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石油化工设备基础知识培训 2012年8月 主要内容 化工生产特点化工设备与机器的概念压力容器及分类储存压力容器换热器塔器反应器 2 生产的连续性很强 工艺流程专一化化工生产所处理的大多是气体 液体和粉体介质 属于流程性材料 便于输送和控制 处理过程如传质 传热 化学反应可连续进行 为了提高生产效率 节约成本 化工生产过程一般采用连续的工艺流程 不同产品工艺流程不同 工艺的复杂程度和成熟程度不尽相同 在连续性的过程中 每一生产环节都非常重要 若出现事故 将破坏连续性生产 一 化工生产的特点 3 2 介质的腐蚀性强 设备维护难度大化工生产过程中 有很多介质具有腐蚀性 例如 酸 碱 盐一类的介质 对金属或非金属物件的腐蚀 使机器与设备的使用寿命大为降低 腐蚀生成物的沉积 可能堵塞机器与设备的通道 破坏正常的工艺条件 影响生产的正常进行 一 化工生产的特点 4 3 原料品种多 大多是危险化学品化工生产过程中 有不少介质是容易燃烧和爆炸的 例如无机物中的氢气 煤气 二硫化碳 活泼碱金属等 有机物中烃类 酯类 酮类 醇类 芳香类 过氧化物等 还有不少介质有较强的毒副作用 如氯气 二氧化硫 二氧化氮 硫化氢 一氧化碳 氰化物 三氧化二砷 吡霜 等 这些易燃 易爆 有毒性的介质一旦泄漏 不仅会造成环境的污染 而且还可能造成人员伤亡和重大事故的发生 一 化工生产的特点 5 4 工艺条件苛刻 温度和压力的变化大不同的化工过程 工艺条件差距很大 介质的温度和压力各不相同 介质温度从深冷到高温 压力从真空到数百大气压 有的设备要承受高温或高压 有的设备要承受低温或低压 同一设备在不同的反应阶段温度或压力也会发生变化 工艺要求决定设备的工作条件和材料选择 一 化工生产的特点 6 5 单元操作多 设备种类复杂化工产品的生产是通过若干个化学反应和若干个物理操作实现的 化工过程主要有传质 传热 流体流动 机械和热力五大过程 各过程要通过单元操作来实现 常见的单元操作有 输送 吸收 蒸馏 冷凝 萃取 分离 干燥 粉碎 分散 研磨等等 各单元操作要通过不同的设备来实现 复杂的有机合成 多达十几步反应 几乎要用到所有的单元操作 所以化工设备的用途 操作条件 结构形式也千差万别 一 化工生产的特点 7 6 生产技术含量高 管理难度大现代化工生产既包含了先进的生产工艺 又需要先进的生产设备 还离不开先进的控制与检测手段 因此 生产技术含量要求高 并呈现出学科综合 专业复合 化 机 电一体化的发展势态 要求有专业基础复合型的工艺 设备技术人员和生产管理人员 一 化工生产的特点 8 化工生产中所用的机器和设备的总称 化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品 往往需要经过原料预处理 化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程 过程要通过各种单元操作来现实 实现这些过程所用的机械 常常都被划归为化工设备 二 化工设备与机器的概念 9 化工设备 指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械 如各种容器 槽 罐等 反应釜 换热器 塔器 普通干燥器 蒸发器 反应炉 电解槽 结晶设备 吸附设备 普通分离设备以及离子交换设备等 又称 静设备 二 化工设备与机器的概念 10 2 化工机器 指主要作用部件为运动的机械 如各种粉碎机 过滤机 离心分离机 旋转窑 搅拌机 旋转干燥机以及流体输送机械等 又称 动设备 二 化工设备与机器的概念 11 1 常压容器静设备2 压力容器化工设备1 各种物料泵2 各种风机动设备3 各种空压机4 各种冷冻机5 各种真空泵 二 化工设备与机器的概念 12 压力容器一般是指在工业生产中用来完成反应 传热 传质 分离 贮存等工艺过程 并承受0 1MPa表压以上压力的密闭容器 特种设备安全监察条例 中明确指出压力容器的定义为 压力容器 是指盛装气体或者液体 承载一定压力的密闭设备 其范围规定为最高工作压力大于或者等于 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于 的气体 液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器 盛装公称工作压力大于或者等于 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于 的气体 液化气体和标准沸点等于或者低于 液体的气瓶 氧舱等 三 压力容器 13 14 15 筒体 封头 密封装置 开孔接管 支座及安全附件这六大部件即构成了一台压力容器的外壳 对于储存用的容器 这一外壳即为容器本身 对于用于化学反应 传热 分离等工艺过程的容器 则须在外壳内装入工艺所要求的内件 才能构成一个完整的产品 16 介质危害性指介质的毒性 易燃性 腐蚀性 氧化性等 其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性 A 毒性 17 介质危害性指介质的毒性 易燃性 腐蚀性 氧化性等 其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性 B 易燃性可燃气体或蒸汽与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限 爆炸时的最低浓度称为爆炸下限 最高浓度称为爆炸上限 爆炸极限一般用可燃气体或蒸汽在混合物中的体积分数表示 爆炸下限小于10 或爆炸上限和下限之差值大于等于20 的介质 一般称为易燃介质 18 3 3 1按压力等级分类按承压方式可分为内压容器与外压容器 内压容器又可按设计压力分为四个等级 19 3 3 2按容器在生产中的作用分类按根据压力容器在生产工艺过程中的作用 可分为反应压力容器 换热压力容器 分离压力容器 储存压力容器4种 20 21 3 3 3按安装方式分类 固定式压力容器 移动式压力容器 22 3 3 4按安全技术管理分类TSGR0004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程 根据介质 设计压力和容积三个因素进行压力容器分类 共分三类压力容器 1 第一组介质 毒性程度为极度危害 高度危害的化学介质 易爆介质 液化气体 2 第二组介质 除第一组以外的介质 对于第一组介质 压力容器的分类见图A 1 对于第二组介质 压力容器的分类见图A 2 23 2 3 4按安全技术管理分类 24 2 3 4按安全技术管理分类 25 4 1卧式圆柱形储罐卧式圆柱形储罐简称卧式储罐或卧罐 可分为地面卧式储罐与地下卧式储罐 四 储运压力容器 26 4 2立式平底筒形储罐这类固定式储罐属于大型仓储式常压或低压存储设备 主要用于储存压力不大于0 1MPa的消防水 石油 汽油等常温条件下饱和蒸汽压较低的物料 可分为固定顶储罐和浮顶储罐 四 储运压力容器 27 4 3球形储罐 四 储运压力容器 28 4 4压力容器的安全附件压力容器的安全附件是为防止容器超温 超压 超负荷而装设在设备上的一种安全装置 压力容器的安全附件较多 但最常用的安全附件有安全泄压装置 安全阀 爆破片 防爆帽 压力表 液位计等 安全泄压装置安全泄压装置是为保证压力容器安全运行 防止它超压的一种器具 常见的安全泄压装置有安全阀 爆破片和防爆帽 四 储运压力容器 29 4 4压力容器的安全附件功能 当容器在正常工作压力下运行时 保持严密不漏 若容器内压力一旦超过规定 则能自动地 迅速地排泄出器内的介质 使设备的压力始终保持在许用压力范围以内 一般情况下 安全泄压装置除了具有自动泄压这一主要功能外 还有自动报警的作用 因为当它启动排放气体时 由于介质以高速喷出 常常发出较大的响声 这就相当于发出了设备压力过高的报警音响讯号 四 储运压力容器 30 4 4压力容器的安全附件 安全阀安全阀按其整体结构及加载机构形式来分 常用的有杠杆式和弹簧式两种 安全阀要定期检验 每年至少检验一次 定期检验工作包括清洗 研磨 试验和校正 四 储运压力容器 31 4 4压力容器的安全附件 安全阀 四 储运压力容器 32 4 4压力容器的安全附件 安全阀 四 储运压力容器 33 4 4压力容器的安全附件 防爆片防爆片又称防爆膜 防爆板 是一种断裂型的安全泄压装置 防爆片具有密封性能好 反应动作快以及不易受介质中粘污物的影响等优点 但它是通过膜片的断裂来泄压的 所以泄后不能继续使用 容器也被迫停止运行 因此它只是在不宜装设安全阀的压力容器上使用 四 储运压力容器 34 4 4压力容器的安全附件 防爆片 四 储运压力容器 35 4 4压力容器的安全附件 防爆帽防爆帽又称爆破帽 也是一种断裂型安全泄压装置 它的样式较多 但基本作用原理一样 它的主要元件是一个一端封闭 中间具有一薄弱断面的厚壁短管 当容器的压力超过规定时 防爆帽即从薄弱断面处断裂 气体从管孔中排出 为了防止防爆帽断裂后飞出伤人 在它的外面应装有保护装置 四 储运压力容器 36 4 4压力容器的安全附件 压力表压力表是测量压力容器中介质压力的一种计量仪表 压力表的种类较多 有液柱式 弹性元件式 活塞式和电量式四大类 压力容器大多使用弹性元件式的单弹簧管压力表 四 储运压力容器 37 4 4压力容器的安全附件 压力表装在锅炉 压力容器上的压力表 其最大量程 表盘上刻度极限值 应与设备的工作压力相适应 压力表的量程一般为设备工作压力的1 5 3倍 最好取2倍 压力表一般每半年校验一次 校验后的压力表应加铅封 并注明下次校验日期或校验有效期 在容器运行期间 如发现压力表指示失灵 刻度不清 表盘玻璃破裂 泄压后指针不回零位 铅封损坏等情况 应立即校正或更换 四 储运压力容器 38 4 4压力容器的安全附件 压力表 四 储运压力容器 39 4 4压力容器的安全附件 液面计液面计又称液位计 是用来测量容器内液面变化情况的一种计量仪表 操作人员根据其指示的液面高低来调节或控制充装量 从而保证容器内介质的液而始终在正常范围内 主要有 伺服液位计 钢带液位计 浮筒液位计 磁翻板液位计 超声波液位计 磁致伸缩液位计 雷达液位计 电容液位计 玻璃板液位计 玻璃管液位计 吹气液位计 差压液位计 激光液位计和 射线料位计等 用得最多的是差压液位计和浮筒液位计 四 储运压力容器 40 4 4压力容器的安全附件 液面计 四 储运压力容器 41 5 1换热器概述在炼油 化工生产中 绝大多数的工艺过程都有加热 冷却和冷凝的过程 这些过程总称为换热过程 传热过程的进行需要一定的设备来完成 这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备 据统计 在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35 40 因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关 如反应过程中 有的要放热 有的要吸热 要维持反应的连续进行 就必须排除多余的热量或补充所需的热量 工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用 以降低成本 五 换热设备 42 5 2衡量换热器的指标 1 传热效率要高 2 结构要紧凑 3 要节省材料 4 流体在设备中的阻力要小 即压力降要小 5 要求结构可靠 制造成本低 便于安装 检修 使用周期长 由于要全面满足上述要求是非常困难的 因而产生了各种各样的换热器 以适应各种特定的工艺条件 五 换热设备 43 5 3换热器分类 1 按传热方式可分为 直接接触式 蓄热式 间壁式 2 按其工艺用途可分为 冷却器 cooler 冷凝器 condenser 加热器 一般不发生相变 heater 蒸发器 发生相变 evaporator 再沸器 reboiler 废热锅炉 wasteheatboiler 3 按材料分类 分为金属材料和非金属材料换热器 五 换热设备 44 5 3换热器分类 五 换热设备 45 5 3换热器分类 五 换热设备 46 5 3换热器分类 五 换热设备 47 5 4列管式换热器的基本结构形式1 列管式换热器的主要结构 壳体 管箱 管板 换热管 折流挡板以及其它附件组成 2 列管式换热器的工作原理 高温流体A 红色 由管箱进入换热管 低温流体B 蓝色 在管外流动 由于两种流体存在温度差 于是通过管壁进行热量交换 五 换热设备 48 5 4列管式换热器的基本结构形式 五 换热设备 49 5 4列管式换热器的基本结构形式 五 换热设备 50 5 5列管式换热器的主要类型 五 换热设备 51 5 6固定管板式换热器1 结构特点 两块管板均与壳体相焊接 并加入了热补偿原件 膨胀节 2 优点 结构简单 紧凑 能承受较高的压力 造价低 管程清洗方便 管子损坏时易于堵管或更换 3 缺点 不易清洗壳程 壳体和管束中可能产生较大的热应力 4 适用场合 适用于壳程介质清洁 不易结垢 管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合 五 换热设备 52 2 5 6管板式换热器演示图 53 2 5 6管板式换热器演示图 54 2 5 6管板式换热器演示图 55 2 5 6管板式换热器演示图 56 2 5 6管板式换热器演示图 57 6 1塔设备概述在化工 炼油 医药 食品及环境保护等工业部门 塔设备是一种重要的单元操作设备 它的应用面广 量大 塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量 在整个过程设备中所占的比例都相当高 表6 1所示为几个典型的实例 六 塔设备 58 6 1塔设备概述表6 1塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比重 六 塔设备 59 6 2塔设备简介 六 塔设备 60 6 2塔设备简介 满足特定的工艺条件 气 液两相能充分接触 相际传热面积大 生产能力大 即气 液处理量大 操作稳定 操作弹性大 对工作负荷的波动不敏感 结构简单 制造 安装 维修方便 设备投资及操作成本低 耐腐蚀 不易堵塞 六 塔设备 61 6 3塔设备的总体结构 组成 塔体 支座 人孔及手孔 接管 除沫器 吊柱等 六 塔设备 62 6 3塔设备的总体结构内件 塔体 支座 人孔或手孔 除沫器 接管 吊柱 扶梯 操作平台等 a 塔体 外壳 由圆筒 等径或不等径 上 下封头构成 工作时承受内压或外压及温度 风载荷 地震载荷 偏置构件的偏心重力载荷等 b 支座 塔设备高大沉重 一般采用裙式支座 c 人孔 不同的塔设备 人孔或手孔的结构及位置等也不相同 d 接管 有进 出液管 进 出气管 回流管 取样管 仪表管 液位计管等 e 除沫器 用于捕集夹带在气流中的液滴 f 吊柱 安装于塔顶 用于安装 检修时吊运塔内件 六 塔设备 63 6 3塔设备的总体结构填料塔与板式塔的比较 六 塔设备 64 6 4填料塔以填料作为气 液接触和传质的基本构件 液体在填料表面呈膜状自上而下流动 气体呈连续相自下而上与液体作递向流动 并进行气 液两相间的传质和传热 两相的组分浓度和温度沿塔高连续变化 填料塔属于微分接触型的气 液传质设备 A 散装填料安装以乱堆为主的填料 也可以整砌 具有一定外形的颗粒体 根据形状分为 环形 鞍形及环鞍形 六 塔设备 65 2 6 4填料塔 66 2 6 4填料塔 67 2 6 4填料塔B 规整填料在塔内按均匀的几何图形规则 整齐地堆砌的填料 68 2 6 4填料塔 69 2 6 4填料塔 70 6 5板式塔以塔板作为气 液接触和传质的基本构件 液体自上而下流入各层塔板 形成液池 气体以鼓泡或喷射的形式自下而上穿过各层塔板的筛孔 液池 使气 液两相密切接触而传质和传热 两相的组分浓度呈阶梯式变化 板式塔属于逐级接触型的气 液传质设备 六 塔设备 71 6 5板式塔 六 塔设备 72 6 5板式塔板式塔性能比较 六 塔设备 73 6 5板式塔 六 塔设备 74 2 6 5板式塔 75 2 6 5板式塔 76 6 6除沫器沫 泡沫或气泡 是液膜包裹的气体 若体系中有固体颗粒 泡沫中也携带固粒 除沫器作用 分离塔顶气体中所夹带的液滴 促使气泡破裂安装位置 塔顶部最上一块塔盘之上 至塔盘的距离略大于塔盘间距 六 塔设备 77 6 6除沫器 六 塔设备 78 6 6裙座 六 塔设备 79 7 1概述在器内实现一个或几个化学反应 并使反应物通过化学反应转变为反应产物的设备 七 反应设备 80 7 2反应器分类 七 反应设备 81 7 3机械搅拌式反应器搅拌容器又称搅拌罐 它由罐体 夹套和附件等构成 其中罐体和夹套均包括筒体 上封头和下封头 附件包括各管接头 仪表 人孔和支座等 搅拌容器的主要作用是为反应物料提供容积 并为反应过程提供温度和压力 七 反应设备 82 2 7 1 反应器分类A 机械搅拌式反