泵和压缩机以及储罐选型

泵设备设计概述泵属于通用机械，在国民经济各部门中用来输送液体的泵种类繁多，用途很广，如水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。另外，泵在火箭燃料供给等高科技领域也得到应用。为了满足各种工作的不同需要，就要求有不同形式的泵。应当着重指出，化工生产用泵不仅数量大、种类多，而且因其输送的介质往往具有腐蚀性，或其工作条件要求高压、高温等，对泵有一些特殊的要求，这些泵往往比一般的水泵复杂一些。在各种泵中，尤以离心泵应用最为广泛，因为它的流量、扬程及性能范围均较大，并具有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等优点。选泵原则在对泵进行选型时，应该主要考虑下述因素：1、输送介质的物理化学性能：针对待输送的流体的理化性质而选择合适的泵，对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁力驱动泵。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗。所以尤其要考虑流体的腐蚀性、结垢性、挥发性等因素。2、现场条件现场条件：包括泵的安装位置（室内、室外），环境温度，相对湿度，大气压力，大气腐蚀状况及危险区域的划分等级等条件。3、工艺参数：工艺参数是泵选型的最重要的依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定：(a)流量Q:是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质的量，一般应给出正常、最小和最大流量。泵数据表上往往只给出正常和额定流量。选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的1.1-1.15倍。(b)扬程H:指工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.05-1.1倍。(c)进口压力Ps和出口压力Pd:进、出口压力指泵进出接管法兰出的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封要求。(d)温度T:指泵的进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。(e)装置的汽蚀余量NPSHA。(f)操作状态:分连续操作和间歇操作两种。本工艺中大部分泵处于连续操作状态。4、机械维修方面：机械方面要求可靠性高、噪声低、振动小。离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。5、经济方面：在经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。6、装置系统的管路布置:条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸入侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系统扬程计算和汽蚀余量的校核。(a)泵体不宜承受进出口管道和阀门的重量，故进泵前和出泵后的管道必须设置支持装置，尽可能做到泵移走时不设临时支架。(b)吸入管道应尽可能短，少拐弯，并避免突然缩小管径。(c)吸入管道的直径不应小于能的吸入口。采用的泵的吸入口为垂直方向，可配置同心异径管。d)为防止泵停时物料倒冲，泵的排出管上应设止回阀。止回阀应设在切断阀之前，停车后将切断阀关闭，以免止回阀阀板长期受压损坏。7、操作条件:内容很多，如液体的操作T、饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。具体泵的选型1、泵选型方法：将所需要的流量qV和扬程H画到该形式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注的离心泵型号。如果交点M不是恰好落在四边形的上边线，则选用该泵后，可应用切割叶轮直径或降低工作转速的方法改变泵的性能曲线，使其通过M点。这就应从泵样本或系列性能表中查出该泵的泵性能曲线，以便换算。如果交点M并不落在任一个工作区的四边形中，这说明没有一台泵能满足工作要求。在这种情况下，可适当改变泵的台数或改变所需要的流量和扬程（如用排出阀调节）等来满足要求。2、泵类型介绍IH型化工泵是单级单吸悬臂式离心泵，其标记额定性能点和尺寸等效采用国际标准ISO2858-1975（E），是一种用以取代F型耐腐蚀泵更新换代的节能产品，适用于化工、石油、冶金、电站、食品、制药、合成纤维等部门输送温度在-20℃～105℃的腐蚀性介质或物理、化学性能类似于水的介质。必要时采用双端面密封冷却装置，可输送介质温度为20℃～+280℃。IH型化工泵的性能范围：流量Q：6.3～400m3/h

扬程H：5～132m

转速n：2900、1450r/min

配带功率：0.55～110KW

进口直径：50～200mm

最高工作压力：1.6Mpa泵的结构：IH型泵是全国泵行业采用ISO国际标准联合设计的系列产品，其主要由泵体、叶传输线、密封环、叶轮螺母、泵盖、密封部件、中间支架、轴、悬架部件等组成。泵的结构特点：泵盖通过止口固定在中间支架上，然后通过泵体与中间支架止口的联接把泵盖夹紧在中间，泵体是轴向吸入，径向排出，脚支承式，可直接固定在底座上。悬架部件通过止口固定固定在中间支架上，并用悬架支架支撑在底座上。为拆卸方便，设计了加长联轴器，检修时可以不拆卸进出口联接管路，泵体和电动机。只需拆下联轴器的中间联接件，即可退出转子部件进行检修。这是国际上通用的一种结构形式。

泵的旋转方向：泵通过加长联轴器由电动机直接驱动，从电动机端看，按顺时针方向旋转。填料密封：泵盖内设有填料函，采用软填料密封，填料函内可通入有一定压力的水，供密封冷却，润滑、清洗用。

机械密封：单端面机械密封和双端面机械密封两种型式，密封腔内通入一定压力的水，冲洗磨擦两端面，同时起冷却作用。

由于本设备主要用于生产丙烯酸，所以大多数泵均选用此种类型的离心泵。泵选型计算举例选取P0201号泵即吸收塔循环泵作为计算举例进料性质:水,无腐蚀性,对泵的选用无特殊要求.进料状态:常温常压的液体.流量:6.966m物性参数:密度ρ=982.01kg/m3，黏度μ=为确定进料泵所需扬程H，对吸收塔塔顶与P0201进口处的管截面建立机械能衡算式H=∆Z+其中，∆Z为两截面处位头差，∆pρg为两截面处静压头之差，λ取流速u=2m/s，管径：D=选用规格为∅35×2mm核算速度：u=雷诺数Re=取无缝钢管的绝对粗糙度为ε=0.5mm相对粗糙度ε查莫狄图得摩擦系数为λ=0.022泵进口与出口压力相等，则∆p取直管长度为30m，则直管阻力∑因为吸收塔高度为20m，同时吸收塔中吸收剂水从塔顶进，所以∆Z=20m从而得到H=∆Z+本工艺采用智能选泵系统软件，选用IH50-32-160其他泵设备见设备一览表压缩机设备设计概述压缩机是用来压缩气体借以提高气体压力的机械，也称为“压气机”或“气泵”，一般提升压力小于0.2MPa时称为鼓风机，提升压力小于0.02MPa时称为通风机。根据压缩气体的原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两类。压缩机的种类和形式很多，不同压缩机的结构和特点差别巨大，因而其适用的场合、性能、造价、尺寸重量等指标也相差甚远。选型原则由工艺要求选择，确定进出口压力，计算总压力比，得到压缩机的级数。对于易燃易爆的介质需对密封性具有高可靠性。对于腐蚀性气体，选择抗腐蚀材料适当选择冷却介质。压缩机设计计算举例下面对空气压缩机选型过程进行介绍，工艺要求空气从P1=0.1MPa压缩至P2=0.14MPa。气体进口流量为V1=41556m3/h，温度T1=35℃，排气量为V2=34110m3/h，温度为T2=76.2℃。根据上面的设计要求，通过询问厂家，从而确定压缩机型号：HSK7451-70-40P其他压缩机请见设备一览表。储罐设备设计储罐类型贮罐根据形状来划分，有方形贮罐、圆筒形罐、球形罐和特殊形贮罐(如椭圆形、半椭圆形)每种型式又按封头形式不同，分为若干种型式。常见的封头有平板、锥形、球形、碟形、椭圆形等。有些容器如气柜、浮顶式贮罐、其顶部(封头)是可以升降浮动的。贮罐按制造的材质有钢、有色金属和非金属材质之分，常见的有普通碳钢、低合金钢、不锈钢、搪瓷、陶瓷、铝合金、聚氯乙烯、聚乙烯和环氧玻璃钢等。贮罐按用途又可分贮存，计量，回流，中间周转，缓冲，混合等。气柜一般用于贮存中间气体，一般可以设计的稍大些。中间贮罐是当原料产品、中间产品的主要贮罐距工艺设施较远、或者作为原料或中间体间歇或中断供应调节之用，有些中间罐是待测试检验，以确定去向的贮罐，有些贮罐是工艺流程中切换使用，或以备翻转挪转用的中间罐等。计量罐的容积一般考虑少到10分钟，多到2-4小时产量储存，计量罐装载系数一般只考虑60-70%，因为计量罐的刻度一般在罐的直筒部分，使用度常为满量程的80-85%。回流罐一般考虑5分钟至10分钟左右的液体保有量，做冷凝液封之用。缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，使之压力比较稳定，从而保证工艺流程中流量操作的稳定，因此往往考虑较大，常常是下游使用设备5至10分钟的用量，有时可以超过15分钟的用量，以备在紧急时，以充裕时间处理故障，调节流程或关停机器。包装罐一般可视同于中间贮罐，原则上是昼夜罐，对于需要及时包装的贮罐，定期清洗的贮罐，容积可考虑偏小。贮罐设计的一般程序1、汇集工艺设计数据2、选择容器材料3、容器型式的选用4、容积计算.5、确定贮罐基本尺寸6、选择标准型号罐区基本情况贮罐的考虑原则包括贮存物料的状态；物料的温度、压力和腐蚀性、现场条件和安全可靠性。经过分析，在原料储罐方面，由于贮存物料为低压的碳四气体，根据储罐型式适用表，我们选择圆筒型的立式或卧式以及椭圆封头。由于储罐要有一定的耐压强度，所以大型罐外要有加强圈。根据现场的地理条件，选择立式或卧式贮槽，开阔地区尽量使用卧式，可使操作平台降低。另外还可选用气柜贮存中间气体。至于产物应该选择计量罐和球形罐。计量罐的装载时间一般为2-4小时，产品储罐时间为一周。另外根据工艺流程我们还会考虑是否使用缓冲罐和汽化罐。由于所储存烃类属于甲级危险物质，各个储罐之间的间距设置为1.0D，其间距要满足0.6D的要求，符合化工企业设计防火规范。防护墙外与最近的厂内公路留7米的消防用地。罐区防护要求由于回流罐和产品罐易燃易爆，因此对回流罐区和产品罐区有特殊要求，下列为对罐区的要求：（1）储罐四周应设不低于1.1米的防火堤，且还应建有防火堤步，方便人员进入；（2）罐区设防火堤、管墩等，均采用非燃烧材料。设置蒸汽保安系统、固定式水喷淋冷却装置和呼吸阀－阻火器系统。储罐设置静电接地系统、固定式水喷淋冷却装置和呼吸阀－阻火器系统；（3）罐区设置可燃气体检测报警装置；（4）按国家相关规范要求设计消防设施，包括设置室内外消火栓和移动式灭火设备；（5）储罐区设置固定泡沫灭火站和水喷淋冷却设施；（6）储罐区消防泵房采用两路电源供电，并采用耐火材料电缆配线，设有事故照明；（7）厂区设有火灾报警系统，消防控制室内设有接受报警系统的火灾自动报警控制器。火灾自动报警控制器可接受可燃气体探测器的火灾报警信号及手动报警按钮、消火栓按钮的动作信号。在消火栓箱内设置消火栓报警按钮。在C4分离厂房及罐区四周均设火灾报警按钮。在消防控制室内设置消防专用带录音功能的直通对讲电话总机一部；除在手动报警按钮上设置消防专用电话塞孔外，在消防泵房、变配电室，警卫值班室等场所还设有消防专用电话分机；消防控制室设置外线直拨电话、消防专用电话网络应为独立的消防通信系统；（8）贮罐设高低限液位报警；（9）防雷装置及接地装置。储罐计算举例本次设计由于原料丙烯和产品丙烯酸需求量大、设计压力高、丙烯酸容易腐蚀的特点，所以采用球形储罐。而对于气体缓冲罐、混合罐则采用HG21502.2-92钢制立式圆筒形内浮顶储罐，对于各个塔的回流罐由于设计压力均为减压，则采用HG-T3154-1985卧式椭圆形封头储罐。而对于醋酸产品由于产量较小，储存条件为常温常压，所以选用HG21502.1-92钢制立式圆柱形固定顶储罐。以共沸塔回流罐设计为例:设计温度：30℃设计压力：0.02MPa体积流量Q：27.437m3/h停留时间t：5分钟装填系数∅：0.85根据公式计算可得实际体积为：V=参考HG-T3154-1985卧式椭圆形封头储罐，由于属于减压储罐，所以选用设计压力为1.6MPa下的卧式椭圆形封头储罐，根据体积选用3m3，选用HG5-1580-85-208，质量980kg,材质换热器设计与选型在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。选型依据《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》JB/T4714—92《固定管板式换热器型式与基本参数》JB/T4715—92《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》JB/T4716—92《管壳式换热器》GB151-1999换热器包括过程流股的加热器，塔的再沸器和冷凝器。根据工艺衡算和工艺物料的要求，掌握物料流量、温度、压力、化学性质、物性参数等特性，结合AspenEnergyAnalyzer得出的有关设备负荷、传热面积、流程中的位置等来明确设计任务，选择换热器型式。在设计过程中，需满足如下几个方面的要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件。（2）结构安全可靠。（3）便于制造、安装、操作和维修。（4）经济上合理。换热器选型换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。间壁式换热器有夹套式、管式和板式换热器。管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。各类换热器特性如下表。表STYLEREF1\s8SEQ表\*ARABIC\s120 换热器优缺点名称特点相对费耗用金属（kg/m2）固定管板式换热器结构简单、制造

本低，使用广泛，已系列化，管板最薄，但壳侧不易清洗或检修，所以壳程必须走清洁且不易结垢的流体。当两流体温差较大时，可采用具有膨胀节的壳体。但是不宜用于两流体温差过大(一般要<70℃)和壳程压

过高(可通过改变材料、壳体厚度、封头与管板

设计来增加其可承受压力)的场合。1.030浮头式换热器克服了固定式的缺点，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗

只要将整个管束抽出即可，但结构复杂，安装时浮头端泄露不好控制。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀

强、易结垢的情况。1.246U型管式换热结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀，且造价高，适用于高温高压情况下，不适合做大直径设备。1.28外填料函式换热器具有浮头式换热器优点，又克服了固定式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修和清洗，适合于壳程压力不高、较严重腐蚀的介质、温差较大而经常要更换管束的冷却器。1.01物流流程选择1.不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。2.腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修和更换。3.压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。4.被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。5.饱和蒸汽宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。6.有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄露量。7.流量小或黏度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，可提高传热系数。8.若两流体温差大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，以减小温差应力。换热管管子的外形列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。一般按光滑管设计。当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。管子的排列方式相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。一般壳程流体不易结垢或可以进行化学清洗的场合下，推荐用正三角形排列。必须进行机械清洗的场合，则采用正方形排列。管子直径管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大，为了满足允许的压力降一般选用Ф19mm的管子。对于易结垢的物料，为方便清洗，采用外径为25mm的管子。对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。直径小的管子可以承受更大的压力，而管壁较薄，有利传热；相同的壳径，可以排较多的小管子，使传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低。所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用Φ19mm×2mm的管子是合理的。管长无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时，采用长管管程数较少，压力降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长给制造带来困难。壳径较大的换热器采用较长的管子可降低单位传热面积的金属耗量，更为经济。因此，一般选用管长4到6m。对于大面积或无相变的换热器可以选用8到9m的管长。管心距管心距小、设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大，一般选用范围为管外径的1.25到1.5倍。上述情况，在选用标准系列设备或设计非定型设备时，结合任务的要求，作出适当的选择。设计条件的确定表STYLEREF1\s8SEQ表\*ARABIC\s122 换热器设计条件管程壳程进口物流甲苯/水混合物冷却水进口温度/℃58.2230.44出口物流甲苯/水混合物冷却水出口温度/℃4235压力/MPa-0.080共沸塔冷凝器用于冷却T0202共沸精馏塔塔顶的物流。使T0202塔顶液与冷却水换热，从而实现精馏塔内汽液两相间的热量及质量传递。此物流从T0202塔顶进入冷凝器中，经冷凝器冷却完全液化，回流至塔内。热物流存在相变，考虑到塔顶物流中主要为甲苯和水，甲苯具有毒性，故选择壳程流股为冷却水，管程流股为热物流。工艺过程的计算由换热网络可以确定此换热器所通过的热流量为Q=2.23MW。计算平均传热温差为：∆t其中：T1——管程热物流进口温度/℃T2——管程热物流出口温度/℃t1——壳程冷物流进口温度/℃t2——壳程冷物流出口温度/℃根据《流体流动与传热》中对于K的取值范围，选择K=1160W/m2·Q=KS为保证换热效果，在物流与公用工程进行换热时，应留有15%~25%的裕度，故选择设计面积为：S根据管壳式换热器系列标准中固定管板式换热器（JB/T4715—92）以及计算出来的换热面积选择标准换热器型号基本参数为：表2—6冷凝器基本参数公称直径D公称压力P管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m3换热管长度L计算换热面积/m7001.61607270.10734500159.4反算裕度H为：H=符合要求。压缩机选型一览表名称型号气体介质气量m3/min压力MPa输入功率Kw吸口出口空气压缩机HSK7451-70-40P空气2321.92.850.1循环气压缩机HSK7461-80-40P循环气2661.92.853.8储罐选型一览表设备名称停留时间/t选型容积数量介质材料质量/吨丙烯储罐14400球形储罐（壁厚58mm）45001丙烯18MnMoNbR657丙烯酸储罐14400球形储罐（壁厚8mm）30001丙烯酸19MnMoNbR118醋酸储罐14400HG21502.1-92-2052001醋酸Q235-A9.76丙烯缓冲罐5HG21502.2-92-1053001丙烯Q235-A15.98第一混合罐5HG21502.2-92-1053001水、空气Q235-A15.98第二混合罐5HG21502.2-92-12330001丙烯、水、空气16MnR89.485第三混合罐5HG21502.2-92-12550001丙烯醛、氧气16MnR134.435共沸塔回流罐5HG5-1580-85-20831丙烯酸、醋酸16MnR0.98脱醋酸塔回流罐5HG5-1580-85-2051.51丙烯酸16MnR0.775脱重塔回流罐5HG5-1580-85-20621丙烯酸16MnR1.05反应精馏塔回流罐5HG5-1580-85-2020.51丙烯酸16MnR0.315共沸塔分相器5HG5-1579-85-247161甲苯、水16MnR4.07换热器选型一览表名称换热器型号公称直径DN公称压力PN管程数管子根数N中心排管数管城流通面积m3换热管长度换热面积m2换热管直径mmMPanm二段反应气冷却器G1000Ⅰ-16-44510001.611267390.22396000446.219脱重塔再沸器GCH1000-16-11010001.61749300.2594200011125共沸塔再沸器GCH700-16-657001.61355210.123250065.725反应精馏塔冷凝器G159Ⅰ-16-11591.611550.002715001.319二段反应气预热进气G400Ⅱ-16-304001.6294110.0163450032.525反应精馏塔再沸器GCH400-16-8.54001.615170.43615008.538共沸塔冷凝器G700Ⅰ-16-1507001.61607270.10734500159.419一段反应器冷却与共沸塔再沸器GCH1100-16-17511001.61931330.3225250017525醋酸产品冷却器G159Ⅰ-16-11591.611550.002715001.3