石油化工设备基本概况.docx

1、石油化工设备基本概况第一节 管道的基本知识一、 管道的分类管道的分类很多，大致按以下几种方法进行。（一） 按用途分类(1) 输送和传送，在我国可分为流体输送、长输（输油气）管道、石油裂化、化肥、锅炉、换热器。在日本可分为普通配管用、压力配管用、高压用、高温用、高温耐热用、低温用、耐腐蚀用等。(2) 结构，通常分为普通结构用、高强度结构用、机械结构用等。(3) 特殊用，例如钻井用、试锥用、高压气体容器用等。（二） 按材质分类表2.1.1 管子按材质分类（三） 按使用条件分a 水煤气输送管；b 无缝钢管；c 裂化用无缝钢管；d 锅炉用无缝钢管；e 高压无缝钢管；f 不锈钢无缝钢管；g 其他特殊条件

2、钢管。（四） 根据介质压力分类根据介质压力的分类见表2.1.2 。表 2.1.2 管道按介质压力分类表序号名 称公称压力（pN），Mpa1低压管道0.1PN1.62中压管道1.6PN10.03高压管道10.0PN100.04超高压管道PN100.0（五） 根据介质温度分类根据介质温度的分类见表2.1.3表 2.1.3 管道按介质温度分类表序号名 称工作温度（T），1低温管道T-202常温管道-20T2003中温管道200T4504高温管道T450（六） 一般工业管道工程的分类一般工业管道工程的分类按工业管道工程施工及验收规范GBJ 23582的规定，见表2.1.4。表2.1.4 一般工业管道工

3、程的分类材质工作温度工 作 压 力 MPa碳素钢3703210324101.641.6370104101.641.6合金钢及不锈钢-70或450任意-70450104101.641.6铝及铝合金任意1.6铜及铜合金任意104101.641.6注：1.剧毒介质的管理按类管道。2.有毒介质，甲、乙类火灾危险的管道均应升一类。（七） 剧毒、易燃、可燃介质的管道分类关于剧毒、易燃与可燃介质的管道分类，中国石油化工总公司根据行业的需要，并参考国外先进标准，作了如表2.1.5的规定，详见石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范（SHJ 501-85）。表 2.1.5 剧毒、易燃、可燃介质的管道分类管

4、道级别运用范围A1. 剧毒介质管道2. 设计压力大于或等于10Mpa的易燃，可燃介质管道B1. 介质闪点低于28的易燃介质管道2. 介质爆炸下限低于5.5%的管道3. 操作温度高于或等于介质自燃点的C级管道C1. 介质闪点2860的易燃、可燃介质管道2. 介质爆炸下限高于或等于5.5%的管道注：1. 剧毒介质是指被人吸如或与人体接触时，进入人体的量小于或等于4g，即会引起肌体严重损伤或致死，即使迅速采取治疗措施也不能恢复健康的物质，如氟、氢氟酸、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酰氟、丙烯腈以及设计规定为剧毒介质的物质。2. 易燃介质是闪点低于或等于45的液体，可燃介质是指闪点高于45的液体。二、 压力

5、管道的定义及分类压力管道安全管理与监察规定明确指出：压力管道是指在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备，它具体指具有下列属性的管道。(1) 输送GB5044职业性接触毒物危害程度分级中规定的毒性程度为极度危害介质的管道；(2) 输送GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道；(3) 最高工作压力大于等于0.1MPa（表压，下同），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道；(4) 最高工作压力大于等于0.1MPa，输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道。(5) 前四项规定的管

6、道的附属设施及安全保护装置等。为了便于“规定”能很好得以执行，就象压力容器那样将压力管道按不同的操作工况和不同的用途进行分类，分别管理。在作为压力管道技术法规的压力管道安全技术监察规程出台之前。中石化总公司的压力管道设计单位认证与管理办法中率先提出了压力管道的分类办法，它分为六大类，其中后三类各自自成体系，不再冠于序号，具体内容如下：第一类：（1）输送毒性程度为极度、高度危害的介质管道（苯除外）； （2）设计压力为35.0MpaP10.0MPa的管道； 第二类：（1）设计压力P35.0MPa的管道；（第五类）： 长输管道；（第六类）： 公用燃气管道。注：GB5044标准将介质的毒性程度分为四级

7、，其最高允许浓度分别为：极度危害（I级）10.0 mg/m3。四、 钢管适用范围及材质（1） 输送流体用无缝钢管（GB8163-87）规格尺寸范围：热轧外径32630，冷拔外径6200；材料：10#（适用于-20450）、20#（适用于-20450）、09MnV（适用于-70100）、16Mn（适用于-40450）。（2） 石油裂化用无缝钢管（GB9948-88）适用于炉管、换热器管和配管用。规格尺寸范围：外径10273材料：10#、20#（适用于炉管、换热器管和配管用）； 12CrMo（适用于-40525）、15CrMo（适用于-40550）； Cr2Mo、Cr5Mo（适用于-40600）；

8、 1Cr19Ni9、1Cr19Ni11Nb（适用于-196700）。（3） 低中压锅炉用无缝钢管（GB3087-82）规格尺寸范围：10426适用于低碳钢制造的各种结构锅炉用的过热蒸汽、沸水管等。材料：10g、20g（适用于低碳钢制造的各种结构锅炉用的过热蒸汽、沸水管等）。（4） 高压无缝钢管（GB6479-86）规格尺寸范围：外径壁厚14427340材质：10、20g、16Mn、15MnV、10MnWVNb、12CrMo、1Cr5Mo（适用于-40400、1032MPa的化工设备和管道）。（5） 不锈钢无缝钢管（GB2270-80）规格尺寸范围：热轧、热挤压外径54480，冷拔外径6200材

9、质：0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr17Ti、1Cr25Ti、0Cr18Ni9Ti、 00Cr18Ni10、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、 1Cr21Ni5Ti、00Cr17Nil4Mo2、 00Cr17Nil4Mo3、0Cr18Ni12Mo2Ti、 0Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、1Cr23Nil8、1Cr18Ni11Nb。（适用于-20600，-196700）（6） 水煤气输送管适用于输送水、压缩空气、煤气、乏汽、冷凝水及采暖系统的管道。分为镀锌管和不镀锌管。管道连接有以下几种：（1

10、） 焊接：所有压力管道尽量采用焊接，管径大于32mm厚度在4mm以上采用电焊；管径在32mm以下，厚度在3.5mm以下采用气焊。（2） 法兰：适用于一般管径，密封性要求高的管子连接。（3） 丝扣：适用于管径小于65mm，工作压力小于0.4Mpa，工作温度100以下的管线。（4） 活接头：适用于需经常拆洗的物料管道。（5） 其他连接：如水泥、砂浆的接口管。第二节 管配件管子之所以能连接达到各种不同工艺要求，是和各种配件密不可分的。因此，有必要对管配件作一个简单的介绍。一、 弯头弯头用于改变流体的流动方向，可以分以下几类。（1） 无缝弯头；（2） 冲压焊接弯头；（3） 焊制弯头，即虾米腰。还可以分

11、为：a. 长半径弯头：用于逐步改变流体流动方向（R=1.5Dg）；b. 短半径弯头：用于迅速改变流体流动方向（R=1Dg）。根据流体改变的方向可以分为：a. 90直角弯头；b. 45弯头（135弯头）；c. 180弯头。由于弯头使流体改变方向，所以流体对弯头的冲刷很大，致使管壁减薄迅速，为确保安全，在配管时，弯头壁厚应比管壁厚0.5-1mm左右。二、 大小头大小头目的是为了连接两种不同直径的管子，可以分为以下几类：（1） 无缝大小头：包括同心和异心两种；（2） 焊接大小头；（3） 高低压大小头：适用于压力320 kg/cm2或220 kg/cm2减压后的压力25 kg/cm2 的变径管道上，两

12、端通常用法兰连接。按规定，大小头尺寸表示方法应该先写最大的口径，然后是最小的口径，最后是壁厚。如：32183。三、 法兰（一）法兰的作用是连接管子或封住管子，法兰的形式按结构可以分为以下几类：1.整体法兰这类法兰通常带有一个 锥形截面的颈勃，故又称又径法兰。锥顶的斜度一般是1：2.5，这种法兰的强度和刚度比较高，法兰的厚度尺寸可以减小，可用于压力、温度较高的场合（如图 2.1.1所示）。2.活套法兰这类法兰与设备无固定联接，只是松套在凸缘或翻边上，故又称自由法兰,该法兰形状简单，制造容易，对设备壳体不产生附加弯曲应力，可以采用与设备不同种类材料，从而可以节省贵重金属，另外它还便于装配，适用于有

13、色金属、不锈钢制的设备或高压联接（如螺纹法兰）。3.平焊法兰这类法兰是中、低压管道中常用的法兰型式，它结构简单，加工方便（如图 2.1.1 所示）该类法兰受力特性介于整体法兰和活套法兰之间，焊接质量难以保证，只有当焊缝全部焊透时，焊接质量才可靠，因此只适用于低压管线连接。（二）按照法兰密封面型式来分，可以分以下几类：1.平行光滑面法兰平行光滑面是是指光滑或在其上车有数条水线的平面。该种密封面与垫片接触面积较大，预紧时垫片容易往两侧伸展，不易压紧，故所需压紧力较大而密封性能较差。故通常适用于Pg25 kg/cm2 以下的压力，其所用垫片也是平垫片。2.凸凹形法兰这类法兰的密封面是一个凸面和一个凹

14、面相配合，在凸面上放置垫片，这样法兰便于对中，能够防止垫片被挤出，因此光滑面窄，故较易密封。 3.榫槽面法兰这是由一个榫面和一个槽面相配合组成，垫片放在槽内，由于压紧面小，垫片又受槽的阻挡，不能从旁挤出，故密封效果良好。同时，可以少受介质的冲刷和腐蚀，安装时便于对中，而且垫片受力均匀。因此，密封可靠，但垫片更换困难。4.锥形法兰锥形法兰是锥形密封面和球面垫片配合使用，锥角20，其密封面是线接触，具备一定的自紧作用，故通常适用于高压管件密封，可用到1000 kg/cm2 ，垫片为透镜垫。5.梯形槽式法兰梯形槽法兰其密封是利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的。槽座不起密封作用，是一种线接触弹性密

15、封，有一定的自紧作用，应用于操作条件比较苛刻的地方，如高温高压等。所用垫牌为八角垫片或椭圆垫片。性质等选择相应的法兰。四、 法兰紧固件法兰紧固件包括单头螺栓（六角头螺栓）及双头螺栓两种。（1） 单头螺栓（六角头螺栓）材料：A3、15、35。应根据法兰的材质与使用环境进行选择。a. 粗牙普通螺栓：MdL，d为直径，L为螺栓长度；b. 细牙普通螺栓。（2） 双头螺栓a. 粗牙等长双头螺栓；b. 细牙等长双头螺栓。（3） 六角螺母a. 粗牙普通螺纹；b. 细牙普通螺纹。第三节 阀 门一、 阀的分类炼油装置为了工艺上的需要，设置了各种各样的阀门，阀门的作用有以下几个方面：（1） 截流和通流作用；（2）

16、 调节流量和节流作用；（3） 防止倒流作用；（4） 释放压力，保护设备作用。阀的分类：（1） 闸阀闸阀是阀体内有一平板与介质流动方向垂直，平板的升降既是阀门的开启和关闭。平板的开关是通过阀门丝杆和手轮来实现的。根据阀杆的结构，可分为明杆和暗杆，根据阀板的结构又可分为楔式、平行式等。闸阀的结构特点是：密封性能较良好，流体阻力小，开启、关闭力较小。使用比较广泛，且具有一定的阀调节流量性能。（2） 旋塞利用阀件内所插的、中央穿孔的锥形柱塞，以控制阀门的开关。其根据填料的不同，可分为填料旋塞、油密封式和无填料旋塞。其特点是结构简单，外形尺寸小，关闭迅速，操作方便，流体阻力小，便于制成三通道式或四通路阀

17、门，作为分配换向用。（3） 截止阀利用装在阀杆下面的阀盘与阀杆的突缘部分相配合来控制阀的启用。它的特点是：结构较闸阀简单，制造维修方便，还可以调节流量，应用比较广泛。（4） 球阀利用一个中间开孔的球体作阀芯，靠旋转球体来控制阀的开启和关闭。特点：结构简单，体积小，零件少，重量轻，开关迅速，操作方便，流体阻力小，制作精度要求高。但由于密封结构及材料的限制，目前的球阀还不宜于用在高温介质中。（5） 蝶阀阀的关闭作为一远圆盘形，绕阀体内一固定轴旋转的阀门。蝶阀的特点是：结构简单，外形尺寸小，重量轻，适合制造较大管径的阀。由于密封结构及材料问题，此种阀只适用于低压，用于输送水、煤气、空气等介质。（6）

18、 隔膜阀阀的启闭机构是一块橡皮隔膜，四周夹置于阀体与阀盖间，膜的中央突出的部分固定于阀杆，隔膜将于介质隔离。隔膜阀的结构特点是：结构较简单，便于检修，流体阻力小。适用于输送酸性介质和带悬浮物的介质，但橡胶隔膜的材质不适于温度高于60及有机溶剂和强氧化剂的介质。（7） 止回阀也叫单向阀，是一种自动开启和关闭的阀门。在阀体内有一阀盖或摇板，但介质顺流时，阀盖或摇板即升起或掀开。当介质倒流时，阀盖或摇板即自动关闭。由于结构上的不同，又可分为升降式止回阀和旋启式止回阀。升降式止回阀的阀瓣是垂直于阀体通道作升降运动，一般应安装在水平管道上。止回阀一般适用于清净介质，对有固体颗粒和粘度较的的介质不宜选用，

19、升降式止回阀的密封性能较旋启式的好。但旋启式的流体，阻力又比升降式的小，通常旋启式的止回阀多用于大口径管道上。（8） 减压阀减压阀的动作，主要是靠膜片、弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓣与阀座的间隙，使蒸汽、空气达到自动减压的目的。减压阀只适用于蒸汽、空气等清净气体介质，不能用作液体的减压，更不能用于含有固体颗粒。在选用时，应注意不得超过减压阀的减压范围，保证在合理情况下。减压阀在使用前必须进行定压，以确定减压所需的压力。（9） 安全阀安全阀的动作是靠阀芯、弹簧、阀盖作用来关闭的。即当操作压力超过弹簧的压力时，阀座被顶开，泄放出超压部分介质，以保护设备；在压力接近操作压力时，阀芯在弹簧力作用下，落入

20、阀座，关闭阀门，以确保生产继续进行。目前生产中常用的安全阀，有弹簧式和杠杆式两大类。弹簧安全阀中又有封闭和不封闭的。一般易燃、易爆或有毒介质应选用封闭式；蒸汽或惰性气体可选用不封闭式。在弹簧安全阀中还有带弹簧和不带弹簧的，扳手的主要作用是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以用作手动紧急泄压。安全阀的主要参数是排泄量，排泄量取决于阀芯的口径和升启高度，为此有可分微启式和全启式。微启式是指阀芯开启高度为阀座直径的1/151/20。全启式是指阀芯开启高度为阀座直径的 1/31/4。（10） 衬里阀为防止介质的腐蚀或铁屑的污染，在阀体内衬有各种耐腐蚀材料（如铅、橡胶、陶瓷等），阀芯也用耐腐蚀材料制成或包上各

21、种耐腐蚀材料，这类阀广泛运用在化工行业中。衬里阀要根据输送介质的特性选取合适的衬里材料，该阀能耐腐蚀又能承受一定的压力。一般衬里阀多制成直通或隔膜式，因此，阀流体阻力小，由于衬里材料的限制，该阀一般温度不能太高。 根据国家标准钢制阀门一般要求（GB 12224-89），阀门的压力，温度等级应遵照GB9131的规定；当温度低于-29时，由于材料的韧性和抗冲击能力明显下降，使用压力不能大于该温度下相应的压力值。二、 阀门的使用正确使用阀门，是确保装置正常生产的一个主要方面。为此，需要做到以下几点：（1） 阀门安装a. 新阀门安装前，必须进行过试压检查，以确保阀门的各密封点不泄漏，阀门内泄，阀芯及阀

22、座均应研磨，直至不漏。b. 根据阀门内所走的介质，对阀门大盖垫片，阀杆填料均进行检查更换。c. 安装时对于有方向性要求的阀门，必须保证与介质流向一致。d. 与阀门连接的管法兰，应与阀门法兰配对，严禁不同规格的阀门代用。e. 阀门垫片质量应符合有关标准，垫片放置要准确到位，防止压偏。f. 螺栓规格要与法兰配对，不能用小一级的螺栓代用，拧紧螺栓时，要对角拧紧，吃力要均匀。（2） 正常使用a. 开关阀要用力均匀，严禁敲打，损坏手轮及铜套，对轨道阀门要特别注意开关方向，因其开关角度仅90，故不能用力过猛，以免损坏阀杆、轨道或定位销。b. 新安装的阀门要开关一次，确认阀门的灵活程度。c. 新安装的阀门在

23、阀门丝杆上应均匀涂抹润滑脂，以保证开关灵活，对于锈迹斑斑开关不灵的阀门应除锈，抹润滑脂。d. 每次停工检修均应对阀门的盘根进行检查更换，盘根压盖吃力均匀，盘根不能太紧。e. 冬季，阀门特别是铸锻阀应做好防冻防凝工作，防止阀门冻裂。阀门开启时，丝杆应留几扣，不能将阀杆全部拉出。 第二章 塔、压力容器第一节 塔在石油化工等工业部门中，气液两相直接接触进行传质及传热的过程很多，如精馏、吸收等。这些过程大多是在塔内进行的。在塔内，液体靠重力自上而下流动，气体则靠压差自下而上与液体呈逆向流动。两相流体之间要有良好的气液接触界面，这种界面由流体通过塔内的塔板或填料来实现的。根据塔的内件结构特点，可将塔器分

24、为板式和填料塔。就板式塔而言，而根据气液操作状态分为：A鼓泡式塔板，如泡帽、浮阀、筛孔等塔板；B喷射式塔，如舌形、网孔等塔板。就填料塔而言，可根据结构特点分为乱堆填料及规则填料。例如，鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等颗粒填料均为乱堆填料、网波纹填料、板波纹填料、格栅填料均为规则填料。由于本装置采用的均为板式塔，所以下面主要介绍板式塔，在板式塔中，气体通过塔板上的小孔分散成为许多股小气流，这些气流在塔板上与液体传质，然后从液层中逸出与液体分离。塔内的液体则逐板向下流动，集资与逆向气流传质。气体与液体在多块塔板上进行混合分离的逆流多极传质过程，沿塔高形成梯形式的变化。1 随着炼油化工工业的发展，板式塔的研

25、制工作也取得了很大的进展，分离效果高，压降小，操作弹性大，结构简单，造价低廉的新型板式塔不断问世。现列出几种常用塔板的型式及主要技术指标。塔盘（塔板）有整块式和分块式两种。当塔径在900mm以下时，采用整块式塔盘；当塔径在900mm以上时，人已能在塔内进行装拆，可采用分块式塔盘，而且当塔径较大时，整块式塔盘的刚度不够，结构显得复杂，制造也困难。塔盘材质一般为碳钢，如有要求选用不锈钢。塔盘的连接、固定常用龙门板和楔形铁。塔体：用钢板卷制焊接而成，塔径及壁厚根据条件和处理量而定。常用的材质为16MnR、20R等，含有腐蚀性介质的也采用内壁堆焊不锈钢或采用不锈钢复合板。本装置的T1101、T1102

26、、T1201、T1202、T1203以及T1941、T1942均为20R。原料进口：塔在进料口处设有较大的蒸发空间，便于汽液分离。由于速度很大，冲击力很大，会对塔的内构件产生磨损。为了消除这种磨损，在进料口处设有弓形缓冲挡板，上有许多直径为6cm左右的小孔。当原料沿弓形挡板的切线方向进入，其中一部分进料直接冲向塔中部，其余部分经过小孔注射塔壁。弓形挡板的作用既能减少高速进料对塔壁的冲击力，又会便进料分散成许多小滴，形成大的蒸发面积。人孔：为安装、检修塔板应开有人孔，人孔的尺寸一般为450MM或500MM。人孔的设置应与降液管和降液盘错开。人孔之间的距离约为56层塔盘。板式塔的主要结构尺寸为：塔

27、的直径。塔的高度。塔盘数以及塔板间距。塔径：塔径的大小反映了塔的处理能力。塔径的大小和塔内汽相负荷有关，气体负荷越大，空塔速度越大。所谓空速是指塔内气体通过空塔截面的流速。塔板间距：塔板间距的大小，是考虑到允许气速、雾沫夹带程度等有关因素的影响及考虑到安装和检修方便来确定的，一般塔的板间距是600mm左右。如果没有雾沫夹带现象，也可取450500mm；在人孔处可取700800mm。塔高：塔高跟塔顶高度、塔底高度、进料段高度以及塔板数有关，其中塔顶高度是指塔顶第一块塔板到塔顶切线的距离，一般为1.201.50m。塔底高度：是指塔底最下一层塔板到塔底的切线距离。塔底高度可按残油停留5分钟来考虑，一

28、般为1.301.50m。进料段高度：一般随塔径的增大而增大，取1.52.5m，并有破沫装置。塔板数：是影响分馏效果的关键，一般根据分馏程度和回流量而定，分馏的精度愈高，需要的塔板数愈多，回流量越小，需要的塔板数越少。总之，塔操作的根本作用就是使塔盘上气液两相均匀传质，充分而良好地接触。在加大气体负荷时不要有过量的雾沫夹带，在加大液体负荷时不要出现液泛等现象。第二节 压力容器1 压力容器的定义、在石油化工领域，容器是指储存设备和其它各种设备的外壳。按容器所承受压力的高低又可分为常压容器和压力容器两大类。国家技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程中规定，只有同时符合以下三个条件的容器才属于该规程

29、的管辖范围。(1) 最高工作压力（Pw）0.1Mpa（不包括液体静压力，下同）；(2) 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）0.15m，且容积（V）0.025m3；(3)介质为气体，液化气体和最高工作温度高于标准沸点的液体。以上三个条件也正是包括了容器的工作介质，压力和容积三个方面。适用于下列压力容器:（1） 与移动压缩机一体的非独立的容积小于等于0.15m3的储罐、锅炉房内的分气缸；（2） 容积小于0.025m3的高压容器；（3） 深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、空分设备中的冷箱；（4） 螺旋板换热器； （5） 水力自动补气气压给水（无塔上水）装置中的气压罐，消防装置中的气体或气压给水（泡沫）压力罐；（6）水处理设备中的离子交换或过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀水箱；（7）电力行业专用的全封闭式组合电器（电容压力容器）；（8）橡胶行业使用的轮胎硫化机及承压的橡胶模具。2 压力容器的分类压力容器型式多样，为了便于对不同类型的容器进行研究