设备、电气、仪表基础知识培训教材正稿

.64/64目录第一章化工设备第2页第一节塔器第2页第二节加热炉第6页第三节换热设备第8页第四节容器第10页第五节泵第11页第六节压缩机第16页第七节化工设备材料第18页第八节问答题第23页第二章电气、仪表第24页第一节电气概况第24页第二节电气基础知识第30页第三节常用电气基本操作第38页第四节仪表自控基本知识第40页第三章思考题第页第一章化工设备第一节塔器塔器是化工生产中实现气相和液相或液相和液相间传质的最重要的设备之一,设计压力低于10.0Mpa〔包括真空,设计温度高于－40℃低于550℃。在塔器中所进行的工艺过程虽然各不相同,结构类型各异,但总的来说仅可划分为板式塔和填料塔两大类。不论板式塔或填料塔,从设备设计的角度来看,其基本结构可以概括为：塔体,包括筒节、端盖和联接法兰等；内件,指塔板或填料及其支撑装置及喷淋装置；支座,一般均用裙式支座；附件,包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置,以及塔外的扶梯、平台、保温层等。塔按内件分为板式塔和填料塔。下面以板式塔为例。1.1.1塔体〔筒体、封头、联接法兰等<1>筒体：筒体由数段筒节拚焊而成。常用来制造筒体的材料有16MnR,20R,有时用0Cr18Ni9Ti以及复合钢板。<2>封头：常见的压力容器的封头又称端盖,有半球形、椭圆形、蝶形、锥形及平板等。在实际生产中,大多数塔器采用椭圆形封头,而半球形封头受力最均匀,因而常用在高压容器上；平板封头应力突变最大,一般应用于常压容器。1.1.2内件〔塔盘、各种气体液体出入管、除雾器、挡板及过滤器等〕塔盘结构型式很多,常见的有圆形泡罩、槽形泡罩塔盘,S型塔盘,舌型塔盘,浮阀塔盘,浮舌塔盘,浮动喷射塔盘以及筛孔塔盘,在石油、化工中,用的较多的是圆形泡罩、浮阀、浮舌和筛孔等几种。这里就主要介绍浮阀和筛孔塔盘结构。<1>浮阀塔盘：浮阀按其结构又分为两大类：一是盘状浮阀,也就是浮阀是圆盘形,塔板上开圆孔,三条腿固定浮阀升高位置,另外是十字架固定升高位置,其中以FI型为多。另外一种是条状浮阀,是带支腿的长条片,塔板上是长条孔。浮阀的特点是：操作弹性大,最宜工作区范围大,由于气体从浮阀下吹出是靠近塔板处水平吹入液层内；因此雾沫夹带也小,气体流量可提高,生产能力大；由于塔板上只有浮阀片,流动障碍少,所以液面落差也少；全塔盘鼓泡均匀,效率可提高；另外还有压降较小,结构简单,安装方便,造价低等一系列优点。对于浮阀塔板的结构型式可分为两种,一种是整块式；另一种是分块式,对于实际使用的塔盘,特别是炼油工业常采用分块式,而整块的仅用于塔径较小的塔。分块式塔盘都可以从人孔中进出,以便于安装和检修。在塔内圆周上每隔一定距离焊有支承圈,用以支承塔盘。塔板通过螺栓联接或特制固定件与支承圈相联,塔盘之间通常采用螺栓或卡子互相联接从而组成整块塔盘。从塔盘液体流向来看,塔盘可分为单流式和双流式塔盘。单流式适用于塔径较小的塔；一般塔径为Φ200～Φ2400mm时采用单流式；当塔径在Φ2000mm以上时可用双流式。板式塔填料塔塔的结构简图常用的分块式塔板有自身梁式和槽式两种结构,自身梁式塔板的连接分为与支承圈的连接、塔板与塔板之间的连接。常用的塔盘紧固件有卡子、螺栓和龙门铁。卡子由下卡〔包括卡板及M10螺栓、椭圆垫板及螺母等零件组成,当拧紧螺母时,通过椭圆垫板和卡板把塔板紧固在支持圈或支持板上,为便于安装,塔板上的卡子孔通常开成长圆形,塔盘板之间也可用M10螺钉直接相连。龙门铁结构可用于塔盘板之间、塔盘板与支持圈或支持板之间的连接,其结构类型甚多,它具有结构简单、制造方便、能节省不锈钢等优点,但安装时要施焊,拆卸时要锤击,因此不宜用于易燃易爆及腐蚀的介质。槽式塔板与支持圈连接结构与自身梁式大致相同,而槽式塔板的连接则采用螺栓连接。螺栓若在上面,即为上拆结构；若在下面,即为下拆结构,有的可做成上下可拆结构。<2>筛孔塔盘：筛孔塔盘的结构很简单,就是在钢板上钻了许多三角形排列的小孔,小孔直径在Φ10～Φ25不等。气流从小孔中穿出吹入液体内鼓泡,液体以横流过塔板从降液管中流下,这种塔盘开孔率、生产能力也可较大,气流没有拐弯,压降也较小,塔板上无障碍物,液面落差较小,鼓泡可以较均匀,但它的操作弹性小,气流负荷变小时,就易泄漏,效率下降。在塔板上,筛孔的排列一般采取顺排和叉排两种方式。整个筛孔塔板由一块块矩形板组合而成,每块塔板由人孔送入塔内进行组装。1.1.3支座裙式支座由裙座体、基础环板、螺栓座、基础螺栓等部分组成。裙座体一般有圆筒形和圆锥形两种。1.1.4附件〔人孔、各类进出料接管及仪表接管、塔的外平台等<1>人孔：对于塔径较大的塔,为了方便检修,对设备内部进行清洗、安装及拆卸内部部件,在塔上常开设有人孔。人孔的结构一般分为圆形和椭圆形两种,圆形人孔制造方便,因此应用较广泛；椭圆形人孔制造较困难,但它对压力容器的器壁削弱较小,为减少对器壁的削弱和减少密封面,人孔尺寸尽量要小,目前所有人孔已标准化,其大小为400,450,500,600mm这四种。<2>接管：为控制操作过程,需测量温度、压力及液面等,在容器上装有安装这些仪表的接管,此类接管直径都较小,因此一般采用带有内、外管的短接管直接焊接在设备上,这些接管常采用与塔体材质相同的材质来制造。炼化部丁二烯装置的2#常减压的常减压塔和1#芳烃装置的1#常减压的常减压塔的结构形式就如图所示的板式塔。炼化部共有各类塔器286台,包含各种类型的塔。常减压装置中的减压塔是比较典型的一种。减压塔的功能是用来分馏粗馏塔中沸点高于大约7000F〔3700C的烃类。减压塔的压力,在污重油收集盘下,可降低到大约1.0磅/平方英寸〔绝对压力。从粗馏塔塔底到粗馏塔的总压力降为28.7磅/平方英寸〔绝对压力。这样大的压力差能使大量的烃类在减压塔塔顶内蒸出来,而塔底温度,可维持在不超过730～7800F,这要由所进的原料来决定。为了从塔底中更好地取出有用的产品,以及生产出有良好针入度的沥青,可以从塔底集油槽导入汽提蒸汽,来降低塔底液的分压。与大多数的分馏塔相比较,减压塔的进料管是很大的。这是由于低压,使减压塔进料几乎大部份被汽化了。同样还需要使用一种叫切线分配器的特殊分配器,使进料发生旋转,避免分配器上部的设备由于原料进入低压的减压塔后急剧膨胀而造成损失。减压塔的内件按最小压降来设计。污重油收集盘、格栅板和破沫网是贯穿整个塔横截面的内件。格栅板和破沫网使夹带在快速上升的气体中的液滴凝聚而得以去除。喷淋分配器有助于格栅板和破沫网的去除液滴的作用。在减压塔内设有塔板,所谓的塔板仅是一种间隔排列的挡板。挡板的边缘钻有孔,并有金属网络加强。挡板交错安装,对凝液有一种阶梯效应。热气体通过阶梯使液体中低沸点组份在次气化。收集盘设计成为在侧线切割料抽出泵进口液体中不含有气体。在泵启动时,将不凝性气体排放回塔内,这将极大地有助于泵的启动。当泵运转正常时,将排放关闭。减压塔的顶部是锻成直径缩小的,因为在顶部物料的流动比塔的侧线要少些。事实上,原料中如果轻馏份过多,或塔底料由于热裂解生成的轻馏份过多,会使得对减压塔抽空并维持减压塔低压的真空喷射泵负荷过重。减压塔一般设计成能承受内压50磅/平方英寸〔表压〔3.5公斤/厘米2和绝对外压14.7磅/平方英寸。为了加强塔壁承受这二个压力,采取了加强肋措施。就是每隔几英尺围绕塔身焊接一个加强圈。在2号乙烯70万吨改造项目中引进一种波纹筛板塔,波纹筛板塔是S&W公司专利塔盘,该塔盘塔径小通量大的优点。波纹板顾名思义是波纹形状的塔板,在波纹的波谷和波纹上开有小孔,也就是说把开孔的平板轧制成波纹板,若干个小塔板组装成一个完整塔板。①DA-2135急冷油塔该塔的作用与DA101的作用相同,都是分离裂解气中的重组份,产出急冷油和燃料油。现将DA2135与DA101作一下比较,从中找出两者的差异。内径mmT-T长度mm塔板塔板作用特点DA21356200/660029650/裙59001~10波纹塔板11~18波纹塔板19~22波纹塔板精馏盘油产出急冷油产出新型塔板,区域明确,枝状进料管,18#与19#塔板间有升气管板。DA101660023100/裙66001~15浮伐16~25折流板精馏中段急冷油产出传统塔板,指状进料管无升气管板。从外形上看,两塔塔径相同,不过DA2135上部6200mm段塔径小400mm,从高度上看,DA2135比DA101高5850mm。从内部结构看,DA2135不用传统的浮伐塔板和折流板,而用先进的不结垢、无活动部件的波纹筛板,不会出现类似浮阀冲掉现象。由于塔板结构不同,所采用的回流进料管的形式有差异。②DA-2140急冷水塔急冷水塔的作用是把从急冷油塔塔顶来的裂解气中的C1~C4分离出来,进入裂解气压缩区,而塔釜的水与烃类分层,水用于换热网络系统,使热量充分利用后返回急冷水塔,烃类汽油一部分用于急冷油塔塔顶回流,其余部分作为精馏汽提塔的进料。现将DA2140与DA104作一下比较。内径mmT-T长度mm塔板特点DA21404600/64008150/18400裙63001～10波纹塔板11～18波纹塔板新型塔板,塔釜有V形挡板将油水分离。DA1045000/68003700/14200裙31001～5填料6～14浮伐塔板传统塔板,规整填料和乱堆填料。从外形上看,新塔塔径小于老塔,但新塔比老塔高出9550mm。从内部结构看,DA2140不用传统的浮伐塔板与填料想结合的塔型,而是采用先进的波纹筛板塔板,不会出现类似浮阀冲掉现象,由于塔板结构不同,10#与11#塔板之间的进料管结构形式是枝状形,而5#~6#塔板之间的进料管结构形式是指状形。DA2140塔釜设有V型挡板油水分离器,而DA104塔在塔外设FA120油水分离器。第二节加热炉管式加热炉简称加热炉,是保证供给油料〔或油品的加热蒸发及化学反应等所需的热量。其燃料一般是炼厂的燃料气或燃料油。目前出现的炉型不下十几种,按用途可分为纯加热炉和加热－反应炉；按传热方式可分为纯对热炉、辐射室炉和辐射对流炉；按炉体形状可分箱式炉〔包括斜顶炉、立式炉、圆筒炉、无焰炉等。加热炉它是由辐射室、对流室、燃烧系统等组成。1.2.1辐射室〔燃烧室辐射室又叫炉膛,是加热炉的核心部分,它配置有燃烧器,采用气体燃料或液体燃料进行燃烧,将高温烟气和火焰所放出的热量主要以辐射传热的方式传给敷设在室内的辐射管,供给管内的原料油加热或汽化所需的热量。1.2.2对流室对流室将从辐射室流出的高温烟气和火焰所放出的剩余热量主要以对流传热形式传给敷设在室内的对流炉管。对流室除加热油品之外,有时还附有加热饱和水蒸气成为过热水蒸气的任务。1.2.3燃烧器一个完整的燃烧器通常由燃料喷嘴、配风器和燃烧道这三部分组成,燃烧器分成燃油、燃气和油气联合三种形式。燃烧器俗称火嘴,对炉型及尺寸有很大的影响,这是炉子操作好坏的关键,用气体作燃料的火嘴,用液体做燃料的叫油嘴,还有油－瓦斯联合火嘴。火嘴包括燃料喷嘴,调风器和火道三部分。喷嘴供给燃料,调风器调节并引入空气,火道可给火焰根部提供高温热源以保证燃烧稳定。1.2.4炉管连接件的品种它的品种很多,常用的有：急弯弯头、回弯头、集合管等,弯头：是将炉管连接成一个整体的管式加热炉的一般结构图部件,它使油品流向回转180℃,在进、出口处也有流向回转90℃的,所以可分180℃弯和90℃弯头二种。它的材质一般和炉管基本相同,按制造方法不同,常用的回弯头分为锻造和铸造二种,急弯弯头分为推制和铸造二种,有的回弯头带有可拆堵头,适用于结焦严重需经常检查与清焦的炉管,则集合管一般是由带孔管段和封头组成,按制造方法可分为铸造和拨制。1.2.5炉管、管件和管板炉管是加热炉的重要部件,它在十分苛刻的条件下操作,外面直接接触热源,温度高而且有氧化腐蚀。所以相对应炉管所处的腐蚀环境,炉温高的炉管应满足性能：①要求足够的耐热性,以防止炉管在高温下蠕变。②要有足够的抗氧化性及耐腐蚀性。③为了能承受一定操作压力及抵抗机械清焦的冲击,需要有一定的强度,同时为了与回弯头连接,也要有合适的硬度。炼化部有各类管式加热炉92台,基本炉型有裂解炉、转化炉、焦化炉、立式圆筒炉。裂解炉是乙烯装置中重要设备,介质在炉管中加热并反应成裂解气。1＃乙烯装置的裂解炉为倒置式双梯台炉结构,辐射段在炉中央,余热锅炉在炉顶,对流段是原料油预热器,过热器和锅炉给水预热器放置在炉下部,辐射段炉管采用单排中心布置立管、双面轴辐射,在炉壁梯台上放置倒垂式长焰油气混合烧嘴。2＃乙烯老区的裂解炉是美国鲁姆斯公司SRT-Ⅲ型,辐射管为竖式排列共6组排管,每组排管为4程,进口4根,出口1根,加热炉侧壁设有气体无焰烧嘴,底部设有油气联合烧嘴。转化炉是制氢装置的主要设备,转化炉炉管中装有催化剂,介质在炉管中加热反应成转化气。2＃炼油和2＃芳烃都有转化炉,炉型结构相同,均为竖式排列、单程、双面辐射,上下各有集合管,集合管与炉管的连管称为猪尾巴,可补偿炉管的热膨胀量。燃烧器设在顶部,转化炉的对流段由蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器三部分组成。第三节换热设备在化工生产中换热器是极为重要的通用设备,其目的适当地选取冷热介质实现热量交换,满足一定的工艺要求或节能目的。按工艺功能可分为：1、换热器两种不同温位的工艺物流相互进行显热交换的设备。2、冷凝器塔顶物流的冷凝或者反应器的冷凝循环回流的设备。3、蒸发器专门用于蒸发溶液中的水或溶剂。4、过热器对饱和蒸汽再加热升温的设备。5、加热器加热工艺物流的设备,一般采用水蒸气、导热油〔导生油、熔盐等为加热介质。6、冷却器冷却工艺物流的设备,一般以水、空气等作为冷却剂。7、再沸器用于蒸馏塔底蒸发物质,其中热虹吸式再沸器被蒸发的物料依靠液头差自然循环蒸发。8、废热锅炉由高温物流或废气中回收余热而发生蒸汽。但根据冷、热物流热量交换的方式又可基本上分为三大类,即间壁式、混和式和蓄热式。在这三类换热器中,间壁式使用最广。1.3.1间壁式换热器最常见的间壁式换热器是管壳式换热器。管壳式换热器可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填函式、滑动管板式等几种。炼化部使用最多的是前面三种类型换热器〔即固定管板式、浮头式、U型管式。1.3.1.1固定管板式换热器当冷热物流温度相差不大时,可采用固定管板即把两端管板与壳体制成一体的结构式。结构简单成本低,但壳程清洗困难,要求管外流体必须洁净而不易结垢。为减少温差引起的热应力,可在壳体上设有膨胀节以减少热应力浮头式换热器这种换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动这种结构不但完全消除热应力,而且整个管束可从壳体中抽出,便于清洗和检修。尽管其结构较为复杂,造价较高,它还是应用较多的一种形式,但小浮头端容易造成泄漏。炼化部的大部分浮头式换热器的结构即如下图所示。1.3.1.3U型管式U型管式换热器的每根换热管都弯成U型,进出口分别安装在同一管板的一,封头以隔板和管板筋分成两室。管束可以自由伸缩,而与外壳无关。在结构上它比浮头式简单,但管程不易清洗。1.3.2套管式它是由两根不同直径的管子,同心相套,再由弯管连接而成,冷热两种流体分别由内管和管间相互向通过,进行热量交换。它结构简单,能受高压,应用方便。ABS、EBS浮头式换热器简图1.3.3沉浸式蛇管换热器在水槽中设置蛇形盘管,蛇形管形状和水槽相适应。1.3.4空气冷却器空冷器由管束、管箱、支持架、风机所组成。管束：管子的材料一般是碳钢,特殊场合下用的不锈钢、合金钢、铝等。翅片采用导热性能好的铝带缠绕在钢管上。管束安装的位置有立式、卧式、人字式〔斜顶式、园环式等,目前在炼油厂中使用最多的就是卧式和人字式。人字式的管束斜放,风机安装在中间的空间内,其优点是结构紧凑,占地面积小。卧式管束作水平放置,用作冷凝器时为使冷凝液不致停留在管束中,通用使其有3°左右的倾斜,风机置于上部或下部,其管线布置较清楚,管束表面空气分布较均匀,造价较低。1.3.5湿式空冷器湿式空冷器是一种新型空气冷却器,它借助少量水在翅片表面的蒸发而强化传热,具有传热系数高,冷却能力强,冷后温度低,用水量少等优点,可以普遍用于70～80℃的油品的冷却,以取代水冷器。炼化部有各类换热设备1960台,大多数为常规结构。加氢反应器进出物换热器为高压临氢设备,壳体材质是铬钼钢,内堆焊不锈钢耐蚀层,采用焊接密封形式。用循环水冷却介质的换热器称为水冷器,水侧一般设有防腐层。鼓风式空气冷却器引风式空气冷却器水平式空气冷却器图第四节容器容器在化工生产中是一种极其广泛,且结构简单的设备,这里所讲的容器是指起到储存或中间暂留物料或介质的设备,容器又可以分为压力容器和常压容器<含真空>,因其服务的对象不同,操作条件各异,所以结构型式也有所不同。1.4.1容器分类<1>压力容器：是指设备内腔压力大于等于0.1Mpa的容器；<2>常压容器：是指设备内腔压力小于0.1Mpa<含真空>的容器；1.4.2压力容器监察管理的范围根据中华人民XX国劳动部颁发的《规程容器安全技术监察规程》规定：应同时具备下列条件的压力容器<规程不适于容器除外>,是要求在技术监督局使用登记管理范围内的。<1>最高工作压力<PW>大于等于0.1Mpa<不含液体静压力>。<2>内直径<非园形截面指断面最大尺寸>大于等于0.15m,且容积<V>大于等于0.025M3。介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。压力容器按压力等级可分为低压容器〔0.1Mpa≤p＜1.6Mpa>、中压容器〔1.6Mpa≤p＜10Mpa>、高压容器〔10Mpa≤p＜100Mpa＝、超高压容器〔p≥100Mpa。1.4.3结构型式主要有立式<包括平底平盖、平底锥盖等>,卧式、球形,带夹套或不带夹套,带搅拌呈不带搅拌器,内部装有部件等。1.4.4容器附件<1>安全阀：起到保护设备安全运行。<2>呼吸阀：防止设备内抽空造成缸壁变形。<3>人孔：便于设备内安装或拆卸部件及清除杂物。<4>液面计<类型有沉筒、玻璃板、雷达等>：能起到指示设备内液体介质的界面。<5>温度计：指示设备内介质的温度。<6>内件：因不同的内件,作用有所不同,如倒催化剂、破沫等。<7>排污：排除设备内杂物、废物等。1.4.5常压储罐常压储罐按结构分为：固定顶罐、浮顶罐、内浮顶罐。固定顶罐又可分为：自支承拱顶罐、自支承锥顶罐、柱支承锥顶罐等。主要分布在储运分公司,大约有180台左右。1.4.6气柜<1>气柜是储存化学气体的设备,它的另外作用是均衡、缓冲系统中的负荷,并可进一步分离、净化气体。<2>气柜主要结构由水槽、中节、钟罩、外导架、导轨、导轮、进气室、出气室、进气立管、出气立管、最高和最低限位装置、配重等部件构成。中节、钟罩依靠导轨、导轮在水槽中自由升降而改变储气容积,按开降形式,又可分为外导架直开式、螺旋导轨式、无外导架直开式三种。炼化部有各类压力容器2819台,其中球型储罐70台。球型储罐是储存挥发性大的介质,球罐的环境温度决定了球罐压力,储存温度决定了液体蒸汽压。正常运转球罐设计要以在最高温度时,其蒸汽压不会使安全阀起跳,每台球罐有1至2只安全阀,一套自动计量系统、温度显示和一套冷却球罐外表面的冷却喷淋系统。第五节泵在化工生产中有大量的原料、半成品和产品是液体。按品种分这些液体有水、石油产品、有机溶液以及各种酸碱溶液等。为了保证化工生产过程正常连续进行,就要用机器将这些液体从一处沿管道输送至另一处,或从低压处输送到高压处。这种输送液体并提高液体压力的机器就是泵。1.5.1泵的类型泵类设备主要有二大类：一类是速度型,典型的速度型泵有离心泵、轴流泵；另一类是容积型,常用的有注射泵、齿轮泵等。1.5.1.1速度型速度型主要有离心泵,离心泵有下面几种形式：单吸泵、双吸泵、单级泵、多级泵、悬臂泵、二端支撑泵、立式泵、卧式泵1.5.1.2容积泵容积泵包括往复泵、转子泵、滑片泵等。1.5.1.2.1往复泵往复泵有下面几种形式：柱塞泵、隔膜泵1.5.1.2.2转子泵转子泵有下面几种形式：齿轮泵、螺杆泵1.5.1.3其他类型的泵喷射泵等1.5.2各种泵的工作原理及特点1.5.2.1离心泵的工作原理离心泵的工作原理：当叶轮转动时,叶片推动液体转动产生离心力抛向四周,在蜗壳内将速轴向进口悬臂式AY型泵结构简图度转动的势能形成压头,另外在液体抛向四周的同时,中央形成低压漩涡,外部液体不断补充。1.5.2.2离心泵的特点特点：结构简单紧凑,流量大,可以直接与电机或透平连接,排出压力稳定,流量连续均匀,操作方便,适用范围广。1.5.2.3离心泵的组成部件离心泵由泵壳、叶轮、泵盖、密封、轴、轴承、轴承托架、联轴器、驱动机及底座组成。泵壳、泵盖：一般由铸钢制造,也有用锻件经金加工制成。叶轮：有开式叶轮、闭式叶轮,一台泵有一个叶轮的称单级泵,有二个或二个以上叶轮的称为多级泵。增加叶轮,不增加流量,只增加泵的出口压力。密封：有机械密封、填料密封。当介质是易燃易爆、有毒有害时,一定要用机械密封,当介质为水时可以用填料密封,填料密封优点是维修方便。轴：由锻件制成,轴和叶轮组装在一起称为转子。轴承：有滚动轴承和滑动轴承。一般轴功率大于160KW时选用滑动轴承。联轴器：有弹性联轴器、齿轮联轴器、膜片联轴器。以前常用弹性联轴器、齿轮联轴器,由于弹性联轴器易损坏、齿轮联轴器对对中要求高,而且声音响,现大部分使用膜片联轴器。驱动机：常用的是电机,当该泵很重要时也用透平驱动,如润滑油泵、锅炉给水泵等。底座：一般是共用底座,即泵和驱动机在一个底座上。也有分开的底座。如循环水泵的底座。双级双吸两端支承式AY型泵结构简图1.5.2.4离心泵的常见故障及消除方法故障现象产生故障原因消除方法泵灌不满。底阀未关或吸入系统泄漏。关闭底阀或消除泄漏。泵不吸液,真空表指示高度真空底阀未打开或过滤部分堵塞。进口管阻力太大。吸入高度过高。打开底阀或清洗过滤部分。清洗或更换进口管。适当降低吸入高度。泵不吸液,真空表和压力表的指示剧烈跳动开车前泵内灌液不足。进口管有泄漏。进口管没有浸在液中或浸入深度不够。泵腔内有气体未排净。仃车将泵内液体灌满。检查进口管和仪表。消除泄漏。降低进口管,使之在液中有一定深度〔一般不小于500MM。压力表虽然有压力,但出口管不出液出口管阻力太大,叶轮流道堵塞清洗出口管,清洗叶轮流量不足密封环径向间隙增大,内漏增加。叶轮流道堵塞。进口部分阻力太大,如过滤部分堵塞,弯头太多,底阀太小。吸入高度过大,或灌液不够。吸液深度不够,有空气进入。进口部分密封不严密。进口管安装不正确,使管内有积聚空气的地方存在。出口管阻力太大,或出口阀门开度不够。输送液体温度过高,叶轮产生汽蚀。检修。清洗叶轮和流道。清洗过滤器。降低吸入高度或增加灌注高度。增加吸液深度。检查进口部分密封情况,如是填料密封,更换填料。重新安装进口管。清洗管子,或适当开启出口阀。适当降低液体输送温度或增加叶轮的表面光洁度。填料函漏液过多填料磨损。填料压得不紧。填料安装错误。平衡盘失效。泵轴弯曲或磨损。更换填料。拧紧填料压盖或增加填料。重新安装填料。修理平衡盘。修理或更换泵轴。填料过热填料压得太紧。填料内冷却水进不去。轴或轴套表面磨损。适当放松填料。检查填料环空是否堵塞。修理轴表面或更换轴套。轴承过热轴承内润滑油不够或油品变质。轴已弯曲或轴承滚珠失圆。轴承安装不正确。泵轴于电机同心度不符合要求。检查或更换润滑油。检修或更换零件。重新安装及找正。振动叶轮磨损不均匀或部分流道堵塞,造成叶轮不平衡。轴承磨损。泵轴弯曲。转动部分有摩擦。转动部分的零件松弛或破损。泵内发生汽蚀现象。对中不好。地脚螺栓松动。对叶轮作平衡或校正或清洗叶轮。修理或更换轴承。校直或更换。检修或更换零件。消除汽蚀原因。重新对中。拧紧地脚螺栓。容积型泵1.5.3.1容积型泵原理：依靠工作室〔泵壳或缸的容积连续改变而输送液体。1.5.3.2往复泵特点：计量正确,精度误差一般可达小于5％以内,流量可以调节,出口压力高,流量小。往复泵由泵头〔或称接液端和传动机构〔或称动力端两大部分组成,泵头有进出口单向阀、填料箱、填料、柱塞等组成。传动机构由N轴、蜗轮蜗杆、电机等组成。一台电机一个泵头的称单头泵,一台电机带几各泵头的称多头泵。当输送有剧毒性、强腐蚀性、发射性或高纯度的液体时,往往采用隔膜泵,就是在柱塞泵的基础上增加隔膜,使物料与柱塞、填料不接触。计量泵常见故障及消除方法故障现象原因消除方法泵起动后自行仃车过负荷自动跳闸。出口管堵塞。传动部件卡住找出原因后合闸。清理管道。检修。出现汽蚀现象〔即当泵行程增加时,出口量不增加,同时泵体内发出液体与金属的撞击声进口管太细。吸上管道太高。介质黏度过高。饱和蒸汽压力太高。有空气从进口管漏进。有空气从填料箱漏入。物料从填料中漏出。物料从安全阀漏出。进口阀堵。增加进口管管径。增加吸业槽液位。加温降低黏度。检查漏气并消漏。压紧或更换填料。进行研磨或更换。清洗或更换。出口量不稳定转速不稳定。填料密封不严。进出口压差太小,出口管管径太细,造成过流量现象。检查马达。检查填料。出口管线检查。。行程调节手柄失灵如发生在带负荷运转时则上衬套未固定紧。如仃车或空负荷运转市失灵则偏心轮或曲柄损坏。重新安装。解体检查,更换零部件振动大,升降螺杆上下振动、十字头晃动、旋转时发出撞击声上衬套或螺杆端部松动。滚针轴承磨损。蜗杆的滚珠轴承磨损。校衬套滚珠轴承磨损偏心轮的上滚针轴承磨损。固定或调整垫片。更换或重新安装轴承。泵头发出较大响声出口单向阀行程太小或被异物卡住。汽蚀更换垫片或消除异物。分析汽蚀原因并以解决。曲轴箱温度高超负荷运转。蜗杆的锥形滚柱轴承装得过紧。润滑油油位不当,或油质不符。调整负荷。重新调整垫片。检查或更换润滑油。隔膜泵的出口量不足液压箱液位随行程变化。放气补液阀动作不当。双隔膜间有空气。支撑板上的小孔被堵。隔膜变形或损坏。调整箱内安全阀的设定压力。解体检查,清洗。更换隔膜。1.5.3.3齿轮泵特点：流量均匀,出口压力高,能输送黏度较高的液体〔但不能含颗粒杂质,流量比往复泵大但比离心泵小。齿轮泵由一对齿轮、泵壳、轴承、电机及底座组成齿轮的形式有直齿轮、斜齿轮人字齿和螺旋齿轮,其中螺旋齿轮和人字齿轮的运转平稳,应用较多。泵壳是铸钢。轴承：滑动轴承和滚动轴承。驱动机：常用的是电机,当该泵很重要时也用透平,如润滑油泵、燃料油泵等。底座：一般是共用底座。1.5.3.4其他类型的泵喷射泵原理－依靠另一种工作流体的能量来输送液体。这工作流体一般是高压蒸汽,蒸汽在高压下经过喷嘴,绝热膨胀并以高速喷出,使它的静压能变为动能,因此产生负压,常用于抽真空。特点：结构简单,制造容易,无转动设备。炼化部共有各类泵2452台,包含各种类型结构的泵,大多数是单级离心泵。当输送介质的压力高时一般选用分段多级双层泵壳离心泵,加氢进料泵、切焦水泵等高压泵都是这种类型。在小流量高扬程场合一般使用高速离心泵,这类泵是马达通过内部的齿轮来增速,使泵转速加到7000~14000转/分,叶轮与半开式叶轮相似,但是在背侧有几个大孔,因此在叶轮的背面不会产生压力而造成一个不平衡的轴向推力,叶轮与泵壳的间隙很小,制造精度高,安装和调整要求高,在叶轮前端装有诱导轮,改善进口状态。第六节压缩机在化工生产中,有很多分离和反应是在一定的压力条件下进行的,有的地方需要有压力气体作为动力。压缩机的作用是将气体从一个地方输送到另一个地方或者将气体升到一定的压力,是产生气体压力能的设备。按能量转换的方式不同,常用压缩机可分为容积式压缩机和速度式压缩机。容积式压缩机中典型的机型是往复式压缩机,速度式压缩机中典型是离心式压缩机。1.6.1往复式压缩机往复式压缩机是依靠往复运动的活塞在气缸中运动,气缸容积周期性的变化来压缩气体,以达到提高气体的目的。往复式压缩机的优点是适用压力范围广、压缩效率高、适应性较强。一般大型的往复式压缩机组由主机和辅机二大部分组成,主机主要包括曲轴、连杆、十字头、气缸组件、气阀组件、活塞组件、轴封组件、以及驱动组件,辅机主要包括润滑系统、中间冷却系统、气体缓冲BLC型氢气压缩机简图及排液系统、气路系统。往复压缩中的曲轴、连杆、十字头组成传动机械,曲轴中的主轴和曲轴销形成一个曲拐,主轴转动时有一个较大直径的运动的轨迹,十字头只能在机体导轨中往复运动,连杆与曲柄销连接的一头作往复运动,所以,传动机构的同时总将旋转运动变成往复运动,并传递动力。气缸组件是构成压缩容积实现气体压缩的主要部件。为了能承受气体压力,应有足够的强度；由于活塞在其中的往复运动,内壁承受磨擦,气缸内壁要有一定的耐摩要求。按气缸冷却方式可分为风冷和水冷二种,大型机组多数是采用水冷缸体。按活塞在气缸中作用方式的不同有单作用、双作用与级差式气缸,双作用气缸可减少气体的波动和提高效率。为了在缸内壁摩损后的修复,一般在缸体内装有一圆筒形薄壁缸套。一旦缸套内径超差,可镗去再换一个缸套。气缸上装有气阀、气阀是靠气阀二边的压差来实现自动启闭,常用的气阀有环状阀、网状网、碟形网。1.6.2离心式压缩机离心式压缩机是靠高速旋转的叶轮、及使吸入的气体能量头提高,并通过扩压元件把气流的两能头转换成所需的压力能量头,以达到提高气体压力的目的。离心式压缩机的优点有：结构紧凑、近转平衡、易损部件少、日常维护简单,压缩过程与润滑不接触可做到绝对无油,转速高可与汽轮机直联。缺点有：不适应于气量大小及压力大的场合,稳定工况较窄,较往复机效率低,转速高造成零件制造、装配要求高。离心式压缩机术语中有"级"、"段"、"缸"之分,"级"是一个叶轮及与其相配的固定元件；"段"是以中间冷却器作的分段的标志；"缸"是机壳,这主要是叶轮太多使转2MCL型富气压缩机简图轴的监界转速下降对运转不利,所以,要分缸。离心式压缩机多的多级叶轮。<1>叶轮〔亦称工作轮它是离心式压缩机中唯一的作功部件。气体进入叶轮后,在叶轮的推动下跟着叶轮旋转,由于叶轮对气流作功,增加了气流的能量,因此气体流出叶轮时的压力和速度均有所增加。<2>扩压器气体从叶轮流出时速度很高,为了充分利用这部分速度能,常常在叶轮后设置流通截面逐渐扩大的扩压器,以便将速度能转变为压力能。一般常用的扩压器是一个环形的通道,其中装有叶片的是叶片扩压器,不装叶片的便是无叶扩压器。<3>弯道为了把扩压器后的气流引导到下一级叶轮去进行压缩,在扩压器后设置了回流器,在回流器中一般装有导叶。<4>回流器为了使气流以一定方向均匀地进入下一级叶轮进口,所以设置了回流器,在回流器中一般装有导叶。<5>蜗壳其主要作用是将由扩压器〔或直接由叶轮出来的气流汇集起来引出机器。<6>在离心式压缩机中,一般还常将叶轮与轴的组件称为转子；而将扩压器、弯道、回流器、蜗壳及吸气室等称为固定元件。为了减少作用在止推轴承上的轴向力,常在机器的一端装有平衡盘.炼化部共有各类压缩机137套,其中22套大型离心式压缩机组,17套大型往复压缩机组。多数离心压缩机组以蒸汽透平和烟气透平,输送氢气、乙烯、裂解气、丙烯。2号乙烯装置裂解气压缩机是由透平驱动,压缩机分三缸五段,低压缸为第一段,有二个35″入口,一个35″的出口,中压缸有二段,第二段和第三段,第三段；高压缸有二段。各缸的技术参数见下表。型号DMCL8042MCL8042MCL706段号第一段第二段第三段第四段第五段入口/出口尺寸in″35/3535/2828/2020/1818/12入口/出口等级lb300/300300/300300/300600/600600/600进口压力MPa〔A0.1420.2670.5230.9561.845出口压力MPa〔A0.2870.5541.0252.0023.828进口温度℃40.939.839.9415.4气体最高温度℃85.485.786.796.363.7主轴速度rpm/min66656665666566656665压缩比2.071.962.0942.075原动机功率Kw1857718577185771857718577第一临界转速rpm/min26163415341535413541第二临界转速rpm/min1026411538115381254712547最XX续转速rpm/min69986998699869986998叶轮数量22233第七节化工设备材料化工生产有其特殊性,主要表现为有些物料属于易燃易爆的、有毒有害的、有腐蚀性的,而生产过程往往需要在高温、高压、真空、低温的环境下进行,所以,对设备的强度、密封、耐腐蚀等性能提出了很高的要求。1.7.1金属材料1.7.1.1金属材料的主要性能①力学性能材料在外力作用下表现出来的性能叫材料的力学性能。其主要指标有强度、硬度、弹性、塑性和韧性等。a强度强度是金属材料在外力作用下,抵抗产生塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标是屈服极限和强度极限。Ⅰ屈服极限〔бs在低碳钢的拉伸试验中,试件受载后,随着载荷的增加试件有变形,当载荷增大到某一值时,载荷不再增加,试件却产生明显的塑性变形。这种现象习惯上称为"屈服",发生屈服时的应力称为屈服极限〔屈服点,用бs表示,它代表材料抵抗塑性变形的能力。在实际生产中,一般不允许零件发生塑性变形。即应力б不能超过屈服极限。一般取б≤бs/n式中n为安全系数,其值随工作条件而定,且n>1。也称为许用应力,用[б]表示。Ⅱ强度极限〔бb金属材料在受力过程中,从开始受载到发生断裂所能达到的最大应力值,叫做强度极限。化工容器设计常用的材料强度指标是抗拉强度,它是拉伸试验时,试件断裂前的最大载荷下的应力,用бb〔MPa表示。强度极限是压力容器选材的重要性能指标。Ⅲ疲劳强度在大小和方向变化的载荷下,使金属材料在应力远低于屈服极限即发生断裂,这种现象称为疲劳。金属材料在变载荷的作用下,经过一特定时间而不发生破坏的最大应力称为疲劳极限。它反映了金属材料在变载荷的作用下的承载能力,一般疲劳极限比强度极限低得多。b弹性与塑性材料在外力作用下其尺寸和形状发生变化,当外力卸下,材料又恢复到原始形状和尺寸,材料的这种特性称为弹性。一般情况下,材料在弹性范围内,应力和应变成正比,其比值为弹性模量。弹性模量越小,材料的弹性越好。材料的塑性是断裂前发生塑性变形的能力。塑性指标也是由拉伸试验测得。用伸长率〔δ和断面收缩率〔ψ表示,δ和ψ的值越大,塑性越好。c硬度金属材料表面局部区域内抵抗变形〔尤其是塑性变形,包括抵抗压痕或划痕的能力称为硬度。它是反映材料弹性、强度与塑性等的综合指标。d冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。冲击韧性指标可由常温下材料冲击测得。e材料在高温和低温下的力学性能一般金属材料在高温和低温下,其力学性能会发生显著的变化,表现为高温蠕变和低温脆性。Ⅰ高温蠕变长期在高温下工作的金属材料,当它所承受的应力值不高且大小也不变时,它的塑性变形却随时间而缓慢增长,这种现象称为高温蠕变。把材料在高温下抵抗发生缓慢塑性变形的能力,称为蠕变极限,用бnt〔MPa表示〔t为工作温度,n为变形量的百分比。бnt是材料在温度t是经过105h〔小时产生蠕变量为1%时的最大应力。Ⅱ低温脆性在低温下工作的金属材料,随温度的降低,其强度和硬度逐渐提高,塑性和韧性却逐渐降低,并且在低于某个温度后冲击韧性数值突然降得很低,这种现象称为低温脆性。1.7.1.2物理性能金属材料的物理性能有热膨胀性、导电性、导热性、熔点、相对密度等。化工生产中使用异种钢焊接的设备,要考虑它们的热膨胀性能要接近,否则会因膨胀量不等而使构件变形或损坏。1.7.1.3材料的化学性能金属材料的化学性能主要是耐腐蚀性和抗氧化性①耐腐蚀性金属材料抵抗周围介质对其腐蚀破坏的能力叫耐腐蚀性。一般认为介质对材料的腐蚀速度在0.1mm/a以下时,在这种介质中金属材料是耐腐蚀的。②抗氧化性在高温下使用的化工设备的材料与氧气或其他气体介质如水蒸气、co2、so2等产生化学反应而使金属材料氧化。因此,高温使用的设备,其材料要具有抗氧化性。1.7.1.4加工工艺性化工设备制造过程中,其材料要具有适应各种制造方法的能力,即具有工艺性,它标志着制成成品的难易程度。主要加工工艺性能有可焊性、可铸性、可锻性、热处理性、切削加工性和冷变形性等。一般塑性好的材料,其焊接性能和冷冲压性能都好。1.7.2碳钢的种类与牌号铁与碳及少量的其他元素融合的合金为铁碳合金,按碳含量的不同分为碳钢和铸铁。1.7.2.1碳钢的分类碳钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。除了铁和碳,碳钢还含有少量的磷、硫、硅、锰等其他杂质元素。其中硫使碳钢有热脆性,磷使碳钢有冷脆性,锰可以改善钢的热处理性能。磷、硫含量越少,碳钢的品质越好,依此碳钢分为三类：普通碳钢、优质钢、高级优质钢。当然还可按其他方式分类。1.7.2.2普通碳素结构钢这种钢含碳量较低,杂质含量较高,是质量不高的碳钢,具有一定的力学性能。国家标准规定,这类钢材按保证力学性能供应和屈服点,将其分成不同的牌号。每种牌号有按质量分为A、B、C、D四级,A级、B级为普通质量钢,C级、D级为优质钢。1.7.2.3优质碳素结构钢这种钢除了保证钢材的力学性能和化学成分外,还对硫磷的含量严格控制。根据碳含量的不同,将这种钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。①低碳钢含碳量≤0.25%,钢的强度低,但塑性好,焊接性能好,在化工设备中广泛应用。②中碳钢含碳量为0.30%~0.60%,强度、硬度高,塑性、韧性差；焊接性能较差,不适宜制造化工设备壳体。多用于制造传动设备的零件。③高碳钢含碳量≥0.60%,强度、硬度较高,塑性、焊接性能差,不适宜制造化工设备,常用于制造弹簧、刀具及钢丝绳等。优质碳素结构钢的牌号是两位数,表示碳含量的万分数。例如20钢,表示平均含碳量为0.2%的钢。如果优质碳素结构钢中含锰量较高,则在两位数后标以汉字锰或Mn元素符号。例如,20锰是含锰量较高的优质碳素结构钢。特殊用途钢,规定在数字后加注字母。R为容器用钢。例如,20R为含碳量0.20%,普通含锰量的容器用优质碳素结构钢。1.7.3合金钢1.7.3.1低合金钢这种钢是由含碳量较低〔0.1%~0.25%的碳素钢加入少量的合金元素〔Mn、V、Nb、Ni、Cr、Mo熔合而成,合金元素的总含量不大于5%。由于合金元素的作用,它具有很好的可焊性、冷加工性、耐腐蚀性、低温性等综合力学性能和加工性能。广泛用于化工设备。低合金钢的牌号方法是以前面两位数字表示含碳量的万分数；以所含合金元素符号表示所含合金元素,合金元素后面的数字表示该元素的百分含量,当合金元素的含量小于1.5%时不标数字,平均含量为1.5%~2.5%,2.5%~3.5%时,则相应标注2,3。1.7.3.2合金结构钢化工机械设备使用的合金结构钢主要是不锈耐酸钢和耐热钢。①不锈耐酸钢a不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。耐酸钢同时也是不锈钢。b不锈耐酸钢中的主要合金元素有铬、镍、钼、钛等。它们对钢的影响如下。铬：是不锈钢中起耐腐蚀作用的主要元素。其含量只有在12%以上时钢才有耐蚀性；但其含量不能超过30%,否则降低钢的韧性。镍：扩大了不锈钢的耐蚀范围,特别是提高耐碱能力。18-8型钢就是含铬18%、含镍8%的不锈钢。钼：能提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力和钢的耐热强度。钛：能提高不锈钢抵抗晶间腐蚀的能力。c含碳量越低,不锈钢的耐蚀性越好。为了提高耐蚀性,含碳量要小于0.06%；如果对耐蚀性更高,则可采用超低碳不锈钢〔含碳量要小于0.01%～0.03%。d不锈钢牌号表示方法：两位数字〔或1位数字含碳量+元素符号〔或汉字+数字。含碳量以千分数表示,合金元素后面的数字表示该元素的百分含量。②耐热钢在使用温度大于350℃的温度时,无显著的蠕变〔具有抗热性,在使用温度大于570℃的温度时,无氧化现象〔热稳定性,这种钢称之为耐热钢。钢中熔入铬、铝、硅等可提高钢的热稳定性,熔入镍、铝、钨、钒等可提高钢的抗热性。1.7.4铸铁铸铁是含碳量为2%～4.5%的铁碳合金。其硅、锰、硫、磷的含量都高于钢。碳在铸铁中以游离状态的石墨存在,铸铁的力学性能与石墨的形状、大小和分布状态有关。常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、耐蚀铸铁和耐热铸铁等。1.7.4.1灰铸铁碳元素以片状的石墨存在,石墨割裂了铸铁基体,使灰铸铁的抗拉强度和塑性比钢低很多,但抗压强度很高。灰铸铁具有很好的耐磨性、减振性、铸造性能和切削性能。常用于制造机座等。灰铸铁牌号由"灰铁"的汉语拼音字头"HT"及后面的数字组成,数字表示最低抗拉强度。例如：HT150表示最低抗拉强度为150MPa的灰铸铁。1.7.4.2球墨铸铁碳元素以球状的石墨存在,它的抗拉强度和塑性比灰铸铁高,其综合力学性能接近于钢,可代钢制造一些机械零件,如曲轴、阀门等。球墨铸铁牌号由"球铁"的汉语拼音字头"QT"及后面的两组数字组成,表示最低抗拉强度和伸长率。例如：QT400—18。<3>可锻铸铁碳元素以团絮状的石墨存在,它的抗拉强度、韧性和塑性比灰铸铁高。可锻铸铁并不能锻造。<4>耐蚀铸铁和耐热铸铁在铸铁中加入适量的合金元素后形成的具有耐蚀、耐热性能的铸铁。如加入硅形成耐蚀的铸铁、加入铬形成耐热的铸铁等。常用于铸造化工机械的泵、阀门等。1.7.5有色金属及其合金常用的有色金属及其合金有铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金、铅及其合金等。1.7.5.1铝及其合金铝密度小,导电性、导热性、塑性好,压力加工性能好,可焊接和切削,但强度低。铝能耐硝酸、醋酸、碳酸氢铵及尿素的腐蚀。铝常与硅、镁、锰、铜、锌等组成合金,铝合金的强度比纯铝高得多。铝及其合金最高使用温度为150℃。铜及其合金铜具有很高的导电性、导热性、塑性。在低温下可保持较高的塑性和韧性。铜与锌的合金称为黄铜,它的铸造性好,强度比纯铜高。牌号有H80、H68等〔H后的数字表示平均铜含量的百分数。钛及其合金纯钛是银白色的金属,密度小,熔点高,热膨胀系数小,塑性好,强度低,容易加工,在550℃以下有很好的耐蚀性,不易氧化。铅及其合金铅强度低,硬度低,不耐磨,非常软。1.7.6非金属材料1.7.6.1无机非金属材料无机非金属材料有化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃、辉绿岩铸石等。1.7.6.2有机非金属材料有机非金属材料有塑料〔聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、酚醛、聚四氯乙烯、橡胶、不透性石墨、玻璃钢等。第八节问答题塔器在化工生产中实现是什么传质功能？常见的塔盘结构形式有哪几种？塔器中浮阀有哪些特点？塔盘可分为单流式和双流式塔盘,一般的选用范围如何规定？加热炉按炉体形状可分哪几种炉形？加热炉一般由哪三部分组成？对炉管材料有什么要求？换热器按工艺功能可分为哪几种类型？浮头式换热器的结构特点？10、空气冷却器的特点？11、按我国《压力容器安全技术监察规程》管理的压力容器应满足什么条件？12、常压储罐可分多少种？13、泵类设备是输送什么介质？有哪两大类型？14、离心泵的工作原理和特点？15、离心泵运行时流量不足产生故障的原因和消除方法？16、往复泵的特点？17、往复式压缩机的组成部分有哪些？18、离心式压缩机的优缺点是什么？19、离心式压缩机中"级"、"段"、"缸"是如何区分？20、离心式压缩机中主要部件有哪些？第二章电气、仪器第一节电气概况炼化部供电系统变配电所合计有80所,包括35KV总降7座：化一总降、芳联总降、乙烯总降、炼化总降、渣油总降、常减压总降和陈山总降。这些变配电所担负着炼化部各装置生产用电,年用电量90亿度。炼化部35KV总降主结线方式主要有内桥式和全桥式两种,内桥式结线方式适用于没有穿越功率的终端降压变电所,全桥式结线方式是根椐操作灵活性和结合内、外桥式结线方式演变而成。重要生产装置的35KV总降釆用扩大的全桥式或内桥式结线方式,其中化一总降、炼化总降、渣油总降、常减压总降和陈山总降为〔扩大的内桥式结线方式；乙烯总降和芳联总降为〔扩大的全桥式结线方式。乙烯总降和渣油总降当初建成时各为2路35KV电源,随着生产装置对供电负荷需求增加和供电可靠性要求的提高,现正逐步改为3路电源供电,主结线方式为扩大的内桥式结线方式。下面就化一总降和芳联总降为例,对二种结线方式的一次系统、继电保护配置、安全自动装置配置和计算定值分析继电保护配置的差异等方面做一些介绍。化一总降继电保护配置化一总降继电保护配置35KV开关600ACT变比600/5Se=10MVAUk=7.6%金化612石化886金化6096KV开关1250ACT变比1000/52.1.1一次结线方式比较<1>化一总降主结线方式为扩大的内桥式结线方式,如图1所示,其跨桥连接靠近变压器侧,省掉变压器回路的断路器,仅装隔离开关。适用于一路电源对应一台主变的运行方式,这种方式主结线简单,35KV进线开关又兼主变开关。运行方式：正常运行时,35KV和6KV分段开关断开,一条线路对应一台主变供电运行；当任一回电源进线路或断路器故障或检修时,另二条线路和三台主变仍可继续供电；当任一台主变故障或检修时,相应的线路和母线陪停<因主变的保护控制电源取自主变6KV开关>,另二条线路线对相应主变的可带全部负荷继续供电。金芳622金芳622石芳876金芳601Se=20MVAUk=8.0%<2>芳联总降主结线方式为扩大的全桥式结线方式,如图2所示,与化一总降扩大的内桥式结线方式相比,其将主变35KV侧的隔离开关改为断路器,使每台断路器功能比较明确。这种结线方式在主变故障或检修时不影响其它配电线路的正常供电,倒闸操作和运行方式灵活。运行方式：正常运行时,35KV和6KV分段开关断开,一条线路对应一台主变供电运行；当任一回电源进线路或断路器故障或检修时,另二条线路和三台主变仍可继续供电；当任一台主变故障或检修时,相应的线路和母线可不停役。两种结线方式的一次系统主要区别是：主变35KV开关装设与否,装设35KV主变开关,在主变故障或检修时,线路开关可不陪停,否则,线路开关需停役后,才能将主变停役,如果35KV母线没有其他负荷,则线路停役不影响运行方式的调整。作为电力系统典型的结线方式,这二种结线方式适用性上存在一定的差异。上海石化35KV总降都为没有穿越功率的终端降压变电所,负荷比较平稳,倒闸操作较少,35KV母线没有其他负荷,所以在上海石化大多数釆用〔扩大的内桥式结线方式。2.1.2继电保护配置比较2.1.2.1化一总降扩大的内桥式结线方式：线路纵差保护、主变差动保护、主变过流保护<釆用低电压闭锁过流保护>、6KV分段过流保护,鉴于是内桥式结线方式,过流保护釆用和电流。线路纵差保护范围为35KV线路、35KV线路开关；主变差动保护范围为主变35KV开关、35KV母线、主变、35KV分段开关、主变6KV开关；过流保护为主变差动保护的后备保护,且兼做6KV母线的主保护；6KV分段过流保护作为非正常运行方式下某段母线的主保护,并做自切后加速保护。上述保护具体作用如下。①进线保护线路纵差：瞬时动作,作用于进线开关跳闸。②主变保护a差动保护：瞬时动作,作用于主变35KV侧开关〔或35KV分段开关和6KV侧开关跳闸。b重瓦斯保护：瞬时动作,作用于主变35KV侧开关〔或35KV分段开关和6KV侧开关跳闸,目前只动作于发信。c低电压闭锁过流保护：延时动作,作用于主变35KV侧开关〔或35KV分段开关和6KV侧开关跳闸。为了确保6KV母线短路故障时的灵敏度,低电压继电器的电压取自主变6KV侧压变。d过负荷保护：延时动作,作用于发信。e轻瓦斯保护：延时动作,作用于发信。f温度保护：延时动作,作用于发信。③母线、分段保护a零序保护：延时动作,作用于发信。b分段保护：分段开关在运行状态时,作为其中一段6KV母线的主保护。2.1.2.2芳联总降全桥式结线方式：因芳联总降釆用全桥式结线方式,在保护配置上,35KV进线、分段、主变35KV侧开关和主变6KV侧开关、6KV分段均设有延时电流速断和过流保护,35KV进线还设有线路纵差保护,主变差动保护为主变的主保护,保护范围仅为主变及35KV和6KV侧开关；35KV进线、分段开关的延时电流速断保护为35KV母线短路的主保护,35KV进线、分段开关的过流保护为近后备,线路纵差保护为35KV线路保护；主变6KV侧开关的速断保护为6KV母线短路保护主保护,过流保护为近后备保护；主变35KV侧过流保护为主变的近后备保护,且兼做6KV母线的远后备保护。①进线保护a线路纵差：瞬时动作,作用于35KV进线开关跳闸。b延时电流速断：延时动作,作用于35KV进线开关跳闸。c过流：延时动作,作用于35KV进线开关跳闸。②分段开关a延时电流速断：延时动作,作用于35KV分段开关跳闸。b过流：延时动作,作用于35KV分段开关跳闸。③母线保护a零序保护：延时动作,作用于发信。b过流保护：进线和分段开关过流保护灵敏度达不到标准时,须增设低电压闭锁回路以降低电流值、提高灵敏度。④主变保护a差动保护：瞬时动作,作用于主变35KV和6KV开关跳闸。b重瓦斯保护：瞬时动作,作用于主变35KV开关,目前跳闸功能解除。c过流保护：延时动作,作用于主变35KV开关。d过负荷保护：延时动作,作用于发信。e轻瓦斯保护：延时动作,作用于发信。f温度保护：延时动作,作用于发信。⑤主变6KV开关保护a主变差动保护：瞬时动作,作用于主变6KV开关跳闸。b延时电流速断：延时动作,作用于主变6KV开关跳闸。c过流：延时动作,作用于主变6KV开关跳闸。⑥分段保护：分段开关在运行状态时,作为某段6KV母线的主保护。2.1.3安全自动装置<1>化一总降内桥式结线方式①35KV釆用进线低电压和线路纵差保护动作启动自切装置,低电压自切带时限,线路纵差保护动作自切无时限。6KV釆用主变差动<或重瓦斯>启动自切装置无时限。②当自切装置动作投于故障时,分段保护装置加速动作,35KV自切后加速动作,为避免冲主变时的励磁涌流引起误动,设延时0.2秒。③主变差动、重瓦斯保护动作,闭锁35KV自切；主变低电压启动过流保护启动,同时闭锁35KV自切及6KV自切〔闭锁回路作用时间小于低电压自切时间。<2>芳联总降全桥式结线方式①35KV釆用进线低电压和线路纵差保护动作启动自切装置,低电压自切带时限,线路纵差保护动作自切无时限,但目前线路纵差保护动作跳电厂侧电源开关,用户侧由低电压保护动作跳闸,6KV釆用主变差动动作瞬时启动和低电压动作延时启动自切装置,目前主变差动保护动作启动自切装置功能已解除。②35KV进线开关延时电流速断和过流保护动作,瞬时闭锁35KV自切。主变6KV开关延时电流速断和过流保护动作,瞬时闭锁6KV自切。③35KV自切与6KV自切有一个时间级差<△t>,以保证35KV自切先动作。7.4对化一总降、芳联总降继电保护定值进行核算,内桥式结线和全桥式结线方式在继电保护配置上的差异<1>两总降短路电流计算结果如下表：20XX供电所提供的系统短路容量<2>继电保护整定计算①化一总降继电保护整定计算a进线开关延时电流速断保护整定计算35KV进线开关CT变比600/5,釆用定时限继电器,接于相电流。按躲过主变6KV侧最大短路电流计算Idz.j=Kk*Kjx*I2dmax/Nl=1.2*1*10.09KA/5.82/120=17.3<A>取18A保护装置一次动作电流Idz=Idz.j*Nl=18*120=2160A保护装置的灵敏系数Km=I1d2.min/Idz=0.866*4.53KA/2160=1.82<2因灵敏系数小于1.2,电流速断保护在35KV母线小方式时二相短路不能可靠动作,需改用低电压闭锁过流保护作为主保护。b主变低电压闭锁过流保护整定计算主变35KV侧CT变比600/5,釆用DL继电器,接于相电流Idz.j=Kk*Kjx*Kgh*IT/Kh*Nl=1.2*1*3*173.1/0.85*120=6.03<A>取7A保护装置一次动作电流Idz=Idz.j*Nl=120*7=840<A>保护装置的灵敏系数Km=I2d2.min/Idz=0.866*8890/840=9.165>1.5在灵敏系数满足要求的情况下,定值可适当放大,目前定值为7.5A,且配置为低电压闭锁过流保护。由于化一总降是内桥式结线方式,35KV母线在主变差动保护范围内,差动保护可作为35KV母线的主保护,而没有釆用电流速断保护。②芳联总降继电保护整定计算a进线开关电流速断和带时限过流保护整定计算35KV进线开关CT变比1000/1,釆用定时限继电器,接于相电流。Ⅰ电流速断保护整定计算按躲过主变6KV侧最大短路电流计算Idz.j=Kk*Kjx*I2dmax/Nl=1.2*1*16.26KA/5.82/1000=3.35<A>取3.5A<现实际取4A>保护装置一次动作电流Idz=Idz.j*Nl=3.5*1000=3500A保护装置的灵敏系数Km=I1d2.min/Idz=0.866*4.53KA/3500=1.12<2因灵敏系数小于1.2,电流速断保护在35KV母线小方式时二相短路不能可靠动作,需改用电流电压速断保护作为主保护。Ⅱ带时限过流保护整定计算：Idz.j=Kk*Kjx*Kgh*IT/Kh*Nl=1.2*1*2*330/0.9*1000=0.88<A>取1A保护配置一次动作电流Idz=Idz.j*Nl=1*1000=1000A保护装置的灵敏系数校验：Km=I1d2.min/Idz=0.866*4.53/1000=3.39>1.5保护装置能可靠动作。b主变35KV侧电流速断和带时限过流保护整定计算35KV母线与主变之间阻抗很小,可不计,因此整定计算与进线开关相同,仅增加一个时间级差<△t>。因电流速断保护不能可靠动作,不宜作为主变保护近后备保护,将过流保护作为主变保护近后备保护,且兼做6KV母线远后备保护。1.5总结从以上的计算可以看出,由于石化电网35KV系统短路容量变化较大<290—605MVA>,如果主变容量在10MVA及以上时,35KV进线开关的电流速断保护灵敏系数不满足要求,保护装置不能可靠动作。在釆用内桥式结线方式的总降,主变差动保护作为35KV母线主保护,在35KV母线发生短路故障时,能快速的将故障切除；在釆用全桥式结线方式的总降,需用电流电压速断或带时限过流保护作为35KV母线主保护,进线开关与主变之间多设了一台开关,保护与主变35KV侧的保护相配合<增加一个时间级差△t>,这样就抬高了电厂侧的电流电压速断的时间,在35KV母线和35KV线路发生短路故障时,不能快速的将故障切除,造成电网低电压时间过长,使公司生产装置的部分用电设备因低电压保护躲不过短路切除时间而跳闸。第二节电器基础知识2.2.1变压器的工作原理、分类及结构〔1变压器的工作原理变压器利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器,是电力系统中生产、输送、分配和使用电能的中的重要装置,也是电力拖动系统和自动控制系统中电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器外形图〔图2-1①变压器――――静止的电磁装置变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能,电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。与电源相连的线圈,接收交流电能,称为一次绕组与负载相连的线圈,送出交流电能,称为二次绕组变压器原理图〔图2-2一次绕组的二次绕组的电压相量U1

电压相量U2电流相量I1

电流相量I2电动势相量E1

电动势相量E2匝数N1

匝数N2同时交链一次,二次绕组的磁通量的相量为φm,该磁通量称为主磁通请注意图3.1.2各物理量的参考方向确定。②理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗,其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器。描述理想变压器的电动势平衡方程式为e1<t>=-N1dφ/dte2<t>=-N2dφ/dt若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化,则有不计铁心损失,根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系令K=N1/N2,称为匝比〔亦称电压比,则〔2变压器的分类①变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器两大类电力变压器可分为:升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等。三相变压器<图2-3>特种变压器可分为:整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等。<图2-4>②变压器按相数可分为单相和三相变压器三相变压器外观示意图<图2-5>〔3变压器的结构简介①铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高,厚度为0.35或0.5mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成,铁心分为铁心柱和铁轭俩部分,铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用,铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。心式变压器结构示意图<图2-6>三相整流变压器<图2-7>②绕组绕组是变压器的电路部分,它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。交叠式绕组<图2-8>③其他结构部件以典型的油侵式电力变压器为例,其他结构部件有:油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图。图2-9电力变压器<图2-10>〔4变压器的额定值①额定容量SN变压器视在功率的惯用数值,以VA,KVA,MVA表示。②额定电压UN变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值,对于三相变压器额定电压系指线电压,以V或KV表示。③额定电流IN变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值,以A表示。单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为I1N=SN/U1NI2N=SN/U2N三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为I1N=SN/sqrt<3>U1NI2N=SN/sqrt<3>U2N④额定频率：我国工业用电频率为50HZ2.2继电保护的作用及保护装置的基本原理〔1继电保护的作用由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因,可能使运行中的电力系统发生故障和不正常运行情况。最常见的故障是各种形式的短路,如三相短路、两相短路、两相对地短路、中心点直接接地系统中的一相对地短路、电气设备绕组层间和匝间短路等。各种短路均会产生很大的短路电流,同时使电力系统的电压水平下降,从而引发如下严重后果。①短路电流产生的电弧将短路点的电气设备烧坏；②短路电流通过非故障设备,由于发热和电动力的作用,很可能使非故障元件损坏或缩短其使用寿命；③电力系统电压水平下降,影响用电单位的生产,出现次品及废品,甚至烧毁电动机；④电力系统电压下降,可能破坏电力系统的稳定,使系统振荡而导致崩溃。电力系统中各种设备之间都有电或磁的联系,当某一设备发生故障,在很短的时间内就会影响到整个系统的其它部分。因此,一旦电力系统出现故障,必须尽快将其切除,恢复正常运行,减少对用电单位的影响；而当出现不正常运行情况时要及时处理,以免引起故障。继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。为了保证对用电单位的连续供电,故障切除以后,应尽快地使电气设备再次投入运行或由其他电源和设备替代工作。因此,电力系统中除了安装继电保护装置以外,还需装设各种自动装置,如自动重合闸、备用电源自动投入装置以及自动低周波减载装置等。〔2继电保护的基本原理电力系统发生故障时,会引起电流的增加和电压的降低,以及电流与电压间相位的变化,因此电力系统中所应用的各种继电保护,大多数是利用故障时物理与正常运行时物理量的差别来构成的。例如,反应电流增大的过电流保护、反应电压降低〔或升高的低电压〔或过电压保护、反应电流与电压间的相位角变化的方向保护等。继电保护原理结构的方框图,如图－1所示。由三大部分组成,分别为：测量部分,用来测量被保护设备输入的有关信号〔电流、电压等,并和已给定的整定值进行比较判断是否应该启动；逻辑部分,根据测量部分各输出量的大小或性质及其组合或输出顺序,使保护按照一定的逻辑程序工作,并将信号传输给执行部分；执行部分,根据逻辑部分传输的信号,最后去完成保护装置所负担的任务,给出跳闸或信号脉冲。图－2为线路过电流保护的基本原理此意图,用以说明继电保护的组成和基本原理。在图－2中,电流继电器KA的线圈接于被保护线路电流互感器TA的二次回路,即保护的测量回路,它监察被保护线路的运行状态,测量线路中电流的大小。在正常运行情况下,当线路中通过最大负荷电流时,继电器不动作；当被保护线路K点发生短路时,线路上的电流突然增大,电流互感器TA二次侧的电流也按变比相应增大,当通过电流继电器KA的电流大于其整定值时,继电器立即动作,触点闭合,接通逻辑电路中时间继电器KT的线圈回路,时间继电器启动并根据短路故障持续的时间,作出保护动作的逻辑判断,时间继电器KT动作,其延时触点闭合,接通执行回路中的信号继电器KS和继电器QF的跳闸线圈回路,使断路器跳闸,切除故障。第三节常用电器基本操作2.3.1低压电气与工艺条件〔仪表几种联锁原理电动机的开、停机均由装置操作工进行,根据机泵的重要性,采用电气于工艺〔仪表自动开、停机联锁。〔工艺条件有：温度、压力、流量、液位、润滑等影响、高压电机与低压盘车电机联锁、高压电机与低压润滑油泵联锁及高压电机与自身电加热器联锁等多种类型,现介绍如下。〔1低压电气与工艺〔仪表联锁：①手动开机、自动停机工艺条件满足后才能人工开机,一旦工艺出现异常情况立即自动停机。②自动开机、手动停机现场装有"自动/手动"选择开关,当置于"手动"位置时,开、停机与工艺条件无关。当置于"自动"位置时,一旦工艺条件满足后,就会自动开机,开机后工艺条件就不再满足了,但也不会引起停机,停机仍要人工操作。③自动开停机现场"自动/手动"选择开关,当置于"手动"位置时,开、停机与工