任務一 化工管路的認知
【任務導入】
化工生產過程中流體是經管路由一個設備流到另一設備的，管路的構成、作用及其日常檢查都是重要的。下面觀察不同單元操作裝置的管路，分析各套裝置管路中的相同處和不同處，總結化工管路的組成。
【任務實施】
一、化工單元操作裝置
觀察圖1-1中各套裝置的管路，分析管路的組成和各自的特點。
圖1-1 化工實訓裝置
二、單泵送料管路裝置流程圖
認真對比裝置流程圖（圖1-2）和實訓裝置，對相關設備外型有基本的認知，整理出管路的組成并確定流體的流動方向。
圖1-2 單泵送料管路裝置流程圖
【任務評價】
①能識讀化工流程圖，并與現場裝置對照找到相應設備和儀表，注意觀察和分析；
②了解管路各組成件的結構和工作原理；
③能從不同的化工流程中找出管路的組成件；
④小組內要能團結協作，有一定的安全意識。
【知識鏈接】
知識點 流體輸送設備和管路
一、貯罐
貯罐是一種最典型的化工容器，主要用于貯存氣體、液體、液化氣體等介質，如石油貯罐、液氨貯罐等。除了貯存作用外貯罐還起到了計量的作用。因此，貯罐在石油、化工、能源、輕工、環保、制藥及食品等行業應用廣泛。
1.貯罐的類型
由于貯存介質的不同，貯罐有多種類型，見表1-1。
表1-1 貯罐的類型
圖1-3 貯罐的形狀
（1）立式貯罐 立式貯罐以大型油罐最為典型［圖1-3（a）］，其由基礎、罐底、罐壁、罐頂及附件組成。大型立式貯罐主要用于貯存數量較大的液體介質，如原油、輕質成品油等；小型立式貯罐主要作為中間成品罐和各種計量罐、冷凝罐用。
（2）臥式貯罐 臥式貯罐［圖1-3（b）］與立式貯罐相比，容量較小、承載能力變化范圍寬，在各種工藝條件下都能使用。大型臥式貯罐用于貯存容量小且壓力不太高的液化氣和液體；小型臥式貯罐也主要作為中間成品罐和各種計量罐、冷凝罐用。
（3）球形貯罐 與圓筒形貯罐相比，具有容量大、承載能力強、節約鋼材、占地面積小、基礎工程量小、介質蒸發損耗少等優點，但也存在制造安裝技術要求高、焊接工程量大、制造成本高等特點。故適用于貯存容量較大且壓力較高的液體，比如石油氣及各種液化氣。見圖1-3（c）。
2.貯罐的選用
（1）貯存介質的性質是選擇貯罐形式的重要因素
①介質的閃點、沸點及飽和蒸氣壓與液體的可燃性密切相關，是選擇貯罐形式的主要依據。通常取大氣環境最高溫度時介質飽和蒸氣壓作為其最高工作壓力，應根據最高工作壓力初步選擇貯罐類型。
一般情況下，球形、橢圓形、蝶形、球冠形封頭的圓筒形貯罐和球罐可以承受較高的貯存壓力，而立式平底筒形貯罐的承壓能力較差，介質的壓力不大于0.1MPa。
②介質的密度將直接影響載荷的分析與罐體應力的大小。
③介質的腐蝕性是貯存設備材料選擇的首要依據，將直接影響制造工藝與設備造價。一般情況下，以腐蝕率作為選用材料的基礎：腐蝕率在0.005mm/a以下，可以充分使用；腐蝕率在0.005～0.05mm/a，可以使用；腐蝕率在0.05～0.5mm/a，盡量不要使用；腐蝕率在0.5mm/a以上，不使用。
④介質的毒性程度則直接影響設備制造與管理的等級和安全附件的配置。
⑤介質的黏度與冰點直接關系到貯存設備的運行成本。這是因為當介質為具有高黏度或高冰點的液體時，為保持其流動性，就需要對貯存設備進行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態。
（2）貯存量的大小是選擇貯罐形式的依據 在根據最高工作壓力初步選擇貯罐類型后，再根據貯存量的大小選擇合適的貯罐形式。單臺立式圓筒形貯罐（非平底形）的容積一般不宜大于20m3；臥式圓筒形貯罐的容積一般不宜大于100m3；當總的貯存容量超過100m3但小于500m3時，可以選用幾個臥罐組成一個貯罐群，也可以選用一個或兩個球罐；當總容量大于500m3，且貯存壓力較高時，建議選用球罐或球罐群；若是常壓貯存，且貯存容量較大時（>100m3），為了減少蒸發損耗或防止污染環境，保證介質不受空氣污染時，宜選用外浮頂罐或內浮頂罐；若是常壓或低壓貯存，蒸發損耗不是主要問題，環境污染也不大，可不必設置浮頂；若需要適當加熱貯存，宜選用固定頂罐。
（3）其他因素 在選擇貯罐形式時，還需考慮貯存場地的位置、大小和地基承載能力。
二、化工管路
化工管路是化工生產中所涉及的各種管路形式的總稱，將化工機器與設備連在一起，從而保證流體能從一個設備輸送到另一個設備，是化工生產裝置不可缺少的部分。
化工管路主要由管子、管件、閥件及輔件（一些附屬于管路的管架、管卡、管撐等）構成。
1.化工管路的標準化
化工生產中輸送的流體介質多種多樣，介質性質、輸送條件和輸送流量是各不相同的，因此化工管路也必須是各不相同，以適應不同輸送任務的要求。工程上，為了避免雜亂、方便制造與使用，有了化工管路的標準化。
化工管路的標準化是指制定化工管路主要構件（包括管子、管件、閥門、法蘭、墊片等）的結構、尺寸、連接、壓力等的實施標準的過程。其中，壓力標準與直徑標準是制定其他標準的依據，也是選擇管子、管件、閥門、法蘭、墊片等的依據，已由國家標準詳細規定，使用時可查閱有關資料。
2.管子
生產中使用的管子按管材不同可分為金屬管、非金屬管和復合管。金屬管主要有鑄鐵管、鋼管（含合金鋼管）和有色金屬管等；非金屬管主要有陶瓷管、水泥管、玻璃管、塑料管、橡膠管等；復合管指的是金屬與非金屬兩種材料復合得到的管子，最常見的形式是襯里管，為了滿足成本、強度和防腐的需要，在一些管子的內層襯以適當材料（如金屬、橡膠、塑料、搪瓷等）而形成的。隨著化學工業的發展，各種新型耐腐蝕材料不斷出現，如有機聚合物材料等，非金屬材料管正在越來越多地替代金屬管。
管子的規格通常是用“?外徑×壁厚”來表示，如?38mm×2.5mm表示此管子的外徑是38mm，壁厚是2.5mm。但也有些管子是用內徑來表示其規格的，使用時要注意。管子的長度主要有3m、4m和6m。有些可達9m、12m，但以6m最為普遍。
3.管件
化工生產中的管件類型很多，管件根據管材類型分為5種，即水煤氣鋼管件、鑄鐵管件、塑料管件、耐酸陶瓷管件和電焊鋼管管件。管件是用來連接管子、改變管路方向或直徑、接出支路或封閉管路的附件總稱。一種管件能起到上述作用中的一個或多個，例如彎頭既是連接管路的管件，又是改變管路方向的管件。
（1）改變管路的方向 如圖1-4（a）～圖1-4（d）等，通常將其統稱為彎頭。
（2）連接支管 如圖1-4（e）～圖1-4（i）等。通常把它們統稱為“三通”“四通”。
（3）連接兩段管子 如圖1-4（j）～圖1-4（l）等。其中圖1-4（j）稱為外接頭，俗稱為“管箍”；圖1-4（k）稱為內接頭，俗稱為“對絲”；圖1-4（l）稱為活接頭，俗稱為“由任”。
（4）改變管路的直徑 如圖1-4（m）、圖1-4（n）等，通常把前者稱為大小頭，后者稱為內外螺紋管接頭，俗稱為內外絲或補芯。
（5）堵塞管路 如圖1-4（o）、圖1-4（p）等，分別稱為絲堵和盲板。
圖1-4 管件
必須注意，管件和管子一樣，也是標準化、系列化的。選用時必須注意和管子的規格一致。
4.閥門
閥門是用來開啟、關閉、調節流量及控制安全的機械裝置，也稱活門、截門或節門。閥門是化工安全生產的關鍵組件。閥門的開啟與關閉、暢通與隔斷、質量好與壞、嚴密與滲漏等均關系到安全運行，由閥門引起的火災、爆炸、中毒事故數不勝數，許多重大的災害都是由閥門引起的。化工生產中，通過閥門可以調節流量、系統壓力、流動方向，從而確保工藝條件的實現與安全生產。
（1）閥們的型號 閥件的種類與規格很多，為了便于選用時的識別，規定了工業管路使用閥門的標準，對閥門進行了統一編號。閥門的型號由七個部分組成，其形式為：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ-Ⅵ Ⅶ
其中位置Ⅰ～Ⅶ為字母或數字，可從有關手冊中查取。
閥門類別代號Ⅰ，用閥門名稱的第一個漢字的拼音字首來表示。如截止閥用J表示、閘閥用Z表示、球閥用Q表示、安全閥用A表示等。
閥門傳動方式代號Ⅱ，用阿拉伯數字表示，如氣動為6、液動為7、電動為9等。
閥門連接形式代號Ⅲ，用阿拉伯數字表示，如內螺紋為1、外螺紋為2等。
閥門結構形式代號Ⅳ，用阿拉伯數字表示，以截止閥為例，直通式為1、角式為4、直流式為5等。
閥座密封面或襯里材料代號Ⅴ，用材料名稱的拼音字首來表示，如銅合金材料為T、氟塑料為F、搪瓷為C等。
公稱壓力的數值Ⅵ，是閥件在基準下能夠承受的最大工作壓力，可從公稱壓力系列表選取。
閥體材料代號Ⅶ，用規定的拼音字母表示，如鑄銅為T、碳鋼為C、Cr5Mo鋼為I等。
例如，有一閥門的銘牌上標明其型號為Z941T-1.0K，則說明該閥為閘閥、電動、法蘭連接、明桿楔式單閘板，閥座密封面的材料為銅合金，公稱壓力為1.0MPa，閥體材料為可鍛鑄鐵。
（2）閥門的類型 閥門的種類很多，按啟動力的來源分為他動啟閉閥和自動作用閥。
①他動啟閉閥：有手動、氣動和電動等類型，若按結構分則有旋塞、閘閥、截止閥、節流閥、氣動調節閥和電動調節閥等，表1-2介紹了幾種常見的化工他動啟閉閥。
表1-2 常見幾種他動啟閉閥的用途
②自動作用閥。當系統中某些參數發生變化時，自動作用閥能夠自動啟閉。自動作用閥主要有安全閥、減壓閥、止回閥和疏水閥等。
a.安全閥。安全閥是為了管道設備的安全保險而設置的截斷裝置。它能根據工作壓力自動啟閉，從而將管道設備的壓力控制在某一數值以下，保證其安全，主要用在蒸汽鍋爐及高壓設備上。
b.減壓閥。減壓閥是為了降低管道設備的壓力，并維持出口壓力穩定的一種機械裝置，常用在高壓設備上。例如，高壓鋼瓶出口都要接減壓閥，以降低出口的壓力，滿足后續設備的壓力要求。
c.止回閥。止回閥也稱止逆閥或單向閥，是在閥的上下游壓力差的作用下自動啟閉的閥門。其作用是使介質按一定方向流動而不會反向流動。常用在泵的進出口管路中、蒸汽鍋爐的給水管路上。例如，離心泵在開啟之前需要灌泵，為了保證灌入的液體不外泄，常在泵吸入管口裝一個單向閥。
d.疏水閥。 疏水閥是一種自動間歇排除冷凝液，并能自動阻止蒸汽排出的機械裝置。蒸汽是化工生產中最常用的熱源，只有及時排除冷凝液，才能很好地發揮蒸汽的加熱功能。
（3）閥門的選用 閥門選用時應考慮介質的性質、工作壓力和工作溫度及變化范圍、管道的直徑及工藝上的特殊要求（節流、減壓、放空、止回等）、閥門的安裝位置等因素，本著“滿足工藝要求、安全可靠、經濟合理、操作與維護方便”的基本原則選擇相應的閥門。
對雙向流的管道，應選用無方向性的閥門，如閘閥、球閥、蝶閥等；對只允許單向流的管道，應選止回閥；對需要調節流量的地方多選截止閥。
對要求啟閉迅速的管道，應選球閥或蝶閥；對要求密封性好的管道，應選閘閥或球閥。
對受壓容器及管道，視其具體情況設置安全閥，對各種氣瓶應在出口處設置減壓閥。
蒸汽加熱設備及蒸汽管道上應設置疏水閥。
（4）閥門的維護 閥門是化工生產中最常用的裝置，數量廣、類型多，其工作情況直接關系到化工生產的好壞與優劣。為了使閥門正常工作，必須做好閥門的維護工作。
①保持清潔與潤滑良好，使傳動部件靈活動作。
②檢查有無滲漏，如有滲漏及時修復。
③安全閥要保持無掛污與無滲漏，并定期校驗其靈敏度。
④注意觀察減壓閥的減壓效能。若減壓值波動較大，應及時檢修。
⑤閥門全開后，必須將手輪倒轉少許，以保持螺紋接觸嚴密、不損傷。
⑥電動閥應保持清潔及接點的良好接觸，防止水、汽和油的沾污。
⑦露天閥門的傳動裝置必須有防護罩，以免大氣及雨雪的浸蝕。
⑧要經常測聽止逆閥閥芯的跳動情況，以防止掉落。
⑨做保溫與防凍工作，應排凈停用閥門內部積存的介質。
⑩及時維修損壞的閥門零件，發現異常及時處理。
三、輸送設備
在化工生產中，為了滿足工藝要求，經常需要將流體從一個設備輸送到另一個設備、從一個車間輸送到另一個車間、從常壓變成高壓或負壓等，使用流體輸送機械對流體做功達到上述目的是工業生產中的主要手段。流體輸送機械在化工生產中稱動設備，是容易出現危險、發生事故的設備。流體輸送機械的安全問題，不僅涉及機械的材質結構、強度、動平衡、密封等問題，而且涉及在機械動作下流體的狀態和特性變化。
由于輸送任務不同、流體種類多樣，工藝條件復雜，流體輸送機械也是多種多樣的，如表1-3所示，是按照工作原理分類的。
表1-3 流體輸送機械的類型
盡管液體輸送機械多種多樣，但都必須滿足以下基本要求：
①滿足生產工藝對流量和能量的需要；
②滿足被輸送液體性質的需要；
③結構簡單、價格低廉、質量小；
④運行可靠，維護方便，效率高，操作費用低。
選用時應綜合考慮，全面衡量，其中最重要的是滿足流量與能量的要求。
【自測練習】
1.觀察實訓室供水管路，分析管路中各組成部分的作用。
2.某化工企業采用乙酸和乙醇為原料，硫酸為催化劑生產乙酸乙酯，每天乙酸用量為1200kg，乙醇用量為1100kg，工廠每周進一次原料，請選用合適的貯罐形式。貯罐采用什么材質合適？