石油化工設(shè)備基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件

1、石油化工設(shè)備基礎(chǔ)知識培訓(xùn)2012年8月主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：化工生產(chǎn)特點(diǎn)化工生產(chǎn)特點(diǎn)化工設(shè)備與機(jī)器的概念化工設(shè)備與機(jī)器的概念壓力容器及分類壓力容器及分類儲(chǔ)存壓力容器儲(chǔ)存壓力容器換熱器換熱器塔器塔器反應(yīng)器反應(yīng)器生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，工藝流程專一化生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，工藝流程專一化 化工生產(chǎn)所處理的大多是氣體、液體和粉體介質(zhì)，屬于流程性材料，便于輸送和控制，處理過程如傳質(zhì)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)可連續(xù)進(jìn)行，為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，化工生產(chǎn)過程一般采用連續(xù)的工藝流程。不同產(chǎn)品工藝流程不同，工藝的復(fù)雜程度和成熟程度不盡相同，在連續(xù)性的過程中，每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)都非常重要，若出現(xiàn)事故，將破壞連續(xù)性生產(chǎn)。（2）介質(zhì)的腐蝕性

2、強(qiáng)、設(shè)備維護(hù)難度大）介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)、設(shè)備維護(hù)難度大 化工生產(chǎn)過程中，有很多介質(zhì)具有腐蝕性。例如，酸、堿、鹽一類的介質(zhì)，對金屬或非金屬物件的腐蝕，使機(jī)器與設(shè)備的使用壽命大為降低。腐蝕生成物的沉積，可能堵塞機(jī)器與設(shè)備的通道，破壞正常的工藝條件，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。（3）原料品種多、大多是危險(xiǎn)化學(xué)品）原料品種多、大多是危險(xiǎn)化學(xué)品 化工生產(chǎn)過程中，有不少介質(zhì)是容易燃燒和爆炸的，例如無機(jī)物中的氫氣、煤氣、二硫化碳、活潑堿金屬等，有機(jī)物中烴類、酯類、酮類、醇類、芳香類、過氧化物等。還有不少介質(zhì)有較強(qiáng)的毒副作用，如氯氣、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、一氧化碳、氰化物、三氧化二砷（吡霜）等。這些易燃、易爆、有毒

3、性的介質(zhì)一旦泄漏，不僅會(huì)造成環(huán)境的污染，而且還可能造成人員傷亡和重大事故的發(fā)生。（4）工藝條件苛刻、溫度和壓力的變化大）工藝條件苛刻、溫度和壓力的變化大 不同的化工過程，工藝條件差距很大，介質(zhì)的溫度和壓力各不相同。介質(zhì)溫度從深冷到高溫，壓力從真空到數(shù)百大氣壓，有的設(shè)備要承受高溫或高壓，有的設(shè)備要承受低溫或低壓。同一設(shè)備在不同的反應(yīng)階段溫度或壓力也會(huì)發(fā)生變化，工藝要求決定設(shè)備的工作條件和材料選擇。（5）單元操作多，設(shè)備種類復(fù)雜）單元操作多，設(shè)備種類復(fù)雜 化工產(chǎn)品的生產(chǎn)是通過若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)和若干個(gè)物理操作實(shí)現(xiàn)的，化工過程主要有傳質(zhì)、傳熱、流體流動(dòng)、機(jī)械和熱力五大過程；各過程要通過單元操作來實(shí)現(xiàn)，常

4、見的單元操作有：輸送、吸收、蒸餾、冷凝、萃取、分離、干燥、粉碎、分散、研磨等等，各單元操作要通過不同的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的有機(jī)合成，多達(dá)十幾步反應(yīng)、幾乎要用到所有的單元操作，所以化工設(shè)備的用途、操作條件、結(jié)構(gòu)形式也千差萬別。（6）生產(chǎn)技術(shù)含量高、管理難度大）生產(chǎn)技術(shù)含量高、管理難度大 現(xiàn)代化工生產(chǎn)既包含了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，又需要先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，還離不開先進(jìn)的控制與檢測手段。因此，生產(chǎn)技術(shù)含量要求高。并呈現(xiàn)出學(xué)科綜合，專業(yè)復(fù)合，化、機(jī)、電一體化的發(fā)展勢態(tài)，要求有專業(yè)基礎(chǔ)復(fù)合型的工藝、設(shè)備技術(shù)人員和生產(chǎn)管理人員。 化工生產(chǎn)中所用的機(jī)器和設(shè)備的總稱?；どa(chǎn)中為了將原料加工成一定規(guī)格的成品，往往需要經(jīng)過

5、原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和精制等一系列化工過程，過程要通過各種單元操作來現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)這些過程所用的機(jī)械，常常都被劃歸為化工設(shè)備。 化工設(shè)備：化工設(shè)備： 指主要作用部件是靜止的或者只有很少運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各種容器（槽、罐等）、反應(yīng)釜、換熱器、塔器、普通干燥器、蒸發(fā)器，反應(yīng)爐、電解槽、結(jié)晶設(shè)備、吸附設(shè)備、普通分離設(shè)備以及離子交換設(shè)備等，又稱“靜設(shè)備”。（2）化工機(jī)器：化工機(jī)器： 指主要作用部件為運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各種粉碎機(jī)，過濾機(jī)，離心分離機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯、攪拌機(jī)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)以及流體輸送機(jī)械等，又稱“動(dòng)設(shè)備”。 1. 常壓容器 靜設(shè)備 2. 壓力容器化工 設(shè)備 1.各種物料泵 2.各種風(fēng)機(jī) 動(dòng)設(shè)備

6、 3.各種空壓機(jī) 4.各種冷凍機(jī) 5.各種真空泵 壓力容器一般是指在工業(yè)生產(chǎn)中用來完成反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)、分離、貯存等工藝過程，并承受01MPa表壓以上壓力的密閉容器。特種設(shè)備安全監(jiān)察條例中明確指出壓力容器的定義為：壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于液體的氣瓶；氧艙等。 3.1壓力容器的定義三、壓力容器3.2 筒體

7、、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件這六大部件即構(gòu)成了一臺壓力容器的外殼。對于儲(chǔ)存用的容器，這一外殼即為容器本身；對于用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、分離等工藝過程的容器，則須在外殼內(nèi)裝入工藝所要求的內(nèi)件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品。3.2 介質(zhì)危害性指介質(zhì)的毒性、易燃性、腐蝕性、氧化性等，其中影響壓力容器分類的主要是毒性和易燃性。A、毒性3.3 介質(zhì)危害性指介質(zhì)的毒性、易燃性、腐蝕性、氧化性等，其中影響壓力容器分類的主要是毒性和易燃性。B、易燃性 可燃?xì)怏w或蒸汽與空氣的混合物遇著明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍稱爆炸濃度極限，爆炸時(shí)的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限，爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸汽在

8、混合物中的體積分?jǐn)?shù)表示。爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介質(zhì)，一般稱為易燃介質(zhì)。3.33.3.1 按壓力等級分類 按承壓方式可分為內(nèi)壓容器與外壓容器。內(nèi)壓容器又可按設(shè)計(jì)壓力分為四個(gè)等級：3.33.3.2 按容器在生產(chǎn)中的作用分類 按根據(jù)壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用，可分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器4種。3.3 3.33.3.3 按安裝方式分類 固定式壓力容器； 移動(dòng)式壓力容器。3.33.3.4 按安全技術(shù)管理分類 TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程根據(jù)介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力和容積三個(gè)因素進(jìn)行壓力容器分類，共分三類壓力容器。

9、(1)第一組介質(zhì)：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。 (2)第二組介質(zhì)：除第一組以外的介質(zhì)。對于第一組介質(zhì)，壓力容器的分類見圖A-1； 對于第二組介質(zhì)，壓力容器的分類見圖A-2。3.32.3.4 按安全技術(shù)管理分類3.32.3.4 按安全技術(shù)管理分類3.34.1 臥式圓柱形儲(chǔ)罐 臥式圓柱形儲(chǔ)罐簡稱臥式儲(chǔ)罐或臥罐，可分為地面臥式儲(chǔ)罐與地下臥式儲(chǔ)罐。4.2 立式平底筒形儲(chǔ)罐 這類固定式儲(chǔ)罐屬于大型倉儲(chǔ)式常壓或低壓存儲(chǔ)設(shè)備，主要用于儲(chǔ)存壓力不大于0.1MPa的消防水、石油、汽油等常溫條件下飽和蒸汽壓較低的物料。 可分為固定頂儲(chǔ)罐和浮頂儲(chǔ)罐。4.3 球形儲(chǔ)罐 4.4 壓力容器

10、的安全附件 壓力容器的安全附件是為防止容器超溫、超壓、超負(fù)荷而裝設(shè)在設(shè)備上的一種安全裝置。壓力容器的安全附件較多，但最常用的安全附件有安全泄壓裝置（安全閥、爆破片、防爆帽）、壓力表、液位計(jì)等。安全泄壓裝置 安全泄壓裝置是為保證壓力容器安全運(yùn)行，防止它超壓的一種器具。常見的安全泄壓裝置有安全閥、爆破片和防爆帽。4.4 壓力容器的安全附件功能：當(dāng)容器在正常工作壓力下運(yùn)行時(shí)，保持嚴(yán)密不漏，若容器內(nèi)壓力一旦超過規(guī)定，則能自動(dòng)地、迅速地排泄出器內(nèi)的介質(zhì)，使設(shè)備的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)。一般情況下，安全泄壓裝置除了具有自動(dòng)泄壓這一主要功能外，還有自動(dòng)報(bào)警的作用。因?yàn)楫?dāng)它啟動(dòng)排放氣體時(shí)，由于介質(zhì)以高

11、速噴出，常常發(fā)出較大的響聲，這就相當(dāng)于發(fā)出了設(shè)備壓力過高的報(bào)警音響訊號。4.4 壓力容器的安全附件、安全閥安全閥按其整體結(jié)構(gòu)及加載機(jī)構(gòu)形式來分，常用的有杠桿式和彈簧式兩種。安全閥要定期檢驗(yàn)，每年至少檢驗(yàn)一次。定期檢驗(yàn)工作包括清洗、研磨、試驗(yàn)和校正。 4.4 壓力容器的安全附件、安全閥4.4 壓力容器的安全附件、安全閥4.4 壓力容器的安全附件、防爆片防爆片又稱防爆膜、防爆板，是一種斷裂型的安全泄壓裝置。防爆片具有密封性能好、反應(yīng)動(dòng)作快以及不易受介質(zhì)中粘污物的影響等優(yōu)點(diǎn)。但它是通過膜片的斷裂來泄壓的，所以泄后不能繼續(xù)使用，容器也被迫停止運(yùn)行。因此它只是在不宜裝設(shè)安全閥的壓力容器上使用。 4.4

12、壓力容器的安全附件、防爆片4.4 壓力容器的安全附件、防爆帽防爆帽又稱爆破帽，也是一種斷裂型安全泄壓裝置。它的樣式較多，但基本作用原理一樣，它的主要元件是一個(gè)一端封閉、中間具有一薄弱斷面的厚壁短管。當(dāng)容器的壓力超過規(guī)定時(shí)，防爆帽即從薄弱斷面處斷裂，氣體從管孔中排出。為了防止防爆帽斷裂后飛出傷人，在它的外面應(yīng)裝有保護(hù)裝置。 4.4 壓力容器的安全附件壓力表 壓力表是測量壓力容器中介質(zhì)壓力的一種計(jì)量儀表。壓力表的種類較多，有液柱式、彈性元件式、活塞式和電量式四大類。壓力容器大多使用彈性元件式的單彈簧管壓力表。4.4 壓力容器的安全附件壓力表 裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限

13、值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.53倍，最好取2倍。 壓力表一般每半年校驗(yàn)一次，校驗(yàn)后的壓力表應(yīng)加鉛封，并注明下次校驗(yàn)日期或校驗(yàn)有效期。在容器運(yùn)行期間，如發(fā)現(xiàn)壓力表指示失靈，刻度不清，表盤玻璃破裂，泄壓后指針不回零位，鉛封損壞等情況，應(yīng)立即校正或更換。 4.4 壓力容器的安全附件壓力表 4.4 壓力容器的安全附件液面計(jì) 液面計(jì)又稱液位計(jì)，是用來測量容器內(nèi)液面變化情況的一種計(jì)量儀表。操作人員根據(jù)其指示的液面高低來調(diào)節(jié)或控制充裝量，從而保證容器內(nèi)介質(zhì)的液而始終在正常范圍內(nèi)。主要有：伺服液位計(jì)、鋼帶液位計(jì)、浮筒液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、雷達(dá)

14、液位計(jì)、電容液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)、玻璃管液位計(jì)、吹氣液位計(jì)、差壓液位計(jì)、激光液位計(jì)和射線料位計(jì)等，用得最多的是差壓液位計(jì)和浮筒液位計(jì)。4.4 壓力容器的安全附件液面計(jì) 5.1換熱器概述 在煉油、化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些過程總稱為換熱過程。傳熱過程的進(jìn)行需要一定的設(shè)備來完成，這些使傳熱過程得以實(shí)現(xiàn)的設(shè)備就稱之為換熱設(shè)備。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在煉油廠中換熱設(shè)備的投資占全部工藝設(shè)備總投資的3540,因?yàn)榻^大部分的化學(xué)反應(yīng)或傳質(zhì)傳熱過程都與熱量的變化密切相關(guān)，如反應(yīng)過程中：有的要放熱、有的要吸熱、要維持反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，就必須排除多余的熱量或補(bǔ)充所需的熱量。工藝過程中某些廢熱

15、或余熱也需要加以回收利用，以降低成本。5.2 衡量換熱器的指標(biāo)（1）、傳熱效率要高。（2）、結(jié)構(gòu)要緊湊。（3）、要節(jié)省材料。（4）、流體在設(shè)備中的阻力要小，即壓力降要小。（5）、要求結(jié)構(gòu)可靠、制造成本低，便于安裝、檢修、使用周期長。由于要全面滿足上述要求是非常困難的，因而產(chǎn)生了各種各樣的換熱器，以適應(yīng)各種特定的工藝條件。5.3換熱器分類（1）、按傳熱方式可分為：直接接觸式、蓄熱式、間壁式。（2）、按其工藝用途可分為：冷卻器（cooler）、冷凝器（condenser）、加熱器（一般不發(fā)生相變）（heater）、蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporator）、再沸器（reboiler） 、廢熱鍋爐（

16、waste heat boiler） 。（3）、按材料分類：分為金屬材料和非金屬材料換熱器。5.3換熱器分類5.3換熱器分類5.3換熱器分類5.4列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式1）、列管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)：殼體、管箱、管板、換熱管、折流擋板以及其它附件組成。2）、列管式換熱器的工作原理：高溫流體A（紅色）由管箱進(jìn)入換熱管，低溫流體B （藍(lán)色）在管外流動(dòng)，由于兩種流體存在溫度差，于是通過管壁進(jìn)行熱量交換。5.4列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式5.4列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式5.5列管式換熱器的主要類型5.6固定管板式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩塊管板均與殼體相焊接，并加入了熱補(bǔ)償原件膨脹節(jié)。2 ）、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)

17、簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。3）、缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。4）、適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。2.5.6 管板式換熱器演示圖2.52.5.6 管板式換熱器演示圖2.52.5.6 管板式換熱器演示圖2.52.5.6 管板式換熱器演示圖2.52.5.6 管板式換熱器演示圖2.56.1 塔設(shè)備概述 在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。它的應(yīng)用面廣，量大，塔設(shè)備無論其投資費(fèi)用還是所消耗的鋼材重量，在整個(gè)過程設(shè)備中所占

18、的比例都相當(dāng)高。表6.1所示為幾個(gè)典型的實(shí)例。6.1 塔設(shè)備概述表6.1塔設(shè)備的投資及重量在過程設(shè)備中所占的比重6.2 塔設(shè)備簡介實(shí)現(xiàn)氣（汽）液相或液液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱的目的。塔設(shè)備的作用廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、氣體的洗滌、增濕及冷卻等單元操作。塔設(shè)備的用途6.2 塔設(shè)備簡介 滿足特定的工藝條件； 氣液兩相能充分接觸，相際傳熱面積大； 生產(chǎn)能力大，即氣、液處理量大； 操作穩(wěn)定，操作彈性大，對工作負(fù)荷的波動(dòng)不敏感； 結(jié)構(gòu)簡單、制造、安裝、維修方便，設(shè)備投資及操作成本低； 耐腐蝕，不易堵塞。對塔設(shè)備的基本要求6.3 塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)板式塔板式塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)塔設(shè)備分類操作壓力單

19、元操作加壓塔加壓塔常壓塔常壓塔減壓塔減壓塔精餾塔精餾塔吸收塔吸收塔反應(yīng)塔反應(yīng)塔介吸塔介吸塔填料塔填料塔萃取塔萃取塔干燥塔等干燥塔等組成:塔體、支座、人孔及手孔、接管、除沫器、吊柱等6.3 塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu) 內(nèi)件、塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱、扶梯、操作平臺等。a. 塔體（外殼）由圓筒（等徑或不等徑）、上、下封頭構(gòu)成。工作時(shí)承受內(nèi)壓或外壓及溫度；風(fēng)載荷；地震載荷；偏置構(gòu)件的偏心重力載荷等。b. 支座塔設(shè)備高大沉重，一般采用裙式支座。c. 人孔不同的塔設(shè)備，人孔或手孔的結(jié)構(gòu)及位置等也不相同。d. 接管有進(jìn)、出液管、進(jìn)、出氣管、回流管、取樣管、儀表管、液位計(jì)管等。e. 除沫器用于捕集夾

20、帶在氣流中的液滴。f. 吊柱安裝于塔頂，用于安裝、檢修時(shí)吊運(yùn)塔內(nèi)件。6.3 塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)填料塔與板式塔的比較6.4 填料塔 以填料作為氣、液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件，液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)，氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作遞向流動(dòng)，并進(jìn)行氣、液兩相間的傳質(zhì)和傳熱。兩相的組分濃度和溫度沿塔高連續(xù)變化。填料塔屬于微分接觸型的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。A、散裝填料 安裝以亂堆為主的填料，也可以整砌。具有一定外形的顆粒體，根據(jù)形狀分為：環(huán)形、鞍形及環(huán)鞍形。2.6.4 填料塔 2.62.6.4 填料塔 2.62.6.4 填料塔 B、規(guī)整填料 在塔內(nèi)按均勻的幾何圖形規(guī)則、整齊地堆砌的填料。2.62.6.4 填

21、料塔 2.62.6.4 填料塔 2.66.5 板式塔 以塔板作為氣、液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件，液體自上而下流入各層塔板，形成液池，氣體以鼓泡或噴射的形式自下而上穿過各層塔板的篩孔、液池，使氣、液兩相密切接觸而傳質(zhì)和傳熱。兩相的組分濃度呈階梯式變化，板式塔屬于逐級接觸型的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。 6.5 板式塔 6.5 板式塔板式塔性能比較 6.5 板式塔 2.6.5 板式塔 2.62.6.5 板式塔 2.66.6 除沫器沫泡沫或氣泡，是液膜包裹的氣體，若體系中有固體顆粒，泡沫中也攜帶固粒。除沫器作用分離塔頂氣體中所夾帶的液滴促使氣泡破裂安裝位置塔頂部最上一塊塔盤之上，至塔盤的距離略大于塔盤間距6.6 除沫器6.6 裙座7.1概述 在器內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)，并使反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)產(chǎn)物的設(shè)備。原原 料料前處理前處理化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)后處理后處理產(chǎn)產(chǎn) 品品排排 污污排排 氣氣循循 環(huán)環(huán)化工生產(chǎn)的典型流程化工生產(chǎn)的典型流程7.2 反應(yīng)器分類 7.3機(jī)械攪拌式反應(yīng)器 攪拌容器又稱攪拌罐，它由罐體、夾套和附件等構(gòu)成，其中罐體和夾套均包括筒體、上封頭和下封頭；附件包括各管接頭