化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)1

化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)、化工靜設(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(guò)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、按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Ikgf/cn?）、低壓設(shè)備（操作壓力在1?16kgf/cm?之間）、中壓

設(shè)備（操作壓力在16~100kgf/cm'之間）、高壓設(shè)備（操作壓力在100~1000kgf/cm;

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(lái)貯存物料，如各種儲(chǔ)罐、計(jì)量罐、高位槽；

有的用來(lái)對(duì)物料進(jìn)行物理處理，如換熱器、精微塔等；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(wàn)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?；と萜饕话阌赏搀w、封頭、支座、法

蘭及各種開(kāi)孔所組成，見(jiàn)圖

圖1—1化工容器的總體結(jié)構(gòu)

1一法蘭；2一支座；3一封頭拼接焊縫；4一封頭；5一環(huán)焊縫；

6—補(bǔ)強(qiáng)圈；7一人孔；8一縱焊縫；9一筒體；10—壓力表；11—安全閥；12—液面計(jì)

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）和球形簡(jiǎn)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

化上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(shuō)化工容器能否正常安全地運(yùn)行在

很大程度上取決于密封裝置的可靠性。

4）開(kāi)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(kāi)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(kāi)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，往往需要在容器上設(shè)置

一些安全裝置和測(cè)量、控制儀表來(lái)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(guò)程的正常進(jìn)行。

化工容器的安全裝置主要有安全閥、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。

上述簡(jiǎn)體、封頭、密封裝置、開(kāi)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(guò)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

力大小分為四個(gè)壓力等級(jí),具體劃分如下：

低壓（代號(hào)L）容器0.lMPa<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.OMPaWpGOOMPa；

超高壓（代號(hào)U）容器peiOOMpa。

外壓容器中，當(dāng)容器的內(nèi)壓小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓（約0.IMpa）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(guò)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。

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(guò)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。

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(guò)程的主

要作用來(lái)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。

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10

MPa?m3）

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乘積之0.5

MPa.m3）；

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N0.2MPa?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）；

（ID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。

四、化工塔設(shè)備的分類和結(jié)構(gòu)

（一）塔設(shè)備的分類

1、按操作壓力分類

1）加壓塔；2）減壓塔；3）常壓塔。

2、按化工單元操作分類

1）精飾塔；2）吸收塔和解吸塔；3）萃取塔；

4）反應(yīng)塔；5）再生塔；6）干燥塔。

3、按氣液接觸的基本構(gòu)件分類

1）填料塔；2）板式塔

（-）塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)

1、塔設(shè)備的基本部件

填料塔和板式塔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1―2圖1—3。從圖中可看出，兩種不同的塔結(jié)構(gòu)，均包

括一些基本部件，如塔體、支座及塔體附件。而其不同的內(nèi)件結(jié)構(gòu)則在介紹兩種塔型

時(shí)分別介紹。

圖1—2填料塔結(jié)構(gòu)圖

1一支座；2—液體出口；3—填料支承；4一卸料孔；5—塔體；

6—填料；7—液體再分布器；8T淋裝置

1塔體

塔）體.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(lái)

的影響，以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開(kāi)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(lái)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

①接管；②人孔和手孔；③吊耳；④吊柱；⑤平臺(tái)和爬梯。

2、填料塔

圖1—3板式塔總體結(jié)構(gòu)圖

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—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(jiǎn)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，填料塔的使用范

圍正在擴(kuò)大。六十年代后期，直徑超過(guò)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(guò)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(lái)，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：?jiǎn)?/p>

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(lái)選擇填料的材質(zhì)，根據(jù)操作工藝要求，選擇填料的型式,

根據(jù)填料塔徑選擇填料尺寸。

五、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。

iii、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(guò)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

①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(jiǎn)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，使氣液分布不均勻，氣一液接觸不良。

②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(kāi)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。

③、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(lái)，又對(duì)矩鞍形填料予以改進(jìn)。它是目前瓷制填料中處理

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(rùn)，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

蓮蓬頭式

盤式

溢流式|槽式

噴淋裝置類型反射板式

沖吊式寶塔式

離心式

機(jī)械式

①管式噴淋器

小直徑的填料塔(300mm以下)可以采用管式噴淋器，如圖IT(a)、(b)所

示。直徑小于600mm的塔可采用多孔直管式如圖1-4(c)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

單，缺點(diǎn)是噴淋面積小而且不均勻。

圖1-4管式噴淋器

（a）直管；（b）彎管；（c）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，如圖1-5

所示。環(huán)狀管的下面開(kāi)有小孔，小孔直徑為4~8mm,共有3~5排，小孔面積總和約與

管截面積相等，環(huán)管中心圓直徑Dt一般為塔徑Dg的60?80%。這種噴淋器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)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。

②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(jiǎn)單，噴淋較均勻，如圖1一6所示。

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20?30%,小孔直徑為3?15mm，它的安裝位置離填料表面

的距離一般約為（0.5?l）Dg,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),

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600nlm以下的

塔設(shè)備。

③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(guò)進(jìn)液管加到噴淋盤內(nèi)，然后

從噴淋盤內(nèi)的降液管溢流，噴淋到填料上。中央進(jìn)料的盤式分布器如圖1一7所示。降

液管一般按等邊三角形排列，焊接在噴淋盤的分布板上。

圖1一5環(huán)管多孔噴淋器

圖1—6蓮蓬頭式噴淋器

圖1一7盤式分布器

④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(jiǎn)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(jiǎn)單的一種結(jié)構(gòu)，如圖1—8所示。（b）圖為具有通孔的分配錐，適

用塔徑在600~800mm的塔，a為35。?45。，D）=（0.7-0.8）Dg0圖1-9所示為槽形液

體再分配器，器上的通孔是增加氣體通過(guò)的截面積，使氣體通過(guò)再分配器時(shí)，速度變

化不大，該分布器適用塔徑600mm以上的塔。

圖『8分配錐

圖1-9槽形再分配器

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，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖

l-10o

5）除沫器

除沫器是用來(lái)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

e

圖1T0填料支承結(jié)構(gòu)圖1T1小型除沫器

常見(jiàn)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，它適用于分離5微米的液滴，其除沫率可達(dá)99機(jī)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。

圖1-11是一種小型除沫器，該結(jié)構(gòu)適用于除沫器直徑與塔徑相近的情況。若塔體

直徑大于1000mm以上時(shí)，將采取分塊結(jié)構(gòu)型式，便于絲網(wǎng)的安裝與檢修。

（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

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。

4）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(lái)密封。

（2）分塊式塔板

分塊式塔板用于塔徑在900mm以上，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(guò)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)是鼓泡元件各具有升氣管。

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(zhǎng)，分離效果較好。但由于氣體通過(guò)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)

①生產(chǎn)能力大，比泡罩塔板約提高20?40%,與篩板塔相近。

②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7?9。

③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，因此塔

板效率高，比泡罩塔效率可提高15%左右。

④液面梯度小，蒸汽分配比較均勻，塔板壓降比泡罩塔小。

⑤塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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

化工換熱設(shè)備是在化工生產(chǎn)過(guò)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(guò)程，特別是近年

開(kāi)發(fā)的各種化工工藝，充分進(jìn)行了熱能的綜合利用，各種型式的高效、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(guò)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)備。

化工生產(chǎn)流程中，用于汽一液、汽一氣、氣一氣、液一液之間的換熱設(shè)備，按熱

量的授受方式可分為①表面式換熱器；②蓄熱式換熱器；③液體間接式換熱器；④直

接接觸式換熱器。

表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)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(lái)

的換熱器，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。另外，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(méi)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(guò)熱器------用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過(guò)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。

（-）化工裝置常用換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)

1、管春式秘執(zhí)黑

①管殼式換熱熊的類型和優(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。

固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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30℃）,或溫差較大但

殼程壓力不高的條件。

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)復(fù)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。

②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1一12

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(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可以用隔板分成任何程數(shù)。應(yīng)用

極為廣泛。近年來(lái)，也有設(shè)計(jì)開(kāi)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(wú)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)。

圖1一12固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖

1一排氣口2—封頭3—法蘭4一管板5一排氣口6—?dú)んw7—列管8—

支座9一定距管10-折流板11一膨脹節(jié)12—?dú)んw接管13一排氣口14一封頭

接管15一封頭16一排氣口17—法蘭18—管板19一排液口20一支座21一接管

22一排液口23一入口管

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1—13。

圖1-13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(méi)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1-15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。

圖1T4浮頭式換熱器

1一吊環(huán)；2—平蓋板；3—法蘭；4—接口；5—管線接管；6—分程板；7—?dú)んw；8—

排氣口；9一接管；10一接管；11一封頭；12一接管；13一排氣口；14—接管；15一支座；16

—內(nèi)封頭；17—堰板；18一吊耳；19—浮頭襯托；20—浮動(dòng)管板；21一列管；22—折流板；23

一定距管；24—支座；25一接管；26—排液口；27—法蘭；28—固定管板；29—法蘭；30-

排液口；31一接管；32一管箱

iii、"U”形管式換熱器

U形管式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1T7所示。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(kāi)，可以不考慮熱膨脹，管束可以自由伸縮，不會(huì)因

為流體介質(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(méi)有浮頭，結(jié)構(gòu)比較

簡(jiǎn)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(zhǎng)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

2!?242322212019181716

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—短管；

9—?dú)んw；10—折流板；11一擋板；12一拉桿；13—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(chǎng)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--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1T8。

板式換熱器的特點(diǎn)：

①、體積小，占地面積少。

②、傳熱效率高，可使在低速下強(qiáng)化傳熱。

圖1-18板式換熱器工作原理圖

③、組裝方便，當(dāng)增加換熱面積時(shí)，只多裝板片，進(jìn)出口管口方位不需變動(dòng)。

④、熱損失小，不需保溫，熱損失只為1%左右。

⑤、拆卸、清洗方便，檢修容易在現(xiàn)場(chǎng)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。

⑥、使用壽命長(zhǎng)。一組板式換熱器，一般可使用5?8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。

⑦、板式換熱器的缺點(diǎn)是密封周邊較長(zhǎng)，容易泄漏，使用溫度只能低于150℃,

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(kāi)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。

1Q

圖1—19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；5一螺栓；6一孔；7一螺桿；8一夾緊螺栓；9一

螺母；io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

①、傳熱板片傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，

但A板和B板人字相反，如圖1一20。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。

②、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(kāi)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(yáng)光紫外線、抗老化等性

能。

③、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。

④、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。

⑤、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(zhǎng)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。

⑥、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。

圖1—20傳熱板片

1一人字形板片；2—密封板條

六、化工管路與閥門

化工管路與閥門是化工生產(chǎn)中不可缺少的組成部分，是各類化工設(shè)備的紐帶，其

主要作用是輸送和控制各種流體，如氣體、液體等。

（一）、化工用管的種類：

按材質(zhì)分：

1、金屬用管

①、鑄鐵管，鑄鐵管是化工管路中常用的管道之一。由于性脆及連接緊密性較差,

只適用于輸送低壓介質(zhì)，不宜輸送高溫高壓蒸汽及有毒、易爆性物質(zhì)。常用于地卜給

水管、煤氣總管和下水管道。鑄鐵管的規(guī)格以中內(nèi)徑X壁厚（mm）表示。

②、有縫鋼管，有縫鋼管按使用壓力分普通水煤氣管（耐壓0.1?l.OMPa）和加

厚管（耐壓L0~1.5MPa）。一般用于輸送水、煤氣、取暖蒸汽、壓縮空氣、油等壓力

流體。鍍鋅的叫白鐵管或鍍鋅管。不鍍鋅的叫黑鐵管。其規(guī)格以公稱直徑表示。最小

公稱直徑6mm,最大公稱直徑150mm。

③、無(wú)縫鋼管，無(wú)縫鋼管的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量均勻強(qiáng)度較高。其材質(zhì)有碳鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、

低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼。因制造方法不同，分為熱軋無(wú)縫鋼管和冷拔無(wú)縫鋼管兩

種。管道工程中管徑超過(guò)57mm時(shí)，常用熱軋管，57mm以下時(shí)常用冷拔管。無(wú)縫鋼管

常用于輸送各種受壓氣體、蒸氣和液體，能耐較高溫度（約435C）。合金鋼管用于

輸送腐蝕性介質(zhì)，其中耐熱合金管耐溫可達(dá)900~950℃。無(wú)縫鋼管的規(guī)格以中內(nèi)徑x

壁厚（mm）表示。冷拔管最大外徑為200mm,熱軋管最大外徑630mm。無(wú)縫鋼管按

用途分為一般無(wú)縫管和專用無(wú)縫管，如石油裂化無(wú)縫管、鍋爐無(wú)縫管、化肥無(wú)縫管等。

④、銅管，銅管傳熱效果好，因此主要應(yīng)用于換熱設(shè)備和深冷裝置的管路，儀表

測(cè)壓管或傳送有壓力的流體，但溫度高于250℃時(shí)，不宜在壓力下使用。因價(jià)格較貴,

一般使用在重要場(chǎng)所。

⑤、鋁管，鋁具有很好的耐蝕性。鋁管常用于輸送濃硫酸、醋酸、硫化氫及二氧

化碳等介質(zhì)，也常用于換熱器。鋁管不耐堿，不能用于輸送堿性溶液及含氯離子的溶

液。由于鋁管的機(jī)械強(qiáng)度隨著溫度的升高而顯著降低，故鋁管的使用溫度不能超過(guò)

200℃,對(duì)于受壓管路，使用溫度將更低。鋁在低溫下具有較好的機(jī)械性能，故在空

氣分離裝置中大都采用鋁及鋁合金管。

⑥、鉛管，鉛管常用作輸送酸性介質(zhì)的管路，可輸送0.5%?15%的硫酸、二氧

化碳、60%的氫氟酸及濃度低于80%的醋酸等介質(zhì)，不宜輸送硝酸、次氯酸等介質(zhì)。

鉛管最高使用溫度為200℃o

2、非金屬用管

塑料管，塑料管的優(yōu)點(diǎn)是耐蝕性好、質(zhì)量輕、成型方便、容易加工。缺點(diǎn)是

強(qiáng)度低，耐熱性差。目前最常用的塑料管有硬聚氯乙烯管、軟聚氯乙烯管、聚乙烯管、

聚丙烯管以及金屬管表面噴涂聚烯、聚三氟氯乙烯等。

②、橡膠管，橡膠管具有較好的耐腐蝕性能，質(zhì)量輕，有良好的可塑性，安裝、

拆卸靈活方便。常用的橡膠管一般由天然橡膠或合成橡膠制成，適用于對(duì)壓力要求不

高的場(chǎng)合。

③、玻璃管，玻璃管具有耐腐蝕、透明、易于清洗、阻力小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，缺

點(diǎn)是性脆、不耐壓。常用于檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)性工作場(chǎng)合。

④、陶瓷管，化工陶瓷與玻璃相近，耐腐蝕性好，除氫氟酸、氟硅酸和強(qiáng)堿外，

能耐各種濃度的無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸和有機(jī)溶劑的腐蝕，由于強(qiáng)度低、性脆，一般用于排

除腐蝕性介質(zhì)的下水道和通風(fēng)管道。

⑤、水泥管，主要用于對(duì)壓力要求、接管密封不高的場(chǎng)合，如地下排污、排水管

等。

（二）、管件與閥門

管路中除管子以外，為滿足工藝生產(chǎn)和安裝檢修等需要，管路中還有許多其他構(gòu)

件如短管、彎頭、三通、異徑管、法蘭、盲板、閥門等。我們通常稱這些構(gòu)件為管路

附件簡(jiǎn)稱管件。管件是組成管路不可缺少的部分。這里簡(jiǎn)單介紹幾種常用管件。

圖1一21彎頭

1、彎頭圖1-21

彎頭主要用來(lái)改變管路的走向，可根據(jù)彎頭彎曲的程度不同來(lái)分類，常見(jiàn)的有

90°、45°、180°、360°彎頭。180°、360°彎頭又稱U形彎管。另外還有工藝配管需要

的特定角度的彎頭。彎頭可用直管彎曲或用管子拼焊而成，也可用模壓后焊接而成，

或用鑄造和鍛造等方法制成，如在高壓管路中的彎頭大都是優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼鍛制而

成的。

昌合口

^3

2、三通圖1-22

當(dāng)兩條管路之間相互連通或需要有旁路分流時(shí)，其接頭處的管件稱為三通。根據(jù)

接入管的角度不同，有垂直接入的正接三通、斜接三通。斜接三通按斜接角度來(lái)定名

稱，如45°斜三通等。此外按出入口的口徑大小分別稱謂，如等徑三通等。

除常見(jiàn)的三通管件外，還常以接口的多少稱，例如四通、五通、斜接五通等。常

見(jiàn)的三通管件，除用管子拼焊外，還有用模壓組焊、鑄造和鍛造而成。

甘&口

圖1一23短接管和異徑管

3、短接管和異徑管圖1—23

當(dāng)管路裝配中短缺一小段，或因檢修需要在管路中置一小段可拆的管段時(shí)，經(jīng)常

采用短接管。短接管有帶連接頭（如法蘭、絲扣等），或僅僅是一直短管，也稱為管

墊。

將兩個(gè)不等管徑的管口連通起來(lái)的管件稱為異徑管。通常叫大小頭。這種管件有

鑄造異徑管，也有用管子割焊而成或用鋼板卷焊而成。高壓管路中的異徑管是用鍛件

或用高壓無(wú)縫鋼管縮制而成。

4、法蘭、盲板圖1一24

為便于安裝和檢修，管路中常采用可拆連接，法蘭就是一種常用的連接零件。

圖1—24法蘭、盲板

為清理和檢查需要在管路上設(shè)置手孔盲板或在管端裝盲板。盲板還可以用來(lái)暫時(shí)

封閉管路的某一接口或?qū)⒐苈分械哪骋欢喂苈分袛嗯c系統(tǒng)的聯(lián)系。在一般中低壓管路

中，盲板的形狀與實(shí)心法蘭相同，所以這種盲板又叫法蘭蓋，這種盲板同法蘭一樣都

已標(biāo)準(zhǔn)化，具體尺寸可以在有關(guān)手冊(cè)中查到。

另外在化工設(shè)備和管路的檢修中，為確保安全，常采用鋼板制成的實(shí)心圓片插入

兩個(gè)法蘭之間，用來(lái)暫時(shí)將設(shè)備或管路與生產(chǎn)系統(tǒng)隔絕。這種盲板習(xí)慣叫插入盲板。

插入盲板的大小可與插入處法蘭的密封面外徑相同。

5、閥門

用來(lái)控制流體在管路內(nèi)流動(dòng)的裝置稱為閥門。其主要作用有：

①啟閉作用-----切斷或溝通管路中的流體流動(dòng)；

②調(diào)節(jié)作用-----調(diào)節(jié)管路內(nèi)流體流速、流量；

③節(jié)流作用-----流體流過(guò)閥門后，產(chǎn)生很大壓力降。

根據(jù)閥門在管路的作用不同，可分為切斷閥（又稱截止閥）、節(jié)流閥、止回閥、

安全閥等；根據(jù)閥門的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為閘閥、旋塞（常稱考克）、球閥、蝶閥、

隔膜閥、襯里閥等。此外，根據(jù)制作閥門的材料不同，又分為不銹鋼閥、鑄鋼閥、鑄

鐵閥、塑料閥、陶瓷閥等。各種閥門的選用可查有關(guān)手冊(cè)和樣本，這里僅介紹最常見(jiàn)

的幾種閥門。

（1）截止閥（圖1-25）,因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，在中低壓管路中應(yīng)用廣

泛。它是利用裝在閥桿下面圓形閥盤（閥頭）與閥體內(nèi)凸緣部分（閥座）相配合來(lái)達(dá)

到截止流體流動(dòng)的目的。閥桿靠螺紋升降可調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)啟程度，起到一定的調(diào)節(jié)作

用。

由于閥門的截流作用是依靠閥頭與閥座平面接觸密封，不適合用于含有固體顆粒

流體的管路上。截止閥可按使用介質(zhì)特性選用合適的閥頭、閥座、殼體的材料。對(duì)于

使用中因密封不好或閥頭、閥座等零件損壞的閥門，可以采取光刀、研磨、堆焊鑲套

等辦法修復(fù)使用，以延長(zhǎng)閥門使用壽命。

圖1-25截止閥

(2)閘閥(圖1-26),是靠與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直的一塊或兩塊平板，同閥體密封

面相配合達(dá)到封閉的目的。閥板的升起就使閥門開(kāi)啟。平板隨閥桿的旋轉(zhuǎn)而升降，用

開(kāi)啟的大小調(diào)節(jié)流體的流量。這種閥門阻力小、密封性能好、開(kāi)關(guān)省力，特別適用于

大口徑的管路上，但閘閥的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、種類較多。根據(jù)閥桿結(jié)構(gòu)不同，有明桿和

暗桿之分；根據(jù)閥板的結(jié)構(gòu)形式又分為楔式、平行式等。一般楔式閥板為單閥板，平

行式多用兩塊閥板。平行式比楔式容易制造，好修理，使用中不易變形，但不宜用于

輸送含有雜質(zhì)的流體管路中，多用于輸送水、干凈氣體，油類等管路中。

(3)旋塞(圖1-27),旋塞俗稱考克，它是利用閥體內(nèi)插入一個(gè)中央帶孔的錐形

栓塞啟閉管路。旋塞根據(jù)密封形式不同，可分填料旋塞、油密封式旋塞和無(wú)填料旋塞

等。

旋塞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，啟閉迅速，操作方便，流體阻力小，便于制成三

通路或四通路的分配或切換閥門。旋塞的密封面大，容易磨損，開(kāi)關(guān)時(shí)費(fèi)力，不易調(diào)

節(jié)流量，但切斷迅速。旋塞可用于壓力和溫度較低或介質(zhì)中含有固體顆粒的流體管路

中，但不宜用于壓力較高、溫度較高或蒸汽管路中。

(4)節(jié)流閥(圖1-28),屬于截止閥的一種。其閥頭的形狀為圓錐形或流線形，

可以較好的控制調(diào)節(jié)流體的流量或進(jìn)行節(jié)流調(diào)壓等。該閥制作精度要求較高，密封性

能好。主要用于儀表控制或取樣等管路中，但不宜用于粘度大和含固體顆粒介質(zhì)的管

路中。

(5)球閥(圖1-29),又稱球心閥，是近幾年發(fā)展較快的一種閥門。它利用一個(gè)

中間開(kāi)孔的球體作閥心，依靠球體的旋轉(zhuǎn)來(lái)控制閥門的開(kāi)或關(guān)。它和旋塞相仿，但比

旋塞的密封

圖1一27旋塞

面小，結(jié)構(gòu)緊湊，開(kāi)關(guān)省力，遠(yuǎn)比旋塞應(yīng)用廣泛。隨著球閥制造精度的提高，球閥不

僅在中低壓管路中使用，而且已在高壓管路中應(yīng)用。但由于密封材料的限制，目前還

不宜用于高溫管路中。

(6)隔膜閥(圖1-30)，常見(jiàn)的有膠膜閥。這種閥門的啟閉是一塊特制的橡膠膜片,

膜片夾置在閥體與閥蓋之間，關(guān)閉時(shí)閥桿下的圓盤把膜片壓緊在閥體上達(dá)到密封。這

種閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封可靠，便于檢修，流體阻力小。適用于輸送酸性介質(zhì)和帶懸浮

物的流體管路中，但一般不宜用于較高壓力或溫度高于60℃的管路，不宜用于輸送有

機(jī)溶劑和強(qiáng)氧化介質(zhì)的管路中。

圖1-28節(jié)流閥

（7）止回閥（圖1-31）,又稱止逆閥或叫單向閥。安在管路中使流體只能向一個(gè)

方向流動(dòng)，不允許反向流動(dòng)。它是一種自動(dòng)關(guān)閉閥門，在閥體內(nèi)有一個(gè)閥瓣或搖板。

當(dāng)介質(zhì)順流時(shí)流體將閥瓣自動(dòng)頂開(kāi)；當(dāng)流體倒流時(shí)，流體（或彈簧力）自動(dòng)將閥瓣關(guān)

閉。

圖1—30隔膜閥

圖1—31止回閥

按止回閥結(jié)構(gòu)的不同，分為升降式和旋啟式二類。升降式止回閥瓣是垂直于閥體

通道升降運(yùn)動(dòng)的，一般用于水平或垂直管道上；旋啟式止回閥的閥瓣常稱為搖板，搖

板一側(cè)與軸連接，搖板可繞軸旋轉(zhuǎn)，旋啟式止回閥一般安裝在水平管道上，對(duì)于小口

徑的也可以安裝于垂直的管道上，但要注意流量不宜太大。

止回閥一般適用于清潔介質(zhì)的管路中，對(duì)含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)管路中

不宜采用。升降式的止回閥封閉性能比旋啟式的好，但旋啟式的止回閥流體阻力比升

降式的小。一般情況下旋啟式止回閥適用于大口徑的管路中。

（8）蝶閥（圖1—32）,是靠管內(nèi)一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤（或橢圓盤）來(lái)控制管路

啟閉。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小。由于密封結(jié)構(gòu)及材料問(wèn)題，該閥門封閉性能較差，

只適用于低壓、大口徑管路中的調(diào)節(jié)，常用在輸送水、空氣、煤氣等介質(zhì)的管路中。

（9）減壓閥（圖1—33）,是將介質(zhì)壓力降低到一定數(shù)值的自動(dòng)閥門，一般閥后

壓力要小于閥前壓力的50%,它主要靠膜片、彈簧、活塞等零件利用介質(zhì)的壓差來(lái)控

制閥瓣與閥座的間隙達(dá)到減壓的目的。減壓閥的種類很多，常見(jiàn)的有活塞式和薄膜式

二種。

（10）襯里閥（圖1—34）,為防止介質(zhì)的腐蝕，有的閥門需要在閥體和閥頭等襯

耐腐蝕的材料（如鉛、橡膠、搪瓷等），襯里材料應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)選用。為襯里

方便，襯里閥門大多制成直角式或直流式。

圖1—32蝶閥

圖5-9-13減壓閥

（11）安全閥（圖1-35）,為確?；どa(chǎn)的安全，在有壓力的管路系統(tǒng)中，常

設(shè)有安全裝置，即選用一定厚度的金屬薄片，像插入盲板一樣裝在管路的端部或三通

接口上。當(dāng)管路內(nèi)壓力升高時(shí)，薄片被沖破從而達(dá)到泄壓目的。爆破板一般用于低壓、

大口徑的管路中，但在大多數(shù)化工管路中則用安全閥，安全閥的種類很多，大致可分

為兩大類，即彈簧式和杠桿式。

圖1-34襯.里閥

(a)更整式安全閥(b)彈箕式安全解

圖1一35安全閥

彈簧式安全閥，主要依靠彈簧的作用力來(lái)達(dá)到密封。當(dāng)管內(nèi)壓力超過(guò)彈簧的彈力

時(shí)，閥門被介質(zhì)頂開(kāi)，管內(nèi)流體排出，使壓力降低。一旦管內(nèi)壓力降到低于彈簧彈力

時(shí)，閥門重新關(guān)閉。

杠桿式安全閥主要靠杠桿上重錘的作用力達(dá)到密封，作用原理同彈簧式。

安全閥的選用，是根據(jù)工作壓力和工作溫度決定公稱壓力的等級(jí)，其口徑大小可

參考有關(guān)規(guī)定計(jì)算確定。安全閥的結(jié)構(gòu)型式、閥門的材質(zhì)均應(yīng)按介質(zhì)的性質(zhì)、工作條

件選用。安全閥的起跳壓力、試驗(yàn)及驗(yàn)收等均有專門規(guī)定，由安全部門定期校驗(yàn)、鉛

封打印。在使用中不得任意調(diào)節(jié)，以確保安全。

6、管路的連接

管路的連接包括管道與管道的連接、管道與各種管件、閥門及設(shè)備接口等處的連

接。目前普遍采用的有：法蘭連接、螺紋連接、焊接及填料式連接等。(圖1-36)

(])法吆連接

這是一種可拆式的連接，它與設(shè)備法蘭相同。法蘭盤與管道固定在一起，且采用

與設(shè)備法蘭相同的密封面型式及墊片實(shí)現(xiàn)可靠的密封。

(2)螺紋連接

這種連接常用白漆加麻絲或四氟膜纏繞在螺紋表面，然后將螺紋配合擰緊，主要

依靠錐管螺紋的咬合和在螺紋之間加敷的密封材料來(lái)達(dá)到密封。這種連接方法可以拆

卸，但沒(méi)有法蘭連接那樣方便，且密封可靠性較低，其使用壓力、使用溫度不宜過(guò)高。

目前，螺紋連接大多用于水煤氣鋼管、自來(lái)水管路及一般生活用管路和機(jī)器潤(rùn)滑

油管路中。

(3)焊接連接

這是一種不可拆連接結(jié)構(gòu)，是用焊接的方法將管道和各管件、閥門直接連成一體

的。這種連接密封非?？煽?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝，但給檢修工作帶來(lái)不便。

60、90'

mm整-41*—

(a)對(duì)焊2~3mm2-3mm(b)搭焊(C加管贏接⑷加打環(huán)對(duì)

壁厚大于壁厚小于

5mm5mm

圖1-36焊接連接

管路的焊接有對(duì)接、搭接、帶襯環(huán)的對(duì)接、加管箍焊接等，如圖5-9-17所示?？?/p>

根據(jù)管路材料和施工要求選用。

(4)除上述三種常見(jiàn)的連接結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際管路中還可看到許多不同的連接結(jié)構(gòu)。

①承插式連接（圖1-37）,它的管口是特制的，管端套入后，在承插處的空隙中

填入密封材料如麻、水泥、鉛等填料以達(dá)到密封目的。這種連接常用于公稱壓力0.6MPa

以下的管路中，同時(shí)對(duì)于鑄鐵管道和非金屬管道（如水泥管、陶瓷管等）在密封要求

不高的情況下也可采用這種連接。

②填料函式連接（圖廠38）,這種結(jié)構(gòu)靠壓緊填料來(lái)達(dá)到密封目的，其特點(diǎn)是管

道可以自由伸縮，以補(bǔ)償管路因溫度變化而引起的長(zhǎng)度變形。該連接適用于公稱壓力

1.6MPa以下的管路中。

圖1-37承插連接

圖1-38填料函式連接

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(guò)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。化工泵由于所輸送液體的種類和性質(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(lái)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。

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(zhǎng)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(guò)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-20℃?-100℃。

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鎰鋼、陶瓷、鑄鐵等，選用耐沖刷

的鈦材、鎰鋼等。

5、無(wú)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(wú)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(guò)泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)各種葉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(lái)說(shuō)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n?/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(lái)表示。

離心泵開(kāi)泵之前，打開(kāi)出入管道閥，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I」，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)一，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(guò)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(guò)擴(kuò)壓器時(shí)，由于流道截面大，流速減慢，使一部分動(dòng)能轉(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(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換，即從機(jī)械能

轉(zhuǎn)換成⑴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2—1。

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(guò)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、混流式葉輪、斜流式葉輪、軸流式葉

輪，如圖2—2。若按葉輪結(jié)構(gòu)可分為閉式葉輪、開(kāi)式葉輪、誘導(dǎo)輪全開(kāi)式葉輪、半

開(kāi)式葉輪，如圖2—3。

①閉式葉輪