1、1化工基础知识培训教材一、阀门管道(一)阀门阀门是介质流通或压力系统中的一种设施,它用来调节介质的流量或压力。其功能包括切断或接通介质,控制流量,改变流量,改变介质流向,防止介质回流,控制压力或泄放压力。1、 阀门分类依照阀门的用途和作用来分,可分为:切断阀类(其作用是接通和截断管路内的介质,如球阀、闸阀、截止阀、蝶阀和隔膜阀) ;调节阀类(其作用是用来调节介质的流量、压力的参数,如调节阀、节流阀和减压阀等) ;止回阀类(其作用是防止管路中介质倒流,如止回阀和底阀) ;分流阀类(其作用是用来分配、分离或混合管路中的介质,如分配阀、疏水阀等) ;安全阀类依驱动形式来分,可分为:手动阀;动力驱动阀
2、(如电动阀、气动阀) ;自动类(此类不手须外力驱动,而利用介质本身的能量来使阀门动作,如止回阀、安全阀、自力式减压阀和疏水阀等)依公称压力分类可分为:真空阀门(工作压力低于标准大气压) ;低压阀门(公称压力小于或等于 1.6Mp);中压阀门(公称压力为 2.5MPA、4.0MPA、6.4MPA) ;高压阀门(公称压力 10MPA80MPA) ;超高压阀门(大于 100MPA)按温度等级分类可分为:超低温阀门(工作温度低于80) ;低温阀门(工作温度介于4080) ;常温阀门(工作温度高于40,而低于或等于 120) ;中温阀门(工作温度高于 120,而低于 450) ;高温阀门(工作温度高于
3、450)通常分类法是按照既考虑工作原理和作用,又考虑阀门结构,此为国内通常分类法,可分为:闸阀;蝶阀;截止阀;止回阀;旋塞阀;球阀;夹管阀;隔膜阀;柱塞阀等。2、各种阀门的优缺点:闸阀:闸阀是指关闭件(闸板)沿通道轴线的垂直方向移动的阀门,在管路上主要作为切断介质用,即全开或全关使用。一般,闸阀不可作为调节流量使用。它可以适用低温压也可以适用于高温高压,并可根据阀门的不同材质。但闸阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中。优点:流体阻力小;启、闭所需力矩较小;可以使用在介质向两方向流动的环网管路上,也就是说介质的流向不受限制;全开时,密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小;形体结构比较简单,制造工艺性较好
4、;结构长度比较短。2缺点:外形尺寸和开启高度较大,所需安装的空间亦较大;在启闭过程中,密封面相对摩擦,摩损较大,甚至要在高温时容易引起擦伤现象;一般闸阀都有两个密封面,给给加工、研磨和维修增加了一些困难;启闭时间长。蝶阀:蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转 90左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。优点:结构简单,体积小,重量轻,耗材省,别用于大口径阀门中;启闭迅速,流阻小;可用于带悬浮固体颗粒的介质,依据密封面的强度也可用于粉状和颗粒状介质。可适用于通风除尘管路的双向启闭及调节,广泛用于冶金、轻工、电力、石油化工系统的煤气管道及水道等。缺点:流量调节范围不大,当开启达 30%时,流量就将进 9
5、5%以上。由于蝶阀的结构和密封材料的限制,不宜用于高温、高压的管路系统中。一般工作温度在 300以下,PN40 以下。密封性能相对于球阀、截止阀较差,故用于密封要求不是很高的地方。球阀:是由旋塞阀演变而来,它的启闭件是一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转90实现开启和关闭的目的。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向,设计成 V 形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。优点:具有最低的流阻(实际为 0) ;因在工作时不会卡住(在无润滑剂时) ,故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中;在较大的压力和温度范围内,能实现完全密封;可实现快速启闭,某些结构的启闭时间仅为 0.050.1s,以保
6、证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时,操作无冲击。球形关闭件能在边界位置上自动定位;工作介质在双面上密封可靠;在全开和全闭时,球体和阀座的密封面与介质隔离,因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀;结构紧凑、重量轻,可以认为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构;阀体对称,尤其是焊接阀体结构,能很好地承受来自管道的应力;关闭件能承受关闭时的高压差。全焊接阀体的球阀,可以直埋于地下,使阀门内件不受浸蚀,最高使用寿命可达 30 年,是石油、天然气管线最理想的阀门。缺点:因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯,它对几乎所有的化学物质都有是惰性的,且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温
7、度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性,包括较高的膨胀系数,对冷流的敏感性和不良的热传导性,要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以,当密封材料变硬时,密封的可靠性就受到破坏。而且,聚四氟乙烯的耐温等级较低,只能在小于 180情况下使用。超过此温度,密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下,一般只会在 120不使用。它的调节性能相对于截止阀要差一些,尤其是气动阀(或电动阀) 。截止阀:是指关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门。根据阀瓣的这种移动形式,阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短,而且具有非常可靠的切断功能,又由于阀
8、座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系,非常适合于对流量的调节。因此,这种类型的阀门非常迁合作为切断或调节以及节流用。优点:在开启和关闭过程中,由于阀瓣与阀体密封面间的磨擦力比闸阀小,因而耐磨。开启高度一般仅为阀座通道的 1/4,因此比闸阀小得多;通常在阀体和阀瓣上3只有一个密封面,因而制造工艺性比较好,便于维修。由于其填料一般为石棉与石墨的混合物,故耐温等级较高。一般蒸汽阀门都用截止阀。缺点:由于介质通过阀门的流动方向发生了变化,因此截止阀的最小流阻也较高于大多数其他类型的阀门;由于行程较长,开启速度较球阀慢。旋塞阀:是指关闭件成柱塞形的旋转阀,通过 90的旋转使阀塞上的通道口与阀体上的通道口
9、相通或分开,实现开启或关闭的一种阀门。阀塞的形状可成圆柱形或圆锥形。其原理与球阀基本相似,球阀是在旋塞阀的基础上发展起来的,其主要用于油田开采,同时也用于石油化工。隔膜阀:是指在阀体和阀盖内装有一挠性膜或组合隔膜,其关闭件是与隔膜相连接的一种压缩装置。阀痤可以堰形,也可以是直通流道的管壁。优点:操纵机构与介质通路隔开,不但保证了工作介质的纯净,同时也防止管路中介质冲击操纵机构工作部件的可能性,阀杆处不需要采用任何形式的单独密封,除非在控制有害介质中作这安全设施使用;由于工作介质接触的仅仅是隔膜和阀体,二者均可以采用多种不同的材料,因此该阀能理想控制多种工作介质,尤其适合带有化学腐蚀或悬浮颗粒的
10、介质。结构简单,只由阀体、隔膜和阀盖组合件三个部件构成。该阀易于快速拆卸和维修,更换隔膜可以在现场及短时间内完成。缺点:由于受阀体衬里工艺和隔膜制造工艺和限制,较大的阀体衬里和较大的隔膜制造工艺都很难,故隔膜不宜用于较大的管径,一般应用在 DN200mm 以下的管路上。由于受隔膜材料的限制,隔膜阀适用于低压及温度不高的场合。一般不超过 180;调节性能相对较差,只在小范围内调节(一般在关闭至 2/3 开度时,可用于流量调节) 。安全阀:是指在受压容器、设备或管路上,作为超压保护装置。当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时,阀门自动开启,继而全量排放,以防止设备、容器或管路和压力继续升高;当
11、压力降低到规定值时,阀门应自动及时关闭,从而保护设备、容器或管路的安全运行。蒸汽疏水阀:在输送蒸汽、压缩空气等介质中,会有一些冷凝水形成,为了保证装置的工作效率和安全运转,就应及时排放这些无用且有害的介质,以保证装置的消耗和使用。它有以下作用:能迅速排除产生的凝结水;防止蒸汽泄露;排除空气及其他不凝性气体。减压阀:是通过调节,将进口压力减至某一需要的出口压力,并依靠介质本身的能量,使出口压力自动保持稳定的阀门。止回阀:又称逆流阀、逆止阀、背压阀和单向阀。这些阀门是靠管路中介质本身的流动产生的力自动开启和关闭的,属于一种自动阀门。止回阀用于管路系统,其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反
12、转,以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。主要可分为旋启式(依重心旋转)与升降式(沿轴线移动) 。43、流量系数的定义:A、C:在阀门全开情况下,温度为 540的水,阀两端压差为 1kgf/cm2时,每小时流经阀的体积(以 m3表示) 。C 是流量系数的通用符号,我国过去长期使用。B、Kv:在阀门全开情况下,温度为 540的水,阀两端压差为 100KPA 时,每小时流经阀的体积(以 m3表示) 。Kv=1.01C,目前我国推荐使用。C、Cv:在阀门全开情况下,温度为 15(华氏 60 度)的水,阀两端压差为1lb/in2时每小时流经阀的体积
13、(以 m3表示) 。Cv=1.167C(二)材料:分为金属材料与非金属材料1 金属材料:一般可分为黑色金属(铸铁、钢等)和有色金属(铜、铝) 。金属材料具有强度、硬度、冲击韧性等机械性能。金属材料是由各种元素组成的。我们主要用的是黑色金属铁、钢、合金钢。含碳量在 0.1%2%范围的铁碳合金称为钢(俗称熟铁) ,含碳量2%称为铸铁(俗称生铁) 。钢中除含有铁和碳外,还有硅(Si) 、锰(Mn) 、磷(P) 、硫(S)等元素。钢按化学成分不同可分为碳素钢和合金钢;按用途不同可分为结构钢、工具钢和特殊性钢;按质量优劣(含磷、硫杂质的多少)可分为普通钢、优质钢和高级优质钢;不锈钢是指铬的百分数大于 1
14、2%的铁碳合金。按组织形态可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。从钢的牌号可看出钢的特性(化学成分、质量和型号) ,例如常用的A3 表示普通碳素钢中甲类第一流种钢;又如 1Cr18Ni9 不锈钢,其化学成分含量为碳0.10%、铬 18%、镍 9%,它在冷磷酸、稀硝酸中很有耐腐蚀性。在这类钢中加入少量钛(不足 1%) ,就可变为 1Cr18Ni9Ti,可进一步提高耐腐蚀能力,若再加入少量的钼(2%3%) ,即可变为 1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti,能显著地提高不锈钢在尿素、稀硫酸等介质中的化学稳定性。2 非金属材料:分为无机非金属材料和有机非金属材料。一般我
15、们用的是有机非金属材料中的塑料和橡胶。常用的塑料是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯。聚氯乙烯的耐腐蚀性能尚可,但不耐有机溶剂。一般使用温度不超过 50,但其较高的强度、和良好的焊接成型性能,是化工防腐中应用最广,用量最大的一种材料。聚乙烯的耐腐蚀性能与聚氯乙烯相比要好一些,主要体现在除耐其它腐蚀外,还几乎不溶于任何有机溶剂,在甲酸、氢氟酸介质中的耐腐蚀性也优于聚氯乙烯。但聚乙烯的环境应力开裂现象较严重,在较低应力或应变下,浸在某些介质中会发生突然开裂,另外室温脂肪烃、卤代烃和芳香烃等到能使其发生溶胀。聚丙烯是目前商品塑料中最轻的一种,一般为 0.9,与聚氯乙烯相比,它的优点是具有较高的使用
16、温度,缺点是线膨胀系数大、弹性模数小、成型收缩率大、低温下的脆性大。它的耐腐蚀性能优良,但对于强氧化剂如浓硝酸、发烟硫酸、氯磺酸等在常温下也不能使用。常温下,几乎所有的有机溶剂均不能溶解聚丙烯,但某些氯代烃、芳香烃和高沸点脂肪烃能使聚丙烯发生溶胀,而且随着温度的上升,其溶胀度和溶解度也增加。聚四氟乙烯是氟塑料的一种,其耐腐蚀性能超过现有的一切工程塑料,有塑料王之称,几乎任何浓度的强酸、强碱、强氧化剂和溶剂,即使在高温下也对它不起作用。只有熔融碱金属或它的氨溶液、三氟化氯及元素氟会对它发生作用,但也只有在高温下才明显地表5现出来。聚四氟乙烯的长期使用温度在 180左右。它的主要缺点是成型加工困难
17、。(三)管道类型:1、管子的分类(1)按用途、材质、形状分类管子是管道工程的主体材料,其品种、型号、规格繁多,一般可按用途、材质和形状进行分类。(a)按用途分类,可分为流体输送用、传热用、结构用和其他用等。(b)按材质分类,可分为金属管和非金属管。(c)按形状分类,可分为套管、翅片管、各种衬里管等。(2)常用分类方法A、按用途分类依据用途不同可分为输送用、传热用、结构用和特殊用管子,详见下表。输送用及传热用 流体输送用,长输管道用,石油裂化用,化肥用,锅炉用,换热器用等结构用 普通结构用,高强结构用,机械结构用等特殊用 钻井用,高压气体容器用等B、按材质分类管子按材质可分为金属管和非金属管,金
18、属管又可分为黑色金属管和有色金属管。管子按材质分类详见下表.大分类 中分类 小分类 管子名称举例铁管 铸铁管 承压铸铁管(砂型离心铸铁管,连续铸铁管)碳素钢管 焊接钢管,钢无缝钢管,优质碳素钢无缝钢管低合金钢管 无缝钢管,低温钢无缝钢管钢管合金钢管 奥氏体不锈钢管,耐热钢无缝钢管铜及铜合金管耐蚀耐热镍基合金,拉制及挤制黄铜管,紫铜管,铜基合金管(蒙乃尔等)铅管 铅管,铅锑合金管铝管 冷拉铝及铝合金管,热挤压铝及铝合金圆管金属管有色金属管钛管 钛管及钛合金管橡胶管 输气胶管,输水吸水胶管,输油,吸油胶管,蒸汽胶管塑料管酚醛塑料管,耐酸酚醛塑料管,硬聚氯乙烯管,高、低密度聚乙稀管,聚丙烯管,聚四氟
19、乙烯管,ABS管,PVC/FRP复合管,高压聚乙烯管石棉水泥管石墨管 不透性石墨管玻璃陶瓷管 化工陶瓷管(耐酸陶、耐酸耐温陶、工业瓷管)非金属管玻璃钢管 聚酯玻璃钢管,环氧玻璃钢管,酚醛玻璃钢管,呋喃玻6璃钢管衬里管 橡胶衬里管,钢塑复合管,涂塑钢管2、钢管的尺寸系列我国目前还没有配管用钢管尺寸系列(公称直径、外径、壁厚)的国家标准,只有钢管的生产标准尺寸系列(只有外径、壁厚两个系列),而现行配管用钢管的行业标准除了公称直径外,外径系列、壁厚系列不完全相同。(1)钢管的公称直径(DN)系列公称直径(DN)是用以表示管道系统中除用外径表示的组成件以外的所有组成件通用的一个尺寸数字。在一般情况下,
20、是一个完整的数字,与组成件的真实尺寸接近,但不相等。国际上通常把钢管的公称尺寸称为公称直径,而不称为公称通径,主要是因为对于直径350(14”)的管子的公称直径是指其外径而不是其内径。但对于螺纹连接的管子及管件,因其内径往往与公称直径接近,亦可称为公称通径。(2)钢管的外径系列根据钢管生产工艺的特点,钢管产品是按外径和壁厚系列组织的。目前世界各国的钢管尺寸系列尚不统一,各国都有各自的钢管尺寸系列标准,在世界各国的钢管外径尺寸系列中,我国、日本、德国和国际标准化组织等用mm表示外径尺寸,美国则有公制和英制两种表示方法,分别用mm和in表示外径尺寸。3、非金属管和衬里管石油化工管道中常用的非金属管
21、和衬里管主要有聚氯乙烯管(PVC管)、聚乙烯(PE)、聚丙烯管(PP)、玻璃钢管(FRP管)、聚氯乙烯/玻璃钢复合管(PVC/FRP复合管)、聚丙烯/玻璃钢复合管(PP/FRC复合管)、不透性石墨管、各种衬里管(如衬里为PVC、PE、PP、聚四氟乙烯、橡胶、搪瓷、玻璃、陶瓷、刚玉等)、涂塑钢管以及钢塑复合管。设计选用时应根据所输送介质的腐蚀、磨蚀情况以及电绝缘、阻力降等要求选用适当的材料和型式的管材。设计选用衬里管时,要注意对基管的规格尺寸的要求,尽量选用标准的石油化工配管用钢管作为基管。上述各种非金属管和衬里管的耐腐蚀性能、物理性能以及规格尺寸、偏差等可从相关的设计资料、设计手册查找。由于非
22、金属管和衬里管的标准化程度不如钢管高,使用时要注意各制造厂在制造工艺、规格尺寸、各种性能等方面的差异。以下简要介绍其中几种管子。(1)聚氯乙烯管(PVC管)。聚氯乙烯管(通常称为PVC管)广泛用于石油化工、污水、造船和矿山等领域,具有良好的耐腐蚀性能、机加工性能、力学性能。在石油化工方面,PVC管主要用于输送某些腐蚀性流体,不宜用于输送可燃、剧毒和含有固体颗粒的流体。PVC管低于下限温度使用时容易开裂,高于上限温度使用时软化。采用承插粘接连接方式的挤压成型的硬聚氯乙烯管的使用压力较高。硬聚氯乙烯管的聚氯乙烯单体含量及稳定剂中的铅、镉等有害物质超过标准时对环境7和人身健康有害。(2)玻璃钢管(F
23、RP管)玻璃钢管是将浸有树脂基体的纤维增强材料,按照特定的工艺条件逐层缠绕到芯模上并进行固化而制成的。管壁是一种层状结构。通过改变树脂或使用不同的增强材料来调整玻璃钢的各项物理、化学性能,以适应不同介质和工况的要求;能过改变结构层厚度和缠绕角来调整管体的承载能力。(3)聚丙烯玻璃钢复合管(PVCFRP复合管)聚丙烯管表面经特殊处理后与热固性玻璃钢牢固地结合成整体,形成独特的聚丙烯.玻璃钢复合管结构,兼有聚丙烯轻质、耐腐蚀、耐热、无毒无污染的特点,有发挥玻璃钢高强度的优点,显著地提高聚丙烯管抗热、耐压、耐腐蚀等级,普遍适由于石油化工、化纤、农药、化肥、染料、制药、电子、机械、冶炼、轻工食品等工业
24、,取代不锈钢管和其他有色金属管材和制品。(4)不透性石墨管不透性石墨是唯一的一种既耐腐蚀又有高的导热、导电性能的非金属材料,常用于石油化工换热设备、氯化氢合成炉、机泵和管子及其组成件。石墨材料有天然石墨和人造石墨之分。目前使用的石墨多以人造为主。在制造石墨的过程中,由于高温焙烧而逸出挥发物以致形成很多微细的孔隙,因此要使之用于制造石油化工设备和管子及其组成件,则必须用适当的方法填充孔隙而使其成为不透性石墨;不透性石墨管大致有压型不透性石墨管和浸渍类不透性石墨管两种。压型不透性石墨管以石墨粉为填充剂、合成树脂为粘结剂,经混合后于高压下成型,浸渍类不透性石墨管使用各种浸渍剂填充入造电极石墨的孔隙制
25、成的。填充不同浸渍剂的不透性石墨管具有不同的性能。(5)衬里管衬里管的和要目的是防腐、电绝缘、减少流体阻力、增加耐磨性能、防止金属离子的混入和污染。所谓衬里是指根据使用介质和工况的不同,在光管里面或外面粘敷不同的材料和涂塑。衬里管的制作多采用粘敷、喷涂、镶嵌、真空注塑的方法,还有一种是通过冷拔形成外管为钢管内管为塑料管的钢塑复合管的方法。管件4、管件在管系中起着改变走向、改变标高或改变直径、封闭管端以及由主管上引出支管的作用。在石油化工装置中管道品种多,管系复杂、形状各异,简繁不等,所用的管件品种、材质、数量也就很多,选用时需要考虑的因素也复杂。石油化工装置大多采用无缝管件和锻钢管件,少量采用
26、有缝管件。常用材质主要有碳素钢、合金钢、不锈钢;管件的主要品种有弯头(弯管)、异径管、三通、四通、加强管嘴、管帽、螺纹短节等。在满足工艺和管道布置要求的前提下,少用管件不但可以减少一次投资,还能够减少施工及检验费用,因此尽可能减少管件的用量是管件选用的原则之一。本节主要介绍钢制管件,需要选用非金属管件和衬里管件时可从有关的设计手册中查找,由于非金属管件和衬里管件的标准化程度不如钢制管件高,使用时要注意各制造厂在8制造工艺、规格尺寸、各种性能等方面的差异。用途 管件名称直管与直管连接 活接头、管箍改变走向 弯头、弯管分支 三通、四通、承插焊管接头、螺纹管接头、加强管接头,管箍、管嘴改变管径 异径
27、管(大小头)、异径短节、异径管箍、内外丝封闭管端 管帽、丝堵其它 螺纹短节、翻边管接头等5、法兰与法兰盖法兰种类和适用条件管道法兰按与管子的连接方式分成以下五种基本类型:螺纹、平焊、对焊、承插焊和松套法兰,见图。螺纹法兰的特点是管子与法兰之间用螺纹连接,在法兰内孔加工螺纹,将带螺纹的管子旋合进去,不必焊接。因而,具有方便安装、方便检修的特点。螺纹法兰有两种,一种如上图所示,除管子与法兰用螺纹连接外,其他均与平焊法兰一样,这种螺纹法兰公称压力较低,一般用在镀锌钢管等不宜焊接的场合,温度反复波动或高于260和低于-45的管道也不宜使用。另一种用于高压工况,利用带外螺纹,并加工成一定形状密封面的两个
28、管端配透镜垫加以密封。这种法兰以往多用于合成氨生产。此外,在任何可能发生裂隙腐蚀、严重浸蚀或有循环荷载的管道上,应避免使用螺纹法兰。平焊法兰系将管子插入法兰内孔中进行正面和背面焊接,具有容易对中,价格便宜等特点。这种法兰也有两种。一种是板式平焊法兰,这种法兰刚性较差,焊接时易引起法兰面变形,甚至在螺栓力作用下法兰也会变形,引起密封面转角而导致泄漏,因而一般用于压力温度较低,相对不太重要的管道上,石化工业中一般规定只宜用于PN1.0PMa的水、低压蒸汽和空气管道上。另一种是带颈平焊法兰,这种法兰的短颈使法兰刚度和其承载能力大有提高。法兰本身的制造工艺比对焊法兰要简单,与管子连接的焊接与板式平焊法
29、兰一样为角焊缝结构,施工比较简单省事,带颈平焊法兰的公称压力等级、由低到高,范围9较广,完全适用于过去国内习惯使用板式平焊法兰的场合,但在有频繁的大幅度温度循环的管道上不应使用。承插焊法兰与带颈平焊法兰相似,只是将管子插入法兰的承插孔中进行焊接,一般只在法兰背面有一条焊缝。这种法兰公称压力等级范围较大,口径较小,一般用于小口径管道。美国法兰标准不推荐承插焊法兰用于具有热循环或较大温度梯度条件下的高于260和低于-45的管道上。在可能产生裂隙腐蚀或严重浸蚀的管道上也不应使用这种法兰。为避免承插口中法兰与管子的间隙中产生腐蚀,也可在里面再焊上一道,这种内外两面焊的法兰其强度与平焊法兰相同,抗疲劳性
30、则比平焊法兰要好。对焊法兰,这种法兰系将法兰焊颈端与管子焊接端加工成一定形式的焊接坡口后直接焊接,施工比较方便。由于法兰与管子焊接处有一段圆滑过渡的高颈,法兰颈部厚度逐渐过渡到管壁厚度,降低了结构的不连续性,法兰强度高,承载条件好,适用于压力温度波动幅度大或高温、高压和低温管道,石化工业中工艺管道大多采用这种对焊法兰。松套法,常见的松套法兰一般与翻边短节组合使用,即将法兰圈松套在翻边短节外,管子与翻边短节对焊连接,法兰密封面(凹凸面、榫槽面除外)加工在翻边短节上。此外,还有平焊环和对焊环板式松套法兰。平焊环为将管子插入平焊环内焊住;对焊环为管子与对焊环对接焊住。环上可加工各种密封面,法兰圈则松
31、套在管外,这种焊环式松套法兰在石化管道上很少使用。松套法兰的优点是法兰本身可旋转,易于对准螺栓孔,安装方便,适用于需要频繁拆卸进行清洗和拆卸的管道上。另外由于法兰本身不与介质相接触,只要求翻边短节或焊环与管材一致,法兰本体的材质完全可与管材不同,因而尤其适用于腐蚀性介质管道上,可以节省不锈钢,有色金属等贵重耐腐蚀材料。法兰盖又称盲法兰。设备、机泵上不需接出管道的管嘴,一般用法兰盖封死,而在管道上主要用于管道端部作封头用。为了与法兰匹配,基本上有一种法兰就有相应的法兰盖。大小法兰也叫异径法兰,除接管口径外,法兰的尺寸为两口径中较大口径的标准平焊法兰尺寸,只是接管口径,比该法兰的正常口径要小,这种
32、法兰一般不推荐使用,只有当设备、机泵管嘴口径大于所要连接的管子,且安装尺寸又不允许装大小头或装几个大小头显得很不合理时才选用大小兰法。目前大小法兰仅限于 PN2.5PMa 且只有原石油部有此标准。6、螺栓、螺母螺栓、螺母的作有是把两个构件联接在一起,为机械、设备经常使用的一种可拆卸零部件。螺栓、螺母品种很多,本节仅讨论紧固管法兰用的螺栓和螺母。这种螺栓的直径、长度和数量均由法兰要求确定。7、垫片泄漏是管法兰的主要失效形式,与密封结构形式、被连接件的刚度、密封件的性能、操作和安装等许多因素有关。垫片是法兰连接的主要密封件,因而正确选用垫片,也是保证法兰连接不泄漏的关键。管法兰用垫片有非金属垫片、
33、半金属垫片和金属垫片。非金屑垫片顾名思义完全由非金属材料制作而成,一般以石棉橡胶和聚四氟乙烯等为主。半金属垫片由金属材料和非金属材料共同组合而成,金属垫片则全部由金属材料制作。石化工业管法兰最广泛使用的非金属垫片为橡胶石棉垫片。这种垫片大多用于工作压力和工作温度均较低的公用工程管道上。工作压力较低,工作温度不高的油品管道,可使用耐油橡胶石棉垫。聚四氟乙烯包覆垫为另一种被采用的非金属垫片,一般用于工作压力2MPa,工作温度15 0的化学介质管道上。半金属垫片中最被大量采用的为缠绕垫。这种垫片适用的压力、温度范围较广,大多用在中高压场合,基本上已取代以前使用过的金属包垫片。柔性石墨复合垫片是近年推
34、出10的一种半金属垫片,它可作为石棉橡胶垫与缠绕垫之间的一种过渡。波齿复合垫片为又一种金属一膨胀石墨复合垫片,这种半金属垫片已在石化、电力等部门推广应用。金属垫片中大量被采用的为八角形或椭圆形环垫,主要用于高压高温管道。波形、齿形金属垫以往用于中、高压压力管道,目前基本上可用缠绕垫、复合垫取代。石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片有适宜的弹性,耐热性能尚好,对大多数化学介质有较好的耐蚀性。耐油橡胶石棉垫能耐油品的浸蚀。这类垫片制造方便,价格便宜,是石化工业广泛使用的非金属垫片,由于石棉纤维中存在微小孔隙,存有结晶水和吸咐水,强度随温度升高而降低,因而实际使用压力与使用温度有关。缠绕式垫片缠绕式垫片简称缠绕
35、垫,是一种金属与非金属的组合垫片。垫片主体由5形或*形金属带填加不同非金属填料用缠绕机螺旋绕制而成。这种垫片兼有金属的优良回弹能力、耐热性和非金属材料的柔软性,并具有多道密封作用,是半金属垫片较为理想的一种。因而,在石化工业管道上被广泛应用。缠绕垫分为基本型、带外环型、带内环型和带内、外环型四种。缠绕垫厚度大多为4.5mm,选用其他厚度时应专门注明。榫槽面法兰只能选用基本型缠绕垫、凸台面、凹凸面法兰也可采用基本型,但一般不用。缠绕垫的金属制内外环本身均不起密封作用,但能加强垫片主体和准确定位,内环的作用为限制垫片本体压缩量,防止“过压”,所谓过压即垫片在使用过程中承受轴向压力时,随着压紧力的增
36、大,本体内径将逐渐缩小,这种缩小不可能在本体内径圆周上每一点均匀收缩,必然有一点或几点过压而失稳,导致密封失效,内环可防止失稳,提高垫片可靠性。外环的作用除用于安装对中外,可限制垫片本体的压缩量,防止过压。另外垫片在使用过程中承受轴向压力,本体外径钢带将产生圆周方向的张力,过压时外径钢带将产生折断或脱焊,导致密封失效,外环对本体起增强加固作用。通常凹凸面法兰选用带内环的缠绕垫,凸台面法兰选用带外环的缠绕垫,压力较高时选用带内、外环缠绕垫。金属包垫片金属包垫片是另一种半金属垫片。这种垫片系用金属夹套包非金属,兼有金属和非金属垫的特性,密封性能良好。金属夹套材质有软钢、铜材、不锈钢、铅板和特殊合金
37、钢等。柔性石墨复合垫片柔性石墨复合垫片是由冲齿的金属芯板与膨胀石墨粒了复合板材制作的一种石墨增强垫片,它充分利用了柔性石墨的耐高温,耐化学腐蚀、密封性好的特点,又辅以金属芯板提高其机械强度,保持较高的回弹能力。这种垫片可作为石棉橡胶垫片与金属缠绕垫片间的一种过渡垫片,在某些工况中可代替柔性石墨缠绕垫,能减少螺栓力,且不改变密封效果。同时,亦可作为无石棉平垫片使用。金属齿形组合垫片该种垫片由金属齿形环上下两面覆盖柔性石墨或聚四氟乙烯薄板组合而成。由于它分别利用了软性覆层的密封性以及金属强度好,弹性好的优点,并兼有迷宫密封作用,密封效果优于平垫片,且达到同样的密封效果。二、化工用泵11在泵的选择上
38、,要考虑到不同泵的特点。泵的分类按照泵作用于液体的原理分为叶片式和容积式两大类,叶片式泵是由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液体吸入或排出。容积式泵是由泵的活塞或转子在往复或旋转运动产生挤压作用将液体吸入或压出。叶片式泵因泵内叶片结构不同分为离心泵、轴流泵、旋涡泵。容积式泵又分为活塞(柱塞)泵、转子泵。1 离心泵输送温度下液体粘度不大于 650mm2/S,否则泵的效率下降较大。(当粘度大于 650mm2/S时,离心泵的性能下降很大,一般不选用离心泵,但由于离心泵输液无脉动,不须要安全阀且流量调节简单,因此在化工生产中也罢常看到离心泵用于输送粘度达 1000mm2/S 的液体)。流量较大,而
39、扬程相对教低液体中溶解或夹带的气体不大于 5%(体积)液体中含有固体颗粒时,宜选用特殊离心泵(如泥浆泵)要求流量变化大、扬程变化小,宜选用平坦的流量-扬程曲线的离心泵,要求流量变化小、扬程变化大,宜选用陡降的流量-扬程曲线的离心泵。2 容积式泵输送温度下液体粘度大于 650mm2/S,流量较小而扬程相对较高,宜选用往复泵。液体中溶解或夹带的气体允许稍大于 5%(体积)液体需要准确计量时,可选用柱塞式计量泵,液体要求严格不漏时,可选用隔膜计量泵润滑性能差的液体不应选用齿轮泵和三螺杆泵,可选用往复泵。流量较小,温度较低、压力要求稳定的,宜选用转子泵或双螺杆泵。3 根据装置所需流量和扬程,按泵的分类
40、及适用范围初步确定泵的选型,因离心泵结构简单,输液无脉动、流量调节简单,因此除离心泵难以胜任的场合外,尽可能选用离心泵。泵的选型确定后,就可以根据工艺装置参数和介质特性选择泵的系列和材料。然后再根据泵厂提供的样本和有关技术资料确定泵的具体型号(规格)。4 对于特殊介质的输送类型 适用粘度范围 mm2/s离心泵 150叶片式泵旋涡泵 37.512往复泵 850计量泵 800旋转活塞泵 20010000单螺杆泵 10560000双螺杆泵 0.6100000三螺杆泵 21600容积式泵齿轮泵 2200泵输送含气液体时,泵的流量、扬程、效率均有所下降。含气量愈大,效率下降愈快。随着含气量的增加,泵出现
41、额外的噪声、振动,严重时加剧腐蚀或出现断流、断轴现象。为保证泵的运转可靠,可采取措施降低液体内的含气量:5、吸液池的结构型式和泵吸入管的布置应使各并联泵能等量吸入液体,泵吸入量口在吸液池内应具有一定的淹没深度,离池底有一定的悬空高度。6、吸液池的进液管、回流管、废液收集管要远离泵的吸入管口,以免气泡尚未消失时就被泵吸入。同时吸入管不能放在池中央,也不能太靠近池壁,一般要离池壁大于 1。5D,以免产生旋涡或抽空。保证管路接头处密封良好,避免空气漏入。吸入管路布置时应避免形成空气囊的部位。7、输送含固体颗粒的液体时,悬浮在液体中的固体颗粒既不能象液体那样吸收、贮存或传递能量,又不能将动能传递给液体
42、。固体颗粒的存在使泵扬程、效率均较输送清水时低。8、输送易汽化液体,主要考虑易汽化液体的特点对泵的影响:9、1 泵入口压力高10、汽化压力随温度而剧变。11、对泵的轴封要求严,及泵的吸入压力对物料汽化的影响。12、对于输送不允许泄漏的液体,应采用无密封泵(磁力驱动泵和屏蔽泵)或带泄漏收集、报警等装置的机械密封泵。磁力驱动泵与屏蔽泵比较:项目 磁力驱动泵 屏蔽泵隔离套(或屏蔽套)厚度3 倍于屏蔽泵屏蔽套的厚度隔离套(或屏蔽套)破坏的后果介质漏向大气 有第二防泄漏套(电机外壳)可阻止介质漏向大气,但易损坏电机定子效率 稍低 稍高遥控操作 目前没有 可以制造技术和设备 要求较低 要求较高13驱动机
43、标准电机或汽轮机 专用电机噪音 稍大(电机带风扇) 稍小(电机不带风扇)轴向长度 较长 较短联轴器 有联轴器,需对中找正 无联轴器轴承磨损监视器 处于试用阶段 有价格 基本相近 基本相近正常维护检修 易 难功率 KW/温度/压力 MPA良好 良好常压常温、清洁不易汽化的介质一般不适用 有专用型号含固体颗粒的介质一般不适用含固体颗粒稍高的场合,尤其不适用于含铁粒子的场合有专用于含固体颗粒介质的型号(需外部清洗冲洗液)高融点易结晶的介质一般不适用 有专用型号适用范围强腐蚀性介质 良好 不适用(由于屏蔽套的限制)13、对于输送腐蚀性介质应选用耐腐蚀泵,其特点是其过流部分采用耐腐蚀性材料,其余不耐腐蚀
44、的零件,如托架应防止受到腐蚀。密封环(口环)间隙比水泵大些,避免在小流量下工作,以免液体温度升高加剧腐蚀。停车时应及时关闭吸入阀,或采用停车密封以免介质漏出泵体。常用的金属泵,其过流部件的材质有:普通铸铁、高硅铸铁、不锈钢、高合金钢、钛及其合金等,可根据介质特性和温度范围选用不同的材质。高合金钢、钛及其合金的价格高,除万不得已一般应避免选用。金属泵的耐温、耐压及工作稳定性一般优于非金属泵。非金属泵过流部件材质有:聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙烯、F46、氟合金、PVDF、超高分子量聚乙烯、石墨、陶瓷、搪玻璃等。也应根据介质的特性和温度范围选用材质。一般非金属的耐温、耐压一般比金属差。因此常用于流量不大
45、且温度、使用压力较低和场合。三、精馏塔蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。蒸馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此,掌握气液相平衡关系,熟悉各种塔型的操作特性,对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。蒸馏过程按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏是一种不稳态操作,主要应用于批量生产或某些有特殊要求的场合;连续蒸馏为稳态的连续过程,是化工生产常用的方法。蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。简单蒸馏是一种单级蒸馏操作,常以间歇方式进行。平衡蒸馏又称闪蒸,也是一种单级蒸馏操作
46、,常以连续方式进行。简单蒸馏和平衡蒸馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。对于较难分离的体系可采用精馏,用普通精馏不能分离体系则可采用特殊精馏。特殊精馏是在物系中加入第三组分,改变被分离组分的活度系数,增大组分间的相对挥发度,达到有效分离的目的。特殊精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。14精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般说来,当总压强增大时,平衡时气相浓度与液相浓度接近,对分离不利,但对在常压下为气态的混合物,可采用加压精馏;沸点高又是热敏性的混合液,可采用减压精馏。四、反应器前面介绍的塔没备,换热设备都是用来处理传质,传热等物理过程的。在化工厂中,常要进行
47、磺化、硝化、氯化、裂化、聚合以及合成等化学过程,这些过程是以化学反应为主的过程,所用的设备称为反应设备。任何化学工艺过程,产品的得率与纯度,取决于反应过程的生成率与分离的完善,或者说,一个化工厂其产品的数量与质量,取决于反应设备的效能。因此,反应设备的设计,其合理完善的程度,极大地影响着化工产品的数量与质量。所以,反应设备大多是化工生产中的关键设备,例如合成氨生产的氨合成塔,聚乙烯生产的聚合釜,都是该生产中的关键设备。在反应设备中,为了使反应物料能互相接触,必须使反应物混合得充分,为了使反应物达到反应的温度,又须对反应物加热,如果反应是放热的,又须取出反应热,如果反应是吸热的,又须不断补充热量
48、,此外,流体在反应器中流动,必须均匀分布,避免短路与死角,减少压强损失。因此,反应设备除反应过程外,还有传质、传热及流体动力过程,实际上,它是综合各种过程的设备。有人分析认为:发生于反应器的现象可以分解为反应、传质、传热及动量传递,反应器的模型与设计,其基础在于描述上述诸现象的方程式。即反应速度方程,连续性方程及能量和动量方程。有关化学反应的基本概念反应动力学的研究认为 t 化学反应的速率与每种反应物的浓度成比例,即所谓质量作用定律。由这个定律得知,反应速度取决于反应物质分子相碰的或然率:反应物的浓度愈高,这种或然串就愈大,即反应速度愈快。因此,提高反应物的浓度就可以加速反应的进行。在可逆反应
49、中,由反应区域内不断地取出生成物,相对地提高反应物的浓度,也可得到同样的效果,加速化学反应的进行。物质受热后,分子活化能可以提高,所以提度是加快反应速度最有利的因素,提高操作温度可大大地加快过程的进行。对于吸热反应,温度增高,平衡常数也提高,故在实际操作中,尽量使反应在最高允许的温度下进行。但是提高温度尚须考虑可逆反应及副反应的发生,并且对于放热反应,温度增高,平衡常数降低,因此,往往需要控制在最高允许的温度下操作,即适宜的操作温度。所谓适宜的温度。即是在这个温度下,当其他条件相同时,得到最大的产率。反应物在反应器内停留时间愈长,则互相接触的机会愈多,对难反应的物质,接触机会增多,可使反应生成物增多,但停留时间长将会增大反应器的容积,对于易反应物质,反应物在器内停留时间长,将使生成物的浓度增大,相对地降低了反应物的浓度,反丽减少反应物接触的机会,降低反应速度。综上分析,反应器的浓度分布,温度分布和停留时间的分布,对化学反应起着决定性的作用。在单相化学反应中,反应速度主要取决于反应物的浓度和温度,而在多相化学反应(例如加氢化学吸收气液相反应、乙炔法合成氯乙烯气固相反应)中,反应