化工设备基础知识培训课件.ppt

,化工设备基础知识,本课程介绍化工生产中各种单元操作中典型设备的结构、原理（性能），设备的操作、维护及设备的故障处理。通过学习掌握化工生产过程中相应的设备，进行正确操作和维护；提高设备能力及效率，降低设备投资及其成本，节约能源，防止污染及加速新技术的开发。通过学习掌握化工设备基础知识，提高自己对化工设备知识的运用能力。,课程简介及学习目的,本章学习简介：流体输送设备主要应用于为流体提高能量，以便克服输送过程中沿程的机械损失，提高位能、提高流体压强（或减压）。流体输送设备有不同类型，但通常按流体的种类分为液体输送设备和气体输送设备。因为流体输送设备广泛应用于化工厂及其它各行业。故统称为通用设备。本章主要介绍化工中常用的流体输送设备的基本结构、工作原理和特性，以便能够依据流体流动的有关原理正确地选择和使用流体输送设备。(具体来说就是能根据输送任务要求，正确地选择输送设备的类型和规格，决定输送设备在管路中的位置，计算所消耗的功率及其运行管理，使输送设备能在高效率下可靠地运行。),离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。具有若干个（通常为612个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。,离心泵的工作原理,两个过程：吸入过程和排出过程当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，使预先充灌在叶片间的液体旋转，在离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区（真空），在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。,离心泵的特性曲线,由于离心泵的种类很多，前述各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系、只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。实验测出的特性曲线如图所示，图中有三条曲线，在图左上角应标明泵的型号（如4B20）及转速，说明该图特性曲线是指该型号泵在指定转速下的特性曲线，若泵的型号或转速不同，则特性曲线将不同。借助离心泵的特性曲线可以较完整地了解一台离心泵的性能，供合理选用和指导操作。,离心泵的特性曲线,离心泵的特性曲线,由图可见：一般离心泵扬程随流量的增大而下降（很小时可能例外）。当=0时，由图可知也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性；轴功率随流量增大而增加，当时，最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损；曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高,能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%。,泵在管路中工作时，由泵的性能曲线和管路特性曲线决定其运行工况。管路特性：管路中通过的流量与所需要消耗的能量之间的关系特性曲线。而管路输送所需的外加总压头称管道阻力Hc。Hc=Hst+qv这就是管路特性曲线方程：当流量发生变化时，阻力也发生变化。,离心泵的工作点及流量控制,泵的工作点,工作点：将泵的特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一张图上，则两条曲线相交于一点M点，M点就叫作泵在管路中的工作点。泵在M点工作时能达到平衡、稳定,离心泵工况运行的调节(流量调节),运行工况调节：泵在运行时，由于外界负荷的变化而要求改变其工况，用人为的方法改变其工况点。而工况点的调节则是流量的调节。,离心泵的运行工况调节（有三种方法）切割外圆法；变速调节法；离心泵出口调节法。前两种方法改变了泵的特性曲线，后一种方法则改变了泵的管路特性。,改变泵的特性曲线法：(1)切割叶轮外圆法：叶轮切割后直径变小，可以改变泵的qvH曲线，泵的工作点也随之改变。用这种方法调节流量，一台基本型号的离心泵可配备几台不同直径的叶轮，可按需选用。此法较经济。,(2)变速调节：在管路特性不变时，用改变转速来改变泵的性能曲线，从而改变它们的工作点。当转速改变后，扬程和流量都会发生改变，随着转速的提高，流量和扬程都会增大。用此方法来调节流量和扬程不会产生附加的能量损失，这种方法是最经济的。但原动机应是可调速的。一般中小型泵不采用。,改变管路特性曲线法：最常用的方法是调节离心泵的出口开度阻力大小与流量有直接的关系。用这种方法调节流量，有额外的能量损失，是不经济的。但由于方法简单，调节方便,尤其对于小流量、高扬程的离心泵，在启动瞬间，关闭出口阀门，还可以减少启动功率。,离心泵的串，并联操作,同型号泵的串联,串联:指前一台泵的出口向另一台泵或风机的入口输送流体的工作方式。串联的目的是在流量相同时增加压头。两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的2倍，而大于串联前单独运行的扬程，且串联后的流量也比一台泵单独工作时大了。组合后，泵的特性曲线由单泵同一Q下H的倍数确定。,同型号泵的并联,并联：指两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体的工作方式。并联的目的是在压头相同时增加流量。两台泵并联运行时的流量等于并联时的各台泵流量之和，并联总流量小于两单机单独运行的流量和，而并联后的扬程却比一台泵单独工作时要高些。组合后，泵的特性曲线由单泵同一H下Q的倍数确定。,由组合泵的特性曲线可以看出：经组合后，串联未使压头翻倍，并联未使流量翻倍。而是压头、流量均有提高。,生产中究竟采用何种组合方式比较经济合理，则决定于管路曲线的形状。对于管路特性曲线较平坦的低阻管路(如图中曲线a所示)，采用并联组合，可获得较串联组合为高的流量和压头；对于管路特性曲线较陡的高阻管路(图中曲线b)，采用串联组合，可获得较并联组合高的流量和压头。对于值高于单泵所能提供最大压头的特定管路，则必须采用串联组合方式。,离心泵的类型与选用,（1）离心泵的类型清水泵旧型号：B型新型号：IS型IS型泵是根据国际标准ISO2858规定的性能和尺寸设计的，其效率比B型泵平均提高3.67%。IS80-65-16080泵入口直径，mm；65泵出口直径，mm；160泵叶轮名义直径，mm。,离心泵的类型与选用,如果要求的压头（扬程）较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”，其结构如图所示。如要求的流量很大，可采用双吸收式离心泵，其系列代号“Sh”。耐腐蚀泵，“F”系列，非“F”系列。油泵，单吸“Y”系列，双吸式“YS”系列。液下泵，“FY”系列。屏蔽泵。杂质泵“P”系列。,离心泵的类型与选用,离心泵的类型与选用,（2）离心泵的选用根据被输送液体的性质确定泵的类型。确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。根据所需流量和压头确定泵的型号。A、查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。B、若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以最大流量对应值查找。C、若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。,离心泵的类型与选用,D、若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的。E、为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。F、若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，看是否能满足要求。,思考：如何正确操作离心泵？开车前要做哪些准备工作？如何开车、停车？,检查地脚螺栓有无松动；检查是否灌好泵，润滑油是否合格，油液面是否达到高度；检查冷却水供应情况；检查压力表、电流表运行情况；手动盘车数圈；检查防护网是否完好。待一切完好则可开车。,开车前的准备：,离心泵的常见故障及处理,表11离心泵设备故障及处理措施表,表12离心泵常见操作事故及防止措施,（1）作用原理如图所示为曲柄连杆机构带动的往复泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。,往复泵的作用原理和类型,往复泵的作用原理和类型,（2）往复泵的类型按照往复泵的动力来源可分类如下：电动往复泵电动往复泵由电动机驱动，是往复泵中最常见的一种。电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转运动变为往复运动。汽动往复泵汽动往复泵直接由蒸汽机驱动，泵的活塞和蒸汽机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机组。,往复泵的作用原理和类型,按照作用方式可将往复泵分类如下：单动往复泵活柱往复一次只吸液一次和排液一次。双动往复泵活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。,往复泵的流量调节,由知仅与活塞每次扫过的体积AS及活塞往复次数n关，而与管路的特性无关。实际H不太高时,随H的变化很小，H大时，减小。而往复泵的压头则只决定于管路特性曲线与泵的特性曲线的交点（工作点确定）。,，,（1）往复泵的特性曲线与工作点,往复泵的流量调节,（2）流量调节用旁路阀调节流量。泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。显然这种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较小的经常性调节。改变曲柄转速：因电动机是通过减速装置与往复泵相连的，所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄转速，从而改变活塞自往复运动的频率，达到调节流量的目的。,气体压缩与输送机械,气体输送机械在工业生产中的应用,1、气体输送：为了克服管路中的阻力，需要提高气体的压力。纯粹为了输送的目的而对气体加压，压力一般都不高。但气体输送往往输送量很大，需要的动力往往相当大。2、产生高压气体：化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行，如合成氨反应，乙烯的本体聚合；一些分离过程也需要在高压下进行，如气体的液化与分离。这些高压进行的过程对相关气体的输送机械出口压力提出了相当高的要求。3、产生真空：相当多的单元操作是在低于常压的情况下进行，这时就需要真空泵从设备中抽出气体以产生真空。,气体输送机械,气体输送的特点:动力消耗大：对一定的质量流量，由于气体的密度小，其体积流量很大。因此气体输送管中的流速比液体要大得多，前经济流速（1525m/s）约为后者（13m/s）的10倍。这样，以各自的经济流速输送同样的质量流量，经相同的管长后气体的阻力损失约为液体的10倍。因而气体输送机械的动力消耗往往很大。,气体输送机械,气体输送机械体积一般都很庞大，对出口压力高的机械更是如此。由于气体的可压缩性，故在输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。这些变化对气体输送机械的结构、形状有很大影响。因此，气体输送机械需要根据出口压力来加以分类。,按工作原理分为:离心式、往复式、旋转式以及喷射式等。按出口压力（终压）或压缩比（气体压缩后与压缩前压强之比）不同分为：,气体输送机械的分类,通风机,工业上常用的通风机有轴流式和离心式两类。（1）轴流式通风机轴流式通风机的结构与轴流泵类似，。轴流式通风机排送量大，所产生的风压甚小，一般只用来通风换气，而不用来输送气体。化工生产中，在空冷器和冷却水塔的通风方面，轴流式通风机的应用还是很广的。,(2)离心式通风机,离心式通风机的结构特点离心式通风机工作原理与离心泵相同，结构也大同小异。,1、离心式风机的构造：叶轮：由前盘、后盘、叶片和轮毂所组成。还曾指出叶片可分为前向、径向和后向三种类型。机壳：它的作用是收集来自叶轮的气体，并将部分动压转换为静压，最后将气体导向出口。导流器：导流器又称为进口风量调节器。在风机的入口处一般都装置有导流器。运行时，通过改变导流器叶片的角度（开度）来改变风机的性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。进气箱：进气箱的作用是当进风口需要转弯时才采用的，用以改善进口气流流动状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失。进气箱一般用在大型或双吸入的风机上。吸入口：吸入口有集气的作用，可以直接在大气中采气，使气流以损失最小的方式均匀流入机内。,通风机的使用与维护,通风机启动前,应做好如下检查工作,并认真处理：1、检查润滑系统和冷却系统是否通畅，轴承中的润滑油是否充足干净；2、检查零部件是否齐全完好，紧固螺栓是否松动；3、人工盘车数转，检查叶轮有无卡住和摩擦现象，有无偏重问题存在；4、检查进口和出口阀门是否处于关闭状态，安全保护装置是否牢固，过滤网是否堵塞以及周围脏物是否清除干净。,启动风机时，操作人员应躲开风机正面，先启动油泵和冷却水泵，后启动风机。空车运行30分钟后，逐渐开大进出口阀门，观察电流大小。经常检查轴承和电机温度，察看机组振动情况，测听风机运转声音，发现异常问题及时处理。定期停机检查，清理叶轮上粘贴的物料和其它附着物。,正常操作,通风机常见故障及其处理方法,鼓风机,在工厂中常用的鼓风机有旋转式和离心式两种类型。（1）罗茨鼓风机,图1-66罗茨鼓风机,鼓风机,罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。如图所示，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子的旋转方向相反，可使气体从机壳一侧吸，从另一侧排出。转子与转子、转子与机壳之间的缝隙很小，使转子能自由运动而无过多泄漏。,鼓风机,属于正位移型的罗茨风机风量与转速成正比，与出口压强无关。该风机的风量范围可自2至500m3/min，出口表压可达80kPa，在40kPa左右效率最高。该风机出口应装稳压罐，并设安全阀。流量调节采用旁路，出口阀不可完全关闭。操作时，气体温度不能超过85，否则转子会因受热膨胀而卡住。,鼓风机,（2）离心式的鼓风机离心式鼓风机又称透平鼓风机，工作原理与离心通风机相同，结构类似于多级离心泵。由于单级风机产生的风压较低，故一般风压较高的离心式鼓风机都是多级的。气体由吸入口进入后，依次通过各级的叶轮和导轮，最后由排气口排出。,鼓风机,离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形；但外壳直径与厚度之比较大；叶轮上叶片数目较多；转速较高；叶轮外周都装有导轮。离心式鼓风机的送气量大，但所产生的风压不高，单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa，出口表压一般不超过0.3MPa。由于在离心鼓风机中，压缩比不高，所以无需冷却装置，各级叶轮的直径也大致相同。离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同。,压缩机,压缩机是一种用来压缩气体以提高气体压力或输送气体的机械。,往复式压缩机的基本结构,（）机体（）传动机构（）压缩机构（）润滑机构（）冷却系统（）操纵控制系统附属装置主要包括：空气过滤器、盘车装置、传动装置（指机外的）、后冷却器、缓冲器、油水分离器、储气罐、冷却水泵、冷却塔、各种管路、阀门、电气设备及其保护装置、安全防护罩、网等，有的还设有电磁阀、空气净化装置和干燥装置。,主机,往复式压缩机,往复式压缩机工作原理:一般由电动机经三角带带动轴旋转，再经连杆带动活塞产生往复运动，使气阀、活塞、汽缸所组成的活塞腔容积发生变化，达到压缩空气的目的。压缩空气经中冷器再进行压缩，最后进入储气罐。储气罐主要由筒体、压力表、安全阀等组成，可以稳定空气管路压力，减少压缩机工作时所引起的压力波动。若某种原因使其内部的压缩空气超过额定气压，安全阀会自动开启，将压缩空气排入大气中，保证安全运行。安全阀的开启压力为额定排气压力的1.051.08倍。当然，不同规格的空压机，安全阀的开启压力是不一样的。,往复式压缩机,往复式压缩机的工作过程分为四个阶段：（1）膨胀阶段：当活塞运动造成工作容积的增加时，残留在工作室内的高压气体将膨胀，但吸入口活门还不会打开，只有当工作室内的压力降低至等于或略小于吸入管路的压力时，吸入活门才会打开。（2）吸气阶段：吸入口活门在压力的作用下打开，活塞继续运行，工作室容积继续增大，气体不断被吸入。（3）压缩阶段：活塞反向运行，工作室容积减少，工作室内压力增加，但排出活门仍不打开，气体被压缩。（4）排气阶段：当工作室内的压力等于或略大于排出管的压力时，排出口活门打开，气体被排出。,往复式压缩机,4多级压缩多级压缩是指在一个气缸里压缩了一次的气体进入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩，经几次压缩才达到所需要的终压。讨论：（1）采用多级压缩的原因：若所需要的压缩比很大，容积系数就很小，实际送气量就会很小；压缩终了气体温度过高，会引起气缸内润滑油碳化或油雾爆炸等问题；机械结构亦不合理：为了承受很高的终压，气缸要做的很厚，为了吸入初压很低的气体,气缸体积又必须很大。,往复式压缩机,（2）级数越多，总压缩功越接近于等温压缩功，即最小值。然而，级数越多，整体构造就越复杂。因此，常用的级数为2至6，每级压缩比为3至5。（3）理论上可以证明，在级数相同时，各级压缩比相等，则总压缩功最小。,往复式压缩机,5往复式压缩机的流量调节（1）调节转速；（2）旁路调节；（3）改变气缸余隙体积：显然，余隙体积增大，余隙内残存气体膨胀后所占容积将增大，吸入气体量必然减少，供气量随之下降。反之，供气量上升。这种调节方法在大型压缩机中采用较多。,在启动压缩机前，有必要对其作一些检查，以排除故障隐患。启动前应检查仪表、阀门、电气开关、联锁装置，保安系统是否齐全、灵敏、准确、可靠。电源电压：电源电压的波动范围要求为左右。油位检查：油位一般在油标的1/32/3为宜。低于油标1/3时，应及时添加经过滤的同牌号润滑油。启动润滑油泵和冷却水泵，控制在规定的压力与流量。盘车检查，确保转动机构正常运转。,往复式压缩机的操作,充氮置换，当被压缩气体易燃易爆时，必须用氮气置换气缸及系统内的介质，以防开车时发生爆炸。按开车步骤启动主机和开关阀门。调节排气压力时，要同时逐渐调节进、出气阀门，防止抽空和憋压现象。经常“看、听、摸、闻”检查连接、润滑、压力、温度等情况，发现隐患及时处理。严格按操作规程熟练操作。,往复式压缩机的操作,常见故障及其原因和措施排气量不足：排气量不足是与压缩机的设计气量相比而言。主要可从下述几方面考虑：1、进气滤清器的故障：积垢堵塞，使排气量减少；吸气管太长，管径太小，致使吸气阻力增大影响了气量，要定期清洗滤清器。2、压缩机转速降低使排气量降低：空气压缩机使用不当，因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的，当把它使用在超过上述标准的高原上时，吸气压力降低等，排气量必然降低。,往复式压缩机,3、气缸、活塞、活塞环磨损严重、使有关间隙增大，泄漏量增大，影响到了排气量。属于正常磨损时，需及时更换易损件，如活塞环等。属于安装不正确，间隙留得不合适时，应按图纸给予纠正，如无图纸时，可取经验资料，对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙，如为铸铁活塞时，间隙值为气缸直径的0.061000.09100；对于铝合金活塞，间隙为气径直径的0.121000.18100；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。,往复式压缩机,4、填料函不严，产生漏气使气量降低。其原因首先是填料函本身制造时不合要求；其次可能是由于在安装时，活塞杆与填料函中心对中不好，产生磨损、拉伤等造成漏气；一般在填料函处加注润滑油，它起润滑、密封、冷却作用。5、压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物，关闭不严，形成漏气。这不仅影响排气量，而且还影响级间压力和温度的变化；阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量，一个是制造质量问题，如阀片翘曲等，第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。,往复式压缩机,6、气阀弹簧力与气体力匹配的不好。弹力过强则使阀片开启迟缓，弹力太弱则阀片关闭不及时，这些不仅影响了气量，而且会影响到功率的增加，以及气阀阀片、弹簧的寿命。同时，也会影响到气体压力和温度的变化。7、压紧气阀的压紧力不当。压紧力小，则要漏气，当然太紧也不行，会使阀罩变形、损坏，一般压紧力可用下式计算：p=kD2P2/4，D为阀腔直径，P2为最大气体压力，k为大于1的值，一般取1.52.5，低压时k1.52.0，高压时k1.52.5。这样取k，实践证明是好的。气阀有了故障，阀盖必然发热，同时压力也不正常。,往复式压缩机,排气温度不正常排气温度不正常是指其高于设计值。从理论上进，影响排气温度增高的因素有：进气温度、压力比、以及压缩指数（对于空气压缩指数K1.4）。实际情况影响到吸气温度高的因素如：中间冷却效率低，或者中冷器内水垢结多影响到换热，则后面级的吸气温度必然要高，排气温度也会高。另外，气阀漏气，活塞环漏气，不仅影响到排气温度升高，而且也会使级间压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气温度升高。此外，水冷式机器，缺水或水量不足均会使排气温度升高。,往复式压缩机,压力不正常以及排气压力降低压缩机排出的气量在额定压力下不能满足使用者的流量要求，则排气压力必然要降低，所要排气压力降低是现象，其实质是排气量不能满足使用者的要求。此时，只好另换一台排气压力相同，而排气量大的机器。影响级间压力不正常的主要原因是气阀漏气或活塞环磨损后漏气，故应从这些方面去找原因和采取措施。,往复式压缩机,不正常的响声压缩机若某些部件发生故障时，将会发出异常的响声，一般来讲，操作人员是可以判别出异常的响声的。活塞与缸盖间隙过小，直接撞击；活塞杆与活塞连接螺帽松动或脱扣，活塞端面丝堵松动，活塞向上串动碰撞气缸盖，气缸中掉入金属碎片以及气缸中积聚水份等均可在气缸内发出敲击声。曲轴箱内曲轴瓦螺栓、螺帽、连杆螺栓、十字头螺栓松动、脱扣、折断等，轴径磨损严重间隙增大，十字头销与衬套配合间隙过大或磨损严重等等均可在曲轴箱内发出撞击声。排气阀片折断，气阀弹簧松软或损坏，负荷调节器调得不当等等均可在阀腔内发出敲击声。由此去找故障和采取措施。,往复式压缩机,过热故障在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值称之为过热。过热所带来的后果：一个是加快磨擦副间的磨损，二是过热量的热不断积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故。造成轴承过热的原因主要有：轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜，曲轴弯曲、扭曲；润滑油粘度太小，油路堵塞，油泵有故障造成断油等；安装时没有找平，没有找好间隙，主轴与电机轴没有找正，两轴有倾斜等。,往复式压缩机,压缩机的事故分析,断裂事故曲轴断裂：其断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处，其原因大致有如下几种：过渡圆角太小，r为曲轴颈)；热处理时，圆角处未处理到，使交界处产生应力集中；圆角加工不规则，有局部断面突变；长期超负荷运转，以及有的用户为了提高产量，随便增加转速，使受力状况恶化；材质本身有缺陷，如铸件有砂眼、缩松等。此外在曲轴上的油孔处起裂而造成折断也是可以看到的。,连杆的断裂：有如下几种情况：(1)连杆螺钉断裂，其原因有：连杆螺钉长期使用产生塑性变形；螺钉头或螺母与大头端面接触不良产生偏心负荷，此负荷可大到是螺栓受单纯轴向拉力的七倍之多，因此，不允许有任何微小的歪斜，接触应均匀分布，接触点断开的距离最大不得超过圆周的1/8即450；螺栓材质加工质量有问题。,(2)活塞杆断裂：主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处，此两处是活塞杆的薄弱环节，如果由于设计上的疏忽，制造上的马虎以及运转上的原因，断裂较常发生。若在保证设计、加工、材质上都没有问题，则在安装时其预紧力不得过大，否则使最大作用力达到屈服极限时活塞杆会断裂。在长期运转后，由于气缸过渡磨损，对于卧式中的活塞会下沉，从而使连接螺纹处产生附加载荷，再运转下去，有可能使活塞杆断裂，这一点在检修时应特别注意。此外，由于其它部位的损坏，使活塞杆受到了强烈的冲击时，都有可能使活塞杆断裂。,燃烧和爆炸事故有油润滑压缩机中往往产生积碳问题，这是我们所不希望的，因为积碳不仅会使活塞环卡在槽内，气阀工作不正常以及使气流信道面积减小，增加阻力，而且在一定的条件下积碳会燃烧，导致压缩机发生爆炸事故。因此，气缸中的润滑油不能供给太多，不能让没有经过很好过滤，含有大量尘埃的气体吸入气缸，否则形成积碳与含有多量挥发物的气体接触导致爆炸。为了防止燃烧、爆炸发生，一定要计划检修，定期清洗储气罐和管道的油垢。,气缸、缸盖破裂：主要原因：对于水冷式机器，在冬天运转停车后，若忘掉将气缸、缸盖内的冷却水放尽，冷却水会结冰而撑破气缸以及缸盖，因此，停车后必须放掉冷却水；由于在运转中断水而未及时发现，使气缸温度升高，而又突然放入冷却水，使缸被炸裂；由于死点间隙太小，活塞螺帽松动，以及掉入缸内金属物和活塞上的丝堵脱出等原因都会使活塞撞击缸盖，使其破裂。,除此以外，引起压缩机燃烧和爆炸事故还有如下操作方面的原因：压缩机在用氢、氧、氮氢气负荷试车之前，没有用低压的氮气将空气驱除干净而引起爆炸。因缺乏操作知识，开车后没有打开压缩机到储气罐的阀门，致使排气压力急剧升高导致爆炸。因此，要防止这类事故发生，开车前必须熟悉操作规程，开车后，密切注意压力表数值。在一般中小型压缩机中，最好将压缩机到储气罐这段管路上的闸阀取消，只留下逆止阀即可。此外，对压缩机操作工应进行上岗前的培训。由于压缩机高压级气阀不严密，使高压高温的气体返回气缸，在排气阀附近产生高温，当有积碳存在时，即会引起爆炸。为避免事故，此时必须检修排气阀、检查漏气部位，消除故障。,离心式压缩机,离心式压缩机的构造基本与离心泵相同，其工作原理也是借助于高速旋转叶轮产生的离心力。1结构定子与转子转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件定子：气缸和隔板2工作原理：气体沿轴向进入各级叶轮中心处，被旋转的叶轮做功，受离心力的作用，以很高的速度离开叶轮，进入扩压器。气体在扩压器内降速、增压。经扩压器减速、增压后,气体进入弯道，使流向反转180后进入回流器，经过回流器后又进入下一级叶轮。显然，弯道和回流器是沟通前一级叶轮和后一级叶轮的通道。因此，气体在多个叶轮中被增加数次，能以很高的压力能排出。,离心式压缩机,3特性曲线离心式压缩机的HQ曲线与离心式通风机在形状上相似。在小流量时都呈现出压力随流量的增加而上升的情况。4特点与往复式压缩机相比，离心式压缩机有如下优点：体积和重量都很小而流量很大；供气均匀；运转平稳；易损部件少、维护方便。因此，除非压力要求非常高，离心式压缩机已有取代往复式压缩机的趋势。而且，离心式压缩机已经发展成为非常大型的设备，流量达几十万立方米/时，出口压力达几十兆帕。,离心式压缩机,从离心式压缩机本身的特点看，虽然有很多优点，但它也有一些固有的而且是难以消除的缺点，如喘振、轴向推力大等。喘振：离心式压缩机在运行过程中，当负荷降低到一定程度时，气体的排出量会出现强烈振荡，同时机身也会剧烈振动，并发出“哮喘”或吼叫声，这种现象就叫离心式压缩机的“喘振”。针对这些特点，必须认真设置相应的控制系统。气量或压力控制系统，即负荷控制系统。防喘振控制系统。油路控制系统。密封油、控制油、润滑油等，对于这些油的油压、油温等常要设置联锁报警控制系统。主轴的轴向推力、轴向位移及振动的指示与联锁保护系统。,真空泵,1、真空泵的一般特点真空泵就是从真空容器中抽气、一般在大气压下排气的输送机械。若将前述任何一种气体输送机械的进口与设备接通，即成为从设备抽气的真空泵。然而，专门为产生真空用的设备却有其获得之处。（1）由于吸入气体的密度很低，要求真空泵的体积必须足够大；（2）压缩比很高，所以余隙的影响很大。,真空泵,真空泵的主要性能参数有：（1）极限剩余压力（或真空度）：这是真空泵所能达到最低压力；（2）抽气速率：单位时间内真空泵在极限剩余压力下所吸入的气体体积，亦即真空泵的生产能力。,真空泵,2、往复式真空泵与往复式压缩机的构造无显著区别，但也有其自身的特点：（1）在低压下操作，气缸内、外压差很小，所用的活门必须更加轻巧；（2）当要求达到较好的真空度时，压缩比会很大，余隙容积必须很小，否则就不能保证较大的吸气量。（3）为减少余隙的影响，设有连通活塞左右两侧的平衡气道。干式往复真空泵可造成高达9699.9%的真空度；湿式则只能达到8085%,真空泵,3、水环真空泵水环真空泵的外壳呈圆形，其中的叶轮偏心安装。启动前，泵内注入一定量的水，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，水被甩至壳壁形成水环。此水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室。由于叶轮的旋转运动，密封室外由小变大形成真空，将气体从吸入口吸入；继而密封室由大变小，气体由压出口排出。水环真空泵结构简单、紧凑，最高真空度可达85%。,真空泵,4、液环真空泵液环泵外壳呈椭圆形。当叶轮旋转时液体被抛向四周形成一椭圆形液环，在其轴方向上形成两个月牙形的工作腔。由于叶轮的旋转运动，每个工作腔内密封室逐渐由小变大而从吸入口吸入气体；然后又由大变小，将气体强行排出。,真空泵,5、旋片真空泵是旋转式真空泵的一种，其工作原理见图。当带有两个旋片7的偏心转子按箭头方向旋转时，旋片在弹簧8的压力及自身离心力的作用下，紧贴泵体9内壁滑动，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气口3经吸气管4进入吸气工作室，当旋片转至垂直位置时，吸气完毕，此时吸入的气体被隔离。,真空泵,转子继续旋转，被隔离的气体逐渐被压缩，压强升高。当压强超过排气阀片2上的压强时，则气体经排气管5顶开阀片2，通过油液从泵排气口1排出。泵在工作过程中，旋片始终将泵腔分成吸气、排气两个工作室，转子每旋转一周，有两次吸气、排气过程。旋片泵的主要部分浸没于真空油中，为的是密封个部件间隙，充填有害的余隙和得到润滑。此泵属于干式真空泵。,真空泵,如需抽吸含有少量可凝性气体的组合气时，泵上设有专门设计的镇气阀（能在一定的压强下打开的单向阀），把经控制的气流（通常是湿度不大的空气）引到泵的压缩腔内，以提高混合气的压强，使其中的可凝性气体在分压尚未达到泵腔温度下的饱和值时，即被排出泵外。旋片泵可达到较高的真空度（绝对压强约为0.67Pa），抽气速率比较小，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸气的气体。不适宜用于抽除含尘和对润滑油起化学作用的气体。,真空泵,6、喷射真空泵喷射泵是利用高速流体喷射时压力能向动能转换所造成的真空，将气体吸入泵内，并在混合室通过碰撞、混合，以提高吸入气体的机械能，气体和工作流体一并排出泵外。喷射泵的流体可以水，也可以是水蒸汽，分别称为水喷射泵和蒸汽喷射泵。单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空度，为获得更高的真空度可采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵的优点是工作压强范围大，抽气量大，结构简单，适应性强。缺点是效率低。,传热知识点：传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；平均温差；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；壁温的计算；列管换热器的结构、特点、工艺计算与选型；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；其他各种类型传热器的结构与特点。重点：传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；强化传热过程的途径；列管换热器结构、工艺计算。,本章内容简介：传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。凡是有温度差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：一种是强化传热过程，如各种换热设备中的传热；另一种是削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。为此必须掌握传热的共同规律。化工传热过程既可连续进行亦可间歇进行。对于前者，传热系统(例如换热器)中不积累能量(即输入的能量等于输出的能量)，称为定态传热。定态传热的特点是传热速率(单位时间传递的热量)在任何时刻都为常数，并且系统中各点的温度仅随位置变化而与时间无关，对于后者，传热系统中各点的温度既随位置又随时间而变，此种传热过程为非定态传热。根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：传导、对流和热辐射。传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，在无外功输入时，热流方向总是由高温处向低温处流动。,传热设备在工业生产中，要实现热量的传递，须采用一定的设备将一种流体的热量传递给另一种流体，此种传递热量的设备称换热器。由于用途不同，工作条件不同和载热体特性不同，从而对换热器提出了不同的要求，因此在工业上出现了许多不同类型的换热器。要合理的选择和使用这些换热器，首先必须了解其结构特征。,换热器,根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为：混合式、蓄热式、间壁式。直接接触式（混合式）在这类换热器中，冷热两种流体通过直接混合进行热量交换。在工艺上允许两种流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，且其结构比较简单。直接接触式换热器常用于气体的冷却或水蒸汽的冷凝，如常见的凉水塔、洗涤塔等。,蓄热式蓄热式换热器又称为蓄热器，它主要由热容量较大的蓄热室构成，室中可填耐火砖或金属带等作为填料。当冷、热两种流体交替地通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。这类换热器的结构简单，且可耐高温，常用于气体的余热及其冷量的利用。其缺点是设备体积较大，而且两种流体交替时难免有一定程度的混合。多用于石油裂解和冶金工业中的炼钢等方面。,换热器,间壁式这一类换热器的特点是在冷热两种流体之间用一金属壁（或石墨等导热性好的非金属）隔开，以使两种流体在不相混合的情况下进行热量交换。1、夹套式换热器2、沉浸式蛇管换热器3、喷淋式换热器4、套管换热器5、列管换热器（1）固定管板式（2）U型管式（3）浮头式6、其他高效换热器（1）螺旋板式（2）平板式,（1）夹套式换热器结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。优点：结构简单，加工方便。缺点：传热面积A小，传热效率低。用途：广泛用于反应器的加热和冷却。为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。,（2）沉浸式蛇管换热器结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。为了强化传热，容器内加搅拌。,（3）喷淋式换热器结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。用途：用于冷却或冷凝管内液体。,间壁式,（4）套管式换热器结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，可增加传热面积；冷、热流体可以逆流或并流。优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多易漏，占地较大。用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。,间壁式,（5）列管式换热器（管壳式换热器）列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。,间壁式,常见的折流挡板,间壁式,根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以下几个型式。,（1）固定管板式壳体与传热管壁温度之差大于50C，加补偿圈，也称膨胀节，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。,a、固定管板式换热器b、带膨胀节的固定管板式换热器c、d、浮头式换热e、U形管式换热器,（2）浮头式两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。,间壁式,间壁式,（3）U型管式把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。,间壁式,螺旋板式换热器螺旋板式换热器主要由两张平行的薄钢板卷制而成，构成一对互相隔开的螺旋形流道。冷热两流体以螺旋板为传热面相间流动，两板之间焊有定距柱以维持流道间距，同时也可增加螺旋板的刚度。优点：结构紧凑，传热效率高，不易堵塞，结构紧凑A/V大，成本较低。缺点：操作压力、温度不能太高，螺旋板难以维修，流体阻力较大。,间壁式,板式换热器平板式换热器冷热流体在板片的两侧流过，通过板片换热。板上可被压制成多种形状的波纹，可增加刚性；提高湍动程度；增加传热面积；易于液体的均匀分布。优点：传热效率高，总传热系数大，结构紧凑，操作灵活，安装检修方便。缺点：耐温、耐压性较差，易渗漏，处理量小。,间壁式,板翅式换热器板翅式换热器是一种传热效果好，更为紧凑的板式换热器。板翅式换热器的基本结构，是由于平隔板和各种型式的翅片构成板束组装而成。在两块平行薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状或其他形状的翅片，两边以侧条密封，即组成为一个单元体。各个单元体又以不同的叠积适当排列，并用钎焊固定，成为常用的逆流或错流式板翅式换热器组装件，或称为板束。再将带有集流进出口的集流箱焊接到板束上，就成为板翅式换热器。优点：结构高度紧凑，传热效率高，允许较高的操作压力。缺点：制造工艺复杂，检修清洗困难。,（1）设计和选用时应考虑的问题除了流体的流向，流速和流体出口温度的选择外，还应考虑：冷热流体流动通道的选择a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；b、腐蚀性强的流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d、饱和蒸汽宜走壳程，因比较清洁，且冷凝液容易排出；e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g、流量小的流体一般以管程为宜。,管壳式换热器的设计和选用,流动方式的选择并流：参与换热的两种流体沿传热面平行而同向的流动。逆流：参与换热的两种流体沿传热面平行而反向的流体。错流：两种流体的流向垂直交叉。折流：一流体只沿一个方向流动，另一流体反复来回折流；或者两流体都反复折回。复杂流：几种流动型式的组合。,管壳式换热器的设计和选用,逆流并流,错流折流,管壳式换热器的设计和选用,逆流和并流可以看成是两种极端情况。在流体进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，并流最小，其它流动型式的tm介于两者之间。从提高传热推动力来言，逆流最佳。1）在热负荷Q、K相同时，采用逆流可以以较小的传热面积A完成相同的换热任务；2）在热负荷Q、A相同时，可以节省加热和冷却介质的用量或多回收热。3）逆流时，传热面上冷热流体间的温度差较为均匀。,在某些方面并流也优于逆流。如工艺上要求加热某一热敏性物质时，要求加热温度不高于某值（并流t2max0.9，绝不能使0.8，否则另外选其他流型。当换热器一侧流体发生相变，可能其温度保持不变，此时就无所谓逆并流，不论何种流动形式，只要进出口温度相同，则tm均相等。,换热管规格和排列选择为了制造和维修的方便，我国目前试行的系列标准规定采用192mm和252.5mm两种规格，管长有1.5、2.0、3.0、6.0m，排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。各种排列方式的优点：,管壳式换热器的设计和选用,管壳式换热器的设计和选用,折流挡板安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。一般取挡板间距为壳体内径的0.21.0倍。a.切除过少b.切除适当c.切除过多,传热过程的强化措施,（1）增大传热平均温度差两侧变温情况下，尽量采用逆流流动；提高加热剂T1的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力来达到提高其饱和温度的目的）；降低冷却剂t1的温度。利用来强化传热是有限的。（2）增大总传热系数K尽可能利用有相变的热载体；用大的热载体，如液体金属Na等；减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；提高较小一侧有效。,传热过程的强化措施,（3）增大单位体积的传热面积A/V直接接触传热：可增大A和湍动程度，使Q；采用高效新型换热器。随工业的发展，陆续出现了不少的高效紧凑的换热器并逐渐趋于完善。这些换热器基本可分为两类，一类是在管式换热器的基础上加以改进，另一类是采用各种板状换热表面。如图所示几种强化传热管和板翅式换热器的翅片。(a)光直翅片(b)锯齿翅片(c)多孔翅片,换热器的强化和其他类型,板壳式换热器将管壳式换热器中的管束用板束代替，即为板壳式换热器。其结构紧凑，传热系数高、坚固、能承受很高的压强和温度，但制造工艺复杂，焊接要求高。强化管式换热器在管式换热器的基础上，采取某些强化措施，提高传热效果。如管外加翅片，增大A、管外的对流给热系数；管内安装内插物，增大A、管内的对流给热系数，从而增大K。,换热器的强化和其他类型,热管换热器热管是在一根装有毛细吸芯金属管内充以定量的某种工作液体，然后封闭并抽除不凝性气体。当加热段受热时，工作液体遇热沸腾，产生的蒸汽流至加热段再次沸腾。如此过程反复循环，热量则由加热段传至冷却段。在热管内部，热量的传递是通过沸腾冷凝过程。由于沸腾和冷凝表面传热系数皆很大，蒸汽流动的阻力损失很小，因此管壁温度相当均匀。这种新型的换热器具有传热能力大，应用范围广，结构简单等优点。特点：有相变对流传热系数大，结构简单，壁温均匀。流化床换热器通过在流体中加固体颗粒，当管程内的流体由下往上流动，使众多的固体颗粒保持稳定的流化状态，对换热器管壁起到冲刷、洗垢作用。同时，使流体在较低流速下也能保持湍流，大大强化了穿热速率。,换热器的操作,换热器的正常使用投产前应检查压力表、温度计、液位计以及有关阀门是否齐全完好。输送蒸汽前先打开冷凝水排放阀门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气和其他不凝性气体。换热器投产时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预热后加热，切忌骤冷骤热，以免换热器受到损坏，影响其使用寿命。进入换热器的冷热流体如果含有大颗粒固体杂质和纤维质，一定要提前过滤和清除（特别是对板式换热器），防止堵塞通道。经常检查两种流体的进出口温度和压力，发现温度、压力超出正常范围或有超出正常范围的趋势时，要立即查出原因，采取措施，使之恢复正常。定期分析流体的成分，以确定有无内漏，以