緒  論

第一節(jié)  化工設(shè)備概述

一、化工設(shè)備在化工生產(chǎn)中的重要地位

化學(xué)工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，它與農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防以及人民的衣食住行都有極為密切的關(guān)系。

石油、化工產(chǎn)品都是按照一定的工藝過程，利用與之相配套的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)出來的。例如，生產(chǎn)硫酸就需要與硫酸工藝配套的化工機(jī)械，加工原油就需要與原油加工工藝相配套的精餾塔、換熱器、加熱爐、泵等。因此化工機(jī)械是為化工工藝服務(wù)的，是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的工具和手段。不同的化工工藝過程對化工機(jī)械提出了不同的要求，促進(jìn)了化工機(jī)械的發(fā)展，而設(shè)計(jì)合理、質(zhì)量優(yōu)良的新型高效化工機(jī)械又會(huì)促使產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的提高和消耗的降低，甚至使原來難以實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)工藝成為現(xiàn)實(shí)，生產(chǎn)出許多新的產(chǎn)品。

化工機(jī)械分為兩大類：一類為動(dòng)設(shè)備，如各種類型的泵、壓縮機(jī)、離心機(jī)等，通常稱為“機(jī)器”；另一類為靜設(shè)備，如用于精餾、解吸、吸收、萃取等工藝的塔設(shè)備，用于合成材料聚合、加氫、裂解等工藝的反應(yīng)設(shè)備，用于氣、液體加熱、冷卻、液體汽化、蒸汽冷凝及廢熱回收的各種熱量交換設(shè)備，用于原料、成品及半成品儲存、運(yùn)輸、計(jì)量的儲運(yùn)設(shè)備等，通常稱為“設(shè)備”，即本書所講的“化工設(shè)備”。化工廠的機(jī)械裝備80%左右屬于化工設(shè)備。

本課程的主要任務(wù)：研究典型化工設(shè)備及常用零部件的材料選用、結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)、日常維護(hù)的方法。

二、化工設(shè)備工業(yè)的發(fā)展

新中國成立前，我國沒有完整的化工設(shè)備工業(yè)，大部分生產(chǎn)設(shè)備及備品配件均靠國外進(jìn)口。新中國成立后，陸續(xù)建立了一批化工機(jī)械廠來配合化工企業(yè)的生產(chǎn)。20世紀(jì)50年代末，我國已經(jīng)能夠生產(chǎn)壓力為32.4MPa的多層包扎式高壓容器?；ぴO(shè)備的發(fā)展，為化工工藝開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，國內(nèi)化工生產(chǎn)逐步實(shí)現(xiàn)了設(shè)備大型化。20世紀(jì)80年代，我國氨堿廠的設(shè)備已經(jīng)處于國際先進(jìn)水平，可生產(chǎn)石墨換熱器、氟塑料制成酸冷卻器、硝酸吸收塔、30m3聚合釜、年產(chǎn)30萬噸合成氨、52萬噸尿素聯(lián)合裝置等化工設(shè)備。20世紀(jì)90年代化工設(shè)備發(fā)展已具備向世界先進(jìn)水平挑戰(zhàn)的能力。21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，化工設(shè)備不僅向標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能化、大型化發(fā)展，而且還向精細(xì)化、信息化、機(jī)電一體化發(fā)展。展望未來，化工設(shè)備必將以適應(yīng)現(xiàn)代化學(xué)工藝生產(chǎn)的需要而飛速發(fā)展。

三、壓力容器的分類

化工生產(chǎn)中所用的設(shè)備雖大小不一，形態(tài)各異，內(nèi)部結(jié)構(gòu)千差萬別，但它們都有一個(gè)外殼，這個(gè)外殼統(tǒng)稱為容器。容器是化工設(shè)備的基本組成部分。

1.壓力容器的定義

壓力容器是指壓力和容積達(dá)到一定的數(shù)值，容器所處的工作溫度使其內(nèi)部介質(zhì)呈氣體狀態(tài)的密閉容器。按照我國《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，同時(shí)具備下列條件的容器就稱為壓力容器：

① 最高工作壓力大于或等于0.1MPa（不含液柱靜水壓力）；

② 內(nèi)直徑（非圓形截面指斷面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容積大于或等于0.025m3；

③ 介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。

2.壓力容器的分類

壓力容器的應(yīng)用十分廣泛，形式多種多樣，根據(jù)不同的需要分類方法如下。

（1）按壓力性質(zhì)分類

① 內(nèi)壓容器，是指內(nèi)部承受流體的壓力，即容器內(nèi)部壓力大于外界壓力的容器；

② 外壓容器，是指外部承受流體的壓力，即容器外界壓力大于內(nèi)部壓力的容器。

（2）內(nèi)壓容器按其承壓大小分類

① 低壓容器（代號L），0.1≤p≤1.6MPa;

② 中壓容器（代號M），1.6＜p≤10MPa;

③ 高壓容器（代號H），10＜p＜100MPa;

④ 超高壓容器（代號U），p≥100MPa。

（3）按容器壁厚分類

① 薄壁容器，是指器壁的厚度小于容器內(nèi)徑的者，即；

② 厚壁容器，是指器壁的厚度大于或等于容器內(nèi)徑的者，即。

式中，K為直徑比，Do是圓筒外徑，Di是圓筒內(nèi)徑。

（4）按工作溫度分類

① 常溫容器,-20℃＜ｔ＜300℃;

② 高溫容器,ｔ≥300℃;

③ 低溫容器,ｔ≤－20℃;

④ 超低溫容器,ｔ≤－50℃。

(5）按安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程分類我國《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》按容器的壓力等級、容積大小、介質(zhì)的危害程度及在生產(chǎn)過程中的作用綜合考慮，把壓力容器分為三個(gè)類別。

① 一類容器，除第二類、第三類壓力容器以外的所有的低壓容器。

② 二類容器，有下列情況之一者：中壓容器；易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲存容器；劇毒介質(zhì)的低壓容器；低壓管殼式余熱鍋爐；搪玻璃壓力容器。

③ 三類容器，有下列情況之一者：高壓超高壓容器；劇毒介質(zhì)pＶ（設(shè)計(jì)壓力與容積的乘積）≥0.2MPa·m3的低壓容器或劇毒介質(zhì)的中壓容器；易燃或有毒介質(zhì)，且pＶ≥0.5MPa·m3的中壓反應(yīng)器和pＶ≥10MPa·m3的中壓儲運(yùn)器；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐。

除上述常見的分類外，還可按工藝用途、制造方法等來分類。

四、化工設(shè)備的基本要求

化工生產(chǎn)具有生產(chǎn)過程復(fù)雜，工藝條件苛刻，介質(zhì)具有易燃、易爆、有毒、腐蝕性強(qiáng)、生產(chǎn)裝置大型化及生產(chǎn)過程的連續(xù)性、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。因此要求化工設(shè)備既能滿足化工工藝的要求，又要能安全可靠地運(yùn)行，同時(shí)還應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理。

1.滿足工藝要求

化工設(shè)備的許多結(jié)構(gòu)尺寸都是由工藝計(jì)算決定的，工藝人員通過工藝計(jì)算確定容器的直徑、容積等尺寸并提出壓力、溫度、介質(zhì)特性等生產(chǎn)條件。機(jī)械制造人員所提供的設(shè)備從結(jié)構(gòu)形式和性能特點(diǎn)應(yīng)能在指定的生產(chǎn)條件下完成指定的生產(chǎn)任務(wù)。所以化工設(shè)備首先應(yīng)滿足化工工藝的要求。

2.安全可靠運(yùn)行

化工生產(chǎn)的特點(diǎn)決定了化工設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要性。國內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐表明，化工設(shè)備發(fā)生的事故相當(dāng)頻繁，而且事故的危害性極大，尤其是對環(huán)境的破壞。為了保證其安全運(yùn)行，防止事故發(fā)生，世界各國都先后成立了專門的研究機(jī)構(gòu)，從事專門的研究工作并指定了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。

保證化工設(shè)備安全可靠運(yùn)行，具體體現(xiàn)在強(qiáng)度、剛度（穩(wěn)定性）、密封性、耐久性及耐腐蝕性等多個(gè)方面。

3.經(jīng)濟(jì)合理性要求

化工設(shè)備在滿足工藝要求和保證安全可靠運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)合理。從選材、設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面減少費(fèi)用。不僅要降低設(shè)備本身的成本，還要考慮操作、維護(hù)、修理費(fèi)用，能源及動(dòng)力的消耗等。