第一章化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解化工設(shè)備的基本要求2.掌握化工設(shè)備的分類3.了解化工容器標(biāo)準(zhǔn)課程性質(zhì)本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。課程內(nèi)容化工生產(chǎn)過程不僅取決于化學(xué)工藝過程，而且與化工機(jī)械裝備密切相關(guān)。化工機(jī)械通常分為化工設(shè)備和化工機(jī)器兩大類，化工設(shè)備指靜止設(shè)備，如各種容器（反應(yīng)容器、儲(chǔ)存容器、分離容器等）、塔器、換熱器等；化工機(jī)器指動(dòng)設(shè)備，如各種壓縮機(jī)、泵等。本書主要介紹化工設(shè)備。

任何一種石油、化工產(chǎn)品，都是人們利用一定的生產(chǎn)技術(shù)和按照特定的工藝要求，將原料經(jīng)過一系列物理或化學(xué)加工處理后得到的。這一系列加工處理的步驟稱為化工生產(chǎn)過程。實(shí)現(xiàn)某種化工生產(chǎn)過程，就需要有相應(yīng)的機(jī)器和設(shè)備。如：對(duì)物料進(jìn)行混合、分離、加熱和化學(xué)反應(yīng)等操作，就需要有混合攪拌設(shè)備、分離設(shè)備、傳熱和反應(yīng)設(shè)備；對(duì)流體進(jìn)行輸送，就需要有管道、閥門和儲(chǔ)存設(shè)備等。

化工機(jī)器及設(shè)備是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的重要工具，沒有相應(yīng)的機(jī)器和設(shè)備，任何化工生產(chǎn)過程都將無法實(shí)現(xiàn)。化工設(shè)備及其應(yīng)用●化工設(shè)備的應(yīng)用

化工設(shè)備不僅用于化工和煉油生產(chǎn)中，而且在輕工、醫(yī)藥、食品、冶金、能源、交通等工業(yè)部門也有著廣泛的應(yīng)用。

二、化工設(shè)備的特點(diǎn)

＊功能原理多樣化

＊外殼多為壓力容器＊化工—機(jī)械—電氣一體化

＊設(shè)備結(jié)構(gòu)大型化承受一定壓力，與外界形成一個(gè)封閉系統(tǒng)的容器，稱為壓力容器。如所有過程裝備的殼體、航天器與潛艇的殼體;水壓機(jī)的液壓缸；壓縮機(jī)的儲(chǔ)罐；發(fā)酵罐；鍋爐，核電站核容器；液化石油氣罐等

儲(chǔ)存設(shè)備

國(guó)內(nèi)最大的板式塔

2007年9月13日，由張家港市化工機(jī)械有限公司為大唐國(guó)際年產(chǎn)46萬噸煤基烯烴項(xiàng)目制造的“亞洲第一塔”——C3分離塔在內(nèi)蒙古錫林格勒建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)成功吊裝。該C3分離塔以其塔身主體板厚（68毫米），直徑（8米）、高度（100.115米）、重量（總重2460噸，空重1750噸），不僅創(chuàng)造了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)第一，在亞洲同行業(yè)內(nèi)也屬首創(chuàng)，被譽(yù)為“亞洲第一塔”。第一章化工設(shè)備基本知識(shí)第一節(jié)化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求一、化工生產(chǎn)的特點(diǎn)1、生產(chǎn)的連續(xù)性強(qiáng)為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，化工生產(chǎn)過程一般采用連續(xù)的工藝流程。2、生產(chǎn)條件的苛刻性化工生產(chǎn)的特點(diǎn)：高溫、高壓、易燃、易爆、劇毒、強(qiáng)腐蝕性等。3、生產(chǎn)原理的多樣性4、生產(chǎn)技術(shù)含量高專業(yè)復(fù)合化、機(jī)電一體化的發(fā)展勢(shì)態(tài)。二、化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求簡(jiǎn)單地說：既安全又經(jīng)濟(jì)（一）安全性能要求足夠的強(qiáng)度——抵抗破壞能力

良好的韌性——斷裂前吸收變形能量的能力

足夠的剛度和抗失穩(wěn)能力——抵抗變形能力和保持原有平衡狀態(tài)的能力

良好的抗腐蝕性——金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞

可靠的密封性——防止介質(zhì)泄漏的能力。

（二）工藝性能要求工藝指標(biāo)如儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存量、換熱器的傳熱量、反應(yīng)器的反應(yīng)速率、塔設(shè)備的傳質(zhì)效率等。生產(chǎn)效率高、消耗低化工設(shè)備的生產(chǎn)效率用單位時(shí)間內(nèi)單位體積（或面積）所完成的生產(chǎn)任務(wù)來衡量。消耗是指生產(chǎn)單位質(zhì)量或體積產(chǎn)品所需要的資源（如原料、燃料、電能等）。（三）使用性能要求結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)單運(yùn)輸與安裝方便操作、控制、維護(hù)簡(jiǎn)便

（四）經(jīng)濟(jì)性能要求

在滿足安全性、工藝性、使用性的前提下，應(yīng)盡量減少化工設(shè)備的基建投資和日常維護(hù)、操作費(fèi)用，并使設(shè)備在使用期內(nèi)安全運(yùn)行，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

第二節(jié)化工容器結(jié)構(gòu)與分類一、化工容器的基本結(jié)構(gòu)二、化工容器與設(shè)備的分類（一）按承壓性質(zhì)（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（）外壓容器（）；內(nèi)壓容器又可按設(shè)計(jì)壓力大小分為四個(gè)壓力等級(jí)常壓容器p＜0.1MPa；低壓容器（代號(hào)L）0.1MPa≤p＜1.6MPa；中壓容器（代號(hào)M）1.6MPa≤p＜10MPa；高壓容器（代號(hào)H）10MPa≤p＜100MPa；超高壓容器（代號(hào)U）p≥100MPa。

（二）按工藝過程中的作用不同分①反應(yīng)容器（代號(hào)R）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。②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。如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器等。③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。④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。

（三）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，稱為薄壁容器稱厚壁容器。(Do外徑，Di內(nèi)徑）（四）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。

（五）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。（六）按幾何形狀分按容器幾何形狀，可分為圓筒形、球形、橢圓形、錐形、矩形、方形等容器。

（七）按安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程分《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》采用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。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10MPa·m；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·m；⑤低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于0．2MPa·m。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、罐式汽車車、低溫液體運(yùn)輸車、永久氣體運(yùn)輸車和罐式集裝箱等；⑩球形儲(chǔ)罐（容積大于等于50m3）；⑾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。①中壓容器；②低壓容器（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。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。

第三節(jié)化工容器與設(shè)備有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范簡(jiǎn)介一、常用材料標(biāo)準(zhǔn)1．鋼板⑴碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板及鋼帶（GB912—89）⑵碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶（GB3274—88）(3)不銹鋼熱軋鋼板（GB4237—92）(4)壓力容器用鋼板（GB6654—1996）

2.鋼管(1)輸送流體用無縫鋼管（GB8163—87）(2)石油裂化用無縫鋼管（GB9948—88）(3)化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB6479—8）（4）高壓鍋爐用無縫鋼管（GB5310—85）二、壓力容器規(guī)范簡(jiǎn)介美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)制訂的《鍋爐和受壓容器規(guī)范》（簡(jiǎn)稱ASME規(guī)范）等。美國(guó)ASME規(guī)范是世界上制訂最早（1915）、最完備的壓力容器規(guī)范。1989年制訂了有關(guān)壓力容器的第一部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》（簡(jiǎn)稱GB150）。

小結(jié)本課程性質(zhì)、內(nèi)容、任務(wù)化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求化工容器結(jié)構(gòu)與分類壓力容器規(guī)范簡(jiǎn)介化工設(shè)備常用材料學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握常用材料的性能第四節(jié)化工設(shè)備常用材料目前化工設(shè)備的金屬用材主要是碳鋼、合金鋼、有色金屬及其合金。1．碳鋼又稱非合金鋼，碳鋼是指含碳量小于2．11％的鐵碳合金常按含碳量不同分為三類。（1）低碳鋼，含碳量C≤0.25％，常用鋼號(hào)有10、15、20、25等。（2）中碳鋼，含碳量C0.25％<C＜0.60％，常用牌號(hào)有30、35、40、45、50、55、60等，其中以45鋼應(yīng)用最廣。（3）高碳鋼，含碳量C≥0.60％，常用的牌號(hào)有60、65、70鋼。低碳鋼塑性、韌性和焊接型好，但強(qiáng)度、硬度不高；高碳鋼的強(qiáng)度和硬度均較高，但塑性、韌性和焊接性差。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)（兩位數(shù)字）表示。如45表示優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，平均含碳量為萬分之四十五，即0.45％。碳素結(jié)構(gòu)鋼有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個(gè)鋼種，其中Q235A鋼在化工設(shè)備制造中應(yīng)用廣泛。

2．合金鋼合金鋼是指在碳鋼基礎(chǔ)上加入一定量的合金元素所形成的鋼種。常加人的元素有Si、Mn、Cr、B、W、V、Ni、Ti、Nb、Al等。

(1)“低合金”是指鋼中含有合金元素總量＜3％.有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.最常用的是Q345鋼.例如40Cr鋼平均含碳量為萬分之四十，即0．4％、平均含Cr＜1.5％；1Cr18Ni9Ti鋼平均含碳量為萬分之一，即0.01％、平均含Cr18萬分之一Ni9萬分之一。Ti＜1.5％。（2）不銹鋼：分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼Cr是不銹鋼獲得耐蝕性的基本合金元素，一般不銹鋼含Cr11.7％以上；大多數(shù)不銹鋼的含C量為0.1％～0.2％。鉻不銹鋼的常用牌號(hào)有0Cr13、1Cr13、1Cr174Cr13、1Crl7、8Crl7等。鉻鎳不銹鋼的常用牌號(hào)有OCr18Ni8、、1Crl8Ni9Ti等。（3）耐熱鋼與低溫剛耐熱鋼用于650℃以上的高溫環(huán)境下工作的設(shè)備。耐熱鋼按耐熱要求不同分為抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類。氧化鋼主要能抗高溫氧化，但強(qiáng)度并不高，常用作直接著火但受力不大的部件，如熱裂解管、熱交換器等。常用牌號(hào)有OCrl9Ni93Cr18Mn12Si2N等。熱強(qiáng)鋼主要能抗蠕變，也有一定的抗氧化能力，常用做高溫下受力的零部件。常用牌號(hào)有1Cr13、1Cr18Ni9Ti、1Cr5M。1CrllMoV等。

3．有色金屬（1）銅及其合金銅在各種濃的硝酸、氨和銨鹽溶液中的耐蝕性差，但對(duì)稀的硫酸、亞硫酸、鹽酸、醋酸、氫氟酸及其他非氧化性酸等介質(zhì)的耐腐蝕性較好。純銅（紫銅）主要用于制造有機(jī)合成和有機(jī)酸工業(yè)上的蒸發(fā)器、蛇管等。銅合金按主要合金元素的種類分為黃銅、青銅等，黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合鋅金；Cu-Zn合金（黃銅）由于其價(jià)格低，鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于45%是又具有良好的壓力加工性和較好的力學(xué)性能，耐蝕性與銅相似，特別是在大氣中耐蝕性要比銅好，在化工設(shè)備上應(yīng)用很廣。

青銅是以鋅以外的其他元素為主要合金元素的銅合金。以錫為主要合金元素的青銅稱為錫青銅，以錫以外的其他元素為主要合金元素的青銅稱為無錫青銅。如如ZCuSn10Zn2表示平均含Sn10％、Zn2％、其余銅的鑄造錫青銅。工業(yè)純銅和黃銅具有極好的導(dǎo)熱性，優(yōu)越的低溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能；青銅具有良好的耐腐蝕性和耐磨性。（2）鋁及其合金工業(yè)純鋁廣泛用于制造硝酸、含硫石油化工、橡膠硫化和含硫的藥劑等生產(chǎn)所用設(shè)備，如反應(yīng)器、熱交換器、槽車和管件等。鋁的耐腐蝕性好，導(dǎo)熱性能好，不易產(chǎn)生火花，鋁不污染物品和不改變物品顏色等。鑄鋁常用來鑄