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炼油化工设备根底学问第一章 液体输送设备第一节 概述在石油和化工生产装置中，流体输送是必不行少的单元操作。做功以完成输送任务的机 械或设备称为“流体输送设备”。流体输送设备是石油、化工和其它领域最常用的机械设备。生产上对流体输送的要求差异很大，输送的流体流量和扬程各不一样；流体种类繁多、性质 千差万别；温度、压力等操作条件也有较大的差异。为了适应生产上各种不同的要求，所以 输送设备的型式种类是多种多样的，规格更是格外广泛，常见的如泵、风机、压缩机等。泵通常是指为液体供给能量的流体输送设备。泵的种类很多，其中离心泵具有性能范围 广泛、流量均匀、构造简洁、运转牢靠和修理便利等诸多优点，因此离心泵是工业生产中应用最为广泛的一种液体输送设备。除了在高压小流量或计量时常用往复式泵，液体含气时常 用旋涡泵和容积式泵，高粘度介质常用转子泵外，其余场合，绝大多数使用离心泵。据统计， 在石油、化工生产装置中，离心泵的使用量占泵总量的7080。其次节 泵的分类及特点离心泵的类型很多：按叶轮数目可分为单级泵只有一个叶轮和多级泵有两个以上的叶轮，级数越多， 扬程越高；按叶轮进液方式可分为单吸式液体从一侧进入叶轮和双吸式液体从叶轮两侧吸入， 吸入性能较好，多见于大流量的离心泵；按泵壳剖分形式可分为水平剖分泵和垂直于泵轴剖分泵；按泵壳的构造还可分为蜗壳式泵具有像蜗牛壳外形的泵壳和透平式泵在叶轮外围安装有几个固定叶片的泵，用于多级泵。此外，按泵扬程的大小分为低压泵扬程小于20 米水柱、中压泵20160 米水柱 和高压泵高于 160 米水柱；按泵转速的凹凸分为一般离心泵和高速离心泵；桉输送介质不同又分为水泵、轻烃泵、油泵以及耐腐蚀泵等；按用途可以分为进料泵、循环泵、回流泵、塔底泵或重沸器泵、产品泵等； 按密封形式分为屏蔽泵、磁力泵和外加密封泵等。2.1 离心泵的分类按离心泵的构造分类，见表 1.2.1表 1.2.1泵按构造分类分类方式按吸入方式按级数按泵轴方位按壳体型式类 型单吸泵双吸泵单级泵多级泵卧式泵悬臂离心泵潜水泵泵和电动机制成一体浸入水中液下泵泵体浸入液体中图 1.2.4管道泵泵作为管路一局部，安装时无需转变管路立式泵 分段式泵中开式泵蜗壳泵特点液体从一侧流入叶轮，存在轴向力液体从两侧流入叶轮，不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加一倍泵轴上只有一个叶轮同一根泵轴上装两个或多个叶轮，液体依次流过每级叶轮，级数越多，扬程越高轴水平放置轴垂直于水平面壳体按与轴垂直的平面剖分，节段与节段之间用长螺栓连接壳体在通过轴心线的平面上剖分装有螺旋形压水室的离心泵，如常用的端吸式图例图 1.2.1图 1.2.2图 1.2.1图 1.2.3图1.2.1 、1.2.2、1.2.3图 1.2.4图 1.2.2图 1.2.1特别构造屏蔽泵磁力泵叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，或承受磁力驱动方式，将动密封改为静密封，不需承受密封构造，属于无泄漏泵图 1.2.5图 1.2.1 单级单吸卧式泵图 1.2.2双吸泵1泵盖；2泵壳；3叶轮；4轴；5密封环；6轴套；7密封组件；8轴承图 1.2.3多级泵1吸入段；2中段；3平衡盘；4轴；5轴承；6首级叶轮；7密封环；8末级叶轮；8密封组件图 1.2.4液下泵按离心泵的工作介质分类，见表 1.2.2。表 1.2.2 按工作介质分类类 型清水泵锅炉给水泵热水循环水泵泵特 点最常用的离心泵，承受铸铁泵，填料密封(1)泵的压力较高，要求保证法兰连接的严密性；(2)应防止泵进口处产生汽蚀，过流部件应承受抗腐蚀性和抗电化学腐蚀的材料；(3)防止温度变化引起不均匀变形(1)吸入压力高，温度高，要求泵的强度牢靠；(2)填料函处于高压、高温下， 应考虑减压和降温；(3)如承受端吸式悬臂泵时，由于轴向推力大，要求轴承牢靠分散水泵 (1)对泵的汽蚀性能要求高，常承受加诱导轮或加大叶轮入口直径和宽度的方法改善泵的汽蚀性能；2泵运转易发生汽蚀，过流部件有时承受耐汽蚀的材料(如硬质合金、磷青铜等)；(3)填料函处于负压下工作，应防止空气侵入通用油泵 (1)油品往往易燃易爆，要求泵密封性能好，常承受机械密封，承受隔爆电动机；(2)泵的材质和构造上应考虑耐腐和耐磨；(3)为保证泵的连续牢靠运转， 应实行特地的冷却、密封、冲洗和润滑等措施冷油泵热油泵油泵当粘度20mm2s(20cSt)时，应考虑粘度对泵性能的影响(1) 应考虑各零部件的热膨胀，必要时实行保温措施；(2)过流部件承受耐高温材料；(3)要求第一级叶轮的吸入性能好；(4)轴承和轴封处要冷却；(5)开泵前应预热(常用热油循环升温来加热泵，一般泵体温度不应低于入口温度40)液态烃泵 (1)泵吸入压力高，应保证泵体的强度和密封性；(2)要求第一级叶轮的吸入性能好；(3)因液态烃易泄漏引起结冰，因此对轴封要求高，不允许泄漏；(4) 泵内应防止液态烃气化，并保证能分别出气体；(5)选配电动机时应考虑装置开工试运转时的功耗，或实行限制泵试运转流量的措施，以免产生电机过载油浆泵 (1)由于介质中含固体颗粒，过流部件应承受耐磨蚀的材料和构造；(2)为防止固体颗粒进入轴封，含颗粒较少时，可承受注入比密封腔压力高的清洁液冲洗轴封，含颗粒较多时一般承受付叶轮(或背叶片)加填料密封的轴封构造耐蚀金属(1)常用的耐蚀金属泵，其过流部件的材质有：一般铸铁、高硅铸铁、不锈钢、泵高镍合金钢、钛及其合金等，应依据介质特性和温度范围选用不同的材质；(2)高镍合金钢、钛及其合金的价格高，一般应避开选用；(3)耐蚀金属泵的耐温、耐压及工作稳定性一般优于非金属泵耐腐蚀泵非金属泵(1)非金属泵过流部件的材料有：聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙烯、F46、氟合金、PVDF、超高分子量聚 乙烯、石墨、陶瓷、搪玻璃、玻璃等。应依据介质的特性和温度范围选用不同材质；(2)般非金属泵的耐腐蚀性能优于金属，但非金属泵的耐温、耐压性能一般比金属泵差。常用于流量不大、且温度较低、使用压力较低的场合杂质泵(1)输送含有固体颗粒的浆液、料浆、污水、渣浆的泵总称为杂质泵。其过流部件应承受耐磨蚀的材料和构造；(2)为防止堵塞，承受较宽的过流通道，叶轮的叶片数少，承受开式或半开式叶轮；(3)轴封处应防止固体颗粒的侵入，含颗粒较少时，可承受注入比密封腔压力高的清洗液冲洗轴封。含颗粒较多时，可承受副叶轮(或背叶片)加填料密封(或带冲洗机械密封)的轴封构造通用特点：(1)用于输送酸、碱及其它腐蚀性化学药品，过流部件应承受耐腐蚀材料；(2) 构造上应考虑到不耐蚀零部件(如托架)的防腐；(3)密封环间隙比水泵应大些；(4)应避 免在小流量下工作，以免液体温度上升加剧腐蚀；(5)停车时应准时关闭吸入阀，或承受停车密封，以免介质漏出泵体。其次章 气体压缩及输送设备第一节 压缩机的分类与应用在石油化工装置中广泛地使用气体压缩机来输送气体和提高气体的压力。压缩机种类繁多，按其工作原理可分为速度式和容积式两大类。如图 2-1 所示。压缩机容积式速度式往复式回转式离心式轴流式混流式活塞式膜片式滑片式螺杆式转子式或罗茨式液环式图 2-1 压缩机的分类速度式也称透平式压缩机是依靠高速旋转的工作叶轮，将机械能传递给气体介质，并转化成气体的压力能。容积式压缩机依靠容积的周期性变化来实现气体的增压和输送。依据用途进展分类，如氢气压缩机，空气压缩机，裂解气压缩机，乙烯压缩机等。按出口压力 pd 又可分为：通风机，pd0.0142MPa；鼓风机，0.0142MPapd0.245MPa；压缩机，pd0.245MPa。压缩机由于在原理和构造上的差异，使得在性能特点方面各有不同，各类压缩机的适用范围如图 2-2 所示。第三章蒸汽轮机根底学问第一节 概述一、概述汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，它的优点是功率大、效率高、构造简洁、 易损件少，运行安全牢靠，调速便利、振动小、噪音小、防爆等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。正由于这些优点，蒸汽 轮机在炼油厂得到了广泛的应用。二、汽轮机的种类蒸汽轮机的种类繁多，依据其工作原理、性能、构造特点等，可按如下几方面进展分类。分类按工作原理分 按所具的级数分按蒸汽在汽轮机内流淌的方向分名称冲动式汽轮机反动式汽轮机单级汽轮机 多级汽轮机 轴流式汽轮机辐流式汽轮机周流式汽轮机凝汽式汽轮机说明蒸汽主要在喷嘴叶栅内膨胀 蒸汽在静叶栅与动叶栅内膨胀通流局部只有一个级通流局部有两个以上的级蒸汽流淌方向与轴平行 蒸汽流淌方向与轴垂直 蒸汽流淌方向沿圆周流淌排汽压力低于大气压力按汽轮机热力系统特征分类抽汽背压式汽轮机背压式汽轮机电站汽轮机按用途分工业汽轮机船用汽轮机低压汽轮机中压汽轮机按汽轮机进汽压力分次高压汽轮机高压汽轮机 超高压汽轮机排汽压力高于大气压力，中间有抽汽排汽压力高于大气压力用于发电用于带动泵、压缩机泵作为船舶的动力装置1.21.5MPa24 MPa56 MPa612 MPa1214 MPa低速汽轮机按转速分中速汽轮机高速汽轮机n3000 转/分n3000 转/分n3000 转/分第四章 换热设备换热器或称热交换器，是石油、化工、生产中重要的化工设备之一。它在石油、化工厂建设总投资中约占 20，在全厂化工设备总重量中约占 40。第一节 换热设备的分类及工作原理1、换热设备的分类将一温度较高的热流体的热量传给另一温度较低的冷流体的设备叫换热设 备。两种温度不同的流体通过热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温， 以满足各自的需要。换热设备的形式很多，按用途可分为加热器、冷却器、冷凝器和重沸器。主要用于加热物料的叫加热器；用水等冷却剂来冷却物料的则叫冷却器，象分馏塔的馏出线冷却器等；热的流体是气态，经过换热后被冷凝成为液态的称为冷凝器， 如分馏塔塔顶汽油冷凝器等；一种液体被加热而蒸发成为气态的叫重沸器(再沸器)或汽化器。按换热设备的构造可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器的传热面由管子外表构成，即冷热流体之间以管壁做间壁，如管壳式、套管式、翅管式等。板式换热器的传热面由板面构成，即冷热流体之间以板做间壁，如螺旋板式、平板式等。换热设备的常用材料主要是钢材，其次是铝、铜等。也有一些是用非金属材料制造的换热设备，如石墨、聚四氟乙烯等，它们大多具有耐高、低温及耐腐蚀等特别性能。其次节 总体构造与壳程流路典型的管壳式换热器如图 62、63 所示，图中与各件号相应的零部件名称见表 62。图 62AES、BES 浮头式换热器零件名称见表 62图 63BEM 立式固定管板式换热器零件名称见表 62 表 62零部件名称我们把设有管程进出口接收的一端称为前端管箱对于浮头式换热器，也称为固定端管箱，与此相对的另一端称为后端但有时也在后端设管程的进出口。图 62 为卧式浮头换热器。图左边的固定端管箱局部，以中心线为界表示了两种不同的构造，上半部是平盖式管箱，平盖用法兰与管箱相连，可以拆卸； 下半部是封头式管箱，封头不能单独拆卸。圈 63 为立式固定管板换热器。管壳式换热器的壳程，设有多个折流板图 62 件号 11，其目的是使壳程流体循序横向拂过管束，充分的与管内流体作错流换热。由于构造与制造上的缘由，折流板管孔与换热管之间存有间隙，折流板与壳体之间亦有间隙。此外， 换热管排列在管板上不行能完全均匀，在外周以及与管程的分程隔板相对应的地方要排得稀疏一些。因此，壳程流体除了横掠管束的主流一错流流路B见图64之外，还存在着 A、C、E、F 四种漏流流路与旁流流路。在这些流路中的流体，较少与换热管接触，没有足够的换热条件，因此影响了整个换热器的效率。图 64壳程流路第五章 塔设备第一节 概述在石油炼制工业中，各种塔设备占有重要的地位，塔设备的性能对于整个装置的产品质量、生产力量、能量消耗以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备经过长期的进展，形成了形式繁多的构造，以满足各方面的特别需要。为了便于比较，从不同的角度对塔设备进展分类。如按塔设备的用途可分为：1. 分馏塔也称蒸馏塔，炼化厂中的分馏塔也叫精馏塔，其作用是将液体混合物的各种组分分别出来。如常减压装置常压塔和减压塔、加氢裂扮装置主汽提塔和分馏塔等，可将原料油分割成汽油、石脑油、煤油、柴油及润滑油等产品。2. 吸取塔、解吸塔通过溶剂来溶解、吸取气体的塔是吸取塔；将吸取液用加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的叫解吸塔。例如催化裂扮装置中的吸取解吸塔、加氢裂扮装置燃料气脱硫塔和溶剂再生塔等。3. 抽提塔通过溶剂将液体混合物中某种些组分有选择地溶解、萃取出来的塔叫抽提塔。4. 洗涤塔用水来除去气体中无用的组分或固体尘粒，称为水洗塔，同时还有肯定的冷却作用。如按塔设备的构造可分为两大类：板式塔：如图 2-1 所示，塔内设有一层层相隔肯定距离的塔盘，每层塔盘上液体与气体相互接触传热传质后又分开，气体连续上升到上一层塔盘，液体连续流到下一层塔盘上。依照塔盘的构造形式，板式塔可分为圆泡帽塔、槽形塔盘塔、S 形塔盘塔、浮阀塔、喷射塔、筛板塔等，板式塔常用做分馏塔和抽提塔。在板式塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈阶梯式 变化。填料塔：如图 2-2 所示，内充填有各种形式的填料，液体自上而下流淌，在填料外表形成很多薄膜，使自下而上的气体，在经过填料空间时与液体具有较大的接触面积，以促进 传质作用。填料塔的构造比板式塔简洁，而填料的形式繁多，常用的填料有：拉西环、鲍尔环、蜂窝填料、鞍形填料和丝网填料等。填料塔常用做吸取塔、解吸塔和洗涤塔。在填料塔中，两相的组份、浓度沿塔高呈连续变化。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必需使气或汽液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，塔设备还得考虑以下各项要求：1） 生产力量大。在较大的气或汽液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带或液泛等破坏正常操作的现象。2） 操作稳定、弹性大。当塔设备的气或汽液负荷有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进展稳定的操作。并且应保证能长期连续操作。3） 流体流淌的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节约生产中的动力消耗具体以泵的功耗来表达，以降低生产操作费用。4） 构造简洁、材料耗量小、制造和安装简洁。这可以削减投资、修理费用。5） 耐腐蚀和不易堵塞，便利操作、调整和检修。应当指出，事实上，对于任何一种塔型，都不行能完全满足上述的全部要求，仅仅是在某些方面具有独到之处。第六章 容器第一节 压力容器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凹凸又可分为常压容器和压力容器两大类，但两者之间的压力分界是人为规定的，因此在不同标准中其数值可能略有差异。一般压力容器是指同时具备以下三个条件的容器：1. 最高工作压力0.1MPa不含液体静压力，下同；2. 内直径非圆形截面指其最大尺寸0.15m，且容积0.025m3；3. 盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于等于标准沸点的液体。其次节 压力容器分类按压力容器的设计压力分为：低压、中压、高压、超高压四个压力等级，具体划分如下：（1） 低压0.1MPaP1.6MPa，代号为“L”（2） 中压1.6MPaP10MPa，代号为“M”（3） 高压10MPaP100MPa，代号为“H”（4） 超高压 P100Mpa，代号为“U”按压力容器的压力等级、品种、介质毒性程度和易燃介质的划分，压力容器划分为三类：1.以下状况之一的，为第三类压力容器：（1） 高压容器；（2） 中压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质；（3） 中压储存容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且 PV 乘积大于等于 10MPam3；（4） 中压反响容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且 PV 乘积大于等于 0.5MPam3；（5） 低压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且 PV 乘积大于等于 0.2MPam3；（6） 高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 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等于 540 Mpa的材料制造的压力容器；（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、罐式汽车和罐式集装箱等；（10） 球形储罐容积大于等于 50 m3；（11） 低温液体储存容器容积大于等于 5 m3。 2.以下状况之一的，为其次类压力容器：（1） 中压容器；（2） 低压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质；（3） 低压反响容器和低压存储容器仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质；（4） 低压管壳式余热锅炉；（5） 低压搪玻璃压力容器。3.低压容器为第一类压力容器1、2 规定的状况除外。按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反响压力容器、换热压力容器、分别压力容器、储存压力容器。具体划分如下：1. 反响压力容器(代号 R)：主要是用于完成介质的物理、化学反响的压力容器，如反响器、发生器、反响釜、分解塔、聚合釜、合成塔、高压釜、交换炉等；2. 换热压力容器(代号 E)：要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、消毒锅、溶剂预热器等；3. 分别压力容器(代号 S)：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分别的压力容器，如缓冲器、分别器、过滤器、吸取塔、洗涤器、枯燥塔、集油器等；4. 储存压力容器(代号 C)：主要是用于存储、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分标准。压力容器中化学介质毒性程度和易燃介质的划分参照 HG20660压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危急程度分类的规定。无规定时，按下述原则确定毒性程度：1. 极度危害级 最高容许浓度0.1mg/m3；2. 高度危害级最高容许浓度 0.11.0mg/m3；3. 中度危害级 最高容许浓度 1.010mg/m3；4. 轻度危害级 最高容许浓度10mg/m3。第七章 管式加热炉第一节 概述一个设备，具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质固体或流体加热，这样的设备叫做“炉子”。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、燃烧炉和蒸汽锅炉等。本章所论述的“管式加热炉”，是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其他工业炉所没有的假设干特点。管式加热炉的特征是：(l)被加热物质在管内流淌，故仅限于加热气体或液体。而且这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类物质，同锅炉加热水或蒸汽相比，危急性大，操作条件要苛刻得多。(2) 加热方式为直承受火式。(3)只烧液体或气体燃料。(4)长周期连续运转，不连续操作。管式加热炉最初是作为取代炼油“釜式蒸锅”的工艺设备而制造的，它的诞生在炼油工业的历史上是划时代的大事，使炼油工艺从古老的间歇式釜式蒸馏进人到近代的“连续管式蒸馏”方式，从今开头逐步得到进展。所以管式加热炉也被叫做“管式釜”。炼油工业承受管式加热炉始于 1910 年左右，最初消灭的是“堆形炉”。它参考釜式蒸锅的原理，吸热面为管束，管子间的联接弯头也置于炉中，由于燃烧器直接装在管束下方，此种炉各排管子的受热强度极不均匀，底排管经常烧穿，管间联接弯头也易松漏引起火灾。当时认为这是由于辐射热太强了，于是便消灭了纯对流炉。纯对流炉全部炉管都装在对流室内，用隔墙把对流室与燃烧室分开， 避开炉管受到火焰的直接冲刷。然而，在操作中又觉察对流室顶排管经常烧坏， 而且炉管受热仍旧很不均匀。这是由于高温烟气在进入对流室之前未能和一个吸热面换热，在对流室入口处温度仍能高达 1000左右。后来人们觉察，在燃烧室内安装一些炉管，一方面可取走局部热量降低烟气温度，解决对流室顶管的过热烧坏问题，同时可利用高温辐射传热强度大的特点，节约炉管，缩小炉子体积， 这样，具有辐射室和对流室。方箱式加热炉开头消灭了，这种箱式炉便是现代各种炉型的始祖。由于管式炉较之釜式蒸锅性能优越，符合现代石油化学工业自动化、连续化、大型化的要求，所以其技术进展很快，它几乎参与了石油炼制化工生产的各类工艺过程，并对各类工艺技术的进步起到了很大的推动作用。其次节 管式加热炉的种类各种管式加热炉通常可按外形或用途来分类。1.按外形分类按外形大致上分为以下四类：箱式炉、立式炉、圆筒炉、大型方炉。这种划分法系按辐射室的外观外形，而与对流室无关。所谓箱式炉，顾名思义其辐射室为一“箱子状”的六面体。与它相比，立式炉的辐射室宽度要窄一些，其两侧墙的间距与炉膛高度之比约为 1:2。圆筒炉、大型方炉的称呼也按同理而来。加热炉的类型通常依据其构造形式，辐射盘管形式和燃烧器的布置来划分， 例如在构造上，有圆筒炉、箱式炉、立式炉和多室箱形等加热炉。依据辐射排管形式有立管式、水平管式、螺旋管式和 U(arbor)型管等，依照燃烧器的安装方式，有底烧、顶烧和侧烧，侧烧可进一步分为从侧墙、端墙和分多层安装。图1 为几种常见的加热炉；图 2 为典型的燃烧器布置方式。图 9-1 和图 9-2 可以进展各种组合，例如 图 9-1C 可以承受图 9-2A、9-2B 或 9-2C 的燃烧器布置方式，同样，图 9-1D 可以承受图 9-2A 和 9-2D 所示的燃烧器布置方式。图 9-3 表示出了加热炉的主要部件；图 9-3、9-5 和 9-6 为几种典型的空气预热系统。图 9-1 典型的加热炉炉型图 9-2 典型的燃烧器布置竖向投影注：1人孔门；2炉顶；3尾部烟道；4桥墙；5燃烧器；6壳体；7对流段；8折流转；9转油线；10管子；11扩面管；12回弯头；13弯头箱；14辐射段；15遮挡段；16看火门；17炉管架；18耐火衬里；19管板；20柱墩；21烟囱；22平台图 9-3 加热炉构造