化工设备概述化工设备.docx

资源描述

化工设备概述化工设备.docx

《化工设备概述化工设备.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设备概述化工设备.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工设备概述化工设备.docx

化工设备概述化工设备

本文由侠盗阿姨贡献

ppt文档可能在WA端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。

化工设备——

化工设备概述主要章节概要化工设备强度计算基础内压薄壁容器的设计与计算外压容器计算厚壁容器计算化工设备主要零部件换热设备及选用塔设备与反应设备

第一章化工设备概述

1.1化工设备及其应用1.2化工设备的特点1.3化工设备的基本要求1.4压力容器及其分类1.5压力容器常用材料1.6压力容器常用规范简介本课程的性质及任务、学习方法、本课程的性质及任务、学习方法、特点

1.1化工设备及其应用任何一种石油、化工产品，任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求，特定的工艺要求，将原料经过一系列物理或化学加工处理后得到这一系列加工处理的步骤称为化工生产过程化工生产过程。

的。

这一系列加工处理的步骤称为化工生产过程。

实现某种化工生产过程，就需要有相应的机器和设备。

如：

对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分离设备、传热和反应设备；搅拌设备、分离设备、传热和反应设备；对流体进行输送，就需要有管道、阀门和储存设备储存设备等对流体进行输送，就需要有管道、阀门和储存设备等。

化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工生产过程都将无法实现。

设备，任何化工生产过程都将无法实现。

1.1化工设备及其应用

化工设备在生产中的应用实例：

天然气部分氧化法制氢（天然气部分氧化法制氢（图1-1）合成氨厂以天然气（甲烷）、氧气或富氧空气为原料，利用甲烷燃烧合成氨厂以天然气（甲烷）、氧气或富氧空气为原料，）、氧气或富氧空气为原料以及甲烷转化反应生成氢和一氧化碳，作为合成氨原料气的工艺流程。

以及甲烷转化反应生成氢和一氧化碳，作为合成氨原料气的工艺流程。

具体过程是：

天然气在0.16~0.17Mpa压力下进入饱和塔，0.16~0.17Mpa压力下进入饱和塔过程是：

天然气在0.16~0.17Mpa压力下进入饱和塔，在塔中加入热水使天然气饱和水蒸气。

饱和后的天然气再加入转化所需的蒸汽，气饱和水蒸气。

饱和后的天然气再加入转化所需的蒸汽，经热交换器与转化气换热后进入混合器。

接下来与空气充分混合进入转化器，并在800~850C气换热后进入混合器。

接下来与空气充分混合进入转化器，并在800~850C温度和触媒作用下完成以下转化反应重质油加氢裂化（重质油加氢裂化（图1-2）具体过程是：

原料油、循环油和氢气混合后经加热进入反应器，反应具体过程是：

原料油、循环油和氢气混合后经加热进入反应器，后的生成物和氢气自反应器下部排出，经换热、冷却后送入高压分离器。

后的生成物和氢气自反应器下部排出，经换热、冷却后送入高压分离器。

自高压分离器下部排出的生成油经减压后再送入低压分离器。

最后，高压分离器下部排出的生成油经减压后再送入低压分离器。

最后，由低压分离器分出来的液体产物再经加热后送入分馏塔，分离出汽油、煤油等油品。

离器分出来的液体产物再经加热后送入分馏塔，分离出汽油、煤油等油品。

由高压分离器分出的含氢气体（纯度约75%）可作为循环氢，经氢压缩由高压分离器分出的含氢气体（纯度约75%）可作为循环氢，75%机压缩后在系统中循环使用。

同时，机压缩后在系统中循环使用。

同时，由低压分离器分出的含氢干气体可作为燃料气使用。

燃料气使用。

1.2化工设备的主要特点功能原理多样化设备的设计、设备的设计、制造及运行在很大程度上依赖于设备内部进行的各种物理或化学过程以及设备外部所处的环境条件。

使得在工业领域中所使用的化工设备的功能原理、及设备外部所处的环境条件。

使得在工业领域中所使用的化工设备的功能原理、结构特征多种多样，并且设备的类型也比较繁多。

例如换热设备的传热过程，征多种多样，并且设备的类型也比较繁多。

例如换热设备的传热过程，根据工艺条件的要求不同，可以利用加热器或冷却器实现无相变传热，要求不同，可以利用加热器或冷却器实现无相变传热，也可以采用冷凝器或重沸器实现有相变的传热。

有相变的传热。

外部壳体多是压力容器一般都是由限制其工作空间且能承受一定温度和压力载荷的外壳（筒体和端部）一般都是由限制其工作空间且能承受一定温度和压力载荷的外壳（筒体和端部）和必要的内件所组成。

从强、刚度分析，这个能够承受压力载荷的外壳体即是压力容器。

必要的内件所组成。

从强、刚度分析，这个能够承受压力载荷的外壳体即是压力容器。

化-机-电技术紧密结合

产过程中的成套设备都是将“化工过程”机械设备”控制技术”产过程中的成套设备都是将“化工过程”、“机械设备”及“控制技术”等三个方面紧密结合在一起，面紧密结合在一起，实现“化－机－电”技术的一体化。

这是化工设备在应用上的一个技术的一体化。

突出特点，也是设备应用水平不断提高的一个发展方向。

设备结构大型化随着先进生产工艺的提出以及设计、制造和检测水平的不断提高，随着先进生产工艺的提出以及设计、制造和检测水平的不断提高，许多行业对使用大型、高负荷化工设备的需求日趋增加。

使得设备结构大型化的特征更加明显。

大型、高负荷化工设备的需求日趋增加。

使得设备结构大型化的特征更加明显。

由于国外解决了抗氢材料及一系列制造技术问题，现在可以制造直径6壁厚450mm450mm、外解决了抗氢材料及一系列制造技术问题，现在可以制造直径6米、壁厚

450mm重1200吨的大型热壁高压容器。

我国目前设备最大壁厚也可以达到200mm

重量达560200mm，560吨吨的大型热壁高压容器。

我国目前设备最大壁厚也可以达到200mm重量达560吨。

1.3化工设备基本要求

问题提出：

与普通机械设备相比，对于处理如气体、与普通机械设备相比，对于处理如气体、液体和粉体等流体型材料为主的化工设备，其所处的工艺条件和生产过程都比较复杂。

主的化工设备，其所处的工艺条件和生产过程都比较复杂。

尤其在化学工业、石油化工等部门使用的设备，多数情况下是在高温、低温、高压、高石油化工等部门使用的设备，多数情况下是在高温、低温、高压、真空、强腐蚀、易燃、易爆、有毒的苛刻条件下操作，真空、强腐蚀、易燃、易爆、有毒的苛刻条件下操作，加之生产过程具有连续性和自动化程度高的特点，这就要求在役设备既要能安全可靠地运行，连续性和自动化程度高的特点，这就要求在役设备既要能安全可靠地运行，又要满足工艺过程要求，又要满足工艺过程要求，同时还应具有较高的经济技术指标以及易于操作和维护的特点。

材料、焊接、强度、刚度、密封性等）安全可靠性（材料、焊接、强度、刚度、密封性等）工艺条件（化工设备从结构和性能特点上能保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务，即满足相应的工艺条件要求。

）工艺条件下完成指定的生产任务，即满足相应的工艺条件要求。

）经济合理性便于操作和维护环境保护要求

1.4压力容器及其分类

一、压力容器

在很多情况下，压力容器又是化工设备的泛称，在很多情况下，压力容器又是化工设备的泛称，如：

将主要用于完成介质的物理、化学反应的设备称为反应压力容器；将主要用于完成介质的物理、化学反应的设备称为反应压力容器；反应压力容器将用于完成介质热量交换的设备称为换热压力容器；将用于完成介质热量交换的设备称为换热压力容器；换热压力容器将用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的设备称为分离压力将用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的设备称为分离压力容器等这些设备虽然内部结构和功能不同，操作条件各异，但从强、容器等。

这些设备虽然内部结构和功能不同，操作条件各异，但从强、刚度计算角度分析，除内部构件外，刚度计算角度分析，除内部构件外，都有一个能承受压力载荷且容积压力容器。

达到一定数值的密闭壳体，这个密闭的壳体即属于压力容器达到一定数值的密闭壳体，这个密闭的壳体即属于压力容器。

————按照我国《压力容器安全技术监察规程》的有关规定，若按照我国《压力容器安全技术监察规程》的有关规定，密闭容器同时具备以下条件即可视为压力容器：

密闭容器同时具备以下条件即可视为压力容器：

1.4压力容器及其分类

压力容器应具备的条件：

最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液柱压力）；最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液柱压力）；O.IMPa内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m0.15m，内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积大于或等于0.025mm积大于或等于0.025mm3介质为气体、介质为气体、液化气体或最高工作温度等于标准沸点的液体。

1.4压力容器及其分类

一、压力容器的结构

圆筒型压力容器如图1所示，一般可以分解为筒体（筒身）、封头圆筒型压力容器如图1-8所示，一般可以分解为筒体（筒身）、封头）、端盖）、密封装置、）、密封装置接管与支座等六个组成部件。

（端盖）、密封装置、人（手）孔、接管与支座等六个组成部件。

其中筒体和封头是用板、壳制造而成的具有典型几何形状的焊接结构件。

中筒体和封头是用板、壳制造而成的具有典型几何形状的焊接结构件。

筒体和封头构成了整个压力容器实现化学反应或储存物料的压力空间，筒体和封头构成了整个压力容器实现化学反应或储存物料的压力空间，是压力容器最主要的受压元件。

是压力容器最主要的受压元件。

压力容器使用有较多的密封装置，压力容器使用有较多的密封装置，其主要目的是在压力容器某一可能发生介质泄漏而需要加以密封的部位，设置一个完善的物理壁垒。

发生介质泄漏而需要加以密封的部位，设置一个完善的物理壁垒。

由于工艺过程的要求和检修需要，由于工艺过程的要求和检修需要，在压力容器的筒体和封头上开设有不同尺寸的安装孔和工艺接管，如图中的人孔、不同尺寸的安装孔和工艺接管，如图中的人孔、物料进出口接管以及安装压力表、液面计、安全阀和各类检测仪表的接管等。

安装压力表、液面计、安全阀和各类检测仪表的接管等。

支座是支撑和固定设备的一个基础部件，支座是支撑和固定设备的一个基础部件，通常是由板材或型材组焊而成。

1.4压力容器及其分类

二、压力容器分类着重介绍我国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法：

着重介绍我国

《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法：

按设计压力高低分类按照承压性质，容器可以分为内压和外压容器。

按照承压性质，容器可以分为内压和外压容器。

当作用于器壁内部的压力高于容器外表面所承受的压力，壁内部的压力高于容器外表面所承受的压力，这类压力容器称为内压容器，反之为外压容器。

为内压容器，反之为外压容器。

内压容器按设计压力大小又可分为四个压力等级，分为四个压力等级，即：

低压容器（代号L

（1）低压容器（代号L）高压容器

（代号H（3）高压容器（代号H

（2）中压容器

（代号M1.6MPa100MPa超高压容器（代号Up>100MPa

二、压力容器分类

按在工艺过程中的作用原理分类反应压力容器（代号R

（1）反应压力容器（代号R）主要用于完成介质的物理和化学反应的压力容器。

学反应的压力容器。

换热压力容器（代号E

（2）换热压力容器（代号E）主要用于介质的热量交换的压力容器。

力容器。

分裂压力容器（代号S（3）分裂压力容器（代号S）用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。

缓冲和气体净化分离的压力容器。

储存压力容器（代号C其中球罐代号为B（4）储存压力容器（代号C,其中球罐代号为B）于主要用

储存、盛装气体、液体、等介质的压力容器。

储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。

1.4压力容器及其分类

二、压力容器分类按压力容器壁厚分类根据器壁厚度的不同将压力容器分为薄壁和厚壁容器,根据器壁厚度的不同将压力容器分为薄壁和厚壁容器,两者是按其外径Do与内径Di的比值大小来划分的。

Do与内径Di的比值大小来划分的外径Do与内径Di的比值大小来划分的。

（1）薄壁容器

（2）厚壁容器需要说

明的是：

需要说明的是：

以上两类容器在进行设计计算时的理论依据和要求是不同的。

薄壁容器,由于其壁厚相对于直径较小,薄壁容器,由于其壁厚相对于直径较小,其强度计算的理论基础是旋转薄壳理论和薄膜应力公式,由此确定的薄膜应力是两向应力,旋转薄壳理论和薄膜应力公式,由此确定的薄膜应力是两向应力,沿壁厚均匀分布。

且沿壁厚均匀分布。

而厚壁容器的强度计算的理论基础是由弹性应力分析所得的拉美公式,由此计算得到的应力是三向应力,力分析所得的拉美公式,由此计算得到的应力是三向应力,沿壁厚为非均匀分布。

为非均匀分布。

直径之比K=1.2的容器的容器。

直径之比K=DO/Di＜1.2的容器。

直径之比K=DO/Di。

＞的容器。

直径之比K=DO/Di。

＞1.2的容器。

二、压力容器分类

按安全技术监察规程要求分类我国《压力容器安全技术监察规程》我国《压力容器安全技术监察规程》采用了既压力等级、考虑容器的压力等级容积大小、又考虑介质危害考虑容器的压力等级、容积大小、又考虑介质危害程度以及在生产过程中的作用的分类方法以及在生产过程中的作用的分类方法,程度以及在生产过程中的作用的分类方法,将压力容器划分成了三个类别。

容器划分成了三个类别。

其中第三类压力容器危害性最大,要求也最高。

性最大,要求也最高。

具体划分如下：

1.4压力容器及其分类

二、压力容器分类

具有下列情况之一的,为第三类压力容器：

（1）高压容器；高压容器；

（2）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；的中压储存容器;

（3）易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于10Mpa.m3的中压储存容器;

易燃或毒性程度为中度危害介质，pV乘积大于10Mpa.m3的中压储存容器乘积

大于的中压反应容器；（4）易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘各大于等

于0.5Mpa.m3的中压反应容器；易燃或毒性程度为中度危害介质，pV乘各大于等于0.5Mpa.m3的中压反应容器乘各大于等于（5）毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2Mpa.m3的低压容器；毒性程度为极度和高度危害介质，pV乘积大于等于0.2Mpa.m3的低压容器；乘积大于等于0.2Mpa.m3的低压容器（6）高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；（7）中

压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；（8）使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于540Mpa的材料制造的使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于540Mpa）540Mpa压力容器；压力容器；（9）

移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[液化

移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[）、罐式汽车气体运输（低温液体运输（半挂）水久气体运输（半挂）气体运输

（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、水久气体运输（半挂）车]和罐式集装箱（低温液体）式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；（10）容积大于等于50m3的球形储罐；10）容积大于等于50m3的球形储罐；50m3的球形储罐

（11）容积大于5m3的低温液体储存容器。

11）容积大于5m3的低温液体储存容器。

5m3的低温液体储存容器

1.4压力容器及其分类

二、压力容器分类具有下列情况之一的，为第二类压力容器：

具有下列情况之一的，为第二类压力容器：

（1）中压容器；中压容器；

（2）毒性程度为极度和高度危害介质

的低压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；（3）易燃或毒性程

度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；易燃或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；（4）低压管壳式余热锅炉；低压管壳式

余热锅炉；（5）低压搪玻璃压力容器。

低压搪玻璃压力容器。

第一类压力容器

除已列入第二、三类的所有低压容器。

考虑容器中介质毒性程度的分类，主要是说明处理不同毒性或易燃介质的容器，在发生事故时造考虑容器中介质毒性程度的分类，主要是说明处理不同毒性或易燃介质的容器，成危害性是有所不同的。

对于处理极度毒性或易燃介质的容器，其要求就应当比处理其他介质的高。

成危害性是有所不同的。

对于处理极度毒性或易燃介质的容器，其要求就应当比处理其他介质的高。

上述内容中提到的

毒性程度是参照GB5044《职业性毒物危害程度分级》的规定，上述内容中提到的

毒性程度是参照GB5044《职业性毒物危害程度分级》的规定，按介质毒性最高GB5044允许的浓度值分为四级：

允许的浓度值分为四级：

1.5压力容器常用材料

在现代工业生产中，工艺条件十分复杂，因此，在现代工业生产中，工艺条件十分复杂，因此，要确保压力容器及设备在苛刻条件下安全可靠地运行，就必须对其所用的材料有较全面地认识。

件下安全可靠地运行，就必须对其所用的材料有较全面地认识。

这不仅需要熟悉材料的常规性能，而且还要了解压力容器在高温、低温、高压、的常规性能，而且还要了解压力容器在高温、低温、高压、高真空以及特殊介质条件下对材料的特殊要求，并能针对具体的操作条件，合理选用材料。

下对材料的特殊要求，并能针对具体的操作条件，合理选用材料。

工艺过程的复杂性和多样性决定了压力容器用材的广泛性。

一般有钢、工艺过程的复杂性和多样性决定了压力容器用材的广泛性。

一般有钢、有色金属、非金属、复合材料等，但在实际生产中使用最多的还是钢材。

下面就重点介绍钢非金属、复合材料等，但在实际生产中使用最多的还是钢材。

材的基本要求和选用原则。

一、压力容器用钢的基本要求压力容器需要承受压力或其他载荷，钢材应具有足够的强度；压力容器需要承受压力或其他载荷，钢材应具有足够的强度；在考虑强度要求的同时，钢材应有良好的韧性；在考虑强度要求的同时，钢材应有良好的韧性；从制造工艺考虑，钢材还要有良好的焊接性能和和较好的冷热加工性能；从制造工艺考虑，钢材还要有良好的焊接性能和和较好的冷热加工性能；为了满足工艺条件需要，钢材应具有较好的耐腐蚀能力；为了满足工艺条件需要，钢材应具有较好的耐腐蚀能力；考虑到压力容器的使用性能，钢中的硫和磷含量应较低。

考虑到压力容器的使用性能，钢中的硫和磷含量应较低。

1.5压力容器常用材料

二、压力容器常用钢材简介

1、壳体常用材料分析其制造过程可以看出，用于压力容器壳体的材料不仅要有较好的塑性和焊接性能，在分析其制造过程可以看出，用于压力容器壳体的材料不仅要有较好的塑性和焊接性能，而且还要有良好的热加工性能。

因此，按照GB15—1998《钢制压力容器》中对材料的规定，还要有良好的热加工性能。

因此，按照GB150—1998《钢制压力容器》中对材料的规定，压力容器GB150可以根据不同的工艺条件，选用碳素结构钢、压力容器用碳素钢、低合金钢和不锈钢等钢种。

以根据不

同的工艺条件，选用碳素结构钢、压力容器用碳素钢、低合金钢和不锈钢等钢种。

压力容器用碳素钢和低合金钢板这类材料属于一般压力容器专用钢板，这类材料属于一般压力容器专用钢板，其中低合金钢是在普通结构钢的基础上加入了少量或微量的合金元素，Mn、Si、MoNi、Cr等从而使钢材的强度和综合机械性能得到明显改善。

量的合金元素，女口MnSi、MoV、Ni、Cr等，从而使钢材的强

度和综合机械性能得到明显改善。

我国GB66541996《压力容器用钢板》提供了

多个钢板品种，20R、16MnR15MnVRGB6654—我国GB665—1996《压力容器用钢板》提供了多个钢板品种，如20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、

18MnMoNbR13MnNiMoNb、15GrMoF等15MnVNR18MnMoNbR13MnNiMoNbR15GrMoR等;低温压力容器用低合金钢板按压力容器的工作温度分类，设计温度<20°的容器即属于低温容器范畴。

对于这类容器，按压力容器的工作温度分

类，设计温度w-20°C的容器即属于低温容器范畴。

对于这类容器，应选用耐

低温的专用钢材。

选用耐低温的专用钢材。

1.5压力容器常用材料

二、压力容器常用钢材简介

1、壳体常用材料

不锈钢钢板不锈钢是不锈耐酸钢的简称，通常是指含铬量在12%-30%勺铁基

耐蚀合金。

不锈钢是不锈耐酸钢的简称，通常是指含铬量在12%-30%勺铁基耐蚀

合金。

根据含铬量的不12%的铁基耐蚀合金同可分为两大类，一类是铬含量在12%17%的不锈钢它在大气中可以自发钝化，12%-的不锈钢，同可分为两大类，一类是铬含量在12%-17%的不锈钢，它在大气中可以自发钝化，主要用于大

气、水及其他腐蚀性不太强的介质中；另一类是用在腐蚀性较强的介质中，大

气、水及其他腐蚀性不太强的介质中；另一类是用在腐蚀性较强的介质中，其铬合金的含量约在17%以上，这类不锈钢又称为“耐酸钢”17%以上量约在17%以上，这类不锈钢又称为“耐酸钢”。

针对工业生产中腐蚀性介质的多样性，我国GB4237-92《不锈钢热轧钢板》标准为压力容器针对工业生产中腐蚀性介质的多样性，我国GB4237-92《不锈钢热轧钢板》GB4237壳体制造提供了多种不锈钢钢板，壳体制造提供了多种不锈钢钢板，如0Cr13Al、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18N10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、0Cr13Al、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18N10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo300Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo200Cr19Ni13Mo3等00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo200Cr19Ni13

展开阅读全文