化工基础知识培训教材

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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（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10MPA—80MPA）；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—40℃~—80℃）；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：①流体阻力小；②启、闭所需力矩较小；③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；④全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小；⑤形体结构比较简单，制造工艺性较好；⑥结构长度比较短。

缺点：①外形尺寸和开启高度较大，所需安装的空间亦较大；②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；③一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；④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：①结构简单，体积小，重量轻，耗材省，别用于大口径阀门中；②启闭迅速，流阻小；③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：①流量调节范围不大，当开启达30%时，流量就将进95%以上。②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。③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：①具有最低的流阻（实际为0）；②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；③在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封；④可实现快速启闭，某些结构的启闭时间仅为0.05~0.1s，以保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。⑤球形关闭件能在边界位置上自动定位；⑥工作介质在双面上密封可靠；⑦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；⑧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；⑨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；⑩关闭件能承受关闭时的高压差。⑾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：①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。②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：①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。②开启高度一般仅为阀座通道的1/4，因此比闸阀小得多；③通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面，因而制造工艺性比较好，便于维修。④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：①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；②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：①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；②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介质。③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：①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DN≤200mm以下的管路上。②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℃；③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：①能迅速排除产生的凝结水；②防止蒸汽泄露；③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）。

3、流量系数的定义：

A、C：在阀门全开情况下，温度为5~40℃的水，阀两端压差为1kgf/cm时，每小

时流经阀的体积（以m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5~40℃的水，阀两端压差为100KPA时，每小

时流经阀的体积（以m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（以m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12%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。①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。②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。③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。④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。 3332

（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。

管子按材质可分为金属管和非金属管，金属管又可分为黑色金属管和有色金属管。管子

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，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和人身健康有害。

（2）玻璃钢管（FRP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（PVC／FRP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，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制

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PN≦1.0PMa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PN≦2.5PMa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、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

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出的一种半金属垫片，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

在泵的选择上，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

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。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：

余不耐腐蚀的零件，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，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。

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，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，反应速度除了上述两个因素外，还与反应物接触表面的大小有关，因为在多相中参加反应的仅是处于反应相表面上的一些分子，表面愈大则接触面亦愈大，反应就进行得愈快。一些不能直接接触起反应的反应物(例如氢、氮气体)，在有催化剂存在的情况下，通过催化剂的接触作用，可以促进反应并加速反应的进行，而不能改变化学平衡。一些反应物质，如反应后生成物的体积比反应物增大时，减压时反应速度有利；反之，反应后生成物体积减少，则加压可以提高反应速度，并且对于气体反应物，压力提高，单位体积的反应物分子数增多，接触碰撞的机会也增多，有利于反应的进行。 五、容器

化工生产过程时采用物理或化学方法将物料转变成所需产品的过程。例如苯丙酮装置中丙酮分离，苯和丙烯经过化学反应变成异丙苯，这些生产过程都在各种化工反设备中进行，如丙酮的分离是在粗丙酮塔和精丙酮塔中进行的，苯和丙烯的化学反应是在反应器中进行的，这些设备尺寸大小不一，形状结构不同，但都有一个外壳，承受一定压力，统称为容器。 六、换热器

换热器是石油、化工生产中应用很广泛的单元设备之一。它在石油。化工建厂总投资中约占20％，在全厂化工设备总重量中约占40％。近年来。随着石油，化工装置的大型化，换热器朝着强化传热、高效紧凑、降低阻力以及防止流体诱导振动等方面发展。随着炼油，化学工业等的迅速发展，换热器的种类繁多，新结构不断出现。

本章主要介绍管壳式换热器，也以一定篇幅介绍板片式、板翅式、螺旋式换热器。任何换热器设备都不可能十全十美的，例如板式换热器等高效换热设备具有体积小、重量轻等优点。虽然管壳式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面均不及板式换热器，但是它

具有结构坚固、承受高温、高压的适应性大，制造工艺较戊熟，材料范围广等独特优点，因此目前它仍然是石油，化工生产中的主要设备。

换热器的设计内容主要包括：工艺尺寸的设计与计算，零部件结构的设计与计算等。前者已在基础化学工程课程中讲述，后者为本章叙述的内容，重点介绍管壳式换热器的结构设计、膨胀节、以及温差应力、流体振动等强度计算，至于其壳体、封头、支座以及法兰等计算都已于第五章论述过，不再重复。 管壳式换热器主要结构类型

管壳式换热器种类很多，根据结构特点的不同可以分为附性结构的和具有温差补偿的两大类。其结构形式见下图。刚性结构的固定管板管壳式换热器的结构如图a所示。其换热管束连接在管板上，管板分别焊在外壳的两端，因此管子、管板和外壳的连接都是刚性的。当管壁与壳壁温度相差较大时，必须设有温差补偿装置。采用具有温差补偿的管壳式换热器，如具有膨胀节的固定管板式、浮头式、填函式以及U形管式等，见图中a、c，d，e所示。 管壳式换热器的主要部件包括前管箱，壳体和管束以及后端结构(简称后管箱)四部 分，详细分类及代号见图所示。

七、冰机

冷冻机：制冷的目的是获得低于环境的温度，而为生产提供工艺所需的冷量。利用冷冻机的结构及工作原理不同可分为活塞式与螺杆式、离心式、吸收式。由于离心式压缩机大都

用在大型制冷系统，并用于压缩大摩尔质量的制冷剂蒸汽，与我行业相去较远。我们主要介绍容积式（活塞式与螺杆式）。其工作原理为：压缩机压缩制冷剂，使之体积迅速减小，压力增加，势能降低，而放出大量的热，通过冷却水使之温度下降。然后通过节流阀，使之由高压区通过低压区，体积迅速增加，从而使之势能增加，温度却急剧下降。从而吸收大量的热，通过载冷剂达到热交换的目的。再由载冷剂进入工艺区，与工艺介质进行热交换。 制冷剂：是指制冷系统中的制冷工质。在低浊温下，由于蒸发而吸收热量；在高温下，经过冷凝而放出热量。由于这个作用，它能使热量从低温处转移至高温处而产生低温。常用的制冷剂有氨、氟利昂。氨（R717）的优点是标准沸腾温度低，在冷凝器和蒸发器中压力适中，单位容积制冷量大，异热系数大，汽化潜热大，节流损失小，有漏气现象时，易被发现，价格低廉。缺点是有毒，有刺激性味道，当有水时对铜及其合金有腐蚀性，与空气混合成一定比例后有爆炸危险。氟利昂（常用是R12—二氯二氟甲烷CF2CL2、R22—一氯二氟甲烷）的优点是无毒，对金属不腐蚀，不易燃烧，不易爆炸，相对分子量大，比热容大，凝固点低。缺点是昂贵，表面传热系数低，单位体积制冷量小，对臭氧层有破坏，易引起温室效应。其中R11、R12、R113等在2030禁用。

载冷剂：是间接传热制冷系统中用以传递冷量的中间介质。理想的载冷剂应具有①在使用温度范围内不凝固、不气化②比热容大③密度小，粘度小④热导率大⑤不腐蚀设备，无毒，化学稳定性好⑥价格便宜。常见的载冷剂有水、无机盐水溶液、有机载冷剂。它们的特点是：

A、水：只能用作0℃以上的载冷剂

B、无机盐水溶液：在中低温场合，一般用盐水溶液作为载冷剂，常用的有氯化钙和氯化钠的水溶液。

C、在一些不允许使用有腐蚀性载冷剂的场合可采用乙二醇、二氯甲烷等水溶液。 螺杆压缩机与往复式活塞压缩、吸收式、离心式比较：

活塞式压缩机使用历史悠久，是目前国内用得最多的制压缩机。由于其压力范围广，能够适应较宽的能量范围，有高速、多缸、能量可调、热效率高、适用于多种制冷等优点；其缺点是结构复杂，易损件多，检修周期短，对湿行程敏感，有脉冲振动，运行平稳性差。中国对此机种的加工制造已有几十年的经验，加工较容易，价格也较便宜应用较广。随着能源紧张，公害严重，因而对制冷机的要求更高，在这种形势下，活塞式制冷机的使用范围有逐渐缩小的趋势。

螺杆压缩机是一种新的压缩装置，它与往复式相比，优点是①机器结构紧凑，体积小，占地面积少，重量轻。②热效率高，加工件少，压缩机的零件总数只有活塞式的1/10。机器易损件少，运行安全可靠，操作维护简单。③气体没有脉动，运转平稳，机组对基础不高不需要专门基础④运行中向转子腔喷油，因此排气温度低，氨制冷剂一般不超过90℃。⑤对湿行程不敏感，湿蒸汽或少量液体进入机内，没有液击危险。⑥可在较高压比下运行，单级压缩时，氨蒸汽温度可达-40℃。⑦可借助滑阀改变压缩有效行程，可进行10~100%的无级冷量调节。缺点是：需要复杂的油处理设备，要求分离效果很好的油分离器及油冷却器等设备，噪声较大，一般都在85分贝以上，需要隔声措施。

另外还有一种吸收制冷，它可利用热源直接驱动，尤其是可以利用在石油化工生产过程中产生的大量废热来驱动。它与压缩制冷相比，都是利用制冷剂在低压时蒸发吸热和在高压时冷凝放热，所不同的是压缩制冷采用机械压缩的方法来提高蒸汽压力，而吸引制冷则采用低压吸收和高压解吸（热压缩）的方法来提高蒸气压力，因此在吸收制冷循环中除蒸发器和冷凝器外，还有再生器、吸收器等。如溴化锂制冷机。优点是：结构简单，运行平稳，振动小，噪音低，安全等。缺点是：溴化锂对钢材的腐蚀较强；冷却水消耗太大，约为压缩式的2倍，如得不到廉价的热源选用这种制冷机就不如压缩式经济。

离心式与活塞式相比，有转速高，制冷量大，机械磨损小，易损件少，维护简单，连续工作时间长，振动小，运行平稳，对基础要求低，在大制冷量时，单位功率机组的质量轻、体积小，占地面积少，制冷量可在30%~100%的范围内无级调节，易于多级压缩和节流，可在各发器内得到各种温度以满足某些化工流程的要求，易于实现自动化，对于大型制冷机，可以采用经济性较高的工业汽轮机直接拖动，这对有废热泪盈眶蒸汽的企业有经济的优势。缺点是：效率较低于活塞式制冷机，噪声频率较高，冷却水消耗大，操作不当时会产生喘振。 八、凉水塔

冷却塔是在塔内将热水喷射成水滴或水膜状从上向下流动，空气由下而上或水平方向在塔内流动，利用水的蒸发及空气和水的传热带走水中热量的设备或构筑物。化工厂循环水系统采用和冷却塔一般为机械通风逆流式冷却塔和机械通风横流式冷却塔。

冷却塔的大、中、小型界限按下列划分：单格冷却水量负荷大于1500m3/h为大型；单格冷却水量负荷大于500m3/h，但小于和等于1500m3/h为中型；单格冷却水量小于和等于500m3/h为小型；

冷却塔由淋水装置、配水系统、空气分配装置、风筒、除水器、风机和塔体组成。 冷却塔选型应注意：A、塔体结构材料—结构稳定、经久耐用、耐大气和水腐蚀，组装配合精确。B、配水均匀、壁流较少、喷溅装置选用合理，不易堵塞。C、淋水填料的型式符合水质、水温要求，淋水填料已经过科学鉴定。D、除水器效果达到国家规定的标准。E、风机匹配，能长期正常运行，无振动和异常噪声。叶片耐水侵蚀性好并有足够的强度。E、电耗低，经常维护方便。F、造价低、中小型钢骨架玻璃冷却塔还要求质量轻。

在热交换过程中，80%的热交换是依靠饱和蒸气压的不同，通过蒸发。只有20%的热交换是通过温压的不同，以接触传热的方式来获得的。 九、真空设备

真空泵是为了获取低于常压的真空度而使用的一种泵，通常它的分类是通过真空度的大小或抽气速率的多少来确定泵的类型。通常可分为旋片式、容积式（活塞式、螺杆式）、水环式。 有几种指标可以说明真空泵的性能：

A、真空度：以绝对压力P表示，单位Kpa、Tor、mmHg （1个大气压=101.325Kpa=1Torr=760mmHg=1.01325bar

B、抽气速率：指在单位时间内，真空泵吸入口吸入的气体体积（指常温常压下的体积流量）。单位立方：立方米/小时、升/秒。真空泵的抽气速率与吸入压力有关，吸入压力愈高，抽气速率愈大。

C、极限真空：是指真空泵抽气时间能达到的稳定最低压力值，也称最大真空度。

十、压缩机 一般来讲，压缩机分为容积式压缩机和速度式压缩机。往复式压缩机是容积式压缩机的一种。最典型的往复式压缩机是活塞式压缩机。最典型的速度式压缩机是离心式压缩机。 十一、焚烧炉

焚烧炉主要是对废气废液废固进行无害化处理的设备。通过高温及强氧化环境，将有机废物

分解成无害的小分子物质。常见的有垃圾焚烧炉、废气焚烧炉、废液焚烧炉等。

我装置的焚烧炉为二槽式蓄热式焚烧炉(Two tower type Regenerative Thermal Oxidizer, Regenerative type Thermal Oxidizer简称RTO)，废气处理能力27800kg/hr。

本RTO设有两槽，每一槽内设有适量之乱堆式蓄热陶填料。RTO之底部为进气及出气气闸(damper)及集管(manifold)，RTO顶部之燃烧室。燃烧室设有燃烧器(Burner)及旁路(bypass)以调整燃烧室之温度。

来自装置的之主要废气经由RTO底部进入RTO其中之一槽，废气被蓄热材加热后进入燃烧室燃烧，来自管路加氢处理尾气两条管线高浓度废气可视为燃烧气一种。燃烧室之另一股废气其浓度低压力亦低，将经由燃烧空风机抽取后送入燃烧室燃烧处理，并将此股废气引入燃烧器燃烧。燃烧室之温度控制在871℃。经燃烧后之废气经另一槽将热量交予另一槽之蓄热材后排至烟囱。焚烧炉的VOC去除率大于98%，处理后尾气指标：

VOC浓度: 甲醇

丙酮

20mg/Nm3 9ppmvol 9ppmvol 2ppmvol 10ppmvol

异丙苯 一氧化碳:

NOX: ≤ 20ppmvol SOX: ≤ 1ppmvol

本RTO蓄热材之热回收率约95%，当废气内之VOC热量不足以维持燃烧室之温度时需加入燃烧气(Fuelgas or LPG)，当废气之VOC浓度超过最低需求浓度时，多余之热量会经由旁路管线排出。

正常废气中所含有机物，放热量为957000kcal/hr，足以为维持燃烧时温度，不需补充燃料气，而且还能副产部分蒸汽，副产蒸汽量为3500kg/hr，蒸汽压力为0.4MPa。

因主要废气之氧气浓度不足，须设置一台燃烧空气风车抽取大气中之空气作为补助燃烧空气。

流程简图如下：

十二、火炬

十三、化工仪表与化工自动化

在化工生产中，仅靠肉眼、感觉、经验来进行正确的操作和判断生产中的异常是不够的，还必需依靠大量的自动化仪表来实现对生产的控制。依照功能与测量的内容不同，大致可分为：温度计、流量计、压力计、物位计等。

1、温度计

温度计是我们温量温度的元件，在化工生产中起到非常重要的作用。依照其测量原理不同可分直接式和间接式，我们常用的大都是直接式，可分为玻璃管温度计、压力式温度计、双金属温度计、热电阻温度计、热电偶温度计等。间接式有光学温度计、辐射温度计等。直接式与间接式相比，优点是：简单、可靠、价廉，精确度较高，一般能测得真实温度。缺点是：滞后时间长，易受腐蚀。不能测极高温度。

玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量的。由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同，所以我们常见的玻璃管温度计主要有：煤油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。他的优点是结构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉。缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。且不能远传，易碎。

压力式温度计是利用封闭容器内的液体，气体或饱和蒸气受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号。它的基本结构是由温包、毛细管和指示表三部分组成。它是最早应用于生产过程温度控制的方法之一。压力式测温系统现在仍然是就地指示和控制温度中应用十分广泛的测量方法。压力式温度计的优点是：结构简单，机械强度高，不怕震动。价格低廉，不需要外部能源。缺点是：测温范围有限制，一般在-80~400℃；热损失大响应时间较慢；仪表密封系统（温包，毛细管，弹簧管）损坏难于修理，必须更换；测量精度受环境温度、温包安装位置影响较大，精度相对较低；毛细管传送距离有限制；

双金属温度是利用两种膨胀系数不同，彼此又牢固结合的金属受热产生几何位移作为测温信号的一种固体膨胀式温度计。优点：结构简单，价格低；维护方便；比玻璃温度计坚固、耐震、耐冲击；视野较大。缺点是：测量精度低，量程和使用范围均有限，不能远传。 热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。作为测温敏感元件的电阻材料，要求电阻与温度呈一定的函数关系，温度系数大，电阻率大，热容量小。在整个测温范围内应具有稳定的化学物理性质，而且电阻与温度之间关系复现性要好。常有的热电阻材料有铂、铜、镍。成型仪表是铠装热电阻。铠装热电阻是将温度检测原件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，因此它的外径可以做得较小，具有良好的机械性能，不怕振动。同时具有响应时间快、时间常数小的优点。铠装热电阻除感温元件外其他部分都可制缆状结构，可任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。热电阻在化工生产中应有最广泛。它的优点：测量精度高；再现性好，右保持多年稳定性、精确度；响应时间快；与热电偶相比不需要冷端补偿。缺点是：价格比热电偶贵阳市；需外接电源；热惯性大；避免使用在有机械振动的场合。

热电偶温度计是由两种不同材料的导体A、B（热电极）焊接而成的。热端插入被测介质中，另一端与导线连接，形成回路。若两端温度不同，回路中就会产生热电势，热电势两端的函数差即反映温度。热电偶在工业测温中占了较大比重，生产过程远距离测温很大部分使用热电偶。它的优点是：体积小，安装方便；信号可远传作指示、控制用；与压力式温度计相比响应时间少；测温范围宽，尤其体现在测高温；价格低，再现性好，精度高。缺点

是：热电势与温度之间呈非线性关系；精度比热电阻低；在同样条件下，热电偶接点容易老化；冷端需要补偿。

2、流量仪表

在化工生产中，往往要对介质的量进行计量，或者想确定介质的流速，这就需要流量仪表。通过流量计结构不同，大致可分为：转子流量计；容积流量计；电磁流量计；压差式流量计；涡轮流量计；涡接式流量计；质量流量计。我们简要叙述一下他们的结构与适合的环境及选型的要求。

转子流量计又称浮子流量计，是较简单的一种流量计，它主要用于中小口径流量测量且要求相对不高的地方。一般使用在口径小于ф50的范围，量程比较宽，一般为10：1，最低5：1。压损低。它的检测元件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只随着流体流量变化沿着锥管上下移动的浮子，流体自下而上流过浮子时，在浮子上作用有差压、流体动压及磨擦力等，它与浮子向下的重量相平衡。浮子在锥管中的不同位置代表着不同的流量。常用转子流量计共有玻璃管转子流量计与金属管浮子流量计。玻璃管转子流量计结构简单，价格低廉，安装使用方便，是生产与科研实验用量较大的一种流量计。但由于玻璃管材料的限制，不能在易碎及高温高压场所使用。且不能远传。金属管子流量计与玻璃管子流量计相比，还有耐高压高温、结构牢固、不会破碎的特点。它可以适应恶劣的工作条件。并且可以远传，有标准信号输出。缺点就是价格较贵。

容积式流量计是在全部流量计中属于最准确的一类流量计。主要有椭圆齿轮式、腰轮式、螺杆式（双转子式）、刮板式、活塞式和旋叶式、转筒式、膜式（测气体用）。容积式流量计的工作原理是由两个具有相互滚动的进行接触（或不接触）旋转的特殊形状测量元件，以椭圆齿轮为例，就是两个相互啮合的齿轮，一个为主动轮，一个为从动轮。当物料进入时，主动轮由于受到压力的作用，带动从动轮工作，转子每旋转一周，就排出四个由转子与壳壁围成的初月形空腔的流体体积。通过其与时间的关系，就可算出瞬时流量与累积流量。容积式流量计的主要优点是：计量精度高；安装直管段对计量精度影响不大；可用于高粘度场合；量程比较宽，一般在5：1至10：1，特殊可达30：1或更大；可借助介质动力，无需外部能源，可直读，简单方便。缺点是：一般只适用于中小口径；价格较昂贵；由于受零件变形的影响，一般不适用于在高低温下使用，在-30~160℃；在容积式流量计的测量当中，要杜绝颗粒性杂质，所以一般情况下，流量计前要装过滤器，但可管路阻力会增大；而且要杜绝气液混合；由于间隙较小，检测元件易卡死，安全性较差。

电磁流量计是利用流体导电的特性来测量流体流量的。其特点是该仪表测量流体流量时，不受温度、压力、密度、粘度及流体组分的影响。由于管内无突出部分和可动部件，适合于对含有悬浮固体粒子的污水、煤浆的测量。特别适合于对腐蚀性介质的测量。量程范围宽，并能测量正反方向流体的流量。按照目前的技术，要求被测介质的电导率必需达到或超过0.01uS/cm。

差压式注量计用途较为广泛，其中双以节流式差压流量计最为普及。它的工作原理是：充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩。此时流速增大静压降低，在节流件前后产生差压，流量愈大，差压愈大，因而可依据差压来衡量流量的大小。按结构形式来分，可分为标准孔板式、标准喷嘴式、经典文丘里管式、文丘里喷嘴式、1/4圆孔板式、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板等。它的优缺点是：结构较为简单，

性能稳定，使用期长，价格低廉；品种齐全，类型较多；重复性、精度尚属于一般，范围窄，一般为3：1~4：1；压头损较大；安装要求较高，如需较长的直管段等。

涡轮式流量计是叶轮式流量计中的主要品种，还包括风速计与水表。它的原理是：当被测流体流过传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，转速与管道平均流速成正比，叶轮转动改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即脉冲信号，经放大器放大后，送至二次仪表进行显示。它的优点是：准确度高，可达±0.25%~±0.5%R，精密度可达±0.15%R（液体）；重复性好；无零点飘移，抗干扰能力强；结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；安全性好（叶轮发生故障被卡信，也不会断流）；缺点是：流体的特性（密度、粘度）的变化对注量计的影响较大，需采取补偿措施；仪表受流速分布和旋转流影响较大，故传感器的上下游必须保持必要的直管段；对介质的清洁度要求较高；DN50mm以下流量计受物性影响较严重，难以保持优良的特性。

涡街流量计的工作原理是在流体中设置旋涡发生体，从而发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，产生一定的频率，通过公式f=St*v/（1-1.27d/D）*d，（St为斯特劳哈尔数，为无量纲数，与旋涡发生体及雷诺数有关；v为流速；d为发生体迎面宽度；D为公称通径）即可得出流速。一般的来说，涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，是指仪表系数仅与旋涡发生体形状和尺寸以及雷诺数有关。它的优点是：结构简单牢固，安装维护方便；适用多种类流体，液、气、蒸汽及部分混合相皆适用；精确度较高，一般达±1%R左右；流量范围宽，可达10：1或20：1或更大；压头损失小；无零点飘移；价格相对便宜；缺点是：不适于低雷诺数Re＜20000的情况，对高粘度、低流速、小口径的使用有限制；对环境的要求较高，应尽量杜绝有振动的场所，且上游侧需要有较长的直管段；仪表系数较低，口径愈大愈低。信号分辨率降低，故口径不宜过大，一般应用于DN25~DN300mm。

质量流量计是一种新型的流量测量仪表，它可以直接用于测量介质的质量流量、密度，具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点，在石化行业得到了广泛应用。分为科里奥利质量流量计与热式质量流量计。比较常用的是科里奥利质量流量计。它是基于希腊人科里奥利力原理制成的流量计。在传感器的外壳内有一对平行的测量管，该管在安装于管子端部的电磁驱动线圈作用下，做近似于音叉的振动。当流体通过两个平行的测量管时，会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力，该力使测量管振荡而发生扭曲，这一扭曲现象称为科里奥利现象。测量管扭曲的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。质量流量计的特点是：具有很高的精度；所测的质量流量与流体的温度、压力、粘度、电导率和流动状态无关，但流体必须充满；应保证测量管无腐蚀与磨损及结垢，这都会影响测量准确度；零点飘移较大，且压头损失较大；忌液气混合；传感器法兰前后必需加装具有足够强度的支架以避免管道振动干扰，引起测量误差。

其他还有超声波流量计等。

3、压力测量仪表

在化工生产中，压力往往是重要的操作参数之一。经常会遇到压和真空度的测量。测量压力的仪表通常可分为四大类：液柱式压力计、弹性压力计、压力（压差）变送器、活塞式压力计。

液柱式压力计是根据静力学原理，将被测压力转换为液柱高度进行测量的。按其结构形式的不同，有U形管压力计、单管压力计和斜管压力计等。它的特点是结构简单，使用方便，

价格低廉。缺点是：体积大，读数不便、玻璃管易碎、精度较低。它只限于测量低压或微压、压差和负压不大，要求不高，且环境不复杂的条件。液柱式压力计的工作液体通常选用汞、水、酒精。

弹性式压力表：是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。按弹性元件的不同可分为弹簧管式、膜盒式、膜片式、波纹管式、板簧式。它的特点是结构简单，使用方便，价格低廉，若增设附加机构（如记录机构、控制元件、电气转换装置）可制成压力记录本仪、电接点式压力表、压力控制报警器等。它主要用来测量真空度、压力、可以就地指示、远传集中控制、记录、报警或发信。若采用膜片式或隔膜式结构也尚可测量结晶及腐蚀性介质。

压力传感器是将被测压力转换成各种形式的电量进行测量的。按其工作原理可分为电阻式、电容式、压阻式、电感式、压电式、霍而式等。输出信号根据不同形式可以是电阻、电流、电压和频率。由于其响应快、抗环境干扰能力强、耐腐蚀、精度高、压力和真空度范围宽、等到特点而成为压力检测仪表中的重要品种。它多用于压力信号的远传达室、发信或集中控制，如和显示、调节、记录仪表联合使用则可组成自调系统。广泛用于工业生产自动化和航空工业中。最常用的是电容式传感器：是利用检测电容的方法测量压力的，当被测压力或压差推动极板，使极板之间距离发生变化，从而使电容量发生变化，经变换电路将其转换成电流、电压或频率信号输出

活塞式压力计是将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量进行测量。按其形式可分为单活塞式、双活塞式两种。特点是测量精度高，但其测量精度受温度、重力加速度的影响，使用时需较正，并且结构较复杂。它一般作为标准的压力测量仪表来校验其他类型的压力计。

4、物位仪表

在化工生产中，常需要测量各种界面的高度，称其为物位测量。一般按其工作原理可分为直读式、差压式、浮力式、电学式、声学式、核辐射式等。

直读式玻璃液位计是一种基于连通器原理实现液位测量的最简单和最经济的液位计。玻璃液位计无需外界能源，安全防爆。玻璃液位计有多种形式，最典型的为玻璃管液位计和玻璃板液位计。

浮球液位计：是一个金属或其他材料的浮球（一般材质为铜或不锈钢），在液位上下浮动时，球上下移动，通过支点，依靠杠杆原理，另一端的指针也发生旋转，就得出相应的数值。也可以利用一些装置将其转换成气动或电动信号进行远传。用于直接批示各种敞开或有压的液位高度，与玻璃管液位计相比，具有不怕破裂，读数清晰的优点，尤其是适用于对玻璃管壁有粘滞作用的油污液体介质。缺点是：精度等级不高，一般为２.５级；并且量程范围不大，对测高液位有限制。主要有浮球式（包括浮标式、浮球式液位计）、浮筒式液位计、磁性翻板式液位计等。

差压式液位计是利用差压的方法测量液位的，它是根据液柱的静压与液柱高度成正比的原理而工作的。主要有压力式液位计、差压式液位（或）界面计、吹气法压力液位计。差压式液位变送器是石化行业使用较广的方法。对有腐蚀、粘稠介质可采用法兰式（可带毛细管）差压变送器来测量。

电容式液位计是用于测量非导电介质液位的。它是由两根同轴金属套筒组成的，相互绝缘固定，构成一个同轴圆柱形电容器。当液体为零时，传感器二电极构成一电容器，以此时的电容量为0，当液体上升时，一部分电极之间充以被测介质的电容量，因此电容量的变化与液体高度成正比，通过检测电容量即可检测出液位。

其他还有超声波液位计、音叉液位计、浮磁液位计、磁致伸缩式液位计、射频导纳液位计、雷达液位计、放射性液位计等。

5、控制阀

调节阀接受调节器送来的信号，改变被调介质的流量，从而把被调参数维持在所需要的范围内。调节阀由执行机构和调节机构二部分组成。

在生产过程中，最常用的执行机构为气动执行机构和电动执行机构。在通常情况下，为了考虑防爆的要求，以选用气动执行机构为宜。气动执行机构是以压缩空气为动力的推动装置，其输出杆位移为直线式，如果通过曲柄等杠杆机构，则可转换成角位移式。气动执行机构按照其结构不同有气动薄膜式、活塞式和长行程式。

调节机构是直接改变调节介质流量的机构，是由阀体、阀芯、阀座、阀杆、和填料等组成。依照阀体结构形式的不同可分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、快速切断阀、隔膜阀、阀体分离阀、低噪声阀、波纹管密封阀、低温控制阀和旋塞阀。

阀门定位器：它的功能是接受调节器的输出信号，然后以它的输出去控制气动执行机构，当气动执行器动作后，阀杆的位移又通过机械装置负反馈到阀门定位器，因此定位器与执行器组成了一个闭合回路。

6自动化方案的制定

开环控制系统：凡是系统输出信号对控制作用没有影响的系统开叫环控制系统。闭环控制系统：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统开叫环控制系统。

在化工生产中，确定什么样的比较正确的方案，才是最关键的。首先必须了解工艺的内容，熟悉工艺的参数，并且林确定各参数之间的关系，还需要配合其它专业及目前的现实情况，比如说：该地区的气候情况，水文情况，应达到的自动化的程度等。自动化替代的仅仅是人所无法承受的，或不能达到的高强度、高精度、复杂的工作，却不能完成不可能完成的任务。比如说升温，如果说加热的饱和蒸汽只有2kgf/cm2，那么即使加热阀门开到100%，也不可能升到150℃。因为2公斤压力的蒸汽只有120℃，而达到150℃至少需要

4.85kgf/cm2，因此这对于阀门来说就是无法完成的任务。所以说，自动化对于化工生产来说，只是一个工具，却不能改变化学反应本身。他起到的作用，不过是为了降低劳动强度、提高产品精度、简化操场作步骤，以提高劳动生产率、降低生产成本。而生产工艺中的参数，必需考虑多种因素，多种情况，及生产中的各各细节，这就需要对生产工艺十分的了解，以及对化学参数认识较深，有扎实的基本功。不能仅凭对化学的了解或仅仅是自动化的了解，如不能二者有机结合，往往是事倍功半，弄巧成拙。

在确定方案时，必需知道介质的特性，如密度、状态、沸点、比热容、粘度、饱和蒸汽压等；还必需知道化学反应全过程的性质，如反应温度、反应时间、吸热或放热的多少等；另外还应该知道管道管径、材质、压力等级、温度等级，及公用工程中所能提供的水（或冷冻水）的温度与压力、蒸汽的温度与压力、介质在管道中运动的方向与温度、压力情况；还应该知道选用某些仪表它的性能，如压头损失、环境对它的影响等