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文檔簡介
1、化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)一、化工設(shè)備的概念化工設(shè)備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的裝置,主要用于完成傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等過程,或用于儲(chǔ)存物料。二、化工設(shè)備的分類1、按結(jié)構(gòu)特征和用途分為容器、塔器、換熱器、反應(yīng)器(包括各種反應(yīng)釜、固定床或液態(tài)化床)和管式爐等。2、按結(jié)構(gòu)材料分為金屬設(shè)備(碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁、銅等)、非金屬設(shè)備(陶瓷、玻璃、塑料、木材等)和非金屬材料襯里設(shè)備(襯橡膠、塑料、耐火材料及搪瓷等)其中碳鋼設(shè)備最為常用。3、接受力情況分為外壓設(shè)備(包括真空設(shè)備)和內(nèi)壓設(shè)備,內(nèi)壓設(shè)備又分為常壓設(shè)備(操作壓力小于1kgf/cm2)、低壓設(shè)備(操作壓力在116kgf/cm2之間)、中壓
2、設(shè)備(操作壓力在16100kgf/cm2之間)高壓設(shè)備、(操作壓力在1001000kgf/cm2之間)和超高壓設(shè)備(操作壓力大于1000kgf/cm2)三、化工容器結(jié)構(gòu)與分類1、基本結(jié)構(gòu)在化工類工廠使用的設(shè)備中,有的用來貯存物料,如各種儲(chǔ)罐、計(jì)量罐、高位槽;有的用來對(duì)物料進(jìn)行物理處理,如換熱器、精儲(chǔ)塔等;有的用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),如聚合釜,反應(yīng)器,合成塔等。盡管這些設(shè)備作用各不相同,形狀結(jié)構(gòu)差異很大,尺寸大小千差萬別,內(nèi)部構(gòu)件更是多種多樣,但它們都有一個(gè)外殼,這個(gè)外殼就叫化工容器。所以化工容器是化工生產(chǎn)中所用設(shè)備外部殼體的總稱。由于化工生產(chǎn)中,介質(zhì)通常具有較高的壓力,故化工容器痛常為壓力容器。化工
3、容器一般由筒體、封頭、支座、法蘭及各種開孔所組成.1)筒體筒體是化工設(shè)備用以儲(chǔ)存物料或完成傳質(zhì)、傳熱或化學(xué)反應(yīng)所需要的工作空間,是化工容器最主要的受壓元件之一,其內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計(jì)算確定。圓柱形筒體(即圓筒)和球形筒體是工程中最常用的筒體結(jié)構(gòu)。2)封頭根據(jù)幾何形狀的不同,封頭可以分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種,其中以橢圓形封頭應(yīng)用最多。封頭與筒體的連接方式有可拆連接與不可拆連接(焊接)兩種,可拆連接一般采用法蘭連接方式。3)密封裝置化工容器上需要有許多密封裝置,如封頭和筒體間的可拆式連接,容器接管與外管道間可拆連接以及人孔、手孔蓋的連接等,可以說化工容器能否正常安全地
4、運(yùn)行在很大程度上取決于密封裝置的可靠性。4)開孔與接管化工容器中,由于工藝要求和檢修及監(jiān)測(cè)的需要,常在筒體或封頭上開設(shè)各種大小的孔或安裝接管,如人孔、手孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口接管,以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測(cè)溫儀表等接管開孔。5)支座化工容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。隨安裝位置不同,化工容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類,其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種。大型容器一般采用裙式支座。臥式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三種;以鞍式支座應(yīng)用最多。而球形容器多采用柱式或裙式支座。6)安全附件由于化工容器的使用特點(diǎn)及其內(nèi)部介質(zhì)的化學(xué)工藝特性,往往需要在容器上
5、設(shè)置一些安全裝置和測(cè)量、控制儀表來監(jiān)控工作介質(zhì)的參數(shù),以保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進(jìn)行?;と萜鞯陌踩b置主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全聯(lián)鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測(cè)溫儀表等。上述筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件等即構(gòu)成了一臺(tái)化工設(shè)備的外殼。對(duì)于儲(chǔ)存用的容器,這一外殼即為容器本身。對(duì)用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、分離等工藝過程的容器而言,則須在外殼內(nèi)裝入工藝所要求的內(nèi)件,才能構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品。2、分類從不同的角度對(duì)化工容器及設(shè)備有各種不同的分類方法,常用的分類方法有以下幾種。1)按壓力等級(jí)分按承壓方式分類,化工容器可分為內(nèi)壓容器與外壓容器。內(nèi)壓容器又可按設(shè)計(jì)壓力大小分為
6、四個(gè)壓力等級(jí),具體劃分如下:低壓(代號(hào)L)容器0.1MPa&p<1.6MPa;中壓(代號(hào)M容器1.6MPa&p<10.0MPa;高壓(代號(hào)H)容器10.0MPa&p<100MPa超高壓(代號(hào)U)容器p>100Mpa外壓容器中,當(dāng)容器的內(nèi)壓小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓時(shí)又稱為真空容器。2)按原理與作用分根據(jù)化工容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用,可分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器、儲(chǔ)存容器。反應(yīng)容器(代號(hào)F0主要是用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器,如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、聚合釜、合成塔、蒸壓釜、煤氣發(fā)生爐等。換熱容器(代號(hào)E)主要是用于完成介質(zhì)熱量交換的容器。如管殼式余
7、熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器等。分離容器(代號(hào)S)主要是用于完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的容器。如分離器、過濾器、蒸發(fā)器、集油器、緩沖器、干燥塔等。儲(chǔ)存容器(代號(hào)C,其中球罐代號(hào)B)主要是用于儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的容器。如液氨儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐等。在一臺(tái)化工容器中,如同時(shí)具備兩個(gè)以上的工藝作用原理時(shí),應(yīng)按工藝過程的主要作用來劃分品種。3)按相對(duì)壁厚分按容器的壁厚可分為薄壁容器和厚壁容器,當(dāng)筒體外徑與內(nèi)徑之比小于或等于1.2mm時(shí)稱為薄壁容器,大于1.2mm時(shí)稱厚壁容器。4)按支承形式分當(dāng)容器采用立式支座支承時(shí)叫立式容器,用臥式支座支承時(shí)叫臥式容器
8、。5)按材料分當(dāng)容器由金屬材料制成時(shí)叫金屬容器;用非金屬材料制成時(shí),叫非金屬容器。6)按幾何形狀分按容器幾何形狀,可分為圓柱形、球形、橢圓形、錐形、矩形等容器。7)按安全技術(shù)管理分上面所述的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)或使用狀況,還不能綜合反應(yīng)壓力容器面臨的整體危害水平。例如儲(chǔ)存易燃或毒性程度中度以及上危害介質(zhì)的壓力容器,其危害性要比相同幾何尺寸、儲(chǔ)存毒性程序輕度或非易燃介質(zhì)的壓力容器大得多。壓力容器的危害性還與其設(shè)計(jì)壓力p和全容積V的乘積有關(guān),pV值愈大,則容器破裂時(shí)爆炸能量愈大,危害性也愈大,對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。為此,壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程采用
9、既考慮容器壓力與容積乘積大小,又考慮介質(zhì)危害程度以及容器品種的綜合分類方法,有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理該方法將壓力容器分為三類。(1)、第三類壓力容器具有下列情況之一的為第三類壓力容器。高壓容器;中壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì));中壓儲(chǔ)存容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì),且pV乘積大于等于10MPam3)中壓反應(yīng)容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì),且pV乘積>0.5MPa.m3);低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì),且pV乘積0.2MPam3);高壓、中壓管殼式余熱鍋爐;中壓搪玻璃壓力容器;使用強(qiáng)度級(jí)別較高(指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限大于等于540MPa)
10、的材料制造的壓力容器;移動(dòng)式壓力容器,包括鐵路罐車(介質(zhì)為液化氣體、低溫液體)罐式汽車液、化氣體運(yùn)輸(半掛)車、低溫液體運(yùn)輸(半掛)車、永久氣體運(yùn)輸(半掛)車和罐式集裝箱(介質(zhì)為液化氣體、低溫液體)等;球形儲(chǔ)罐(容積大于等于50m3;(11)低溫液體儲(chǔ)存容器(容積大于5m3)。(2)、第二類壓力容器具有下列情況之一的為第二類壓力容器。中壓容器;低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì));低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器(僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì));低壓管殼式余熱鍋爐;低壓搪玻璃壓力容器。(3)、第一類壓力容器除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。四、化工塔設(shè)備的分類和結(jié)構(gòu)(一)塔設(shè)
11、備的分類1、按操作壓力分類:加壓塔,減壓塔;常壓塔。2、按化工單元操作分類:精儲(chǔ)塔;吸收塔和解吸塔;萃取塔;反應(yīng)塔;再生塔;干燥塔3、按氣液接觸的基本構(gòu)件分類:填料塔;板式塔(二)塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)1、塔設(shè)備的基本部件:支座;液體出口;填料支承;卸料孔;塔體;填料;液體再分布器:噴淋裝置1)塔體塔體是塔設(shè)備的主要部件,大多數(shù)塔體是等直徑、等壁厚的圓筒體,頂蓋以橢圓形封頭為多。但隨著裝置的大型化,不等直徑、不等壁厚的塔體已逐漸增多。塔體除滿足工藝條件對(duì)它提出的強(qiáng)度、剛度要求外,還應(yīng)考慮風(fēng)力、地震、偏心載荷所帶來的影響,以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開停工等情況。塔體材質(zhì)常采用的有:鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹
12、耐酸鋼(復(fù)層、襯里)等。2)塔體支座塔設(shè)備常采用裙式支座。它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,來承受塔體操作重量、風(fēng)力、地震等引起的載荷。塔體支座的材質(zhì)常采用碳素鋼,也有采用鑄鐵的。3)塔體附件接管;人孔和手孔;吊耳;吊柱;平臺(tái)和爬梯。2、填料塔1一裙座;2裙座人孔;3塔底液體出口;4裙座氣孔;5塔體;6人孔;7蒸汽入口;8塔板;9一回流入口;10一吊柱;11塔頂蒸汽出口;12一進(jìn)料口填料塔是化學(xué)工業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一,在塔內(nèi)設(shè)置填料使氣液兩相能夠達(dá)到良好傳質(zhì)所需的接觸面積。填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單,便于用耐腐蝕材料制造,適應(yīng)性較好。填料塔廣泛的應(yīng)用在蒸儲(chǔ)、吸收和解吸操作,而在大型裝置中,填料塔的使
13、用范圍正在擴(kuò)大。六十年代后期,直徑超過3米的填料塔已十分普遍。目前,填料塔不僅可以大型化,而且在某些方面超過了板式塔的規(guī)模。所以,近代化學(xué)、石油工業(yè)中,填料塔的地位變得日益重要。近來,由于塔內(nèi)采用接觸面積較大的矩鞍型或聚丙烯鮑爾環(huán)填料,經(jīng)實(shí)踐證明,已克服大型填料塔的不足,顯示出效率高,處理量大,壓力降小等優(yōu)點(diǎn)。1)填料i、填料的選擇填料塔操作的好壞與選用填料的正確與否有很大關(guān)系。選擇填料的原則如下:單位體積填料的表面積要大;使氣液相接觸的自由體積要大;對(duì)氣相阻力要小,即空隙截面積大;重量要輕;機(jī)械強(qiáng)度要高;耐介質(zhì)腐蝕,經(jīng)久耐用;價(jià)格低廉。填料的選擇,應(yīng)根據(jù)操作壓力和介質(zhì)來選擇填料的材質(zhì),根據(jù)操
14、作工藝要求,選擇填料的型式,根據(jù)填料塔徑選擇填料尺寸。ii、填料的分類工業(yè)用填料大致分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類。出、填料材質(zhì)選擇填料要根據(jù)被處理物料的腐蝕性及操作壓力,確定使用填料的材質(zhì)。iv、填料尺寸選擇填料尺寸選定與塔徑尺寸有關(guān),一般要求塔徑與填料直徑之比不能太小,否則,填料與塔壁的間隙過大,易使液體沿塔壁空隙流下,使截面上液體分布不均。V、常用填料的特性拉西環(huán)拉西環(huán)使用歷史悠久,各種參數(shù)比較完整;設(shè)計(jì)與操作經(jīng)驗(yàn)豐富,外形簡單、制造方便;取材容易、造價(jià)低廉,適用于非金屬耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。但拉西環(huán)由于表面積利用率低,因而使塔的生產(chǎn)能力降低,阻力較大,加上自身的形狀決定了它溝流和壁流嚴(yán)重
15、,使氣液分布不均勻,氣一液接觸不良。鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)除鋼制外,還有用陶瓷和塑料制成的。具有如下優(yōu)點(diǎn):對(duì)于同樣的空隙率而言,阻力比拉西環(huán)小,因而可提高氣速,生產(chǎn)能力可以提高。由于小窗葉片向環(huán)中心彎,液體分布較為均勻,所以溝流和壁流情況比拉西環(huán)好。開小窗后表面積比拉西環(huán)要大,且環(huán)內(nèi)表面得以充分利用,以進(jìn)行氣液傳質(zhì),而拉西環(huán)內(nèi)表面利用率較低。操作彈性范圍大。在一般情況下,當(dāng)同樣壓降時(shí),處理量比拉西環(huán)大50%以上;在同樣處理量時(shí),壓降可降低,傳質(zhì)效率能提高20%左右。、鞍形填料鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形兩種。此種填料常用于吸收操作,處理腐蝕性介質(zhì)較為適宜,且成本低。近來,又對(duì)矩鞍形填料予以改進(jìn)。它是目前瓷
16、制填料中處理量大,效率較高的一種。2)塔設(shè)備噴淋裝置在塔頂部裝設(shè)噴淋裝置,可使塔頂引入的液體能沿塔截面均勻分布進(jìn)入填料層,避免部分填料得不到濕潤,降低填料層的有效利用率,影響傳質(zhì)效果。噴淋裝置的類型很多,常用的如下表:管式噴淋型蓮蓬頭式盤式溢流式槽式噴淋裝置類型反射板式?jīng)_擊式寶塔式離心式機(jī)械式管式噴淋器小直徑的填料塔(300mmz下)可以采用管式噴淋器,。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,缺點(diǎn)是噴淋面積小而且不均勻。管式噴淋器:直管;彎管;多孔直管式對(duì)于直徑稍大的填料塔(1200mm以下),可以采用多孔環(huán)管噴淋器,。環(huán)狀管的下面開有小孔,小孔直徑為48mm共有35排,小孔面積總和約與管截面積相等,環(huán)管中
17、心圓直徑一般為塔徑的6080%。這種噴淋器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,制造及安裝方便,但缺點(diǎn)是噴淋面積小,不夠均勻,而且液體要清潔,否則小孔易堵塞。蓮蓬頭式噴淋器這種結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最普遍的一種噴淋裝置,結(jié)構(gòu)簡單,噴淋較均勻。蓮蓬頭可以作成半球形、碟形或杯形,它懸于填料上方中央處,液體經(jīng)小孔分股噴出,蓮蓬頭直徑一般為塔徑的2030%,小孔直徑為315mm它的安裝位置離填料表面此種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是容易堵塞,液體分布情況與壓頭有關(guān),的距離一般約為(0.51),所以適用于料液清潔且料液壓頭不變或變化不大的情況,一般用于直徑600mmz下的塔設(shè)備。溢流型噴淋器盤式分布器是常用的一種溢流型噴淋裝置,液體經(jīng)過進(jìn)液管加到噴淋盤內(nèi)
18、,然后從噴淋盤內(nèi)的降液管溢流,噴淋到填料上。降液管一般按等邊三角形排列,焊接在噴淋盤的分布板上。沖擊型噴淋器反射板式噴灑器為沖擊型的一種,利用液流沖擊反射板(可以是平板、凸板或錐形板)以飛濺分布液體。最簡單的結(jié)構(gòu)為平板,液體循中心管流下,沖擊后分成液滴并向各方飛濺。3)液體再分布裝置由于工藝條件的要求,需要的填料層總高度較大,當(dāng)噴淋液體噴到填料表面后,液體有流向塔壁造成“壁流”的傾向,稱為“干錐體”現(xiàn)象,使液體分布不均,降低了填料塔的效率。為避免產(chǎn)生“干錐體”現(xiàn)象,必須在塔結(jié)構(gòu)上采取措施,即沿填料層每隔一段距離,裝設(shè)液體再分布器,使其在整個(gè)高度的填料層內(nèi)部都得到噴淋液的均勻分布。分配錐是最簡單
19、的一種結(jié)構(gòu),適用塔徑在600800mm勺塔,槽形液體再分配器,器上的通孔是增加氣體通過的截面積,使氣體通過再分配器時(shí),速度變化不大,該分布器適用塔徑600mmz上的塔。4)填料的支承結(jié)構(gòu)填料的支承結(jié)構(gòu)不但要有足夠的強(qiáng)度和剛度,而且須有足夠的自由截面積,否則會(huì)增大塔的壓力降,使在支承處不致首先發(fā)生液泛。在工業(yè)填料塔中,最常用的填料支承是柵板,它是用豎扁鋼制成,5)除沫器除沫器是用來捕集夾帶在氣相中液滴的裝置,裝在塔內(nèi)頂部,它能起到保證傳質(zhì)效率,降低物料損失,改善塔后壓縮機(jī)或真空泵的操作狀況以及減少對(duì)環(huán)境污染的作用。小型除沫器常見的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及絲網(wǎng)除沫器,其中絲網(wǎng)除沫器采用最多
20、,它適用于分離5微米的液滴,其除沫率可達(dá)99%絲網(wǎng)由一定規(guī)格編織成的絲網(wǎng)帶卷制成盤狀物,再用支承板加以固定,絲網(wǎng)帶可用金屬或非金屬材料制成,絲網(wǎng)支承柵板的自由截面積應(yīng)大于90%適用于潔凈氣體。若在氣液中含有粘結(jié)物時(shí),則易堵塞網(wǎng)孔,影響塔的正常操作。三、板式塔板式塔因空塔速度比填料塔高,所以生產(chǎn)強(qiáng)度比填料塔大。板式塔的塔板結(jié)構(gòu)有多種,它是決定塔特性的主要因素。1、塔板的主要部件有:1)降液管降液管的作用是使液體由上一層塔板流到下一層塔板。2)出口堰出口堰具有維持板上液層高度及使液流均勻的作用。3)入口堰其作用是使上一層板流入的液體能在板上均勻分布,并減少進(jìn)入處液體水平?jīng)_出。降液管與下層塔板至入口
21、堰處稱為受液盤,這種結(jié)構(gòu)便于液體的側(cè)線抽出。在低液流量時(shí),仍能造成正液封,具有改變液體流向的緩沖作用。塔板塔板有整塊式或分塊式兩種。(1)整塊式塔板此種塔板一般用于塔徑小于800mm人不便進(jìn)入安裝和檢修的塔內(nèi)。塔體由若干塔節(jié)組成,塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。塔板與塔板之間用管子支承。塔板與塔壁間隙用填料來密封。(2)分塊式塔板分塊式塔板用于塔徑在900mmz上,人可以進(jìn)入的塔內(nèi)。塔體為一焊制整體圓筒,不分塔節(jié),而塔板是分成數(shù)塊,通過人孔送入塔內(nèi),裝到焊在塔內(nèi)壁的塔板固定件上。為了進(jìn)行塔內(nèi)清洗和檢修,在塔板中央設(shè)置一塊內(nèi)部通道板,通道板應(yīng)為上、下均可拆的。塔板上的鼓泡構(gòu)件型式很多,常用鼓泡構(gòu)件為泡
22、罩、浮閥等。下節(jié)分別敘述。(3)泡罩塔板泡罩塔板所用的泡罩有圓形和條形兩類,其主要特點(diǎn)是鼓泡元件各具有開氣管。上升氣體經(jīng)升氣管由泡罩齒縫吹入液層,兩相接觸密切,加之板上液層較高,兩相接觸時(shí)間較長,分離效果較好。但由于氣體通過泡罩的路線曲折及液層較高,導(dǎo)致壓降及霧沫夾帶增高等缺點(diǎn)。同時(shí),由于塔板上液面梯度較大,氣相分布不均,影響傳質(zhì)效率,這也是泡罩結(jié)構(gòu)所造成的。(4)浮閥塔板及特點(diǎn)生產(chǎn)能力大,比泡罩塔板約提高2040%,與篩板塔相近。操作彈性大,在較寬的氣速變化范圍內(nèi),板效率變化較小,其彈性范圍(即最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比)為79。由于氣一液接觸狀態(tài)良好,以及氣體為水平方向吹出,霧沫夾帶量小,因此
23、塔板效率高,比泡罩塔效率可提高15%左右。液面梯度小,蒸汽分配比較均勻,塔板壓降比泡罩塔小。塔板結(jié)構(gòu)簡單,安裝容易。浮閥塔板結(jié)構(gòu)與泡罩塔板類同。操作時(shí)氣流自下而上吹起浮閥,從浮閥周邊水平方向吹入塔板上液層,進(jìn)行兩相接觸。液體則由上一層塔板的降液管流入,經(jīng)進(jìn)口堰均布,再橫向流過塔板與氣相接觸傳質(zhì)后,再經(jīng)溢流堰進(jìn)入降液管,流入下一層塔板。五、化工換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)和分類1.化工換熱設(shè)備是在化工生產(chǎn)過程中即化學(xué)反應(yīng)物中實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的設(shè)備,使熱量從溫度較高的流體傳給另一種溫度較低的流體。在化肥、化工、煉油工業(yè)生產(chǎn)中,常常進(jìn)行著各種不同的換熱過程,特別是近年開發(fā)的各種化工工藝,充分進(jìn)行了熱能的綜合利用,各種
24、型式的高效、節(jié)能換熱設(shè)備不斷推出,應(yīng)用到不同的冷換操作單元中。例如:加熱或冷卻、蒸發(fā)或冷凝。換熱設(shè)備就是在生產(chǎn)過程即化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的設(shè)備,使熱量從溫度較高的流體傳給另一種溫度較低的流體。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,為達(dá)到熱量的充分利用和滿足工藝參數(shù),換熱設(shè)備可以是熱交換器(如兩流體介質(zhì)相互換熱)、冷凝器(如用水蒸汽冷凝)、加熱器(如高溫工藝氣加熱水)、冷卻器(如水或液體氨作冷載體)等。在化工生產(chǎn)中,換熱設(shè)備不但作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備,而且在其他設(shè)備中也常附有換熱設(shè)備或換熱部分,如蒸儲(chǔ)設(shè)備中的回流冷凝器,蒸發(fā)設(shè)備中的加熱,高低變爐和氨合成塔中觸媒的換熱等,均為重要的不可缺少的化工操作設(shè)
25、備。2.化工生產(chǎn)流程中,用于汽液、汽氣、氣氣、液液之間的換熱設(shè)備,按熱量的授受方式可分為、表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動(dòng),通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流,兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的熱交換器。蓄熱式換熱器是借助于由固體構(gòu)成的蓄熱體,把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體,蓄熱體與高溫流體接觸一定時(shí)間,接受和儲(chǔ)蓄了一定熱量,然后與低溫流體接觸一定時(shí)間,把熱量釋放給低溫流體。蓄熱式換熱器有用在一段爐對(duì)流段上的旋轉(zhuǎn)換熱器,回收煙氣溫度用于預(yù)熱燃燒空氣;還有閥門切換式換熱器等。流體連接間接式換熱器,是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的
26、換熱器,熱載體在高溫流體熱交換器和低溫流體之間循環(huán),在高溫流體換熱器接受熱量,在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。直接接觸式熱交換器是兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備,例如:冷水塔、氣體冷凝器等。換熱器按用途還可分為:加熱器把流體加熱到必要的溫度,但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。預(yù)熱器預(yù)先加熱流體,為后序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù);過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀態(tài);蒸發(fā)器用于加熱流體,達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度,使其流體蒸發(fā),一般有相的變化。四、化工裝置常用換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)1、管殼式換熱器管殼式換熱器的類型和優(yōu)缺點(diǎn)常用的管殼式換熱器有固定管板式、浮頭式和"U'形管式。固定
27、管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低,制造容易,管程清洗檢修方便。殼程清洗困難,管束制造后有溫差應(yīng)力存在,當(dāng)冷熱兩流體的平均溫差較大,或殼體和傳熱管材料熱膨脹系數(shù)相差較大、熱應(yīng)力超過材質(zhì)的許用應(yīng)力時(shí),在殼體上應(yīng)設(shè)膨脹節(jié),由于膨脹節(jié)不能承受較大內(nèi)壓,所以換熱器殼程壓力不能太高。固定管板式換熱器適用于兩種介質(zhì)溫差不大(一般應(yīng)低于30C),或溫差較大但殼程壓力不高的復(fù)條件。2.浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是殼體和管束的溫差不受限制,管束清洗和檢修較為方便,管程、殼程均容易清掃。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)雜,密封要求較高,一旦泄漏在線處理較為困難。一般在溫差較大的化工單元操作中設(shè)置浮頭式換熱器。U形管式換熱器,克服了固定管板式和浮頭式
28、換熱器的缺點(diǎn),但在U形拐彎處很難清洗干凈,更換管子較為困難,特別是管板中心部的U形管,泄漏后只能堵管,要想更換管子必須從管板處全部切除,造成很大浪費(fèi)。U形管換熱器適用于兩種流體溫差較大,且殼程易結(jié)垢的條件。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)i、固定管板式換熱器固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成,如圖1-12所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束,管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上,兩端管板直接和殼體焊接在一起,殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上,管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固,管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起。管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器,管程可以用隔板分
29、成任何程數(shù)。應(yīng)用極為廣泛。近年來,也有設(shè)計(jì)開發(fā)出固定管板的撓性管板,即薄管板式換熱器,這是根據(jù)彈性薄圓板理論,在均勻載荷作用下周邊固定支承的圓平板產(chǎn)生的撓度可被看作在管板布管區(qū)的變形,無論是熱應(yīng)力還是管殼溫差應(yīng)力撓性變形薄管板均能承受,它的應(yīng)用比常規(guī)的固定管板式換熱器更具有優(yōu)點(diǎn)。3.薄管板換熱器用于中壓、大直徑換熱設(shè)備上更有滿意的效果。薄管板的結(jié)構(gòu)一般有三種型式,如圖113。圖113薄管板結(jié)構(gòu)(a)凸面薄管板;(b)平面薄管板;(c)凹面薄管板ii、浮頭式換熱器浮頭式換熱器主要由殼體、浮動(dòng)式封頭管箱、管束等部件組成,如圖1-14所示。它的一端管板固定在殼體與管箱之間,另一端管板可以在殼體內(nèi)自由
30、移動(dòng),也就是殼體和管束熱膨脹可自由,故管束和殼體之間沒有溫差應(yīng)力。一般浮頭設(shè)計(jì)成可拆卸結(jié)構(gòu),使管束可自由地抽出和裝入。浮頭式換熱器的浮頭也有不同的結(jié)構(gòu)型式,常用的如圖115所示,它是用鉗形環(huán)和螺栓使浮頭和管板密封貼合,以使管內(nèi)和管間流體互不滲漏。這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在用的不多了。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,采用了圖1-16所示結(jié)構(gòu),即浮頭蓋法蘭直接和鉤圈用螺栓緊固,使浮頭法蘭和活動(dòng)的管板密封貼合,雖然減少了管束的有效傳熱面積,但密封性可靠,整體也較緊湊。iii、"U'形管式換熱器U形管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是換熱管做成U形,兩端固定在同一塊管板上,由于殼體和管子分開,可以不考慮熱膨脹,管束可以自由伸縮,
31、不會(huì)因?yàn)榱黧w介質(zhì)溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U形管換熱器只有一塊管板,沒有浮頭,結(jié)構(gòu)比較簡單。管束可以自由抽出和裝入,方便清洗。由于換熱管均做成半徑不等的U形彎,最外層損壞后可更換外,其余的管子損壞只有堵管。同時(shí)和固定管板式換熱器相比,它的管束的中心部分存有空隙,流體很容易走短路,影響了傳熱效果,管板上排列的管子也比固定管板式換熱器少,體積有些龐大。由于U形管曲率半徑不一樣,也增加了制造程序,加上切管長短不一,流體流動(dòng)狀態(tài)下的分布也不均勻,堵管后更減少了換熱面積。圖1-15浮頭結(jié)構(gòu)之一圖1-16浮頭結(jié)構(gòu)之二圖1-17U形管式換熱器1一吊耳;2蓋板;3法蘭;4接管;5接管;6隔板;7接管;8一短管;9一
32、殼體;10折流板;11一擋板;12一拉桿;13一列管;14一放氣管;15一封頭;16一接管;17一支座;18一支座;19一接管;20短管;21法蘭;22管板;23一接管;24一接管;25一管箱U形管換熱器,一般使用于高溫高壓的場合,在壓力高時(shí),須加厚管子彎管段的壁厚。為增加流體介質(zhì)在殼程內(nèi)的流速,可在殼體內(nèi)設(shè)置折流板和縱向隔板,以提高傳熱效果。2、板式換熱器板式換熱器是一種高效換熱器,在工廠應(yīng)用中有傘板換熱器和平板換熱器,化工裝置中常用后一種。工作原理如圖1-18。板式換熱器的特點(diǎn):、體積小,占地面積少。、傳熱效率高,可使在低速下強(qiáng)化傳熱。圖118板式換熱器工作原理圖、組裝方便,當(dāng)增加換熱面積
33、時(shí),只多裝板片,進(jìn)出口管口方位不需變動(dòng)。、熱損失小,不需保溫,熱損失只為1%左右。、拆卸、清洗方便,檢修容易在現(xiàn)場進(jìn)行。特別對(duì)于易結(jié)垢的介質(zhì),板片隨時(shí)拆下清洗。、使用壽命長。一組板式換熱器,一般可使用58年,而后常因橡膠板條老化而泄漏,拆下后重新粘結(jié)板條,組裝板片可繼續(xù)使用。、板式換熱器的缺點(diǎn)是密封周邊較長,容易泄漏,使用溫度只能低于150C,承受壓差較小,處理量較小,一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。板式換熱器的結(jié)構(gòu)及部件性能:板式換熱器的整體結(jié)構(gòu)如圖1-19,主要有傳熱板片、密封板條、兩端壓板、固定螺栓、支架、進(jìn)出口管等部件組成。圖119板式換熱器結(jié)構(gòu)圖1固定板;2一進(jìn)口;3一孔;4一支架;5
34、一螺栓;6一孔;7螺桿;8夾緊螺栓;9一螺母;10一防松螺母;11一下導(dǎo)桿;12立柱;13一緊固壓板;14一上滑桿;15板片;16膠墊;17板片;18壓緊板、傳熱板片傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件,一股波紋做成人字形,但A板和B板人字相反,如圖1-20。按照流體介質(zhì)的不同,傳熱板片的材質(zhì)也不一樣,大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。制作工藝為平板沖壓,大多壓成矩形板片。、密封板條板式換熱器的泄漏多是因?yàn)槊芊獍鍡l壓制錯(cuò)位或者老化引起的,所以在開始組裝或者解體時(shí)必須選擇合適的密封板條,以適用流體介質(zhì)的性能。一般選用乙丙膠、丁月青橡膠、氯丁橡膠等,然后用401號(hào)粘結(jié)劑粘牢固化后組裝。對(duì)于使用的密封板
35、條應(yīng)有嚴(yán)格的技術(shù)要求,例如:耐溫、彈性好,抗大氣腐蝕、抗陽光紫外線、抗老化等性能。、端蓋兩端蓋主要是夾緊壓住所有的傳熱板片,保證流體介質(zhì)不泄漏,一般為碳素,端蓋應(yīng)平滑,不應(yīng)有變形、腐蝕、銹蝕等缺陷。、固定螺栓固定螺栓一般是通桿螺紋,預(yù)緊螺栓時(shí),一定用力矩扳手,使固定板片的力均勻。螺紋裸露部分,一定用塑料套管保護(hù),防止銹蝕。、支架支架是掛傳換板片的,對(duì)于不同型號(hào)的換熱器,支架的高度、長度也不一樣,同時(shí),支架下部有和基礎(chǔ)固定的螺栓。吊裝和安裝換熱器時(shí),嚴(yán)格選擇吊點(diǎn),防止支架變形。、進(jìn)出口管進(jìn)出口管和兩端壓蓋聯(lián)在一起,值得注意的是在進(jìn)出口管內(nèi)襯有橡膠襯套,安裝時(shí)不能被外部壓變形,否則很容易造成泄漏。
36、傳熱板片:1一人字形板片;2密封板條第二節(jié)化工用機(jī)泵概述及其分類一、化工泵的概述在化工裝置中,使用著各種各樣的泵,這些泵作為化工生產(chǎn)中的一個(gè)要素,有助于生產(chǎn)過程中液體的流動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,對(duì)提高工廠生產(chǎn)率起著相當(dāng)重要的作用。通常我們把增加液體能量的機(jī)器叫做泵?;け糜捎谒斔鸵后w的種類和性質(zhì)不同,選擇的泵的結(jié)構(gòu)和材料也不一樣,化工泵常選些特殊材質(zhì)和特殊結(jié)構(gòu)的泵來滿足化工工藝的需要。因此,對(duì)化工泵的特殊要求有以下幾點(diǎn)。1、能適應(yīng)化工工藝條件泵在化工生產(chǎn)中,不但輸送液體物料并提供工藝要求的必要壓力外,還必須保證輸送的物料量,在一定的化工單元操作中,要求泵的流量和揚(yáng)程要穩(wěn)定,保持泵高效率可靠運(yùn)行。
37、2、耐腐蝕化工泵輸送的介質(zhì),包括原料、反應(yīng)中間物等往往多為有腐蝕性介質(zhì)。這就要求泵的材料選擇適用和合理,保證泵的安全、穩(wěn)定、長壽命運(yùn)轉(zhuǎn)3、耐高溫或低溫化工泵輸送的高溫介質(zhì),有流程液體物料,也有反應(yīng)過程所需要和所產(chǎn)生的載熱液體。例如:冷凝液泵、鍋爐給水泵、導(dǎo)熱油泵。化工泵輸送的低溫介質(zhì)種類也很多,例如:液氧、液氮、甲烷等,泵的低溫工作溫度大都在-20C-100C。不管輸送高溫或低溫的化工泵,選材和結(jié)構(gòu)必須適當(dāng),必須有足夠的強(qiáng)度,設(shè)計(jì)、制造的泵的零件能承受熱的沖擊、熱膨脹和低溫冷變形、冷脆性等的影響。4、耐磨損、耐沖刷由于化工泵輸送的物液中含有懸浮固體顆粒,同時(shí)泵的葉輪、腔體也有的在高壓高流速下工
38、作,泵的零部件表面保護(hù)層被破壞,其壽命較短,所以必須提高化工泵的耐磨性、耐沖刷性,這就要求泵的材料選用耐磨的鉆鋼、陶瓷、鑄鐵等,選用耐沖刷的鈦材、鉆鋼等。5、無泄漏化工泵輸送的液體介質(zhì)多數(shù)為易燃、易爆、有毒有害,一旦泄漏嚴(yán)重污染環(huán)境,危及人身安全和職工的身心健康,更不符合無泄漏工廠和清潔文明工廠的要求,這就必須保證化工泵運(yùn)行時(shí)不泄漏,在泵的密封上采用新技術(shù)新材料,按規(guī)程操作,高質(zhì)量檢修。二、化工泵的分類化工泵的類型繁多,通常按其不同的工作原理可分以下幾類。1、容積式泵容積式泵是利用泵缸體內(nèi)容積的連續(xù)變化輸送液體的泵,如往復(fù)泵、活塞泵、齒輪泵、螺桿泵。2、葉片泵葉片泵是指通過泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)各種葉
39、輪葉片給液體以離心力或軸向力壓送液體到管道或容器的泵,如離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵等。3、液體動(dòng)力泵它是依靠另一種工作流體的流量流速抽送液體或壓送液體的動(dòng)力裝置。例如噴射泵、空氣升液器等。三、離心泵的工作原理、結(jié)構(gòu)和作用(一)離心泵的工作原理在化工裝置中使用的各種泵,一般來說是把所需要的一定量的液體打到工藝所要求的高度,或送入有一定壓力的容器。這種在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的液體量即為泵的流量,其單位通常用L/s&或m3/h(表示。所要求的高度或所要求的壓力,即相當(dāng)于泵的揚(yáng)程。實(shí)際揚(yáng)程加上輸送液體的管路內(nèi)各種損失壓頭,即為泵的總揚(yáng)程,單位通常用液柱高度(米)來表示。離心泵開泵之前,打開出入
40、管道閥,泵體內(nèi)應(yīng)充滿流體,當(dāng)泵葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉輪的葉片驅(qū)使流體一起轉(zhuǎn)動(dòng),使流體產(chǎn)生了離心力,在此離心力的作用下,流體沿葉片流道被甩向葉輪出口,經(jīng)擴(kuò)壓器、蝸殼送入排出管。流體從葉輪獲得能量,使壓力能和速度能增加,當(dāng)一個(gè)葉輪不能滿足流體足夠能量時(shí),可用多級(jí)葉輪串聯(lián),獲取較高能量。在流體被甩向葉輪出口的同時(shí),葉輪中心入口處的壓力顯著下降,瞬時(shí)形成了真空,入口管的流體經(jīng)泵吸入室進(jìn)入了葉輪中心,這樣當(dāng)葉輪不停地旋轉(zhuǎn),流體就不斷地被吸入和排出,將流體送到管道和容器中。離心泵的工作過程,就是在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將機(jī)械能傳給葉輪內(nèi)的流體,使它轉(zhuǎn)換為流體的流動(dòng)能,當(dāng)流體經(jīng)過擴(kuò)壓器時(shí),由于流道截面大,流速減慢,使一部分動(dòng)能
41、轉(zhuǎn)換成壓力能,流體的壓力就升高了。所以流體在泵內(nèi)經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換,即從機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體動(dòng)能,該動(dòng)能部分地又轉(zhuǎn)換為壓力能,從而泵就完成輸送液體的任務(wù)。(二)離心泵主要部件的結(jié)構(gòu)與作用離心泵主要由吸入、排出部分,葉輪和轉(zhuǎn)軸、軸密封,擴(kuò)壓器和泵殼等四大部分組成,主要部件的結(jié)構(gòu)如圖21。1、葉輪(1)、葉輪的形狀葉輪是抽送液體作用的主體,是離心泵最重要的部件,離心泵是由葉輪的離心力作用,給予抽送流體以速度能,并將該速度能的一部分轉(zhuǎn)換為壓力能,提高流體的壓力和速度,完成泵輸送液體的過程。泵葉輪的形狀隨著比轉(zhuǎn)數(shù)的不同有不同的差別,葉輪按比轉(zhuǎn)數(shù)從小到大的順序和液體在葉輪中流動(dòng)的方向,可分為徑流式葉輪、混流式
42、葉輪、斜流式葉輪、軸流式葉輪,如圖22。若按葉輪結(jié)構(gòu)可分為閉式葉輪、開式葉輪、誘導(dǎo)輪全開式葉輪、半開式葉輪,閉式葉輪離心泵基本組成1一泵殼;2一擴(kuò)壓器;3吸入室;4排出室;5蝸殼;6一葉輪;7一環(huán);8軸密封;9轉(zhuǎn)軸葉輪形狀(a)閉式葉輪;(b)開式葉輪;(c)誘導(dǎo)輪全開式葉輪;(d)半開式葉輪閉式葉輪的前面和后面分別有前蓋板、后蓋板、葉片、輪轂組成,葉輪內(nèi)形成完全密封的流道。閉式葉輪揚(yáng)程高、效率高,廣泛應(yīng)用到化工裝置中無雜質(zhì)的流體介質(zhì)上。、誘導(dǎo)輪全開式葉輪誘導(dǎo)輪全開式葉輪是在葉輪前部焊接帶有螺旋狀的“心頭誘導(dǎo)片,葉輪可適用高轉(zhuǎn)速、高揚(yáng)程、容易汽化的流體。、半開式葉輪半開式葉輪沒有前蓋板,只有后
43、蓋板和葉片、輪轂,可輸送含有固體顆粒的液體。、開式葉輪開式葉輪只有后蓋板而沒有前蓋板,后蓋板尺寸較小,故揚(yáng)程較低。多用于有磨損介質(zhì)和泥沙泵。(2)、葉片數(shù)量如上所述,葉輪具有各種形狀。葉輪的作用和其中的能量損失與葉片數(shù)量和葉片流道的大小、彎曲、擴(kuò)散、粗糙度、葉片間的相互重疊、葉片厚度、葉片出口角度、葉片兩端的形狀等諸多因素有關(guān)。離心泵葉輪葉片數(shù)越多,其泵的口徑、流量越大,比轉(zhuǎn)數(shù)越低;比轉(zhuǎn)數(shù)越高,葉片數(shù)越少。若按吸入型式不同,葉輪又可分為單吸式和雙吸式。單吸式離心泵單吸式離心泵。流體只能從一側(cè)吸入,葉輪懸臂支承在轉(zhuǎn)軸上,葉輪受力狀態(tài)不好,只適用于小流量范圍。雙吸式離心泵和單吸式離心泵相比,在流量
44、和總揚(yáng)程相同的情況下,雙吸葉輪的比轉(zhuǎn)數(shù)小,故一般來說其吸入性能好。雙吸式葉輪流體由雙面吸入葉輪,改善了汽蝕性,同時(shí)泵轉(zhuǎn)子受力狀態(tài)也好。另外,還有按級(jí)數(shù)分的,有單級(jí)泵、多級(jí)泵;還有按泵軸方向分的,有臥式泵、立式泵;還有按速度能的轉(zhuǎn)換方式分的,有蝸殼泵、透平泵。但不管哪種分類的方式,其結(jié)構(gòu)的工作原理是一樣的。2、泵殼泵殼是泵結(jié)構(gòu)的中心,具型式也比較多。(1)、水平剖分式這種型式的泵殼是在通過軸心的水平剖分面上分開。拆卸泵殼時(shí)和吸入、排出管道無關(guān),維修比較方便。(2)、垂直剖分式這種型式的泵殼是在垂直軸心的平面上剖分,不易泄漏,當(dāng)維修時(shí)必須拆卸進(jìn)出口管道,所以維修不如水平剖分式泵殼方便。(3)、傾斜
45、剖分式這種型式的泵殼是從前端吸入,從上面排出,泵殼在通過軸心的傾斜面上剖分,不拆卸吸入和排出管道,只拆開上半部泵殼即可檢修內(nèi)部。(4)、筒體式這種型式的泵是把泵殼制作成筒體式的,對(duì)于壓力非常高的泵,用單層泵體難以承受其壓力,所以采用雙層泵體。筒體式泵殼承受較高壓力,其內(nèi)安裝水平剖分式或垂直剖分式的轉(zhuǎn)子,在化肥裝置中高溫高壓的鍋爐給水泵多是筒體式多級(jí)離心泵。若按泵殼的支承型式可分為標(biāo)準(zhǔn)支承式、中心支承式、懸臂式、管道式、懸掛式。標(biāo)準(zhǔn)支承式這種型式的泵,一般是臥式,在泵體兩側(cè)帶有支腳,支腳用螺栓固定在底座上。中心支承式這種型式的泵,泵殼下側(cè)的支腳安裝在底座上,可適應(yīng)輸送高溫流體而造成泵殼熱膨脹應(yīng)力
46、的影響。懸臂式這種型式的泵,泵殼是一整體,并將泵體與吸入蓋的組合件安裝在軸承托架上。結(jié)構(gòu)緊湊,拆卸方便。管道式這種型式的泵殼是作為管道的一部分和管道聯(lián)接在一起的,并由管道支承。檢修時(shí),不需拆下與管道聯(lián)接的泵體,就可以檢修泵的轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)。懸掛式這種型式的泵是泵殼裝在排出管道上,泵殼在排出管以下部分懸掛在吸入容器上,泵殼是垂直剖分式的。(三)機(jī)械密封機(jī)械密封是用來防止旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間流體泄漏的密封,是由一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在彈性補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和輔助密封的配合下相互貼合并相對(duì)旋轉(zhuǎn)而構(gòu)成的密封裝置。由于密封面是端面,故也叫端面密封。1、機(jī)械密封工作原理在旋轉(zhuǎn)軸的各種機(jī)械密封類型中,盡管結(jié)構(gòu)形式不相同,
47、但其工作原理是一樣的。圖2-6所示是一簡單的機(jī)械密封。旋轉(zhuǎn)軸和裝在軸上的動(dòng)密封環(huán)一起旋轉(zhuǎn),靜環(huán)安裝在殼體上。軸旋轉(zhuǎn)時(shí),動(dòng)、靜環(huán)形成了摩擦副,動(dòng)、靜環(huán)之間的間隙決定了工作為某一壓力的流體介質(zhì)的泄漏量。在機(jī)械密封的總體裝置中,其密封面也就是容易造成流體介質(zhì)泄漏的面有四處。(1)主密封面。如上述的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)形成摩擦副的面,密封流體介質(zhì)的壓力和彈性元件(彈簧、波紋管)的彈力對(duì)這一密封面產(chǎn)生一壓緊力,使之緊密貼合在一起。在摩擦副兩端面之間存在一層很薄的潤滑膜,離心泵使用的機(jī)械密封,潤滑膜處于全液體濕潤摩擦狀態(tài),端面之間流體潤滑膜的壓力在不同程度上平衡了端面的預(yù)緊力。一般機(jī)械密封的端面是鏡面機(jī)械密封工作原
48、理一靜環(huán);4殼體1旋轉(zhuǎn)軸;2一動(dòng)環(huán);3光潔度,使比壓均勻,貼合緊密,達(dá)到無泄漏的目的。(2)靜環(huán)與壓蓋之間的密封面。這密封面屬靜密封面,通常按流體的特性選用相應(yīng)的O形圈進(jìn)行輔助密封,防止流體從靜環(huán)與壓蓋之間泄漏。(3)動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封,這也是靜密封面。對(duì)于動(dòng)環(huán)為補(bǔ)償環(huán)的旋轉(zhuǎn)式密封來講,在端面跳動(dòng)不同步及磨損時(shí),該輔助密封可做較小的軸向移動(dòng),一般用作彈簧和波紋管來作為輔助密封元件。(4)壓蓋與殼體之間的密封,這也是靜密封,通常用哪環(huán)進(jìn)行密封,但在安裝時(shí),要保證端蓋和裝靜環(huán)的端面對(duì)軸線的垂直度。2、機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和零件的功用機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)如圖27,主要有5部分組成。機(jī)械密封基本結(jié)構(gòu)(旋
49、轉(zhuǎn)式)環(huán);2補(bǔ)償環(huán)輔助密彈簧座;5緊固螺1補(bǔ)償封圈;3彈簧;4釘;6非補(bǔ)償環(huán);7非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈;8銷釘(1)補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)。補(bǔ)償環(huán)是具有軸向補(bǔ)償功能的密封環(huán),通稱靜環(huán),一般不隨軸轉(zhuǎn)動(dòng),通過彈性體進(jìn)行補(bǔ)償。非補(bǔ)償環(huán)是不具有軸向補(bǔ)償能力的密封環(huán),一般通稱動(dòng)環(huán)。兩者端面貼合在一起形成密封,起主要密封作用。靜環(huán)用低硬度材料,例如浸金屬石墨、聚四氟乙烯等,端面較窄;動(dòng)環(huán)用高硬度材料,例如碳化鴇、鉆銘鴇等,端面較寬。(2)彈性元件與彈簧座。彈性元件是指彈簧或波紋管或具有彈性的密封元件,它構(gòu)成了加載、補(bǔ)償、緩沖作用的裝置,從而能保證機(jī)械密封在安裝后端面貼合,磨損時(shí)及時(shí)補(bǔ)償,振動(dòng)或竄動(dòng)時(shí)緩沖的功用。彈性
50、元件產(chǎn)生的彈力大小必須能夠克服補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈在軸或軸套上滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力;過大的彈性力(預(yù)緊力)會(huì)使端面磨損加快,嚴(yán)重影響機(jī)械密封的性能。彈性元件可以是單拉彈簧圓錐形螺旋彈簧,也可以是腔室內(nèi)放置多個(gè)周向布置的圓柱螺旋彈簧。也可以是成對(duì)的波形彈簧或有伸縮性的波紋管。放置彈簧的腔體可以做成多種型式,但彈簧必須固定地放置在彈簧座內(nèi),而且軸向方向和徑向方向不允許有振動(dòng)和竄動(dòng)。(3)彈性元件中還有輔助的密封圈。其中補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈可制做成O形、V形、凹形的截面,常用來密封補(bǔ)償環(huán)與軸、軸套之間的泄漏面。彈性元件中的輔助密封圈,也有非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈,它在軸旋轉(zhuǎn)時(shí),用以密封非補(bǔ)償環(huán)與端蓋之間的泄漏,可以制
51、做成O形、V形、凹形、口形的截面。(4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該部件有用凸輪、凹坑、柱銷、撥叉等方式來傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩,它多設(shè)置在彈簧座和補(bǔ)償環(huán)上。(5)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。一般制做成銷釘和防轉(zhuǎn)塊,可克服旋轉(zhuǎn)時(shí)密封裝配松動(dòng)而強(qiáng)制性的轉(zhuǎn)矩作用。3、機(jī)械密封的分類機(jī)械密封分類方法較多,常見的分類如表412。4、離心泵機(jī)械密封的選用離心泵廣泛地用于化學(xué)工業(yè)中,化學(xué)工業(yè)涉及到的流體介質(zhì)大多是高溫、高壓和有腐蝕性的,根據(jù)工廠變化的工藝條件,選擇使用比較適合的機(jī)械密封是現(xiàn)場機(jī)械工程師的職責(zé)。選擇的準(zhǔn)則,有以下幾項(xiàng)。(1)主密封環(huán)元件的材料應(yīng)隨壓力、轉(zhuǎn)速、化學(xué)性質(zhì)、溫度、壓差而確定。機(jī)械密封的種類和配置型式雖然很多,但主要元件是一樣的,
52、機(jī)械密封使用壽命的長短,還要取決于綜合的機(jī)械密封的全系統(tǒng),包括輔助密封的冷卻液、緩沖液等以及安裝-試車的全過程。1 )安裝前的檢查機(jī)械密封安裝前,應(yīng)作詳細(xì)周密地檢查,防止密封過早失效,檢查的內(nèi)容如下。密封腔尺寸的復(fù)查。軸的軸向總竄動(dòng)量符合技術(shù)要求。軸的徑向游動(dòng)量符合標(biāo)準(zhǔn)。軸的旋轉(zhuǎn)中心線與密封端面的垂直度符合轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。軸的旋轉(zhuǎn)中心線與密封腔孔的同心度應(yīng)在(&")以內(nèi)。不允許外部的管道振動(dòng)等因素影響機(jī)械密封的使用性能。軸和軸套的表面粗糙度符合圖紙要求。密封元件保持清潔,并作靜態(tài)試漏試驗(yàn)。2 )實(shí)施安裝的程序安裝主密封件。按說明書安裝順序進(jìn)行彈性元件的安裝。保證彈簧的正
53、確位置和到位。使用專用工具緊固螺釘。3)輔助設(shè)備和密封系統(tǒng)正確使用機(jī)械密封,除其工藝參數(shù)必須保證符合要求之外,輔助系統(tǒng)例如密封水的清潔、壓力、流量等須達(dá)到機(jī)械密封的要求,所以它應(yīng)使以下項(xiàng)目保證完好。冷卻、潤滑、管道沖洗干凈。熱交換器、冷卻器保持高效率。監(jiān)測(cè)、控制儀表可靠。啟動(dòng)運(yùn)行和停車,嚴(yán)格按操作規(guī)程執(zhí)行。發(fā)現(xiàn)泄漏和異?,F(xiàn)象一定立即停機(jī)檢查修理。機(jī)械密封應(yīng)用在離心泵上,停機(jī)的原因80%以上是因?yàn)闄C(jī)械密封的失效造成的。失效表現(xiàn)的現(xiàn)象大都是泄漏,一般泄漏面和原因有以下幾種。動(dòng)、靜環(huán)密封面的泄漏。查其原因有:a.端面平面度、粗糙度未達(dá)到要求,或表面有劃傷;b.端面間有顆粒物質(zhì),造成兩端面不能同樣運(yùn)行
54、;c.安裝不到位,方式不正確。補(bǔ)償環(huán)密封圈泄漏。查其原因有:a.密封圈質(zhì)量不符合技術(shù)要求;b.安裝時(shí)擠壓變形;c.密封圈所密封的表面有缺陷;d.密封圈和介質(zhì)不相容。非補(bǔ)償環(huán)密封圈泄漏。查其原因有:a.壓蓋變形,預(yù)緊力不均勻;b.安裝不正確;c.密封圈質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn);d.密封圈選型不對(duì)。從實(shí)際使用中看密封元件失效最多的部位是動(dòng)、靜環(huán)的端面,因此,在檢修時(shí)不但要詳細(xì)分析泄漏的部位,更重要的是從端面失效的形式找出造成這種損壞的原因。離心泵機(jī)封動(dòng)、靜環(huán)端面出現(xiàn)龜裂是常見的失效現(xiàn)象。查其原因:a.安裝時(shí)密封面間隙過大,沖洗液來不及帶走摩擦副產(chǎn)生的熱量,或者是沖洗液從密封面間隙中漏走,造成端面過熱而損壞;
55、b.液體介質(zhì)汽化膨脹,使兩端面受汽化膨脹力而分開,當(dāng)兩密封面用力貼合時(shí),潤滑膜破壞從而造成端面表面過熱;c.液體介質(zhì)潤滑性較差,加之操作壓力過載,兩密封面跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)不同步,例如高轉(zhuǎn)速泵轉(zhuǎn)速為20445r/min,密封面中心直徑為7cm,泵運(yùn)轉(zhuǎn)后其線速度高達(dá)75m/s,當(dāng)有一個(gè)密封面滯后不能跟蹤旋轉(zhuǎn),瞬時(shí)高溫造成密封面損壞;d.密封沖洗液孔板或過濾網(wǎng)堵,造成水量不足,使機(jī)封失效。密封面表面滑溝,端面貼合時(shí)出現(xiàn)缺口。分析其原因:a.液體介質(zhì)不清潔,有微小質(zhì)硬的顆粒,以很高的速度滑入密封面,將端面表面劃傷而失效;b.機(jī)泵傳動(dòng)件同軸度差,泵開啟后每轉(zhuǎn)一周端面被晃動(dòng)摩擦一次,也就是說動(dòng)環(huán)運(yùn)行軌跡不同心,造
56、成端面汽化、過熱磨損;c.液體介質(zhì)水力特性的頻繁發(fā)生引起泵組振動(dòng),造成密封面錯(cuò)位而失效。另外,還有液體介質(zhì)對(duì)密封元件的腐蝕、應(yīng)力集中、質(zhì)量、軟硬材料配合、沖蝕、輔助密封O形環(huán)、V形環(huán)、凹形環(huán)與液體介質(zhì)不相容、變形等都會(huì)造成機(jī)械密封表面損壞失效,所以對(duì)其損壞形式要具體情況具體分析,不能一壞就修,一修就換。一定要綜合分析,就會(huì)找出根本原因,保證機(jī)械密封長時(shí)間運(yùn)行。四、往復(fù)泵、流體動(dòng)力泵等的特性與類型往復(fù)泵、(一)往復(fù)泵的特性及類型化工用泵中往復(fù)泵的種類較多,使用和維修都比較簡單,其類型主要決定于液力端型式、驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式、缸數(shù)及液缸布置,常使用的有單缸活塞泵、單缸柱塞泵、多缸活塞泵、多缸柱塞泵、隔
57、膜泵。具作用原理如圖2-9。按結(jié)構(gòu)型式往復(fù)泵類型如圖2-10。往復(fù)泵的特性特別是理想工作過程的特性適用于小流量高揚(yáng)程的工作條件?;钊鶑?fù)一次完成一個(gè)工作循環(huán),吸入時(shí)工作腔完全被液體充滿并無任何損失,所以往復(fù)泵的主要性能有以下幾點(diǎn)。圖29往復(fù)泵工作原理(1)單作用活塞泵;(2)雙作用活塞泵;(3)單作用柱塞泵;(4)雙作用柱塞泵(2)流體動(dòng)力泵的特性化工廠常用的流體動(dòng)力泵為噴射泵,泵內(nèi)沒有運(yùn)動(dòng)零部件,結(jié)構(gòu)簡單,如圖2-11o工作可靠,制作、安裝和維護(hù)都很方便,密封性好,可兼作混合反應(yīng)設(shè)備,各種帶壓汽、氣、液體都可直接作為工作流體動(dòng)力。往復(fù)泵類型圖211噴射泵簡圖1一噴嘴;2混合室;3一擴(kuò)壓室;4一喉管;5擴(kuò)散室噴射泵主要由噴嘴、喉管入口、喉管、擴(kuò)散室、混合室等組成。當(dāng)具有一定壓力的工作液體通過噴
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