵按结构分类分类方式类 型特 点图 例按吸入方式单吸泵液体从一侧流入叶轮，存在轴向力图1.2.1双吸泵液体从两侧流入叶轮，不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加一倍图1.2.2按级数单

4、级泵泵轴上只有一个叶轮图1.2.1多级泵同一根泵轴上装两个或多个叶轮，液体依次流过每级叶轮，级数越多，扬程越高图1.2.3按泵轴方位卧式泵轴水平放置图1.2.1、1.2.2、1.2.3立式泵轴垂直于水平面图1.2.4按壳体型式分段式泵壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接图1.2.2中开式泵壳体在通过轴心线的平面上剖分蜗壳泵装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式悬臂离心泵图1.2.1特殊结构潜水泵泵和电动机制成一体浸入水中 液下泵泵体浸入液体中图1.2.4管道泵泵作为管路一部分，安装时无需改变管路屏蔽泵（磁力泵）叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，或采用磁力驱动方式

5、，将动密封改为静密封，不需采用密封结构，属于无泄漏泵图1.2.5图1.2.1 单级单吸卧式泵图1.2.2 双吸泵1泵盖；2泵壳；3叶轮；4轴；5密封环；6轴套；7密封组件；8轴承图1.2.3 多级泵1吸入段；2中段；3平衡盘；4轴；5轴承；6首级叶轮；7密封环；8末级叶轮；8密封组件图1.2.4 液下泵按离心泵的工作介质分类，见表1.2.2。表1.2.2 按工作介质分类类 型特 点水泵清水泵最常用的离心泵，采用铸铁泵，填料密封锅炉给水泵(1)泵的压力较高，要求保证法兰连接的紧密性；(2)应防止泵进口处产生汽蚀，过流部件应采用抗腐蚀性和抗电化学腐蚀的材料；(3)防止温度变化引起不均匀变形热水循环

6、泵(1)吸入压力高，温度高，要求泵的强度可靠；(2)填料函处于高压、高温下，应考虑减压和降温；(3)如采用端吸式悬臂泵时，由于轴向推力大，要求轴承可靠凝结水泵(1)对泵的汽蚀性能要求高，常采用加诱导轮或加大叶轮入口直径和宽度的方法改善泵的汽蚀性能；（2）泵运转易发生汽蚀，过流部件有时采用耐汽蚀的材料(如硬质合金、磷青铜等)；(3)填料函处于负压下工作，应防止空气侵入油泵通用油泵(1)油品往往易燃易爆，要求泵密封性能好，常采用机械密封，采用隔爆电动机；(2)泵的材质和结构上应考虑耐腐和耐磨；(3)为保证泵的连续可靠运转，应采取专门的冷却、密封、冲洗和润滑等措施冷油泵当粘度20mm2s(20cSt

7、)时，应考虑粘度对泵性能的影响热油泵(1)应考虑各零部件的热膨胀，必要时采取保温措施；(2)过流部件采用耐高温材料；(3)要求第一级叶轮的吸入性能好；(4)轴承和轴封处要冷却；(5)开泵前应预热(常用热油循环升温来加热泵，一般泵体温度不应低于入口温度40)液态烃泵(1)泵吸入压力高，应保证泵体的强度和密封性；(2)要求第一级叶轮的吸入性能好；(3)因液态烃易泄漏引起结冰，因此对轴封要求高，不允许泄漏；(4)泵内应防止液态烃气化，并保证能分离出气体；(5)选配电动机时应考虑装置开工试运转时的功耗，或采取限制泵试运转流量的措施，以免产生电机过载油浆泵(1)由于介质中含固体颗粒，过流部件应采用耐磨蚀

8、的材料和结构；(2)为防止固体颗粒进入轴封，含颗粒较少时，可采用注入比密封腔压力高的清洁液冲洗轴封，含颗粒较多时一般采用付叶轮(或背叶片)加填料密封的轴封结构耐腐蚀泵通用特点：(1)用于输送酸、碱及其它腐蚀性化学药品，过流部件应采用耐腐蚀材料；(2)结构上应考虑到不耐蚀零部件(如托架)的防腐；(3)密封环间隙比水泵应大些；(4)应避免在小流量下工作，以免液体温度升高加剧腐蚀；(5)停车时应及时关闭吸入阀，或采用停车密封，以免介质漏出泵体。耐蚀金属泵(1)常用的耐蚀金属泵，其过流部件的材质有：普通铸铁、高硅铸铁、不锈钢、高镍合金钢、钛及其合金等，应根据介质特性和温度范围选用不同的材质；(2)高镍

9、合金钢、钛及其合金的价格高，一般应避免选用；(3)耐蚀金属泵的耐温、耐压及工作稳定性一般优于非金属泵非金属泵(1)非金属泵过流部件的材料有：聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙烯、F46、氟合金、PVDF、超高分子量聚 乙烯、石墨、陶瓷、搪玻璃、玻璃等。应根据介质的特性和温度范围选用不同材质；(2)般非金属泵的耐腐蚀性能优于金属，但非金属泵的耐温、耐压性能一般比金属泵差。常用于流量不大、且温度较低、使用压力较低的场合杂质泵(1)输送含有固体颗粒的浆液、料浆、污水、渣浆的泵总称为杂质泵。其过流部件应采用耐磨蚀的材料和结构；(2)为防止堵塞，采用较宽的过流通道，叶轮的叶片数少，采用开式或半开式叶轮；(3)轴封处

10、应防止固体颗粒的侵入，含颗粒较少时，可采用注入比密封腔压力高的清洗液冲洗轴封。含颗粒较多时，可采用副叶轮(或背叶片)加填料密封(或带冲洗机械密封)的轴封结构第二章 气体压缩及输送设备第一节 压缩机的分类与应用在石油化工装置中广泛地使用气体压缩机来输送气体和提高气体的压力。压缩机种类繁多，按其工作原理可分为速度式和容积式两大类。如图2-1所示。图2-1 压缩机的分类速度式（也称透平式）压缩机是依靠高速旋转的工作叶轮，将机械能传递给气体介质，并转化成气体的压力能。容积式压缩机依靠容积的周期性变化来实现气体的增压和输送。根据用途进行分类，如氢气压缩机，空气压缩机，裂解气压缩机，乙烯压缩机等。按出口压

11、力pd又可分为：通风机，pd0.0142MPa；鼓风机，0.0142MPapd0.245MPa；压缩机，pd0.245MPa。压缩机由于在原理和结构上的差别，使得在性能特点方面各有不同，各类压缩机的适用范围如图2-2所示。 第三章 蒸汽轮机基础知识第一节 概述一、概述汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，它的优点是功率大、效率高、结构简单、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小、防爆等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。正因为这些优点，蒸汽轮机在炼油厂得到了广泛的应用。二、汽轮机的种类蒸汽轮机的种类繁多，根据其工作原理、性能、结构特

12、点等，可按如下几方面进行分类。分类名称说明按工作原理分冲动式汽轮机蒸汽主要在喷嘴叶栅内膨胀反动式汽轮机蒸汽在静叶栅与动叶栅内膨胀按所具的级数分单级汽轮机通流部分只有一个级多级汽轮机通流部分有两个以上的级按蒸汽在汽轮机内流动的方向分轴流式汽轮机蒸汽流动方向与轴平行辐流式汽轮机蒸汽流动方向与轴垂直周流式汽轮机蒸汽流动方向沿圆周流动按汽轮机热力系统特征分类凝汽式汽轮机排汽压力低于大气压力抽汽背压式汽轮机排汽压力高于大气压力，中间有抽汽背压式汽轮机排汽压力高于大气压力按用途分电站汽轮机用于发电工业汽轮机用于带动泵、压缩机泵船用汽轮机作为船舶的动力装置按汽轮机进汽压力分低压汽轮机1.21.5MPa中压汽

13、轮机24 MPa次高压汽轮机56 MPa高压汽轮机612 MPa超高压汽轮机1214 MPa按转速分低速汽轮机n3000转/分中速汽轮机n3000转/分高速汽轮机n3000转/分第四章 换热设备换热器或称热交换器，是石油、化工、生产中重要的化工设备之一。它在石油、化工厂建设总投资中约占20，在全厂化工设备总重量中约占40。第一节 换热设备的分类及工作原理1、换热设备的分类将一温度较高的热流体的热量传给另一温度较低的冷流体的设备叫换热设备。两种温度不同的流体通过热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满足各自的需要。换热设备的形式很多，按用途可分为加热器、冷却器、冷凝器和重沸器。主要用于加

14、热物料的叫加热器；用水等冷却剂来冷却物料的则叫冷却器，象分馏塔的馏出线冷却器等；热的流体是气态，经过换热后被冷凝成为液态的称为冷凝器，如分馏塔塔顶汽油冷凝器等；一种液体被加热而蒸发成为气态的叫重沸器(再沸器)或汽化器。按换热设备的结构可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器的传热面由管子表面构成，即冷热流体之间以管壁做间壁，如管壳式、套管式、翅管式等。板式换热器的传热面由板面构成，即冷热流体之间以板做间壁，如螺旋板式、平板式等。换热设备的常用材料主要是钢材，其次是铝、铜等。也有一些是用非金属材料制造的换热设备，如石墨、聚四氟乙烯等，它们大多具有耐高、低温及耐腐蚀等特殊性能。第二节 总体结构与壳

15、程流路典型的管壳式换热器如图62、63所示，图中与各件号相应的零部件名称见表62。图62 AES、BES浮头式换热器（零件名称见表62）图63 BEM立式固定管板式换热器（零件名称见表62）表62 零部件名称 我们把设有管程进出口接管的一端称为前端管箱（对于浮头式换热器，也称为固定端管箱），与此相对的另一端称为后端（但有时也在后端设管程的进出口）。图62为卧式浮头换热器。图左边的固定端管箱部分，以中心线为界表示了两种不同的结构，上半部是平盖式管箱，平盖用法兰与管箱相连，可以拆卸；下半部是封头式管箱，封头不能单独拆卸。圈63为立式固定管板换热器。管壳式换热器的壳程，设有多个折流板（图62件号11

16、），其目的是使壳程流体循序横向掠过管束，充分的与管内流体作错流换热。由于结构与制造上的原因，折流板管孔与换热管之间存有间隙，折流板与壳体之间亦有间隙。此外，换热管排列在管板上不可能完全均匀，在外周以及与管程的分程隔板相对应的地方要排得稀疏一些。因此，壳程流体除了横掠管束的主流一错流流路B（见图64）之外，还存在着A、C、E、F四种漏流流路与旁流流路。在这些流路中的流体，较少与换热管接触，没有足够的换热条件，因此影响了整个换热器的效率。图64 壳程流路第五章 塔设备第一节 概述在石油炼制工业中，各种塔设备占有重要的地位，塔设备的性能对于整个装置的产品质量、生产能力、能量消耗以及三废处理和环境保护

17、等各个方面都有重大影响。塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。为了便于比较，从不同的角度对塔设备进行分类。如按塔设备的用途可分为：1. 分馏塔也称蒸馏塔，炼化厂中的分馏塔也叫精馏塔，其作用是将液体混合物的各种组分分离出来。如常减压装置常压塔和减压塔、加氢裂化装置主汽提塔和分馏塔等，可将原料油分割成汽油、石脑油、煤油、柴油及润滑油等产品。 2. 吸收塔、解吸塔通过溶剂来溶解、吸收气体的塔是吸收塔；将吸收液用加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的叫解吸塔。例如催化裂化装置中的吸收解吸塔、加氢裂化装置燃料气脱硫塔和溶剂再生塔等。3. 抽提塔通过溶剂将液体混合物中某种（些

18、）组分有选择地溶解、萃取出来的塔叫抽提塔。4. 洗涤塔用水来除去气体中无用的组分或固体尘粒，称为水洗塔，同时还有一定的冷却作用。如按塔设备的结构可分为两大类：板式塔：如图2-1所示，塔内设有一层层相隔一定距离的塔盘，每层塔盘上液体与气体互相接触传热传质后又分开，气体继续上升到上一层塔盘，液体继续流到下一层塔盘上。依照塔盘的结构形式，板式塔可分为圆泡帽塔、槽形塔盘塔、S形塔盘塔、浮阀塔、喷射塔、筛板塔等，板式塔常用做分馏塔和抽提塔。在板式塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈阶梯式变化。填料塔：如图2-2所示，内充填有各种形式的填料，液体自上而下流动，在填料表面形成许多薄膜，使自下而上的气体，在经过填料

19、空间时与液体具有较大的接触面积，以促进传质作用。填料塔的结构比板式塔简单，而填料的形式繁多，常用的填料有：拉西环、鲍尔环、蜂窝填料、鞍形填料和丝网填料等。填料塔常用做吸收塔、解吸塔和洗涤塔。在填料塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈连续变化。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（或汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，塔设备还得考虑以下各项要求：1）生产能力大。在较大的气（或汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带或液泛等破坏正常操作的现象。2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（或汽）液负荷有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且应保证能长期连续操作。3）流体流动的阻

20、力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗（具体以泵的功耗来体现），以降低生产操作费用。4）结构简单、材料耗量小、制造和安装容易。这可以减少投资、维修费用。5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。应该指出，事实上，对于任何一种塔型，都不可能完全满足上述的所有要求，仅仅是在某些方面具有独到之处。第六章 容器第一节 压力容器定义在石油化工领域，容器是指储存设备和其它各种设备的外壳。按容器所承受压力的高低又可分为常压容器和压力容器两大类，但两者之间的压力分界是人为规定的，因此在不同规范中其数值可能略有差异。一般压力容器是指同时具备下列三个条件的容器：1. 最高工作压力0.1M

21、Pa（不含液体静压力，下同）；2. 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）0.15m，且容积0.025m3；3. 盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于等于标准沸点的液体。第二节 压力容器分类按压力容器的设计压力分为：低压、中压、高压、超高压四个压力等级，具体划分如下：（1）低压 0.1MPaP1.6MPa，代号为“L”（2）中压 1.6MPaP10MPa，代号为“M”（3）高压 10MPaP100MPa，代号为“H”（4）超高压 P100Mpa，代号为“U”按压力容器的压力等级、品种、介质毒性程度和易燃介质的划分，压力容器划分为三类： 1.下列情况之一的，为第三类压力容器：（1） 高压容器；（

22、2） 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3） 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于10MPam3）；（4） 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于0.5MPam3）；（5） 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPam3）；（6） 高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压搪玻璃压力容器；（8） 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540 Mpa）的材料制造的压力容器；（9） 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车和罐式集装箱等；（10） 球形储罐

23、（容积大于等于50 m3）；（11） 低温液体储存容器（容积大于等于5 m3）。2.下列情况之一的，为第二类压力容器：（1） 中压容器；（2） 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3） 低压反应容器和低压存储容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；（4） 低压管壳式余热锅炉；（5） 低压搪玻璃压力容器。3.低压容器为第一类压力容器（1、2规定的情况除外）。按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。具体划分如下：1. 反应压力容器(代号R)：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、发生器、反应釜、分解塔、聚

24、合釜、合成塔、高压釜、交换炉等；2. 换热压力容器(代号E)：要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、消毒锅、溶剂预热器等；3. 分离压力容器(代号S)：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如缓冲器、分离器、过滤器、吸收塔、洗涤器、干燥塔、集油器等；4. 储存压力容器(代号C)：主要是用于存储、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分标准。压力容器中化学介质毒性程度和易燃介质的划分参照HG20660压力容器中化学介质

25、毒性危害和爆炸危险程度分类的规定。无规定时，按下述原则确定毒性程度：1. 极度危害（级） 最高容许浓度0.1mg/m3；2. 高度危害（级）最高容许浓度0.11.0mg/m3；3. 中度危害（级） 最高容许浓度1.010mg/m3；4. 轻度危害（级） 最高容许浓度10mg/m3。第七章 管式加热炉第一节 概述一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质（固体或流体）加热，这样的设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。本章所论述的“管式加热炉”，是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其他工业炉所没有的

26、若干特点。管式加热炉的特征是：(l)被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。(2)加热方式为直接受火式。(3)只烧液体或气体燃料。(4)长周期连续运转，不间断操作。管式加热炉最初是作为取代炼油“釜式蒸锅”的工艺设备而发明的，它的诞生在炼油工业的历史上是划时代的事件，使炼油工艺从古老的间歇式釜式蒸馏进人到近代的“连续管式蒸馏”方式，从此开始逐步得到发展。所以管式加热炉也被叫做“管式釜”。炼油工业采用管式加热炉始于1910年左右，最初出现的是“堆形炉”。它参考釜式蒸锅的原理，吸热面为管束，管子间的联接弯头也置于炉中，由于燃烧器直接装在管束下方，此种炉各排管子的受热强度极不均匀，底排管常常烧穿，管间联接弯头也易松漏引起火灾。当时认为这是因为辐射热太强了，于是便出现了纯对流炉。纯对流炉全部炉管都装在对流室内，用隔墙把对流室与燃烧室分开，避免炉管受到火焰的直接冲刷。然而，在操作中又发现对流室顶排管经常烧坏，而且炉管受热仍然很不均匀。这是因为高温烟气在进入对流室之前未能和一个吸热面换热，在对流室入口处温度仍能高达1000左右。后来