緒  論

第一節  化工設備概述

一、化工設備在化工生產中的重要地位

化學工業在國民經濟中占有重要地位，它與農業、工業、國防以及人民的衣食住行都有極為密切的關系。

石油、化工產品都是按照一定的工藝過程，利用與之相配套的機械設備生產出來的。例如，生產硫酸就需要與硫酸工藝配套的化工機械，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。因此化工機械是為化工工藝服務的，是實現化工生產的工具和手段。不同的化工工藝過程對化工機械提出了不同的要求，促進了化工機械的發展，而設計合理、質量優良的新型高效化工機械又會促使產品質量和產量的提高和消耗的降低，甚至使原來難以實現的生產工藝成為現實，生產出許多新的產品。

化工機械分為兩大類：一類為動設備，如各種類型的泵、壓縮機、離心機等，通常稱為“機器”；另一類為靜設備，如用于精餾、解吸、吸收、萃取等工藝的塔設備，用于合成材料聚合、加氫、裂解等工藝的反應設備，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備，用于原料、成品及半成品儲存、運輸、計量的儲運設備等，通常稱為“設備”，即本書所講的“化工設備”。化工廠的機械裝備80%左右屬于化工設備。

本課程的主要任務：研究典型化工設備及常用零部件的材料選用、結構組成、性能特點、日常維護的方法。

二、化工設備工業的發展

新中國成立前，我國沒有完整的化工設備工業，大部分生產設備及備品配件均靠國外進口。新中國成立后，陸續建立了一批化工機械廠來配合化工企業的生產。20世紀50年代末，我國已經能夠生產壓力為32.4MPa的多層包扎式高壓容器。化工設備的發展，為化工工藝開發奠定了基礎。20世紀60年代，國內化工生產逐步實現了設備大型化。20世紀80年代，我國氨堿廠的設備已經處于國際先進水平，可生產石墨換熱器、氟塑料制成酸冷卻器、硝酸吸收塔、30m3聚合釜、年產30萬噸合成氨、52萬噸尿素聯合裝置等化工設備。20世紀90年代化工設備發展已具備向世界先進水平挑戰的能力。21世紀，隨著科學技術的進步，化工設備不僅向標準化、節能化、大型化發展，而且還向精細化、信息化、機電一體化發展。展望未來，化工設備必將以適應現代化學工藝生產的需要而飛速發展。

三、壓力容器的分類

化工生產中所用的設備雖大小不一，形態各異，內部結構千差萬別，但它們都有一個外殼，這個外殼統稱為容器。容器是化工設備的基本組成部分。

1.壓力容器的定義

壓力容器是指壓力和容積達到一定的數值，容器所處的工作溫度使其內部介質呈氣體狀態的密閉容器。按照我國《壓力容器安全技術監察規程》的規定，同時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 介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標準沸點的液體。

2.壓力容器的分類

壓力容器的應用十分廣泛，形式多種多樣，根據不同的需要分類方法如下。

（1）按壓力性質分類

① 內壓容器，是指內部承受流體的壓力，即容器內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部壓力的容器。

（2）內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徑的者，即；

② 厚壁容器，是指器壁的厚度大于或等于容器內徑的者，即。

式中，K為直徑比，Do是圓筒外徑，Di是圓筒內徑。

（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）按安全技術監察規程分類我國《壓力容器安全技術監察規程》按容器的壓力等級、容積大小、介質的危害程度及在生產過程中的作用綜合考慮，把壓力容器分為三個類別。

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；易燃介質或毒性程度為中度危害介質的低壓反應容器和儲存容器；劇毒介質的低壓容器；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pＶ（設計壓力與容積的乘積）≥0.2MPa·m3的低壓容器或劇毒介質的中壓容器；易燃或有毒介質，且pＶ≥0.5MPa·m3的中壓反應器和pＶ≥10MPa·m3的中壓儲運器；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、化工設備的基本要求

化工生產具有生產過程復雜，工藝條件苛刻，介質具有易燃、易爆、有毒、腐蝕性強、生產裝置大型化及生產過程的連續性、自動化程度高等特點。因此要求化工設備既能滿足化工工藝的要求，又要能安全可靠地運行，同時還應經濟合理。

1.滿足工藝要求

化工設備的許多結構尺寸都是由工藝計算決定的，工藝人員通過工藝計算確定容器的直徑、容積等尺寸并提出壓力、溫度、介質特性等生產條件。機械制造人員所提供的設備從結構形式和性能特點應能在指定的生產條件下完成指定的生產任務。所以化工設備首先應滿足化工工藝的要求。

2.安全可靠運行

化工生產的特點決定了化工設備安全可靠運行的重要性。國內外生產實踐表明，化工設備發生的事故相當頻繁，而且事故的危害性極大，尤其是對環境的破壞。為了保證其安全運行，防止事故發生，世界各國都先后成立了專門的研究機構，從事專門的研究工作并指定了相關的技術規范。

保證化工設備安全可靠運行，具體體現在強度、剛度（穩定性）、密封性、耐久性及耐腐蝕性等多個方面。

3.經濟合理性要求

化工設備在滿足工藝要求和保證安全可靠運行的前提下，應盡量做到經濟合理。從選材、設計、制造、安裝等方面減少費用。不僅要降低設備本身的成本，還要考慮操作、維護、修理費用，能源及動力的消耗等。