发表时间:2019-7-15 11:51:44 编辑:luopiaopiao
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第三节 静置设备与工艺金属结构制作安装
静置设备包括容器、塔、换热器、油罐、球罐、气柜、火炬、排气筒等。
一、压力容器的分类
(一)压力容器的基本分类
(二)按设备的设计压力(P)分类
低压容器(L)0.1Mpa≤P<1.6Mpa;中压容器(M)1.6Mpa≤P<10Mpa;高压容器(H)10Mpa≤P<100Mpa;
超高压容器(U)P≥100Mpa。
(三)按设备在生产工艺过程中的作用原理分类
反应设备(代号R) | 反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球(球形蒸煮器)、磺化锅、煤气发生炉等。 |
换热设备(代号E) | 管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸锅(蒸缸或炒锅)、预热锅、煤气发生炉水夹套等。 |
分离设备(代号S) | 分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔、气提塔、分气缸、除氧器等。 |
储存设备(代号C,其中球罐代号B) | 各种形式的贮槽、贮罐等 |
(四)按结构材料分类
(五)按化学介质的毒性和爆炸危险程度分类
1)极度危害(I级):最高容许浓度小于0. 1mg/m3;
2)高度危害(Ⅱ级):最高容许浓度大于或等于0. 1mg/m3,
3)中度危害(Ⅲ级):最高容许浓度大于或等于1.Omg/m3,
4)轻度危害(Ⅳ级):最高容许浓度大于或等于lOmg/m;且小于lOmg/m3;
【例】按设备在生产工艺过程中的作用原理分类,蒸煮锅属于()。
A.反应设备
B.换热设备
C.分离设备
D.储存设备
【答案】A
【解析】
反应设备(代号R)主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球(球形蒸煮器)、磺化锅、煤气发生炉等。
二、静置设备制作和安装
(一)容器
根据容器不同形状分类,主要有:矩形、球形和圆筒形。
1.一般容器
2.带搅拌容器
借助于搅拌器搅拌,向介质传递能量进行化学反应的容器,称为搅拌反应器,也称为反应釜,或称搅拌罐。
3.高压容器
4.反应器
(二)塔器
1. 塔设备分类及性能
塔设备的基本功能:气、液两相充分接触,使传质、传热过程能够迅速有效地进行,还要求完成传质、传热过程之后的气、液两相能及时分开,互不夹带。
根据塔内气、液接触部件的结构形式,可分为两大类:板式塔与填料塔。
(1)板式塔
按照塔内气、液流动方式,可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。常用的板式塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形喷射塔。
1)泡罩塔。
优点:不易发生漏液,较好的操作弹性;塔板不易堵塞,对于各种物料的适应性强。
缺点:塔板结构复杂,金属耗量大,造价高;板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,兼因雾沫夹带现象较严重,限制了气速的提高,故生产能力不大。而且板上液流遇到的阻力大,致使液面落差大,气体分布不均,也影响了板效率的提高。
2)筛板塔。
优点:结构简单,金属耗量小,造价低廉;气体压降小,板上液面落差也较小,其生产能力及板效率较泡罩塔高。
缺点:操作弹性范围较窄,小孔筛板易堵塞。
3)浮阀塔。浮阀塔是国内许多工厂进行蒸馏操作时最乐于采用的一种塔型。
浮阀结构简单,制造方便,广泛用于化工及炼油生产中。浮阀塔具有下列优点:
①生产能力大。
②操作弹性大。
③塔板效率高。
④气体压降及液面落差较小。
⑤塔造价较低。
4)喷射型塔
①舌形塔板。
②浮动喷射塔板。
(2)填料塔
填料塔
填料塔结构简单、阻力小、便于用耐腐材料制造,尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统,都表现出明显的优越性。对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作宜采用填料塔。
填料是填料塔的核心,填料的种类很多,按填料的装填方式可分为散堆填料和规整填料两大类。
为使填料塔发挥良好的效能,填料应符合以下要求:
1)有较大的比表面积。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积,以σ表示,其单位为m2/m3。填料除了要有较大的比表面积之外,还要有良好的润湿性能及有利于液体在填料上均匀分布的形状。
2)有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率,以e表示,其单位为m3/m3。一般说来,填料的空隙率多在0.45~0.95。当填料的空隙率较高时,气、液通过能力大且气流阻力小,操作弹性范围较宽。
3)从经济、实用及可靠的角度。
【例1】该塔突出的优点是结构简单、金属耗量小、总价低,主要缺点是操作弹性范围较窄、小孔易堵塞,此塔为( )。
A.泡罩塔
B.筛板塔
C.喷射塔
D.浮阀塔
【答案】B
【解析】筛板塔的突出优点是结构简单,金属耗量小,造价低廉;气体压降小,板上液面落差也较小,其生产能力及板效率较泡罩塔高。主要缺点是操作弹性范围较窄,小孔筛板易堵塞。
【例2】为了充分发挥填料塔的传质效能,填料应符合的要求有( )。
A.较大的比表面积
B.良好的湿润性能
C.气液通过能力小
D.较高的空隙率
【答案】A,B,D
【解析】为使填料塔发挥良好的效能,填料应符合以下要求:1)有较大的比表面积,还要有良好的润湿性;。2)有较高的空隙率。3)从经济、实用及可靠的角度出发,还要求单位体积填料的重量轻、造价低,坚固耐用,不易堵塞,有足够的力学强度,对于气、液两相介质都有良好的化学稳定性等。
【例3】塔结构简单,阻力小、可用耐腐蚀材料制造,尤其对于直径较小的塔,在处理有腐蚀性物料或减压蒸馏时,具有明显的优点。此种塔设备为( )
A.填料塔
B.筛板塔
C.泡罩塔
D.浮阀塔
【答案】A
【解析】填料塔不仅结构简单,而且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等优点,尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统,都表现出明显的优越性。另外,对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作,若采用板式塔,则降液管将占用过多的塔截面积,此时也宜采用填料塔。
(三)换热设备
1.几种常用换热器
常用的换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式。
(1)夹套式换热器
该种换热器的传热系数较小,传热面受到容器限制,只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能,可在容器内安装搅拌器,使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足,还可在容器内加装蛇管换热器。
(2)蛇管式换热器
1)沉浸式蛇管换热器。
优点:结构简单,价格低廉,便于防腐,能承受高压。
缺点:对流换热系数较小,总传热系数K值小。如果在容器内加搅拌器或减小管外空间,则可提高传热系数。
2)喷淋式蛇管换热器。
这种设备常放置在室外空气流通处,冷却水在汽化时,可带走部分热量,可提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比,具有便于检修和清洗、传热效果较好等优点,缺点是喷淋不易均匀。
(3)套管式换热器
优点 | 缺点 | 适用环境 |
构造简单;耐高压,传热面积可增减,适当选择管子内径、外径,使流体的流速较大,且双方的流体可作严格的逆流,有利于传热。 | 管间接头较多,易发生泄漏;单位换热器长度具有的传热面积较小。 | 需要传热面积不大、要求压强较高或传热效果较好宜采用套管式换热器。 |
(4)列管式换热器
列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比,主要优点是单位体积所具有的传热面积大、传热效果好,结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。
1)固定管板式换热器
固定管板式换热器两端管板和壳体连接成一体,具有结构简单、造价低廉的优点。但由于壳程不易检修和清洗,因此壳方流体应是较洁净、不易结垢的物料。
当两流体的温差较大时,应考虑热补偿,即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束热膨胀不同时,补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩),以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度,这种补偿方法简单,但不宜用于两流体的温差较大(大于70℃)和壳方流体压强过高(高于600kPa)的场合。
2)U型管换热器。
优点 | 缺点 |
结构简单,重量轻,适用于高温和高压场合。 | 管内清洗困难,因此管内流体必须洁净;管子需一定的弯曲半径,故管板的利用率差。 |
3)浮头式换热器。
浮头式换热器不但可以补偿热膨胀,而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的,因此管束可从壳体中抽出,便于清洗和检修,浮头式换热器应用较为普遍,但结构较复杂,金属耗量较多,造价较高。
浮头式换热器
4)填料函式列管换热器。
该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多,其结构较浮头简单,制造方便,易于检修清洗。
填料函式列管换热器
1-活动管板; 2-填料压盖; 3-填料; 4-填料函; 5-纵向隔板
【例1】(2015)传热面积大、传热效率好,且结构简单,操作弹性较大,在高温、高压的大型装置上使用的换热器是( )。
A.套管式换热器
B.蛇管式换热器
C.蛇管式换热器
D.列管式换热器
【答案】D
【解析】列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比,主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及传热效果好,且结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。因此在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。
【例2】该换热设备结构简单,制造方便,易于检修清洗,使用于温差较大、腐蚀性严重的场合。此种换热器为( )。
A.固定管板式换热器
B.浮头式换热器
C.填料函式列管换热器
D.U形管换热
【答案】C
【解析】填料函式列管换热器。该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在一些温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多,其结构较浮头简单,制造方便,易于检修清洗
【例3】传热系数较小,传热面受到容器限制,只适用于传热量不大的场合,该换热器为( )。
A.夹套式换热器
B.蛇管式换热器
C.列管式换热器
D.板片式换热器
【答案】A
【解析】夹套式换热器的传热系数较小,传热面又受到容器的限制,因此只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能,可在容器内安装搅拌器,使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足,还可在容器内加装蛇管换热器。
三、金属油罐制作和安装
(一)油罐的分类
1.按油罐所处位置划分
分为地上油罐、半地下油罐和地下油罐三种。
地上油罐 | 罐底位于设计标高±0.00及其以上或罐底在设计标高±0.00以下但不超过油罐高度的1/2 |
半地下油罐 | 油罐埋入地下深于其高度的1/2,而且油罐的液位的最大高度不超过设计标高±0.00以上0.2m。 |
地下油罐 | 罐内液位处于设计标高±0.00以下0.2m。 |
2.按油罐的几何形状划分
按油罐的几何形状可划分为:立式圆柱形罐、卧式圆柱形罐和球形罐。
3.按油罐的不同结构形式划分
按油罐的不同结构形式可分为:
(1)固定顶储罐。固定顶储罐又可分为锥顶储罐、拱顶储罐、自支撑伞形储罐。
(2)无力矩顶储罐(悬链式无力矩储罐)。
(3)浮顶储罐。可分为浮顶储罐、内浮顶储罐(带盖内浮顶储罐)。
1)浮顶储罐。采用浮顶罐储存油品时,可比固定顶罐减少油品损失80%左右。
2)内浮顶储罐。 内浮顶储罐是带有固定罐顶的浮顶罐,也是拱顶罐和浮顶罐相结合的新型储罐。
优点 | 一、与浮顶罐相比,绝对保证储液的质量;减少蒸发损失85%~96%;减少空气污染,降低着火爆炸危险,特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品;减少罐壁罐顶的腐蚀,延长储罐的使用寿命。 二、在密封相同情况下,与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。 |
缺点 | 与拱顶罐相比,钢板耗量多,施工要求高;与浮顶罐相比,维修不便(密封结构),储罐不易大型化,目前一般不超过10000m3。 |
【例】适用于原油、汽油、溶剂油、重整原料油以及需要控制蒸发损失及大气污染、控制放出不良气体、有着火危险的产品储存的储罐是( )
A.固定顶储罐
B.浮顶储罐
C.无力矩储罐
D.套顶储罐
【答案】B
【解析】浮顶储罐的浮顶是一个漂浮在贮液表面上的浮动顶盖,随着储液的输入输出而上下浮动,浮顶与罐壁之间有一个环形空间,这个环形空间有密封装置,使罐内液体在顶盖上下浮动时与大气隔绝,从而大大减少了储液在储存过程中的蒸发损失。
【例2】与拱顶罐相比,内浮顶储罐的独特优点是( )。
A.钢板耗量少
B.防止风、砂、雨雪及灰尘侵入
C.施工方便、简单
D.降低蒸发损失
【答案】BD
【解析】内浮顶储罐具有独特优点:一是与浮顶罐比较,因为有固定顶,能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入,绝对保证储液的质量。同时,内浮盘漂浮在液面上,使液体无蒸气空间,可减少蒸发损失85%~96%;减少空气污染,降低着火爆炸危险,特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品;由于液面上没有气体空间,还可减少罐壁罐顶的腐蚀,延长储罐的使用寿命。二是在密封相同情况下,与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。
【例3】某金属油罐高12m,其底部设计标高为-10.00m,且油面距底部9.70m,该油罐为( )。
A.地上油罐
B.半地上油罐
C.半地下油罐
D.地下油罐
【答案】D
【解析】按油罐所处位置划分
(1)地上油罐。指油罐的罐底位于设计标高±0.00及其以上;罐底在设计标高±0.00以下但不超过油罐高度的1/2,也称为地上油罐。
(2)半地下油罐。指油罐埋入地下深于其高度的1/2,而且油罐的液位的最大高度不超过设计标高±0.00以上0.2m。
(3)地下油罐。指罐内液位处于设计标高±0.00以下0.2m的油罐。
(二)金属油罐的制作安装
1. 金属油罐的安装施工方法。
根据金属油罐的不同结构,可选用抱杆倒装法、卷装法、充气顶升法和水浮正装法。
油罐类型 | 施 工 方 法 | |||
水浮正装法 | 抱杆倒装法 | 充气顶升法 | 整体卷装法 | |
拱顶油罐(m3) | — | 100~700 | 1000~20000 | — |
无力矩顶油罐(m3) | — | 100~700 | 1000~5000 | — |
浮顶油罐(m3) | 3000~50000 | — | — | — |
内浮顶油罐(m3) | — | 100~700 | 1000~5000 | — |
卧式油罐(m3) | — | — | — | 各种容量 |
2.金属油罐的试验
(1)油罐焊缝质量的检验及验收。常用的无损探伤方法有:超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤。
(2)油罐严密性试验。
1)真空箱试验法。
2)煤油试漏方法。
3)化学试验法。
4)压缩空气试验法。
罐底严密性试验:真空箱试验法、化学试验法检测;
罐壁严密性试验:煤油试漏法;
罐顶严密性试验:煤油试漏、压缩空气试验法。
(3)油罐充水试验。
【例】根据油罐结构的不同,可选用充气顶升法安装的金属油罐类型有( )。
A.卧式油罐
B.内浮顶油罐
C.拱顶油罐
D.无力矩顶油罐
【答案】BCD
【解析】可用充气顶升法安装的金属油罐类型有:拱顶油罐、无力矩顶油罐、内浮顶油罐。