石油化工設(shè)備基本概況

1、第一節(jié)管道的基本知識(shí)一、 管道的分類管道的分類很多，大致按以下幾種方法進(jìn)行。（一）按用途分類（1）輸送和傳送，在我國可分為流體輸送、長輸（輸油氣）管道、石 油裂化、化肥、鍋爐、換熱器。在日本可分為普通配管用、壓力 配管用、高壓用、高溫用、高溫耐熱用、低溫用、耐腐蝕用等。（2）結(jié)構(gòu)，通常分為普通結(jié)構(gòu)用、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用、機(jī)械結(jié)構(gòu)用等。（3）特殊用，例如鉆井用、試錐用、高壓氣體容器用等。（二）按材質(zhì)分類表2.1.1管子按材質(zhì)分類（三）按使用條件分a.水煤氣輸送管；b.無縫鋼管；c.裂化用無縫鋼管；d.鍋爐用無縫鋼管；e.高壓無縫鋼管；f.不銹鋼無縫鋼管；g.其他特殊條件鋼管。（四）根據(jù)介質(zhì)壓力分類根據(jù)

2、介質(zhì)壓力的分類見表 2.1.2 。表2.1.2管道按介質(zhì)壓力分類表序號(hào)名稱公稱壓力（pN）, Mpa1低壓管道0.1 VPN V 1.62中壓管道1.6WPNV 10.03高壓管道10.0WPNV 100.04超高壓管道PN 100.0（五）根據(jù)介質(zhì)溫度分類根據(jù)介質(zhì)溫度的分類見表2.1.3表2.1.3管道按介質(zhì)溫度分類表序號(hào)名稱工作溫度（T）, C1低溫管道TW-202常溫管道-20T450（六）一般工業(yè)管道工程的分類一般工業(yè)管道工程的分類按工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GBJ 23582的規(guī)定，見表2.1.4。表2.1.4 一般工業(yè)管道工程的分類材質(zhì)工作溫 度C工作壓力 MPaInmIVV碳素鋼

3、 3701032410 1.64370 10410 1.641.6一合金鋼及不銹鋼450任意一一一一-70450 10410 1.641.6-鋁及鋁合金任意一一一 10410 1.64P 10.0MPa的管道；第二類：（1）設(shè)計(jì)壓力P 1.6MPa,不可燃介質(zhì)管道（不含介質(zhì)為水 的液體管道）；（3）設(shè)計(jì)壓力P0.1MPa輸送介質(zhì)為氣（汽）體，有毒、有 腐蝕性或工作溫度大于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體管道；（第四類）：超高壓管道，即設(shè)計(jì)壓力 P35.0MPa的管道；（第五類）：長輸管道；（第六類）：公用燃?xì)夤艿馈Ｗⅲ篏B5044標(biāo)準(zhǔn)將介質(zhì)的毒性程度分為四級(jí)，其最高允許濃度分別為：極度危害（I級(jí)）10.0

4、mg/m3四、鋼管適用范圍及材質(zhì)輸送流體用無縫鋼管（GB8163-87）規(guī)格尺寸范圍：熱軋外徑。32630,冷拔外徑。6200;材料：10# （適用于-20450 C）、20# （適用于-20450 C）、09MnV （適 用于-70100 C）、16Mn （適用于-40450 C）。石油裂化用無縫鋼管（GB9948-88）適用于爐管、換熱器管和配管用。規(guī)格尺寸范圍：外徑。10273材料：10#、20# （適用于爐管、換熱器管和配管用）；12CrMo （適用于-40525 C）、15CrMo （適用于-40550 C）；Cr2Mo、Cr5Mo （適用于-40600 C）；1Cr19Ni9 1C

5、r19Ni11Nb （適用于-196700 C）。低中壓鍋爐用無縫鋼管（GB3087-82 ）規(guī)格尺寸范圍：。10426適用于低碳鋼制造的各種結(jié)構(gòu)鍋爐用的過熱蒸汽、沸水管等。材料：10g、20g （適用于低碳鋼制造的各種結(jié)構(gòu)鍋爐用的過熱蒸汽、 沸水管等）。高壓無縫鋼管（GB6479-86）規(guī)格尺寸范圍：外徑X壁厚（）14X 4273X 40材質(zhì)：10、20g、16Mn、15MnV、10MnWVNb、12CrMo、1Cr5Mo （適 用于-40400C、1032MPa的化工設(shè)備和管道）。不銹鋼無縫鋼管（GB2270-80 ）規(guī)格尺寸范圍：熱軋、熱擠壓外徑54480 ,冷拔外徑6200材質(zhì)：0a1

6、3、1513、2a13、3a13、1Cr17Ni2 1Cr17Ti 1Cr25Ti、0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni10 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti1Cr21Ni5Ti 00Cr17Nil4Mo200Cr17Nil4Mo30Cr18Ni12Mo2Ti 0Cr18Ni12Mo3Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti 1Cr18Ni12Mo3Ti 1Cr23Nil8、 1Cr18Ni11Nb o（適用于-20600 C, -196700 C）水煤氣輸送管適用于輸送水、壓縮空氣、煤氣、乏汽、冷凝水及采暖系統(tǒng)的管道。分為鍍鋅管和不鍍鋅管。管道連接有以下幾種：焊接：所有壓力管道盡量采用焊接

7、，管徑大于32mm厚度在4mm以上采用電焊；管徑在 32mm以下，厚度在 3.5mm以下采用氣焊。法蘭：適用于一般管徑，密封性要求高的管子連接。絲扣：適用于管徑小于65mm,工作壓力小于 0.4Mpa ,工作溫度100 c以下的管線?；罱宇^：適用于需經(jīng)常拆洗的物料管道。其他連接：如水泥、砂漿的接口管。第二節(jié)管配件管子之所以能連接達(dá)到各種不同工藝要求，是和各種配件密不可分的。因此，有必要對(duì)管配件作一個(gè)簡單的介紹。彎頭彎頭用于改變流體的流動(dòng)方向，可以分以下幾類。無縫彎頭；沖壓焊接彎頭；焊制彎頭，即蝦米腰。還可以分為：a.長半徑彎頭：用于逐步改變流體流動(dòng)方向(R=1.5Dg);b.短半徑彎頭：用于迅

8、速改變流體流動(dòng)方向( R=1Dg)o根據(jù)流體改變的方向可以分為：90直角彎頭；45彎頭(135彎頭)；180 彎頭。由于彎頭使流體改變方向，所以流體對(duì)彎頭的沖刷很大，致使管壁減薄迅速，為確保安全，在配管時(shí)，彎頭壁厚應(yīng)比管壁厚0.5-1mm左右。大小頭大小頭目的是為了連接兩種不同直徑的管子，可以分為以下幾類：無縫大小頭：包括同心和異心兩種；焊接大小頭；高低壓大小頭：適用于壓力320 kg/cm2或220 kg/cm2減壓后的壓力 25 kg/cm2的變徑管道上，兩端通常用法蘭連接。按規(guī)定，大小頭尺寸表示方法應(yīng)該先寫最大的口徑，然后是最小的口 徑，最后是壁厚。如：()32X18X3。法蘭（一）法蘭

9、的作用是連接管子或封住管子，法蘭的形式按結(jié)構(gòu)可以分為以下幾類：.整體法蘭這類法蘭通常帶有一個(gè) 錐形截面的頸勃，故又稱又徑法蘭。錐頂?shù)?斜度一般是1: 2.5,這種法蘭的強(qiáng)度和剛度比較高，法蘭的厚度尺寸可以 減小，可用于壓力、溫度較高的場(chǎng)合（如圖2.1.1所示）。.活套法蘭這類法蘭與設(shè)備無固定聯(lián)接，只是松套在凸緣或翻邊上，故又稱自由 法蘭，該法蘭形狀簡單，制造容易，對(duì)設(shè)備殼體不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，可以 采用與設(shè)備不同種類材料，從而可以節(jié)省貴重金屬，另外它還便于裝配， 適用于有色金屬、不銹鋼制的設(shè)備或高壓聯(lián)接（如螺紋法蘭）。.平焊法蘭這類法蘭是中、低壓管道中常用的法蘭型式，它結(jié)構(gòu)簡單，加工方便（如圖

10、2.1.1所示）該類法蘭受力特性介于整體法蘭和活套法蘭之間，焊接質(zhì)量難以保 證，只有當(dāng)焊縫全部焊透時(shí)，焊接質(zhì)量才可靠，因此只適用于低壓管線連 接。（二）按照法蘭密封面型式來分，可以分以下幾類：.平行光滑面法蘭平行光滑面是是指光滑或在其上車有數(shù)條水線的平面。該種密封面與 墊片接觸面積較大，預(yù)緊時(shí)墊片容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，故所需壓緊 力較大而密封性能較差。故通常適用于Pg 0.1Mpa (不包括液體靜壓力，下同)；(2)內(nèi)直徑(非圓形截面指其最大尺寸)R0.15m,且容積(V) 0.025m3；(3)介質(zhì)為氣體，液化氣體和最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。以上三個(gè)條件也正是包括了容器的工作介質(zhì)，

11、壓力和容積三個(gè)方面。適用于下列壓力容器：與移動(dòng)壓縮機(jī)一體的非獨(dú)立的容積小于等于0.15m3的儲(chǔ)罐、鍋爐房內(nèi)的分氣缸；容積小于0.025m3的高壓容器；深冷裝置中非獨(dú)立的壓力容器、直燃型吸收式制冷裝置中的壓力容器、空分設(shè)備中的冷箱；螺旋板換熱器；(5)水力自動(dòng)補(bǔ)氣氣壓給水(無塔上水)裝置中的氣壓罐，消防裝 置中的氣體或氣壓給水(泡沫)壓力罐；(6)水處理設(shè)備中的離子交換或過濾用壓力容器、熱水鍋爐用膨脹水箱；(7)電力行業(yè)專用的全封閉式組合電器(電容壓力容器)；(8)橡膠行業(yè)使用的輪胎硫化機(jī)及承壓的橡膠模具。.壓力容器的分類壓力容器型式多樣，為了便于對(duì)不同類型的容器進(jìn)行研究、計(jì)算、制 造或管理，常

12、將容器按不同方法分類。為了便于設(shè)計(jì)計(jì)算，常按容器壁厚的不同而分為薄壁容器和厚壁容器， 以及按承壓方式的不同而分為內(nèi)壓容器和外壓容器。為便于制造，按制造 方法的不同，可將壓力容器分為焊接容器、挪接容器、鑄造容器及鍛造容 器等；根據(jù)制造容器的材料來分類，又有鋼制容器、有色金屬容器和非金 屬容器。此外，按容器的外形，可分為球形容器、圓柱形容器、錐形容器 和組合形容器等。.壓力等級(jí)和種類的劃分按國家技術(shù)監(jiān)督局壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，對(duì)壓力容器的壓力 等級(jí)和種類的劃分如下:(1)按容器的壓力(P)分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個(gè)等級(jí),具體為:低壓容器：0.1MPa P 1.6MPa 中壓容器：1.6M

13、Pa wp 10MPa 高壓容器:10MPa wp100MPa按容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理，分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器、貯存容器四種。其功用為：反應(yīng)容器：主要是用來完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器。如：反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、分解塔、聚合釜、合成塔、蒸煮鍋等。換熱容器：主要是用來完成介質(zhì)的熱量交換的容器。如：余熱鍋爐、換熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器、硫化鍋、消毒鍋、 蒸煮器、預(yù)熱器、溶劑預(yù)熱器、蒸鍋、蒸脫機(jī)、電站蒸發(fā)器等。分離容器：主要是用來完成的流體壓力平衡和氣體凈化、分離等的容器。如：分離器、過濾器、集油器、緩沖器、貯能器、洗滌器、 吸收器、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸等

14、。貯存容器：主要是用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料。如氣體、液體、液化氣體等。如各種型式的貯槽等。4.容器的安全技術(shù)分類為了方便安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程。 根據(jù)壓力的高低、介質(zhì)的危害程度以及在生產(chǎn)過程中的重要作用，將壓力 容器分為一、二、三類，具體為：下列情況之一的，為第三類壓力容器；（1）高壓容器；（2）中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；（3）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 ）;（注2）（4）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乘積大 于等于 0.5MPa m3 ）;（5）低壓容器（僅限毒

15、性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且PV乘積大于等于 0.2MPa m3 ）;（6）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；（7）中壓搪玻璃壓力容器；（8）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）的材料制造的壓力容器；（9）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 ；（10）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）。4. 2下列情況之一的2第二類壓力容器（本條第1款規(guī)定白除外）：（1）中壓容器；（2）低壓

16、容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；（3）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)）；（4）低壓管殼式余熱鍋爐；（5）低壓搪玻璃壓力容器。4.3低壓容器為第一類壓力容器 （本條第1款、第2款規(guī)定白除外）。.壓力容器的結(jié)構(gòu)化工壓力容器由于其用作各不相同，結(jié)構(gòu)也不一樣。但一般均有筒體、封頭、支座、法蘭（包括管法蘭和設(shè)備法蘭），有些容器則還有人孔、手孔、 夾層、視鏡、液面計(jì)、內(nèi)部冷卻（或加熱）管、攪拌器等等，此外，容器 上還要安裝必不可少的安全附件，常見的臥式容器的主要結(jié)構(gòu)如圖2.3.4所示：圖 2.3.4 常見臥式容器的主要結(jié)構(gòu)筒體筒體是壓力容器的最主要組成部分，儲(chǔ)存

17、物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要 的壓力空間，大部分由它構(gòu)成。筒體的形狀一般為圓柱形，隨工作壓力、 溫度、介質(zhì)等條件不同而取不同的壁厚。筒體除整體鍛造式（用于高壓） 外，絕大多數(shù)都是由鋼板卷焊而成。因此焊接后的溫度、氣密性及焊縫質(zhì) 量指標(biāo)要求十分嚴(yán) 格，在制造或焊接修 理時(shí)均需執(zhí)行焊接 規(guī)定和程序，并進(jìn)行 嚴(yán)格檢驗(yàn)，不容許有 任何疏忽大意，以保 證筒體質(zhì)量。封頭封頭即容器 的端蓋。根據(jù)幾何形錐形封頭蝶形封頭圖2.3.5幾種常用封頭示意圖狀的不同，封頭可以分為半球形封頭、橢圓形封頭、碟形和錐形封頭等幾種，如圖 2.3.5所示。半球形封頭是用數(shù)塊弓形板成型壓焊接而成的。它不僅承受能力強(qiáng)， 而成同樣容積的各

18、種封頭以半球形封頭最省材料。但由于半球形封頭曲率 較大，成型比較困難，故其主要應(yīng)用在大型球形貯罐上。橢圓形封頭是壓力容器中應(yīng)用最廣的一種。它是由半個(gè)橢圓球（多采 用長軸為短軸的兩倍的橢圓球）和直邊（一個(gè)與半橢球聯(lián)成一整體的短圓 筒）組成。直邊使封頭與筒體的聯(lián)接形成兩個(gè)筒體的對(duì)接，使焊縫離開邊 緣應(yīng)力較大的橢球邊緣區(qū)域。雖然直徑較大的橢圓形封頭也需要用多塊拼 接，但其成型加工較半球形封頭容易。碟形封頭是較橢圓形頭趨于扁平似碟狀的封頭。它是由一個(gè)球面過渡 圓?。凑圻叄┖椭边厴?gòu)成。這種封頭由于其深度較淺故成型較容易。但 用力學(xué)分析，這種封頭有明顯的缺陷，而且各種材質(zhì)和規(guī)格的橢圓形封頭 很容易買到或

19、定做，因此目前很少采用碟形封頭，絕大部分已被橢圓形封 關(guān)代替。錐形封頭應(yīng)用于化工生產(chǎn)工藝特殊需要的容器上，例如沉降器、分離 器等等。錐形封頭錐頂角的大小可以根據(jù)需要選取。這種封頭有帶折邊和 不帶折邊之分。前面圖中的錐形封頭就是錐頂角為90度的帶折邊封頭，它是由橢圓體、過渡圓弧（即折邊）和直邊三部分構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中帶折 邊的錐形封頭多于不帶折邊的。一般當(dāng)容器組裝后如果不再需要開啟時(shí)（一般是指容器中無內(nèi)件或雖 有內(nèi)件而不需要更換檢修的），上下封頭應(yīng)直接和筒體焊在一起，這樣做能有效地保證密封，節(jié)省材料且減少加工制造的工作量。對(duì)于因檢修和更換 內(nèi)件的需要，而必須開啟的容器，封頭與筒體連接應(yīng)造成可拆式

20、的，此時(shí) 在封頭和筒體之間就必須有一個(gè)密封結(jié)構(gòu)。法蘭法蘭是容器和管道連接中的重要部件。按法蘭所連接的部件分為管法 蘭和容器法蘭。用于管道連接的叫做管法蘭，用于容器頂蓋與筒體或管板 與容器連接的叫做容器法蘭。容器法蘭按其本身結(jié)構(gòu)形式分為：整體法蘭、活套法蘭、任意形式法 蘭、法蘭通過螺栓連接并通過預(yù)緊螺栓使墊片壓緊而保證密封，法蘭螺栓 連接是壓力容器上用得最多的一種連接結(jié)構(gòu)。如封頭和筒體的連接、各種 接管的連接以及人孔、手孔蓋的連接等。法蘭螺栓連接雖然開啟不十分方 便，但其結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，故在壓力容器中得到了廣泛的應(yīng)用。密封元件密封元件放在兩個(gè)法蘭的接觸面之間，或封頭與筒體頂部的接觸面之 間，

21、借助于螺栓等連接件壓緊，從而使容器內(nèi)的液體或氣體被封往不致泄漏。密封元件按所用材料的不同分為非金屬密封元件(如石棉墊、橡膠O形環(huán)等)，金屬密封元件(如紫銅墊、鋁墊、軟鋼墊等)和組合式密封元件(如鐵包石棉墊、鋼絲纏繞石棉墊等)。容器的支座容器的支座是起支承和固定器作用的。全部是另行制作，然后焊接在 容器上。按圓筒形容器的安裝位置不同，可分為立式容器支座和臥式容器 支座。常見的立式支座有懸掛式支座、支承式支座、裙式支座等。臥式容 器支座主要有鞍式支座。環(huán)形容器常用柱式和裙式兩種支座。開孔與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)石油化工容器常因工藝要求和檢修的需要，在筒體或封頭上開設(shè)各種 孔和安裝接管。如手孔、人孔、視鏡孔。物料

22、進(jìn)出口以及安裝壓力表、液 位計(jì)、安全閥等接管開孔。開孔的結(jié)果，不但會(huì)削弱容器壁的強(qiáng)度，而且會(huì)在開孔附近形成應(yīng)力 集中，因此，在容器的開孔附近要采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)措施，以使孔邊的應(yīng)力 集中系數(shù)降低到材料所允許的數(shù)值。壓力容器的安全附件為了防止壓力容器由于超壓而發(fā)生破裂事故，除了避免操作失誤及杜 絕或減少可能引起容器產(chǎn)生超壓的客觀因素之外，還必須在壓力容器上安 裝安全泄壓裝置。安全泄壓裝置是一種防止容器超壓的保護(hù)裝置。它是具有這樣的性能：當(dāng)容器在正常工作壓力下運(yùn)行時(shí)，保持嚴(yán)密不漏，而一旦容器內(nèi)壓力規(guī)定 的數(shù)值時(shí)，它就能自行將容器內(nèi)氣體迅速泄放，使容器內(nèi)壓力始終保持在 最高許用壓力范圍之內(nèi)。安全泄壓裝置

23、不僅能在超過預(yù)定壓力下開啟排放，從而降低容器的壓 力，還能起到報(bào)警的作用。因?yàn)楫?dāng)其開啟放氣時(shí)，由于氣體流速較高，常 常發(fā)生較大的聲音，能提醒操作人員注意采取適當(dāng)措施。壓力容器的安全裝置使用最廣泛的有安全閥和防爆膜等。a.安全閥最常用的安全閥是彈簧式安全閥，它利用壓縮彈簧的力來平衡作用在 閥瓣上的力，因此它可以通過一個(gè)調(diào)節(jié)螺母改變壓縮彈簧的壓縮量來校正 安全閥的開啟壓力。這種安全閥具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度較高，安裝位置不 受嚴(yán)格限制等優(yōu)點(diǎn)，且對(duì)振動(dòng)的敏感性低，所以可用在移動(dòng)式壓力容器上。 其缺點(diǎn)是所加的載荷會(huì)隨著閥的開啟而發(fā)生變化。因此，隨著閥瓣的升高，彈簧的壓縮量增大，作用在閥瓣上的力量也跟著增加

24、。這對(duì)于安全閥的開 啟是不利的。另外安裝在高溫壓力容器上的安全閥，由于長期受高溫的作 用，其彈簧力減小，使安全閥的正常工作受到影響。杠桿式安全閥不采用彈簧裝置，而是利用重錘和杠桿來平衡作用在閥 瓣上的力。這種安全閥有結(jié)構(gòu)笨重和因振動(dòng)而產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象等缺點(diǎn)，故目 前較少采用。脈沖式安全閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在化工壓力容器上用得很少，一般只適用于 泄放量很大的大型電站的鍋爐等。b.防爆膜防爆膜（如圖2.3.7所示）也稱為爆破片，是一種斷裂型的安全泄壓裝 置。它是用一塊很薄的平板通過法蘭夾緊或直接用螺栓壓緊，在容器的短 管法蘭上，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但由于在防爆膜破裂之后，容器將被迫停止運(yùn)用，所以這種安全裝置

25、只適用于在不宜裝設(shè)安全閥的壓力容器 中使用。c.爆破膜爆破膜又稱為圓拱形爆破膜（如圖2.3.8）,它的爆破元件是預(yù)先壓制成圓拱形薄片，它的精度較爆破片高，可用于高壓或超高壓場(chǎng)合。 d.爆破帽爆破帽多用于超高壓場(chǎng)合，其結(jié)構(gòu)如圖2.3.9所示。.壓力容器結(jié)構(gòu)上的要求a.強(qiáng)度：所謂強(qiáng)度是指容器或其零件具有抵抗外力破壞的能力。壓 力容器在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到各種條件和因素，例如根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)的 腐蝕性以及容器的結(jié)構(gòu)、體積等經(jīng)過嚴(yán)格的制造工藝規(guī)范，并認(rèn)真地進(jìn)行 試壓檢驗(yàn)。這都是為了保證容器有足夠的強(qiáng)度，使其不會(huì)在正常使用情況 下發(fā)生爆破。b.剛度：所謂剛度是指容器或其零件在外力作用下，保持原來形狀 的能

26、力。最常見的例子是某些受外力使容器出現(xiàn)壓癟或折皺，或某些容器 的部件在運(yùn)輸、安裝、使用過程中出現(xiàn)變形，這些都是剛度不足的表現(xiàn)。c.耐久性：容器必須保持一定的使用年限。容器的壁厚除了要保證 強(qiáng)度方面的要求外，還要考慮到對(duì)材料的腐蝕速率，有時(shí)還要考慮容器的 疲勞及振動(dòng)等條件。另外對(duì)容器的結(jié)構(gòu)及制造工藝也要有一定的要求以保 證容器能使用一定期限。d.密封性：化工壓力容器的密封性十分重要。容器密封的可靠性是 保證安全生產(chǎn)的重要措施之一。因?yàn)榛どa(chǎn)中所使用的液件、氣體有許 多都是易燃易爆和有毒的。所以容器在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢修時(shí) 都不能忽視密封性問題?；毫θ萜鞒藨?yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)顧及

27、節(jié)約材料，便于制造、運(yùn)輸、安裝、操作及維護(hù)的方便等等。.容器的壓力試驗(yàn)容器在制成以后或者修理（指涉及強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)方面的修理，如焊接、熱處理等）完畢，都要進(jìn)行壓力試驗(yàn)，以檢驗(yàn)容器的耐壓情況和密封性， 確定其是否可投入使用。液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力取設(shè)計(jì)壓力的 1.25倍。在進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，先在容器內(nèi)灌滿液體，然后用試壓泵加壓。用水 做加壓介質(zhì)的壓力試驗(yàn)稱為水壓試驗(yàn)。進(jìn)行水壓試驗(yàn)的水溫及環(huán)境溫度，不得低于材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度， 但最低不應(yīng)低于 5度。試壓試驗(yàn)開始時(shí)，只有待容器的壁溫與液體溫度相同之后，才可緩慢 升壓。達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)壓力之后，需保持10-30分鐘，然后降到設(shè)計(jì)壓力并至少保持30分鐘，同時(shí)，對(duì)容

28、器整體及所有的焊縫及聯(lián)接部件進(jìn)行檢查， 以無異常響聲，壓力下降，油漆剝落，無滲漏現(xiàn)象和可見的變形為合格。b.氣壓試驗(yàn)一般氣壓試驗(yàn)的壓力，對(duì)低壓容器取設(shè)計(jì)壓力的1.2倍，對(duì)中壓容器取設(shè)計(jì)壓力的1.15倍。氣壓試驗(yàn)一般采用干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌?性氣體，且氣體溫度不低于15度。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先緩慢升壓至規(guī)定壓力的10%,保持10分鐘，同時(shí)對(duì)所有的焊縫和聯(lián)接部件進(jìn)行初步檢查， 合格后繼續(xù)升壓至規(guī)定壓力的 50%，其后按每級(jí)為規(guī)定壓力的10 %的級(jí)差逐級(jí)升壓至試驗(yàn)壓力。保持10 30分鐘，然后降到設(shè)計(jì)壓力保持30分鐘，同時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)檢查。相比之下，水壓試驗(yàn)要比氣壓試驗(yàn)危險(xiǎn)性小得多。這是因?yàn)閴嚎s一定 容積

29、的氣體至某一壓力所需要的功，要比壓縮同樣的液體至相同壓力時(shí)大 得多。故規(guī)定絕大多數(shù)壓力容器都使用液壓試驗(yàn)。為了保證安全，無論是液壓還是氣壓試驗(yàn)，都應(yīng)裝兩塊經(jīng)過較驗(yàn)的壓 力表。對(duì)氣壓試驗(yàn)的容器，應(yīng)在試驗(yàn)前對(duì)焊縫進(jìn)行100 %的探傷，并全面檢查容器質(zhì)量。試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)容器內(nèi)的壓力超過工作壓力之后，試驗(yàn)人員最 好不要靠近容器，以免容器爆破傷人。第三章?lián)Q熱設(shè)備換熱設(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的主要設(shè)備之一。約占煉 油廠工藝設(shè)備臺(tái)數(shù)的 2570%,占工藝設(shè)備總投資的 1220%。第一節(jié)換熱設(shè)備的分類換熱設(shè)備的種類煉油廠用換熱設(shè)備的型式很多，將其常用的分類如下：1按用途分類換熱器兩種溫度不同的流體進(jìn)行熱

30、量的交換，使一種流體降溫而另一種流體升溫， 以滿足各處的需要，經(jīng)過換熱就充分回收了熱量， 節(jié)省了成本。冷凝器在兩種溫度不同的流體進(jìn)行熱量交換中，有一種流體是從氣態(tài)就冷凝成為液態(tài)，溫度變化并不大，就稱為冷凝器。蒸發(fā)器和上述相反，若有一種流體被加熱而蒸發(fā)成為氣體，就稱為蒸發(fā)器。冷卻器凡是熱量不回收利用，單純只要一種流體冷卻的換熱器，稱為冷卻器。加熱器凡是利用廢熱而單純只要一種流體加熱升溫的換熱器，稱為加熱器。2按換熱方式分類間壁式換熱設(shè)備。在冷、熱兩種流體間有一定形狀的表面把流體分隔開，熱量通過此種間隔表面而互相交換，兩種流體不相混合。 這是煉油廠中普遍采用的方式。蓄熱式換熱設(shè)備。冷、熱兩種流體依

31、次先后通過蓄熱器，分別和蓄熱器內(nèi)的固體填充物進(jìn)行交換，例如高溫氣體先通過蓄熱器，將 熱量傳遞給器內(nèi)填料，使填料升溫而積蓄熱量；關(guān)閉高溫氣體通路，再切 換通入冷氣體，高溫填料就又把熱量放出給了冷氣體，使冷氣體升溫；依 次不斷反復(fù)，稱為蓄熱式換熱。這種設(shè)備煉油廠內(nèi)很少應(yīng)用?；旌鲜綋Q熱設(shè)備。使冷、熱兩種流體直接混合，而交換熱量，如煉油廠內(nèi)常用的涼水塔，就是用空氣直接吹過被分散的熱水表面， 使熱水降溫而循環(huán)使用，這種方式所用設(shè)備較簡單，換熱效率也高，但大 多數(shù)情況下，不允許兩種流體混合，所以應(yīng)用也有限。構(gòu)型式分類間壁式換熱設(shè)備的種類繁多，但從間壁表面的特征來看，可分為兩大 類：(1)管式換熱設(shè)備。 傳

32、熱面是各種管子，冷、熱兩種流體分別在管 內(nèi)和管外通過，經(jīng)管壁面交換熱量，這是煉油廠內(nèi)應(yīng)用最普通的換熱設(shè)備。 從具體結(jié)構(gòu)上細(xì)分，它又可分為：A.管殼式換熱設(shè)備。這種設(shè)備的特點(diǎn)是在圓筒形外殼中裝有管束，一種流體在管內(nèi)流動(dòng)稱為管程，另一流體在管外流動(dòng)，稱為殼程，它 又可分為：a.固定管板式，如圖 2.4.1所示，兩塊管板均固定在外殼圓筒上， 其上脹接著許多小管子，稱為管束。這是最簡單的一種結(jié)構(gòu)，但當(dāng)冷、熱 流體的溫度差較大時(shí)，管束與外殼的熱膨脹伸長量就不一樣大，管子就會(huì) 從管板上被拉脫而泄漏，所以它只適用于冷、熱兩流體的平均溫度差較低（例如不超過60-80度）的場(chǎng)合。它的管外表面結(jié)垢后不易清洗，所以

33、管外流體不應(yīng)結(jié)焦、結(jié)垢或沉淀。帶膨脹節(jié)的固定管板式，如圖 2.4.2所示，在殼體上裝有波形膨 脹節(jié)，可補(bǔ)償部分熱膨脹量，使它可用于冷、熱兩流體平均溫差較高的場(chǎng) 合，但波形膨脹在壁較厚時(shí)，作用就不明顯，所以這種型式的換熱器主要 用于壓力較低（例如殼程壓力610公斤/厘米2以下）的場(chǎng)合。浮頭式如圖2.4.3所示，一端管板被夾持在殼體上，另一端管板 則做成浮頭式，可在殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管外均可清洗，對(duì)流體也沒什么限 制，所以在煉油廠內(nèi)是應(yīng)用最多的型式。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 造價(jià)稍高，浮頭處易漏而不易檢查出來。U形管式如圖2.4.4 所示，只有一個(gè)管板，管子全部彎成U形管， 可以自由膨脹，也可以從殼體內(nèi)

34、抽出，以便于清洗。只是管子內(nèi)壁在U形彎頭處不易清洗，管子更換困難，管板上排列的管子較少。它主要用于管 內(nèi)流體壓力較高而且較干凈的場(chǎng)合。2.4.5所示，一端可以自由滑動(dòng)，但密封是靠填料函，結(jié)構(gòu)比浮 頭稍簡單。在殼程流體壓力較高時(shí)，它易泄漏，特別對(duì)于易燃、易爆、易 揮發(fā)有毒的流體是不適合的，煉油廠內(nèi)很少應(yīng)用。B.套管式換熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)示意如圖2.4.6 ,它是由兩根不同直徑的管子，同心相套，再由彎連接而成。冷、熱兩種流體分別由內(nèi)管和管間相 互逆向通過，進(jìn)行熱量交換。它結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸清洗；兩種流體完全 是逆向流動(dòng)，傳熱效果好。但是金屬用量較大，占地面積大，接頭處易發(fā) 生泄漏。所以它適用于熱負(fù)荷不大

35、，高粘度易凝固的重油和殘油的廢熱回 收，且兩種流體溫差應(yīng)小于 70度，否則會(huì)因內(nèi)外管熱膨脹量不同而造成接 頭破裂。C.水浸式冷卻器，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.4.7 ,在矩形水管內(nèi)裝有幾組蛇形盤管，整個(gè)盤管浸沒在水內(nèi)，使管內(nèi)流體被冷卻。這種冷卻器內(nèi)貯水 量較大，使用較為安全，結(jié)構(gòu)很簡單，也便于清洗檢修。缺點(diǎn)是金屬用量 大，體積龐大，占地面積大，傳熱效率低，在煉油廠內(nèi)已較少應(yīng)用。D.空氣冷卻器，其結(jié)構(gòu)與一般換熱器不同，管束用翅片管組成，在 下面用軸流式風(fēng)機(jī)，使大量空氣吹過管束將管內(nèi)流體冷凝冷卻，改變風(fēng)機(jī)葉片角度就可以調(diào)節(jié)所需風(fēng)量，以控制管內(nèi)流體的出口溫度。用空氣代替水作冷卻劑，能大量節(jié)約用水，節(jié)省了循環(huán)

36、水場(chǎng)的投資，基建及操作費(fèi) 用較低，目前煉油廠內(nèi)已大量使用。但由于空氣溫度隨大氣溫度而變化， 所以它的最終冷卻溫度不能太低。有時(shí)還需在后面串聯(lián)使用水冷卻器，空 氣冷卻器的具體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)將在下一節(jié)中介紹。（2）板式換熱設(shè)備，傳熱面是表面壓成各種形狀的薄板，冷、熱流體分別在相鄰兩板之間流動(dòng)，通過板壁而進(jìn)行換熱。由于它的強(qiáng)度和密封問題， 尚不能用于壓力或溫度較高的場(chǎng)合，煉油廠內(nèi)應(yīng)用不多，在石油化工廠內(nèi) 常用的類型有：板式換熱器、傘板式換熱器、螺旋板式換熱器、板殼式換 熱器，本裝置采用的焊板式換熱器將在后面單獨(dú)介紹。換熱設(shè)備的工作原理熱量從高溫流體傳送給低溫流體，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。在間壁式換熱器中,稱為

37、傳熱。傳熱的主要方式有三種:主要是傳導(dǎo)和對(duì)流兩種傳熱方式，熱量從高溫流體傳送給低溫流體，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。在間壁式換熱器中,稱為傳熱。傳熱的主要方式有三種:主要是傳導(dǎo)和對(duì)流兩種傳熱方式，時(shí)）傳給管壁的一側(cè)（溫度圖2.4.8時(shí)）傳給管壁的一側(cè)（溫度圖2.4.8經(jīng)過器壁的傳熱Q （千卡/如圖2.4.8所示。熱流體（溫度為t1 ）Q （千卡/t2）,再以傳導(dǎo)的方式將熱量傳過管壁（溫度 從一側(cè)t2到另一側(cè)為t3 ）,最后管壁另一側(cè) 又將熱量以對(duì)流給熱方式傳給了冷流體（溫 度為t4 ）.冷、熱流體在流動(dòng)過程中，溫度是要變 化的，上述傳熱方式的說明只是對(duì)管子的任 一截面而言的。在穩(wěn)定傳熱過程中，管子任 一

38、截面處冷、熱流體和管壁溫度的相互關(guān)系 如上所述，也是穩(wěn)定不變的，這是實(shí)際換熱 器正常工作的情況。兩物體間溫度差別越大，傳遞的熱量也 越大，間壁的面積越大，傳遞的熱量也越大。 于所以，選用、設(shè)計(jì)與改進(jìn)換熱器的最重要 問題是：盡可能地提高其傳熱系數(shù)和使溫度第二節(jié)空冷器基本知識(shí)在石油化工生產(chǎn)中，工藝介質(zhì)的冷卻通常用水冷器，用得最多的冷卻 器是空冷器?，F(xiàn)將空冷器的基本知識(shí)簡介如下1. 基本部件空冷器一般由管束、百葉窗、冷卻用軸流風(fēng)機(jī)、管箱以及構(gòu)架等部件 組成 2.分類空冷器通常按以下幾種形式進(jìn)行分類：(1)按管束布置方式分為： 立式、水平式、圓環(huán)式、斜頂式(人字式)、 V字式、之字式以及多邊形等式，如

39、圖 2.4.13所示。(2)按通風(fēng)方式分為：鼓風(fēng)式、引風(fēng)式和自然通風(fēng)式。如圖 2.4.14所 示。不同方式或型式根據(jù)工藝要求可以單獨(dú)使用，也可采用幾種型式進(jìn)行 是優(yōu)組合聯(lián)合使用。一、結(jié)構(gòu)型式及其應(yīng)用管束布置型式管束布置型式雖有多種，但在煉油廠和石油化工廠中應(yīng)用最多的是水 平式，其次是斜頂式、立式和圓環(huán)式。水平式空冷器管束為水平放置，但作冷凝器時(shí)，為防止冷凝液停留在管中，管子應(yīng)有3?；? %的傾斜。百葉窗置于管束上方，風(fēng)機(jī)置于(鼓 風(fēng))或上方(引風(fēng))，見圖2.4.13 (a), (b)。特點(diǎn)是：管子清晰、整齊， 適于多單元組合；傳熱面積、管束長度不受限制；造價(jià)比斜頂式大約低 0.5%;管內(nèi)熱流體

40、和管外空氣頒比較均勻。新建的大型煉油廠一般都傾向采用此種型式。通風(fēng)方式采用何種通風(fēng)方式，乃是空冷器設(shè)計(jì)者首先考慮的問題。從空冷器的 發(fā)展史上看，最早的空冷器是靠自然通風(fēng)，也稱無風(fēng)機(jī)空冷器。它的最大 優(yōu)點(diǎn)是不消耗動(dòng)力、無噪聲，但熱負(fù)荷小，散熱效率低。目前在石油化工 業(yè)用的主要是鼓風(fēng)式和引風(fēng)式兩種。(1)鼓風(fēng)式空冷器優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不與熱空氣接觸，結(jié)構(gòu)材料可不考慮溫度的 影響，使用壽命較長；結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)保養(yǎng)；比較容易設(shè)置多個(gè)空冷器單元。缺點(diǎn)：氣流經(jīng)過底排管束的速度大，壓力損失大，雖然可以強(qiáng)化傳 熱，但氣流分布不均勻。管束暴露于大氣中，翅片管易被雪、雨侵襲而損傷、弄臟或 腐蝕；在特殊氣侯條

41、件下，(如暴風(fēng)雨，冰雹等)管內(nèi)熱流體的出口溫度不易得到精確控制，操作波動(dòng)大；熱空氣離開管束時(shí)，流速較低，有可能產(chǎn)生熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象。(2)引風(fēng)式空冷器優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)扇和風(fēng)筒對(duì)管束有屏蔽作用，能減少暴風(fēng)雨及烈日對(duì)管束 的直接影響，有利于溫度的控制；經(jīng)風(fēng)機(jī)排出的熱風(fēng)流速較高，約為入速度的2.5倍，故熱風(fēng)再循環(huán)的可能性大為減少；進(jìn)入管束的氣流分布較均勻，空氣壓降稍有降低；風(fēng)筒具有一定的吸風(fēng)作用，能促進(jìn)空氣進(jìn)行自然對(duì)流，因而可減少動(dòng)力消耗；因?yàn)轱L(fēng)機(jī)安裝位置較高，所以平臺(tái)處噪聲較低，如中心走廊處的噪聲比鼓風(fēng)式的約低 3分貝(A)左右；占地面積小，因?yàn)楣苁旅娴淖呃瓤砂惭b其他設(shè)備，如管線、泵等。缺點(diǎn)風(fēng)機(jī)位于管束之

42、上，受熱空氣作用，葉片和軸承需要有較好 的耐熱性能，一般要求風(fēng)機(jī)出口溫度不超過120C;為防止空載時(shí)的超負(fù)荷，風(fēng)機(jī)要有一定的余量：2：；風(fēng)機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的維修保養(yǎng)較為麻煩冷卻方式(1)干式空冷器就是常規(guī)空冷器，操作簡單，使用方便，但由于其冷卻溫度取決于空氣的干球溫度，其接近溫差(熱流出口溫度-冷流入 口溫度)高于15-20C才經(jīng)濟(jì)，所以不能把管內(nèi)熱流體冷卻到環(huán)境溫度。(2)濕式空冷器 為了彌補(bǔ)干空冷的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了濕式空泠。濕式空 冷器綜合了空冷和水冷的優(yōu)點(diǎn)。濕空冷器根據(jù)噴水方式基本上可分為增濕型、蒸發(fā)噴淋型和濕面型三 種。在石油化工廠應(yīng)用，以前兩種為主。一般都可把熱液化出口溫度冷卻 到接近甚至稍

43、低于環(huán)境溫度。噴淋蒸發(fā)型濕式空冷器這種空冷器是直接在管束上噴霧狀水，由于水的蒸發(fā)和空氣被增濕降溫而強(qiáng)化傳熱。它同時(shí)兼有增濕空冷器的優(yōu)點(diǎn)。濕面式空冷器濕面空冷器是光管組成的一種空冷裝置，它可以把內(nèi)流體溫度降到大氣溫度，并可避免管子腐蝕， 在經(jīng)濟(jì)和效能方面也優(yōu)于干式 空冷器。濕面空冷器的管束是由水平的或稍微傾斜的光管組成，呈三角形排列。根據(jù)管內(nèi)流體的要求，可用單程或多程。 由于空氣總是從 管束上面向下流動(dòng)， 所以管內(nèi)流體最好自下而上流動(dòng)， 以便逆流換 熱。濕面空冷器的投資和占地面積均比列管式換熱器少，動(dòng)能消耗約少1/3左右。(3)干、濕聯(lián)合空冷器所謂干濕聯(lián)合空冷器，就是將干空冷器和濕空冷器組合成一

44、體，由于 組合方法的不同，結(jié)構(gòu)形式也有多種變化，但其組合的原則基本相同，一 般在工藝流體的高溫區(qū)域用干空冷器，在低溫區(qū)域用濕空冷器，即干空冷 器起氣體冷凝的作用，濕空冷器起冷凝液過冷的作用。立放管束聯(lián)合 如圖2.4.15所示。這種結(jié)構(gòu)的管束立放， 噴 水系統(tǒng)介于兩管束之間，熱流體先經(jīng)過干空冷器，經(jīng)冷卻后再進(jìn) 入濕空冷器繼續(xù)過冷、由于干、濕空冷器并列，所以結(jié)構(gòu)緊湊， 但熱流體的流向不太理想，管內(nèi)阻力降大。橫放管束聯(lián)合 如圖2.4.16所示。這種結(jié)構(gòu)為管束橫放， 噴 水系統(tǒng)亦介于兩管束之間，熱流體首先進(jìn)入由增濕空氣冷卻的干 空冷器，然后再進(jìn)入濕空冷器繼續(xù)過冷。噴水方向與空氣流動(dòng)方 向相反。結(jié)構(gòu)緊湊

45、，占地面積小。上述兩種結(jié)構(gòu)都采用回轉(zhuǎn)噴嘴，適用熱負(fù)荷較小的裝置。4.風(fēng)機(jī)型式:項(xiàng)目類別說明(1)運(yùn)行方式(1)鼓風(fēng)式(2)引風(fēng)式空氣先經(jīng)過風(fēng)機(jī)再至管束 空氣先經(jīng)過管束冉全風(fēng)機(jī)(2)調(diào)節(jié)方式(1)調(diào)語方式(2)調(diào)速方式停機(jī)手調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)中手調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)中以壓縮 空氣遙控或以儀表自控運(yùn)轉(zhuǎn)中遙控或以儀表自控(3)聯(lián)接方式(1)直接傳動(dòng)(2)齒輪傳動(dòng)(3)皮帶輪傳動(dòng)效率最高，適用于調(diào)速控制風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)可靠，效率較局，構(gòu)造較復(fù)雜， 噪聲較大效率略低，構(gòu)造較簡單，噪聲忽略不計(jì)， 但皮帶需更換空冷器的主要構(gòu)造部件整體型式空冷器的整體型式有干式、濕式和干-濕聯(lián)合式三類。(2)管束空冷器的管束都是用翅片管，翅片管分為低翅片

46、管和高翅片管兩大類。管箱的種類有絲堵式管箱、法蘭式管箱、全焊接式管箱、集管式管箱四種類型。(4)構(gòu)架水平式構(gòu)架：分為鼓風(fēng)式水平構(gòu)架和引風(fēng)式水平構(gòu)架。斜頂式構(gòu)架。濕式構(gòu)架。干-濕聯(lián)合式構(gòu)架。第四章管式加熱爐管式加熱爐是石油煉制、石油化工、化肥、化纖工業(yè)中使用的重要加熱設(shè)備，同其它工業(yè)爐相比有如下特點(diǎn)：被加熱物質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，故僅限于加熱氣體或液體，通常都是易燃、易爆的燒類物質(zhì)，同鍋爐加熱水產(chǎn)生蒸汽相比，危險(xiǎn)性大且操作條件苛刻。加熱方式未直接受火式。主要燃料為氣體或液體燃料。長周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不間斷操作。煉油工業(yè)采用管式加熱爐， 始于1901年，最初是用它取代煉油 “釜式 蒸鍋”，它的誕生使煉油工藝從

47、古老的“間歇釜式蒸儲(chǔ)”進(jìn)入到近代的“連 續(xù)管式蒸儲(chǔ)”方式，并逐步得到發(fā)展。管式加熱爐在生產(chǎn)乙烯、氫氣、氨等過程中，已成為進(jìn)行裂解、轉(zhuǎn)化 反應(yīng)的心臟設(shè)備，對(duì)整個(gè)裝置的生產(chǎn)質(zhì)量，產(chǎn)品收率，能耗和操作周期等 起著重要的作用。管式加熱爐的基建費(fèi)用，一般約占煉油裝置總投資的10%,在重整制氫和裂解等裝置中約占 25%。煉油廠加熱爐消耗的燃料占全廠燃料總消耗 的6580%。因此，管式加熱爐在石油化工生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。管式加熱爐在生產(chǎn)工藝過程中的作用，是利用燃料在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn) 生的高溫火焰與煙氣作為熱源，加熱爐管中高速流動(dòng)的物料，使其在管內(nèi) 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，或達(dá)到后續(xù)工藝過程所要求的溫度。第一節(jié)管式

48、加熱爐的基本知識(shí)管式加熱爐的分類與特征各種管式加熱爐通?？砂赐庑位蛴猛緛矸诸?。1,按外形大致可分為四類：箱式爐、立式爐、圓形爐、大型方爐。這種劃分方法是按輻射室的外觀形狀區(qū)分，而與對(duì)流室無關(guān)。例如： 所謂箱式爐，顧名思義其輻射室為一箱子狀的六面體。所謂立式爐，其輻 射室為直立狀的六面體，其寬度要窄一些，兩側(cè)墻的間距與爐膛高度之比 約為1: 2。13.2輻射-對(duì)流式爐輻射-對(duì)流式爐，它已成為現(xiàn)代普遍被采用的爐型。它在輻射室頂部增加了水平管式對(duì)流室， 并采用釘頭管和翅片管， 熱效率較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 金屬用量大，通常對(duì)流管面積不宜太大，一般要小于輻射爐管面積。國內(nèi) 這種爐型的高徑比約為 1.72.

49、5。按用途公類管式加熱爐按用途可大致分為以下幾類；.爐管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的爐子它分為兩種：爐管內(nèi)裝有催化劑。如燒類蒸汽轉(zhuǎn)化爐。爐管內(nèi)不裝催化劑，如乙烯裂解爐。無論其中哪一種，不僅要求從爐內(nèi)取液，而且要滿足各段管路化學(xué)反 應(yīng)及正常運(yùn)行的各種條件，如溫度、壓力。流量和熱輸入量等。.加熱液體的爐子這類爐子可分為三種：管內(nèi)無相變化。單純的液體加熱爐。就是把液體加熱到其沸點(diǎn)以下的加熱爐。它加熱的終溫低，管內(nèi)結(jié)焦和腐蝕也小，操作容易爐管入口為液相，出口為氣、液混相的爐子。在煉油過程中，要求被加工的流體在氣、液混相狀態(tài)下進(jìn)入蒸儲(chǔ)塔時(shí)使用這種加熱爐。在全部工藝加熱爐中它的數(shù)量較多。入口為液相，出口全部汽化的爐子

50、。這種爐子是反應(yīng)器的進(jìn)料加熱爐。它把液體完全汽化。加熱到飽和溫度，然后送入工藝反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的操作條件在運(yùn)轉(zhuǎn)期中是變化的，所以爐子的操作溫度和壓力等也往往變化很大。.氣體加熱爐水蒸氣的過熱，工藝氣體的預(yù)熱都使用這種爐子。它是純氣相，多在 較高溫度下操作，一般情況下結(jié)焦的可能性不大。.加熱混相流體的爐子這種爐子常用于加氫精制、加氫裂化等裝置的反應(yīng)器進(jìn)料加熱。由于 管內(nèi)流體從爐子入口起是氣、液混相，較上述純氣體加熱爐更難保證各路 流量的均勻性。這與爐管的管徑、重量流速、盤管路數(shù)、管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)和 分叉管結(jié)構(gòu)等有關(guān)。第二節(jié)主要技術(shù)指標(biāo)熱負(fù)荷每臺(tái)管式加熱爐單位時(shí)間內(nèi)管內(nèi)介質(zhì)吸收的熱量稱為有效熱負(fù)荷，

51、簡 稱熱負(fù)荷，單位為 KW。管內(nèi)介質(zhì)所吸收的熱量用于升溫、汽化或化學(xué)反應(yīng)。熱負(fù)荷的理論值,可根據(jù)介質(zhì)在管內(nèi)的工藝過程（加熱、化學(xué)反應(yīng)）進(jìn)行計(jì)算。 -一- . . . . 一. .一 一一 , . 加熱爐的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷 Q通常取計(jì)算熱負(fù)荷 Q的1.15-1.2倍。其熱負(fù) 荷的大小表示爐子生產(chǎn)能力的大小。爐膛體積熱強(qiáng)度爐膛單位體積在單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒的放熱量，稱為爐膛體積熱強(qiáng)度。BQi其單位為KW/M 3BQigv 3600V式中g(shù)v爐膛體積熱強(qiáng)度，KW/M 3 ;B燃料用量，kg/h;Q燃料低熱值，kj/kg燃料；V爐膛（輻射室）體積， M3Gv值越大爐膛溫度越高，不利于長周期安全運(yùn)行，由此爐膛體

52、積熱強(qiáng) 度不允許過大，一般控制在1.16*10 -2kw/m3以下。三、輻射表面熱強(qiáng)度輻射爐管單位表面積（一般按爐管外徑計(jì)算表面積），單位時(shí)間內(nèi)所傳 遞的熱量稱為爐管的輻射表面熱強(qiáng)度gR,亦稱為輻射熱通量或熱流率， 其單位為Kw/M2。四、對(duì)流表面熱強(qiáng)度對(duì)流爐管單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量稱為對(duì)流表面熱強(qiáng)度， 其單位為kw/ m2。目前，加熱爐對(duì)流室多以釘頭管或翅片管代替過去的光管，以強(qiáng)化傳 熱。釘頭管或翅片管的熱強(qiáng)度一般為光管的兩倍以上。也就是說，一根釘 頭管或翅片管相當(dāng)于兩根以上光管的傳熱能力。五、熱效率加熱爐有效利用的熱量與燃料燃燒時(shí)所放出的總熱量之比叫熱效率， 以百分率表示：被加熱

53、介質(zhì)吸收的有效熱量 燃料供給爐子的總熱量熱效率是衡量燃料利用情況，評(píng)價(jià)爐子設(shè)計(jì)和操作水平，標(biāo)定爐子性 能的重要指標(biāo)。熱效率越高，運(yùn)行越經(jīng)濟(jì)，說明燃料的有效利用率越高， 燃料消耗量下降。六、火墻溫度火墻溫度又稱爐膛溫度，是指煙氣離開輻射室進(jìn)入對(duì)流室時(shí)的溫度。它代表爐膛內(nèi)煙氣溫度的高低，是爐子操作中重要的控制指標(biāo)?；饓囟雀?，說明輻射室傳熱強(qiáng)度高。 火墻溫度過高時(shí)。爐管易結(jié)焦, 甚至燒壞爐管和管板等。所以火墻溫度一般控制在約850c以下（燒類蒸汽轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐，爐溫可達(dá) 900c以上）。第三節(jié)管式爐的一般結(jié)構(gòu)和零部件管式加熱爐如圖2.5.17所示，一般由輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、 燃燒器及

54、通風(fēng)系統(tǒng)五部分組成。.輻射室輻射室是通過火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射傳熱的部分。這個(gè)部分直接受 到火焰沖刷，溫度最高，必須充分考慮所用材料的強(qiáng)度、耐熱性等。這個(gè) 部份是熱交換的主要場(chǎng)所，全爐熱負(fù)荷的7080 %是由輻射室承擔(dān)的， 它是全爐最重要的部位?？梢哉f，一個(gè)爐的優(yōu)劣主要是看它的輻射室性能如 何。為了便于操作和保證安全運(yùn)行，管式爐輻射室應(yīng)設(shè)置下列配件：看火 門、人孔門、防爆門、熱電偶套管、測(cè)壓管、滅火蒸汽管等?？椿痖T看火門主要是用來觀察爐內(nèi)火焰狀況和輻射管運(yùn)行情況，因此看火門 的數(shù)量和位置應(yīng)能看到所有燃燒器燃燒狀況，并能觀察到所有的輻射管。人孔門及檢修孔門為了能進(jìn)入輻射室進(jìn)行檢修，需要設(shè)置人孔門

55、和檢修門。當(dāng)輻射室內(nèi) 有隔墻分開并且不能通行對(duì)，每間內(nèi)必須設(shè)置一個(gè)人孔門。對(duì)于爐底無法 安裝人孔門的小圓筒爐，檢修時(shí)可拆下燃燒器，其開孔兼作人孔。防爆門當(dāng)爐內(nèi)積存可燃?xì)怏w和空氣的混合物時(shí)，就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，因此 輻射室應(yīng)設(shè)置防爆門，以便在發(fā)生爆炸事故時(shí)，能及時(shí)卸壓。防爆門的位 置應(yīng)能保證卸壓時(shí)噴出的熱氣流不致危及人員和臨近設(shè)備的安全.為了能及時(shí)卸壓，防爆門的數(shù)量應(yīng)與輻射室的空間成比例，多室爐膛 每室至少應(yīng)有一個(gè)防爆門。熱電偶套管和測(cè)壓表煙氣出輻射室的溫度是必須測(cè)量的特性溫度。對(duì)于圓筒爐和立式爐， 煙氣出輻射室的溫度測(cè)點(diǎn)設(shè)在輻射室至對(duì)流定的過渡處。斜頂爐和方箱爐，該測(cè)溫點(diǎn)設(shè)在火墻上方，因此該點(diǎn)

56、溫度通常又稱為火墻溫度。管式爐都是在負(fù)壓下操作的，為了保證爐內(nèi)各點(diǎn)均處于負(fù)壓下，以避 免煙氣外溢而損壞鋼結(jié)構(gòu)，通常要求爐頂（輻射室頂）負(fù)壓保持在2mmH2O 柱左右，因此，在輻射室頂部設(shè)置測(cè)壓管。滅火蒸汽管當(dāng)爐膛失火時(shí)，需要通入蒸汽滅火。在開工點(diǎn)火之前，也需要通入蒸 汽以置換爐內(nèi)可能存在的可燃?xì)怏w同空氣的混合物，避免點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆炸 事故。因此需在輻射室的低部專門設(shè)置滅火蒸汽管。在某些情況下，還需在彎頭箱內(nèi)安設(shè)滅火蒸汽管，以確保爐子安全。 這些情況是：管子被加熱介質(zhì)腐蝕和沖蝕很厲害，彎頭有可能在運(yùn)轉(zhuǎn)中 被腐蝕穿；采用帶堵頭的回彎頭，因而有可能在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生泄漏。.對(duì)流室對(duì)流室是靠由輻射室出來的煙氣

57、進(jìn)行對(duì)流換熱的部分，但實(shí)際上它也 有一部分輻射熱交換，而且有時(shí)輻射換熱還占有頗大的比例。所謂對(duì)流室 不過是指“對(duì)流傳熱起支配作用”的部位。它一般擔(dān)負(fù)全爐熱負(fù)荷的20一 30%,對(duì)流室吸熱量的比例越大，全爐的熱效率越高。對(duì)流室一般都布置在輻射室之上，與輻射室分開，單獨(dú)放在地面上也 可以。對(duì)流室零配件的設(shè)置吹灰器或清掃孔為了清除對(duì)流管外表面上的積灰，保證對(duì)流傳熱效果，對(duì)流室應(yīng)設(shè)置 吹灰器或清掃孔。吹灰器有兩種類型：轉(zhuǎn)式吹灰器、可伸縮吹灰器、超聲波吹灰器。在對(duì)流管為光管，燒燃料氣或較干凈的燃料油而積灰不嚴(yán)重的情況下， 只需在爐子停工檢修時(shí)才清掃爐管表面的積灰，因此對(duì)流室只需設(shè)置清掃 孔而不必采用吹灰

58、器。清掃孔應(yīng)加密封蓋，以避免空氣漏入爐內(nèi)。清掃孔 的數(shù)量應(yīng)能保證用最簡便的，手工操作的吹灰管能將所有對(duì)流管上的積灰 清除干凈。熱偶套管、測(cè)壓管和滅火蒸汽管在對(duì)流室煙氣出口處應(yīng)設(shè)置熱電偶套管和測(cè)壓管。通常這兩種接管設(shè) 置在煙道或煙囪上。當(dāng)對(duì)流室以后沒有空氣預(yù)熱器時(shí)，該點(diǎn)溫度即為排煙 溫度，這是決定爐子熱效率的關(guān)鍵溫度，是必須測(cè)量的。對(duì)流室一般采用焊接的急彎彎管連接，因此對(duì)流室彎頭箱內(nèi)一般不設(shè) 置滅火蒸汽管。如被加熱介質(zhì)確有使彎管腐蝕穿孔的危險(xiǎn)，而需要在對(duì)流 室彎頭箱內(nèi)安裝滅火蒸汽管對(duì)，仍可采用爐膛滅火蒸汽管的結(jié)構(gòu)型式。.爐管系統(tǒng)爐管是管式加熱爐形成傳熱表面的最重要組成部分。爐管之間連接用 的回彎

59、頭和支持爐管的管架等也屬于爐管系統(tǒng)。爐管在加熱爐的輻射室和對(duì)流室里都有爐管，通俗稱為輻射管和對(duì)流管。由于爐管長期處于高溫、高壓和腐蝕條件下，所以操作條件苛刻。一 旦爐管發(fā)生事故，就會(huì)影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失 和危及人身的安全。 因此，對(duì)爐管材料要求很高， 一般應(yīng)考慮到以下幾點(diǎn)。 強(qiáng)度高，特別是持久強(qiáng)度高；抗氧化和耐腐蝕性能良好；高溫組織 穩(wěn)室性符合操作條件的要求；熱加工工藝性能良好，特別是可焊性； 經(jīng)濟(jì)性合理。為了強(qiáng)化對(duì)流傳熱，降低對(duì)流室的排煙溫度，對(duì)流管道常采用釘頭管 和翅片管。但遮蔽管應(yīng)采用光管，而不得采用釘頭管或翅片管。所謂遮蔽 管，是指對(duì)流室進(jìn)口的前兩排爐管。它們既

60、接受輻射室的輻射傳熱，又吸 收高溫?zé)煔獾膶?duì)流傳熱，有時(shí)爐管表面的熱強(qiáng)度會(huì)超過輻射管的表面熱強(qiáng) 度?；貜濐^，回彎頭是把爐管與爐管連接成連續(xù)蛇管的重要零件。它處于高溫區(qū)外 部，不與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，但是，由于急彎的影響，受管內(nèi)流動(dòng)的油品 或其它介質(zhì)的沖蝕作用比較嚴(yán)重。因此要求回彎頭在操作的溫度和壓力下 有足夠的強(qiáng)度和緊密性，并且能夠抗腐蝕。用于易結(jié)焦的加熱爐上的回彎 頭，應(yīng)能便于清焦和檢查爐管內(nèi)結(jié)焦情況。管板和管架管板和管架是為支持爐管（包括管內(nèi)介質(zhì)）重量和防止?fàn)t管過多變形 而設(shè)置的爐內(nèi)構(gòu)件。一般水平輻射爐管的中間支承構(gòu)件稱為管架，兩端則 稱為管板，水平對(duì)流爐管的中間和兩端的支承構(gòu)件均稱為管板。對(duì)