石油化工機械

1、第四章 石油化工機械第一節(jié) 石油化工機械總論現(xiàn)代社會的各行各業(yè)幾乎都離不開化工產(chǎn)品，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的化工產(chǎn)品，高效的、性能優(yōu)良的化工機械設備是必不可少的。由于化工產(chǎn)品原料的很大一部分來自于石油，基于對各類機械設備的一般性介紹，我們將石油和化工工業(yè)中常用的機械設備合為一章介紹。一 石油和化工機械設備分類（一）按加工對象分類，石油及化工機械大致可分為：1 采油機械典型的如自動抽油機等。2 鉆探及穿孔機械如潛孔鉆機、地質(zhì)鉆機等。3 裝藥及充填機械4 煉油設備5 化工基本設備包括塔設備、反應器、干燥器等。6 橡膠專用機械如平板硫化機、開放式煉膠機等。7 塑料專用機械包括塑料注射成型機、塑料紡織器材、吹

2、瓶機、中縫復合機、收絲機、吹膜機、高頻塑料熱合機、聚氨脂發(fā)泡機、封口機、壓延機、泡塑自動切割機、塑料粉碎機等。8 日用化學制品專用機械9 林產(chǎn)化工機械（二）按石油及化工行業(yè)的生產(chǎn)工藝過程劃分，其常用機械設備可分為：1 泵包括離心式清水泵、管道泵、離心式耐腐蝕泵（玻璃泵、陶瓷泵、鈦泵等）、離心式油泵、離心式雜質(zhì)泵（泥漿泵、污水泵及砂泵等）、離心式液下泵、特殊泵（屏蔽泵、計量泵、旋渦泵及齒輪泵等）、螺桿泵等。2 真空泵包括機械式容積真空泵（水環(huán)式、W往復式、旋片式、滑閥式、羅茨式等）、射流式真空泵（水蒸汽噴射泵和水噴射泵）、擴散式真空泵、吸附式真空泵、吸氣離子泵等。3 過濾分離設備包括離心式分離機

3、（間歇式過濾離心機、連續(xù)式過濾離心機、活塞式過濾離心機、沉降離心機、灌式高速離心機、室式分離機、碟式分離機等）、過濾機（板框壓濾機、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機、盤式過濾機、帶式過濾機等）、膜分離設備（超過濾、滲析、滲透與反滲透）。4 壓縮機包括離心式及活塞式空氣壓縮機、離心式及活塞式制冷機5 混合攪拌機包括釜用攪拌器、管道攪拌器、定型攪拌器、氣體攪拌器、靜態(tài)混合器、文丘里管式混合器、螺旋混合機、滾筒式混合機、回轉(zhuǎn)式混合機、捏合機等6 換熱器包括固定式薄管板列管換熱器、固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、螺旋板式換熱器、板片式換熱器、復波型傘板換熱器、石墨換熱器等。7 塔設備包括填料塔、板式塔、

4、噴灑塔等。8 干燥設備包括噴霧干燥器、硫化床干燥器、氣流干燥器、滾筒干燥器、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、真空耙式干燥器、箱式干燥器、帶式干燥器、紅外線及遠紅外線干燥器、微波干燥器等。9 水處理設備如機械過濾器、濾網(wǎng)過濾器、燒結(jié)式濾芯過濾器、電滲析器、離子交換器及成套純水裝置等。10 除塵環(huán)保設備包括袋式除塵器、旋風除塵器、電除塵器、自激式除塵器、離心水膜除塵器等。二石油及化工機械設備的特點大部分石油及化工機械設備具有以下一般性的特點：1 作為物料處理設備，其所接觸的作用對象種類很多，故設備類型多樣，即使是處理同一物料，也有多種處理裝置可供選擇；2 處理物料的過程既有物理過程，也有化學過程，或者是二者的綜合

5、；3 設備要耐受加工過程中的腐蝕、熱、濕等作用；4 加工過程常產(chǎn)生多種對環(huán)境有害的物質(zhì)，故加工過程要求設備的密閉性好。第二節(jié) 典型石油鉆采機械-抽油機的構(gòu)造抽油機是構(gòu)成“三抽”設備體系（抽油機、抽油桿、抽油泵）的主要組成部分。在抽油機的驅(qū)動下，通過抽油桿帶動抽油泵上下往復運動，實現(xiàn)無自噴能力抽井機械式采油。一抽油機的類型抽油機主要分游梁式和無梁式兩大類。1游梁式抽油機按不同的標準，可進行不同的分類。按結(jié)構(gòu)型式可分為 a)常規(guī)型；b)變型；前置型；c)偏置型；d)斜井型；e)低短型；f)大輪型等。按減速器型式可分為 a)漸凱線齒輪式；b)圓弧齒輪式；c)鏈條式；d)皮帶式等。按動力傳動方式可分為

6、 a)三角帶式；b)窄V聯(lián)組帶式；c)同步皮帶式等。按平衡方式可分為 a)游梁平衡式；b)曲柄平衡式；c)復合平衡式；d)重錘平衡式；e)氣動平衡式；f)差動平衡式等。按曲柄連桿裝配位置可分為 a)前置式；b)偏置式。按驢頭結(jié)構(gòu)型式可分為 a)上翻式；b)側(cè)轉(zhuǎn)式；c)整體式；d)組裝式；e)旋轉(zhuǎn)式；f)大輪式；g)雙驢頭式等。按驅(qū)動方式可分為 a)普通電機驅(qū)動式；b)多速電機驅(qū)動式；c)天然氣發(fā)動機驅(qū)動式；d)超差轉(zhuǎn)率電動機驅(qū)動式等。2無梁式抽油機一般可分為：鏈條式；滑輪增距式；鏈條增程式；小型式；矮型式；塔架式；曲柄連桿式；電動式；滾筒式；液壓式等。二抽油機的設計要求抽油機的工作條件比較惡劣

7、，需要全天侯常年野外連續(xù)運轉(zhuǎn)，無人監(jiān)護，且受交變載荷作用。因此，要求抽油機應具有良好的可靠性、耐久性。還要求抽油機具有性能領(lǐng)域?qū)?，調(diào)節(jié)范圍大，能源消耗低，易損件少，維護保養(yǎng)方便，對環(huán)境適應性強等特點。三常規(guī)型游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)圖4-1為最普通的常規(guī)型游梁式抽油機。常規(guī)型游梁工抽油機主要由發(fā)動機，三角皮帶，曲柄，連桿，橫梁，游梁，懸繩器，支架，撬座，制動系統(tǒng)及平衡重等組成。發(fā)動機安裝在撬座上，其安裝位置有兩種方案，一種是將發(fā)動機置于整體尾部，另一種是將發(fā)動機放在支架下面。減速箱為二級齡輪傳動減速箱，傳動比為30左右，齡輪型式一般小功率用斜齒，大功率用人字齒。近年來推廣使用點嚙合雙圓弧人安齒。圖4

8、-1 常規(guī)型游梁式1剎車裝置 2-馬達 3-減速箱皮帶輪 4-減速箱 5-動力輸入軸 6-中間軸 7-輸出軸 8-曲柄 9-連桿軸 10-支架 11-曲柄平衡塊 12-連桿 13-橫盤軸 14-橫船 15-游梁平衡塊 16-游梁 17-支架軸 18-驢頭 19-懸繩器 20-底座曲柄一端與減速器輸出軸固結(jié)，另一端與連桿鉸接。連桿與橫梁常見有兩種型式，小型抽油機，多為組焊結(jié)構(gòu)，靠改變后臂長度來調(diào)節(jié)沖程，大型抽油機多為整體機構(gòu)，靠改變曲柄與連桿鉸接位置來調(diào)節(jié)沖程。游梁由型鋼焊而成，也有用大型工字鋼整體制造。驢頭由鋼板組焊而成，有上翻式，側(cè)轉(zhuǎn)式，拆裝式幾種形式。平衡重為金屬塊，小型抽油機多裝于游梁尾

9、部，大型抽油機多裝于曲柄兩翼，平衡重可根據(jù)需要而調(diào)整。四常規(guī)型游梁式抽油機的工作原理發(fā)動機通過三角皮帶和減速帶動曲柄作等速旋轉(zhuǎn)運動。曲柄連桿橫梁游梁四桿機構(gòu)將這一運動轉(zhuǎn)主為成驢頭的變速的上下圓弧往復運動，再通過懸點，抽油機桿等動抽油泵碎裂塞作變速的上下往復直線運動。抽油泵泵筒底部裝有固定閥，柱塞上裝有游動閥。當懸點下沖程時，固定閥關(guān)閉，游動閥開啟，抽油泵作排出工作，柱塞向下運動，將原油排出泵當懸點上沖程時，固定閥開啟，游動閥關(guān)閉，柱塞向上運動，將原油吸入泵內(nèi)，同時將已排出泵外的原油舉升到地面。五常規(guī)型游梁式抽油機的基本計算1懸點運動方程懸點位移方程 懸點速度方程 懸點加速度方程 式中 S懸點位

10、移，mV懸點速度，m/sa懸點加速度，m/s2Smax最大沖程長度，m曲柄轉(zhuǎn)動角速度，弧度/s曲柄轉(zhuǎn)角，度2懸點載荷公式（美梅里斯公式）式中 Pmax懸點最大載荷，kgfPmin懸點最小載荷，kgfPy作用于柱塞上油柱、軸油桿總重，kgfPg抽油桿在空氣中重量，kgfS沖程長度，mn沖程次數(shù)，spm3曲柄軸扭矩公式M=30S+0.236S（PmaxPmin）式中 M曲柄軸扭矩，kgfmS沖程長度，m Pmax懸點最大載荷，kgfPmin懸點最小載荷，kgf4最大下泵深度公式以懸點額定載荷為臨界條件：以曲柄軸額客扭矩為臨界條件：以抽油桿額定應力為臨界條件：式中 Lmax最大下泵深度，mPmax最

11、大懸點載荷，kgfPmin最小懸點載荷，kgfMmax曲柄軸最大扭矩，kgfmmax抽油桿最大當量應力，kgf/cm2F泵柱塞全斷面面積，m2f抽油桿截面積，m2r液體重度，kg/ m3g每米抽油桿在空氣中重量，kg/mSmax懸點最大沖程，mnmax懸點最大高沖次，spm5最大排量公式Qmax=1440 F S效 nmax容式中 Qmax最大排量，F(xiàn)泵柱塞全斷面面積，m2S效 泵柱塞有效沖程，mnmax 懸點最高沖次，spm容抽油泵容積效率六前置型游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)及特點圖4-2 前置式抽油機1-驢頭 2-游梁 3-橫梁 4-連桿 5-減速器 6-吊繩及懸繩器 7-曲柄銷 8-支架 9-曲柄

12、 11-底座 12-動力底座前置型抽油機是一種新型的游梁式抽油機，經(jīng)油田使用證明，它具有結(jié)構(gòu)新穎，性能可靠，運行平穩(wěn)，沖次較低，沖程較大，節(jié)約能源等特點。前置式抽油的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。其主要特點是：（1）平衡效果好，機械運行平衡。由前置式抽油機曲柄，曲柄銷及平衡塊的設置特點，決定了前置式抽油平衡后理論凈曲矩曲線是五筆橋均勻的接的水平直線，如圖4-3所示。而常規(guī)型游梁式抽油機平衡后仍為近似的正弦曲線（僅減小了負荷峰值的絕對值）。從AP1-16D型常規(guī)式前置式抽油機在油井實際運行中的扭矩曲線比較中也可以看出，前置式抽測量油機制凈扭矩會出現(xiàn)正負值（圖4-5）。所以，這兩種抽油機運轉(zhuǎn)對比時可以明顯看

13、出，前置寺抽油機運行平穩(wěn)，減速器齒輪無反負荷、連桿，游梁等也不易疲勞損壞，機械磨損少，噪音也比常規(guī)式抽油機降低5分貝左右，因而設備的壽命長。（2）減小光桿最大負荷，抽油機使用安全。圖4-3 前置式抽油機理論扭矩曲線在結(jié)構(gòu)設計上，前置式抽油機可以做到曲柄旋轉(zhuǎn)時約有195的上沖程和165的下沖程，這就使上下沖程產(chǎn)生一個時間差，其差值約占上沖程有15.4%，而常規(guī)式抽油由于結(jié)構(gòu)限制，上下沖程所占時間幾乎相等，即曲柄旋思索時約有182.5的上沖程和177.5的下沖程，上下沖程時間差僅占上沖程時間的2.74%。由于光桿運動中加速度與運行時間的平方成比例，因此使用上沖程時間長的前置式抽油機，光桿加速度小，

14、故前置式抽油機光桿負荷相對較小。經(jīng)計算前置式抽油機可減少光桿加速度40%，并減上光桿最大負荷10%，因而對延長抽油桿的壽命有良好效果。圖4-4 用API扭矩因數(shù)繪制的前置式抽油機實際扭矩曲線圖4-5 用API扭矩因數(shù)繪制的常規(guī)式抽油機實際扭矩曲線 （3）扭矩均衡，節(jié)能效果好。前置式抽油機曲柄平衡與連桿曲柄銷之間對稱設置，并帶有一定的夾角，從結(jié)構(gòu)上使上沖程開始的據(jù)矩比油井負荷扭矩“落后”約7.5；，同樣在下沖程開始時時，這種扭矩又使油井負荷扭矩“超前”約7.5，其結(jié)果使抽油機工作系統(tǒng)達到較好的均衡扭矩，據(jù)有關(guān)資料和實際測定，這一均衡扭矩特點，使相同等級的前置式抽油機與常規(guī)抽油機相衡扭矩特點，使相

15、同等級的前置式抽油機與常規(guī)抽油機相比，可以減少要同百分數(shù)的電動機功率，節(jié)能效果顯著。第三節(jié) 其它石油化工機械一壓縮機類型概述隨著近代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，作為重要能量形成之一的壓力能在工業(yè)生產(chǎn)上的應用已十分普遍，所占的地位相當重要。壓縮機就是產(chǎn)生氣體壓力能的機器，它在國民經(jīng)濟各部門中特別在化工，石油，礦山，冶金，機械以及國防工業(yè)中已成為必不可少的關(guān)鍵設備，其重要的應用場合有：（1）化工工藝過程上的應用在化工生產(chǎn)中，為了保證某些合成工展出能在高壓條件下進行，往往通過壓縮機把氣體預先加壓到所需的壓力。例如高壓聚乙烯的聚合反應要求把乙烯氣加壓到2000kgf/cm2以上，合成氮的反應要求把合成氣加壓到

16、320kgf/cm2，石油裂解加氫要求把氫要求加壓到150kgf/cm2以上等。（2）動力工程上的應用在動力，機械以及國防工業(yè)上常采用縮空氣作為驅(qū)動裝置的動力氣源，例如常見的風動機械，要求空氣的壓力為8kgf/cm2，用于控制儀表及自動化裝置上的氣源壓力為6kgf/cm2；國防工業(yè)中某些武器的發(fā)射、潛水艇的深浮，魚雷的發(fā)射驅(qū)動等都需采用壓縮機。（3）氣體輸送在石油、化工生產(chǎn)中，為了輸送原料氣，常用壓縮機增壓。例如從油田輸出天然氣，從煤氣輸出煤氣都要求事先加以增。此外，在化工流程中為了使系統(tǒng)內(nèi)未反應氣體得以再循環(huán)，常用循環(huán)縮機加以增壓。按照能量轉(zhuǎn)換的方式不同，常用壓縮機可分為兩大類。（一）容積式

17、壓縮機容積式壓縮機的工作原理是依靠氣缸工作容積周期性的變化來壓縮氣體，以達到提高其壓力的目的。按其運動特點不同，又可分為以下兩種。1、往復式壓縮機 最典型的往復式壓縮機是活塞式壓縮機。它是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復運動來壓縮氣體。根據(jù)所南非壓力的高低，它可以作成單級或多級，為了使機器受載均衡，它還可合適為單列或多弄，圖4-6所示為一臥四列五級對稱平衡型活塞式壓縮機的總構(gòu)總圖。目前工業(yè)上凡需高壓的場合多采用這類壓縮機。圖4-6 活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)總圖1-氣量調(diào)節(jié)裝置 2-氣閥 3-氣閥壓筒 -壓蓋 5-I級活塞組件 6-I級缸氣道 7-Iz有缸夾套 8-活塞桿 9-密封填料 10-I級氣缸 11-中間接

18、筒 12-刮油環(huán) 13-十字頭組件 14-十字頭銷 15-中體 16-連桿組件 17-曲柄 18-主軸承 19-曲軸 20-機身 21-I級氣缸 22-支承座 23-I級氣缸 24-放氣罩 25-交接班昆螺栓 26-聯(lián)軸節(jié) 7-驅(qū)動電機 28-IV級氣缸 29-V級氣缸2、回轉(zhuǎn)式壓縮機 回轉(zhuǎn)式壓縮機內(nèi)無往復運動件，它是依靠機內(nèi)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生容積變化而實現(xiàn)氣體的壓縮，按照結(jié)構(gòu)形成的不同，又可分滑片式和螺桿式兩種，滑片式如圖4-7所示，機內(nèi)轉(zhuǎn)子偏子裝在機殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子上開有若干徑向滑槽，槽內(nèi)裝有滑片，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，滑片與機殼內(nèi)壁間所形成的壓縮的容積不斷縮小，從而使氣體受到壓縮，這類壓縮機排氣壓力不高，

19、常用于合成橡膠工業(yè)，螺桿工的結(jié)構(gòu)如圖4-8所示，機殼內(nèi)置有兩個轉(zhuǎn)子陰螺桿和陽螺桿，由同步齒輪帶動，工作時依靠螺桿表面的凹槽與機殼內(nèi)壁間所形成的壓縮腔容積不斷變化，從而實現(xiàn)氣體的吸入，壓縮及排出。這類壓縮機除常作為動力用的壓縮機外，還應用于制冷工業(yè)。圖4-7 滑片式壓縮機1-排氣口 2-機殼 3-滑片 4-轉(zhuǎn)子 5-壓縮腔 6-吸氣口（二）速度式壓縮機速度式壓縮機的工作原理與容積式截然不同，它是靠機內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，使吸進的氣流量頭提高，并通過擴壓元件把氣流的動能頭轉(zhuǎn)換成所需的壓力為能量頭。根據(jù)氣流方向的不同，這類壓縮機可分為離心式和思流式兩種。圖4-8 螺桿式壓縮機1-陰螺桿 2-陽螺桿 3

20、-嚙合齒輪 4-機殼 5-聯(lián)軸節(jié)1、離心式壓縮機 圖4-9為一臺五級離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)簡圖。機殼內(nèi)主軸裝有五個葉輪，每個葉輪與其相配的固定元件構(gòu)成一個級。工作時氣體被吸入，逐級沿葉輪上的流道流動，在提高了氣流能量頭后，進入擴壓器（靜止件），進一步把速度能量頭轉(zhuǎn)換成所需的壓力能量頭，最后由排出口排出。由于它的速度高，壓縮過程連續(xù)進行，生產(chǎn)能力大，氣體又潔凈，因此非常適于大型化生產(chǎn)，在近代化工廠口已廣泛應用。圖4-9 離心式壓縮機1-排出口 2-定位鍵 3-軸 4-聯(lián)軸節(jié) 5-吸入口 6-機殼 7-隔板 8-葉輪 9-擴壓器 10-平衡盤密封 11-平衡盤2、軸流式壓縮機 軸流式壓縮與與離心式相同

21、，也是靠轉(zhuǎn)動的葉片對氣流作功，不過它的氣體流動方向與主軸的軸線平行，其主要結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。主要組成部分有動、靜葉片，轉(zhuǎn)鼓及機殼。這類壓縮機極中的氣流路程較短，阻力損失較小，效率比離心式為高，排氣量也較大，多用于燃氣輪機裝置及噴氣式發(fā)動機上，近代大型石油化工生產(chǎn)中也有采用軸流-離心組合壓縮機來處理大流量氣體的壓送問題。圖4-10 軸流壓縮機1-進口異流葉片 2-動葉片 3-靜葉片 4-機殼 5-轉(zhuǎn)鼓 6-整流葉片 7-出口擴壓器 8-密封此外，還有一種速度式壓縮機噴射式壓縮機，圖4-11所示為供合成氮氣體循環(huán)用的噴射式的壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖。它的基本組成部分有：噴射器本體，調(diào)節(jié)軒，噴嘴，混合

22、段及擴壓段。這類壓縮機的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，幾乎不大需要維修，使用壽命也較長，但由于它的效率較低，適應變工況的性能較差，又需要高壓的工作介質(zhì)，所以使它的應用受到一定的限制。由上述可知，由于各類壓縮的工作特點不同，它們的性能和所適用的范圍也不完全一樣，目前各主要機型的適用范圍如圖4-12所示。從圖上不難看出，活塞式壓縮機多適用于高壓和超高壓場合，離心式壓縮機多適于大流量場合，回轉(zhuǎn)式壓縮機雖兼有活塞式和離心式的特點，但由于們的壓力和排氣量有限，多適用于中、小氣量的場合。圖4-11 噴射式壓縮機1-本體 2-調(diào)節(jié)軒 3-噴嘴 4-擴壓段圖4-12 各類壓縮機適用范圍圖4-13 各類壓縮機特性曲線比較

23、二常用化工離心泵1 單級懸臂式離心泵圖4-14所示為目前生產(chǎn)的BA型泵結(jié)構(gòu)圖，圖中泵殼是垂直剖分的，葉輪上開有平衡孔以減小同向力。泵軸用填料函密封，填料中有液封圈，通過鑄在泵殼內(nèi)蓋中的通道把泵壓液室中液體引入液封圈。泵的吸液管和排液管的法蘭側(cè)面上開有裝壓力計的螺孔。蝸殼的最大高點也有螺孔，供開泵之前預灌時放氣之用。B型的結(jié)構(gòu)和它大致相同，只是泵的支座改用了托架式的結(jié)構(gòu)。泵殼也是垂直剖分的，但只有一個泵蓋處剖分面，如圖4-15所示。圖4-14 單級懸臂離心泵1-泵蓋 2-泵殼 3-放氣孔 4-葉輪 5-螺母 6-填料函殼 7-填料 8-填料壓蓋 9-軸 10-泵架 11、12-滾珠軸承 13-液

24、封圈 14-16、承磨環(huán) 15-平衡孔 17-吸液管法蘭圖4-15所示是一臺與電動機直聯(lián)成一體的懸臂式水泵（BZ型），泵的葉輪是直接裝在電機的長軸上，泵殼則用法蘭固定在電機的法蘭盤上。這種泵是藉電機的底座而固定的，并且泵的軸承也是與電機公用的，因此比起圖4-14所示的單級懸臂水泵，其重量可減輕50-70%。圖4-15 與電機直聯(lián)式離心泵2、單級雙吸離心水泵這種泵的轉(zhuǎn)子總是做成兩端支承形式，并且泵殼是中天花板式水平剖分的，如圖4-16所示。泵的兩個吸液室呈蝸殼形，吸液接管是兩側(cè)公用的，并且泵的吸、排液管均布置在下半個泵殼的兩側(cè)，因此在打開泵殼檢修時可以不必拆動泵外的管路。為了防止空氣漏入泵中，兩

25、側(cè)地填料函中裝有液封圈，并有液封管路鈄壓液室中的液體引入其中。在泵的吸液室和壓液室的最高點分別開有螺孔，供灌泵時放氣之用，因為雙吸葉輪的軸向力基本上是平衡的，故這種泵未設軸向力平衡裝置。圖4-16 單級雙吸離心泵3、分段式多級離心水泵這各泵各個級間均導輪轉(zhuǎn)能，并且各級泵殼都是垂直剖分的。泵內(nèi)有好幾個葉輪裝在同一根軸上串聯(lián)工作，所以泵的揚程比較高。圖4-17所示為一臺分段式多級離心水泵，各級葉輪吸液口都在同一側(cè)，因此在泵的最后一級與填料函之間半有自動平衡盤，用以平衡軸向力。圖4-17 分段式多級離心水泵4、離心式油泵從泵的結(jié)構(gòu)來看，離心式油泵與清水泵差不多，但由于油類易揮發(fā)，而且油漏到泵外會引起

26、燃燒，所以對油泵的汽蝕性能及密封性能的要求較高。為了提高泵的汽蝕性能，石油泵第一級葉輪吸液口直徑往往做得比同一流量的清水泵要大。同時，石油泵的填料函一般有水冷夾套，有些甚至在填料壓蓋中也開有通以冷卻水的環(huán)槽，使在壓蓋與軸間形式的水封，從而防止了熱油或油泊自泵中漏出?，F(xiàn)在大多數(shù)石油泵都改用端用密封，運轉(zhuǎn)時在靜密封環(huán)的背后引入清水進行冷卻。此外，在輸送50以下的油時，還有用自沖洗的方式對密封面進行冷卻（即從泵的壓液室將油引入密封端面處，對密封面進行沖洗冷卻，然后流入泵內(nèi)）。當輸送溫度大于100的油時，密封端面處的沖洗冷卻是另從泵外引入冷油來進行的。此外，為了使石油蒸汽能從泵中排出，石油泵常采用垂直

27、向上的管接。對熱油泵還需要考慮到泵體的熱脹問題。通常是采用在泵底座中央裝滑動導塊，使泵在熱脹時能沿軸向移動，而不破壞泵與原動機的對中。同時泵內(nèi)各部件安裝時應留有一定的熱脹間隙，并在結(jié)構(gòu)設計上應設法產(chǎn)生過大的熱應力。圖4-18所示是一臺分段式多級雙層泵殼的高壓熱油泵，它具有上述油泵的各種特點。圖4-18 分段式多級雙層泵殼高壓熱油泵5、離心工耐腐蝕泵圖4-19所示是一臺用高硅鐵臺金制成的FG15型耐腐蝕泵，用于輸送不含懸浮物的繩酸或堿。由于硅鐵合金較脆弱，因此用這種材料鑄造的泵殼與泵蓋不是用螺栓直接上緊，而是通過鑄鐵的夾緊法蘭，用長螺栓連住鑄鐵泵架而不壓緊。泵吸液及排液接管的接頭也不像一般泵那樣

28、做成帶螺孔的法蘭，而是做成錐形的凸緣。泵蝕用普通鋼制成，因此軸伸入泵的一段套有耐本酸保護套。葉輪也是用單硅鐵合金鑄成，因硅鐵合金機械加工性能差，所以泵吸液室與葉輪間的密封是簡單地告軸向間隙的節(jié)流來達到的。耐酸泵填普函中的填料常用耐酸的蛇紋石棉繩等。如用機械密封時，則應在靜環(huán)背后進行冷卻和對密封端面進行沖洗冷卻。耐腐蝕泵在工作時，軸的密封是最易出故障之處，如用填料函封，則應設計成使填料函處在低壓或有不大的負壓下工作，為此，常采用在葉輪上開平衡孔或在葉輪背后鑄出平衡葉片等辦法，并且還設法使泵殼內(nèi)裝填函處與吸液室相連通，以獲得低壓和將高壓處漏入的液體引回吸液室，一般填料函中宜裝有液封圈。當輸送濃度不

29、大的酸類時，用比填料函處壓力大0.5kgf/cm2的清水注入液封圈。如果泵吸液室負壓，則與之連通的填料函也將在負壓下工作，泵內(nèi)的酸液不會漏入填料函，這時注入液封圈的清不將起到阻止空氣漏入泵內(nèi)的作用，同時還對填料摩擦面進行潤滑和冷卻。被注入的清水很少一部分滲到酸中，同時應有少量（每分鐘30-60滴）的外漏。當輸送不允許與不接觸的腐蝕介質(zhì)時（如濃硫酸等），填料借油槍注入特別稠厚的潤滑來潤滑，這時填料函必須處于負壓下工作，注入稠油也可防止空氣漏入。如腐蝕介質(zhì)是在壓力下從貯罐流入泵的，那末應在泵的吸液管路上裝閥，用調(diào)節(jié)吸液閥來使吸液室以及與之連通的填料函處于負壓下工作。但停泵時一定要先關(guān)閉吸液閥，以免

30、濃硫酸在壓力作用下滲入填料函并漏出泵外。使用耐腐蝕泵時，由于腐蝕介質(zhì)在高速流動時對金屬的侵蝕加劇，所以一般認為耐腐蝕泵不宜在高速下運轉(zhuǎn)，此外，耐腐蝕泵也不宜在關(guān)住排液閥或使泵處于流量很小的工況下工作，因為在這種情況下，泵內(nèi)的液體會發(fā)熱，使腐蝕速度比額客工況大很多。圖4-19 離心式耐腐蝕泵6、離心式雜質(zhì)泵這類泵的共同特點是葉輪的葉片數(shù)目較少，葉片間的流道較寬。由于輸送含雜物質(zhì)液體時蝸殼隔舌處易堵塞，因此雜質(zhì)泵的壓液室一般帶有隔舌。為了防止磨耗，泵殼外襯有耐磨的護板。圖4-20所示為一臺供熱電站水力除灰以及輸送含有磨料混雜物、礦渣等液體的灰渣泵（有稱為巴蓋爾泵）。它是單級單吸懸臂式。泵殼6由鑄鐵

31、鑄成，而且襯有耐磨鑄鐵的保護罩4，以防止迅速磨損。葉輪1是閉式的，常用耐磨鑄鐵或錳鋼鑄成，它借嵌入軸槽內(nèi)剖分環(huán)9固定的軸上。葉輪前后蓋盤的兩個外側(cè)近輪緣一段均鑄有徑向的平衡葉片2和11，在葉輪轉(zhuǎn)動時，可以防止液流中的固定顆進入葉輪蓋盤與保護罩之間。此餐，在泵工作時，經(jīng)注水孔12向泵內(nèi)保護罩與泵蓋3之間的空間以及填料函的底襯環(huán)7中注入清于其形狀與液流的自由軌跡不一致，所以在轉(zhuǎn)能時能量損耗較大。7、自吸式離心泵普通的離心泵由于氣縛而無自吸能力，因此當輸送含有氣體的液體時，或在工作中要求泵不經(jīng)預灌即能起動，這就要使用自吸式離心泵。自吸泵的型式很多，其共同點的特點是自吸泵的吸液接管高于泵軸，保證停泵后

32、葉輪仍能浸在液體中。此外，所以自吸泵的排液處都有一個容積較大的氣液分離器，其作用是將從葉輪出來的氣液混合液中的氣體分離出來，命名液體重新流回泵的吸液室或直接流回葉輪。圖4-21是我國一些化工廠常用的一種自吸式離心泵拉波泵，它是一種帶有開式葉輪的離心泵，圖中輪逆時針轉(zhuǎn)動。在泵只液口到葉輪之間，有一高于葉輪吸液口的吸液罐（圖中示畫出）。工作前葉輪內(nèi)充滿液體，泵啟動后，液體自葉輪飛出時會夾帶著氣體經(jīng)流道A進入分離罐。在罐中氣體被分出，而液體則沿著葉輪的圓周中壓力較低的部分（因其中的液體已被拋出）相對的流道B重新流入葉輪。當流回葉輪的液體受到葉片的推動時，它又再次地夾帶著氣體被拋到蝸殼中，沿蝸殼自流道

33、A流出，這樣反復進行，直至把吸入管內(nèi)的氣體全部吸完為止。在上述這個過程中，經(jīng)流道B返回葉輪的液量是會自動調(diào)整的，若返回葉輪的液量過多，則葉輪中的液量增加，流道A的通流面積將嫌小，不足以使氣液混合液全部經(jīng)過它流出，這樣會使在在B處葉輪內(nèi)的壓力降不下來，因此經(jīng)流道B而返回的液量將自動減少，當泵吸入的液體中不再帶有氣體時，葉輪和蝸殼的流道內(nèi)將充滿液體，這時流道B內(nèi)體不再帶有氣體時，葉輪和蝸殼的流道內(nèi)將充滿液體，這時流道B內(nèi)不但沒有返流的液體，相的地將與流道A一起，有如導輪中的兩個流道一樣，均有液體從其中流出，分離器這時也不起分離作用，而成為排液管的一段。圖4-20 離心式雜質(zhì)泵1-葉輪 2、11-平

34、衡葉片 3-泵蓋 4-保護罩 5-排液接管 6-泵殼 7-襯環(huán) 8-填料壓蓋 9-環(huán) 10-填料 12-注水孔 13-吸液接管拉波泵在安置于離液面高度為9m時仍有自吸能力，一般當安置地安液面3m時，它能以0.3m/s的速度使液體在吸液管中上升。8、無外泄漏的離心泵在石油化工生產(chǎn)中時常會遇到要輸送易燃，易爆、劇毒辣，有放射性或貴重的液體，泵如有外泄漏，則會引起嚴重的事故或經(jīng)濟損失，因此要求使用不會向外泄漏的泵。液下泵和屏蔽泵是無外泄露泵中的兩種。圖4-21 自吸式離心泵液下泵是一種立式離心泵，整個泵體浸入在被輸送液的貯槽中，通過一根長軸，由安居樂業(yè)放在貯槽蓋上的電機帶動，由于泵是浸沒在液休中，所

35、以以開泵是不必進行預灌。并因為泵外漏的液體是漏入貯槽里，所以泵殼與軸之間不必加以密封，但如果被輸送的液體會汽化，那末其蒸汽仍能通過槽蓋與轉(zhuǎn)軸之間的填料函逸出。假如不允許各市地蒸汽外漏，則液下泵入不能適用了。目前我國生產(chǎn)的液下泵有YHC型液下離心水泵和FY型耐腐蝕泵下泵5。民間蔽泵是一種被輸送的液體及其蒸汽均不外漏的無填料泵其結(jié)構(gòu)特點是泵與電機直聯(lián)，葉輪直接固定在電機的軸上，并置于同一個密封殼體內(nèi)。在泵與電機之間無密封裝置，故電機轉(zhuǎn)子是在被輸送液中轉(zhuǎn)動，電機的定子線則用耐腐蝕泵的非磁性材料制成的薄壁圓筒（屏蔽套）與液體隔絕。泵與電機的軸承一般是用耐腐蝕泵的材料（如石墨等）制成。對用于輸常溫液體的

36、屏蔽泵，為了對電機和軸承進行冷卻，可以從泵的排液口用管道將部分液體的循環(huán)，對電機及軸承進行冷卻，輸送高溫液栓的屏蔽泵，由泵排液口引出的這分部液體，必須在泵外冷卻后再引入電機后蓋。屏蔽泵的關(guān)鍵在于屏蔽電機的制造。目前屏蔽電機價格較貴，并且由于屏蔽套的存在，使電機的效率不高。為了提高電機效率，屏蔽套必須做得很薄，以減少電機損耗，但屏蔽套的制造和焊接較困難。1971年第一機械工業(yè)部曾組織了我國P型屏蔽泵系列的設計。蘭化化工機械研究所也曾與佳木斯電機廠協(xié)作，試制過3PB型高壓屏蔽泵，圖4-22所示為一臺屏蔽的結(jié)構(gòu)圖。9、化工用高速離心泵目前在大型合成氨和尿素裝置中，高速離心泵已代替了往復式的柱塞泵，用

37、作甲銨泵、液氨泵及銅液泵等。高速離心泵主要有以下兩種類型。1）、臥式高壓筒形泵這是一種多級的離心泵，轉(zhuǎn)速目前已達到7500-17000rpm，單級揚程可達1150m，泵的排出壓力可達300kgf/cm2以上，功率達數(shù)萬千瓦，高壓高速形多級泵的結(jié)構(gòu)與圖4-18所示的高壓熱油泵很類似，目前主要用作鍋爐給水泵，也有用作甲銨泵及液氨泵。2）、部分流泵圖4-22 屏蔽泵1-泵體 2-葉輪 3-前軸承室 4-過濾器 5、循環(huán)管路 6-墊片 7-軸承 8-軸套 9-定子 10-定子屏蔽套 11-轉(zhuǎn)子 12-轉(zhuǎn)子屏、蔽套 13-軸 14-墊片 15-轉(zhuǎn)子屏圖4-23 部分流泵作用原理圖1-泵體 2-環(huán)形空間

38、3-葉輪 4-錐形 擴壓管 5、擴壓管喉部 6-吸入管部分流泵又稱為切線增壓泵，其作用原理見圖4-23，這種泵一般是用開式徑向直葉片，它的壓液室是一個圓形的環(huán)形空間，在圓周的切線方向，只有一個喉徑不大的錐形擴壓客作為泵的排液管。泵工作時，液體經(jīng)吸液管由軸向進入葉輪，和離心泵不同，在部分流泵中，環(huán)形奈壓液室的液體只有在擴壓管處的一部分流出泵外，其余的液體仍整個地在環(huán)形空間中跟著葉輪不斷高速旋轉(zhuǎn)，部分流泵便因此得名。部分流泵的性能曲線與普通離泵的有所不同（見圖4-24），當流量大到使擴壓管喉部處液流速度接近葉輪切線速度u2時，泵的揚程會急速下降到零，稱為切斷工況，部分流泵的設計流量是取在切斷點流量

39、0.8倍處。性能曲線水平段與切段工況的垂直下降段之間有一曲線過渡段，擴壓管喉部通流面咱們設計得愈大，則過渡段的曲率半徑愈大，也即與一般離心泵的性能曲線愈相象。圖4-24 部分流泵的性能曲線部分流泵是低比轉(zhuǎn)數(shù)泵，n3約為15-78，效率約為50%。目前部分流泵的轉(zhuǎn)速有高達24700rpm，單級揚程可達1760m。它具有體積小，重量輕，維修方便，對泵的基礎要求不高和可以露天使用等特點，目前除了在化工廠中用作甲銨泵，液氨泵之外，還適用于輸送一130-360、運動粘度v=5cm2/s以下的石油化工液體。前已述及，限制離心泵轉(zhuǎn)速不能過高的一個重要原因，是泵的汽蝕性能會隨轉(zhuǎn)速的增大而變壞。在高速離心泵中，

40、解決這個問題的方法除了設法使泵有較高的進液壓力外，常還在泵的第一級葉輪前裝誘導輪。誘導輪基本是一個低葉片負荷的軸流流葉輪，其作用是增中進入第一級葉輪液的能量，即起到加大式中k項的作用。帶誘導輪的部分流泵葉輪如圖4-25a所示。圖4-25 部分流泵示意圖高速離心泵的軸封，在高壓筒形泵中采用浮環(huán)密封，在部分流泵中則多數(shù)采用機械密封。高速泵的另一個重要部件是齒輪增速箱，它的精度要求很高，價格也較貴。我國在1976年已制成了轉(zhuǎn)速為1200rpm、流量為7.5m3/h、揚程為404m的GBLI-7.5/404型部分流式高速離心氨冷泵。三攪拌反應釜攪拌反應釜是化學工業(yè)中廣泛應用的典型設備之一。它主要是供液

41、體與液體原料以及液體與固體原料或氣體之間進行化學反應之用，它廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、基本有機合成、有機染料機三大合成材料（合成橡膠、合成塑料和合成纖維）等工業(yè)中。（一）攪拌反應釜的典型結(jié)構(gòu)圖4-26是攪拌反應釜（乙醇鈉配制釜）的結(jié)構(gòu)總圖。由圖可見，攪拌反應釜通常由以下幾部分組成：1容器部分為物料進行化學反應提供一定的反應空間，需要有一個容器。這個容器通常由簡體衣上、下封條頭所組成，反應釜的直徑和高度由產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和反應要求所決定反應釜根據(jù)化工生產(chǎn)易燃、易爆、有毒及有一定的工作壓力（或直空）的特點，故大多數(shù)是密閉的，有時也由于反應過程的允許而設計成敞開的。圖示反應釜是由圓筒形釜體3、上部平板封頭

42、8和下部橢圓形封頭2組成。由于該釜昌在常壓下操作，因此，上街頭可用平板蓋，而其下街頭，一方面考慮釜底出料，另一方面考慮其夾套內(nèi)有介質(zhì)壓力，所以采用橢圓形封頭。2、換熱裝置由于化學反應過程一般都伴有熱效應，即反應過程中放出熱量或吸收熱量，因此，在容器的外部或內(nèi)部需設置供加熱或冷卻用的傳熱裝置。加熱或冷卻的目的為保證溫度，使溫度控制在反應所需范圍內(nèi)。全如在容器外部設置夾套，在容器內(nèi)部設置蛇管等。圖示反應釜由于乙醇配制過程中要放出熱量，因此在釜體外部設置夾套進行冷卻，以吸收放出的熱量。原單位套由于套筒體4及橢圓形封1組成，它焊于釜體的外壁。3、攪拌裝置為了使參與化學反應的各種物料混合均勻，接觸良好，

43、以加速反應的進行，需要在容器內(nèi)設置攪拌裝置，攪拌裝置由攪拌器組成，攪拌裝置的轉(zhuǎn)動一般是由電動機減速機減到攪拌器所需轉(zhuǎn)速后，再通過聯(lián)軸節(jié)來帶動。攪拌軸可是懸臂的，有的也需用在釜內(nèi)用軸承支承。圖示攪拌裝置由軸4及兩組槳式攪拌25、26組成，由電動機19經(jīng)立式蝸輪減速機36減速后，通過聯(lián)軸節(jié)帶動。由于本釜的攪拌軸較短，所以采用懸臂結(jié)構(gòu)。4、軸封結(jié)構(gòu)由于攪拌是旋轉(zhuǎn)的，而反應釜容器的封頭是靜止的，在攪拌軸伸出封頭之處必須進行密封，以阻止釜內(nèi)介質(zhì)泄露，這種密封為轉(zhuǎn)動軸與靜止封頭間的密封，簡稱軸密封。常用軸密封有機械密封和填料密封兩種。圖示反應釜是采用填普密封的形式。5、其它結(jié)構(gòu)除上述的幾部分主要結(jié)構(gòu)外，還

44、有各種接管、人孔、手孔及支座等附件。如圖示中的加料管22、溫度計管20、手孔39、耳式支座6等。攪拌反應釜的筒體、封頭及夾套均為一般的容器簡體與封頭，其設計計算與本篇第十四章“鋼制容器”相同，減速機，聯(lián)軸節(jié)和軸承已在第三篇中敘述，故本章主要論述攪拌反應釜中的攪拌器，攪拌軸及其支承、軸密封、電機選擇及其它結(jié)構(gòu)的型式選擇和尺寸的確定。（二）攪拌器的型式攪拌反應釜里安裝攪拌器的作用是進行兩種以上物料的攪拌，使兩種物料混合均勻，接觸良好，它能夠強化釜內(nèi)物料的傳質(zhì)和傳熱效果，改善操作情況。傳質(zhì)增強要以促進化學反應，強化傳熱。對于放熱反應可使載熱體順利供熱。又當反應釜里的液體有一些懸浮的固定（如一些高分子

45、化合物的聚合過程常遇到這種情況），如不進行攪拌，這些懸浮的固體就會沉降下來，使操作難以正常進行，也有一些聚合過程，反應的結(jié)果會產(chǎn)生一些粘稠的物料，這些物料會粘附在釜壁上，叫做“掛料”，掛料對器壁的傳熱有不利的影響，因此也要進行攪拌以防止或減少這種掛料的發(fā)生。1 槳式攪拌器槳式攪拌器是結(jié)構(gòu)比較簡單的一種攪拌器，一般以扁鋼或角鋼加工制成，這種攪拌的結(jié)構(gòu)如圖4-27所示，有平直葉式的折葉式兩種型式。折葉式槳式攪拌器除了能使液體作圓周運動外，還能使液體上下運動，起到充分攪拌的作用。槳式攪拌器的直徑D可以做得較大，可達2000毫米，其中D：B=410。攪拌槳的轉(zhuǎn)運速度，一般是以它的外緣線速度范圍為1.5

46、3米/秒。當攪拌器低速旋轉(zhuǎn)時液體將產(chǎn)生切線流動，轉(zhuǎn)速度加大時可逐漸增加徑向流，可使用粘度高達1500厘泊，重度達2000公斤/米3的夜體中。 圖4-27 槳式攪拌器2蝸輪式攪拌器渦輪式攪拌器有各種類型，如圖4-28所示，實際上開啟式渦輪攪拌器圖4-28中的(a)、(b)、(c)和槳式攪拌器并無嚴格區(qū)別，習慣上把槳呆數(shù)少于4，圓周速度小于3米/秒的開啟渦輪式攪拌器稱做槳式攪拌器。這三種攪拌器的通用尺寸為D：B=58，外緣圓周速度38米/秒，圓般渦輪式的D：L：B=20：5：4，外緣速度為38米/秒。這類攪拌器直徑不能做得不太大，一般在毫米以下。當攪拌反應釜采用全焊接結(jié)構(gòu)（即沒有可打開的端蓋），而

47、所采用的渦輪式攪拌器直徑又較大時，應考慮把渦輪式攪拌器做成剖分結(jié)構(gòu)，以便能從人孔放入釜中安裝。渦輪式攪拌器可使用在粘度為20002500厘泊，重度達2000公斤/米3的液體介質(zhì)和氣體在游人 本中擴散需要的強烈攪拌，以及粘度相差懸殊的液體中。3推進式攪拌器它的結(jié)構(gòu)如圖船的推進器，葉數(shù)通常是三葉，如圖4-29所示，它的直徑和渦輪式一樣，通常比反應斧正內(nèi)徑要小得多，但外緣直線速度較高，一般是515米/秒，最大不超過25米/秒。這種攪拌器主要造成液體軸向運動，引起循環(huán)，它所造成的液體剪切作用（即一層液體和另一層液體之間的拖曳作用）較小?？捎糜跀嚢枵持e為2000厘泊，重度2000公斤/米3的液體。平直葉

48、槳式，圓盤式平直葉渦輪式的推進式攪拌器，有化學工業(yè)部部頒標準HG5-200-65HG5-222-65可供選用。4錨式或框式攪拌器這類攪拌器的特點是旋轉(zhuǎn)部分的外直徑僅僅稍小于容器的內(nèi)直徑，如圖4-30所示，其外形是由反應釜的形狀來決定的，如圖中的(a)、(b)適用于橢圓形或碟形底的反應釜，(c)適用于錐形底的反應釜。銷式這個名稱也是從它的外形來的，對于大直徑的反應釜或攪拌液體粘度很大時，常用橫梁加強，這就成了框式攪拌器。這種攪拌器外緣與器壁的距離e與反應釜內(nèi)徑Dn的比值e/Dn=0.050.08。外緣圓周度為0.51.5米/秒。液體粘度較低時，攪拌葉主要產(chǎn)生切線流，粘度高時則有其他方向的分流?？?/p>

49、使用在粘度小于15000厘泊，重度小于2000公斤/米3的液體中，特點適用于有固定沉淀或容易掛料的場合，這就是反應釜與攪拌器間距小的原因?？蚴綌嚢杵饕灿谢げ坎款C標準HG5-757-78可供采用。5螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器主要由一定螺旋帶，軸套和把兩者相聯(lián)結(jié)的支撐桿所組成，如圖4-31所示。螺帶外很能夠盡理與容器內(nèi)壁靠近，有時間距僅幾毫米。攪動時液本呈復雜的螺旋運動，至上部再沿軸而下。這種攪拌器常用于高分子化合物的聚合釜，因為隨意聚合過程的進行，粘度越來越大，也易掛料。螺帶式攪拌器可應用于粘度高達5000泊的物料。有時攪拌軸上裝有兩根螺帶。圖4-28 渦輪式攪拌器 圖4-30 錨式及框式攪拌器圖4-29 推進式攪拌器圖4-31 螺帶式攪拌器（三）攪拌器的附件-擋板及導流筒對于推進式、渦輪式以及槳式攪拌器，其直徑一般都較反應釜內(nèi)徑為小，尤其是推進式和渦輪式更是如此。對于筒身較高的反應釜，雖要在軸上裝上二至三層攪拌器（可由不同型式組合），為了增加液體的剪切作用，加強攪拌的激烈程度，又常在釜內(nèi)靠近器壁的地方裝上擋板，如圖4-32所示，一般都是裝四聲擋板，擋板的作用可避免液體在旋轉(zhuǎn)的攪拌