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第六章 机械设备知识教学目的：使员工掌握机械设备的基础知识教学重点：常用设备的基础知识第一节 常用运转设备根据流体流动规律知道，如果要将流体从低处送到高处，从低压变为高压，从低速变为高速以及克服流体流动过程中产生的阻力，就需要把外加能量加给液体的机械液体输送机械来完成。输送液体、提供液体能量的机械被称为泵。下面介绍几种最常用的泵。1.1 离心泵1.1.1 离心泵的工作原理利用叶轮高速旋转时产生的离心力来输送液体的机械。1.1.2 离心泵的性能参数与特性曲线1）扬程 又称泵压头，它是指泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，用来克服输送液体时由于液体位置、压力、速度变化和输送过程的摩擦阻力所造成的压头损失。泵提供能量的能力，其单位可用（m液柱）表示。泵的扬程与叶轮的结构、大小和转速有关。应当注意，离心泵的扬程与扬程高度不同，泵的扬程高度是指泵将液体从低出送到高处的垂直高度。只有当泵的进出口容器都处于0.1MPa，进出口管径相同的及管路阻力可忽略不计时，泵的扬程才与扬程高度相等。2）离心泵的充量。它是指单位时间内泵向管路输送的淮体流量，它表明了泵输送淮体量的能力。泵的流量取决于叶轮的大小、转速、叶轮越大，转速越快，则泵的流量越大。1.1.3泵的功率和效率，泵的功率称为泵的轴功率，它是指泵在单位时间内从电机处获得的能量。泵本身不会产生能量，它之所以能使液体增加台量，是靠电机带动泵轴旋转，从电机处获得了能量，并大部分传递给了液体，提高淮体的能量；另一部分则在运转过程中被损耗。淮体真正获得的功率称为有效功率。泵的效率即是指泵的有效功率和国功率的比值。泵在动转过程中损失的能量越多，液体得到的能量越少，其效率就越差。1.1.4泵的汽蚀现象和安装高度，离必泵的吸液是叶轮在旋转时，叶轮中心处形成了低压，液体靠池液面上方的大气压和泵的入口处的压强差把液体压进泵内的。当液面压强为定值时，使液体流动的压强差就有一个限度，不会大于液面压强。因此，泵的吸上高度（即泵入口中心距离池液面的高度）也有一个限度，即泵的安装高度有一定的限度。运用柏努力方程来分析可得知，泵安装得离池液面越高，泵入口处压强将越快（即真空度越大），当泵入口处压强小于淮体的饱和蒸汽压时，液体就在泵入口处沸腾，产生大量的流量、扬程、效率都急剧下降，这种现象称为泵的“汽蚀现象”。为了防止汽汽蚀现象的产生，必须使泵入口处的压强大于液体的饱和蒸汽压，这是确定泵安装高度的原则。1.1.5离心泵安装与运行时的维护1）安装时注意事项（1）选择安装地点，要求靠近液源，场地明亮干燥，便于检修、拆装。（2）泵的地基要求坚实，一般用混凝土地基，地脚螺丝连接，防止震动。（3）泵轴和电机转轴要严格控制水平。（4） 吸入管路的安装应严格控制好安装的高度，并尽量减少弯头、阀门等局部阻力，吸入管的直径不应该小于泵进口的直径。2）运行时的维护启动前必须使泵内灌满液体，直至泵壳顶部排气孔冒液为止。这是因为离心泵没有自吸能力，空泵启动不能输送液体。另外，启动前将出口阀全关，使其在流量为零的情况下启动，使泵所需功率最少，避免电机因启动时过载而烧坏。启动后逐渐调节出口阀来调节流量。运转时要经常检查轴承是否过热，润滑情况是否良好，注意填料层的泄漏和发热情况，填料的松紧要适当。停车时首先关闭出口阀，以防止停车时出口管路中液体倒流而使泵叶轮倒转，引起叶轮螺母松脱，叶轮和泵轴松脱等现象。离心泵和其他类型泵相比较，构造简单，造价低廉，占地面积小，便于安装、操作、和维护，流量均匀，便于调节，出口管路堵塞时不至损坏泵体等优点。但离心泵的扬程比较低，且受流量的影响，效率也比较低，对泵的密封性要求高，运转中如果有空气漏入泵内，易产生气栓而降低排液量甚至不出液体。因此，离心泵场用于低扬程、大流量的场合，或用于输送含固体颗粒的悬浮液、污水、腐蚀性液体。1.1.6 其他类型泵1）往复泵往复泵是依靠往复运动的活塞一次开启吸入阀和排出阀从而吸入和排出液体的。其主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。往复泵主要适用于小流量、高扬程的场合。输送高粘度液体的效率比离心泵高。但不能用来输送腐蚀性的液体和含有固体粒子的悬浮液，以免损伤缸体。2） 轴流泵轴流泵式利用高速旋转的螺旋式叶轮将液体从吸入口推向排出口。因为泵内液体沿着泵轴方向流动，故名轴流泵。它结构简单，输送量大，效率高，但是扬程很低，适用于流量大而扬程不是很大的场合。3） 齿轮泵齿轮泵的主要构件是一对啮合的齿轮，其中一个靠电机带动旋转称为主动轮，另外一个靠主动轮的啮合而转动成为从动轮。齿轮泵的结构简单，工作可靠，扬程高而流量小，可用于输送粘稠液体以及膏状物，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液。4）漩涡泵漩涡泵的外形和离心泵有些相似，主要的工作部件是叶轮和泵体。叶轮是一个圆盘，圆盘边缘有一周径向叶片，通过叶轮的高速旋转，使液体在叶片间形成涡流运动，并使液体沿着流道流至排出口。漩涡泵的流量小、扬程高、体积小，结构简单，又气体漏入也不影响工作。其缺点是效率低。它适于输送流量小，外加压头要求高的清液和具有挥发性的液体，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液，以免泵体和叶轮损坏。5）螺旋泵螺旋泵由泵壳和螺杆组成。它与齿轮泵相似，利用两根相互啮合的螺杆推动液体轴向移动，液体从螺杆两端进入而从中央排出。螺杆越长，则泵的扬程越高。螺杆泵的效率比齿轮泵高，操作时无噪声，工作寿命长，结构紧凑，流量连续而均匀。适用于输送清洁和粘稠液体。1.1.7 离心泵和其他泵相比较，具有以下特点：1) 流量均匀、运转平稳、振动小，不需要特别减震的基础。2）转速高，可以与电动机或蒸汽透平机直接连接，结构紧凑，质量小，占地面积小。3）设备安装、维护和检修费用比较低。4）流量和扬程范围宽，应用范围广。5）应用排出阀调节流量，操作简单、管理方便，泵站容易实现远距离操作。1.1.8 型号是表征性能特点的代号，我国的离心泵型号尚未完全统一。现在大部分采用以汉语拼音与阿拉伯数字组合编制的方式，通常由三个单元组成： 泵的扬程（m）或比转数除10取整代号泵的结构、特征、用途及材料等代号泵的吸入口直径（mm）代号有时在后面还附有字母A、B 、C，表示泵式经切割过的叶轮，A表示第一次切割；B表示第二次切割；C表示第三次切割（极限切割）。对于多级离心泵，由两部分组成中间以乘号隔开，乘号前的数字表示泵的单级扬程，乘号后面的数字表示泵的级数。其他特殊表示方法，泵样本或标准都会有较详细的介绍。表1-4列出了离心泵基本型号代号。 表1-4 离心泵基本型号代号型号泵的名称型号 泵的名称ISB或BAD或DADLYYGFPISO国际标准型单级单吸离心泵单级单吸悬壁式离心清水泵多级多段式离心泵多级立式筒形离心泵离心式油泵离心工管道油泵耐腐蚀油泵屏蔽式离心泵S或shDSKDKDSZFYWWX 单级双吸式离心泵多级分段式首级为双吸叶轮多级中开式单级叶轮多级中开式首级为双级叶轮自吸式离心泵耐腐蚀液下式离心泵一般漩涡泵漩涡离心泵 叶轮名义直径（mm）泵出口直径（mm）泵进口直径（mm）国家标准泵系列代号 IS8065160叶轮名义直径160mm排出口直径65mm吸入口直径80mm单级、单吸悬臂式清水离心泵1.2 离心式压缩机1.2.1 离心式压缩机的机构和工作原理1）离心式压缩机的应用离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机，它是靠高速旋转的叶轮给予气体作用力（离心力），使气体获得速度能和压力能，再经扩压通道，使速度能转化为压力能，从而使气体的压力进一步提高。1.2.2 离心式压缩机的优缺点 优点：1） 离心式压缩机结构简单紧凑，易损零件少，便于检修，运转可靠，一般能连续运转1-2年以上，所以不需要备机，操作和维修费用及人员相对减少。2） 离心式压缩机转速高，排气量均匀，生产能力大，重量轻，机组尺寸小，土建投资少。3） 消除气体带油的问题，没有污染气体的现象。4） 离心式压缩机可用各种的动力机械拖动，对于炼油厂和化工厂也用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，提高工厂的综合热效率。缺点：1） 离心式压缩机目前还不适于气量大小及压比过高的场合。2） 离心式压缩机的效率一般比活塞式压缩机低5-10%，这是因为离心式压缩机中气流的速度较高，能量损失较大。3） 离心式压缩机只能在设计工况下工作时才能获得最高效率，离开工况点操作时效率就会下降，并且当流量减小到一定程度时，压缩机会产生“喘振”。4） 离心式压缩机不易在高压比的同时得到小流量，离心式压缩机的单级压比很少超过3，只有采用多级才能获得高压。5） 高压比、小流量的离心式压缩机由于流道窄，所以制造加工困难，所以流动损失较大，压缩机的效率较低。1.2.3 离心式压缩机的结构及工作过程气体首先通过入口的过滤器，然后由吸入室吸入，流经叶轮时叶轮对气体作功，使气体的压力、速度和温度升高，气体从叶轮出来后进入扩压器，在扩压其中气体的速度降低，压力进一步提高，最后进弯道、回流器引出以上为一个“级”的压缩过程，所以“级”由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成，最后一“级”由叶轮、扩压器、蜗壳组成，一般为了节省功耗和防止气温温度太高，将压缩机分为“两段”或多“段”，即气体经若干“级”压缩后经道蜗壳引出经冷却后再引入下一级压缩，引出前后的所有“级”，各叫一“段”，一般离心式压缩机分两段。在离心式压缩机的结构中，习惯将转动的部分称为转子，不能转动的部分称为静子，每个部分包括很多零部件，现将主要部分作一介绍。1）转子转子是离心式压缩机的主要部件，它是由主轴和轴套、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器和卡环组成。（1）叶轮 叶轮是压缩机中队气体做功的唯一部件，其中闭式叶轮是由轮盘、轮盖和叶片组成，根据制造工艺的不同，也轮分为焊接叶轮、柳接叶轮、铸造叶轮、电蚀加工叶轮等。（2）主轴主轴是支持旋转零件及传递扭矩作用的。根据结构形式分为阶梯轴和光轴两种，光轴具有形状简单，加工方便等优点。（3）平衡盘在多级离心式压缩机中，因每级叶轮轮两侧气体作用力大小不等，使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力即称为轴向力，平衡盘是利用它两边的气体压差来平衡轴向力的零件。它的一侧压力是末级叶轮盘侧间隙中压力，另一侧通向大气或进气管，通常平衡盘只平衡一部分轴向力剩余的轴向力由止推轴承承担。（4）止推盘（推力盘） 由于平衡盘只平衡一部分轴向力，所以，剩余的轴向力靠止推轴承来承担，止推盘的作用就是把一部分轴向力传递给止推轴承。（5）联轴承 联轴承是轴与轴相互连接的一个部件。靠它来传递扭矩，离心式压缩机的轴，有的直接与原动机相连，有的与增速箱相连。 2）静子 静子包括机壳、扩压机、弯道、回流器、涡壳等。另外，密封、轴承也应视为静子的一部分。（1） 机壳机壳也成为气缸，对中低压离心式压缩机，一般采用水平分割型式，利用装配，上下机壳由定位销定为，用螺栓连接。对于高压离心式压缩机，则采用圆筒形锻钢机壳，以承受高压，这种结构的端盖世利用螺栓和筒型机壳连接的。（2） 扩压机气体从叶轮流出时，仍具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，以提高气体的压力，在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器，扩压器一般由无叶、叶片、直壁型等多种形式。（3） 弯道在多极离心式压缩机中，级与级之间，气体必须拐弯，就要有弯道，弯道是由机壳和隔板形成的弯环形空间。（4） 回流器回流器的作用是使气体按所需方向均匀的进入下一级，它由隔板和导流叶片组成。（5） 蜗壳蜗壳的主要作用是将扩压器后或叶轮后流出的气体聚集起来引出机器。（6） 密封为了减少通过转子与固定元件间的间隙的漏气量，常装有密封，最常用的是迷宫密封，密封分为内密封、外密封两种。（7） 轴承离心式压缩机有支持轴承和止推轴承，支持轴承为滑轴承，它的作用是支持转子使之高速运转，止推轴承则承受转子剩余的轴向力。（8） 功率和效率在考虑上述三种损失以后，通常用效率来估计各项损失的大小，然后就能计算出压缩机的功率。叶轮传给气体的功主要应该包括以下三个方面：（1） 用于提高气体的压力；（2） 用于提高气体的动能；（3） 用于克服流动阻力。3） 轴承离心式压缩机上有两种轴承：径向轴承和止推轴承，径向轴承是支撑转子并保持转子处于一定的径向位置，使转子在其中正常旋转。止推轴承的作用是承受转子的轴向力，阻止转子的轴向窜动，以保持转子在气缸中的轴向位置。止推轴承通常安装在转子的低压端。目前，离心式压缩机上所用的轴承，都是采用滑动轴承。滑动轴承是由轴承体、轴瓦、润滑系统三部分组成。轴颈在轴承孔内旋转，润滑油在轴颈与轴瓦之间形成油膜，以减少摩擦与磨损。滑动轴承按其摩擦润滑性质及形成油膜的作用原理可分为动压轴承及静压轴承。1）消除油膜震荡的方法（1）控制转速，即转速应避开转子第一临街转速的两倍。（2）控制润滑油的压力，粘度及温度。（3）提高转子平衡的精度，提高轴承的装配质量。（4）选择抗震性强的轴承结构。1.2.4 喘振 1） 喘振又叫飞动，使离心式压缩机的一种特殊现象。对喘振，目前有以下几种解释：（1）在低流速、高压力比的情况下，当工作点进入离心式压缩机性能曲线终于峰值能两头对应的流量以下负斜率区时，管路压力和压缩机排气压力倒过来，以致造成压力流量脉动的现象。（2）随着流量的减少，也轮的出口角将变小，扩压器内的气体通路将增长，扩压器器壁引起的摩擦损失将增加，从而使压力反向导致逆流的产生。（3）随着流量的减少，气体无法充满叶轮通道从而产生逆流，而且在低于峰值的范围内，这种逆流将急剧产生等等。喘振使压力、流量和轴功率都急剧变动，给生产操作带来很大混乱，并且由于振动给压缩机也带来很大的危险，若处理不当，会造成各种严重事故。为了避免喘振的发生，必须使压缩机的工作点离开喘振点，使系统的操作压力低于喘振点的压力，当生产上市及需要的气体流量低于喘振点的流量时，可以采用循环的方法，使压缩机出口一部分气体经冷却后，返回入口。2）临界转速： 转动的次数决定于转子的转速，转动一次就振动一次，这种振动叫强迫振动。当自振和强迫振动的频率相等或承倍数时，叫共振。共振的压缩机转数叫临界转速。对于一台离心式压缩机来说，临界转速不止一个，转速最低的一个叫做临界转速。3）振动：离心式压缩机最复杂的机械故障时振动。而且产生的原因也很多，综合起来有以下几个方面：（1）临界转速：当转子固有振动频率正好和转速重合时，由于转子制造安装上的偏差引起每转一次，加振力将会产生的剧烈共振性振动。临界转速包括转子本身的固有轴向临界转速以及与驱动机或其他直连压缩机轴之间结合产生的扭转临界转速。驱动机和压缩机都必须绝对避免的临界转速范围内运转。（2）对中不良：轴心偏移情况下的振动，振动频率与转速相等，而且沿水平和垂直方向都有50%以上的弧形振动。主要原因，受热机壳移位，排气管路受热变形，应进行热态对中找正加以解决。（3）油膜震荡和幽默卷振：强制供油的衬瓦式轴承中，凡是在临界转速的2倍以上转速上发生的轴振荡称为油膜震荡，低于此转速发生的轴振动则为油膜卷振。其振动频率都等于转速的一半左右。此时，轴与轴承间的油膜旋转速度约为轴旋转速度的一半，同向旋转，所以引起了这种自激的或不稳定的振动，油膜振荡和油膜卷振使由于油膜的作用引起的，因而随着轴承开关的不同、见习大小的差异、油压、油温的变化、振荡的现象也不一样。为了防止油膜振荡，选定适当的工作转速或改变轴承形状，使其不连续，如采用椭圆轴承、多叶片式压力轴承、可倾瓦轴承等以防止油膜震荡，都是很有效的。（4）平衡破坏：轴转速与振动频率一致，而水平和垂直方面振幅较大。1.2.5其他不适当的轴承间隙，轴颈偏心，联轴器不好，联轴器螺栓与螺孔加工不准，基础灌浆不当等都可以引起振动。1.3日常维护1.3.1 定期巡检，并做好记录。1.3.2 定期监测机组声响和振动1.3.3 严禁在喘振工况下运行1.3.4 定期检查润滑油温度和压力，油过滤器前后压差超过规定值，要及时清洗过滤器。1.3.5 定期检查润滑油液位，并及时补加1.3.6 定期检查轴承，电机定子，冷却水温度。1.3.7 检查各动静密封部位，及时处理泄露。1.3.8 备用机组要定期盘车。并做好相应的记录。 第二节 阀门的种类和作用2.1 阀门的种类和作用阀是安装在管道上可以调节流体的流量、压力，切断流体流动等作用的装置，利用它可以有效地控制生产工艺。按照阀的构造和作用可以分为以下几种。2.1.1 旋塞（考克）优点是结构简单，闭起迅速，全开时流体阻力较小，但不能准确地调节流量，旋塞易卡住阀体难以转动，密封面易磨损。2.1.2 截止阀 截止阀构造比较复杂，流涕阻力比较大，但严密可靠，可耐酸、高温和压力。常用于输送蒸汽、压缩空气和油品，但不应用在粘性大和含有固体物料的液体物料输送上。安装时要注意流体流向与阀门进出口一致。2.1.3 闸阀 阀体内装有一个闸板，转动手轮使阀杆下面的闸板升降，从而调节和闭启管内流体流量。闸阀全开时，流涕阻力较小，但制造和维修都比较困难。阀体高度达，占地多，价格较贵，多用在大型管路中作开启闭用。不适合于输送汉颗粒料及作流量调节使用。2.1.4 其他阀单向阀 （止逆阀） 其作用是仅允许流体向一个方向流动，一旦倒流就自动关闭。安全阀 是用来防止设备内压力超标，当压力超过规定指标时，阀可自动开启，排除多余的流体，压力复原后又自动关闭，是一种安全生产的保险装置，常用在中压和高压操作设备上。常用的安全阀有杠杆式和弹簧式两种。减压阀 能自行降低管路和设备内的高压，使达到规定的低压。流量调节阀 是配合控制仪表使用的一种自动调节阀，用膜片的运动和弹簧的弹力来调节阀芯的上下运动，从而开启和关闭阀门。另外工厂中还有蝶阀、隔膜阀、疏水阀等。2.2 阀门型号的代号说明：阀门的型号由7个部分组成，按下列顺序编制1234567表明阀体材料，用汉语拼音字母标示见表表示公称压力，用公称压力数值表示表示密封面或衬里材料，用汉语拼音表示见27表示结构形式，有一位阿拉伯数字表示见表26表示连接形式，用一位阿拉伯数字表示见表25表示驱动方式，用一位阿拉伯数字表示见表24表示阀门类别，用汉语拼音字母标示见表23 表23 阀门类别代号类别代号类别代号类别代号闸阀Z蝶阀D安全阀A截止阀J隔膜阀G减压阀Y节流阀L旋塞法X疏水阀S球阀Q止回阀H 表25 阀门连接型式代号连接型式代号连接型式代号内螺纹1对夹7外螺纹2卡箍8法兰4卡套9焊接6 表26 阀门结构型式代号阀门类别结构型式代号阀门类别结构型式代号闸阀契式明杆单闸板1蝶阀垂直板式5双闸板2斜板式8暗杆单闸板5杠杆式9双闸板6疏水阀浮球式1平形式明杆单闸板3钟形浮子式2双闸板4脉冲式3截止阀回流法直通式1热动力式4直角式4减压阀薄膜式1直流式5弹簧薄膜式2波纹管式8活塞式3压力计9波纹管式4止回阀升降式水平瓣1安全阀弹簧式微启式1垂直瓣2全启式2旋启式单瓣4封闭带扳手微启式3多瓣5全启式4球阀浮动球直通式1不封闭带扳手微启式7三通式T4全启式8L5带散热片全启式0固定球直通式72.3 阀门的基本参数2.3.1 公称致敬：阀门的进出口通道的名义致敬（即规格的大小）叫做阀门的公称通径，用Dg表示（试用国际为DN），单位为mm.2.3.2 公称压力：是指阀门在急诊温度状态下的名义压力用Pg表示（试用国际为PN）单位为公斤力/平方厘米，新国际为MPa。2.3.3 工作温度：为保证阀门在某温度下不发生变形和破裂，规定了各种材质阀门的使用温度。2.3.4 适用介质：介质有极强的腐蚀性，为保证阀门的使用寿命，选用阀门时要考虑其材质的耐腐蚀性。第三节 常用的塔、器、罐塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一，它可使气（汽）液和液液两相之间进行充分的接触，达到相互传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸、气体的增湿和冷却等。3.1 塔设备的分类和总体结构分类：塔最常用的是按塔的内部结构分为板式塔和填料塔两大类。在塔式板中，塔中装有一定数量的塔盘。气体自塔底向上以鼓包喷射的形式空过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度言塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装有一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 塔设备的总体结构包括塔体、塔体支座、除沫器、接管、人孔和手孔以及塔内件。3.2 常见的板式塔、填料塔常见的板式塔又泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔及浮动舌形塔。塔盘系由气液接触元件、塔板、降液管及受液盘、溢流堰等构成。填料塔是由塔体、喷淋装置、填料、箅板、再分部器以及气、液进出口等组成。3.3 塔设备的使用和维护3.3.1 操作时要求气速平稳，压力波动小，否则页面波动泡沫较多，影响气液吸收效果。3.3.2 经常注意进塔气体和液体的压力变化，做到及时调整。 3.3.3 开停温差较大的塔时，应该先打开排气阀，通入小量的蒸汽或热液进行温塔，不骤然升温，以防发生裂纹。3.3.4 经常检查塔体孔温、法兰接口有无渗漏现象，发现后要及时处理。3.3.5 经常检查塔体有无较大振动，发现立即查明原因设法解决。3.3.6 保持塔体清洁，油漆完好，保温层无破损。3.4 压力容器压力容器一般泛指在石油化工和其他工业中用于完成反应、传质传热、分离和贮运等生产工艺过程，并且有特定功能的承受一定压力的设备，因此压力容器从广义上来说应该包括所有承受压力荷载的密封容器。但是从安全角度来说，压力容器的界定范围应该根据发生事故的可能性和危害性来考虑，这两者与压力容器中的工作介质、工作压力及容积大小有关，国家劳动总局1981年颁发的压力容器安全监察规程中规定，同时具备下列三个条件的容器称为压力容器。1）工作压力Pw0.098MPa。2）容积V25L，且PwV19.6LMPa。 3）介质为气体，液化气体，液化气体和工作温度高于标准沸点（指在一个标准大气压下的沸点）的液体。3.4.1 压力容器的特点1） 从压力容器所盛装介质上看，大部分介质具有易燃、易爆、剧毒和腐蚀性强的特点。2） 从工艺参数的范围上看，有的是在-20以下运行，又得要在300以上运行，有些容器的工作压力低于1.6MPa，有的容器在100MPa上的压力下工作，因此具有工艺参数范围大的特点。3） 从安全的角度上看，压力容器破裂爆炸不仅仅是容器本身遭到损坏，也会破坏其他的设备及建筑物，甚至造成人身伤亡事故。因此压力容器发生事故具有危害性极大的特点。3.4.2 压力容器的分类为了便于技术管理和监督检查，通常对压力容器从安全监查，工艺原理、容器壁厚及工作壁温等方面进行分类。1） 按压力分按容器承受的压力（p）可分为内压容器和外压容器。内压容器又可分为低压、中压、高压容器。（1） 低压容器a、低压容器：0.1p 1.6MPab、中压容器：1.6p 10MPac、高压容器：10p100MPad、超高压容器：100100MPa (2) 外压容器容器的内部压力小于外部压力时，称为外压容器。其中，内部压力小于一个绝对大气压（0.1 MPa）的外压容器又叫真空容器。2） 从安全监督角度分类，将压力容器分为三类。（1）属于下列情况之一的维一类容器：a、非易燃或无毒介质的抵押容器；b、易燃易爆或有毒介质的低压分离容器和换热容器。（2）属于下列情况之一的维二类容器：a、中压容器。b、剧毒介质的低压容器。c、易燃易爆或有毒介质的低压反应容器和中压容器。d、内径小于1m的低压废热锅炉 （3）属于下列情况之一的维三类容器： a、 高压、超高压容器。 b、 剧毒介质，且PwV0.2MPaM3的低压容器或剧毒介质的中压容器。 c、 易燃或有毒介质，且PwV0.5MPaM3的中压反应容器，或PwV5MPaM3的中压贮运容器。d、 中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。1）按工艺作用原理分（1） 反应容器（2） 换热容器（3） 分离容器（4） 贮运容器2）按压力容器繁荣壁厚分类（1）薄壁容器，当容器的外径与内径的比K1.15称薄壁容器。（2）厚壁容器，当容器的外径与内径的比K1.15则称厚壁容器。3) 按容器的工作壁温分类（1）高温容器：当容器的壁温t300则称高温容器。（2）常温容器：当容器的温度-20t300则称常温容器。（3）低温容器：当容器的壁温t-20则称低温容器。4）按承压方式分类有内压容器和外压容器两种。5）按容器的安装方式分类有立式容器和卧式容器两种。3.4.3 压力容器用钢压力容器制造所用材料可分为金属材料和非金属材料两大类，但多数压力容器是用金属材料制造的，在金属材料中又以钢材用得最多，这是因为钢材具有压力容器所需要的良好机械性能并且价格较低，容易获得。常用的钢材如下：1、碳钢：压力容器所用的碳钢为普通的低碳钢。其中沸腾，如A3F主要用来制造压力不大于5.88104Pa，温度不低于0，无毒和非易燃介质的压力容器。镇静钢（如A2、A4）比沸腾钢含杂质低，多用压力不大于9.8105Pa温度不低于0，且壁厚不大于16mm，不允许用它制造盛装液化石油气的容器。由于碳钢耐腐蚀性能差，故主要用于弱腐蚀性的介质中。弱介质有较强的腐蚀性，可用碳钢作设备的基体，在内表面衬一层耐腐蚀料，如不锈钢、铝、铅、塑料、橡胶、树脂漆、耐酸搪瓷等。2、合金高强度钢：低合金高强度钢是一种低碳结构用钢，其合金元素含量虽然较少，但强度（尤其是屈服强度）却比同等含碳量达碳钢要高得多，并且一般都具有良好的焊接性能和腐蚀性能。采用低合金高强度钢的目的主要是减轻结构重量，降低设备成本，但是低合金高强度钢在加工制造时，工艺要求比普通碳素钢要严格得多，特别是在焊接过程中要严格控制工艺条件，否则会造成缺陷或留下隐患，导致压力容器失效，甚至造成严重事故。3、氢氮钢：抗氢氮钢也是一种低合金钢，合金钢中加入一定量的铬合钼，具有抗氢和氮的腐蚀能力，主要用于合成氨生产的合成塔内件和石油裂化的加氢设备。4、不锈钢和不锈耐酸钢：在空气和水中耐腐蚀的钢称为耐腐蚀钢；在酸类等强腐蚀性介质中具有高度耐腐蚀性能的钢称为不锈耐酸钢。按其化学成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类，并在这两大类的基础上发展了很多耐腐蚀、耐热和机械性能优良的钢种。采用不锈钢制造化工容器不仅能耐腐蚀，而且具有较高的强度，但是其价格较高一般不宜采用，对于较高压力的化工容器常采用不锈钢做衬里的内件，既保证了耐腐蚀性能又节省了不锈钢的用量。目前钢厂专门轧制的复合钢板，就是由一层不锈钢和一层碳钢压合而成，专门供容器制造选用。5、低温钢：低温用钢主要用于制造低温容器，如制冷设备，空分和加氢设备等。低温钢除了具有足够的强度指标外，更要求具有足够韧性和其他低温机械性能，以防止低温机械脆断造成严重事故。化工容器材料的选择一定要根据容器设备的使用条件，如温度、压力、腐蚀性等，进行全面的综合分析，然后根据材料等方面的性能作出正确的选择，既要满足化工工艺要求又要做到经济合理。3.4.4压力容器的基本结构压力容器一般由筒体（又称壳体）、封头、法兰、支座、接口管、人孔、液位计及视镜等组成。1、筒体筒体是压力容器的主要受压元件之一，以圆柱形筒体应用最为广泛，其原因是：1）从受力情况来看，圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布较为均匀，没有形状突变而产生附加应力。2）圆筒较球体制造容易，成本低。3）圆筒筒体便于内部装配工艺附件。4）一般长度和直径的比较，介质间接触时间长。高压容器的筒体，其壁厚较大，可用优质低碳钢和合金钢锻造，或采用层板包扎，经过焊接、热处理机加工、检验等工序制造而成。应注意的是，焊接圆筒筒体的公称直径指的是内径，而用无缝钢管制作筒体时，容器的公称直径是指的它的外径。2、封头与端盖封头与端盖是用来与筒体组成容器的壳体。但两者有所区别，封头与筒体焊接在一起，不可拆卸。端盖带法兰，用螺栓等紧固件与筒体法兰相联结，可拆卸；封头与端盖的外形有凸形封头、锥形封头和平板封头等。1）凸形封头凸形封头右半球形封头、蝶形封头、椭圆形封头和五这边球形封头等四种。2）锥形封头为了收集容器内的颗粒物料和粘稠液体，或则是为了均匀分布气体通常采用锥形封头。锥形封头分为带折边的和不带折边的两种。3）端盖高压容器要求端盖壁很厚，不宜制造凸形封头，所以多采用平板形端盖。3、接口管压力容器在使用过程中需要有物料的进出口关机控制液面温度和压力仪表口。4、人孔和手孔为了便于安装拆卸内部装置和定期清理、检查，容器上需要开设人孔和手孔。人孔和手孔有圆形和椭圆形两种。5、开孔补强结构容器开孔后，减小了容器壁的受力面积，而且开孔边缘处还产生应力集中，孔边的最大应力比容器的平均应力大3-6倍。这对容器的安全运行很不利。为了减小孔边的应力集中，常用增加筒体的壁厚或接厚壁管的方法，使应力集中的数值减小到允许达范围之内，这种措施就称为开孔补强，如图-1-8和图-1-9所示。开孔补强的结构形式有加强圈和厚壁管补强两种形式。 图-1-8 加强圈补强 图-1-9 厚壁管加强结构6、容器的法兰和垫片法兰和垫片是容器可拆连接的重要部件，国家已制定了一系列法兰和垫片的标准，供设计的生产实践中选用。1）法兰：法兰连接时可拆部件，因此要求转配和拆卸都方便，并且要保证在操作条件下不泄漏，同时要有足够的强度，成本应低廉。法兰的分类方法很多。按其结构形式分类可分为以下三种：(1)整体法兰：这类法兰常有锥形的脖颈，又称长颈法兰，法兰与容器或管道联成一体。(2)活套法兰：法兰与容器或管道不直接联成一体，如把法兰套在凸缘或翻边上。(3)任意式法兰：这种法兰加工出坡口，套在筒体或管道上，然后将二者焊在一起，其受力情况介于整体法兰和活套法兰之间，其刚性较整体法兰差，比活套法兰强。法兰密封面的形式有三种（a）平面型密封面：密封面为光滑平面或加工二、三条沟槽的平面。这种形式结构简单，加工方便，但压紧后密封性较差，仅试用与压力不高，介质非易燃和无毒的场合。(b)凹凸形密封面：它是由一个凸面和一个凹面组成，凹面中放入垫片，压紧后垫片不易被挤出，密封性较好，运用于压力较高的场合。(c)榫槽型密封面：一对法兰的密封面有一个榫和一个槽组成，垫片置于槽中，压紧后，不仅不会被挤出，而且压强较高，密封性好。适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。2）垫片：垫片的选择应根据工作系统的温度、压力、法兰密封面的型式和介质的腐蚀性综合考虑，要求垫片的材料应具有耐腐蚀性，要有一定的机械强度和柔软性，良好的变形能力和回弹能力，在一定温度下应不易变质、硬化和软化。垫片按材质分为金属和非金属两大累。非金属垫片有：石棉橡胶板、石棉板、纸质板和各种塑料的成型垫片等。这些垫片通常用于常、中温和中低压设备或管道法兰的密封。金属垫片常用的有：铜、软钢、蒙乃尔合金钢。金属垫片主要用于中、高温和中、高压设备和管道法兰的连接中。7、支座容器支座的结构很多，主要有立式和卧式两种。1） 立式支座立式支座用于支承塔器、蒸发器、反应器以及立式储罐等。（1）耳式支座结构简单，多用于中小型容器，当用于重量较大的容器时，需要在支座与筒壁之间加垫板，以防止简体产生很大的局部应力和变形。（2）支腿支座常用在高较短的容器上，当容器内的物料重量较大时，支腿与下封头之间要加垫板，以防止变形和剪切力过大。支腿要连接在下封头的曲面上。支腿较高时，需加斜拉撑连接。（3）裙式支座常用在塔器，裙座与封头连接时，一般要焊在封头直边上，而不焊在曲面上，其外径等于塔的外径，多采用对焊形式，尺寸较大的裙座，应设人孔和排气孔，塔底出口接管法兰应伸出裙座外面，接管上要有支撑架，以适应接管热胀冷缩的需要。由于塔器高大，群底除承受塔器全部重量外，还要求受风力载荷和地震荷，所以裙底常采用螺栓结构。鞍式支座，鞍式支座最常用于卧式容器，如换热器，液体贮罐等。8、高压容器的密封1）高压容器的密封是高压设备中除简体外的另一重要的组成部分，高压设备能否正常运转在很大程度上取决于密封结构的完善程度。一个良好的密封结构，应满足下列要求。（1）在正常运行、开始工作和试压时，密封结构均为可靠，在压力和温度波动的情况下，仍能保持密封良好。（2）结构要求简单，制造方便。（3）安装拆卸及维修方便。（4）全部密封结构所消耗金属量要少。（5）构造费用低，密封构件能多次使用，能耐介质的腐蚀。2）高压密封结构形式与类别（1）平垫密封a、平垫密封结构型式，在连接表面之间放有软金属垫片（退火紫铜、退火铝等）在螺栓的预紧力的作用下，接触面上的不平处，被金属软垫填充，从而保证了密封严密。为了改善密封性能，在密封面上可以切削出23道环行沟槽。b、主螺栓是高压容器很重要的零件。因常在高温高压下工作，温度压力波动，还要产生冲击载荷，加上装卸时的巨大扭距，使其工作条件比较复杂。所以要求采用较高、耐冲击和抗热性好的材料制造。为了减小温度应力和集中应力，降低刚性和装卸时的冲击载荷影响，螺杆部分直径应小于螺纹根径。螺母与螺栓有良好配合，不能过松和过紧，涂以二硫化钼润滑剂，以防“咬死”3）安全附件为了确保压力容器的安全运行，防止由于超压发生事故，除了采取有效措施，杜绝和减少引起容器产生超压的各种因素外，在压力容器上还要装上安全泄压装置。安全泄压装置是防止发生超压的一种保险7装置，常用的安全装置有安全阀和防爆片。（1）安全阀的种类、结构及工作原理安全阀的种类，按其整体结构及加载机构的型式可分为杠杆式、弹簧式和脉冲式三种。（a）杠杆式安全阀杠杆式安全阀利用重锤和杠杆来平衡作用的阀瓣上的力，其结构如图-1-17所示，根据杠杆原理可知，加载机构（重锤和杠杆等）作用在阀瓣上的力与重锤重力之比应等于重锤至杠杆支点的距离与阀杆中心至支点的距离之比，所以它可以使用，重量较小的重锤通过杠杆的作用获得较大的作用力，而且它可以靠移动重锤的位置（或变换重锤质量）来调整安全阀的开启压力，杠杆式安全阀结构简单，调整容易，而且比较准确，并且所加的载荷不因阀瓣的开高而增加，又适宜于温度较高的压力容器，因此过去用得比较普遍。图-1-17 杠杆式安全4）弹簧式安全阀弹簧式安全阀利用压缩弹簧的力，其结构如图-1-18所示。螺旋圈形弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利用此种结构就可以根据需要校正安全阀的开启压力，弹簧式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受严格限制，而且因为对振动的敏感性差，所以可用于移动式的压力容器上，这种安全阀缺点是所加载荷会随着阀的开启而发生变化，因为随着阀瓣的升高，弹簧的压力量增大，作用在阀瓣上的力也随着增加，这对安全阀的迅速开启的不利的，另外，阀上弹簧会由于长期受高温的影响而致弹力减小。（图II-1-18）5）脉冲式安全阀脉冲式安全阀由主阀和辅阀构成，通过辅阀的脉冲作用主阀动作，它的工作原理是辅阀具有一套重锤杠杆或弹簧加载机构，它通过管子与装设主阀的管路连通，当容器的压力超过规定的压力时，辅阀就会象一般的杠杆式和弹簧式安全阀一样，阀瓣开启，气体由辅阀排出后通过一根旁通管进入主阀活塞下面的空室，并推动活塞，由于主阀的活塞与阀瓣的面积大，所以在相同的气体压力下，气体作用于活塞上力大于它作用于阀瓣上的力，于是活塞通过阀杆将主阀瓣顶开，大量气体从主阀排除。脉冲式安全阀结构复杂，它通常只适用于安全泄放量很大的容器上，因为口径很大的大安全阀如果用杠杆式或弹簧式时，要用重量很大的重锤或用弹力很大的弹簧而且这两者一般都受一定限制。9、安全阀的使用范围属于下列情况之一的容器，必须装设安全阀1） 在生产过程中可能因化学反映或其他原因而增高压力的容器；2） 盛装液化器的容器；3） 容器的压力来源处没有安全阀，或者虽装有安全阀，但容器内的许可压力小于压力源得压力；4） 最高工作压力小于压力来源压力的容器。10、安全阀的选用与维护1） 安全阀的选用压力容器选用何种类型的安全阀，主要决定容器的工艺条件和工作介质的特性。一般容器多采用弹簧式安全阀。过去，在高温容器中，因弹簧材质在高温下会失去弹性，限制了它的作用，近年来由于材料及制造工艺的发展，一般弹簧在200时，可同样使用，带散热片的弹簧式安全阀可在450下工作，因而弹簧式安全阀使用越来越广泛，压力较底，振动小的容器则可使用杠杆式安全阀。如果容器的工作介质有毒，易燃或对大气有污染，则采用封闭式安全阀，把气体排放到允许的地方。不污染大气的介质，可采用半封闭式或敞开式安全阀。2）安全阀的维护要使安全阀经常处于良好的状态，保持灵敏正确，必须在压力容器的运行过程中加强维护和检查。要经常保持安全阀发清洁，防止阀体、弹簧等，被油垢脏物所粘满或锈蚀，防止安全阀排放管堵塞。设置在室外露天的安全发阀，冬季应检查有无防冻措施。要经常检查安全阀的铅封是否完好，检查杠杆安全阀的重锤是否松动、被移动以及另挂重物的现象。安全阀入口管上的阀门，一定要处于全开状态，以防止安全阀的不起安全保护作用。安全阀必须定期检查，发现安全阀泄露时，应立即检修。11、爆破片1）爆破片作用爆破片又称防爆膜、防爆板和安全片，它的结构比较简单，主要由一块很薄的膜片和夹盘组成，由螺钉将膜片夹紧在夹盘中，然后装在容器的管法兰上。防爆片是一种断裂的安全泄压装置，当压力超过某一限度时，膜片断裂，使设备停止运行，从而保护设备的安全。膜片的材料采用朔性好的材料，如铅、铜、黄铜、不锈钢和低碳钢等。2）爆破片的使用范围爆破片用在不适宜装设安全阀的压力容器上，具体讲有以下三种情况应使用爆破片。（1）工作介质不洁净，混有粘性或粉状物质的压力容器或者容易产生结晶的容器，应用爆破片而不使用安全阀，因为介质不洁净，或介质结晶在长期运行中，使安全阀瓣和安全阀座之间容易粘结或堵塞，使安全阀不能按规定压力开放，所以要用爆片。（2）压力不稳定，且易增压的容器，应使用爆破片，如果由于容器内物料的化学反应或操作不当，以及原料的质量变化，可能使容器在瞬间增压很多。（3）工作介质有剧毒的容器应使用爆破片，目前最好安全阀的泄露小于1ml/mm，泄露量很小，但在长期运行中，总泄露量也的客观的。a）设计爆破压力的选定根据容器的工作压力确定的爆破片的压力，称为设计爆破压力，设计爆破压力是选取爆破片的关键参数。目前各国对如何确定设计爆破压力，意见还不一致，美国规定设计爆破压力是工作压力的1.5倍，我国规定压力稳定的容器，设爆破压力应力容器最高工作压力的1.25倍设备上使用爆破片的规格和厚度都是按理论计算而得出来的，因此，厚度、材质等规格，不得随意取代更换。12、压力表压力表是用以测量容器内部压力大小仪表，它可以直接指出容器内流体的压力数值。13、压力容器的使用、维护及检查项目14、容器的正确使用1）制定容器安全操作规程压力容器一旦发生事故，危害极大，所以国家劳动人事部颁发了压力容器安全监察过程，要求容器的设计、制造安装、使用和检修单位必须认真遵守。使用容器的单位应制定本单位的容器安全操作规程，并严格执行内容至少包括：（1）容器的操作工艺指标及最高工作压力，最高或最底工作温度；（2）容器的操作方法，开车和停车的操作程序和注意事项；（3）容器运行中应重点检查的项目部位，以及运行中可能出项的异常现象和防止措施。（4）容器听用时的封存和保养方法。2）正确操作容器容器的设计、制造、安装等工作质量再好，如果使用不当，轻者缩短使用寿命，影响生产，重者将发生爆炸事故，所以要求操作人员必须经过技术培训合格后，才能独立操作，最主要有七点，下面分别叙述。（1）不得超压、超温、超负荷运行；（2）操作时加载荷或载荷的速度不要过快，而且要平稳；（3）高温或低温（0以下）条件下工作的容器，加热与冷却速度应缓慢进行；（4）尽可能减少容器的开停次数，避免压力、温度的大幅度波动；（5）经常保持安全附件齐全、灵敏、可靠；（6）运行时应定时、定点、定线路巡回检查，防止错误操作；（7）容器发生下列异常现象之时，应立即处理并报告有关部门。a、 容器工作压力，介质温度或壁温超