化工設備基礎知識1

化工設備基礎知識

第一節(jié)、化工靜設備基礎知識

一、化工設備的概念

化工設備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳動機構組成的裝置，主要用于完成

傳熱、傳質(zhì)和化學反應等過程，或用于儲存物料。

二、化工設備的分類

1、按結構特征和用途分為容器、塔器、換熱器、反應器（包括各種反應釜、固定床

或液態(tài)化床）和管式爐等。

2、按結構材料分為金屬設備（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁、銅等）、非金屬設備（陶

瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金屬材料襯里設備（襯橡膠、塑料、耐火材料及搪瓷

等）其中碳鋼設備最為常用。

3、按受力情況分為外壓設備（包括真空設備）和內(nèi)壓設備，內(nèi)壓設備又分為常壓設

備（操作壓力小于Ikgf/cn?）、低壓設備（操作壓力在1?16kgf/cm?之間）、中壓

設備（操作壓力在16~100kgf/cm'之間）、高壓設備（操作壓力在100~1000kgf/cm;

之間）和超高壓設備（操作壓力大于1000kgf/cm2）

三、化工容器結構與分類

1、基本結構

在化工類工廠使用的設備中，有的用來貯存物料，如各種儲罐、計量罐、高位槽；

有的用來對物料進行物理處理，如換熱器、精微塔等；有的用于進行化學反應，如聚

合釜，反應器，合成塔等。盡管這些設備作用各不相同，形狀結構差異很大，尺寸大

小千差萬別，內(nèi)部構件更是多種多樣，但它們都有一個外殼，這個外殼就叫化工容器。

所以化工容器是化工生產(chǎn)中所用設備外部殼體的總稱。由于化工生產(chǎn)中，介質(zhì)通常具

有較高的壓力，故化工容器痛常為壓力容器?；と萜饕话阌赏搀w、封頭、支座、法

蘭及各種開孔所組成，見圖

圖1—1化工容器的總體結構

1一法蘭；2一支座；3一封頭拼接焊縫；4一封頭；5一環(huán)焊縫；

6—補強圈；7一人孔；8一縱焊縫；9一筒體；10—壓力表；11—安全閥；12—液面計

1）筒體

筒體是化工設備用以儲存物料或完成傳質(zhì)、傳熱或化學反應所需要的工作空間，

是化工容器最主要的受壓元件之一，其內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計算確定。圓柱形

筒體（即圓筒）和球形簡體是工程中最常用的筒體結構。

2）封頭

根據(jù)幾何形狀的不同，封頭可以分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋

等幾種，其中以橢圓形封頭應用最多。封頭與筒體的連接方式有可拆連接與不可拆連

接（焊接）兩種，可拆連接一般采用法蘭連接方式。

3）密封裝置

化上容器上需要有許多密封裝置，如封頭和筒體間的可拆式連接，容器接管與外

管道間可拆連接以及人孔、手孔蓋的連接等，可以說化工容器能否正常安全地運行在

很大程度上取決于密封裝置的可靠性。

4）開孔與接管

化工容器中，由于工藝要求和檢修及監(jiān)測的需要，常在筒體或封頭上開設各種大

小的孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管，以及安裝壓力表、液

面計、安全閥、測溫儀表等接管開孔。

5）支座

化工容器靠支座支承并固定在基礎上。隨安裝位置不同，化工容器支座分立式容

器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支

座和裙式支座四種。大型容器一般采用裙式支座。臥式容器支座有支承式、鞍式和圈

式支座三種；以鞍式支座應用最多。而球形容器多采用柱式或裙式支座。

6）安全附件

由于化工容器的使用特點及其內(nèi)部介質(zhì)的化學工藝特性，往往需要在容器上設置

一些安全裝置和測量、控制儀表來監(jiān)控工作介質(zhì)的參數(shù)，以保證壓力容器的使用安全

和工藝過程的正常進行。

化工容器的安全裝置主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全聯(lián)鎖裝置、壓力

表、液面計、測溫儀表等。

上述簡體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件等即構成了一臺化工設

備的外殼。對于儲存用的容器，這一外殼即為容器本身。對用于化學反應、傳熱、分

離等工藝過程的容器而言，則須在外殼內(nèi)裝入工藝所要求的內(nèi)件，才能構成一個完整

的產(chǎn)品。

2、分類

從不同的角度對化工容器及設備有各種不同的分類方法，常用的分類方法有以下

幾種。

1）按壓力等級分

按承壓方式分類，化工容器可分為內(nèi)壓容器與外壓容器。內(nèi)壓容器又可按設計壓

力大小分為四個壓力等級,具體劃分如下：

低壓（代號L）容器0.lMPa<p<1.6MPa；

中壓（代號M）容器1.6MPa^p<10.0MPa；

高壓（代號H）容器10.OMPaWpGOOMPa；

超高壓（代號U）容器peiOOMpa。

外壓容器中，當容器的內(nèi)壓小于一個絕對大氣壓（約0.IMpa）時又稱為真空容器。

2）按原理與作用分

根據(jù)化工容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用，可分為反應容器、換熱容器、分離容器、

儲存容器。

①反應容器（代號R）主要是用于完成介質(zhì)的物理、化學反應的容器，如反應器、

反應釜、聚合釜、合成塔、蒸壓釜、煤氣發(fā)生爐等。

②換熱容器（代號E）主要是用于完成介質(zhì)熱量交換的容器。如管殼式余熱鍋爐、

熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器等。

③分離容器（代號S）主要是用于完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的

容器。如分離器、過濾器、蒸發(fā)器、集油器、緩沖器、干燥塔等。

④儲存容器（代號C,其中球罐代號B）主要是用于儲存、盛裝氣體、液體、液化

氣體等介質(zhì)的容器。如液氨儲罐、液化石油氣儲罐等。

在一臺化工容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝過程的主

要作用來劃分品種。

3）按相對壁厚分

按容器的壁厚可分為薄壁容器和厚壁容器，當筒體外徑與內(nèi)徑之比小于或等于

1.2mm

時稱為薄壁容器，大于1.2mm時稱厚壁容器。

4）按支承形式分

當容器采用立式支座支承時叫立式容器，用臥式支座支承時叫臥式容器。

5）按材料分

當容器由金屬材料制成時叫金屬容器；用非金屬材料制成時，叫非金屬容器。

6）按幾何形狀分

按容器幾何形狀，可分為圓柱形、球形、橢圓形、錐形、矩形等容器。

7）按安全技術管理分

上面所述的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個設計參數(shù)或使用狀況，還不

能綜合反應壓力容器面臨的整體危害水平。例如儲存易燃或毒性程度中度以及上危害

介質(zhì)的壓力容器，其危害性要比相同幾何尺寸、儲存毒性程序輕度或非易燃介質(zhì)的壓

力容器大得多。壓力容器的危害性還與其設計壓力P和全容積V的乘積有關，pV值愈

大，則容器破裂時爆炸能量愈大，危害性也愈大，對容器的設計、制造、檢驗、使用

和管理的要求愈高。為此，《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》采用既考慮容器壓力與容

積乘積大小，又考慮介質(zhì)危害程度以及容器品種的綜合分類方法，有利于安全技術監(jiān)

督和管理。該方法將壓力容器分為三類。

（1）、第三類壓力容器

具有下列情況之一的為第三類壓力容器。

①高壓容器；

②中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；

③中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于10

MPa?m3）

④中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積之0.5

MPa.m3）；

⑤低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV乘積N0.2MPa?m3）；

⑥高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

⑦中壓搪玻璃壓力容器；

⑧使用強度級別較高（指相應標準中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于540MPa）

的材料制造的壓力容器；

⑨移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車】液

化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車］和

罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；

⑩球形儲罐（容積大于等于50m3）；

（ID低溫液體儲存容器（容積大于5m3）。

（2）、第二類壓力容器

具有下列情況之一的為第二類壓力容器。

①中壓容器；

②低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；

③低壓反應容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）；

④低壓管殼式余熱鍋爐；

⑤低壓搪玻璃壓力容器。

（3）、第一類壓力容器

除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。

四、化工塔設備的分類和結構

（一）塔設備的分類

1、按操作壓力分類

1）加壓塔；2）減壓塔；3）常壓塔。

2、按化工單元操作分類

1）精飾塔；2）吸收塔和解吸塔；3）萃取塔；

4）反應塔；5）再生塔；6）干燥塔。

3、按氣液接觸的基本構件分類

1）填料塔；2）板式塔

（-）塔設備的結構

1、塔設備的基本部件

填料塔和板式塔結構見圖1―2圖1—3。從圖中可看出，兩種不同的塔結構，均包

括一些基本部件，如塔體、支座及塔體附件。而其不同的內(nèi)件結構則在介紹兩種塔型

時分別介紹。

圖1—2填料塔結構圖

1一支座；2—液體出口；3—填料支承；4一卸料孔；5—塔體；

6—填料；7—液體再分布器；8T淋裝置

1塔體

塔）體.塔設備的主要部件，大多數(shù)塔體是等直徑、等壁厚的圓筒體，頂蓋以橢圓

形封頭為多。但隨著裝置的大型化，不等直徑、不等壁厚的塔體已逐漸增多。塔體除

滿足工藝條件對它提出的強度、剛度要求外，還應考慮風力、地震、偏心載荷所帶來

的影響，以及吊裝、運輸、檢驗、開停工等情況。

塔體材質(zhì)常采用的有：鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹耐酸鋼（復層、襯里）等。

2）塔體支座

塔設備常采用裙式支座。它應當具有足夠的強度和剛度，來承受塔體操作重量、

風力、地震等引起的載荷。

塔體支座的材質(zhì)常采用碳素鋼，也有采用鑄鐵的。

3）塔體附件

①接管；②人孔和手孔；③吊耳；④吊柱；⑤平臺和爬梯。

2、填料塔

圖1—3板式塔總體結構圖

1一裙座；2—裙座人孔；3—塔底液體出口；4—裙座氣孔;

5—塔體；6—人孔；7—蒸汽入口；8—塔板；9—回流入口；

10一吊柱；11—塔頂蒸汽出口；12一進料口

填料塔是化學工業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設備之一、在塔內(nèi)設置填料使氣液兩相能

夠達到良好傳質(zhì)所需的接觸面積。填料塔具有結構簡單，便于用耐腐蝕材料制造，適

應性較好。

填料塔廣泛的應用在蒸儲、吸收和解吸操作，而在大型裝置中，填料塔的使用范

圍正在擴大。六十年代后期，直徑超過3米的填料塔已十分普遍。目前，填料塔不僅

可以大型化，而且在某些方面超過了板式塔的規(guī)模。所以，近代化學、石油工業(yè)中，

填料塔的地位變得日益重要。近來，由于塔內(nèi)采用接觸面積較大的矩鞍型或聚丙烯鮑

爾環(huán)填料，經(jīng)實踐證明，已克服大型填料塔的不足，顯示出效率高，處理量大，壓力

降小等優(yōu)點。

1）填料

i、填料的選擇

填料塔操作的好壞與選用填料的正確與否有很大關系。選擇填料的原則如下：單

位體積填料的表面積要大；使氣液相接觸的自由體積要大；對氣相阻力要小，即空隙

截面積大；重量要輕；機械強度要高；耐介質(zhì)腐蝕，經(jīng)久耐用；價格低廉。填料的選

擇，應根據(jù)操作壓力和介質(zhì)來選擇填料的材質(zhì)，根據(jù)操作工藝要求，選擇填料的型式,

根據(jù)填料塔徑選擇填料尺寸。

五、填料的分類

工業(yè)用填料大致分為實體填料和網(wǎng)體填料兩大類。

iii、填料材質(zhì)

選擇填料要根據(jù)被處理物料的腐蝕性及操作壓力，確定使用填料的材質(zhì)。

iv、填料尺寸選擇

填料尺寸選定與塔徑尺寸有關，一般要求塔徑與填料直徑之比不能太小，否則，

填料與塔壁的間隙過大，易使液體沿塔壁空隙流下，使截面上液體分布不均。

V、常用填料的特性

①拉西環(huán)

拉西環(huán)使用歷史悠久，各種參數(shù)比較完整；設計與操作經(jīng)驗豐富，外形簡單、制

造方便；取材容易、造價低廉，適用于非金屬耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。但拉西環(huán)由于

表面積利用率低，因而使塔的生產(chǎn)能力降低，阻力較大，加上自身的形狀決定了它溝

流和壁流嚴重，使氣液分布不均勻，氣一液接觸不良。

②鮑爾環(huán)

鮑爾環(huán)除鋼制外，還有用陶瓷和塑料制成的。具有如下優(yōu)點：

對于同樣的空隙率而言，阻力比拉西環(huán)小，因而可提高氣速，生產(chǎn)能力可以提高。

由于小窗葉片向環(huán)中心彎，液體分布較為均勻，所以溝流和壁流情況比拉西環(huán)好。

開小窗后表面積比拉西環(huán)要大，且環(huán)內(nèi)表面得以充分利用，以進行氣液傳質(zhì)，而

拉西環(huán)內(nèi)表面利用率較低。

操作彈性范圍大。

在一般情況下，當同樣壓降時，處理量比拉西環(huán)大50%以上；在同樣處理量時，

壓降可降低，傳質(zhì)效率能提高20%左右。

③、鞍形填料

鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形兩種。此種填料常用于吸收操作，處理腐蝕性介

質(zhì)較為適宜，且成本低。近來，又對矩鞍形填料予以改進。它是目前瓷制填料中處理

量大，效率較高的一種。

2)塔設備噴淋裝置

在塔頂部裝設噴淋裝置，可使塔頂引入的液體能沿塔截面均勻分布進入填料層,

避免部分填料得不到濕潤，降低填料層的有效利用率，影響傳質(zhì)效果。噴淋裝置的類

型很多，常用的如下表:

管式

蓮蓬頭式

盤式

溢流式|槽式

噴淋裝置類型反射板式

沖吊式寶塔式

離心式

機械式

①管式噴淋器

小直徑的填料塔(300mm以下)可以采用管式噴淋器，如圖IT(a)、(b)所

示。直徑小于600mm的塔可采用多孔直管式如圖1-4(c)。該結構的優(yōu)點是結構簡

單，缺點是噴淋面積小而且不均勻。

圖1-4管式噴淋器

（a）直管；（b）彎管；（c）多孔直管式

對于直徑稍大的填料塔（1200mm以下），可以采用多孔環(huán)管噴淋器，如圖1-5

所示。環(huán)狀管的下面開有小孔，小孔直徑為4~8mm,共有3~5排，小孔面積總和約與

管截面積相等，環(huán)管中心圓直徑Dt一般為塔徑Dg的60?80%。這種噴淋器優(yōu)點是結構

簡單，制造及安裝方便，但缺點是噴淋面積小，不夠均勻，而且液體要清潔，否則小

孔易堵塞。

②蓮蓬頭式噴淋器

這種結構是應用最普遍的一種噴淋裝置，結構簡單，噴淋較均勻，如圖1一6所示。

蓮蓬頭可以作成半球形、碟形或杯形，它懸于填料上方中央處，液體經(jīng)小孔分股噴出，

蓮蓬頭直徑一般為塔徑的20?30%,小孔直徑為3?15mm，它的安裝位置離填料表面

的距離一般約為（0.5?l）Dg,此種結構的缺點是容易堵塞，液體分布情況與壓頭有關,

所以適用于料液清潔且料液壓頭不變或變化不大的情況，一般用于直徑600nlm以下的

塔設備。

③溢流型噴淋器

盤式分布器是常用的一種溢流型噴淋裝置，液體經(jīng)過進液管加到噴淋盤內(nèi)，然后

從噴淋盤內(nèi)的降液管溢流，噴淋到填料上。中央進料的盤式分布器如圖1一7所示。降

液管一般按等邊三角形排列，焊接在噴淋盤的分布板上。

圖1一5環(huán)管多孔噴淋器

圖1—6蓮蓬頭式噴淋器

圖1一7盤式分布器

④沖擊型噴淋器

反射板式噴灑器為沖擊型的一種，利用液流沖擊

反射板（可以是平板、凸板或錐形板）以飛濺分布液體。最簡單的結構為平板，液體

循中心管流下，沖擊后分成液滴并向各方飛濺。

3）液體再分布裝置

由于工藝條件的要求，需要的填料層總高度較大，當噴淋液體噴到填料表面后，

液體有流向塔壁造成“壁流”的傾向，稱為“干錐體”現(xiàn)象，使液體分布不均，降低了填

料塔的效率。為避免產(chǎn)生“干錐體”現(xiàn)象，必須在塔結構上采取措施，即沿填料層每隔

一段距離，裝設液體再分布器，使其在整個高度的填料層內(nèi)部都得到噴淋液的均勻分

布。分配錐是最簡單的一種結構，如圖1—8所示。（b）圖為具有通孔的分配錐，適

用塔徑在600~800mm的塔，a為35。?45。，D）=（0.7-0.8）Dg0圖1-9所示為槽形液

體再分配器，器上的通孔是增加氣體通過的截面積，使氣體通過再分配器時，速度變

化不大，該分布器適用塔徑600mm以上的塔。

圖『8分配錐

圖1-9槽形再分配器

4）填料的支承結構

填料的支承結構不但要有足夠的強度和剛度，而且須有足夠的自由截面積，否則

會增大塔的壓力降，使在支承處不致首先發(fā)生液泛。

在工業(yè)填料塔中，最常用的填料支承是柵板，它是用豎扁鋼制成，其結構見圖

l-10o

5）除沫器

除沫器是用來捕集夾帶在氣相中液滴的裝置，裝在塔內(nèi)頂部，它能起到保證傳質(zhì)

效率，降低物料損失，改善塔后壓縮機或真空泵的操作狀況以及減少對環(huán)境污染的作

e

圖1T0填料支承結構圖1T1小型除沫器

常見的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及絲網(wǎng)除沫器，其中絲網(wǎng)除沫器采用最

多，它適用于分離5微米的液滴，其除沫率可達99機絲網(wǎng)由一定規(guī)格編織成的絲網(wǎng)帶

卷制成盤狀物，再用支承板加以固定，絲網(wǎng)帶可用金屬或非金屬材料制成，絲網(wǎng)支承

柵板的自由截面積應大于90%。適用于潔凈氣體。若在氣液中含有粘結物時，則易堵

塞網(wǎng)孔，影響塔的正常操作。

圖1-11是一種小型除沫器，該結構適用于除沫器直徑與塔徑相近的情況。若塔體

直徑大于1000mm以上時，將采取分塊結構型式，便于絲網(wǎng)的安裝與檢修。

（三）板式塔

板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生產(chǎn)強度比填料塔大。板式塔的塔板結構有

多種，它是決定塔特性的主要因素。

1、塔板的主要部件

塔板的主要部件有：

1）降液管

降液管的作用是使液體由上一層塔板流到下一層塔板。

2）出口堰

出口堰具有維持板上液層高度及使液流均勻的作用。

3）入口堰

其作用是使上一層板流入的液體能在板上均勻分布，并減少進入處液體水平?jīng)_

出。

降液管與下層塔板至入口堰處稱為受液盤，這種結構便于液體的側線抽出。在低

液流量時，仍能造成正液封，具有改變液體流向的緩沖作用。

4）塔板

塔板有整塊式或分塊式兩種。

（1）整塊式塔板

此種塔板一般用于塔徑小于800mm,人不便進入安裝和檢修的塔內(nèi)。塔體由若干

塔節(jié)組成，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。塔板與塔板之間用管子支承。塔板與塔壁間

隙用填料來密封。

（2）分塊式塔板

分塊式塔板用于塔徑在900mm以上，人可以進入的塔內(nèi)。塔體為一焊制整體圓筒,

不分塔節(jié)，而塔板是分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內(nèi)，裝到焊在塔內(nèi)壁的塔板固定件上。

為了進行塔內(nèi)清洗和檢修，在塔板中央設置一塊內(nèi)部通道板，通道板應為上、下

均可拆的。

塔板上的鼓泡構件型式很多，常用鼓泡構件為泡罩、浮閥等。下節(jié)分別敘述。

（3）泡罩塔板

泡罩塔板所用的泡罩有圓形和條形兩類，其主要特點是鼓泡元件各具有升氣管。

上升氣體經(jīng)升氣管由泡罩齒縫吹入液層，兩相接觸密切，加之板上液層較高，兩相接

觸時間較長，分離效果較好。但由于氣體通過泡罩的路線曲折及液層較高，導致壓降

及霧沫夾帶增高等缺點。同時，由于塔板上液面梯度較大，氣相分布不均，影響傳質(zhì)

效率，這也是泡罩結構所造成的。

（4）浮閥塔板及特點

①生產(chǎn)能力大，比泡罩塔板約提高20?40%,與篩板塔相近。

②操作彈性大，在較寬的氣速變化范圍內(nèi)，板效率變化較小，其彈性范圍（即最

大負荷與最小負荷之比）為7?9。

③由于氣一液接觸狀態(tài)良好，以及氣體為水平方向吹出，霧沫夾帶量小，因此塔

板效率高，比泡罩塔效率可提高15%左右。

④液面梯度小，蒸汽分配比較均勻，塔板壓降比泡罩塔小。

⑤塔板結構簡單，安裝容易。

浮閥塔板結構與泡罩塔板類同。操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平

方向吹入塔板上液層，進行兩相接觸。液體則由上一層塔板的降液管流入，經(jīng)進口堰

均布，再橫向流過塔板與氣相接觸傳質(zhì)后，再經(jīng)溢流堰進入降液管，流入下一層塔板。

五、化工換熱設備的結構和分類

化工換熱設備是在化工生產(chǎn)過程中即化學反應物中實現(xiàn)熱能傳遞的設備，使熱量

從溫度較高的流體傳給另一種溫度較低的流體。

在化肥、化工、煉油工業(yè)生產(chǎn)中，常常進行著各種不同的換熱過程，特別是近年

開發(fā)的各種化工工藝，充分進行了熱能的綜合利用，各種型式的高效、節(jié)能換熱設備

不斷推出，應用到不同的冷換操作單元中。例如：加熱或冷卻、蒸發(fā)或冷凝。換熱設

備就是在生產(chǎn)過程即化學反應或物理反應中實現(xiàn)熱能傳遞的設備，使熱量從溫度較高

的流體傳給另一種溫度較低的流體。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，為達到熱量的充分利用和

滿足工藝參數(shù)，換熱設備可以是熱交換器（如兩流體介質(zhì)相互換熱）、冷凝器（如用

水蒸汽冷凝）、加熱器（如高溫工藝氣加熱水）、冷卻器（如水或液體氨作冷載體）

等。在化工生產(chǎn)中，換熱設備不但作為一個單獨的化工設備，而且在其他設備中也常

附有換熱設備或換熱部分，如蒸儲設備中的回流冷凝器，蒸發(fā)設備中的加熱，高低變

爐和氨合成塔中觸媒的換熱等，均為重要的不可缺少的化工操作設備。

化工生產(chǎn)流程中，用于汽一液、汽一氣、氣一氣、液一液之間的換熱設備，按熱

量的授受方式可分為①表面式換熱器；②蓄熱式換熱器；③液體間接式換熱器；④直

接接觸式換熱器。

表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面

的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管

式和其他型式的熱交換器。

蓄熱式換熱器是借助于由固體構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流

體，蓄熱體與高溫流體接觸一定時間，接受和儲蓄了一定熱量，然后與低溫流體接觸

一定時間，把熱量釋放給低溫流體。蓄熱式換熱器有用在一段爐對流段上的旋轉(zhuǎn)換熱

器，回收煙氣溫度用于預熱燃燒空氣；還有閥門切換式換熱器等。

流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來

的換熱器，熱載體在高溫流體熱交換器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體換熱器接受

熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。

直接接觸式熱交換器是兩種流體直接接觸進行換熱的設備，例如：冷水塔、氣體

冷凝器等。另外，換熱器按用途還可分為：

加熱器-----把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。

預熱器------預先加熱流體，為后序操作提供標準的工藝參數(shù)；

過熱器------用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)；

蒸發(fā)器-----用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相

的變化。

（-）化工裝置常用換熱設備結構、性能和特點

1、管春式秘執(zhí)黑

①管殼式換熱熊的類型和優(yōu)缺點

常用的管殼式換熱器有固定管板式、浮頭式和“U”形管式。

固定管板式換熱器結構簡單，造價低，制造容易，管程清洗檢修方便。殼程清洗

困難，管束制造后有溫差應力存在，當冷熱兩流體的平均溫差較大，或殼體和傳熱管

材料熱膨脹系數(shù)相差較大、熱應力超過材質(zhì)的許用應力時.，在殼體上應設膨脹節(jié)，由

于膨脹節(jié)不能承受較大內(nèi)壓，所以換熱器殼程壓力不能太高。

固定管板式換熱器適用于兩種介質(zhì)溫差不大（一般應低于30℃）,或溫差較大但

殼程壓力不高的條件。

浮頭式換熱器的優(yōu)點是殼體和管束的溫差不受限制，管束清洗和檢修較為方便，

管程、殼程均容易清掃。缺點是結構復雜，密封要求較高，一旦泄漏在線處理較為困

難。一般在溫差較大的化工單元操作中設置浮頭式換熱器。

U形管式換熱器，克服了固定管板式和浮頭式換熱器的缺點，但在U形拐彎處很難

清洗干凈，更換管子較為困難，特別是管板中心部的U形管，泄漏后只能堵管，要想

更換管子必須從管板處全部切除，造成很大浪費。U形管換熱器適用于兩種流體溫差

較大，且殼程易結垢的條件。

②管殼式換熱器的結構特點

i、固定管板式換熱器

固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成，如圖1一12

所示。其結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定

在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板

外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起。管束內(nèi)根據(jù)換

熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可以用隔板分成任何程數(shù)。應用

極為廣泛。近年來，也有設計開發(fā)出固定管板的撓性管板，即薄管板式換熱器，這是

根據(jù)彈性薄圓板理論，在均勻載荷作用下周邊固定支承的圓平板產(chǎn)生的撓度可被看作

在管板布管區(qū)的變形，無論是熱應力還是管殼溫差應力撓性變形薄管板均能承受，它

的應用比常規(guī)的固定管板式換熱器更具有優(yōu)點。

圖1一12固定管板式換熱器結構圖

1一排氣口2—封頭3—法蘭4一管板5一排氣口6—殼體7—列管8—

支座9一定距管10-折流板11一膨脹節(jié)12—殼體接管13一排氣口14一封頭

接管15一封頭16一排氣口17—法蘭18—管板19一排液口20一支座21一接管

22一排液口23一入口管

薄管板換熱器用于中壓、大直徑換熱設備上更有滿意的效果。薄管板的結構一般

有三種型式，如圖1—13。

圖1-13薄管板結構

（a）凸面薄管板；（b）平面薄管板；（c）凹面薄管板

ii、浮頭式換熱器

浮頭式換熱器主要由殼體、浮動式封頭管箱、管束等部件組成，如圖1-14所示。

它的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動，也就是殼

體和管束熱膨脹可自由，故管束和殼體之間沒有溫差應力。一般浮頭設計成可拆卸結

構，使管束可自由地抽出和裝入。浮頭式換熱器的浮頭也有不同的結構型式，常用的

如圖1-15所示，它是用鉗形環(huán)和螺栓使浮頭和管板密封貼合，以使管內(nèi)和管間流體

互不滲漏。這種結構現(xiàn)在用的不多了。根據(jù)設計規(guī)范，采用了圖1-16所示結構，即

浮頭蓋法蘭直接和鉤圈用螺栓緊固，使浮頭法蘭和活動的管板密封貼合，雖然減少了

管束的有效傳熱面積，但密封性可靠，整體也較緊湊。

圖1T4浮頭式換熱器

1一吊環(huán)；2—平蓋板；3—法蘭；4—接口；5—管線接管；6—分程板；7—殼體；8—

排氣口；9一接管；10一接管；11一封頭；12一接管；13一排氣口；14—接管；15一支座；16

—內(nèi)封頭；17—堰板；18一吊耳；19—浮頭襯托；20—浮動管板；21一列管；22—折流板；23

一定距管；24—支座；25一接管；26—排液口；27—法蘭；28—固定管板；29—法蘭；30-

排液口；31一接管；32一管箱

iii、"U”形管式換熱器

U形管式換熱器的結構如圖1T7所示。結構特點是換熱管做成U形，兩端固定在同

一塊管板上，由于殼體和管子分開，可以不考慮熱膨脹，管束可以自由伸縮，不會因

為流體介質(zhì)溫差而產(chǎn)生溫差應力。U形管換熱器只有一塊管板，沒有浮頭，結構比較

簡單。管束可以自由抽出和裝入，方便清洗。由于換熱管均做成半徑不等的U形彎，

最外層損壞后可更換外，其余的管子損壞只有堵管。同時和固定管板式換熱器相比，

它的管束的中心部分存有空隙，流體很容易走短路，影響了傳熱效果，管板上排列的

管子也比固定管板式換熱器少，體積有

些龐大。由于U形管曲率半徑不一樣，也增加了制造程序，加上切管長短不一，流體

流動狀態(tài)下的分布也不均勻，堵管后更減少了換熱面積。

圖1-15浮頭結構之一圖1-16浮頭結構之二

2!?242322212019181716

圖1-17U形管式換熱器

1一吊耳；2—蓋板；3—法蘭；4—接管；5—接管；6—隔板；7—接管；8—短管；

9—殼體；10—折流板；11一擋板；12一拉桿；13—列管；14一放氣管；15一封頭；

16一接管：17一支座；18一支座；19一接管；20—短管；21—法蘭；22—管板;23一接管；24

一接管；25一管箱

U形管換熱器，一般使用于高溫高壓的場合，在壓力高時，須加厚管子彎管段的

壁厚。為增加流體介質(zhì)在殼程內(nèi)的流速，可在殼體內(nèi)設置折流板和縱向隔板，以提高

傳熱效果。

2、板式換熱器

板式換熱器是--種高效換熱器，在工廠應用中有傘板換熱器和平板換熱器，化工

裝置中常用后一種。工作原理如圖1T8。

板式換熱器的特點：

①、體積小，占地面積少。

②、傳熱效率高，可使在低速下強化傳熱。

圖1-18板式換熱器工作原理圖

③、組裝方便，當增加換熱面積時，只多裝板片，進出口管口方位不需變動。

④、熱損失小，不需保溫，熱損失只為1%左右。

⑤、拆卸、清洗方便，檢修容易在現(xiàn)場進行。特別對于易結垢的介質(zhì)，板片隨時

拆下清洗。

⑥、使用壽命長。一組板式換熱器，一般可使用5?8年，而后常因橡膠板條老化

而泄漏，拆下后重新粘結板條，組裝板片可繼續(xù)使用。

⑦、板式換熱器的缺點是密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150℃,

承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結垢必須拆開清洗。

板式換熱器的結構及部件性能：

板式換熱器的整體結構如圖1-19,主要有傳熱板片、密封板條、兩端壓板、固

定螺栓、支架、進出口管等部件組成。

1Q

圖1—19板式換熱器結構圖

1—固定板；2一進口；3一孔；4一支架；5一螺栓；6一孔；7一螺桿；8一夾緊螺栓；9一

螺母；io一防松螺母；11一下導桿；12—立柱；13一緊固壓板；14一上滑桿；

15—板片；16—膠墊；17—板片；18—壓緊板

①、傳熱板片傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，

但A板和B板人字相反，如圖1一20。按照流體介質(zhì)的不同，傳熱板片的材質(zhì)也不一樣，

大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。制作工藝為平板沖壓，大多壓成矩形板片。

②、密封板條

板式換熱器的泄漏多是因為密封板條壓制錯位或者老化引起的，所以在開始組裝

或者解體時必須選擇合適的密封板條，以適用流體介質(zhì)的性能。一般選用乙丙膠、丁

月青橡膠、氯丁橡膠等，然后用401號粘結劑粘牢固化后組裝。對于使用的密封板條應

有嚴格的技術要求，例如：耐溫、彈性好，抗大氣腐蝕、抗陽光紫外線、抗老化等性

能。

③、端蓋

兩端蓋主要是夾緊壓住所有的傳熱板片，保證流體介質(zhì)不泄漏，一般為碳素，端

蓋應平滑，不應有變形、腐蝕、銹蝕等缺陷。

④、固定螺栓

固定螺栓一般是通桿螺紋，預緊螺栓時，一定用力矩扳手，使固定板片的力均勻。

螺紋裸露部分，一定用塑料套管保護，防止銹蝕。

⑤、支架

支架是掛傳換板片的，對于不同型號的換熱器，支架的高度、長度也不一樣，同

時，支架下部有和基礎固定的螺栓。吊裝和安裝換熱器時，嚴格選擇吊點，防止支架

變形。

⑥、進出口管

進出口管和兩端壓蓋聯(lián)在一起，值得注意的是在進出口管內(nèi)襯有橡膠襯套，安裝

時不能被外部壓變形，否則很容易造成泄漏。

圖1—20傳熱板片

1一人字形板片；2—密封板條

六、化工管路與閥門

化工管路與閥門是化工生產(chǎn)中不可缺少的組成部分，是各類化工設備的紐帶，其

主要作用是輸送和控制各種流體，如氣體、液體等。

（一）、化工用管的種類：

按材質(zhì)分：

1、金屬用管

①、鑄鐵管，鑄鐵管是化工管路中常用的管道之一。由于性脆及連接緊密性較差,

只適用于輸送低壓介質(zhì)，不宜輸送高溫高壓蒸汽及有毒、易爆性物質(zhì)。常用于地卜給

水管、煤氣總管和下水管道。鑄鐵管的規(guī)格以中內(nèi)徑X壁厚（mm）表示。

②、有縫鋼管，有縫鋼管按使用壓力分普通水煤氣管（耐壓0.1?l.OMPa）和加

厚管（耐壓L0~1.5MPa）。一般用于輸送水、煤氣、取暖蒸汽、壓縮空氣、油等壓力

流體。鍍鋅的叫白鐵管或鍍鋅管。不鍍鋅的叫黑鐵管。其規(guī)格以公稱直徑表示。最小

公稱直徑6mm,最大公稱直徑150mm。

③、無縫鋼管，無縫鋼管的優(yōu)點是質(zhì)量均勻強度較高。其材質(zhì)有碳鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、

低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼。因制造方法不同，分為熱軋無縫鋼管和冷拔無縫鋼管兩

種。管道工程中管徑超過57mm時，常用熱軋管，57mm以下時常用冷拔管。無縫鋼管

常用于輸送各種受壓氣體、蒸氣和液體，能耐較高溫度（約435C）。合金鋼管用于

輸送腐蝕性介質(zhì)，其中耐熱合金管耐溫可達900~950℃。無縫鋼管的規(guī)格以中內(nèi)徑x

壁厚（mm）表示。冷拔管最大外徑為200mm,熱軋管最大外徑630mm。無縫鋼管按

用途分為一般無縫管和專用無縫管，如石油裂化無縫管、鍋爐無縫管、化肥無縫管等。

④、銅管，銅管傳熱效果好，因此主要應用于換熱設備和深冷裝置的管路，儀表

測壓管或傳送有壓力的流體，但溫度高于250℃時，不宜在壓力下使用。因價格較貴,

一般使用在重要場所。

⑤、鋁管，鋁具有很好的耐蝕性。鋁管常用于輸送濃硫酸、醋酸、硫化氫及二氧

化碳等介質(zhì)，也常用于換熱器。鋁管不耐堿，不能用于輸送堿性溶液及含氯離子的溶

液。由于鋁管的機械強度隨著溫度的升高而顯著降低，故鋁管的使用溫度不能超過

200℃,對于受壓管路，使用溫度將更低。鋁在低溫下具有較好的機械性能，故在空

氣分離裝置中大都采用鋁及鋁合金管。

⑥、鉛管，鉛管常用作輸送酸性介質(zhì)的管路，可輸送0.5%?15%的硫酸、二氧

化碳、60%的氫氟酸及濃度低于80%的醋酸等介質(zhì)，不宜輸送硝酸、次氯酸等介質(zhì)。

鉛管最高使用溫度為200℃o

2、非金屬用管

塑料管，塑料管的優(yōu)點是耐蝕性好、質(zhì)量輕、成型方便、容易加工。缺點是

強度低，耐熱性差。目前最常用的塑料管有硬聚氯乙烯管、軟聚氯乙烯管、聚乙烯管、

聚丙烯管以及金屬管表面噴涂聚烯、聚三氟氯乙烯等。

②、橡膠管，橡膠管具有較好的耐腐蝕性能，質(zhì)量輕，有良好的可塑性，安裝、

拆卸靈活方便。常用的橡膠管一般由天然橡膠或合成橡膠制成，適用于對壓力要求不

高的場合。

③、玻璃管，玻璃管具有耐腐蝕、透明、易于清洗、阻力小、價格低等優(yōu)點，缺

點是性脆、不耐壓。常用于檢測或?qū)嶒炐怨ぷ鲌龊稀?/p>

④、陶瓷管，化工陶瓷與玻璃相近，耐腐蝕性好，除氫氟酸、氟硅酸和強堿外，

能耐各種濃度的無機酸、有機酸和有機溶劑的腐蝕，由于強度低、性脆，一般用于排

除腐蝕性介質(zhì)的下水道和通風管道。

⑤、水泥管，主要用于對壓力要求、接管密封不高的場合，如地下排污、排水管

等。

（二）、管件與閥門

管路中除管子以外，為滿足工藝生產(chǎn)和安裝檢修等需要，管路中還有許多其他構

件如短管、彎頭、三通、異徑管、法蘭、盲板、閥門等。我們通常稱這些構件為管路

附件簡稱管件。管件是組成管路不可缺少的部分。這里簡單介紹幾種常用管件。

圖1一21彎頭

1、彎頭圖1-21

彎頭主要用來改變管路的走向，可根據(jù)彎頭彎曲的程度不同來分類，常見的有

90°、45°、180°、360°彎頭。180°、360°彎頭又稱U形彎管。另外還有工藝配管需要

的特定角度的彎頭。彎頭可用直管彎曲或用管子拼焊而成，也可用模壓后焊接而成，

或用鑄造和鍛造等方法制成，如在高壓管路中的彎頭大都是優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼鍛制而

成的。

昌合口

^3

2、三通圖1-22

當兩條管路之間相互連通或需要有旁路分流時，其接頭處的管件稱為三通。根據(jù)

接入管的角度不同，有垂直接入的正接三通、斜接三通。斜接三通按斜接角度來定名

稱，如45°斜三通等。此外按出入口的口徑大小分別稱謂，如等徑三通等。

除常見的三通管件外，還常以接口的多少稱，例如四通、五通、斜接五通等。常

見的三通管件，除用管子拼焊外，還有用模壓組焊、鑄造和鍛造而成。

甘&口

圖1一23短接管和異徑管

3、短接管和異徑管圖1—23

當管路裝配中短缺一小段，或因檢修需要在管路中置一小段可拆的管段時，經(jīng)常

采用短接管。短接管有帶連接頭（如法蘭、絲扣等），或僅僅是一直短管，也稱為管

墊。

將兩個不等管徑的管口連通起來的管件稱為異徑管。通常叫大小頭。這種管件有

鑄造異徑管，也有用管子割焊而成或用鋼板卷焊而成。高壓管路中的異徑管是用鍛件

或用高壓無縫鋼管縮制而成。

4、法蘭、盲板圖1一24

為便于安裝和檢修，管路中常采用可拆連接，法蘭就是一種常用的連接零件。

圖1—24法蘭、盲板

為清理和檢查需要在管路上設置手孔盲板或在管端裝盲板。盲板還可以用來暫時

封閉管路的某一接口或?qū)⒐苈分械哪骋欢喂苈分袛嗯c系統(tǒng)的聯(lián)系。在一般中低壓管路

中，盲板的形狀與實心法蘭相同，所以這種盲板又叫法蘭蓋，這種盲板同法蘭一樣都

已標準化，具體尺寸可以在有關手冊中查到。

另外在化工設備和管路的檢修中，為確保安全，常采用鋼板制成的實心圓片插入

兩個法蘭之間，用來暫時將設備或管路與生產(chǎn)系統(tǒng)隔絕。這種盲板習慣叫插入盲板。

插入盲板的大小可與插入處法蘭的密封面外徑相同。

5、閥門

用來控制流體在管路內(nèi)流動的裝置稱為閥門。其主要作用有：

①啟閉作用-----切斷或溝通管路中的流體流動；

②調(diào)節(jié)作用-----調(diào)節(jié)管路內(nèi)流體流速、流量；

③節(jié)流作用-----流體流過閥門后，產(chǎn)生很大壓力降。

根據(jù)閥門在管路的作用不同，可分為切斷閥（又稱截止閥）、節(jié)流閥、止回閥、

安全閥等；根據(jù)閥門的結構形式不同，可分為閘閥、旋塞（常稱考克）、球閥、蝶閥、

隔膜閥、襯里閥等。此外，根據(jù)制作閥門的材料不同，又分為不銹鋼閥、鑄鋼閥、鑄

鐵閥、塑料閥、陶瓷閥等。各種閥門的選用可查有關手冊和樣本，這里僅介紹最常見

的幾種閥門。

（1）截止閥（圖1-25）,因結構簡單，制造維修方便，在中低壓管路中應用廣

泛。它是利用裝在閥桿下面圓形閥盤（閥頭）與閥體內(nèi)凸緣部分（閥座）相配合來達

到截止流體流動的目的。閥桿靠螺紋升降可調(diào)節(jié)閥門的開啟程度，起到一定的調(diào)節(jié)作

用。

由于閥門的截流作用是依靠閥頭與閥座平面接觸密封，不適合用于含有固體顆粒

流體的管路上。截止閥可按使用介質(zhì)特性選用合適的閥頭、閥座、殼體的材料。對于

使用中因密封不好或閥頭、閥座等零件損壞的閥門，可以采取光刀、研磨、堆焊鑲套

等辦法修復使用，以延長閥門使用壽命。

圖1-25截止閥

(2)閘閥(圖1-26),是靠與介質(zhì)流動方向垂直的一塊或兩塊平板，同閥體密封

面相配合達到封閉的目的。閥板的升起就使閥門開啟。平板隨閥桿的旋轉(zhuǎn)而升降，用

開啟的大小調(diào)節(jié)流體的流量。這種閥門阻力小、密封性能好、開關省力，特別適用于

大口徑的管路上，但閘閥的結構比較復雜、種類較多。根據(jù)閥桿結構不同，有明桿和

暗桿之分；根據(jù)閥板的結構形式又分為楔式、平行式等。一般楔式閥板為單閥板，平

行式多用兩塊閥板。平行式比楔式容易制造，好修理，使用中不易變形，但不宜用于

輸送含有雜質(zhì)的流體管路中，多用于輸送水、干凈氣體，油類等管路中。

(3)旋塞(圖1-27),旋塞俗稱考克，它是利用閥體內(nèi)插入一個中央帶孔的錐形

栓塞啟閉管路。旋塞根據(jù)密封形式不同，可分填料旋塞、油密封式旋塞和無填料旋塞

等。

旋塞的結構簡單，外形尺寸小，啟閉迅速，操作方便，流體阻力小，便于制成三

通路或四通路的分配或切換閥門。旋塞的密封面大，容易磨損，開關時費力，不易調(diào)

節(jié)流量，但切斷迅速。旋塞可用于壓力和溫度較低或介質(zhì)中含有固體顆粒的流體管路

中，但不宜用于壓力較高、溫度較高或蒸汽管路中。

(4)節(jié)流閥(圖1-28),屬于截止閥的一種。其閥頭的形狀為圓錐形或流線形，

可以較好的控制調(diào)節(jié)流體的流量或進行節(jié)流調(diào)壓等。該閥制作精度要求較高，密封性

能好。主要用于儀表控制或取樣等管路中，但不宜用于粘度大和含固體顆粒介質(zhì)的管

路中。

(5)球閥(圖1-29),又稱球心閥，是近幾年發(fā)展較快的一種閥門。它利用一個

中間開孔的球體作閥心，依靠球體的旋轉(zhuǎn)來控制閥門的開或關。它和旋塞相仿，但比

旋塞的密封

圖1一27旋塞

面小，結構緊湊，開關省力，遠比旋塞應用廣泛。隨著球閥制造精度的提高，球閥不

僅在中低壓管路中使用，而且已在高壓管路中應用。但由于密封材料的限制，目前還

不宜用于高溫管路中。

(6)隔膜閥(圖1-30)，常見的有膠膜閥。這種閥門的啟閉是一塊特制的橡膠膜片,

膜片夾置在閥體與閥蓋之間，關閉時閥桿下的圓盤把膜片壓緊在閥體上達到密封。這

種閥門結構簡單，密封可靠，便于檢修，流體阻力小。適用于輸送酸性介質(zhì)和帶懸浮

物的流體管路中，但一般不宜用于較高壓力或溫度高于60℃的管路，不宜用于輸送有

機溶劑和強氧化介質(zhì)的管路中。

圖1-28節(jié)流閥

（7）止回閥（圖1-31）,又稱止逆閥或叫單向閥。安在管路中使流體只能向一個

方向流動，不允許反向流動。它是一種自動關閉閥門，在閥體內(nèi)有一個閥瓣或搖板。

當介質(zhì)順流時流體將閥瓣自動頂開；當流體倒流時，流體（或彈簧力）自動將閥瓣關

閉。

圖1—30隔膜閥

圖1—31止回閥

按止回閥結構的不同，分為升降式和旋啟式二類。升降式止回閥瓣是垂直于閥體

通道升降運動的，一般用于水平或垂直管道上；旋啟式止回閥的閥瓣常稱為搖板，搖

板一側與軸連接，搖板可繞軸旋轉(zhuǎn)，旋啟式止回閥一般安裝在水平管道上，對于小口

徑的也可以安裝于垂直的管道上，但要注意流量不宜太大。

止回閥一般適用于清潔介質(zhì)的管路中，對含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)管路中

不宜采用。升降式的止回閥封閉性能比旋啟式的好，但旋啟式的止回閥流體阻力比升

降式的小。一般情況下旋啟式止回閥適用于大口徑的管路中。

（8）蝶閥（圖1—32）,是靠管內(nèi)一個可以轉(zhuǎn)動的圓盤（或橢圓盤）來控制管路

啟閉。它結構簡單，外形尺寸小。由于密封結構及材料問題，該閥門封閉性能較差，

只適用于低壓、大口徑管路中的調(diào)節(jié)，常用在輸送水、空氣、煤氣等介質(zhì)的管路中。

（9）減壓閥（圖1—33）,是將介質(zhì)壓力降低到一定數(shù)值的自動閥門，一般閥后

壓力要小于閥前壓力的50%,它主要靠膜片、彈簧、活塞等零件利用介質(zhì)的壓差來控

制閥瓣與閥座的間隙達到減壓的目的。減壓閥的種類很多，常見的有活塞式和薄膜式

二種。

（10）襯里閥（圖1—34）,為防止介質(zhì)的腐蝕，有的閥門需要在閥體和閥頭等襯

耐腐蝕的材料（如鉛、橡膠、搪瓷等），襯里材料應根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)來選用。為襯里

方便，襯里閥門大多制成直角式或直流式。

圖1—32蝶閥

圖5-9-13減壓閥

（11）安全閥（圖1-35）,為確保化工生產(chǎn)的安全，在有壓力的管路系統(tǒng)中，常

設有安全裝置，即選用一定厚度的金屬薄片，像插入盲板一樣裝在管路的端部或三通

接口上。當管路內(nèi)壓力升高時，薄片被沖破從而達到泄壓目的。爆破板一般用于低壓、

大口徑的管路中，但在大多數(shù)化工管路中則用安全閥，安全閥的種類很多，大致可分

為兩大類，即彈簧式和杠桿式。

圖1-34襯.里閥

(a)更整式安全閥(b)彈箕式安全解

圖1一35安全閥

彈簧式安全閥，主要依靠彈簧的作用力來達到密封。當管內(nèi)壓力超過彈簧的彈力

時，閥門被介質(zhì)頂開，管內(nèi)流體排出，使壓力降低。一旦管內(nèi)壓力降到低于彈簧彈力

時，閥門重新關閉。

杠桿式安全閥主要靠杠桿上重錘的作用力達到密封，作用原理同彈簧式。

安全閥的選用，是根據(jù)工作壓力和工作溫度決定公稱壓力的等級，其口徑大小可

參考有關規(guī)定計算確定。安全閥的結構型式、閥門的材質(zhì)均應按介質(zhì)的性質(zhì)、工作條

件選用。安全閥的起跳壓力、試驗及驗收等均有專門規(guī)定，由安全部門定期校驗、鉛

封打印。在使用中不得任意調(diào)節(jié)，以確保安全。

6、管路的連接

管路的連接包括管道與管道的連接、管道與各種管件、閥門及設備接口等處的連

接。目前普遍采用的有：法蘭連接、螺紋連接、焊接及填料式連接等。(圖1-36)

(])法吆連接

這是一種可拆式的連接，它與設備法蘭相同。法蘭盤與管道固定在一起，且采用

與設備法蘭相同的密封面型式及墊片實現(xiàn)可靠的密封。

(2)螺紋連接

這種連接常用白漆加麻絲或四氟膜纏繞在螺紋表面，然后將螺紋配合擰緊，主要

依靠錐管螺紋的咬合和在螺紋之間加敷的密封材料來達到密封。這種連接方法可以拆

卸，但沒有法蘭連接那樣方便，且密封可靠性較低，其使用壓力、使用溫度不宜過高。

目前，螺紋連接大多用于水煤氣鋼管、自來水管路及一般生活用管路和機器潤滑

油管路中。

(3)焊接連接

這是一種不可拆連接結構，是用焊接的方法將管道和各管件、閥門直接連成一體

的。這種連接密封非常可靠、結構簡單、便于安裝，但給檢修工作帶來不便。

60、90'

mm整-41*—

(a)對焊2~3mm2-3mm(b)搭焊(C加管贏接⑷加打環(huán)對

壁厚大于壁厚小于

5mm5mm

圖1-36焊接連接

管路的焊接有對接、搭接、帶襯環(huán)的對接、加管箍焊接等，如圖5-9-17所示?？?/p>

根據(jù)管路材料和施工要求選用。

(4)除上述三種常見的連接結構外，在實際管路中還可看到許多不同的連接結構。

①承插式連接（圖1-37）,它的管口是特制的，管端套入后，在承插處的空隙中

填入密封材料如麻、水泥、鉛等填料以達到密封目的。這種連接常用于公稱壓力0.6MPa

以下的管路中，同時對于鑄鐵管道和非金屬管道（如水泥管、陶瓷管等）在密封要求

不高的情況下也可采用這種連接。

②填料函式連接（圖廠38）,這種結構靠壓緊填料來達到密封目的，其特點是管

道可以自由伸縮，以補償管路因溫度變化而引起的長度變形。該連接適用于公稱壓力

1.6MPa以下的管路中。

圖1-37承插連接

圖1-38填料函式連接

第二節(jié)化工用機泵概述及其分類

一、化工泵的概述

在化工裝置中，使用著各種各樣的泵，這些泵作為化工生產(chǎn)中的一個要素，有助

于生產(chǎn)過程中液體的流動和化學反應的進行，對提高工廠生產(chǎn)率起著相當重要的作

用。

通常我們把增加液體能量的機器叫做泵?；け糜捎谒斔鸵后w的種類和性質(zhì)不

同，選擇的泵的結構和材料也不一樣，化工泵常選些特殊材質(zhì)和特殊結構的泵來滿足

化工工藝的需要。因此，對化工泵的特殊要求有以下幾點。

1、能適應化工工藝條件

泵在化工生產(chǎn)中，不但輸送液體物料并提供工藝要求的必要壓力外，還必須保證

輸送的物料量，在一定的化工單元操作中，要求泵的流量和揚程要穩(wěn)定，保持泵高效

率可靠運行。

2、耐腐蝕

化工泵輸送的介質(zhì)，包括原料、反應中間物等往往多為有腐蝕性介質(zhì)。這就要求

泵的材料選擇適用和合理，保證泵的安全、穩(wěn)定、長壽命運轉(zhuǎn)。

3、耐高溫或低溫

化工泵輸送的高溫介質(zhì)，有流程液體物料，也有反應過程所需要和所產(chǎn)生的載熱

液體。例如：冷凝液泵、鍋爐給水泵、導熱油泵。

化工泵輸送的低溫介質(zhì)種類也很多，例如：液氧、液氮、甲烷等，泵的低溫工作

溫度大都在-20℃?-100℃。

不管輸送高溫或低溫的化工泵，選材和結構必須適當，必須有足夠的強度，設計、

制造的泵的零件能承受熱的沖擊、熱膨脹和低溫冷變形、冷脆性等的影響。

4、耐磨損、耐沖刷

由于化工泵輸送的物液中含有懸浮固體顆粒，同時泵的葉輪、腔體也有的在高壓

高流速下工作，泵的零部件表面保護層被破壞，其壽命較短，所以必須提高化工泵的

耐磨性、耐沖刷性，這就要求泵的材料選用耐磨的鎰鋼、陶瓷、鑄鐵等，選用耐沖刷

的鈦材、鎰鋼等。

5、無泄漏

化工泵輸送的液體介質(zhì)多數(shù)為易燃、易爆、有毒有害，一旦泄漏嚴重污染環(huán)境，

危及人身安全和職工的身心健康，更不符合無泄漏工廠和清潔文明工廠的要求，這就

必須保證化工泵運行時不泄漏，在泵的密封上采用新技術新材料，按規(guī)程操作，高質(zhì)

量檢修。

二、化工泵的分類

化工泵的類型繁多，通常按其不同的工作原理可分以下幾類。

1、容積式泵

容積式泵是利用泵缸體內(nèi)容積的連續(xù)變化輸送液體的泵，如往復泵、活塞泵、齒

輪泵、螺桿泵。

2、葉片泵

葉片泵是指通過泵軸旋轉(zhuǎn)時帶動各種葉輪葉片給液體以離心力或軸向力壓送液

體到管道或容器的泵，如離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵等。

3、液體動力泵

它是依靠另一種工作流體的流量流速抽送液體或壓送液體的動力裝置。例如噴射

泵、空氣升液器等。

三、離心泵的工作原理、結構和作用

（一）離心泵的工作原理

在化工裝置中使用的各種泵，一般來說是把所需要的一定量的液體打到工藝所要

求的高度，或送入有一定壓力的容器。這種在單位時間內(nèi)所輸送的液體量即為泵的流

量，其單位通常用L/s&或n?/h（表示。所要求的高度或所要求的壓力，即相當于

泵的揚程。實際揚程加上輸送液體的管路內(nèi)各種損失壓頭，即為泵的總揚程，單位通

常用液柱高度（米）來表示。

離心泵開泵之前，打開出入管道閥，泵體內(nèi)應充滿流體，當泵葉輪轉(zhuǎn)動時，葉輪

的葉片驅(qū)使流體一起轉(zhuǎn)動，使流體產(chǎn)生了離心力，在此離心力的作用下，流體沿葉片

流道被甩向葉輪出I」，經(jīng)擴壓器、蝸殼送入排出管。流體從葉輪獲得能量，使壓力能

和速度能增加，當一個葉輪不能滿足流體足夠能量時，可用多級葉輪串聯(lián)，獲取較高

能量。

在流體被甩向葉輪出口的同時一，葉輪中心入口處的壓力顯著下降，瞬時形成了真

空，入口管的流體經(jīng)泵吸入室進入了葉輪中心，這樣當葉輪不停地旋轉(zhuǎn)，流體就不斷

地被吸入和排出，將流體送到管道和容器中。

離心泵的工作過程，就是在葉輪轉(zhuǎn)動時將機械能傳給葉輪內(nèi)的流體，使它轉(zhuǎn)換為

流體的流動能，當流體經(jīng)過擴壓器時，由于流道截面大，流速減慢，使一部分動能轉(zhuǎn)

換成壓力能，流體的壓力就升高了。所以流體在泵內(nèi)經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換，即從機械能

轉(zhuǎn)換成⑴流體動能，該動能部分地又轉(zhuǎn)換為壓力能，從而泵就完成輸送液體的任務。

（二）離心泵主要部件的結構與作用

離心泵主要由吸入、排出部分，葉輪和轉(zhuǎn)軸、軸密封，擴壓器和泵殼等四大部分

組成，主要部件的結構如圖2—1。

1、葉輪

（1）、葉輪的形狀

葉輪是抽送液體作用的主體，是離心泵最重要的部件，離心泵是由葉輪的離心力

作用，給予抽送流體以速度能，并將該速度能的一部分轉(zhuǎn)換為壓力能，提高流體的壓

力和速度，完成泵輸送液體的過程。

泵葉輪的形狀隨著比轉(zhuǎn)數(shù)的不同有不同的差別，葉輪按比轉(zhuǎn)數(shù)從小到大的順序和

液體在葉輪中流動的方向，可分為徑流式葉輪、混流式葉輪、斜流式葉輪、軸流式葉

輪，如圖2—2。若按葉輪結構可分為閉式葉輪、開式葉輪、誘導輪全開式葉輪、半

開式葉輪，如圖2—3。

①閉式葉輪