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；d.锅炉用无缝钢管；e.高压无缝钢管；f.不锈钢无缝钢管；g.其他特殊条件钢管。（四）根据介质压力分类根据

2、介质压力的分类见表 2.1.2 。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0.1 VPN V 1.62中压管道1.6WPNV 10.03高压管道10.0WPNV 100.04超高压管道PN 100.0（五）根据介质温度分类根据介质温度的分类见表2.1.3表2.1.3管道按介质温度分类表序号名称工作温度（T）, C1低温管道TW-202常温管道-20T450（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GBJ 23582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 MPaInmIVV碳素钢

3、 3701032410 1.64370 10410 1.641.6一合金钢及不锈钢450任意一一一一-70450 10410 1.641.6-铝及铝合金任意一一一 10410 1.64P 10.0MPa的管道；第二类：（1）设计压力P 1.6MPa,不可燃介质管道（不含介质为水 的液体管道）；（3）设计压力P0.1MPa输送介质为气（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。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：极度危害（I级）10.0

4、mg/m3四、钢管适用范围及材质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-20450 C）、20# （适用于-20450 C）、09MnV （适 用于-70100 C）、16Mn （适用于-40450 C）。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-40525 C）、15CrMo （适用于-40550 C）；Cr2Mo、Cr5Mo （适用于-40600 C）；1Cr19Ni9 1C

5、r19Ni11Nb （适用于-196700 C）。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）。高压无缝钢管（GB6479-86）规格尺寸范围：外径X壁厚（）14X 4273X 40材质：10、20g、16Mn、15MnV、10MnWVNb、12CrMo、1Cr5Mo （适 用于-40400C、1032MPa的化工设备和管道）。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：0a1

6、3、1513、2a13、3a13、1Cr17Ni2 1Cr17Ti 1Cr25Ti、0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni10 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti1Cr21Ni5Ti 00Cr17Nil4Mo200Cr17Nil4Mo30Cr18Ni12Mo2Ti 0Cr18Ni12Mo3Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti 1Cr18Ni12Mo3Ti 1Cr23Nil8、 1Cr18Ni11Nb o（适用于-20600 C, -196700 C）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

7、，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100 c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。弯头弯头用于改变流体的流动方向，可以分以下几类。无缝弯头；冲压焊接弯头；焊制弯头，即虾米腰。还可以分为：a.长半径弯头：用于逐步改变流体流动方向(R=1.5Dg);b.短半径弯头：用于迅

8、速改变流体流动方向( R=1Dg)o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。大小头大小头目的是为了连接两种不同直径的管子，可以分为以下几类：无缝大小头：包括同心和异心两种；焊接大小头；高低压大小头：适用于压力320 kg/cm2或220 kg/cm2减压后的压力 25 kg/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。法兰（一）法兰

9、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

10、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，不易压紧，故所需压紧 力较大而密封性能较差。故通常适用于Pg 0.1Mpa (不包括液体静压力，下同)；(2)内直径(非圆形截面指其最大尺寸)R0.15m,且容积(V) 0.025m3；(3)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，

11、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；(5)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；(6)水处理设备中的离子交换或过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀水箱；(7)电力行业专用的全封闭式组合电器(电容压力容器)；(8)橡胶行业使用的轮胎硫化机及承压的橡胶模具。.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

12、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、挪接容器、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。.压力等级和种类的划分按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:(1)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：0.1MPa P 1.6MPa 中压容器：1.6M

13、Pa wp 10MPa 高压容器:10MPa wp100MPa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

14、。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：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）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 0.5MPa m3 ）;（5）低压容器（仅限毒

15、性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于 0.2MPa m3 ）;（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、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）。4. 2下列情况之一的2第二类压力容器（本条第1款规定白除外）：（1）中压容器；（2）低压

16、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款规定白除外）。.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所示：图 2.3.4 常见卧式容器的主要结构筒体筒体是压力容器的最主要组成部分，储存

17、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。封头封头即容器 的端盖。根据几何形锥形封头蝶形封头图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，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

18、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

19、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

20、的，此时 在封头和筒体之间就必须有一个密封结构。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。密封元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，

21、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)。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。开孔与补强结构石油化工容器常因工艺要求和检修的需要，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

22、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。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

23、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，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力量也跟着增加

24、。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。b.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，容器将被迫停止运用，所以这种安全装置

25、只适用于在不宜装设安全阀的压力容器 中使用。c.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。 d.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a.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。b.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

26、力。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。c.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。d.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

27、节约材料，便于制造、运输、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。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10-30分钟，然后降到设计压力并至少保持30分钟，同时，对容

28、器整体及所有的焊缝及联接部件进行检查， 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10 30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

29、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：1按用途分类换热器两种温度不同的流体进行热

30、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，经过换热就充分回收了热量， 节省了成本。冷凝器在两种温度不同的流体进行热量交换中，有一种流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。蒸发器和上述相反，若有一种流体被加热而蒸发成为气体，就称为蒸发器。冷却器凡是热量不回收利用，单纯只要一种流体冷却的换热器，称为冷却器。加热器凡是利用废热而单纯只要一种流体加热升温的换热器，称为加热器。2按换热方式分类间壁式换热设备。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。蓄热式换热设备。冷、热两种流体依

31、次先后通过蓄热器，分别和蓄热器内的固体填充物进行交换，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。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。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

32、热面是各种管子，冷、热两种流体分别在管 内和管外通过，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60-80度）的场合。它的管外表面结垢后不易清洗，所以

33、管外流体不应结焦、结垢或沉淀。带膨胀节的固定管板式，如图 2.4.2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。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

34、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。B.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

35、，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接 头破裂。C.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。D.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

36、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。换热设备的工作原理热量从高温流体传送给低温流体，传导、对流和辐射。在间壁式换热器中,称为

37、传热。传热的主要方式有三种:主要是传导和对流两种传热方式，热量从高温流体传送给低温流体，传导、对流和辐射。在间壁式换热器中,称为传热。传热的主要方式有三种:主要是传导和对流两种传热方式，时）传给管壁的一侧（温度图2.4.8时）传给管壁的一侧（温度图2.4.8经过器壁的传热Q （千卡/如图2.4.8所示。热流体（温度为t1 ）Q （千卡/t2）,再以传导的方式将热量传过管壁（温度 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

38、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：(1)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

39、图 2.4.13所示。(2)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，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)。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

40、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。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

41、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

42、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冷却方式(1)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15-20C才经济，所以不能把管内热流体冷却到环境温度。(2)湿式空冷器 为了弥补干空冷的缺点，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

43、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， 所以管内流体最好自下而上流动， 以便逆流换 热。湿面空冷器的投资和占地面积均比列管式换热器少，动能消耗约少1/3左右。(3)干、湿联合空冷器所谓干湿联合空冷器，就是将干空冷器和湿空冷器组合成一

44、体，由于 组合方法的不同，结构形式也有多种变化，但其组合的原则基本相同，一 般在工艺流体的高温区域用干空冷器，在低温区域用湿空冷器，即干空冷 器起气体冷凝的作用，湿空冷器起冷凝液过冷的作用。立放管束联合 如图2.4.15所示。这种结构的管束立放， 喷 水系统介于两管束之间，热流体先经过干空冷器，经冷却后再进 入湿空冷器继续过冷、由于干、湿空冷器并列，所以结构紧凑， 但热流体的流向不太理想，管内阻力降大。横放管束联合 如图2.4.16所示。这种结构为管束横放， 喷 水系统亦介于两管束之间，热流体首先进入由增湿空气冷却的干 空冷器，然后再进入湿空冷器继续过冷。喷水方向与空气流动方 向相反。结构紧凑

45、，占地面积小。上述两种结构都采用回转喷嘴，适用热负荷较小的装置。4.风机型式:项目类别说明(1)运行方式(1)鼓风式(2)引风式空气先经过风机再至管束 空气先经过管束冉全风机(2)调节方式(1)调语方式(2)调速方式停机手调，运转中手调，运转中以压缩 空气遥控或以仪表自控运转中遥控或以仪表自控(3)联接方式(1)直接传动(2)齿轮传动(3)皮带轮传动效率最高，适用于调速控制风机运动可靠，效率较局，构造较复杂， 噪声较大效率略低，构造较简单，噪声忽略不计， 但皮带需更换空冷器的主要构造部件整体型式空冷器的整体型式有干式、湿式和干-湿联合式三类。(2)管束空冷器的管束都是用翅片管，翅片管分为低翅片

46、管和高翅片管两大类。管箱的种类有丝堵式管箱、法兰式管箱、全焊接式管箱、集管式管箱四种类型。(4)构架水平式构架：分为鼓风式水平构架和引风式水平构架。斜顶式构架。湿式构架。干-湿联合式构架。第四章管式加热炉管式加热炉是石油炼制、石油化工、化肥、化纤工业中使用的重要加热设备，同其它工业炉相比有如下特点：被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体，通常都是易燃、易爆的烧类物质，同锅炉加热水产生蒸汽相比，危险性大且操作条件苛刻。加热方式未直接受火式。主要燃料为气体或液体燃料。长周期连续运转，不间断操作。炼油工业采用管式加热炉， 始于1901年，最初是用它取代炼油 “釜式 蒸锅”，它的诞生使炼油工艺从

47、古老的“间歇釜式蒸储”进入到近代的“连 续管式蒸储”方式，并逐步得到发展。管式加热炉在生产乙烯、氢气、氨等过程中，已成为进行裂解、转化 反应的心脏设备，对整个装置的生产质量，产品收率，能耗和操作周期等 起着重要的作用。管式加热炉的基建费用，一般约占炼油装置总投资的10%,在重整制氢和裂解等装置中约占 25%。炼油厂加热炉消耗的燃料占全厂燃料总消耗 的6580%。因此，管式加热炉在石油化工生产中占有举足轻重的地位。管式加热炉在生产工艺过程中的作用，是利用燃料在炉膛内燃烧时产 生的高温火焰与烟气作为热源，加热炉管中高速流动的物料，使其在管内 进行化学反应，或达到后续工艺过程所要求的温度。第一节管式

48、加热炉的基本知识管式加热炉的分类与特征各种管式加热炉通常可按外形或用途来分类。1,按外形大致可分为四类：箱式炉、立式炉、圆形炉、大型方炉。这种划分方法是按辐射室的外观形状区分，而与对流室无关。例如： 所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一箱子状的六面体。所谓立式炉，其辐 射室为直立状的六面体，其宽度要窄一些，两侧墙的间距与炉膛高度之比 约为1: 2。13.2辐射-对流式炉辐射-对流式炉，它已成为现代普遍被采用的炉型。它在辐射室顶部增加了水平管式对流室， 并采用钉头管和翅片管， 热效率较高。但结构复杂, 金属用量大，通常对流管面积不宜太大，一般要小于辐射炉管面积。国内 这种炉型的高径比约为 1.72.

49、5。按用途公类管式加热炉按用途可大致分为以下几类；.炉管内进行化学反应的炉子它分为两种：炉管内装有催化剂。如烧类蒸汽转化炉。炉管内不装催化剂，如乙烯裂解炉。无论其中哪一种，不仅要求从炉内取液，而且要满足各段管路化学反 应及正常运行的各种条件，如温度、压力。流量和热输入量等。.加热液体的炉子这类炉子可分为三种：管内无相变化。单纯的液体加热炉。就是把液体加热到其沸点以下的加热炉。它加热的终温低，管内结焦和腐蚀也小，操作容易炉管入口为液相，出口为气、液混相的炉子。在炼油过程中，要求被加工的流体在气、液混相状态下进入蒸储塔时使用这种加热炉。在全部工艺加热炉中它的数量较多。入口为液相，出口全部汽化的炉子

50、。这种炉子是反应器的进料加热炉。它把液体完全汽化。加热到饱和温度，然后送入工艺反应器。由于反应器的操作条件在运转期中是变化的，所以炉子的操作温度和压力等也往往变化很大。.气体加热炉水蒸气的过热，工艺气体的预热都使用这种炉子。它是纯气相，多在 较高温度下操作，一般情况下结焦的可能性不大。.加热混相流体的炉子这种炉子常用于加氢精制、加氢裂化等装置的反应器进料加热。由于 管内流体从炉子入口起是气、液混相，较上述纯气体加热炉更难保证各路 流量的均匀性。这与炉管的管径、重量流速、盘管路数、管内流动状态和 分叉管结构等有关。第二节主要技术指标热负荷每台管式加热炉单位时间内管内介质吸收的热量称为有效热负荷，

51、简 称热负荷，单位为 KW。管内介质所吸收的热量用于升温、汽化或化学反应。热负荷的理论值,可根据介质在管内的工艺过程（加热、化学反应）进行计算。 -一- . . . . 一. .一 一一 , . 加热炉的设计热负荷 Q通常取计算热负荷 Q的1.15-1.2倍。其热负 荷的大小表示炉子生产能力的大小。炉膛体积热强度炉膛单位体积在单位时间内燃料燃烧的放热量，称为炉膛体积热强度。BQi其单位为KW/M 3BQigv 3600V式中gv炉膛体积热强度，KW/M 3 ;B燃料用量，kg/h;Q燃料低热值，kj/kg燃料；V炉膛（辐射室）体积， M3Gv值越大炉膛温度越高，不利于长周期安全运行，由此炉膛体

52、积热强 度不允许过大，一般控制在1.16*10 -2kw/m3以下。三、辐射表面热强度辐射炉管单位表面积（一般按炉管外径计算表面积），单位时间内所传 递的热量称为炉管的辐射表面热强度gR,亦称为辐射热通量或热流率， 其单位为Kw/M2。四、对流表面热强度对流炉管单位面积在单位时间内所传递的热量称为对流表面热强度， 其单位为kw/ m2。目前，加热炉对流室多以钉头管或翅片管代替过去的光管，以强化传 热。钉头管或翅片管的热强度一般为光管的两倍以上。也就是说，一根钉 头管或翅片管相当于两根以上光管的传热能力。五、热效率加热炉有效利用的热量与燃料燃烧时所放出的总热量之比叫热效率， 以百分率表示：被加热

53、介质吸收的有效热量 燃料供给炉子的总热量热效率是衡量燃料利用情况，评价炉子设计和操作水平，标定炉子性 能的重要指标。热效率越高，运行越经济，说明燃料的有效利用率越高， 燃料消耗量下降。六、火墙温度火墙温度又称炉膛温度，是指烟气离开辐射室进入对流室时的温度。它代表炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中重要的控制指标。火墙温度高，说明辐射室传热强度高。 火墙温度过高时。炉管易结焦, 甚至烧坏炉管和管板等。所以火墙温度一般控制在约850c以下（烧类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉，炉温可达 900c以上）。第三节管式炉的一般结构和零部件管式加热炉如图2.5.17所示，一般由辐射室、对流室、余热回收系统、 燃烧器及

54、通风系统五部分组成。.辐射室辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这个部分直接受 到火焰冲刷，温度最高，必须充分考虑所用材料的强度、耐热性等。这个 部份是热交换的主要场所，全炉热负荷的7080 %是由辐射室承担的， 它是全炉最重要的部位。可以说，一个炉的优劣主要是看它的辐射室性能如 何。为了便于操作和保证安全运行，管式炉辐射室应设置下列配件：看火 门、人孔门、防爆门、热电偶套管、测压管、灭火蒸汽管等。看火门看火门主要是用来观察炉内火焰状况和辐射管运行情况，因此看火门 的数量和位置应能看到所有燃烧器燃烧状况，并能观察到所有的辐射管。人孔门及检修孔门为了能进入辐射室进行检修，需要设置人孔门

55、和检修门。当辐射室内 有隔墙分开并且不能通行对，每间内必须设置一个人孔门。对于炉底无法 安装人孔门的小圆筒炉，检修时可拆下燃烧器，其开孔兼作人孔。防爆门当炉内积存可燃气体和空气的混合物时，就有发生爆炸的危险，因此 辐射室应设置防爆门，以便在发生爆炸事故时，能及时卸压。防爆门的位 置应能保证卸压时喷出的热气流不致危及人员和临近设备的安全.为了能及时卸压，防爆门的数量应与辐射室的空间成比例，多室炉膛 每室至少应有一个防爆门。热电偶套管和测压表烟气出辐射室的温度是必须测量的特性温度。对于圆筒炉和立式炉， 烟气出辐射室的温度测点设在辐射室至对流定的过渡处。斜顶炉和方箱炉，该测温点设在火墙上方，因此该点

56、温度通常又称为火墙温度。管式炉都是在负压下操作的，为了保证炉内各点均处于负压下，以避 免烟气外溢而损坏钢结构，通常要求炉顶（辐射室顶）负压保持在2mmH2O 柱左右，因此，在辐射室顶部设置测压管。灭火蒸汽管当炉膛失火时，需要通入蒸汽灭火。在开工点火之前，也需要通入蒸 汽以置换炉内可能存在的可燃气体同空气的混合物，避免点火时发生爆炸 事故。因此需在辐射室的低部专门设置灭火蒸汽管。在某些情况下，还需在弯头箱内安设灭火蒸汽管，以确保炉子安全。 这些情况是：管子被加热介质腐蚀和冲蚀很厉害，弯头有可能在运转中 被腐蚀穿；采用带堵头的回弯头，因而有可能在运转中发生泄漏。.对流室对流室是靠由辐射室出来的烟气

57、进行对流换热的部分，但实际上它也 有一部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。所谓对流室 不过是指“对流传热起支配作用”的部位。它一般担负全炉热负荷的20一 30%,对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高。对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射室分开，单独放在地面上也 可以。对流室零配件的设置吹灰器或清扫孔为了清除对流管外表面上的积灰，保证对流传热效果，对流室应设置 吹灰器或清扫孔。吹灰器有两种类型：转式吹灰器、可伸缩吹灰器、超声波吹灰器。在对流管为光管，烧燃料气或较干净的燃料油而积灰不严重的情况下， 只需在炉子停工检修时才清扫炉管表面的积灰，因此对流室只需设置清扫 孔而不必采用吹灰

58、器。清扫孔应加密封盖，以避免空气漏入炉内。清扫孔 的数量应能保证用最简便的，手工操作的吹灰管能将所有对流管上的积灰 清除干净。热偶套管、测压管和灭火蒸汽管在对流室烟气出口处应设置热电偶套管和测压管。通常这两种接管设 置在烟道或烟囱上。当对流室以后没有空气预热器时，该点温度即为排烟 温度，这是决定炉子热效率的关键温度，是必须测量的。对流室一般采用焊接的急弯弯管连接，因此对流室弯头箱内一般不设 置灭火蒸汽管。如被加热介质确有使弯管腐蚀穿孔的危险，而需要在对流 室弯头箱内安装灭火蒸汽管对，仍可采用炉膛灭火蒸汽管的结构型式。.炉管系统炉管是管式加热炉形成传热表面的最重要组成部分。炉管之间连接用 的回弯

59、头和支持炉管的管架等也属于炉管系统。炉管在加热炉的辐射室和对流室里都有炉管，通俗称为辐射管和对流管。由于炉管长期处于高温、高压和腐蚀条件下，所以操作条件苛刻。一 旦炉管发生事故，就会影响正常生产，严重时还会造成经济上的巨大损失 和危及人身的安全。 因此，对炉管材料要求很高， 一般应考虑到以下几点。 强度高，特别是持久强度高；抗氧化和耐腐蚀性能良好；高温组织 稳室性符合操作条件的要求；热加工工艺性能良好，特别是可焊性； 经济性合理。为了强化对流传热，降低对流室的排烟温度，对流管道常采用钉头管 和翅片管。但遮蔽管应采用光管，而不得采用钉头管或翅片管。所谓遮蔽 管，是指对流室进口的前两排炉管。它们既

60、接受辐射室的辐射传热，又吸 收高温烟气的对流传热，有时炉管表面的热强度会超过辐射管的表面热强 度。回弯头，回弯头是把炉管与炉管连接成连续蛇管的重要零件。它处于高温区外 部，不与高温烟气直接接触，但是，由于急弯的影响，受管内流动的油品 或其它介质的冲蚀作用比较严重。因此要求回弯头在操作的温度和压力下 有足够的强度和紧密性，并且能够抗腐蚀。用于易结焦的加热炉上的回弯 头，应能便于清焦和检查炉管内结焦情况。管板和管架管板和管架是为支持炉管（包括管内介质）重量和防止炉管过多变形 而设置的炉内构件。一般水平辐射炉管的中间支承构件称为管架，两端则 称为管板，水平对流炉管的中间和两端的支承构件均称为管板。对