PMI培训资料：通用设备-静设备

通用设备—静设备一、管式加热炉1.1概述“管式加热炉”，是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其他工业炉所没有的若干特点。管式加热炉的特征是：（1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危险性大，操作条件要苛刻得多。（2）加热方式为直接受火式。（3）只烧液体或气体燃料。（4）长周期连续运转，不间断操作。管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器及通风系统五部分组成。1.2分类管式加热炉可按炉型进行分类，管式炉的炉型通常根据其结构外形、辐射盘管形式、燃烧器布置和主要传热方式来划分。按结构外形分类，有圆筒炉、箱式炉、立式炉等。按辐射盘管形式分类，有立管式、水平管式、螺旋管式、U型管式、倒U形管式式等。按燃烧器的布置方式分类，有底烧、顶烧和侧烧，侧烧还可分为侧墙侧烧、端墙侧烧和分层侧烧等。按主要传热方式分类，有辐射炉、辐射-对流型炉和双面辐射炉等。几种常见的加热炉见图1-1

图1-1典型的加热炉炉型图1-2为典型的燃烧器布置方式。

图1-2典型的燃烧器布置（竖向投影）图1-3表示出了加热炉的主要部件。注：（1）人孔门；（2）炉顶；（3）尾部烟道；（4）桥墙；（5）燃烧器；（6）壳体；（7）对流段；（8）折流转；（9）转油线；（10）管子；（11）扩面管；（12）回弯头；（13）弯头箱；（14）辐射段；（15）遮蔽段；（16）看火门；（17）炉管架；（18）耐火衬里；（19）管板；（20）柱墩；（21）烟囱；（22）平台图1-3加热炉结构1.3典型炉型现在广泛使用的是圆筒炉、立式炉和箱式炉。（1）圆筒炉顾名思义，辐射室为圆筒形的管式炉叫圆筒炉，对流室和烟囱布置在辐射室的上部，燃烧器布置在炉底，向上烧火。其辐射室炉管排列有立管和螺旋管两种，见图1-4。对流室炉管一般是水平布置的。螺旋管适用于介质有固相沉淀的管式炉，如白土精制炉。当热负荷很小时，一般不带对流室，只作成纯辐射圆筒炉。随着加热炉的大型化，近年来国内已建成多台双辐射室单对流室大型圆筒炉，热负荷70～80MW。（2）立式炉立式炉的辐射室截面为较狭长的矩形，燃烧室布置在炉底，向上烧火。当辐射炉管水平布置时，一般在辐射室的上部切出斜肩，避免烟气流出现死角，如图1-5所示。这种立式炉称为卧管立式炉，它的主要优点在于火焰和烟气流向与炉管垂直相交，便于将高温、图1-4圆筒炉介质易裂解和易结焦的炉管避开炉内高温区，因此特别适用于润滑油型减压炉、焦化炉和沥青炉等。当管内介质要求不苛刻且流路又较多时，辐射室炉管可立式布置。这既可减少高合金的炉管支撑件，又便于多流路布置。这样的立式管称为立管立式炉。立管立式炉已经与后面讲的大型箱式炉类似，同样可以满足大型化的要求。国内已建成80MW的立管立式炉，该炉用作年处理1000万吨原油的常压炉还有富裕。（3）大型箱式炉大型箱式炉是适应管式炉热负荷的大型化而产生的。其辐射室的外形为箱状六面体，辐射炉管可水平布置，但大多立式布置，也有U形或倒U形布置的。燃烧器布置有炉底向上烧火、炉顶向下烧火或端（侧）墙对烧等三种。常见的大型箱式炉如图1-6所示，其最大的特点是充分地利用炉膛空间，并能按“积木组合式”放大，因此特别适用于大型炉。图1-5立式炉图1-6箱式炉1.4结构管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器及通风系统五部分组成。在辐射室和对流室内装有炉管；在辐射室底部或侧壁装有燃烧器；在烟囱内装有烟道挡板。一个比较先进的加热炉还应配备烟气的余热回收系统；空气和燃料比的控制调节系统。结构简图见图1-7。

图1-7管式加热炉的一般结构（1）辐射室

辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这个部分直接受到火焰冲刷，温度最高，必须充分考虑所用材料的强度、耐热性等。这个部分是热交换的主要场所，全炉热负荷的70-80％是由辐射室担负的，它是全炉最重要的部位。烃蒸汽转化炉、乙烯裂解炉等，其反应和裂解过程全都用辐射室来完成。可以说，一个炉子的是优是劣主要看它的辐射室性能如何。（2）对流室对流室是靠由辐射室出来的烟气进行对流换热的部分，但实际上它也占有部分辐射热交换，而且有时辐射换热还占有颇大的比例。所谓对流室不过是指“对流传热起交换作用”的部位。对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。它一般担负全炉热负荷的20～30％。对流室吸热量的比例越大，全炉的热效率越高，但究竟占多少比例合适应根据管内流体同烟气的温度差和烟气通过对流管排的压力损失等，选择最经济合理的比值。对流室一般都布置在辐射室之上，与辐射室分开，单独放在地面上也可以。为了尽量提高传热效果，多数炉子在对流室采用了钉头管和翅片管。（3）预热回收系统余热回收系统是从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。一般有两种回收方法。一种是靠预热燃烧用空气（配送风机）来回收热量，这些热量再次返回炉中。另一种是采用同炉子完全无关的其它流体回收热量。前者称为“空气预热方式”，后者因为常常使用水回收被称为“废热锅炉方式”。空气预热方式又有直接安在对流室上面的固定管式空气预热器和单独放在地上的回转式空气预热器。回转式（见下图1-8）回收热量大，属于低速转动机械，需用烟、风道与炉体联接，适合于烟气量大，要求达到很高的热效率时选用。固定管式空气预热器由于低温硫化氢腐蚀和积灰，不能指望长期保持太高的热效率，它的优点是同炉体结合成一体，设计和制造比较简便，适合于热回收量不大时选用。废热锅炉一般多采用强制循环方式，尽量放到对流室顶部。目前，炉子的余热回收系统以采用空气预热方式为多，通常只有高温管式炉(如烃蒸汽转化炉、乙烯裂解炉)和纯辐射炉才使用废热锅炉，因为这些炉子的排烟温度太高。安设余热回收系统后，整个炉子的总热效率能达到88-90％。（4）燃烧器燃烧器是一种将燃料和空气按照所需混合比和流速在湍流条件下送入炉内，确保图1-8回转式空气预热器和维持点火及燃烧条件的部件。它对加热炉的技术经济指标，热效率，炉管的热强度，受热的均匀性和加热炉长周期安全运转，有着直接的十分重要的关系。一个完整的燃烧器通常包括燃烧喷咀、配风口和燃烧道三个部分。由于燃烧火焰猛烈，必须特别重视火焰与炉管的间距以及燃烧器间的间隔，尽可能使炉膛受热均匀，使火焰不冲刷炉管并实现低氧完全燃烧。为此，要合理选择燃烧器的型号，仔细布置燃烧器。（5）通风系统通风系统的任务是将燃烧用空气导入燃烧器（送风作用），并将废烟气引出炉子排放（引风作用），它分为自然通风方式和强制通风方式两种。前者依靠烟囱本身的抽力，不消耗机械功。后者要使用风机，消耗机械功。

过去，绝大多数炉子因炉内烟气侧阻力不大（炉子结构简单、规模小），都采用自然通风方式，烟囱通常安在炉顶，烟囱高度只要足以克服炉内烟气侧阻力就可以了。但是随着石油化工厂炉子结构复杂、优化炉内燃烧、烟气排放要求高、余热回收系统投用等因素，使炉内烟气侧阻力很大，工业炉均采用强制通风，分别配置了送风机和引风机。送风机作用是利用动力吸收烟气中的余热、优化燃烧器的配风，安装在炉子附近，流程如下：大气

风机空气预热器

燃烧器；引风机的作用是把烟气从尾部烟道引至烟囱排放，安装在空气预热器以后的尾部烟道与烟囱之间。二、塔器

塔器是用于气－液与液－液相间进行质、热交接的设备，它广泛地用于食品、医药、石油、化工工业中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。在石油化工行业中塔设备占工艺设备总投资的20%～30%，可见其重要性。

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（或汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，塔设备还得考虑以下各项要求：1）生产能力大；2）操作稳定、弹性大；3）流体流动的阻力小；4）结构简单、材料耗量小、制造和安装容易；5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。但对于任何一种塔型，都不可能完全满足上述的所有要求，仅仅是在某些方面具有独到之处。塔器按其内件结构可分为两大类：板式塔和填料塔。板式塔：如图2-1所示，塔内设有一层层相隔一定距离的塔盘，每层塔盘上液体与气体互相接触传热传质后又分开，气体继续上升到上一层塔盘，液体继续流到下一层塔盘上。依照塔盘的结构形式，板式塔可分为圆泡帽塔、槽形塔盘塔、S形塔盘塔、浮阀塔、喷射塔、筛板塔等，板式塔常用做分馏塔和抽提塔。在板式塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈阶梯式变化。填料塔：如图2-2所示，内充填有各种形式的填料，液体自上而下流动，在填料表面形成许多薄膜，使自下而上的气体，在经过填料空间时与液体具有较大的接触面积，以促进传质传热作用。填料塔的结构比板式塔简单，而填料的形式繁多，常用的填料有：拉西环、鲍尔环、蜂窝填料、鞍形填料和丝网填料等。填料塔常用做吸收塔、解吸塔和洗涤塔。在填料塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈连续变化。

图2-1板式塔结构图2-2填料塔结构

2.1板式塔2.1.1工作原理炼化厂应用最广的是各种形式的板式塔，其中大部分是分馏塔，现以原油常压分馏塔为例来说明塔设备的基本工作原理。原油是由各种分子量不同的碳氢化合物组成的混合物，各组分沸点是不同的，例如汽油沸点＜130℃，煤油沸点为130~250℃，柴油沸点为250-350℃，蜡油沸点为350-520℃，渣油沸点为＞520℃。分馏塔就是利用各组分沸点不同的特性进行分馏的。如图2-3所示，在加热炉中加热到350℃左右的原油进入常压塔后，分子量较小沸点低汽油、煤油、柴油等组分蒸发成为油气，分子量较大沸点高的组分仍是液体。高温的油气上升经过一层层塔盘，在每层塔盘上与往下流动温度较低的液体相接触，气相中沸点较高的组分会冷凝成液体从油气中分离出来，同时塔盘上的液体被加热，其中沸点较低的组分会被汽化，从液体中分离出来。经过每层塔盘都会有这种质量和热量的传递，于是油气越往上就变得轻组分增多，重组分减少，到塔顶部就是汽油成分，抽出后经冷凝便得到液体的汽油产品，将其中的一部分再打回到塔顶的塔盘上去，就形成了塔盘下流液体，这叫塔顶回流。下流的液体每经过一层塔盘就发生和汽相相

反的变化，越往下变得重组分越多，轻组分越少，到某一层塔盘便成为煤油组分，抽出一部分经冷却便得到了煤油产品，其余的继续下沉。到更下面的某一层塔盘便成为柴油组分，塔底出来的重组分成为常压重油。从塔侧线抽出的液体组分不仅仅是产品，有时也是其它装置的原料，如减压馏分油作为催化裂化原料。塔内上升的油气一方面是由进

料中的气相形成，另一方面是由塔底通入过热汽提蒸汽或把塔底部分重油经过加热釜加热汽化形成的。对分馏塔，一般把进料口以上部分叫精馏段，用来提浓汽相中的轻组分，进料口以下部分叫提馏段，用来提浓液相中的重组分。2.1.2塔盘塔盘也称塔板，是塔设备的重要部件，其基本技术要求是分馏效率高，生产能力大，操作稳定，压降小和结构简单。由塔的工作原理可知，塔盘要提供汽液两相之间的接触界面，它应包括以下几个功能：(1)气体上升的通道；(2)液体下降的降液板或降液管；(3)供气液两相充分接触的构件。现以圆泡帽塔盘为例来说明塔盘的工作情况：图2-4表示圆泡帽塔盘的结构，在塔盘上开有许多圆孔，每孔焊一个圆管，称升气管；管上再罩一个帽子，叫泡帽；泡帽下部圆周方向开有许多矩形竖直开口，称为气缝。液体从上一层塔盘的降液管流下，

流经该塔盘面并由该塔盘的降液管继续流至下一层塔盘。为使塔盘上保持一定厚度的液层，使泡帽的气缝完全淹没在液层内，在降液管上部装有溢流堰。气体从升气管上升，拐弯通过升气管与泡帽的环形空间，从气缝喷散而出，形成鼓泡现象，使气液两相充分接触，进行传热与传质。一般来讲，鼓泡越细越激烈，两相接触就越好，分馏效率也就越高。

2.1.2.1常见塔盘：（1）舌形塔盘：如图2-5所示，舌片由钢板上冲出并按一定角度朝一个方向翘起，在塔盘上呈三角形排列。气休从舌片下的孔中吹出，与液层搅拌接触。液体流动方向与气流方向一致，故塔板上的液面落差较小，全塔盘鼓泡较均匀。气体斜喷再折而向上，所以雾沫夹带较少，气体流量可提高，塔盘上只有降液管，没有溢流堰，因此塔盘上压力降较小，塔盘金属耗量较小，且制造安装方便。。

2）浮阀塔盘：它可分为两大类,一类是盘状浮阀，如图2-6所示，即浮阀呈圆盘形，塔板上开孔是圆孔，按其在塔扳上固定的方法又可分为用三条支腿固定浮阀升高位置的F1型浮阀和用十字架限定升高位置的十字架型浮阀；另一类是条状浮阀，浮阀是带支腿的长条片，塔板上开的是长条孔，长条片面上有的还开有长条孔或凹槽等，形式多样。由于浮阀的操作弹性大、雾沫夹带少、全塔盘鼓泡均匀、效率较高、压降小、结构简单、造价低等一系列优点，所以得到非常广泛的应用。目前，炼化厂最广泛采用的是Fl型盘状浮阀，现以F-1型浮阀为例说明其工作情况：圆盘浮阀靠三条支腿插在塔板上三角形排列的圆孔内，当气体通过圆孔上升时，靠气流的动能把阀片顶起，气体就吹入塔板上的液层内进行鼓泡。阀片上的三条支腿，起到限制阀片的运动和开度的作用，并且，F1型浮阀的周边有三个起始定距片，即使浮阀完全关闭，阀片与塔板之间仍能保持一定距离（2.5mm—6mm左右），这样即使在小气量时，气体也能通过所阀片均匀鼓泡。因而可以得到较宽的稳定操作范围。同时，由于阀片与塔板之间的点接触，可以避免阀片与塔板粘住，使浮阀在气量增大时能平稳升起。

2.1.2.2其它新型的塔盘1）ADV微分浮阀塔盘：如图2-7所示，与传统F1浮阀塔盘相比，ADV浮阀塔盘从浮阀结构、降液管结构等方面进行了改进：（a）ADV微分浮阀在阀顶开小阀孔，充分利用浮阀上部的传质空间，使气体分散更加细密均匀，汽液接触更加充分；（b）局部采用带有导向作用的ADV微分浮阀，消除了塔板上的液体滞留现象，提高了汽液分布的均匀度；（c）采用鼓泡促进器使整个塔板鼓泡均匀并降低液面梯度，从而提高传质效率；（d）适当改进降液管，增加鼓泡区的面积；（e）阀腿采用新的结构设计，使浮阀安装快捷方便，操作不易转动或脱落。与F1浮阀相比：微分浮阀的塔板效率提高了10％--20％，处理能力提高了40％。目前该类型塔盘已在炼化化工行业得到广泛应用。图2-7ADV微分浮阀2）导向浮阀塔板：导向浮阀也称条形阀（气体从浮阀的两侧流出，气体流出的方向垂直于塔板上的液体流动方向，可减少液体返混现象），只不过在阀片上开有一个和两个导向孔（开口方向与液流方向相同），具有一个导向孔的阀布置在塔板中间，具有两个导向孔的阀布置在两侧弓形区（以加速该区域的液体流动，从而消除塔板上的液体滞留区）。其目的是一部分气流从导向孔吹出，使阀盖上的气液两相并流，气相推动液体流动，从而减少液面落差Δ与液体的滞留时间，压降减小，通量增大。更重要的是这类浮阀解决了传统浮阀上端存在传质死区的不足，板效率大大提高，而且导向浮阀在操作中不旋转，浮阀不易磨损脱落，为浮阀的发展作出了贡献。3）BJ浮阀塔板：BJ浮阀也是一种导向浮阀，它在条形浮阀的前阀腿上开一矩形孔，气流在水平通过阀体两侧的同时，增加了一个向前吹出的气流动力（体流通面积增大），导引液体向前流动。它不但可以改善阀与阀之间的鼓泡状态，还有利于克服液体滞留与返混现象，减少液面落差，这对于降低塔板压降和提高塔板效率都有季节的作用。与F1浮阀相比：塔板压降降低约200-250kpa，塔板泄漏约低10％，塔板效率提高约10％。与导向浮阀塔板相比：进一步降低了在阀片上开导向孔对效率与雾沫夹带的不良影响。上述这两种浮阀，都开设导向孔，从而产生一定的导流力，这对均布液体，改善塔板压降是有利的，但对雾沫夹带和塔板效率（从导向孔流出的气体的气液两相接触稍差）有一定的影响。但在阀腿上开导向孔可以降低这种弊病。同时，导流力在两种情况下对塔板的性能有不利影响：一是液体负荷较小时；二是气体流速较高时。故应视操作工况条件的不同来选择是普通浮阀还是导向浮阀，对导流力应该辩证的认识。4）梯形浮阀：属于条状浮阀，它将传统的矩形阀盖进化为梯形，阀盖短边一侧朝向降液管。它的特点是气体从梯形阀体两侧斜边吹出，因此气流方向与液流方向呈锐角，故气体对液体的作用力可分解成两个方向，一个分力垂直于液体流向，起着分散均布液体的作用；另一个则同于液体流向，具有导流作用，有利于克服液体滞留与返混现象，减少液面落差，提高传质效率等。故其性能提高。上述各种常用塔盘形式各有其利弊，在选择塔盘形式时，要全面综合地考虑工艺过程的特点和要求。塔盘有整块式和分块式两种。当塔径在900mm以下时，采用整块式塔盘；当塔径在900mm以上时，人已能在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘，而且当塔径较大时，整块式塔盘的刚度不良，结构显得复杂，制造也困难。塔盘材质一般为碳钢，如有特殊要求也可选用其他材质。塔盘的固定、连接常用楔形铁和龙门板。

2.1.2.3塔盘溢流、受液结构塔盘除了供气体上升鼓泡用的浮阀、筛孔外，还有供液体下降流通用的溢流堰、降液管及受液盘。液体横过塔板的流动通常是靠板上的液面落差来推动的，即从受液盘进入塔板处的液面比溢流堰处的液面略高。塔板上所设置的浮阀、筛孔以及气流上升时的鼓泡，都会对液体流动产生阻力，液面落差太大，会引起塔板上鼓泡严重不匀，影响塔板效率，而降低液面落差的方法之一是将溢流分程，常用的溢流分程方式有：①单溢流型；②双溢流型；③四溢流型。①单溢流型：如图2-10(a)所示，液体从塔板一端的受液盘自左向右横向流过整个塔板，在另一端从溢流堰落入塔板降液管中，液体几乎流经整个塔径的距离，流道较长，塔板效率较高，它的结构较简单，是常见的流型。

②双溢流型：如图2-10(b)所示，这种流型将液体分成两半，并设有两条溢流堰，来自上一塔板的液体分别从左、右两降液管进入塔板，在该塔板上液体又由两边横向流向中间溢流堰，再进入降液管。与同样直径的单流型塔板相比，溢流堰单侧的液体流量减少一半，同时双溢流型的堰长增加，会使堰上的液体厚度响应减少，从而使液面落差下降。双溢流型塔板适用于大型塔和液气比大的工况场合。③四溢流型：对特大塔径或液体流量特大的塔，当双流型仍不能满足降低液面落差的要求时，可采用四溢流型塔板。溢流堰通常为带有锯齿形的垂直平板，堰长由塔盘上液体流量和溢流程数来确定，堰高决定了塔盘上液层厚度，因此关系到塔盘上的压力降和液体在塔盘上的停留时间。对于浮阀型塔板，堰长一般为塔径的60～80％（单溢流）或50～60％（双溢流），堰高一般为40～50mm。降液管有圆管形和弓形两种，见图2-11。前者适用于液体量小和塔径小的塔，后者有更大的横截面积，因而有利于液体下流，故弓形降液管适用于大塔径或液流量大的板式塔。降液管出口与下层塔盘的受液盘保持一定的距离，一方面要使液体顺利地流下，另一方面起到液封作用，以防止上升的气体沿降液管通过，这一高度通常为20～40mm。2.1.3板式塔内件除了塔盘组件外，还有进料口、塔顶破沫网、塔底防涡器等组件。

2.2填料塔填料塔具有结构简单、压力降小等优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。过去，由于填料及塔内件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不宜安装塔板的小直径塔；近年来，由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效率，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此填料塔已被推广到大型气液操作中，在许多场合下代替了传统的板式塔。2.2.1工作原理下图为典型的填料吸收塔。它是一个直立式圆筒，塔内装有一定高度的填料层，填料是以乱堆或规整的放在支承板（要有足够的机械强度，足以支承填料及所含液体的重量，而且支承板的自由面积不应小于填料的自由截面积，以免增大气体阻力）上的。液体由塔的顶部加入，通过液体分布器（非常重要，直接影响到填料表面的有效利用率，要求能提供良好的液体初始分布）均匀分散到填料层的表面上。因液体在填料层中有向塔壁流动的倾向，当传质需要填料层较高时，一般将填料层分成几段，并在两段之间设有液体再分布器（以改善液体在填料层中的壁流效应，将液体汇聚后再次均匀分布到下层填料）。液体在填料表面分散成薄膜，经填料间的缝隙下流，也可成液滴落下。填料层的润湿表面就成了气液接触的传质表面。气体混合物从塔底通入，通过填料层的支承板（也起一定的气体分布作用）进入填料层，气体沿填料层的空隙向上流动，由于不断改变方向，造成了气流的喘动，这对传质是有利的。填料塔中气、液两相呈逆流连续接触，两相组成沿塔高呈连续改变，这与板式塔内组成呈阶梯式变化是不相同的。

2.2.2常用填料及其特点

填料的品种很多，填料可分为乱堆填料和规整填料两大类。最古老的填料是拉西环；在国内外被认为较理想的是鲍尔环、矩鞍填料和波纹填料等，已被推荐为我国今后推广使用的通用型填料。填料的材质可为金属、陶瓷或塑料。2.2.2.1乱堆填料：该类填料具有一定外形结构的颗粒体，安装形式以乱堆为主。①环形填料

a、拉西环是最早出现的填料，是一个外径和高度相等的空心圆柱体(图2-17)，可用陶瓷、金属、塑料等材料制造。这种填料结构简单，易于制造，但在随机堆砌时易在外表面间形成积液池，气液分布较差，影响其通过能力及传质效率，已较少采用。

b、鲍尔环是目前工业上应用较为广泛的填料之一，是对拉丁环的改进，它也是外径和高度相等的空心圆柱体(图2-18)，不同的是在圆柱侧壁上冲出上、下两层交错排列的矩形小窗，冲出的叶片一端连在环壁上，其余部分弯入环内，围聚于环心。鲍尔环一般用金属或塑料制造。装填入塔的鲍尔环，无论其方位如何，淋洒到填料上的液体，有的沿外壁流动，有的穿过小窗流向内壁，有的沿叶片流向中心。这样，液体分散度增大，填料内表面的利用率提高。弯向环心的叶片增大了气体的湍动程度，交错

开窗缩小了相邻填料间的滞止死区，因此，鲍尔环的气液分布较拉西环均匀，两相接触面积增大。此外，鲍尔环在较宽的气速范围内，能保持一恒定的传质效率，特别适用于真空蒸馏的操作。c、阶梯环可用金属、塑料、陶瓷制造，它是对鲍尔环的改进，高度只有鲍尔环的一半，一端具有锥形扩口，见图2-19。扩口的主要作用在于改善填料在塔内的堆砌状况。由于其形状不对称，使填料之间基本上为点接触，增大了相邻填料间的空隙，消除了产生积液池的条件。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为所使用的环形填料中最为优良的一种。

②鞍形填料a、弧鞍填料(图2-20)为对称开式弧状结构，其形状如同马鞍，其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低，填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。b、矩鞍填料(图2-21)一般用陶瓷或塑料制造，矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。有效地克服了弧鞍填料重叠堆积的缺点，是目前工业上应用最广的乱堆填料之一。图2-21矩鞍填料

③鞍环填料。鞍环填料(图2-22)用薄金属板冲压而成，综合了鞍形填料与环填料的优点，既保存了鞍形填料的弧形结构，又具有鲍尔环的环形结构和内弯叶片的小窗，且填料的刚度比鲍尔环高。鞍环填料能保证全部表面的有效利用，并增加流体的湍动程度，具有良好的液体再分布性能。因此，它有通过能力大、压力降低、滞液量小、容积质量轻，以及填料层结构均匀等优点，特别适用于真空蒸馏。

2.2.2.2规整填料：规整填料是由具有一定集合形状的元件，按均匀聚合图形排列，整齐堆砌，具有规整气液通道的填料。在规整填料中，由于结构的均匀、规则、对称性，规定了气液的通道，改善了沟流和壁流现象。与散装填料相比，在同等容积时可以提供更多的比表面积；而在相同比表面积时，填料的空隙率更大。故规整填料具有更大的通量、更小的压降、更高的传质传热效率。①丝网波纹填料（图2-23）由若干平行直立放置的波网片组成，网片的波纹方向与塔轴线成一定的倾斜角（一般为30°或45°），相邻网片的波纹倾斜方向相反。组装在一起的网片周围用带状丝圈箍住，构成一个圆柱形的填料盘。填料盘的直径略小于塔内径，填料装填入塔时，上、下两盘填料的网片方向互成90°。丝网波纹填料是用丝网制成的，它质地细薄、结构紧凑、组装规整，因而空隙率及比表面积均较大，而且丝网的细密网孔对液体有毛细管作用，少量液体即可在丝网表面形成均匀的液膜，因而填料的表面润湿率很高。

操作时，液体沿丝网表面以曲折路径向下流动，并均布于填料表面。气体在两网片间的交叉通道内流动，故气、液两相在流动过程中不断地有规律地转向，从而获得

较好的横向混和，这就使得在塔的水平截面上，在两网片之间的横向均匀性较好。又因上、下两盘填料互转90°，故每通过一盘填料，气液两相就作一次再分布，从而进一步促进了气液的均布。由于填料层内气液分布均匀，故放大效应不明显，这是波纹填料最重要的特点，也是波纹填料能用于大型填料塔的重要原因。丝网波纹填料可用金属丝和塑料丝制成。目前使用的金属丝有不锈钢、黄铜、磷青铜、碳钢、镍、蒙乃尔合金等；塑料丝网材料有聚丙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯等。②板波纹填料。由于丝网波纹填料价格较高，容易填塞，因此，发展了板波纹填料。它的价格较低，刚度大，且可以用金属、陶瓷及塑料等多种材料制成。（见图2-24）板波纹填料的单片是具有波纹的薄片，波纹的方向与水平成45°,波纹片上冲有φ0.4mm的小孔，开孔率约为12.6％。组片时单片竖直安放，并且相邻单片的波纹方向相互垂直交错，如此叠加组成圆盘或其分块。填料装入塔内时，上下填料盘的板片方位相互垂直。金属波纹填料波纹片的表面都做过特殊纹路处理，以提高有效的传质表面。目前国内表面强化的方法大致如下：1）表面压制成规则的条形纹路；2）表面压成穿透的φ0.4mm微孔。

金属板波纹填料液体成膜状流下，并在上下两盘填料接触处进行再分配，气体则连续、曲折地穿过填料，通量大、阻力小，而且传质效率高。但是，板波纹填料的缺点是不适合用于易结垢、析出固体、发生聚合，以及液体粘度较大的介质，而且造价高，装卸清理困难。

2.2.2.3填料塔的附属结构。包括：液体分布器、液体再分布器、填料支撑结构、塔顶破沫网和塔底防涡器等。图2-24板波纹填料

三、反应器设备反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是流程性材料产品生产中的核心设备。通过化学反应或生物质变化等将原料加工成产品，是化学、冶金、石油、新能源、医药、食品和轻工等领域的重要生产方式。任何一种流程性材料产品的生产流程都可概括为：原料预处理、化学反应或生物质变化、反应产物的分离与提纯等。按结构特征反应设备可分为：管式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器和滴流床反应器等几类。下面就固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器的特点做简要介绍。（1）固定床反应器气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置称为固定床反应器。它主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。例如，氨合成塔、甲醇合成塔、硫酸及硝酸生产的一氧化碳变换塔、三氧化硫转化器等。固定床反应器有三种基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。轴向绝热式固定床反应器见图3-1（a），催化剂均匀地放置在一多孔筛板上，预热到一定温度的反应。物料自上而下沿轴向通过床层进行反应，在反应过程中反应物系与外界无热量

交换。径向绝热式固定床反应器见图3-1（b），催化剂装载于两个同心圆筒的环隙中，流体沿径向通过催化剂床层进行反应。径向反应器的特点是在相同筒体直径下增大流道截面积，列管式固定床反应器见图3-1（c），这种反应器由很多并联管子构成，管内（或管外）装催化剂，反应物料通过催化剂进行反应，载热体流经管外（或管内），在化学反应的同时进行换热。图3-2所示的氨合成塔是典型的固定床反应器，N2、H2合成气由主进气口进入反应塔，塔内压力约30MPa，温度550℃，在触媒作用下合成为氨。氨的合成反应为放热反应，高温的合成气及未合成的N2、H2混和气经塔下部换热器降温后从底部排出。固定床反应器的缺点是床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积、及时移走反应热，但这会减少有效空间。如果固体催化剂连续加入，反应物通过固体颗粒连续反应后连续排出，这种反应器称为移动床反应器。

图3-1固定床反应器

图3-2氨合成塔（2）移动床反应器移动床也是一种有固体颗粒参与的反应器，与固定床反应器类似，不同之处在于，如图3-4所示，在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运动，因此，也可将其看成是一种移动的固定床反应器。若固体颗粒为催化剂，则用提升装置将其输送至主反应器内，反应流体与颗粒一起流动。该类反应器适用于催化剂需要连续进行再生的催化、重整反应过程。移动床反应器的缺点是控制固体颗粒的均匀下移比较困难。新一代的模拟移动床则是固相实际不动，通过机电与软件控制来切换进、出料液口的位置，以模拟移动实现反应流体与颗粒成逆流，因而具有更好的可操作性和反应效率。（2）移动床反应器移动床也是一种有固体颗粒参与的反应器，与固定床反应器类似，不同之处在于，如图3-3所示，在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运动，因此，也可将其看成是一种移动的固定床反应器。若固体颗粒为催化剂，则用提升装置将其输送至主反应器内，反应流体与颗粒一起流动。该类反应器适用于催化剂需要连续进行再生的催化、重整反应过程。移动床反应器有如下特点：固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变，返混较少，缺点是控制固体颗粒的均匀下移比较困难，装置较复杂。

新一代的模拟移动床则是固相实际不动，通过机电与软件控制来切换进、出料液口的位置，以模拟移动实现反应流体与颗粒成逆流，因而具有更好的可操作性和反应效率。图3-3移动床反应器

（3）流化床反应器流体（气体或液体）以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置称为流化床反应器。流化床反应器是工业上应用较广泛的反应装置，适用于催化或非催化的气-固、液-固和气-液-固反应。在反应器中固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，可做上下左右剧烈运动和翻动，好像是液体沸腾一样，故流化床反应器又称沸腾床反应器。流化床反应器的结构形式很多，一般由壳体、气体分布器，换热装置、气-固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成。典型的流化床反应器如图3-4所示，反应气体从进气管进入反应器，经气体分布板进入床层。反应器内设置有换热器，气体离开床层时总要带走部分细小的催化剂颗粒，为此将反应器上部直径增大，使气体速度降低，从而使部分较大的颗粒沉降下来，落回床层中，较细的颗粒经过反应器上部的旋风分离器分离出来后返回床层，反应后的气体由顶部排出。流化床反应器的最大优点是传热面积大，传热系数高和传热效果好。流化态较好的流化床，床内各点温度相差一般不超过5℃，可以防止局部过热。流化床的进料、出料、废渣排放都可以用气流输送，易于实现自动化生产。流化床反应器的缺点是：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和集尘装置；内构件比较复杂；

操作要求高等。图3-4流化床反应器

四、储罐类

用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多，故本PPT将着重介绍在国内普遍使用的拱顶储罐、浮顶储罐以及球形储罐的一些基础知识。（1）拱顶罐拱顶罐可分为自支承拱顶罐和支承式拱顶罐两种。自支承拱顶罐的罐顶是一种形状接近于球形表面的罐顶。它是由4mm～6mm的薄钢板和加强筋（通常用扁钢）组成的球形薄壳，如图4-1，拱顶载荷靠拱顶板周边支承于罐壁上。支承式拱顶是一种形状接近于球形表面的罐顶，拱顶载荷主要靠柱和罐顶桁架支撑于罐壁上。这类罐可承受较高的饱和蒸汽压，蒸发损耗较少。它与锥顶罐相比耗钢量少，但罐顶气体空间较大，制作时需要模具，是国内外广泛采用的一种储罐结构。国内最大的拱顶罐容器为3×104m3，国外拱顶罐的容积已达5×104m3。

图4-1自支承拱顶罐见图

（2）浮顶储罐浮顶罐可分为外浮顶储罐和内浮顶储罐（带盖浮顶罐）。1、外浮顶储罐这种罐的浮动顶（简称浮顶）漂浮在储液面上。浮顶与罐壁之间有一个环形空间，环形空间内装有密封元件，浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮顶，使得罐内的储液与大气完全隔开，减少介质储存过程中的蒸发损耗，保证安全，并减少大气污染。浮顶的形式有单盘式（见图4-2）、双盘式、浮子式等结构。一般情况下，原油、汽油、溶剂油等需要控制蒸发损耗及大气污染，有着火灾危险的液体化学品都可采用外浮顶罐。2、美国石油学会（API）定义内浮盘为钢盘的浮顶罐称为“带盖的浮顶罐”，而把内浮盘为铝或非金属盘称为“内浮顶罐”，我国均统称为“内浮顶罐”。内浮顶储罐是在固定罐的内部再加上一个浮动顶盖。主要由罐体、内浮顶、密封装置、导向和防转装置、静电导线、通气孔、高低液位报警器等组成，如图4-3所示。与外浮顶储罐相比，内浮顶储罐可大量减少储液的蒸发损耗，降低内浮盘上雨雪载荷，省去浮盘上的中央排水管、转向扶梯等附件，并可在各种气候条件下保证储液的质量，因而有“全天候储罐”之称，特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有毒易污染的液体化学品。

图4-2单盘式浮顶罐图4-3内浮顶储罐

储罐附件（呼吸阀）。呼吸阀是维护储罐气压平衡，减少介质挥发的安全节能产品，是保护储罐安全的重要附件。呼吸阀工作原理是利用阀盘的重量，来控制罐内的呼气压力和吸入的真空度。当罐内气体的压力超过油罐的允许压力值时，压力阀即被顶开，混合油气从罐内逸出(呼出)，使罐内的压力不再增高。当罐内气体的真空度超过油罐的允许真空度时，真空阀即被顶开，吸入空气(吸气)维持油罐压力平衡。（3）球形储罐（压力罐）球形储罐通常可按照外观形状、壳体构造方式和支承方式的不同进行分类。从形状看有圆球型和椭圆球型之分；从壳体层数看有单层球壳和双层球壳之分；从球壳的组合方案看有桔瓣式、足球式和二者组合的混合式之分；从支座结构看有支柱式支座、筒形或锥形裙式支座之分。图4-4为圆球型单层壳纯桔瓣式赤道正切的球罐。这种球罐由如下几个部分组成：罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道板）、支柱、拉杆、图4-4赤道正切柱式支承单层壳球罐操作平台、盘梯以及各种附件（包括人孔、接管、液面计、压力表、温度计、安全泄放装置等）。在有些特殊场合，球罐内还设有内部转梯、外部隔热或保温层、隔热或防火水幕喷淋管等附属设施。

五、换热设备用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量（或焓）传递的装置称为换热设备。它是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药、机械以及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备。它在石油、化工厂建设总投资中约占20％，在全厂化工设备总重量中约占40％。换热设备的形式很多，按用途可分为加热器、冷却器、冷凝器和重沸器。主要用于加热物料的叫加热器；用水等冷却剂来冷却物料的则叫冷却器，如分馏塔的馏出线冷却器等；热的流体是气态，经过换热后被冷凝成为液态的称为冷凝器，如分馏塔塔顶汽油冷凝器等；一种液体被加热而蒸发成为气态的叫重沸器(再沸器)或汽化器。按换热设备的结构可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器的传热面由管子表面构成，即冷热流体之间以管壁做间壁，如管壳式、套管式、翅管式等。板式换热器的传热面由板面构成，即冷热流体之间以板做间壁，如螺旋板式、平板式等。5.1换热设备的工作原理

热量从高温物体传送给低温物体称为传热。传热的方式有三种：传导、对流和辐射。在换热设备中主要是以传导和对流两种方式进行换热的，如下图所示，热流体（温度T1）先以对流传热方式将热量Q（kJ/h）传给管（板）壁的一侧（温度为T2），

再以传导传热方式将热量传过管（板）壁（温度由T2变成T3），最后管（板）壁另一侧又将热量以对流传热方式传给了冷流体（温度为T4）。5.2换热设备的分类及其特点5.2.1管壳式换热器

这类换热器是目前应用最为广泛的换热设备。它的基本结构如图5-1所示，在圆筒形壳体中放置了由许多管子组成的管束，管子的两端（或一端）固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支承管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板（或其他新型折流元件），用拉杆和定距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上（对偶数管程而言，则在一侧）

装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为安置测量仪表用的接口管、排液孔和排气孔等。图5-1管壳式换热器

按结构特点管壳式换热器可分为固定管板式、浮头式、填料函式（因与浮头结构类似，体积大，目前已很少使用）、U型管式和釜式五种，各有其优缺点与适用场合。（1）固定管板式换热器这种换热器（图5-2）的特点是壳体与管板直接焊接，结构简单而紧凑。在壳体直径相同时，排管数最多。因为两管板之间有管子互相支撑，得到了加强，所以管板可以较薄，因此造价比较便宜，应用也较广。但这种换热器的管束不能抽出进行机械请洗；有时为了减少换热器壳体与管子上在工作时产生的温度应力，要在壳体上设膨胀节，而膨胀节的强度不高，此时壳程承受的压力就不能太大。固定管板式换热器适用于壳程介质不易结垢，或虽有垢但可进行化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高的情况。（2）浮头式换热器浮头式换热器的典型结构见图5-3，两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、沟圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会生产热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法

图5-2固定管板式换热器检查，制造时对密封要求较高，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。图5-3浮头式换热器（3）U形管式换热器U形管式换热器的典型结构如图5-4所示。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束有多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低；壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。U形管式换热器结构比较简单、价格便宜，承压能力强，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定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不宜结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料

（4）釜式重沸器釜式重沸器的结构如图5-5所示。这种换热器的管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管式、固定管板式换热器的特性。在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。此种换热器与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便、可处理不清洁、易结垢的介质，并能承受高温、高压。图5-4U形管式换热器

图5-5釜式换热器5.2.2绕管式换热器这类换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交差缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定的间距，如图5-6所示。缠绕管可以采用单根绕制，也可采用两根或多根组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称为单通道型绕管式换热器，如图5-6（a）所示；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型绕管式换热器，如图5-6（b）所示。绕管式换热器适用于同时处理多种介质、在

小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的场合，如制氧等低温过程中使用的换热设备等。图5-6绕管式换热器

5.2.3板式换热器板式换热器是有一组长方形的薄金属传热板片和密封垫片以及压紧装置所组成，板片表面通常压制成为波纹形或槽形，以增加板的刚度、增大流体的湍流程度、提高传热效率。两相邻板片的边缘用垫片夹紧，以防止流体泄漏，起到密封作用，同时也使板与板之间形成一定间隙，构成板片间流体的通道。冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板片进行传热，其流动方式如图5-7所示。图5-7板式换热器流动示意图。图5-7板式换热器流动示意图

板式换热器由于板片间流通的当量直径小，板形波纹使截面积变化复杂，流体的扰动作用激化，在较低流速下即可达到湍流，具有较高的传热效率。同时板式换热器还具有结构紧凑、使用灵活、清洗和维修方便、能精确控制换热温度等优点，应用范围广。其缺点是密封周边太长，不宜密封，渗漏的可能性大，承压能力低；受密封垫片材料耐温性能的限制，使用温度不宜过高；流道狭窄，易堵塞，处理量小；流动阻力大。板式换热器可用于处理从水到高黏度的液体的加热、冷却、冷凝、蒸发等过程，适用于经常需要清洗、工作环境要求十分紧凑等场合。由于传统板式换热器中装有垫片，限制了其在可压缩流体（非腐蚀流体）中的应用，同时也使其可承受的操作温度与压力不能太高。为了克服以上缺点，出现了一些在一侧或两侧焊接由换热板面组合而成的板式换热器，如图5-8所示。同时，为了降低焊接费用，这种换热器的尺寸通常要比装有垫片的板式换热器大许多。这种换热器保留了板式换热器的诸多优点，通过合理的布置，也可以用于多种流体间的换热。焊接板式换热器在四周原来装垫片的部位改成焊接形式，增大了其承受高温与高压（350℃和4.0MPa）的能力，也可以用于与板材相适应的腐蚀性介质间的换热；但也由于焊接，使得换热器丧失了在焊接侧的拆装性能。

图5-8焊接板式换热器

5.2.4空冷器空冷的基本结构如图5-9，一台空气冷却器的基本部件如下：管束：包括管箱、换热管、管束侧梁及支持梁等组装件；风机：包括轮毂、叶片、风筒、支架及驱动机构等组装件；百叶窗：包括窗叶、调节机构及百叶窗侧梁等；构架：用于支撑管束、风机、百叶窗及其附属件的钢结构；风箱：用于导流空气的组装件；附件：如蒸汽盘管、梯子、平台等。1、管束管束是空冷器的核心部件，空气横向掠过管束以冷却管内的热流体，达到换热目的。管束主要由翅片管、管箱及框架组成。是一个刚性的、独立的结构，应设计成可以完整地在空冷器的构架上进行装卸，其造价约占空冷器主体的60％。翅片管是空冷器的核心和关链部件，其性能优劣直接影响空冷器的性能。事实上，正是由于翅片管的出现，才使空冷器得以发展。

图5-9空冷器的基本结构

翅片管型式应根据使用条件来选择，目前有各式各样的翅片管同时被广泛使用，常用的有以下几种。

L型翅片管：在光管外侧缠绕铝翅片或钢翅片，由于价格低廉，得到广泛的使用，其中在石油化工企业得到广泛的应用的有两种钢管缠绕铝翅片管：高翅片管和低翅片管双L型翅片管传热性能和抵抗大气腐蚀能力高于L型翅片管，可应用于湿式空冷器。这种翅片管的翅片根部互相重叠与管壁接触良好，保证了对管壁完全覆盖，可防止大气对管子表面的接触和腐蚀，使用温度有一定提高。

镶嵌式翅片管铝片嵌入钢管表面被挤压的深约0.25~0.5mm的螺旋槽中，同时将槽中挤出的金属用滚轮压回翅片根部。这种翅片管的最大优点是热工性能好，工作温度可达350-400℃，翅片温度可达260℃，缺点是不耐腐蚀，造价较高，如果压接不良(槽缘不贴紧铝翅片)，传热性能会大大降低，

双金属轧制翅片管双金属轧片管是较为理想的抗腐蚀的管子，完全克服了L型．LL型翅片管的缺点。双金属轧片管的内外管可以分别选材，内管根据热流体腐蚀情况和压力选定，如碳钢、不锈钢、合金钢、黄铜等。外管可选用既有较好的延展性，抗大气腐蚀能力强，又有良好的传热性能的金属，一般用铝和铜，经过轧制内外管可以完全紧密结合在一起。双金属轧片管除可用于管内为高腐蚀性流体外，还可用于湿式空冷器以抵抗管外侧的腐蚀。其缺点是造价高于L型翅片管，当轧制质量不佳时、会导致内外管接触不良，使传热效果恶化。优点是抗腐蚀性能好，使用寿命长，传热效率高，压降小，翅片整体性和刚度高．由于翅片牢固，不易变形，可用高压水清洗。

管箱是被冷却介质的集流箱，是空冷器的受压容器。管箱有如下结构型式：丝堵式管箱：在每根翅片管管端处有一丝堵(即螺塞)，便于装配时胀接翅片管，也便于检修时清扫。这类管箱因为制造简单，被作为基本型式。广泛应用于中、低压管束，用于汽油、煤油、柴油及其它轻质油品，缺点是丝堵及垫因数量较多，加工量较大。

可卸盖板式管箱：用于易凝介质，其特点是对翅片管和管箱的清扫方便。制造技术要求较丝堵式为高。可卸盖板式管箱由于密封面较大，容易产生泄漏，故其盖板、法兰都较厚，用料多，使用压力较丝堵式低，我国标准规定使用压力≤2.5MPa。

可卸帽盖式管箱：可卸帽盖式管箱和可卸盖板式管箱部属于法兰型管箱，其区别在于盖板式管箱可以不移动管线即可打开盖板，而帽盖式则需将管线移动后才能打开法兰，这种结构对翅片管的装配和检修更为方便。

集合管式管箱：用于高压情况下，国内经验值为32MPB。适用于含氢介质，采用不锈钢或其它耐腐蚀材料制造。

管子与管箱的连接管子与管箱的连接，有胀接、焊接及胀焊结合三种型式。胀接由于加工效率高，费用低，多被采用压力较低的环境，尤其是丝堵式管箱几乎全部采用胀接型式。焊接型式有密封焊、强度焊之分，密封焊主要用于防止流体渗漏的焊缝，强度焊指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。

胀焊结合是指在强度焊接后再轻微的胀接，不仅能改善连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命，用于设计压力大于14MPa，操作中受到反复热变形、热击、腐蚀及介质压力的作用，单独采用焊接或是胀接都难以解决问题的工况。因此目前胀焊并用方法已得到比较广泛的应用。

2、风机风机由叶片、轮鼓、支架、传动机构、风筒（圈）及电动机（驱动装置）等组成。空冷器风机的典型结构见下图。风机在空冷器强化传热中起着关键的作用．风机性能的优劣是衡量空冷器性能优劣的重要标志。由于空冷器需要的风量很大，而需要的压头却不是很大，所以空冷器的风机采用低压轴流风机，主要由轮毂和叶片组成的叶轮、传动装置和驱动装置组成，此外还有风筒（圈）、防护网和支架。

风机的基本结构

风机的运行方式主要有两种：鼓风式：空气先经风机再至管束，使用温度为(-40)~(80)℃；引风式：空气先经管束再至风机，使用温度为(-40)~(120)℃。

3、百叶窗由框架、窗叶、操纵机构和机械执行机构组成，起到控制风量，调节温度的作用。

六、管道和阀门化工厂的各种管路通称为化工管道。无论尺寸与型式如何，一般管路都由管子、管件、阀门、支吊架、仪表装置以及其它附件所组成。其作用是按生产工艺要求把有关的化工机器和设备以及仪表装置等连接起来，以输送各种介质。化工管道的种类繁多，其建设投资往往占化工厂全部建设投资的30％以上。6.1压力管道《特种设备安全监察条例》（2014）将压力管道定义为：是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于或等于50mm的管道。为规范压力管道管理，《压力管道安全管理与监察规定》中将压力管道按其用途划分为长输管道、公用管道和工业管道、动力管道。长输管道指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质的管道，为GA类，划分为GA1级和GA2级；公用管道指作于公用事业或民用燃气管道和热力管道，为GB类，划分为GB1和GB2级；工业管道指企事业单位所属的用于输送工艺、公用工程、及其他辅助介质的管道，为GC类，划分为GC1级、GC2、GC3级；动力管道指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道，为GD类，划分为GD1和GD2级。管道压力等级及管径系列为了简化管道及组件的规格，有利于管道组成件的标准化，在管道设计中将各种管道组成件按压力和直径两个参数进行适当分级，将在压力等级标准中规定的分级压力称为公称压力（用PN表示），将在管道直径系列标准中规定的分级直径称为公称直径（用DN表示）。国际通用的公称压力等级有两大体系，即欧洲体系和美洲体系。欧洲体系采用PN系列表示公称压力等级，如PN2.5、PN4.0等。美国等一些国家习惯采用Class系列表示公称压力等级，如Class150、Class600等。要注意的是PN和Class都是用来表示公称压力等级系列的符号，其本身并无量纲，二者的对应关系见下表。管道组成件，指用于连接或者装配成承载压力且密闭的管道系统的元件，包括管子、管件、法兰、密封件、紧固件、阀门、安全保护装置以及诸如膨胀节、挠性接头、耐压软管、过滤器、管路中的节流装置和分离器等。

PN系列与Class系列公称压力对照表

公称直径是与内径相近的某个数值，公称直径相同的钢管，外径是相同的，由于壁厚是变化的，所以内径也是变化的。

管道组成件管件：为了管路安装施工的方便，钢管的管件已逐步走向标准化，并由专门的工厂进行生产。目前在施工中普遍使用的定型管件有冲压弯头、挤压三通、顶拉焊接三通，铸造、锻制三通，模锻同心或偏心异径管、管帽等。这些管件与管子都用对焊连接，所以又叫对焊管件，常用的对焊管件如下图：

法兰：简单来说，法兰即联在管子或筒体、封头端部的一圈圆盘。圆盘上均匀地分布若干个螺栓孔，是将管道或容器作可拆连接时常用的重要零件。常见法兰形式如下图：法兰的密封面分为：平面（FF）、突面（RF)、凹凸面(MFM)、榫槽面(TG)、环连接面（RJ)

带颈平焊法兰（SO）

带颈对焊法兰（WN）

承插焊法兰（SW）

垫片：根据介质种类、压力和温度等使用条件及密封结构设计等制成各种各样的垫片。垫片按其外形可分为圆环形、扁圆形、矩形和椭圆形等，常见垫片结构形状如下图：a）圆环形

b）扁圆形

c）矩形

d）椭圆形

圆环形垫片按截面形状主要有矩形、梯形、八角形、椭圆形、波形、齿形、圆形、透镜形等，如下图所示：a)矩形

b)梯形

c)八角形

d)椭圆形e)波形

f)齿形

g)透镜形h)圆形

石油化工装置中常用的垫片有：非金属垫片、金属包覆垫片（有非金属）、金属缠绕垫片（有非金属）、金属波齿垫（有非金属）、金属八角垫等。紧固件：是连接、拧紧法兰，固定支架或机器设备的重要零件。常用有螺栓、螺母、垫圈等。这些零件都已经标准化了。视镜：多用于排液或受槽前的回流、冷却水等液体管路上，以观察液体流动情况。常用的有直通玻璃板式、三通玻璃板式、直通玻璃管式三种。管道过滤器：多用于泵、仪表（如流量计）、疏水阀前的液体管路上，要求安装在便于清理的地方。主要有Y型过滤器、锥形过滤器、直角式过滤器、高压管道过滤器等四种。阻火器：是一种防止火焰蔓延的安全装置，其工作原理是：当火焰通过狭小孔隙时，由于热损失突然增大，使燃烧不能继续而熄火，通常安装在易燃易爆气体管路上。常用的有砾石阻火器、金属丝网阻火器、波形散热式阻火器三种，具体结构见下图。

6.2阀门阀门是石油化工装置中使用十分广泛的控制部件，主要用于控制介质的流动，从而达到控制装置各部位温度、压力、流量在设计的指标上，保证装置的最佳运行。但阀门也是石油化工装置中最容易产生介质泄漏的部件，阀门的泄漏既可能是内漏也可以是外漏。由阀门产生的外漏既会污染环境又会增加介质的消耗，对于易燃易爆有毒有害的介质，阀门产生的外泄还可能引起中毒、火灾、爆炸等安全事故；而阀门内漏，轻则容易引起操作困难，重则可能因工艺指标无法控制而导致装置停车。因此阀门的选型、使用和维护在石油化工装置的设计和使用中都显得非常重要。按阀门的结构、作用原理和阀门用途的不同，可将阀门进行不同的分类，按结构可分为以下几类：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、旋塞阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、减压阀、安全阀、疏水阀、调节阀（仪表专业）等等；按用途可可分为关断用阀门、调节用阀门、保护用阀门等；如果要按使用温度、压力或阀门的驱动形式分，还可将阀门细分成更多的细类。

1、阀门型号

阀门型号由以下7个单位表示。类型代号类型代号闸阀Z旋塞阀X截止阀J止回阀和底阀H节流阀L安全阀A球阀Q减压阀Y蝶阀D疏水阀S隔膜阀G柱塞阀U阀门类型用汉语拼音代号表示（表1）阀门的传动方式用阿拉伯数字代号（表2）类型代号类型代号闸阀Z旋塞阀X截止阀J止回阀H节流阀L安全阀A球阀Q减压阀Y蝶阀D疏水阀S隔膜阀G柱塞阀U传动方式代号传动方式代号电磁动0伞齿轮5电磁-液动1气动6电-液动2液动7蜗轮3气-液动8正齿轮4电动9手轮、手枘和板手传动以及安全阀、减压阀、疏水阀省略本代号类型代号类型代号闸阀Z旋塞阀X截止阀J止回阀和底阀H节流阀L安全阀A球阀Q减压阀Y蝶阀D疏水阀S隔膜阀G柱塞阀U阀门的联接方式的阿拉伯数字代号（表3）阀座密封面或衬里材料的汉语拼音字母代号（表14）阀门结构形式的阿拉伯数字代号（表4～13）连接形式代号连接形式代号内螺纹1对夹7外螺纹2卡箍8法兰4卡套9焊接6

阀座密封面或衬里材料代号阀座密封面或衬里材料代号铜合金T渗氮钢D橡胶X硬质合金Y尼龙塑料N衬胶J氟塑料F衬铅Q锡基轴承合金（巴氏合金）BCr13不锈钢MMo2Ti不锈钢R18-8不锈钢E合金钢H阀体直接加工W闸阀形式代号明杆楔式弹

性

闸

板0刚性单闸板1双闸板2平行式单闸板3双闸板4暗杆楔式单闸板5双闸板6其中：闸阀结构形式代号（表4）其它阀门结构形式的阿拉伯数字代号（表5～13略）

2、阀门种类（1）闸阀。闸阀的启闭件是闸板，闸板的运动方向与流体方向相垂直。根据闸板的结构特点不同又可将闸阀分为楔式、平行式两种。闸阀的闸板有两个密封面，最常用的楔式闸板阀多为单闸板，由其两个密封面组成楔形，楔形角随阀门参数而异，通常为5°。关闭时依靠闸板与阀座之间的楔形配合进行密封；平行式闸阀的密封面与垂直阀体材料代号阀体材料代号钛及钛合金A球黑铸铁Q碳钢CMo2Ti系不锈钢RCr13系不锈钢H塑料S铬钼钢I铜及铜合金T可锻铸铁K铬钼钒钢V18-8系不锈钢P灰口铸铁Z铝合金L

注:公称压力注：公称压力小于1.6MPa的灰铸铁阀及公称压力大于2.5MPa的碳钢阀，阀体材料省略。阀体材料的字母代号（表15）公称压力数值：数值用阿拉伯数字直接表示，单位0.1MPa（即Kg/Cm2)。

中心平行，并大多制成双闸板，闸板中以带推力楔块的结构最常为常见，即在两闸板中间有双面推力楔块闸阀，关闭时利用推力块的涨力，使阀板与阀座的之间进行密封，也有在两闸板间带有弹簧的，弹簧能产生予紧力，有利于闸板的密封。闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力较小，密封面受介质的冲刷和侵蚀较少，开闭较省力。闸阀适用于制成大口径的阀门，闸阀虽然具有一定的调节性能，但一般只用在全开和全关的位式调节场所，而不用于调节和节流。闸阀适用于蒸汽、油品、水等介质，也适用于含有固体颗粒及黏度较大的介质，并适用于作为放空阀和低真空系统的阀门。但闸阀的结构比较复杂，密封面易磨损，而且损伤后维修比较困难。在操作闸阀时应注意下列事项：闸板的运动行程大于阀门的通径，但当闸板提升高度达到阀门通径的尺寸时，流体的通道就已经完全畅通，而在运行操作时实际上是很难准确判断这个位置的。因此在实际使用时往往以阀杆的顶点作为标志，即先将阀杆尽量上升，到开不动的位置为止，以此作为闸阀的全开位置。为了避免因温度变化和阀杆锈蚀等原因出现咬死阀门的现象，通常在阀杆开到顶点位置上再将手轮倒回l／2～1圈，以此作为闸阀的正常开启位置。具体见下图：

单闸板楔形闸阀

高压焊接平行双闸板闸阀平行双闸板闸阀

(2)截止阀。截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，流体的中心线作直线运动。与闸阀相比，