化工设备设计

1、化工设备设计化工设备设计 研究范畴研究范畴 化工生产过程中的静设备，完成一系列物理化工生产过程中的静设备，完成一系列物理 或化学的加工处理过程的设备。或化学的加工处理过程的设备。 压缩机、离心泵、过滤机都属于流体机械，压缩机、离心泵、过滤机都属于流体机械， 动设备。动设备。 化工设备的特点化工设备的特点 1.1.功能原理多种多样功能原理多种多样; ;（塔（塔应用于蒸馏、吸收、应用于蒸馏、吸收、 萃取、吸附萃取、吸附 ） 2.2.化机电一体化化机电一体化; ;（加热炉点火）（加热炉点火） 3.3.外壳一般为压力容器外壳一般为压力容器; ;（压力容器是内部或压力容器是内部或 外部承受气体或液体压力

2、、并对安全性有较外部承受气体或液体压力、并对安全性有较 高要求的密封容器。高要求的密封容器。 主要为圆柱形，少数为主要为圆柱形，少数为 球形或其他形状。）球形或其他形状。） 4.4.单件生产单件生产, ,成本高。（材料、加工工艺）成本高。（材料、加工工艺） 化工设备的基本要求化工设备的基本要求 1.安全可靠安全可靠 材料的强度高、韧性好材料的强度高、韧性好;材料与介质相材料与介质相 容容;结构有足够的刚度和抗失稳能力结构有足够的刚度和抗失稳能力;密密 封性能好。封性能好。 2.满足过程要求满足过程要求 功能要求功能要求;寿命要求寿命要求 3.综合经济性好综合经济性好 生产效率高生产效率高;结构

3、合理结构合理;易于运输、安易于运输、安 装装 4.操作简单、易于维护和控制操作简单、易于维护和控制 简单操作简单操作; 可维护性可维护性; 便于控制便于控制 5.优良的环境性能优良的环境性能 跑、冒、滴、漏、噪音跑、冒、滴、漏、噪音 压力容器总体结构压力容器总体结构 基本组成基本组成 筒体（筒体（Cylinder）;封头封头(Formed head);密封装置密封装置(Seal Units);开孔与接开孔与接 管管;支座支座(support);安全附件安全附件(Safe attachment) 压力容器零部件的连接压力容器零部件的连接焊接、法兰连接焊接、法兰连接 和螺纹连接和螺纹连接 压力容器

4、的分类压力容器的分类 一、介质的危害性一、介质的危害性 毒性毒性 毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的 能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的 关系。毒性大小一般以化学物质引起实验动关系。毒性大小一般以化学物质引起实验动 物某种毒性反应所需要的剂量来表示。物某种毒性反应所需要的剂量来表示。 介质分为极度危害介质分为极度危害(级级)、高度危害、高度危害( 级级)、中度危害、中度危害(级级)、轻度危害、轻度危害(iv级级)等四个等四个 级别。以每立方米的空气中含毒物的毫克数级别。以每立方米的空气中含毒物的毫克数 来表示，单位是来

5、表示，单位是mgm3。一般划分标准为：。一般划分标准为： 极度危害极度危害(级级) 最高容许质量浓度最高容许质量浓度 0.1 mg m3； 高度危害高度危害(级级) 最高容许质量浓度最高容许质量浓度 0.1 1.0mgm3； 中度危害中度危害(级级) 最高容许质量浓度最高容许质量浓度 1.0 10mgm3； 轻度危害轻度危害(级级) 最高容许质量浓度最高容许质量浓度 10mg m3。 介质的危害性介质的危害性-易燃性易燃性 可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着明火能可燃气体或蒸气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

6、为爆炸下限，最高浓度称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为爆炸上限。爆炸极限一般用可燃气体或蒸 气在混合物中的体积分数来表示气在混合物中的体积分数来表示. 分类标准：爆炸下限小于分类标准：爆炸下限小于10，或爆炸上限，或爆炸上限 和下限之差值大于等于和下限之差值大于等于20的介质，一般称的介质，一般称 为易燃介质。为易燃介质。 二、按厚度分类二、按厚度分类 薄壁容器薄壁容器Do/Di1.2 厚壁容器厚壁容器Do/Di1.2 三、按压力等级分类三、按压力等级分类(1大气压大气压=0.1MPa) 低压低压(代号代号Low)容器容器 0.1MPap1.6M

7、Pa； 中压中压(代号代号Middle)容器容器 1.6MPap10MPa； 高压高压(代号代号High)容器容器 10MPap100MPa； 超高压超高压(代号代号Ultra)容器容器 p100MPa 四、按容器在生产中的作用分类四、按容器在生产中的作用分类 1.反应压力容器反应压力容器(代号代号Reactor)主要是用于完主要是用于完 成介质的物理、化学反应的压力容器，如反成介质的物理、化学反应的压力容器，如反 应器、反应釜、聚合釜、高压釜、合成塔、应器、反应釜、聚合釜、高压釜、合成塔、 蒸压釜、煤气发生炉等。蒸压釜、煤气发生炉等。 2.换热压力容器换热压力容器(代号代号Exchanger

8、) 主要是用主要是用 于完成介质热量交换的压力容器。如管壳式于完成介质热量交换的压力容器。如管壳式 余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸 发器、加热器等。发器、加热器等。 3.分离压力容器分离压力容器(代号代号Separator) 主要主要 是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气 体净化分离的压力容器。如分离器、过体净化分离的压力容器。如分离器、过 滤器、集油器、缓冲器、干燥塔等。滤器、集油器、缓冲器、干燥塔等。 4.储存压力容器储存压力容器(代号代号Collector，其中，其中 球罐代号球罐代号Ball)主要是用于储存、

9、盛装气主要是用于储存、盛装气 体、液体、液化气体等介质的压力容器。体、液体、液化气体等介质的压力容器。 如液氨储罐、液化石油气储罐等。如液氨储罐、液化石油气储罐等。 五、按安装方式分类五、按安装方式分类 1.固定式压力容器固定式压力容器 有固定安装和使用地点，有固定安装和使用地点， 工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。 如生产车间内的卧式储罐、球罐、塔器、反如生产车间内的卧式储罐、球罐、塔器、反 应釜等。应釜等。 2.移动式压力容器也称为经常搬运的压力容移动式压力容器也称为经常搬运的压力容 器，诸如汽车槽车、铁路槽车、槽船等。这器，诸如汽车槽车、铁路槽车

10、、槽船等。这 类压力容器使用时不仅承受内压或外压载荷，类压力容器使用时不仅承受内压或外压载荷， 搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起 的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和 振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均 有其特殊的要求。有其特殊的要求。 按厚度分类按厚度分类薄壁容器，厚壁容器薄壁容器，厚壁容器 按承压方式分类按承压方式分类内压容器，外压容器内压容器，外压容器 按工作壁温分类按工作壁温分类高温容器，中温容器，常温容器，低温容器高温容器，中温容器，常温容器，低温容器 按几何

11、形状分类按几何形状分类球形容器，圆筒形容器，圆锥形容器，轮胎形容器球形容器，圆筒形容器，圆锥形容器，轮胎形容器 按制造方法分类按制造方法分类 焊接容器，铸造容器，锻造容器，铆接容器，组合式容焊接容器，铸造容器，锻造容器，铆接容器，组合式容 器器 按材质分类按材质分类钢制容器，铸铁容器，有色金属容器，非金属容器钢制容器，铸铁容器，有色金属容器，非金属容器 按安放形式分类按安放形式分类立式容器，卧式容器立式容器，卧式容器 按安全管理和技术监督按安全管理和技术监督 角度分类角度分类 固定式容器，移动式容器固定式容器，移动式容器 按压力等级分类按压力等级分类低压容器，中压容器，高压容器，超高压容器低压

12、容器，中压容器，高压容器，超高压容器 按用途分类按用途分类盛装容器，反应容器，换热容器，分离容器盛装容器，反应容器，换热容器，分离容器 按安全综合分类按安全综合分类一类容器，二类容器，三类容器一类容器，二类容器，三类容器 压力容器规范标准压力容器规范标准 国外标准国外标准 ASME;JIS;BS;AD 国内标准国内标准 GB1501998钢制压力容器钢制压力容器; GB1511998管壳式换热器管壳式换热器; JB4732;JB/T4735 压力容器材料压力容器材料 一、钢材形状一、钢材形状 1、钢板、钢板 规定允许用于制造压力容器的钢板有两类：规定允许用于制造压力容器的钢板有两类： 压力容器

13、专用钢板，如压力容器专用钢板，如16MnR、20R等等 可用于制造压力容器的非容器专用钢板，可用于制造压力容器的非容器专用钢板， 如普通碳素钢中的如普通碳素钢中的Q235-A、Q235-B。 2、无缝钢管、无缝钢管 用于过程设备较高压力的流体输送，材料通用于过程设备较高压力的流体输送，材料通 常为常为10、20号钢。号钢。 3、锻件、锻件 需焊接的锻件，材料用需焊接的锻件，材料用20号钢，不许焊接号钢，不许焊接 的锻件，材料用的锻件，材料用35或或45号钢。号钢。 4、圆钢、型钢、圆钢、型钢 用于制作支承件、加强圈等，圆钢还可用用于制作支承件、加强圈等，圆钢还可用 于制作小尺寸的紧固件。于制作

14、小尺寸的紧固件。 圆钢材料为圆钢材料为Q235-A、20、35号钢等，型钢号钢等，型钢 材料多为材料多为Q235-A。 二、钢材类型二、钢材类型 按化学成分，压力容器用钢分为三类：按化学成分，压力容器用钢分为三类： 1、碳素钢（、碳素钢（C%2.06%） 2、低合金钢、低合金钢 在优质碳素钢的基础上，加入一种或多种合金元素在优质碳素钢的基础上，加入一种或多种合金元素 （合金元素总含量在（合金元素总含量在3%以下），以提高钢的强度以下），以提高钢的强度 和改善综合性能。和改善综合性能。 低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材，其强低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材，其强 度、韧性、耐腐蚀性等均优

15、于相同含碳量的碳素钢，度、韧性、耐腐蚀性等均优于相同含碳量的碳素钢， 减轻装备的重量，可节省钢材减轻装备的重量，可节省钢材1/32/3。 ）高碳钢（ ）中碳钢（ ）低碳钢（ 按含碳量 %6 . 0% %6 . 0%25. 0 %25. 0% C C C 3、高合金钢（合金元素总含量大于、高合金钢（合金元素总含量大于10%） 主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等，如主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等，如 0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等，主要等，主要 用于耐腐蚀和耐高温等特殊场合，如不锈钢、用于耐腐蚀和耐高温等特殊场合，如不锈钢、 耐热钢等。耐热钢等。 三、有色金属和非金属三、有色金

16、属和非金属 1、有色金属、有色金属 钛合金特点：低温下能保持较高的塑性和冲钛合金特点：低温下能保持较高的塑性和冲 击韧性，是制造深冷设备的良好材料。击韧性，是制造深冷设备的良好材料。 2、非金属材料、非金属材料 非金属材料的优点：资源丰富、耐蚀性好、非金属材料的优点：资源丰富、耐蚀性好、 品种多、价格便宜。品种多、价格便宜。 缺点：机械强度较低，耐热性不好，对温度缺点：机械强度较低，耐热性不好，对温度 波动比较敏感。波动比较敏感。 非金属材料通常用于承压不高的结构材料、非金属材料通常用于承压不高的结构材料、 金属保护村里或涂层、密封材料、保温材料、金属保护村里或涂层、密封材料、保温材料、 耐火

17、材料等。耐火材料等。 压力容器制造工艺压力容器制造工艺 在压力容器制造中，往往先将钢板经过冷加在压力容器制造中，往往先将钢板经过冷加 工或热加工，使它变成所要求的零件形状，工或热加工，使它变成所要求的零件形状， 再通过焊接将各零部件连接在一起。因此，再通过焊接将各零部件连接在一起。因此， 有必要研究冷、热加工造成的塑性变形和焊有必要研究冷、热加工造成的塑性变形和焊 接工艺对材料性能的影响。接工艺对材料性能的影响。 储存设备（简称：储罐）：主要是指用于储储存设备（简称：储罐）：主要是指用于储 存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设 备。备。 设计储存设备，必

18、须满足各种给定的工艺要设计储存设备，必须满足各种给定的工艺要 求，即介质的性质、工况、容量、环境等条求，即介质的性质、工况、容量、环境等条 件。件。 介质特性：可燃性、饱和蒸气压、密度、腐介质特性：可燃性、饱和蒸气压、密度、腐 蚀性、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋蚀性、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋 势）等。势）等。 储存设备储存设备 卧罐卧罐 地面卧罐基本结构地面卧罐基本结构 卧罐的基本结构，主要由圆筒、封头和支座卧罐的基本结构，主要由圆筒、封头和支座 三部分组成。三部分组成。 地下卧罐地下卧罐 采用地下卧罐是为了减少占地面积和安全防采用地下卧罐是为了减少占地面积和安全防 火距离，及避开

19、环境温度对它的影响火距离，及避开环境温度对它的影响 。（液。（液 化气体储罐）化气体储罐） 卧罐的埋地措施分两种：卧罐的埋地措施分两种： 1.卧罐安装在地下预先构筑的空间里（地下卧罐安装在地下预先构筑的空间里（地下 室）；室）； 2.将卧罐安放在地下设置的支座上，卧罐外将卧罐安放在地下设置的支座上，卧罐外 壳涂有沥青防锈层，必要时再附加牺牲阳极壳涂有沥青防锈层，必要时再附加牺牲阳极 保护设施，最后采取土地埋设方法，并达到保护设施，最后采取土地埋设方法，并达到 预期的埋土高度。预期的埋土高度。 1-牺牲阳极；牺牲阳极；2-浮子液面计；浮子液面计；3-金属导线；金属导线；4-电线保护测试点；电线保

20、护测试点； 5-压力表；压力表；6-护罩；护罩；7-安全阀；安全阀；8-罐装气相阀门，罐装气相阀门，9-罐装液罐装液 相阀门；相阀门；10-排污和倒空管阀门；排污和倒空管阀门；11-罐间气相连接管，罐间气相连接管，12- 罐体；罐体；13-罐间液相连按管；罐间液相连按管；14-支座支座 卧罐设计计算卧罐设计计算 一一.载荷分析载荷分析 卧罐的载荷有：卧罐的载荷有： 1.压力，如：内压或外压（真空）；压力，如：内压或外压（真空）； 2.卧罐重量，包括圆筒、封头及其附件等的卧罐重量，包括圆筒、封头及其附件等的 重量；重量； 3.物料重量，正常操作时为物料重量，水压物料重量，正常操作时为物料重量，水

21、压 试验时为充水重量；试验时为充水重量； 4.其他载荷，如：雪载荷、风载荷、地震载其他载荷，如：雪载荷、风载荷、地震载 荷等。荷等。 二二.内力分析内力分析 1.弯矩弯矩 2.剪力剪力 三三. 圆筒应力计算和强度校核圆筒应力计算和强度校核 1. 圆筒上的轴向应力圆筒上的轴向应力 2.支座截面处圆筒和封头上的切向切应力支座截面处圆筒和封头上的切向切应力 3.支座截面处圆筒的周向应力支座截面处圆筒的周向应力 球形储罐球形储罐 罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道 板）、支柱、拉杆、操作平台、盘梯、以及板）、支柱、拉杆、操作平台、盘梯、以及 各种附件（包括人孔、接

22、管、液面计、压力各种附件（包括人孔、接管、液面计、压力 计、温度计、安全泄放装置等）。在某些特计、温度计、安全泄放装置等）。在某些特 殊场合，球罐内还设有内部转梯、外部隔热殊场合，球罐内还设有内部转梯、外部隔热 或保温层、防火水幕喷淋管等附属设施。或保温层、防火水幕喷淋管等附属设施。 一、纯桔瓣式罐体球罐基本结构一、纯桔瓣式罐体球罐基本结构 1-球壳；球壳；2-液位计液位计 导管；导管；3-避雷针；避雷针； 4-安全泄放阀；安全泄放阀；5- 操作平台；操作平台；6-盘梯；盘梯； 7-喷淋水管；喷淋水管；8-支支 柱；柱；9-拉杆拉杆 二、足球瓣式罐体球罐基本结构二、足球瓣式罐体球罐基本结构 1

23、-顶部极板；顶部极板；2-赤道板；赤道板；3-底部极板；底部极板；4- 支柱；支柱；5-拉杆；拉杆；6-扶梯；扶梯；7-顶部操作平台顶部操作平台 三、混合式罐体球罐基本结构三、混合式罐体球罐基本结构 1-上极上极; 2-赤道带；赤道带；3-支柱；支柱；4-下极下极 支座支座 支座是球罐中用以支承本体重量和物料重量支座是球罐中用以支承本体重量和物料重量 的重要结构部件。的重要结构部件。 结构主要分两大类：结构主要分两大类：1.柱式支座；柱式支座；2.裙式支裙式支 座。柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最座。柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最 多，为国内外普遍采用。多，为国内外普遍采用。 1-球壳；

24、球壳；2-上部支柱；上部支柱； 3-内部筋板；内部筋板；4-外部外部 端板；端板；5-内部导环；内部导环；6- -防火隔热层；防火隔热层； 7-防火防火 层夹子，层夹子，8-可熔塞；可熔塞；9- -接地凸缘接地凸缘10-底板；底板； 11-下部支耳，下部支耳，12-下下 部支柱，部支柱，13-上部支耳上部支耳 拉杆拉杆 拉杆的作用：用以承受风载荷与地震载荷作拉杆的作用：用以承受风载荷与地震载荷作 用，增加球罐的稳定性。用，增加球罐的稳定性。 拉杆结构：可调式和固定式两种。拉杆结构：可调式和固定式两种。 固定式固定式 1-支柱；支柱；2-支耳；支耳； 3-长拉杆长拉杆4调节螺调节螺 母；母；5-

25、短拉杆短拉杆 可调式可调式 1-补强板，补强板，2-支柱，支柱， 3-拉杆；拉杆；4-中心板中心板 人孔和接管人孔和接管 一、人孔一、人孔 人孔设置是为工作人员进出球罐以进行检验人孔设置是为工作人员进出球罐以进行检验 和维修之用。及在施工过程中，罐内的通风和维修之用。及在施工过程中，罐内的通风 排气、热处理时使用。排气、热处理时使用。 二、接管二、接管 球罐由于工艺操作需要安装各种规格的接管。球罐由于工艺操作需要安装各种规格的接管。 附件附件 球罐上设置的梯子和平台，液面计、压力表、球罐上设置的梯子和平台，液面计、压力表、 安全阀和温度计、控制球罐内部物料温度和安全阀和温度计、控制球罐内部物料

26、温度和 压力的水喷淋装置以及隔热或保冷设施等。压力的水喷淋装置以及隔热或保冷设施等。 球罐的计算内容球罐的计算内容 1.球壳计算球壳计算 2.地震载荷计算地震载荷计算 3.风载荷计算风载荷计算 4.支柱计算支柱计算 5.地脚螺栓计算地脚螺栓计算 6.底板计算底板计算 7.拉杆计算拉杆计算 换热设备的应用换热设备的应用 换热设备：使热量从热流体传递到冷流体的换热设备：使热量从热流体传递到冷流体的 设备。设备。 化工厂：换热设备的投资约占总投资的化工厂：换热设备的投资约占总投资的 10%20%； 炼油厂：换热设备的投资约占总投资的炼油厂：换热设备的投资约占总投资的 35%40%。 管壳式换热器管壳

27、式换热器 基本类型基本类型 可分为固定管板式、浮头式、可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填形管式、填 料函式和釜式重沸器五类料函式和釜式重沸器五类 一一. 固定管板式固定管板式 适用范围：适用范围：1.适用于壳侧介质清洁且不易结适用于壳侧介质清洁且不易结 垢并能进行清洗；垢并能进行清洗；2.管、壳程两侧温差不大管、壳程两侧温差不大 或温差较大但壳侧压力不高的场合。或温差较大但壳侧压力不高的场合。 二二.浮头式换热器浮头式换热器 适用范围：适用于壳体和管束之间壁温差较适用范围：适用于壳体和管束之间壁温差较 大或壳程介质易结垢的场合。大或壳程介质易结垢的场合。 三三. U形管式换热器形管式换热器

28、 适用范围：适用于管、壳壁温差较大或壳程介适用范围：适用于管、壳壁温差较大或壳程介 质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固 定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不 易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。 四四. 填料函式换热器填料函式换热器 适用范围：适用于适用范围：适用于4MPa以下的工作条件。以下的工作条件。 五五.釜式重沸器釜式重沸器 适用范围：此种换热器和浮头式、适用范围：此种换热器和浮头式、U形管式形管式 换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、换热器一样，清洗维修方

29、便，可处理不清洁、 易结垢的介质，并能承受高温、高压。易结垢的介质，并能承受高温、高压。 管壳式换热器的结构管壳式换热器的结构 管程：流体流经换热管内的通道及与其相贯管程：流体流经换热管内的通道及与其相贯 通部分。通部分。 壳程：流体流经换热管外的通道及与其相贯壳程：流体流经换热管外的通道及与其相贯 通部分。通部分。 管程结构管程结构 一一.换热管换热管 换热管在管板上的排列形式：正三角形、正换热管在管板上的排列形式：正三角形、正 方形、转角正三角形、转角正方形。方形、转角正三角形、转角正方形。 在同样的管板面积上正三角形排列的管数最在同样的管板面积上正三角形排列的管数最 多，故用得最为普遍，

30、但管外不易清洗。为多，故用得最为普遍，但管外不易清洗。为 便于管外清洗，可以采用正方形或转角正方便于管外清洗，可以采用正方形或转角正方 形排列的管束。形排列的管束。 换热管中心距一般不小于换热管中心距一般不小于1.25倍的换热管外倍的换热管外 径。径。 4 5 9 0 6 0 3 0 ( a ) 正三角形( b ) 转角正三角形( c ) 正方形( d ) 转角正方形 二二. 管板管板 作用：作用：1. 用来排布换热管用来排布换热管 2. 分隔管程和壳程的流体，避免冷、热流体分隔管程和壳程的流体，避免冷、热流体 混合。混合。 3. 同时受管程、壳程压力和温度的作用。同时受管程、壳程压力和温度的

31、作用。 1 23 4 1空隙；2壳程管板；3短节；4管程管板 三三.管箱管箱 管箱位于管壳式换热器的两端。管箱位于管壳式换热器的两端。 作用：把从管道输送来的流体均匀地分布到作用：把从管道输送来的流体均匀地分布到 各换热管和把管内流体汇集在一起送出换热各换热管和把管内流体汇集在一起送出换热 器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体 流向的作用。流向的作用。 壳程结构壳程结构 壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、 纵向隔板、拉杆、防冲挡板、防短路结构等纵向隔板、拉杆、防冲挡板、防短路结构等 元件组成。元件组成。 一、

32、壳体一、壳体 壳体一般是一个圆筒，在壳壁上焊有接管，壳体一般是一个圆筒，在壳壁上焊有接管， 供壳程流体进入和排出之用。供壳程流体进入和排出之用。 二、折流板二、折流板 设置折流板的目的：是为了提高壳程流体的设置折流板的目的：是为了提高壳程流体的 流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直 冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传 热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中，热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中， 折流板还起支撑管束的作用。折流板还起支撑管束的作用。 三、折流杆三、折流杆 为了解决传统折流板换热器中换热管与折流为了解决传

33、统折流板换热器中换热管与折流 板的切割破坏和流体振动，提高传热效率，板的切割破坏和流体振动，提高传热效率， 近年来开发了一种新型的管束支撑结构。近年来开发了一种新型的管束支撑结构。 1支撑杆；2折流杆；3滑轨 2 3 1 换热器设计计算换热器设计计算 1.壁厚的计算壁厚的计算 换热器筒体壁厚换热器筒体壁厚 封头壁厚封头壁厚 管箱壁厚管箱壁厚 接管壁厚接管壁厚 换热管壁厚的校核换热管壁厚的校核 2.补强计算补强计算 开孔所需的补强面积开孔所需的补强面积 有效补强范围有效补强范围 有效补强面积有效补强面积 3. 膨胀节膨胀节 判断是否安装膨胀节判断是否安装膨胀节 4.垫片的选取垫片的选取 5.螺栓

34、与法兰螺栓与法兰 6.折流板和拉杆折流板和拉杆 7.防冲与导流装置防冲与导流装置 8.支座支座 鞍座型式的设计鞍座型式的设计 支座的设计计算支座的设计计算 鞍座内力的分析鞍座内力的分析 鞍座的强度校核鞍座的强度校核 塔设备塔设备 塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等塔设备是化学工业、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）生产中最重要的设备之一。它可使气（汽） 液或液液两相之间进行充分接触，达到相际液或液液两相之间进行充分接触，达到相际 传热及传质的目的。传热及传质的目的。 在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投在化工和石油化工生产装置中，塔设备的投 资费用占整个工艺设备

35、费用的资费用占整个工艺设备费用的25%50%；它；它 所耗用的钢材重量在各类工艺设备中所占的所耗用的钢材重量在各类工艺设备中所占的 比例也较多。比例也较多。 塔设备的常见分类塔设备的常见分类 1.按操作压力分：有加压塔、常压塔及减压按操作压力分：有加压塔、常压塔及减压 塔；塔； 2.按单元操作分：有精馏塔、吸收塔、解吸按单元操作分：有精馏塔、吸收塔、解吸 塔、淬取塔、反应塔、干燥塔等；塔、淬取塔、反应塔、干燥塔等； 3.按内件结构分：有板式塔、填料塔。按内件结构分：有板式塔、填料塔。 塔设备的总体结构塔设备的总体结构 塔设备的总体结构塔设备的总体结构 1.塔体：塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由

36、等直塔体：塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直 径、等厚度的圆筒及上下封头组成。径、等厚度的圆筒及上下封头组成。 2.支座：塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为支座：塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为 塔设备较高、重量较大，为保证其足够的强度及刚塔设备较高、重量较大，为保证其足够的强度及刚 度，通常采用裙式支座。度，通常采用裙式支座。 3.人孔及手孔：为安装、检修、检查等需要，往往人孔及手孔：为安装、检修、检查等需要，往往 在塔体上设置人孔或手孔。不同的塔设备，人孔或在塔体上设置人孔或手孔。不同的塔设备，人孔或 手孔的结构及位置等要求不同。手孔的结构及位置等要求不同。 4.接管：用于连接工艺

37、管线，使塔设备与其他相关接管：用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关 设备相连接。按其用途可分为进液管、出液管、回设备相连接。按其用途可分为进液管、出液管、回 流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接 管、液位计接管等。管、液位计接管等。 5.除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。 除沫器工作性能的好坏对除沫效率、分离效除沫器工作性能的好坏对除沫效率、分离效 果都具有较大的影响。果都具有较大的影响。 6.吊柱：安装于塔顶，主要用于安装、检修吊柱：安装于塔顶，主要用于安装、检修 时吊运塔内件。时吊运塔内件。 板式塔板

38、式塔 按塔板的结构分：有泡罩塔、筛板塔、浮阀按塔板的结构分：有泡罩塔、筛板塔、浮阀 塔等；塔等； 塔盘按结构可分为：整块式塔盘和分块式塔塔盘按结构可分为：整块式塔盘和分块式塔 盘。盘。 塔径塔径DN700mm时，采用整块式塔盘；时，采用整块式塔盘； 塔径塔径DN800mm时，采用分块式塔盘。时，采用分块式塔盘。 降液管的型式降液管的型式 受液盘受液盘 为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设 置受液盘，受液盘有平型和凹型两种。置受液盘，受液盘有平型和凹型两种。 溢流堰及进口堰溢流堰及进口堰 溢流堰：有保持塔盘板溢流堰：有保持塔盘板 上一定液层高度和促使上一定

39、液层高度和促使 液流均匀分布的作用。液流均匀分布的作用。 进口堰：当采用平型受进口堰：当采用平型受 液盘时，为使上层塔板液盘时，为使上层塔板 流入的液体能在塔盘上流入的液体能在塔盘上 均匀分布，减小入口液均匀分布，减小入口液 流的冲力。流的冲力。 塔设备的附件塔设备的附件 除沫器：在空塔气速较大，塔顶溅液现象严除沫器：在空塔气速较大，塔顶溅液现象严 重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴 的情况下，需设置除沫器，除沫器安装在塔的情况下，需设置除沫器，除沫器安装在塔 器的顶部。器的顶部。 裙座：不论是圆筒形还是圆锥形裙座，均有裙座：不论是圆筒形还是圆锥形裙座

40、，均有 裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排 气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。 吊柱：安装在室外，无框架的整体塔设备，吊柱：安装在室外，无框架的整体塔设备， 为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往 往在塔顶设置吊柱。往在塔顶设置吊柱。 塔设备的强度计算塔设备的强度计算 1.塔的固有周期塔的固有周期 2.塔的载荷分析塔的载荷分析 质量载荷质量载荷 偏心载荷偏心载荷 风载荷风载荷 地震载荷地震载荷 3.筒体的强度及稳定性校核筒体的强度及稳定性校核 4.裙座的强度及稳定性校核裙座的强

41、度及稳定性校核 塔设备的振动塔设备的振动 塔设备在较低的风速作用下，以较高的频率塔设备在较低的风速作用下，以较高的频率 沿着与风力的垂直方向产生振动，导致结构沿着与风力的垂直方向产生振动，导致结构 破坏，引起人们的重视。破坏，引起人们的重视。 塔设备在风力的作用下，将产生两个方向的塔设备在风力的作用下，将产生两个方向的 振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿 着风的方向，又称纵向振动；另一种是横向着风的方向，又称纵向振动；另一种是横向 振动，即振动方向沿着与风的垂直方向，又振动，即振动方向沿着与风的垂直方向，又 称横向振动或风的诱导振动。我们主要讨论称横向振动或风的诱导振动。我们主要讨论 风的诱导振动。风的诱导振动。 反应设备反应设备 完成反应过程的设备为反应设备，即反应器。完成反应过程的设备为反应设备，即反应器。 反应设