设备专业工作及与工艺专业的关系

1设备专业的设计工作及与工艺专业的工作关系2内容提要一.石油化工装置静设备简介1.过程和过程设备2.石油化工设备的分类3.静设备分类4.典型的静设备5.静设备（容器、换热器）常用材料含：金属材料的基本常识和基本概念；压力容器常用材料简介；金属材料的腐蚀类型简介；压力容器常用钢号中外对照简表；奥氏体不锈钢耐腐蚀机理和特点；双相不锈钢的简介6.静设备的制造、检验与验收二.设备室的专业分工三.容器、换热器专业的设计内容四.容器、换热器专业与工艺等专业之间的条件(往返)关系及深度3一石油化工装置静设备简介1.过程和过程设备：过程――从原料到产品，要经过一系列化学的、物理的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤称为过程。过程设备――过程需要由设备来完成物料的分离、传热、反应、储存、混合、干燥等操作。这些设备称之为过程设备。2，石油化工设备（或称过程设备）的分类静设备（即容器、换热器）动设备（机泵类、机械类）工业炉（反应炉、加热炉、汽化炉、焚烧炉等）3，静设备分类a)，按设备类型分类塔设备、换热设备、储存设备、搅拌设备、一般的立式容器、卧式容器等。b)，按生产的工艺过程原理分类反应容器、换热容器、分离容器、储存容器c)，按受压状态分类常压容器（-0.02MPaP设0.1MPa）压力容器：低压容器0.1MPa≤P设1.6MPa中压容器1.6MPa≤P设10MPa高压容器10MPa≤P设100MPa超高压容器P设≥100MPa真空容器齐鲁化肥资源优化装置：大部分是中、低压容器，只有高压氮气罐和氧气缓冲罐是高压容器（17.8Mpa）福建IGCC项目：大部分是中、低压容器，只有高压氮气罐是高压容器（17.5Mpa）。乌石化化肥改造装置：氨合成塔（25Mpa）岳阳煤汽化装置：除高压氮气罐是高压容器外，其余均是中、低压容器川维合成氨装置：氨合成塔（16Mpa）川维醋酸装置、江苏丹阳醋酐装置：大部分是中、低压容器。吉化丙烯腈装置：大部分是中、低压容器。4d，按工作温度分类（供参考）常温容器：t设〉-20℃~200℃高温容器：碳钢350℃合金钢420℃奥氏体不锈钢550℃中温容器介于常温和高温之间低温容器t设≤-20℃（-20℃~-40℃为浅冷设备，-40℃以下为深冷设备）乙烯装置：低温设备较多。齐鲁化肥资源优化装置：甲醇洗部分设备是低温容器；变换部分是高温容器。岳阳煤汽化装置：低温甲醇洗部分设备是低温容器；变换部分是高温容器。福建IGCC项目：低温甲醇洗部分设备是低温容器；变换部分是高温容器。e，按材料分类碳钢容器低合金钢容器奥氏体不锈钢容器（含不锈钢复合钢制容器）铝制、钛制、镍铜合金及镍基合金制容器非金属容器（塑料、玻璃钢、石墨等）f，受《容规》管辖的压力容器和分类由于压力容器涉及生命安全、危险性较大，因此为了保证压力容器的安全运行，保证人民生命和财产的安全，我国国家质量技术监督局在1999年颁布了《压力容器安全技术监察规程》，今年（2009年）国家质量监督检验检疫总局即将颁布新的TSGR0004《固定式压力容器安全技术监察规程》。(以上简称《容规》)a）《固定式压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备下列压力容器：○1工作压力大于或等于0.1MPa（表压）；○2工作压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa·L；○3盛装戒指为气体、液化气体或者最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。b)压力容器的分类对于受《容规》管辖的压力容器，根据介质特性（毒性程度、易燃介质；，液化气体等）、设计压力和容积分为三个类别。注：1，介质毒性程度和易燃介质的划分按国家标准GB5044-1985《职业性接触毒物危害程度分级》、HG20660《压力容器化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》的规定。2，这里应注意并不是所有的压力容器都在《压力容器安全技术监察规程》的管辖范围内。54.典型的静设备简介a).塔设备（或称塔式容器）塔设备是石油化工装置中重要的单元操作设备。通过气液接触达到传质、传热目的，如精馏萃取、吸收、解吸等。但并不是所有塔设备的作用仅是物理过程，也有化学反应过程，如加氢反应器、变化炉等。塔设备无论投资费用还是所消耗的钢材在整个静设备中所中占比例相当高。（投资占25%左右，催化裂化重量占49%左右）1).塔器的一般构造塔器是由塔体（封头、筒体、塔内件、接管、人手孔）和裙座以及外部附件（梯子、平台、吊柱）等组成。6782).塔设备的分类⑴按操作压力分—常压塔、加压塔、减压塔⑵按单元操作分—精馏塔、反应塔、解吸塔、萃取塔、干燥塔等⑶按内件结构分—填料塔、板式塔3).板式塔的结构板式塔分类⑴浮阀塔⑵泡罩塔⑶筛板塔⑷高效塔盘（舌形塔盘、条形网状塔盘等）。4).填料塔的结构填料床层（填料、支撑格栅板、支承梁）填料：散装填料（陶瓷、金属、塑料）规整填料（金属波纹板网、塑料）喷淋装置、再分布器等。9b).换热器换热器是不同温度物料之间进行热量传递的设备，其主要作用是维持或改变物料的工作温度和相态，满足工艺操作要求、提高过程能量利用效率进行余热回收等。换热器在炼油、化工装置中占总设备量和设备投资的40%左右。在换热器设备中，管壳式换热器又是应用最为广泛、使用量最大的换热器型式。管壳式换热器1).固定管板式换热器（AEM型）结构组成：管程—管箱（壳体、封头、分程隔板、法兰、接管等），换热管。壳程—壳体、管板、折流板、防冲板，接管、支座等。特点：1.结构简单、制造成本较低；2.排管数比浮头式、U形管式要多；3．不能抽管束（抽芯），无法进行机械清洗，只可清洗换热管内；4.不适用大温差的场合；5.因不能单独更换管束，所以维修成本高。2).浮头式换热器（AES型）10结构组成：管箱—壳体、封头、分程隔板、法兰、接管等。管束—固定管板、换热管、折流板、浮动管板、浮头盖和勾圈法兰。壳程—壳体、法兰、接管、防冲板、外头盖、支座等。特点：1.可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行机械清洗，适用于易结焦及堵塞的工况；2.浮头型式可自由浮动，无须考虑温差应力，可用于大温差的场合；3.浮头结构复杂，影响排管数，浮头密封面发生泄漏时，很难采取措施；4.压力试验时的试压胎具复杂。3).U形管式换热器（AIU型）结构组成：管箱—壳体、封头、分程隔板、法兰、接管等。管束—固定管板、换热管、折流板。壳程—壳体、封头、法兰、接管、防冲板、支座等。U形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器，特点如下：1.U形换热管的管束可以自由浮动，无须考虑温差应力，可用于大温差场合；2．只有一块管板，法兰数量少，故结构简单、泄漏点少；3.可以抽清芯清洗；4.由于U形管的最小弯曲半径的限制，分程间距宽排管略少；5.当管内流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。6.由于换热管是U形的，管内清洗困难，故管内介质宜是清洁且不易结垢的物料。11c).一般立式、卧式容器1)立式容器（支腿式）122)．卧式容器13d)高压、高温容器1).氨合成塔142)高压换热器3)变换炉15e).储存容器1)球形储罐特点：球罐与圆筒形容器相比具有以下特点：1）球罐的表面积最小，即在相同容积下球罐所需钢材面积最小。2）在相同压力和直径下球壳的薄膜应力仅为相同厚度的圆筒体容器的环向应力的一半，因此球罐的承载能力比圆筒形容器大一倍。。3）由于容积大，需制造厂予压成形球壳板，在现场组焊，安装难度大。用途：用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、氮气、氢气、丙烯、乙烯、城市煤气等。GB/T17261《钢制球形储罐型式与基本参数》公称容积m3200400650100015002000球壳直径mm7100920010700123001420015700公称容积m33000400050006000800010000球壳直径mm180001970021200226002480026800162)大型储罐(1).分类、用途和特点：固定顶（锥顶、拱顶）储罐—储存油品、液体化学品等。浮顶（外浮顶罐）储罐—储存原油、汽油、溶剂油和需控制蒸发损耗及大气污染、或有着火灾危险的液体化学品。内浮顶储罐—与浮顶储罐比较有如下特点：○1具有很好的隔热效果（固定顶盖、固定顶与内浮盘之间的气相层）和密封效果，可进一步降低蒸发损耗。○2由于有固定顶，可有效防止风沙、雨雪、灰尘污染储液。○3内浮盘无雨雪载荷，无中央排水管、旋转浮梯等附件，结构简单、轻便，易于施工和维修。因此，特别适用于储存高级汽油、飞机燃料（如航空煤油等）及有毒易污染的液体化学品。17(2).基本系列参数○1固定顶储罐基本系列参数公称容积m3100200300400500600700800储罐内径mm5200655075008250892095001020010500罐壁高度mm520065507500825089209315942510165公称容积m310001500200030005000100002000030000储罐内径mm1150013500157801890023700310004200044000罐壁高度mm1065011500113701176012530145801700020600○2浮顶储罐基本系列参数公称容积m3100020003000500010000储罐内径mm1200014500165002200028500罐壁高度mm952012690142701450015850公称容积m320000300005000010×104储罐内径mm40500460006000080000罐壁高度mm15880193501938021800○3内浮顶储罐基本系列参数公称容积m3100200300400500600700800储罐内径mm450055006500750082009000920010000罐壁高度mm785010260106501065011000110001250012000公称容积m310001500200030005000100002000030000储罐内径mm1150013000145001700021000300004200044000罐壁高度mm1200013500143501585016500165001750022000185，容器（压力容器、常压容器）常用的材料5.1材料基本常识和基本概念5.1.1材料分类材料分为金属和非金属两大类。1）金属材料可分为黑色金属（铁基金属）和有色金属（非铁基金属）。黑色金属——钢、铸钢、铸铁等。有色金属——除钢、铁材料外，其余的金属材料。（亦称非铁基金属）如铝、铜、钛，镍及其合金。2）非金属材料：常用的非金属材料有橡胶、塑料、陶瓷、石墨、搪玻璃（搪瓷）等。5.1.2钢材分类我国常用的钢材分类方法有五种1)按化学成份分类碳素钢、合金钢(低合金钢、中合金钢、高合金钢)2)按品质分类普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。3)按热处理状态分类退火状态钢、正火状态钢、固溶状态钢、调质钢等。4)按冶炼方法分类按炉型（平炉钢、氧气转炉钢、电炉钢）按脱氧程度（镇静钢、半镇静钢和沸腾钢等）注：钢在冶炼时，加入足够的强氧化剂（Si、Al）使钢水脱氧良好，在凝固时不产生CO气泡，钢水保持平静，这样生产的钢称为镇静钢；反之如果脱氧不完全（控制氧化剂的含量），是钢水中残留一定量的氧气，在凝固过程中形成的CO气泡逸出而产生剧烈地沸腾，这样生产的钢称为沸腾钢，沸腾钢因含氧量高，成分偏析大、内部杂质多、抗腐蚀性和机械性能差，且容易发生时效和钢板的分层，因此不可用作压力容器的受压元件和重要的非受压元19件。半镇静钢则属于镇静钢和沸腾钢之间的钢种。5)按用途分类建筑用钢、工具钢、特殊性能钢、压力容器用钢等等。我国压力容器用钢，在GB150中按所引用的钢材标准分为碳素钢、低合金钢（包括低合金高强度钢、低温用钢、中温抗氢钢和低合金耐蚀钢）和高合金钢（不锈钢和耐热钢）5.1.3碳素钢（简称碳钢）1)碳钢是指含碳量大于0.05%而小于2.05%的铁碳合金，内含≤1.2%的Mn，少量的Si、Al等元素。2)按含C量（或称