石油化工设备基本概况

1、第一节管道的基本知识一、管道的分类管道的分类很多，大致按以下几种方法进行。（一）按用途分类（1）输送和传送，在我国可分为流体输送、长输（输油气）管道、石油裂化、化肥、锅炉、换热器。在日本可分为普通配管用、压力配管用、高压用、高温用、高温耐热用、低温用、耐腐蚀用等。（2）结构，通常分为普通结构用、高强度结构用、机械结构用等。（3）特殊用，例如钻井用、试锥用、高压气体容器用等。（二）按材质分类表2.1.1管子按材质分类（三）按使用条件分a水煤气输送管；b.无缝钢管；c裂化用无缝钢管；锅炉用无缝钢管；高压无缝钢管；不锈钢无缝钢管；其他特殊条件钢管。（四）根据介质压力分类根据介质压力的分类见表2.1.

2、2。表2.1.2管道按介质压力分类表序号名称公称压力（pN），Mpa1低压管道0.1VPn1.62中压管道1.6WPn10.03高压管道10.0WPn450（六）一般工业管道工程的分类一般工业管道工程的分类按工业管道工程施工及验收规范GBJ23582的规定，见表2.1.4。表2.1.4一般工业管道工程的分类材质工作温度。C工作压力MPaIIIIIIIVV碳素钢W37010324101.64W1.6370104101.64W1.6一合金钢及不锈钢W-70或三450任意一一一一-70450104101.64W1.6一铝及铝合金任意一一一W1.6一铜及铜合金任意104101.64W1.6一注：1剧毒

3、介质的管理按I类管道。2.有毒介质，甲、乙类火灾危险的管道均应升一类。（七）剧毒、易燃、可燃介质的管道分类关于剧毒、易燃与可燃介质的管道分类，中国石油化工总公司根据行业的需要，并参考国外先进标准，作了如表2.1.5的规定，详见石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范（SHJ501-85）。表2.1.5剧毒、易燃、可燃介质的管道分类管道级别运用范围A剧毒介质管道设计压力大于或等于10Mpa的易燃，可燃介质管道B介质闪点低于28C的易燃介质管道介质爆炸下限低于5.5%的管道操作温度高于或等于介质自燃点的C级管道C介质闪点2860C的易燃、可燃介质管道介质爆炸下限高于或等于5.5%的管道注：1

4、.剧毒介质是指被人吸如或与人体接触时，进入人体的量小于或等于4g，即会引起肌体严重损伤或致死，即使迅速采取治疗措施也不能恢复健康的物质，如氟、氢氟酸、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酰氟、丙烯腈以及设计规定为剧毒介质的物质。注：GB5044标准将介质的毒性程度分为四级，其最高允许浓度分别为:2.易燃介质是闪点低于或等于45C的液体，可燃介质是指闪点高于45C的液体。二、压力管道的定义及分类压力管道安全管理与监察规定明确指出：压力管道是指在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备，它具体指具有下列属性的管道。（1）输送GB5044职业性接触毒物危害程度分级中规定的毒性程度为极度危害介质

5、的管道；（2）输送GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道；（3）最高工作压力大于等于0.1MPa（表压，下同），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道；（4）最高工作压力大于等于0.1MPa,输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道。（5）前四项规定的管道的附属设施及安全保护装置等。为了便于“规定”能很好得以执行，就象压力容器那样将压力管道按不同的操作工况和不同的用途进行分类，分别管理。在作为压力管道技术法规的压力管道安全技术监察规程出台之前。中石化总公司的压力管道设计单位认证与管理办法中率

6、先提出了压力管道的分类办法，它分为六大类，其中后三类各自自成体系，不再冠于序号，具体内容如下：第一类：（1）输送毒性程度为极度、高度危害的介质管道（苯除外）；（2）设计压力为35.0Mpa三P210.0MPa的管道；第二类：（1）设计压力Pv10.0MPa输送甲、乙类可燃气体，甲A类液化烃，甲B类、乙A类可燃液体介质管道；（2）工作温度高于闪点的可燃液体介质管道；（3）设计压力P24.0MPa无毒，不可燃介质管道（不含介质（不含介质为水的液体管道）；第三类：（1）乙B类、丙类可燃液体管道；（2）设计压力P21.6MPa,不可燃介质管道（不含介质为水的液体管道）；（3）设计压力P20.1MPa输

7、送介质为气（汽）体，有毒、有腐蚀性或工作温度大于等于标准沸点的液体管道；（第四类）：超高压管道，即设计压力P35.0MPa的管道；（第五类）：长输管道；（第六类）：公用燃气管道。极度危害（I级）0.1mg/m3；高度危害（II级）0.11.0mg/m3；中度危害（III级）1.010.0mg/m3；轻度危害（IV级）10.0mg/m3。四、钢管适用范围及材质（1）输送流体用无缝钢管（GB8163-87）规格尺寸范围：热轧外径32630，冷拔外径6200；材料：10#（适用于-20450C）、20#（适用于-20450C）、09MnV（适用于-70100C）、16Mn（适用于-40450C）。（

8、2）石油裂化用无缝钢管（GB9948-88）适用于炉管、换热器管和配管用。规格尺寸范围：外径10273材料：10#、20#（适用于炉管、换热器管和配管用）；12CrMo（适用于-40525C）、15CrMo（适用于-40550C）；Cr2Mo、Cr5Mo（适用于-40600C）；lCrl9Ni9、lCrl9NillNb（适用于-196700C）。（3）低中压锅炉用无缝钢管（GB3087-82）规格尺寸范围：10426适用于低碳钢制造的各种结构锅炉用的过热蒸汽、沸水管等。材料：10g、20g（适用于低碳钢制造的各种结构锅炉用的过热蒸汽、沸水管等）。（4）高压无缝钢管（GB6479-86）规格尺寸

9、范围：外径X壁厚14X4-273X40材质：10、20g、16Mn、15MnV、10MnWVNb、12CrMo、1Cr5Mo（适用于-40400C、1032MPa的化工设备和管道）。（5）不锈钢无缝钢管（GB2270-80）规格尺寸范围：热轧、热挤压外径54480，冷拔外径6200材质：0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr17Ti、1Cr25Ti、0Cr18Ni9Ti、00Cr18Ni10、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr21Ni5Ti、00Cr17Nil4Mo2、00Cr17Nil4Mo3、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni12Mo

10、3Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr23Nil8、1Cr18Ni11Nb。（适用于-20600C,-196700C）（6）水煤气输送管适用于输送水、压缩空气、煤气、乏汽、冷凝水及采暖系统的管道。分为镀锌管和不镀锌管。管道连接有以下几种：焊接：所有压力管道尽量采用焊接，管径大于32mm厚度在4mm以上采用电焊；管径在32mm以下，厚度在3.5mm以下采用气焊。法兰：适用于一般管径，密封性要求高的管子连接。丝扣：适用于管径小于65mm，工作压力小于0.4Mpa,工作温度100C以下的管线。活接头：适用于需经常拆洗的物料管道。其他连接：如水泥、砂浆的接口管。第二

11、节管配件管子之所以能连接达到各种不同工艺要求，是和各种配件密不可分的。因此，有必要对管配件作一个简单的介绍。一、弯头弯头用于改变流体的流动方向，可以分以下几类。(1)无缝弯头；(2)冲压焊接弯头；(3)焊制弯头，即虾米腰。还可以分为：长半径弯头：用于逐步改变流体流动方向(R=1.5Dg)；短半径弯头：用于迅速改变流体流动方向(R=1Dg)。根据流体改变的方向可以分为：90直角弯头；45弯头(135弯头)；180弯头。由于弯头使流体改变方向，所以流体对弯头的冲刷很大，致使管壁减薄迅速，为确保安全，在配管时，弯头壁厚应比管壁厚0.5-1mm左右。二、大小头大小头目的是为了连接两种不同直径的管子，可

12、以分为以下几类：无缝大小头：包括同心和异心两种；(2)焊接大小头；(3)高低压大小头：适用于压力320kg/cm2或220kg/cm2减压后的压力W25kg/cm2的变径管道上，两端通常用法兰连接。按规定，大小头尺寸表示方法应该先写最大的口径，然后是最小的口径，最后是壁厚。如：32X18X3。三、法兰（一）法兰的作用是连接管子或封住管子，法兰的形式按结构可以分为以下几类：整体法兰这类法兰通常带有一个锥形截面的颈勃，故又称又径法兰。锥顶的斜度一般是1：2.5，这种法兰的强度和刚度比较高，法兰的厚度尺寸可以减小，可用于压力、温度较高的场合（如图2.1.1所示）。活套法兰这类法兰与设备无固定联接，只

13、是松套在凸缘或翻边上，故又称自由法兰,该法兰形状简单，制造容易，对设备壳体不产生附加弯曲应力，可以采用与设备不同种类材料，从而可以节省贵重金属，另外它还便于装配，适用于有色金属、不锈钢制的设备或高压联接（如螺纹法兰）。平焊法兰这类法兰是中、低压管道中常用的法兰型式，它结构简单，加工方便（如图2.1.1所示）该类法兰受力特性介于整体法兰和活套法兰之间，焊接质量难以保证，只有当焊缝全部焊透时，焊接质量才可靠，因此只适用于低压管线连接。（二）按照法兰密封面型式来分，可以分以下几类：平行光滑面法兰平行光滑面是是指光滑或在其上车有数条水线的平面。该种密封面与垫片接触面积较大，预紧时垫片容易往两侧伸展，不

14、易压紧，故所需压紧力较大而密封性能较差。故通常适用于PgW25kg/cm2以下的压力，其所用垫片也是平垫片。凸凹形法兰这类法兰的密封面是一个凸面和一个凹面相配合，在凸面上放置垫片，这样法兰便于对中，能够防止垫片被挤出，因此光滑面窄，故较易密封。榫槽面法兰这是由一个榫面和一个槽面相配合组成，垫片放在槽内，由于压紧面小，垫片又受槽的阻挡，不能从旁挤出，故密封效果良好。同时，可以少受介质的冲刷和腐蚀，安装时便于对中，而且垫片受力均匀。因此，密封可靠，但垫片更换困难。锥形法兰锥形法兰是锥形密封面和球面垫片配合使用，锥角20，其密封面是线接触，具备一定的自紧作用，故通常适用于高压管件密封，可用到1000

15、kg/cm2，垫片为透镜垫。梯形槽式法兰梯形槽法兰其密封是利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的。槽座不起密封作用，是一种线接触弹性密封，有一定的自紧作用，应用于操作条件比较苛刻的地方，如高温高压等。所用垫牌为八角垫片或椭圆垫片。性质等选择相应的法兰。四、法兰紧固件法兰紧固件包括单头螺栓（六角头螺栓）及双头螺栓两种。（1）单头螺栓（六角头螺栓）材料：A3、15、35。应根据法兰的材质与使用环境进行选择。粗牙普通螺栓：MdXL,d为直径，L为螺栓长度；细牙普通螺栓。（2）双头螺栓粗牙等长双头螺栓；细牙等长双头螺栓。（3）六角螺母粗牙普通螺纹；细牙普通螺纹。第三节阀门一、阀的分类炼油装置为了工艺上

16、的需要，设置了各种各样的阀门，阀门的作用有以下几个方面：（1）截流和通流作用；（2）调节流量和节流作用；（3）防止倒流作用；（4）释放压力，保护设备作用阀的分类：（1）闸阀闸阀是阀体内有一平板与介质流动方向垂直，平板的升降既是阀门的开启和关闭。平板的开关是通过阀门丝杆和手轮来实现的。根据阀杆的结构，可分为明杆和暗杆，根据阀板的结构又可分为楔式、平行式等。闸阀的结构特点是：密封性能较良好，流体阻力小，开启、关闭力较小。使用比较广泛，且具有一定的阀调节流量性能。（2）旋塞利用阀件内所插的、中央穿孔的锥形柱塞，以控制阀门的开关。其根据填料的不同，可分为填料旋塞、油密封式和无填料旋塞。其特点是结构简单

17、，外形尺寸小，关闭迅速，操作方便，流体阻力小，便于制成三通道式或四通路阀门，作为分配换向用。（3）截止阀利用装在阀杆下面的阀盘与阀杆的突缘部分相配合来控制阀的启用。它的特点是：结构较闸阀简单，制造维修方便，还可以调节流量，应用比较广泛。（4）球阀利用一个中间开孔的球体作阀芯，靠旋转球体来控制阀的开启和关闭。特点：结构简单，体积小，零件少，重量轻，开关迅速，操作方便，流体阻力小，制作精度要求高。但由于密封结构及材料的限制，目前的球阀还不宜于用在高温介质中。（5）蝶阀阀的关闭作为一远圆盘形，绕阀体内一固定轴旋转的阀门。蝶阀的特点是：结构简单，外形尺寸小，重量轻，适合制造较大管径的阀。由于密封结构及

18、材料问题，此种阀只适用于低压，用于输送水、煤气、空气等介质。（6）隔膜阀阀的启闭机构是一块橡皮隔膜，四周夹置于阀体与阀盖间，膜的中央突出的部分固定于阀杆，隔膜将于介质隔离。隔膜阀的结构特点是：结构较简单，便于检修，流体阻力小。适用于输送酸性介质和带悬浮物的介质，但橡胶隔膜的材质不适于温度高于60C及有机溶剂和强氧化剂的介质。（7）止回阀也叫单向阀，是一种自动开启和关闭的阀门。在阀体内有一阀盖或摇板，但介质顺流时，阀盖或摇板即升起或掀开。当介质倒流时，阀盖或摇板即自动关闭。由于结构上的不同，又可分为升降式止回阀和旋启式止回阀。升降式止回阀的阀瓣是垂直于阀体通道作升降运动，一般应安装在水平管道上。

19、止回阀一般适用于清净介质，对有固体颗粒和粘度较的的介质不宜选用，升降式止回阀的密封性能较旋启式的好。但旋启式的流体，阻力又比升降式的小，通常旋启式的止回阀多用于大口径管道上。（8）减压阀减压阀的动作，主要是靠膜片、弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓣与阀座的间隙，使蒸汽、空气达到自动减压的目的。减压阀只适用于蒸汽、空气等清净气体介质，不能用作液体的减压，更不能用于含有固体颗粒。在选用时，应注意不得超过减压阀的减压范围，保证在合理情况下。减压阀在使用前必须进行定压，以确定减压所需的压力。（9）安全阀安全阀的动作是靠阀芯、弹簧、阀盖作用来关闭的。即当操作压力超过弹簧的压力时，阀座被顶开，泄放出超压部分介质

20、，以保护设备；在压力接近操作压力时，阀芯在弹簧力作用下，落入阀座，关闭阀门，以确保生产继续进行。目前生产中常用的安全阀，有弹簧式和杠杆式两大类。弹簧安全阀中又有封闭和不封闭的。一般易燃、易爆或有毒介质应选用封闭式；蒸汽或惰性气体可选用不封闭式。在弹簧安全阀中还有带弹簧和不带弹簧的，扳手的主要作用是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以用作手动紧急泄压。安全阀的主要参数是排泄量，排泄量取决于阀芯的口径和升启高度，为此有可分微启式和全启式。微启式是指阀芯开启高度为阀座直径的1/151/20。全启式是指阀芯开启高度为阀座直径的1/31/4。（10）衬里阀为防止介质的腐蚀或铁屑的污染，在阀体内衬有各种耐腐蚀材

21、料（如铅、橡胶、陶瓷等），阀芯也用耐腐蚀材料制成或包上各种耐腐蚀材料，这类阀广泛运用在化工行业中。衬里阀要根据输送介质的特性选取合适的衬里材料，该阀能耐腐蚀又能承受一定的压力。一般衬里阀多制成直通或隔膜式，因此，阀流体阻力小，由于衬里材料的限制，该阀一般温度不能太高。根据国家标准钢制阀门一般要求（GB12224-89）,阀门的压力，温度等级应遵照GB9131的规定；当温度低于-29C时，由于材料的韧性和抗冲击能力明显下降，使用压力不能大于该温度下相应的压力值。二、阀门的使用正确使用阀门，是确保装置正常生产的一个主要方面。为此，需要做到以下几点：（1）阀门安装新阀门安装前，必须进行过试压检查，以

22、确保阀门的各密封点不泄漏，阀门内泄，阀芯及阀座均应研磨，直至不漏。根据阀门内所走的介质，对阀门大盖垫片，阀杆填料均进行检查更换。安装时对于有方向性要求的阀门，必须保证与介质流向一致。与阀门连接的管法兰，应与阀门法兰配对，严禁不同规格的阀门代用。阀门垫片质量应符合有关标准，垫片放置要准确到位，防止压偏螺栓规格要与法兰配对，不能用小一级的螺栓代用，拧紧螺栓时要对角拧紧，吃力要均匀。（2）正常使用a.开关阀要用力均匀，严禁敲打，损坏手轮及铜套，对轨道阀门要特别注意开关方向，因其开关角度仅90，故不能用力过猛，以免损坏阀杆、轨道或定位销。b.新安装的阀门要开关一次，确认阀门的灵活程度。新安装的阀门在阀

23、门丝杆上应均匀涂抹润滑脂，以保证开关灵活，对于锈迹斑斑开关不灵的阀门应除锈，抹润滑脂。每次停工检修均应对阀门的盘根进行检查更换，盘根压盖吃力均匀，盘根不能太紧。冬季，阀门特别是铸锻阀应做好防冻防凝工作，防止阀门冻裂。阀门开启时，丝杆应留几扣，不能将阀杆全部拉出。第二章塔、压力容器第一节塔在石油化工等工业部门中，气液两相直接接触进行传质及传热的过程很多，如精馏、吸收等。这些过程大多是在塔内进行的。在塔内，液体靠重力自上而下流动，气体则靠压差自下而上与液体呈逆向流动。两相流体之间要有良好的气液接触界面，这种界面由流体通过塔内的塔板或填料来实现的。根据塔的内件结构特点，可将塔器分为板式和填料塔。就板

24、式塔而言，而根据气液操作状态分为：A鼓泡式塔板，如泡帽、浮阀、筛孔等塔板；B喷射式塔，如舌形、网孔等塔板。就填料塔而言，可根据结构特点分为乱堆填料及规则填料。例如，鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等颗粒填料均为乱堆填料、网波纹填料、板波纹填料、格栅填料均为规则填料。由于本装置采用的均为板式塔，所以下面主要介绍板式塔，在板式塔中，气体通过塔板上的小孔分散成为许多股小气流，这些气流在塔板上与液体传质，然后从液层中逸出与液体分离。塔内的液体则逐板向下流动，集资与逆向气流传质。气体与液体在多块塔板上进行混合分离的逆流多极传质过程，沿塔高形成梯形式的变化。1随着炼油化工工业的发展，板式塔的研制工作也取得了很大的进

25、展，分离效果高，压降小，操作弹性大，结构简单，造价低廉的新型板式塔不断问世。现列出几种常用塔板的型式及主要技术指标。塔盘（塔板）有整块式和分块式两种。当塔径在900mm以下时，采用整块式塔盘；当塔径在900mm以上时，人已能在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘，而且当塔径较大时，整块式塔盘的刚度不够，结构显得复杂，制造也困难。塔盘材质一般为碳钢，如有要求选用不锈钢。塔盘的连接、固定常用龙门板和楔形铁。塔体：用钢板卷制焊接而成，塔径及壁厚根据条件和处理量而定。常用的材质为16MnR、20R等，含有腐蚀性介质的也采用内壁堆焊不锈钢或采用不锈钢复合板。本装置的T1101、T1102、T1201、T120

26、2、T1203以及T1941、T1942均为20R。原料进口：塔在进料口处设有较大的蒸发空间，便于汽液分离。由于速度很大，冲击力很大，会对塔的内构件产生磨损。为了消除这种磨损，在进料口处设有弓形缓冲挡板，上有许多直径为6cm左右的小孔。当原料沿弓形挡板的切线方向进入，其中一部分进料直接冲向塔中部，其余部分经过小孔注射塔壁。弓形挡板的作用既能减少高速进料对塔壁的冲击力，又会便进料分散成许多小滴，形成大的蒸发面积。人孔:为安装、检修塔板应开有人孔，人孔的尺寸一般为C450MM或C500MM。人孔的设置应与降液管和降液盘错开。人孔之间的距离约为56层塔盘。板式塔的主要结构尺寸为:塔的直径。塔的高度。

27、塔盘数以及塔板间距。塔径:塔径的大小反映了塔的处理能力。塔径的大小和塔内汽相负荷有关，气体负荷越大，空塔速度越大。所谓空速是指塔内气体通过空塔截面的流速。塔板间距:塔板间距的大小，是考虑到允许气速、雾沫夹带程度等有关因素的影响及考虑到安装和检修方便来确定的，一般塔的板间距是600mm左右。如果没有雾沫夹带现象，也可取450500mm；在人孔处可取700800mm。塔高:塔高跟塔顶高度、塔底高度、进料段高度以及塔板数有关，其中塔顶高度是指塔顶第一块塔板到塔顶切线的距离，一般为1.201.50m。塔底高度:是指塔底最下一层塔板到塔底的切线距离。塔底高度可按残油停留5分钟来考虑，一般为1.301.5

28、0m。进料段高度：一般随塔径的增大而增大，取1.52.5m，并有破沫装置。油f-t6-.ini塔板数:是影响分馏效果的关键，一般根据分馏程度和回流量而定，分馏的精度愈高，需要的塔板数愈多，回流量越小，需要的塔板数越少。总之，塔操作的根本作用就是使塔盘上气液两相均匀传质，充分；而良好地接触。在加大气体负荷时不要有过量的雾沫夹带，在加大液体负荷时不要出现液泛等现象。第二节压力容器1压力容器的定义、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。国家技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程中规定，只有同时符合以下三个条件的容器才属于该规程

29、的管辖范围。(1)最高工作压力(P)20.1Mpa(不包括液体静压力，下同)；内直径(非圆形截面指其最大尺寸)20.15m,且容积(V)20.025m3；介质为气体，液化气体和最高工作温度高于标准沸点的液体。以上三个条件也正是包括了容器的工作介质，压力和容积三个方面。适用于下列压力容器:与移动压缩机一体的非独立的容积小于等于0.15m3的储罐、锅炉房内的分气缸；容积小于0.025m3的高压容器；深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、空分设备中的冷箱；螺旋板换热器；水力自动补气气压给水(无塔上水)装置中的气压罐，消防装置中的气体或气压给水(泡沫)压力罐；水处理设备中的离子

30、交换或过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀水箱；电力行业专用的全封闭式组合电器(电容压力容器)；橡胶行业使用的轮胎硫化机及承压的橡胶模具。2压力容器的分类压力容器型式多样，为了便于对不同类型的容器进行研究、计算、制造或管理，常将容器按不同方法分类。为了便于设计计算，常按容器壁厚的不同而分为薄壁容器和厚壁容器，以及按承压方式的不同而分为内压容器和外压容器。为便于制造，按制造方法的不同，可将压力容器分为焊接容器、铆接容器、铸造容器及锻造容器等；根据制造容器的材料来分类，又有钢制容器、有色金属容器和非金属容器。此外，按容器的外形，可分为球形容器、圆柱形容器、锥形容器和组合形容器等。3压力等级和种类的划分按

31、国家技术监督局压力容器安全技术监察规程，对压力容器的压力等级和种类的划分如下：按容器的压力(P)分为低压、中压、高压、超高压四个等级，具体为：低压容器：0.1MPaWPV1.6MPa中压容器：1.6MPaWPV10MPa高压容器：10MPaWPV100MPa超高压容器：P2100MPa2)按容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反应容器、换热容器、分离容器、贮存容器四种。其功用为：反应容器：主要是用来完成介质的物理、化学反应的容器。如：反应器、反应釜、分解锅、分解塔、聚合釜、合成塔、蒸煮锅等。换热容器：主要是用来完成介质的热量交换的容器。如：余热锅炉、换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、硫化

32、锅、消毒锅、蒸煮器、预热器、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电站蒸发器等。分离容器：主要是用来完成的流体压力平衡和气体净化、分离等的容器。如：分离器、过滤器、集油器、缓冲器、贮能器、洗涤器、吸收器、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸等。贮存容器：主要是用来盛装生产和生活用的原料。如气体、液体、液化气体等。如各种型式的贮槽等。4容器的安全技术分类为了方便安全技术管理和监督检查，压力容器安全技术监察规程。根据压力的高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，将压力容器分为一、二、三类，具体为：4.1下列情况之一的，为第三类压力容器；（1）高压容器;（2）中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）;（3

33、）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）;（注2）（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540MPa）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）、罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体

34、、低温液体）等；（10）球形储罐（容积大于等于50m3）;（11）低温液体储存容器（容积大于5m3）。42下列情况之一的2第二类压力容器（本条第1款规定的除外）：（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储存容器（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。4.3低压容器为第一类压力容器（本条第1款、第2款规定的除外）。5压力容器的结构化工压力容器由于其用作各不相同，结构也不一样。但一般均有筒体、封头、支座、法兰（包括管法兰和设备法兰），有些容器则还有人孔、手孔、夹层、视镜、液面计、内部冷却（或加

35、热）管、搅拌器等等，此外，容器上还要安装必不可少的安全附件，常见的卧式容器的主要结构如图2.3.4筒体是压力容器的最主要组成部分，储存物料或完成化学反应所需要的压力空间，大部分由它构成。筒体的形状一般为圆柱形，随工作压力、温度、介质等条件不同而取不同的壁厚。筒体除整体锻造式（用于高压）外，绝大多数都是由钢板卷焊而成。因此焊接后的温度、气密性及焊缝质量指标要求十分严格，在制造或焊接修理时均需执行焊接规定和程序，并进行严格检验，不容许有任何疏忽大意，以保证筒体质量。（2）封头封头即容器的端盖。根据几何形图2.3.5几种常用封头示意图状的不同，封头可以分为半球形封头、椭圆形封头、碟形和锥形封头等几种

36、，如图2.3.5所示。半球形封头是用数块弓形板成型压焊接而成的。它不仅承受能力强，而成同样容积的各种封头以半球形封头最省材料。但由于半球形封头曲率较大，成型比较困难，故其主要应用在大型球形贮罐上。椭圆形封头是压力容器中应用最广的一种。它是由半个椭圆球（多采用长轴为短轴的两倍的椭圆球）和直边（一个与半椭球联成一整体的短圆筒）组成。直边使封头与筒体的联接形成两个筒体的对接，使焊缝离开边缘应力较大的椭球边缘区域。虽然直径较大的椭圆形封头也需要用多块拼接，但其成型加工较半球形封头容易。碟形封头是较椭圆形头趋于扁平似碟状的封头。它是由一个球面过渡圆弧（即折边）和直边构成。这种封头由于其深度较浅故成型较容

37、易。但用力学分析，这种封头有明显的缺陷，而且各种材质和规格的椭圆形封头很容易买到或定做，因此目前很少采用碟形封头，绝大部分已被椭圆形封关代替。锥形封头应用于化工生产工艺特殊需要的容器上，例如沉降器、分离器等等。锥形封头锥顶角的大小可以根据需要选取。这种封头有带折边和不带折边之分。前面图中的锥形封头就是锥顶角为90度的带折边封头，它是由椭圆体、过渡圆弧（即折边）和直边三部分构成。在实际应用中带折边的锥形封头多于不带折边的。一般当容器组装后如果不再需要开启时（一般是指容器中无内件或虽有内件而不需要更换检修的），上下封头应直接和筒体焊在一起，这样做能有效地保证密封，节省材料且减少加工制造的工作量。对

38、于因检修和更换内件的需要，而必须开启的容器，封头与筒体连接应造成可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须有一个密封结构。（3）法兰法兰是容器和管道连接中的重要部件。按法兰所连接的部件分为管法兰和容器法兰。用于管道连接的叫做管法兰，用于容器顶盖与筒体或管板与容器连接的叫做容器法兰。容器法兰按其本身结构形式分为：整体法兰、活套法兰、任意形式法兰、法兰通过螺栓连接并通过预紧螺栓使垫片压紧而保证密封，法兰螺栓连接是压力容器上用得最多的一种连接结构。如封头和筒体的连接、各种接管的连接以及人孔、手孔盖的连接等。法兰螺栓连接虽然开启不十分方便，但其结构简单，使用可靠，故在压力容器中得到了广泛的应用。（4）密封元

39、件密封元件放在两个法兰的接触面之间，或封头与筒体顶部的接触面之间，借助于螺栓等连接件压紧，从而使容器内的液体或气体被封往不致泄漏。密封元件按所用材料的不同分为非金属密封元件（如石棉垫、橡胶O形环等），金属密封元件（如紫铜垫、铝垫、软钢垫等）和组合式密封元件（如铁包石棉垫、钢丝缠绕石棉垫等）。（5）容器的支座容器的支座是起支承和固定器作用的。全部是另行制作，然后焊接在容器上。按圆筒形容器的安装位置不同，可分为立式容器支座和卧式容器支座。常见的立式支座有悬挂式支座、支承式支座、裙式支座等。卧式容器支座主要有鞍式支座。环形容器常用柱式和裙式两种支座。（6）开孔与补强结构石油化工容器常因工艺要求和检修

40、的需要，在筒体或封头上开设各种孔和安装接管。如手孔、人孔、视镜孔。物料进出口以及安装压力表、液位计、安全阀等接管开孔。开孔的结果，不但会削弱容器壁的强度，而且会在开孔附近形成应力集中，因此，在容器的开孔附近要采取适当的补强措施，以使孔边的应力集中系数降低到材料所允许的数值。（7）压力容器的安全附件为了防止压力容器由于超压而发生破裂事故，除了避免操作失误及杜绝或减少可能引起容器产生超压的客观因素之外，还必须在压力容器上安装安全泄压装置。安全泄压装置是一种防止容器超压的保护装置。它是具有这样的性能：当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏，而一旦容器内压力规定的数值时，它就能自行将容器内气体迅速

41、泄放，使容器内压力始终保持在最高许用压力范围之内。安全泄压装置不仅能在超过预定压力下开启排放，从而降低容器的压力，还能起到报警的作用。因为当其开启放气时，由于气体流速较高，常常发生较大的声音，能提醒操作人员注意采取适当措施。压力容器的安全装置使用最广泛的有安全阀和防爆膜等。a安全阀最常用的安全阀是弹簧式安全阀，它利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力，因此它可以通过一个调节螺母改变压缩弹簧的压缩量来校正安全阀的开启压力。这种安全阀具有结构简单，灵敏度较高，安装位置不受严格限制等优点，且对振动的敏感性低，所以可用在移动式压力容器上。其缺点是所加的载荷会随着阀的开启而发生变化。因此，随着阀瓣的升高

42、，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力量也跟着增加。这对于安全阀的开启是不利的。另外安装在高温压力容器上的安全阀，由于长期受高温的作用，其弹簧力减小，使安全阀的正常工作受到影响。杠杆式安全阀不采用弹簧装置，而是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力。这种安全阀有结构笨重和因振动而产生泄漏现象等缺点，故目前较少采用。脉冲式安全阀结构复杂，在化工压力容器上用得很少，一般只适用于泄放量很大的大型电站的锅炉等。防爆膜防爆膜（如图2.3.7所示）也称为爆破片，是一种断裂型的安全泄压装置。它是用一块很薄的平板通过法兰夹紧或直接用螺栓压紧，在容器的短管法兰上，其结构简单，安装方便，但由于在防爆膜破裂之后，容器将

43、被迫停止运用，所以这种安全装置只适用于在不宜装设安全阀的压力容器中使用。爆破膜爆破膜又称为圆拱形爆破膜（如图2.3.8），它的爆破元件是预先压制成圆拱形薄片，它的精度较爆破片高，可用于高压或超高压场合。爆破帽爆破帽多用于超高压场合，其结构如图2.3.9所示。压力容器结构上的要求强度：所谓强度是指容器或其零件具有抵抗外力破坏的能力。压力容器在设计时要考虑到各种条件和因素，例如根据压力、温度、介质的腐蚀性以及容器的结构、体积等经过严格的制造工艺规范，并认真地进行试压检验。这都是为了保证容器有足够的强度，使其不会在正常使用情况下发生爆破。刚度：所谓刚度是指容器或其零件在外力作用下，保持原来形状的能力

44、。最常见的例子是某些受外力使容器出现压瘪或折皱，或某些容器的部件在运输、安装、使用过程中出现变形，这些都是刚度不足的表现。耐久性：容器必须保持一定的使用年限。容器的壁厚除了要保证强度方面的要求外，还要考虑到对材料的腐蚀速率，有时还要考虑容器的疲劳及振动等条件。另外对容器的结构及制造工艺也要有一定的要求以保证容器能使用一定期限。密封性：化工压力容器的密封性十分重要。容器密封的可靠性是保证安全生产的重要措施之一。因为化工生产中所使用的液件、气体有许多都是易燃易爆和有毒的。所以容器在设计、制造、安装、使用、检修时都不能忽视密封性问题。化工压力容器除了应满足上述要求外，还应顾及节约材料，便于制造、运输

45、、安装、操作及维护的方便等等。容器的压力试验容器在制成以后或者修理（指涉及强度或结构方面的修理，如焊接、热处理等）完毕，都要进行压力试验，以检验容器的耐压情况和密封性，确定其是否可投入使用。a.液压试验试验压力取设计压力的1.25倍。在进行液压试验时，先在容器内灌满液体，然后用试压泵加压。用水做加压介质的压力试验称为水压试验。进行水压试验的水温及环境温度，不得低于材料的无塑性转变温度，但最低不应低于5度。试压试验开始时，只有待容器的壁温与液体温度相同之后，才可缓慢升压。达到规定的试验压力之后，需保持1030分钟，然后降到设计压力并至少保持30分钟，同时，对容器整体及所有的焊缝及联接部件进行检查

46、，以无异常响声，压力下降，油漆剥落，无渗漏现象和可见的变形为合格。b.气压试验一般气压试验的压力，对低压容器取设计压力的1.2倍，对中压容器取设计压力的1.15倍。气压试验一般采用干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，且气体温度不低于15度。试验时应先缓慢升压至规定压力的10，保持10分钟，同时对所有的焊缝和联接部件进行初步检查，合格后继续升压至规定压力的50,其后按每级为规定压力的10的级差逐级升压至试验压力。保持1030分钟，然后降到设计压力保持30分钟，同时进行各项检查。相比之下，水压试验要比气压试验危险性小得多。这是因为压缩一定容积的气体至某一压力所需要的功，要比压缩同样的液体至相同压力

47、时大得多。故规定绝大多数压力容器都使用液压试验。为了保证安全，无论是液压还是气压试验，都应装两块经过较验的压力表。对气压试验的容器，应在试验前对焊缝进行100的探伤，并全面检查容器质量。试验时，当容器内的压力超过工作压力之后，试验人员最好不要靠近容器，以免容器爆破伤人。第三章换热设备换热设备是炼油、化工生产过程中广泛应用的主要设备之一。约占炼油厂工艺设备台数的2570，占工艺设备总投资的1220。第一节换热设备的分类一换热设备的种类炼油厂用换热设备的型式很多，将其常用的分类如下：按用途分类（1）换热器两种温度不同的流体进行热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满足各处的需要，经过换热就

48、充分回收了热量，节省了成本。体是从气态就冷凝成为液态，温度变化并不大，就称为冷凝器。和上述相反，若有一种流体被加热而蒸发成为气（2）冷凝器在两种温度不同的流体进行热量交换中，有一种流（3）蒸发器体，就称为蒸发器。凡是热量不回收利用，单纯只要一种流体冷却的换（4）冷却器热器，称为冷却器。凡是利用废热而单纯只要一种流体加热升温的换（5）加热器热器，称为加热器。按换热方式分类（1）间壁式换热设备。在冷、热两种流体间有一定形状的表面把流体分隔开，热量通过此种间隔表面而互相交换，两种流体不相混合。这是炼油厂中普遍采用的方式。（2）蓄热式换热设备。冷、热两种流体依次先后通过蓄热器，分别和蓄热器内的固体填充

49、物进行交换，例如高温气体先通过蓄热器，将热量传递给器内填料，使填料升温而积蓄热量；关闭高温气体通路，再切换通入冷气体，高温填料就又把热量放出给了冷气体，使冷气体升温；依次不断反复，称为蓄热式换热。这种设备炼油厂内很少应用。（3）混合式换热设备。使冷、热两种流体直接混合，而交换热量，如炼油厂内常用的凉水塔，就是用空气直接吹过被分散的热水表面，使热水降温而循环使用，这种方式所用设备较简单，换热效率也高，但大多数情况下，不允许两种流体混合，所以应用也有限。按结构型式分类间壁式换热设备的种类繁多，但从间壁表面的特征来看，可分为两大类：（1）管式换热设备。传热面是各种管子，冷、热两种流体分别在管内和管外

50、通过，经管壁面交换热量，这是炼油厂内应用最普通的换热设备。从具体结构上细分，它又可分为：A管壳式换热设备。这种设备的特点是在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动称为管程，另一流体在管外流动，称为壳程，它又可分为：a固定管板式，如图2.4.1所示，两块管板均固定在外壳圆筒上，其上胀接着许多小管子，称为管束。这是最简单的一种结构，但当冷、热流体的温度差较大时，管束与外壳的热膨胀伸长量就不一样大，管子就会从管板上被拉脱而泄漏，所以它只适用于冷、热两流体的平均温度差较低（例如不超过6080度）的场合。它的管外表面结垢后不易清洗，所以管外流体不应结焦、结垢或沉淀。b带膨胀节的固定管板式，如图2.4.

51、2所示，在壳体上装有波形膨胀节，可补偿部分热膨胀量，使它可用于冷、热两流体平均温差较高的场合，但波形膨胀在壁较厚时，作用就不明显，所以这种型式的换热器主要用于压力较低（例如壳程压力610公斤/厘米2以下）的场合。c浮头式如图2.4.3所示，一端管板被夹持在壳体上，另一端管板则做成浮头式，可在壳体内抽出，管内管外均可清洗，对流体也没什么限制，所以在炼油厂内是应用最多的型式。其缺点是结构较复杂，造价稍高，浮头处易漏而不易检查出来。U形管式如图2.4.4所示，只有一个管板，管子全部弯成U形管，可以自由膨胀，也可以从壳体内抽出，以便于清洗。只是管子内壁在U形弯头处不易清洗，管子更换困难，管板上排列的管

52、子较少。它主要用于管内流体压力较高而且较干净的场合。2.4.5所示，一端可以自由滑动，但密封是靠填料函，结构比浮头稍简单。在壳程流体压力较高时，它易泄漏，特别对于易燃、易爆、易挥发有毒的流体是不适合的，炼油厂内很少应用。套管式换热设备，结构示意如图2.4.6，它是由两根不同直径的管子，同心相套，再由弯连接而成。冷、热两种流体分别由内管和管间相互逆向通过，进行热量交换。它结构简单，便于拆卸清洗；两种流体完全是逆向流动，传热效果好。但是金属用量较大，占地面积大，接头处易发生泄漏。所以它适用于热负荷不大，高粘度易凝固的重油和残油的废热回收，且两种流体温差应小于70度，否则会因内外管热膨胀量不同而造成

53、接头破裂。水浸式冷却器，结构示意图见图2.4.7，在矩形水管内装有几组蛇形盘管，整个盘管浸没在水内，使管内流体被冷却。这种冷却器内贮水量较大，使用较为安全，结构很简单，也便于清洗检修。缺点是金属用量大，体积庞大，占地面积大，传热效率低，在炼油厂内已较少应用。空气冷却器，其结构与一般换热器不同，管束用翅片管组成，在下面用轴流式风机，使大量空气吹过管束将管内流体冷凝冷却，改变风机叶片角度就可以调节所需风量，以控制管内流体的出口温度。用空气代替水作冷却剂，能大量节约用水，节省了循环水场的投资，基建及操作费用较低，目前炼油厂内已大量使用。但由于空气温度随大气温度而变化，所以它的最终冷却温度不能太低。有

54、时还需在后面串联使用水冷却器，空气冷却器的具体结构和特点将在下一节中介绍。（2）板式换热设备，传热面是表面压成各种形状的薄板，冷、热流体分别在相邻两板之间流动，通过板壁而进行换热。由于它的强度和密封问题，尚不能用于压力或温度较高的场合，炼油厂内应用不多，在石油化工厂内常用的类型有：板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器，本装置采用的焊板式换热器将在后面单独介绍。一换热设备的工作原理热量从高温流体传送给低温流体，称为传热。传热的主要方式有三种传导、对流和辐射。在间壁式换热器中，主要是传导和对流两种传热方式如图2.4.8所示。热流体（温度为tl）先以对流给热方式将热量Q（千卡/时）

55、传给管壁的一侧（温度t2）,再以传导的方式将热量传过管壁（温度图2.4.8经过器壁的传热从一侧t2到另一侧为t3）,最后管壁另一侧又将热量以对流给热方式传给了冷流体（温度为t4）.冷、热流体在流动过程中，温度是要变化的，上述传热方式的说明只是对管子的任一截面而言的。在稳定传热过程中，管子任一截面处冷、热流体和管壁温度的相互关系如上所述，也是稳定不变的，这是实际换热器正常工作的情况。两物体间温度差别越大，传递的热量也越大，间壁的面积越大，传递的热量也越大于所以，选用、设计与改进换热器的最重要问题是：尽可能地提高其传热系数和使温度差大些。第二节空冷器基本知识在石油化工生产中，工艺介质的冷却通常用水

56、冷器，用得最多的冷却器是空冷器。现将空冷器的基本知识简介如下1.基本部件空冷器一般由管束、百叶窗、冷却用轴流风机、管箱以及构架等部件组成2.分类空冷器通常按以下几种形式进行分类：按管束布置方式分为：立式、水平式、圆环式、斜顶式(人字式)、V字式、之字式以及多边形等式，如图2.4.13所示。按通风方式分为：鼓风式、引风式和自然通风式。如图2.4.14所示。不同方式或型式根据工艺要求可以单独使用，也可采用几种型式进行是优组合联合使用。一、结构型式及其应用管束布置型式管束布置型式虽有多种，但在炼油厂和石油化工厂中应用最多的是水平式，其次是斜顶式、立式和圆环式。水平式空冷器管束为水平放置，但作冷凝器时

57、，为防止冷凝液停留在管中，管子应有3或1的倾斜。百叶窗置于管束上方，风机置于(鼓风)或上方(引风)，见图2.4.13(a),(b)o特点是：管子清晰、整齐，适于多单元组合；传热面积、管束长度不受限制；造价比斜顶式大约低0.5；管内热流体和管外空气颁比较均匀。新建的大型炼油厂一般都倾向采用此种型式。2.通风方式采用何种通风方式，乃是空冷器设计者首先考虑的问题。从空冷器的发展史上看，最早的空冷器是靠自然通风，也称无风机空冷器。它的最大优点是不消耗动力、无噪声，但热负荷小，散热效率低。目前在石油化工业用的主要是鼓风式和引风式两种。(1)鼓风式空冷器优点：风机和传动机构不与热空气接触，结构材料可不考虑

58、温度的影响，使用寿命较长；结构简单，便于维护保养；比较容易设置多个空冷器单元。缺点：气流经过底排管束的速度大，压力损失大，虽然可以强化传热，但气流分布不均匀。管束暴露于大气中，翅片管易被雪、雨侵袭而损伤、弄脏或腐蚀；在特殊气侯条件下，(如暴风雨，冰雹等)管内热流体的出口温度不易得到精确控制，操作波动大；热空气离开管束时，流速较低，有可能产生热风再循环现象。(2)引风式空冷器优点：风扇和风筒对管束有屏蔽作用，能减少暴风雨及烈日对管束的直接影响，有利于温度的控制；经风机排出的热风流速较高，约为入速度的2.5倍，故热风再循环的可能性大为减少；进入管束的气流分布较均匀，空气压降稍有降低；风筒具有一定的

59、吸风作用，能促进空气进行自然对流，因而可减少动力消耗；因为风机安装位置较高，所以平台处噪声较低，如中心走廊处的噪声比鼓风式的约低3分贝(A)左右；占地面积小，因为管束下面的走廊可安装其他设备，如管线、泵等。缺点风机位于管束之上，受热空气作用，叶片和轴承需要有较好的耐热性能，一般要求风机出口温度不超过120C；为防止空载时的超负荷，风机要有一定的余量2；风机及传动机构的维修保养较为麻烦3.冷却方式干式空冷器就是常规空冷器，操作简单，使用方便，但由于其冷却温度取决于空气的干球温度，其接近温差(热流出口温度冷流入口温度)高于1520C才经济，所以不能把管内热流体冷却到环境温度。湿式空冷器为了弥补干空

60、冷的缺点，出现了湿式空泠。湿式空冷器综合了空冷和水冷的优点。湿空冷器根据喷水方式基本上可分为增湿型、蒸发喷淋型和湿面型三种。在石油化工厂应用，以前两种为主。一般都可把热液化出口温度冷却到接近甚至稍低于环境温度。喷淋蒸发型湿式空冷器这种空冷器是直接在管束上喷雾状水，由于水的蒸发和空气被增湿降温而强化传热。它同时兼有增湿空冷器的优点。湿面式空冷器湿面空冷器是光管组成的一种空冷装置,它可以把内流体温度降到大气温度，并可避免管子腐蚀，在经济和效能方面也优于干式空冷器。湿面空冷器的管束是由水平的或稍微倾斜的光管组成，呈三角形排列。根据管内流体的要求，可用单程或多程。由于空气总是从管束上面向下流动，所以管