2019造价工程师《安装工程》教材精讲：第四章第三节

第三节 静置设备与工艺金属结构制作安装

　　静置设备包括容器、塔、换热器、油罐、球罐、气柜、火炬、排气筒等。

　　一、压力容器的分类

　　(一)压力容器的基本分类

　　(二)按设备的设计压力(P)分类

　　低压容器(L)0.1Mpa≤P<1.6Mpa;中压容器(M)1.6Mpa≤P<10Mpa;高压容器(H)10Mpa≤P<100Mpa;

　　超高压容器(U)P≥100Mpa。

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　　(三)按设备在生产工艺过程中的作用原理分类

反应设备(代号R)	反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球（球形蒸煮器）、磺化锅、煤气发生炉等。
换热设备（代号E）	管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸锅（蒸缸或炒锅）、预热锅、煤气发生炉水夹套等。
分离设备（代号S）	分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔、气提塔、分气缸、除氧器等。
储存设备(代号C，其中球罐代号B)	各种形式的贮槽、贮罐等

　　(四)按结构材料分类

　　(五)按化学介质的毒性和爆炸危险程度分类

　　1)极度危害(I级)：最高容许浓度小于0. 1mg/m3;

　　2)高度危害(Ⅱ级)：最高容许浓度大于或等于0. 1mg/m3，

　　3)中度危害(Ⅲ级)：最高容许浓度大于或等于1.Omg/m3，

　　4)轻度危害(Ⅳ级)：最高容许浓度大于或等于lOmg/m;且小于lOmg/m3;

　　【例】按设备在生产工艺过程中的作用原理分类，蒸煮锅属于()。

　　A.反应设备

　　B.换热设备

　　C.分离设备

　　D.储存设备

　　【答案】A

　　【解析】

　　反应设备(代号R)主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球(球形蒸煮器)、磺化锅、煤气发生炉等。

　　二、静置设备制作和安装

　　(一)容器

　　根据容器不同形状分类，主要有：矩形、球形和圆筒形。

　　1.一般容器

　　2.带搅拌容器

　　借助于搅拌器搅拌，向介质传递能量进行化学反应的容器，称为搅拌反应器，也称为反应釜，或称搅拌罐。

　　3.高压容器

　　4.反应器

　　(二)塔器

　　1. 塔设备分类及性能

　　塔设备的基本功能：气、液两相充分接触，使传质、传热过程能够迅速有效地进行，还要求完成传质、传热过程之后的气、液两相能及时分开，互不夹带。

　　根据塔内气、液接触部件的结构形式，可分为两大类：板式塔与填料塔。

　　(1)板式塔

　　按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。常用的板式塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形喷射塔。

　　1)泡罩塔。

　　优点：不易发生漏液，较好的操作弹性;塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强。

　　缺点：塔板结构复杂，金属耗量大，造价高;板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，故生产能力不大。而且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，气体分布不均，也影响了板效率的提高。

　　2)筛板塔。

　　优点：结构简单，金属耗量小，造价低廉;气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔高。

　　缺点：操作弹性范围较窄，小孔筛板易堵塞。

　　3)浮阀塔。浮阀塔是国内许多工厂进行蒸馏操作时最乐于采用的一种塔型。

　　浮阀结构简单，制造方便，广泛用于化工及炼油生产中。浮阀塔具有下列优点：

　　①生产能力大。

　　②操作弹性大。

　　③塔板效率高。

　　④气体压降及液面落差较小。

　　⑤塔造价较低。

　　4)喷射型塔

　　①舌形塔板。

　　②浮动喷射塔板。

　　(2)填料塔

　　填料塔

　　填料塔结构简单、阻力小、便于用耐腐材料制造，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统，都表现出明显的优越性。对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作宜采用填料塔。

　　填料是填料塔的核心，填料的种类很多，按填料的装填方式可分为散堆填料和规整填料两大类。

　　为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合以下要求：

　　1)有较大的比表面积。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，以σ表示，其单位为m2/m3。填料除了要有较大的比表面积之外，还要有良好的润湿性能及有利于液体在填料上均匀分布的形状。

　　2)有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率，以e表示，其单位为m3/m3。一般说来，填料的空隙率多在0.45～0.95。当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。

　　3)从经济、实用及可靠的角度。

　　【例1】该塔突出的优点是结构简单、金属耗量小、总价低，主要缺点是操作弹性范围较窄、小孔易堵塞，此塔为( )。

　　A.泡罩塔

　　B.筛板塔

　　C.喷射塔

　　D.浮阀塔

　　【答案】B

　　【解析】筛板塔的突出优点是结构简单，金属耗量小，造价低廉;气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔高。主要缺点是操作弹性范围较窄，小孔筛板易堵塞。

　　【例2】为了充分发挥填料塔的传质效能，填料应符合的要求有( 　)。

　　A.较大的比表面积

　　B.良好的湿润性能

　　C.气液通过能力小

　　D.较高的空隙率

　　【答案】A,B,D

　　【解析】为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合以下要求：1)有较大的比表面积，还要有良好的润湿性;。2)有较高的空隙率。3)从经济、实用及可靠的角度出发，还要求单位体积填料的重量轻、造价低，坚固耐用，不易堵塞，有足够的力学强度，对于气、液两相介质都有良好的化学稳定性等。

　　【例3】塔结构简单，阻力小、可用耐腐蚀材料制造，尤其对于直径较小的塔，在处理有腐蚀性物料或减压蒸馏时，具有明显的优点。此种塔设备为( )

　　A.填料塔

　　B.筛板塔

　　C.泡罩塔

　　D.浮阀塔

　　【答案】A

　　【解析】填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等优点，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统，都表现出明显的优越性。另外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，若采用板式塔，则降液管将占用过多的塔截面积，此时也宜采用填料塔。

　　(三)换热设备

　　1.几种常用换热器

　　常用的换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式。

　　(1)夹套式换热器

　　该种换热器的传热系数较小，传热面受到容器限制，只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足，还可在容器内加装蛇管换热器。

　　(2)蛇管式换热器

　　1)沉浸式蛇管换热器。

　　优点：结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。

　　缺点：对流换热系数较小，总传热系数K值小。如果在容器内加搅拌器或减小管外空间，则可提高传热系数。

　　2)喷淋式蛇管换热器。

　　这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在汽化时，可带走部分热量，可提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修和清洗、传热效果较好等优点，缺点是喷淋不易均匀。

　　(3)套管式换热器

优点	缺点	适用环境
构造简单；耐高压，传热面积可增减，适当选择管子内径、外径，使流体的流速较大，且双方的流体可作严格的逆流，有利于传热。	管间接头较多，易发生泄漏；单位换热器长度具有的传热面积较小。	需要传热面积不大、要求压强较高或传热效果较好宜采用套管式换热器。

　　(4)列管式换热器

　　列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大、传热效果好，结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。

　　1)固定管板式换热器

　　固定管板式换热器两端管板和壳体连接成一体，具有结构简单、造价低廉的优点。但由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净、不易结垢的物料。

　　当两流体的温差较大时，应考虑热补偿，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度，这种补偿方法简单，但不宜用于两流体的温差较大(大于70℃)和壳方流体压强过高(高于600kPa)的场合。

　　2)U型管换热器。

优点	缺点
结构简单，重量轻，适用于高温和高压场合。	管内清洗困难，因此管内流体必须洁净；管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率差。

　　3)浮头式换热器。

　　浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，浮头式换热器应用较为普遍，但结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。

　　浮头式换热器

　　4)填料函式列管换热器。

　　该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多，其结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。

　　填料函式列管换热器

　　1-活动管板; 2-填料压盖; 3-填料; 4-填料函; 5-纵向隔板

　　【例1】(2015)传热面积大、传热效率好，且结构简单，操作弹性较大，在高温、高压的大型装置上使用的换热器是( )。

　　A.套管式换热器

　　B.蛇管式换热器

　　C.蛇管式换热器

　　D.列管式换热器

　　【答案】D

　　【解析】列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及传热效果好，且结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。因此在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。

　　【例2】该换热设备结构简单，制造方便，易于检修清洗，使用于温差较大、腐蚀性严重的场合。此种换热器为( 　)。

　　A.固定管板式换热器

　　B.浮头式换热器

　　C.填料函式列管换热器

　　D.U形管换热

　　【答案】C

　　【解析】填料函式列管换热器。该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在一些温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多，其结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗

　　【例3】传热系数较小，传热面受到容器限制，只适用于传热量不大的场合，该换热器为( )。

　　A.夹套式换热器

　　B.蛇管式换热器

　　C.列管式换热器

　　D.板片式换热器

　　【答案】A

　　【解析】夹套式换热器的传热系数较小，传热面又受到容器的限制，因此只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足，还可在容器内加装蛇管换热器。