化工设备教案(2)

1、化工设备教案l第一章化工容器概述一、 压力容器的概念 1化工设备工艺过程中静止设备的总称。2容器化工设备外壳的总称。 3压力容器承受压力载荷作用的容器。 （由于化工容器几乎都承受压力载荷，通常直接称其为压力容器。化工容器的特点：高温、高压，介质易燃易爆、有毒。）二、 化工容器的结构组成 化工容器一般由筒体、封头、支座（基本件）、接管、法兰（对外连接件）、人孔、手孔、液面计（附件）以及一些内构件等零部件组成。1筒体、封头：就如同房子四周的墙，它是构成容器空间的主要部件（属主要受压元件）。壳体按形状的不同，可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等。而封头有椭圆形封头、半球形封头、

2、碟形封头、锥形封头及平板封头等。2接管：是介质进出容器的通道。3法兰：是容器及接管的可拆连接装置，分为设备法兰和管法兰（属主要受压元件）。4支座：是用于支承容器的部件。5人孔、手孔：是为便于制造、检验和维护管理而设置的部件（属主要受压元件）。6液面计：用于观察或监控液位的部件（属安全附件，此外还有安全阀、压力表等）。三、 化工容器的分类 容器的分类方法很多，可以按生产过程中的作用原理分，也可以按容器形状、承压性质、结构材料、设计压力高低及安全监察要求分。 按材料分类：金属容器、非金属容器、复合材料容器等. 按容器形状分类：矩形容器、球形容器、圆筒形容器等。 按承压性质分类：内压容器和外压容器两

3、种。 （1）外压容器是指容器外部压力大于内部压力的情况，特别地，当外压为常压时的外压容器，又称为真空容器。 （2）内压容器是指容器内部的压力大于外部压力的容器。 按设计压力高低分类： 内压容器按其设计压力高低，可分为：低压容器、中压容器、高压容器、超高压容器 容器分类 设计压力(Mpa) 低压容器0.1P1.6 中压容器1.6P10 高压容器10P100 超高压容器 P100按照在生产过程中的作用原理分类：反应容器、换热容器、分离容器和储存容器四种（1）反应容器（代号R）：完成介质的物理、化学反应。如：合成塔、反应器、发生器等。（2）换热容器（代号E）：完成介质的热量交换。如：热交换器、加热器

4、、冷却器、冷凝器、废热锅炉等。（3）分离容器（代号S）：完成介质的压力平衡和气体净化等。如：分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔等。（4）储存容器（代号C,其中球罐是B）：盛装生产生活用的原料气体、液体、液化气体等。如：各种贮槽、贮罐、高位槽、槽车等。按安全监察要求分类：根据容器承受的压力、介质危害程度、P*V乘积及生产过程中的重要性，可以分为：一、二、三类容器。分类原则：根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分类。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。 1.毒 性：是指某种化学毒物引起机体损伤的能力。（1）极

5、度危害（级）：最高容许浓度0.1 mg/m3；（2）高度危害（级）：最高容许浓度0.11.0 mg/m3；（3）中度危害（级）：最高容许浓度1.010 mg/m3；（4）轻度危害（级）：最高容许浓度10 mg/m3。 介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。Q235-B 不能使用钢板应逐张超声检测介质危害性 100%射线或超声检测 气密性试验法兰带颈 且PN1.6MPa2.易燃介质：爆炸下限10%，或爆炸下限和上限之差20%的介质如甲烷、乙烷、乙烯、氢气、丙烷、丁烷等。压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。 易燃介质对压力容器的

6、选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求，易燃介质容器均采用全焊透结构第一类压力容器三类容器 第二类压力容器第三类压力容器（1）第三类压力容器：具有下列情况之一的，为第三类压力容器:a高压容器；b中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPam3）；d、中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPam3）；e、低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPam3）；f高压、中压管壳式余热锅炉；g中压搪玻璃压力容器；h使用强度级别较高的材料制造的压力容器； （指

7、响应标准中抗拉强度规定值下限540MPa）i移动式压力容器包括：铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）j球形储罐（容积大于等于50m3）k低温液体储存容器（容积大于5m3）（2）第二类压力容器：具有下列情况之一的，为第二类压力容器。a、中压容器；b低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c低压反应容器和低压储存容器 （仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；d低压管壳式余热锅炉；e低压搪玻璃压力容器。（3）第一类压力容器：除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。由于各国

8、的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应采用相应的分类方法。第二章 换热器（热交换器）一、换热器（热交换器）概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜、压力容器、冷凝器、反应锅、螺旋板式换热器、波纹管换热器、列管换热器、板式换热器、管壳式换热器、容积式换热器、浮头式换热器、管式换热器、热管换热器、汽水换热器、换热机组、石

9、墨换热器、空气换热器、钛换热器等等。换热设备要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需

10、要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （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。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学水平

11、的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始

12、注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。二、换热器（热交换器）的分类换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合

13、于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构

14、不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操

15、作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协

16、调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。（一）浮头式换热器 （1）结构与特点浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须

17、考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=35mm。这样，当浮头侧的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。 钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。 钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。 浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型

18、换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。 （2）换热管的选择与要求管子构成换热器的传热面，管子尺寸和形状对传热有很大影响。采用小直径的管子时，换热器单位体积的换热面积大一些，设备比较紧凑，单位传热面积的金属消耗量少，传热系数也较高。但制造麻烦，管子易结垢，不易清洗。大直径管子用于粘性大或者污浊的流体，小直径的管子用于较清洁的流体。 管子材料的选择应根据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。 换热器的管子在管板上的排列不单考虑设备的紧凑性，还要考虑到流体的性质、结构设计以及加工制造方面的情况。管子在管板上的标准排列形式有四种：正三角形和转角正三角形排列，适用

19、于壳程介质清洁，且不需要进行机械清洗的场合。正方形和转角正方形排列，能够使管间的小桥形成一条直线通道，便于用机械进行清洗，一般用于管束可抽出管间清洗的场合。 另外对于多管程换热器，常采用组合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程之间则常常采用正方形排列，这样便于安排隔板位置。 当换热器直径较大，管子较多时，都必须在管束周围的弓形空间内尽量配置换热管。这不但可以有效地增大传热面积，也可以防止在壳程流体在弓形区域内短路而给传热带来不利影响。 管板上换热管中心距的选择既要考虑结构的紧凑性，传热效果，又要考虑管板的强度和清洗管子外表面所需的空间。除此之外，还要考虑管子在管板上的固定方法。若间

20、距太小，当采用焊接连接时，相邻两根管的焊缝太近，焊缝质量受热影响不易得到保证；若采用胀接，挤压力可能造成管板发生过大的变形，失去管子和管板间的结合力。一般采用的换热管的中心距不小于管子外径的1.25倍。 当换热器多需的换热面积较大，而管子又不能做的太长时，就得增大壳体直径，以排列较多的管子。此时为了提高管程流速，增加传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管束。 为了把换热器做成多管程，可在一端或两端的管箱中分别安置一定数量的隔板。 （3）浮头式换热器的优缺点 优点： 1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； 2）介质间温差不受限制； 3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小

21、于等于6.4兆帕； 4）可用于结垢比较严重的场合； 5）可用于管程易腐蚀场合。 缺点： 1）小浮头易发生内漏； 2）金属材料耗量大，成本高20%； 3）结构复杂 （4） 管壳式换热器的选型1）选型时要考虑的因素 换热器的选型，就是根据换热器的结构特点、使用条件、投资与运行费用等综合因素来选择一种相对合理的换热器形式。在选型前，必须熟悉各种换热器的结构特点、工作特性，根据具体条件做出方案，比较各方案做出最优的选择。 1选型时要考虑的因素有：材料、介质、压力、温度、温差、压降、结垢情况、检修清理方法等各种因素。 2安全因素是换热器选型时最主要因素。包括强度、刚度足够，结构可靠，满足密封要求，材料与

22、介质相容。（例温差应力的考虑、密封性的考虑等） 3能完成工艺要求有足够的传热面积、介质有良好的有利于传热的流动状态，经济上较合理。（例能否用U形管，管、壳程的清洗，是否分程，介质的黏度对流动的影响，是否须可拆结构等） 4利于制造、安装和维修制造较简单、运行性能良好、运行费用低等。2）选型的一般原则 1. 温差不大、壳程介质结垢不严重、壳程能采用化学清洗时，选用固定管板式换热器。 2.温差较大时，可选用浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器和滑动管板式换热器。 要对壳程进行机械清洗时，可选用管束可抽出的结构。3.高温高压时，可选用U形管式换热器。 4.壳程介质为易燃、易爆、有毒或易挥发，以

23、及使用压力、温度较高时，不宜采用填料函式换热器。 5.管程介质和壳程介质不允许相混时，可采用双管板结构的换热器。 （二）板式换热器（热交换器）(1) 板式换热器概述板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用范围广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，板式换热器传热系数比管式换热器高35倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收率高达90%以上。 板式换热器广泛应用与冶金、石油、化工、食品、制药、船舶、纺织、造纸等行业，是加热、冷却、热回收、快速灭菌的优良设备。(2) 板式换热器结构及外形尺寸BR型板式换热器系列产品，

24、整机装配有普通式结构（不经常拆洗工况采用）和悬挂式结构（拆洗较频繁的工况采用）两种。普通式结构由人字形波纹板片、密封垫、压紧板、上下定位螺栓、压紧螺栓等主要零件组成。 悬挂式结构由人字形波纹板片、密封垫、固定压紧板、中间板、活动压紧板、支架、上下定位横梁、压紧螺栓等主要零件组成。 (3) 板式换热器流程工作原理 板式换热器由于板片波纹表面的特殊作用，使流体沿着狭窄弯曲的通道流动其速度的大小方向不断的改变，致使流体在不大的流速下（ Rc=200 时），激起了强烈喘动，因而加快了流体边界层的破坏，强化了传热过程，有效地提高了传热能力。 并使其具有结构紧凑、金属耗量低、操作灵活性大、热损失小、安装、

25、检查拆洗方便、耐腐性强、使用寿命长等突出优点。 换热器的流程是由许多板片按一定工艺及需方技术工作要求组装而成的。 组装时 A 板和 B 板交替排列，板片间形成网状通道四个角孔形成分配管和汇合管，密封垫把冷热介质密封在换热器里，同时又合理的将冷热介质分开而不致混合。在通道里面冷热流体间隔流动，可以逆流也可以顺流，在流动过程中冷热流体通过板壁进行热交换。板式换热器的流程组合形式很多，都是采用不同的换向板片和不同组装来实现的，流程组合形式可分为单流程，多流程和汽液交换流程，混合流程形式。 要根据工艺条件来选择换热器的流程组合。 (4)板式换热器的安装 1 、板式换热器的两块压紧板上有 4 个吊耳，供

26、起吊时用，吊绳不得挂在接管、定位横梁或板片上。 2 、换热器周围要留有 1 米 左右的空间，以便于检修。3 、冷热介质进出口接管之安装，应严格按照出厂铭牌所规定方向连接，否则，换热器性能将受到影响。 4 、安装管路时，应在管路上配齐阀门、压力表、温度计，流量控制阀应装在换热器进口处，在出口处应装排气阀。 5 、设备管道里面要清理干净，防止砂石焊渣等杂物进入换热器，造成堵塞。 6 、当使用介质不干净，有较大颗粒或长纤维时，进口处应装有过滤器。 7 、换热器连接管道安装焊接时，应将电焊地线搭在焊接处，严禁将地线搭在远处，使电流回路通过换热器而造成损坏。（5）使用投产前准备 1 、设备使用前应检查夹

27、紧螺栓是否松动，按照说明书应紧到尺寸 A 保证所有螺栓均匀一致。 2 、使用前按 1.25 倍的操作压力分别进行水压试验，保压二十分钟无泄漏方可投产。 3 、本设备使用前用清自来水进行 20 分钟左右清洗循环即可了。 4 、在管路系统中应设有放气阀开启后应排出设备中空气防止空气停留在设备中，降低传热效果。 5 、冷热介质进出口接管之安装，应严格按出厂铭牌所规定方向连接。否则，没能发挥设备最佳性能。 6 、本设备用于食品、制药投产前将每只螺栓松开，将每板片用棕刷清洗干净，应按照流程进行均匀组装完毕。 82 o 90 o 热水进行 10 20 分钟循环消毒，立即起动物料泵，使冷却物料把板片内剩余水

28、全部顶出，直至完全是物料即可生产了。（6）板式换热器操作规程 1 、开始运行操作时，如两种介质压力不一样，要先应缓慢打开低压侧阀门，然后开大高压侧阀门。 2 、停车运行时应缓慢切断高压侧流体，再切断低压流体，请注意这样做将大大有助于本设备之使用寿命。 3 、设备应在本产品规定的工作温度、压力范围下操作。超温超压可能破坏密封性能造成泄漏。禁止操作时猛烈冲击。 （7）板式换热器的清洗和维护 1 、一般情况可不解体清洗，用水以与介质流动反方向冲洗，可冲出杂物，但压力不得高于工作压力，也可用对不锈钢无腐蚀性的化学清洗剂清洗。 2 、如长时间使用，板片会有一定的沉积物结垢而影响换热效果，因此须定期拆洗。

29、拆洗时将换热器解体，用棕刷洗刷板片表面污垢，也可用无腐蚀性的化学清洗剂洗刷。注意不得用金属刷洗刷，以免损伤板片影响防腐能力。 3 、拆装方法： A 、普通式换热器：松开压紧螺栓，按顺序解体清洗后，严格按图纸流程顺序用工艺螺栓（即等于定位螺栓和压紧螺栓 1.5 倍长的螺栓，长出部分均为螺纹，直径与定位螺栓和压紧螺栓相同，由用户自行加工）。组装压紧，再换上定位螺栓均匀压紧到不泄漏，压紧尺寸不得小于尺寸 A 。 B 、悬挂式换热器：松开螺栓后，将活动压紧板向支架一端移去。然后将每块板片移开分别洗刷后照原样装回压紧至不泄漏。 4 、换热器使用一定时间后，如有松动泄露，可再均匀压紧螺栓至不泄漏，但如压紧

30、到小于尺寸 A 时或密封垫老化，则必须对密封垫进行更换。 5 、更换密封垫的方法，拉下旧垫片，用汽油浸泡密封槽内剩余胶水，清洗干净，干燥后，再在槽内和密封垫背面薄薄涂上一层 801强力胶，将密封垫嵌入槽内，四周均匀压紧， 72 小时后方可组装使用。三、换热器（热交换器）的检修、清洗根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束，外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。 固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操

31、作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。 换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管，壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程，与其他设备相比较，其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大，发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高，因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑，当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时，水中的溶解物在加热后，大部分溶解度都会有所提高，而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用，由于水的蒸发

32、，使盐类浓缩，产生沉积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀，腐蚀与结垢交替进行，激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。四、换热器（热交换器）的材料及防腐换热器的可用材料牌号较多，选用换热器的材料一般考虑的因素主要从结构、制造工艺、强度、压力、介质、腐蚀、安全性能方面来考虑。材料选择不当将会造成安全性能下降或失效，寿命降低。经济、合理、安全将是设计者选用材料首要考虑的因素。近年来，大量研制成

33、功的的新材料用于换热器中。一些进口材料的使用使换热器性能有显著提高（如1.25Cr、0.5MoSi、2.25Cr-1Mo等），给使用者带来了显著的经济效益。同时，在标准的更新中也淘汰了一些低性能，扩大了其使用场合。（一）换热器的材料材料一般分为金属材料和非金属材料，金属材料又分为黑色金属和有色金属。下面介绍几种常用材料的牌号及性能。1、黑色金属材料（1）壳体用板材一般选用工艺性能良好、焊接性能好的镇静钢，如：Q235-B、Q235-C、20R，目前国内标准已取消Q235-A和Q235-A.F沸腾钢。（2）锻件一般选用20锻件。35锻件很少使用，原因是可焊性较差、易产生裂纹。（3）管材一般选用1

34、0、20、20G2、低合金钢 一般低合金钢分为碳钢和CrMo钢。CrMo钢主要优点是高温强度较好，并且具有高温耐氢腐蚀性能，机械性能较好，无氢脆现象，韧性较好，焊接性能也较好。（1）壳体板材一般采用16MnR、16MnRH、15MnVR、15CrMoR、15CrMoRH、18MnMoNbR、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。（2）换热管一般选用16Mn、15MnV、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo、12Cr1MoVG、09Cr2A1MoV、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。（3）锻件一般选用16Mn、20MnMo、15MnV、20MnMo

35、Nb、15CrMo、35CrMo、12Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。3、低温用钢 低温用钢一般指设计温度20的钢材。高合金钢一般均可用于低温状态。低合金钢在低温状态下使用应具有良好的韧性，且金属组织稳定。（1）壳体用板材一般选用16MnDR、09Mn2VDR、07MnNiCrMoVDR、09MnNiDR、15MoNiDR。（2）传热管一般选用16Mn、09MnD。（3）锻件选用16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoD、10Ni3MoVD。4、高合金钢 高合金钢又分为马氏体不

36、锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢对铁离子、亚硫酸气体、硫化氢和环烷酸具有抗腐蚀作用。但马氏体组织热处理有淬硬性、焊接性能较差、易产生裂纹。铁素体不锈钢对氧化性酸、硝酸、碱性溶液、无氯温水、苯和洗涤剂有良好的耐蚀性，但焊接性能差、易产生裂纹。奥氏体不锈钢有稳定的组织、有良好的耐蚀性，低温性能好，一般使用于50196范围使用，用量较大。为此选用高合金钢应根据不同介质和温度，选用不同组织的不锈钢，一般选用牌号如下。（1）壳体板材选用0Cr13A1、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00

37、Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3、00Cr18Ni5Mo3Si2。（2）传热管选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。（3）锻件选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。5、有色金属及合金（1）铜及铜合金 铜又分为紫铜和黄铜（也称为海军铜），由于具有良好的导

38、热性、塑性好，低温冲击韧性好，在深冷中应用较多。紫铜在空气预热器中使用较多。黄铜在稀硫酸、亚硫酸、中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸、苯性碱中抗腐蚀良好，因此，海水冷却器中应用较普遍。 海军铜牌号一般为H62、H65、H70-1、H70Sn-1。（2）铝及合金 铝在大气中形成致密的氧化保护膜，故在中性溶液、弱酸中稳定性良好，铝镁合金在海水冷却器中使用有良好的抗蚀性。（3）镍及合金 镍有很高的强度和韧性，在碱及碱液中形成氧化膜而具有良好的抗腐蚀性能，在盐酸、氯气、有机酸中耐腐蚀性较好，抗高温可达900.6、稀有金属 钛、钽和锆及其合金具有很强的耐腐蚀性，但价格昂贵，使用量很小。目前常减压装置常压塔顶冷

39、却器和空冷器对钛使用较多，以延长设备寿命。7、非金属材料 用来制造换热器的非金属材料主要有石墨、玻璃钢、陶瓷纤维复合材料、氟塑料等。非金属材料主要用于强腐蚀介质的场合，如有硝酸、浓硫酸、盐酸、苛性碱、过氧化物等介质的场合。由于管壁热阻较高，所以传热效率较低，且强底低，耐温耐压低，抗冲击性能也较差。（二）换热器的防腐 换热器使用量大、包括在新建项目、改造项目、更新项目中的使用。而在更新项目中，主要是对损坏的换热器进行更换。损坏的原因一般有腐蚀造成，据统计，大概占有90以上。全国每年由于腐蚀更换的换热器投资约20亿美元，为此防腐成为技术发展的重点。近年来防腐研究经费投入很大，但技术发展缓慢，效果不

40、明显。由于石油工业中的原油开采已进入中后期，石油中含酸值逐年增加，腐蚀逐年加重。再则中东含酸原油进口量猛增，设备防腐的投资也越来越大。因此，抗腐蚀材料及防腐措施尤为重要。目前，换热器防腐有如下几种措施。1、防腐涂层 一般采用非金属涂层，常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901，还有Ni-P镀，但在油气系统使用较多的是涂陶瓷，现场证明效果较好。但由于换热管一般可达6m长，在长度上涂均匀很难做到。如果有一个点状缺陷没涂到腐蚀将会加剧，所以涂均匀是控制质量的重要因素。2、金属涂层 一般有镀Ni、镀Ti、镀铜等，工艺效果虽好，但造价昂贵是阻碍使用的障碍。3、金属堆焊 一般采用碳钢、CrMo钢堆焊不锈

41、钢较多，用来抗硫化氧和酸腐蚀。该方法造价较低，效果很好，一般化肥、乙烯、炼油中加氢、重整、预加氢使用很多。另外，还有复合板、双向钢管用量也较大，效果较好。4、缓蚀剂 目前炼油装置、化工装置多采用一脱四注的方式较多，效果也较明显。国外也有露点腐蚀处注水的方式，控制露点腐蚀。虽然采用了很多措施，但多数场合收效不大，目前已趋于使用稀有金属，提高腐蚀技术将是新世纪的关键课题。第三章 塔设备基础知识塔设备种类 塔设备的主要构件及作用塔设备的一般结构塔设备的载荷种类及对强度的影响 常见腐蚀部位、形态及腐蚀原因塔设备运行中常见故障及处理方法第一部分 塔设备种类一、塔设备主要功能 塔设备是石油化工、化学工业、

42、石油工业等生产中最重要的设备之一。它可使气（汽）液或液液相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸，气体的增湿及冷却等。 二、塔设备的分类 塔设备的种类很多，为了便于比较和选型，必须对塔设备进行分类，常见的分类方法有： 按操作压力分有加压塔、常压塔及减压塔； 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； 按内件结构分有板式塔、填料塔。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板为基本构件，气体自塔底以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质传热，两相的浓度呈阶梯式变化。 根据气液操作状态分为鼓

43、泡式塔板，如泡帽、浮阀、筛板等塔板及喷射式塔，如舌形、网孔等塔板。又可根据有没有降液管分为溢流式塔板（泡帽等）和穿流式塔板（穿流式筛板和穿流式栅板等）。l 填料塔属于微分接触型的企业传质设备。塔内以填料为气液接触和传质的基本元件。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做逆流流动，并进行气液两相间的传质与传热。两相的浓度或温度延塔高呈连续变化。l 根据结构特点分为乱堆填料（鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等颗粒填料）及规则填料（网波纹填料、板波纹填料、格栅填料）。第二部分 塔设备的主要构件及作用一、塔的主要构件由上图可见，无论是板式塔还是填料塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔

44、或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成 。 a.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。塔设备通常安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（内压或外压）、温度外，还要考虑风载荷、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求 b.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度，通常采用裙式支座。c.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，人孔或手孔的结构及位置等要求不同。d.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

45、分为进液管、出液管、回流管、进气出气管、侧线抽出管、取样管、仪表接管、液位计接管等。e.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、分离效果都具有较大的影响。f.吊柱 安装于塔顶，主要用于安装、检修时吊运塔内件。 第三部分 塔设备的一般结构 一、板式塔 （一）常用板式塔的类型1、泡罩塔 泡罩塔是工业应用最早的板式塔，而且在相当长的一段时期内是板式塔中较为流行的一种塔型。泡罩塔盘的结构主要由泡罩、升气管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成，如下图所示。泡罩塔的气液接触元件是泡罩，有圆形与条形两种，应用最广泛的圆形泡罩。圆形泡罩的直径有 80mm 100mm 150mm三种。优

46、点： 操作弹性大，因而在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液比的范围大，不易堵塞等。 缺点： 结构复杂、造价高、气相压降大、以及安装维修麻烦等。目前，只是在某些情况如生产能力变化大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等要求时，可考虑使用泡罩塔。 2、浮阀塔 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的

47、粘结。浮阀的类型很多，国内常用的F1型、V-4型及T型等 。 浮阀塔优点： 生产能力大； 操作弹性大； 塔板效率较高，；塔板结构及安装较泡罩简单，重量较轻 。浮阀塔缺点： 在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时塔板效率有所下降； 浮阀阀片有卡死和吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难； 塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。 3、筛板塔 筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，筛板塔结构及气液接触状况如下图所示。筛板塔塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分。 优点 l 结构简单，制造和维修方便，相同条件下生产能力高于浮阀塔；l 塔板压力降较低，适

48、用于真空蒸馏；l 塔板效率较高，但稍低于浮阀塔；l 具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。缺点 l 小孔径筛板易堵塞，不适于处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。 4、舌形塔及浮动舌形塔（1）舌型塔盘产生的原因 一般情况下，塔盘上气流垂直向上喷射（如筛板塔），这样往往造成较大的雾沫夹带，如果使气流在塔盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，则可以减轻夹带，同时通过调节倾斜角度还可以改变液流方向，减小液面梯度和液体返混。（2）舌形塔 舌型塔应用较早的一种斜喷型塔。气体通道为在塔盘上冲出的以一定方式排列的舌片。舌片开启一定的角度，舌孔方向与液流方向一致。l 舌形塔结构简单，安装检修方便，但这种塔的负荷弹性较小

49、，塔板效率较低，因而使用受到一定限制。l 舌孔有两种，三面切口及拱形切口。通常采用三面切口的舌孔。舌片的大小有25mm和50mm两种，一般采用50mm，舌片的张角常用20 (3)浮动舌形塔 浮动舌形塔是20世纪60年代研制的一种定向喷射型塔板。它的处理能力大，压降小，舌片可以浮动。因此，塔盘的雾沫夹带及漏液均较小，操作弹性显著增加，板效率也较高，但其舌片容易损坏。浮动舌片的结构，其一端可以浮动，最大张角约20。舌片厚度一般1.5mm，质量约为20g。 5、穿流式栅板塔穿流式栅板塔属于无溢流堰装置的板式塔，在工业上也得到广泛的应用。根据塔盘上所开的栅缝或筛孔，分别称为穿流式栅板塔或穿流式筛板塔。

50、这种塔没有降液管，气液两相同时相向通过栅缝或筛孔。操作时蒸气通过孔缝上升进入液层，形成泡沫；与蒸气接触后的液体不断地通过孔缝流下。优点 ：l 由于没有降液管，所以结构简单，加工容易、安装维修方便，投资少；l 因节省了降液管所占的塔截面（一般约为塔盘截面的15%30%），允许通过更多的蒸气量，因此生产能力比泡罩塔大20%100%；l 因为塔盘上开孔率大，栅缝或筛孔处的压力降较小，比泡罩塔低40%80%，可用于真空蒸馏。其缺点是：l 塔板效率比较低，比一般板式塔低30%60%，但因这种塔盘的开孔率大，气速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带量小，所以可以降低塔板的间距，在同样分离条件下，塔总高与泡罩

51、塔基本相同；l 操作弹性较小，能保持较好的分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.53.0。 （6）导向筛板塔导向筛板塔盘的结构如上图 所示。它是在普通筛板塔盘上进行了两项改进，其一是在筛板上开设了一定数量与液流方向一致的导向孔；其二是在液体进口区设置了鼓泡促进装置。利用导向孔喷出的气流推动液体，既可减少液面落差，又可通过适当安排的导向孔来改善液流分布的状况，减少液体返混，从而提高塔板效率，并且导向孔气流与筛孔气流合成了抛物线型的气流，可减少雾沫夹带。鼓泡促进装置使塔盘进口区的液层变薄，可避免漏液，因而易于鼓泡，从而使整个鼓泡区内气体分布均匀，故可增大处理能力和减少塔板压力降。 （7）板式塔的

52、比较 各种板式塔的比较是一个十分复杂的问题。但就生产能力、塔板效率、操作弹性、压力降及造价等方面来看，浮阀塔在蒸气负荷、操作弹性、塔板效率方面与泡罩塔相比都具有明显优势，因而目前获得了广泛应用。筛板塔的压降小、造价低、生产能力大，除操作弹性较小外，其余均接近浮阀塔，故应用也较广。栅板塔操作范围较窄，塔板效率随负荷变化较大，应用受到一定限制。 （二）塔盘结构 板式塔的塔盘分为溢流式和穿流式两类，二者之间的区别就在于溢流式塔盘有降液管，而流式塔盘上的气液两相同时通过塔盘上的孔道流动， 考虑到溢流式塔盘是炼油厂主要使用形式，今天主要介绍溢流式塔盘结构。l 溢流式塔盘由气液接触元件、塔板、降液管及受液

53、盘、溢流堰等构成。 1、塔盘的分类塔盘按结构特点可分为整块式塔盘和分块式塔盘。当塔径DN700mm时，采用整块式塔盘；塔径DN800mm时宜采用分块式塔盘。（1）整块式塔盘整块式塔盘根据组装方式不同可分为定距管式及重叠式两类。采用整块式塔盘时，塔体由若干个塔节组成，每个塔节中装有一定数量的塔盘，塔节之间采用法兰连接。 （2）分块式塔盘直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘板分成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支承件上。分块式塔盘的塔体，通常为焊制整体圆筒，不分塔节。2、降液管作用：使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空间，能将气泡分离出来，从而仅有清液流往下层塔

54、盘。降液管的结构型式可分为圆形降液管和弓形降液管两类 。圆形降液管通常用于液体负荷低或塔径较小的场合，弓型降液管适用于大液量及大直径的塔 。3、受液盘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（见下图)。受液盘的型式和性能直接影响到塔的侧线取出、降液管的液封和流体流入塔盘的均匀性等。平型受液盘适用于物料容易聚合的场合 ；当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm水柱，或使用倾斜式降液管时，应采用凹型受液盘 4、溢流堰及进口堰溢流堰有保持塔盘板上一定液层高度和促使液流均匀分布的作用。 采用平型受液盘时，为使上层塔板流入的液体能在塔盘上均匀分布，并为了减小入口液流的冲

55、力，常在液体进口处设置进口堰 二、填料塔（一）填料填料是填料塔的核心内件，它为气液两相充分接触进行传热传质提供了表面积。可分为散装填料和规整填料两大类。1、散装填料散装填料是指以乱堆为主的填料，这种填料是具有一定外形的颗粒体，又称之为颗粒填料，根据外形分以下三种：环形填料：拉西环填料、 鲍尔环填料 、阶梯环填料 鞍形填料：弧鞍填料 、矩鞍填料 、改进矩鞍填料 金属鞍环填料 2、规整填料 在乱堆的散装填料塔内，气液两相的流动路线是随机的，加之填料填装时难以做到各处均匀如一，因而容易产生沟流等不良情况，从而降低塔的效率。 规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则、整齐堆砌的填料，这种填料人为规定了填料层中气液的流路，减少了沟流和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热传质的效果。 规整填料的种类按照结构可分为丝网波纹填料和板波纹填料。（二）填料的支撑装置填料的支承装置安装在填料层的底部。其作用是防止填料穿过支承装置而落下；支承操作时填料层的重量；保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。 1、栅板型支承支承栅板是结构最简单、最常用的填料支承装置（如下图）。它由相互垂直的栅条组成，放置于焊接在塔壁的支撑圈上。这种支承装置广泛用于规整填料塔。用于散装