動設備

（1）石油化工動設備定義

石油化工動設備是指在石油化工生產裝置中 具有轉動機構的工藝設備。

（2）石油化工動設備種類

石油化工動設備種類可按其 完成化工單元操作的功能進行分類，一般可分成 流體輸送機械類、非均相分離機械類、攪拌與混合機械類、冷凍機械類、結晶與乾燥設備等。

1J411022動設備（容積泵、離心泵、往複式壓縮機、離心式壓縮機等）的結構及工作原理

（1）容積泵的結構及工作原理

容積泵又稱“正位移泵”。通過若干封閉的充滿液體的空間（如缸體），周期性地將能量施加於液體，使液體壓力直接增加到所需值的泵，包括 往複泵、轉子泵等。

1）往複泵

往複泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的總稱，它是容積式泵中應用比較廣泛的一種。按 驅動方式，往複泵可分為 機動泵（電動機驅動）、直動泵（蒸汽、氣體或液體驅動）和手動泵三大類。往複泵是通過活塞的往複運動直接以壓力能的形式向液體提供能量的液體輸送機械。

①活塞泵

活塞泵的主要部件是 泵缸、活塞、活塞桿、單向開啟的吸入閥和排出閥。泵缸內活塞與閥門間的空間為工作室。

②計量泵

計量泵又稱 比例泵，其 裝置特點是通過改變柱塞的衝程大小來調節流量，當要求 精確輸送流量恆定的液體時，可以方便而準確地藉助調節偏心輪的偏心距離，改變柱塞的衝程來實現。有時，還可通過一台電機帶動幾台計量泵的方法將幾種液體按比例輸送或混合。

③隔膜泵

當輸送腐蝕性液體或懸浮液時，可採用隔膜泵。隔膜泵 實際上就是柱塞泵。

隔膜式計量泵可用來定量輸送劇毒、易燃、易爆和腐蝕性液體。

2）轉子泵

轉子泵 又稱迴轉泵，屬正位移泵，它們的 工作原理是依靠泵內一個或多個轉子的旋轉來吸液和排液的。石油化工中較為常用的有 齒輪泵和 螺桿泵。

①齒輪泵

目前石油化工中常用的 外嚙合齒輪泵的結構泵殼內有兩個齒輪，其中一個為主動輪，它由電機帶動旋轉；另一個為從動輪，它是靠與主動輪的相嚙合而轉動。兩齒輪將泵殼內分成互不相通的吸入室和排出室。當齒輪旋轉時，吸入室內兩輪的齒 互相撥開，形成低壓而將液體 吸入；然後液體分兩路封閉於齒穴和殼體之間隨齒輪向排出室旋轉，在排出室兩齒輪的齒 互相合攏，形成高壓而將液體 排出。此種泵的 流量和壓頭有些波動，且有雜訊和振動。近年來己逐步採用內嚙合式的齒輪泵，其較外嚙合齒輪泵工作平穩，但製造較複雜。

齒輪泵的流量小而揚程高，適用於黏稠液體乃至膏狀物料的輸送，但不能輸送含有固體粒子的懸浮液。

②螺桿泵

螺桿泵 由泵殼和一根或多根螺桿所構成。雙螺桿泵的工作原理與齒輪泵十分相似，它是依靠互相嚙合的螺桿來吸送液體的。當需要較高壓頭時，可採用較長的螺桿。

螺桿泵的壓頭高、效率高、運轉平穩、雜訊低，適用於高黏度液體的輸送。

轉子泵的 操作特性與往複泵相似。在一定轉速下，泵的流量不隨泵的揚程而變，有自吸能力，啟動前不需要灌泵，採用旁路調節流量。由於轉動部件嚴密性的限制，迴轉泵的壓頭不如往複泵高。

（2）離心泵的基本結構和工作原理

1）離心泵的基本結構

離心泵的 基本部件是高速旋轉的葉輪和固定的蝸殼形泵殼，具有若干個（通常為4～12個）后彎葉片的葉輪緊固於泵軸上，並隨泵軸由電機驅動作高速旋轉。葉輪是直接對泵內液體做功的部件，為離心泵的供能裝置。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，吸入管路的底部裝有單向底閥。泵殼側旁的排出口與裝有調節閥門的排出管路相連接。

2）離心泵的工作原理

當離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉運動，迫使在葉片間的液體作 近似等角速度的旋轉運動，在慣性離心力作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運動。液體在流經葉輪的運動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當液體離開葉輪進入泵殼后，由於殼內流道逐漸擴大而減速，部分動能轉化為靜壓能，最後沿切向流人排出管路，所以蝸形泵殼不僅是彙集由葉輪流出液體的部件，而且又是一個轉能裝置。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪中心形成低壓區，在儲槽液面與葉輪中心壓力差的作用下，致使液體被吸進葉輪中心。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機械能量最終表現為靜壓能的提高。

（3）往複壓縮機的基本結構和工作原理

往複壓縮機的基本結構和工作原理與往複泵相近，其主要部件有活塞、氣缸、吸氣閥和排氣閥，依靠活塞的往複運動而將氣體吸入和排出。但是，由於往複壓縮機處理的氣體密度小、可壓縮性，壓縮后氣體的體積變小、溫度升高，因而往複壓縮機的吸氣閥門和排氣閥門必須靈巧精製，為移除壓縮放出的熱量以降低氣體的溫度，還應附設冷卻裝置。往複壓縮機實際的工作過程也比往複泵更加複雜。

（4）離心式壓縮機

離心式壓縮機，其 結構類似於多級離心泵，它主要由 蝸形機殼和 多葉片的葉輪組成，每級葉輪之間都有導輪，工作原理和離心泵基本相同。

離心式壓縮機的葉輪級數多（可在10級以上），轉速也較高，可產生更高的出口壓力。由於氣體的壓縮比較高，氣體的體積變化比較大，溫度升高也較明顯，因而離心式壓縮機的葉輪直徑和寬度逐級縮小，並且將葉輪分成幾段，每段又包括幾級，段與段之間設置冷卻器，以免氣體溫度過高。

離心式壓縮機優勢明顯，因此，除要求很高的壓縮比外，大都採用離心式壓縮機。

（1）離心泵的氣蝕現象

由離心泵的工作原理可知，泵的吸液作用是依靠液面（設為0－0′截面）與泵吸人口截面（設為1－1′截面）之間的勢能 差而實現的，也就是說在泵的吸入口附近為低壓地區。當葉片入口附近的最低壓力 等於或小於輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體將在此處 汽化或者溶解在液體中的 氣體析出並形成氣泡。含氣泡的液體進人葉輪高壓區后，氣泡在高壓作用下急劇地縮小而破滅，氣泡的消失產生局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所佔據的空間，造成衝擊和振動。在巨大衝擊力反覆作用下，使葉片表面材質疲勞，從開始點蝕到形成裂縫，導致葉輪或泵殼破壞。這種現象稱為 汽蝕。

汽蝕現象發生時，由於部分流道空間被氣泡佔據，致使泵的流量、壓頭及效率下降，嚴重時吸不上液體，泵不能正常工作。

汽蝕發生的原因歸根結底是葉片吸入口附近的壓力過低。而造成吸入口壓力過低的原因是多方面的，諸如泵的安裝高度超過規定值、吸入管路局阻力過大、泵送液體的溫度超過允許值，泵的工作點偏離額定流量過多等。為避免汽蝕的發生就要採取措施使葉片入口附近的壓力必須維持在某一數值以上，通常取輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓力作為最低壓力。根據泵的抗汽蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是避免汽蝕發生的有效措施。

（2）離心泵的允許安裝（或吸上）高度

泵的允許安裝高度或允許吸上高度是 指上游儲槽液面與泵吸入口之間允許達到的最大垂直距離，以Hg表示。

離心泵的允許安裝高度Hg，可在0－0′（上游儲槽液面）與1－1′（泵吸入口）兩截面列伯努利方程求得，即

靜設備（化學反應器、塔器、換熱設備、分離設備、儲存設備）種類

（1）化學反應器

化學反應器是 用於實現化學反應工程的設備。其結構和形式與 化學反應過程的類型和性質有密切的關係。

1）攪拌式反應器

攪拌式反應器，俗稱“反應鍋”，內部裝有攪拌器和必要傳熱裝置的反應器。一般由罐體、傳熱裝量（如有）、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置等組成。

①高壓釜

②聚合釜

2）固定床反應器

固定床反應器 用於使反應在固定床層中進行的設備，即流體和靜止狀態下的固體物料起反應，或使流體在靜止狀態下的固體催化劑（觸媒）影響下起反應的設備。

3）沸騰床反應器

沸騰床反應器又稱“流化床反應器”，用於使反應在沸騰床層內進行的設備，分有單段式和多段式兩類，單段式又有非循環操作和循環操作兩種。

4）管式反應器

管式反應器是在 管內完成化學反應過程的反應器，有 管式（裂解）爐和圓筒管式爐等。

①管式裂解爐

②圓筒管式爐

5）滾動式反應器

滾動式反應器是 使固體物料進行焙燒反應的設備，主要結構為一個內襯耐火材料的傾斜裝置的迴轉圓筒。固體物料由上端加料裝置加入，借滾筒的迴轉產生攪拌與混和，強化反應並向前移動。燃燒加熱的氣體由下端進人。物料逆向由卸料室卸出，爐氣由煙道排出。

6）合成塔

合成塔是進行化學合成反應的一種塔型反應器。應用於氨、氯化氫、甲醇、尿素的合成和重油的加氫等。其結構、材料和形式隨反應物和反應條件而不同。一般由外殼和內件組成，外殼承受介質的高壓，內件由催化劑（觸媒）支撐裝置、熱交換裝置、氣體分配裝置等組成。有固定床反應和沸騰床反應兩大形式，前者的應用較廣。

7）焙燒爐

（2）塔器

塔器又稱“塔設備”。類似塔形的直立式石油化工設備，其高度與直徑之比較大。

根據其作用的不同可分為 精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等。

根據其結構特點則可分為 板式塔或填料塔兩大類。

1）精餾塔

精餾塔是用以進行精餾操作的塔器。精餾操作是將液體物料在塔內同時進行多次部分氣化和部分冷凝，使易揮發組分由液相向氣相轉移，難揮發組分由氣相向液相轉移，以分離液體混合物中的不同組分。操作時，將由精餾塔頂冷凝所得的液體的一部分，由塔頂迴流人塔內，並與下部上升的蒸汽密切接觸，進行熱量與質量的交換，使 低沸點組分沿著塔的向上方向不斷增加濃度，而高沸點組分則沿著相反方向不斷增加濃度，從而將液體混合物分離為塔頂產品（餾出液）和塔底產品（蒸餾釜殘液），或在塔身任意部位引出不同餾份的產品。

2）吸收塔

吸收塔用以進行吸收操作的塔器。吸收操作是選用適當的液體為吸收劑以分離氣體混合物中的不同組分。由於氣體混合物中各組分對該液體吸收劑的溶解度各不相同，因而使易溶的組分溶於吸收劑中，以達到與其他組分分離的目的。操作時，使從塔頂噴淋的液體吸收劑，與由塔底上升的氣體混合物密切接觸，從而氣體中易溶組分逐漸溶於吸收劑中。吸收塔 根據作用的不同又可分為 表面式、膜式、噴灑式和鼓泡式等。

3）解吸塔

解吸塔用以進行解吸操作的塔器。解吸操作是與吸收操作正好相反的過程。即將所吸收的氣體從吸收劑放出。在工業上往往使解吸與吸收結合進行，以獲得純凈氣體並再生吸收劑。

4）萃取塔

萃取塔用以進行萃取操作的塔器。萃取操作是 利用不同物質在選定溶劑（萃取劑）中的不同溶解度，以分離混合物中的不同組分。當用溶劑分離液體混合物中的組分時，稱為 液體萃取。當用溶劑分離固體混合物中的組分時，稱為 浸取，又稱固體萃取。習慣上，萃取多數僅指液體萃取。萃取塔根據 作用的不同又可分為 攪拌式、脈動式、噴淋式和填料式。

5）氣提塔

氣提塔用於氣提過程的塔器。氣提過程是將 某一組分的蒸汽分壓增大破壞了原來的蒸汽平衡分壓，引發液相中的另一組分從液相中逸入氣相的過程，也稱蒸汽蒸餾，是一種比較簡單的蒸餾方法，常用以蒸餾在常壓下沸點較高或在其沸點時易於分解的物料，也常用於高沸點的物料與不揮發的雜質分離。為了實現較為理想的傳質過程，往往在管子的另一側供應熱量，使氣提組分化合物的分解所需熱量得到補充，是一種傳熱傳質類型的塔器。

6）板式塔

7）填料塔

8）柵板塔

9）湍球塔

（3）換熱設備

換熱設備即換熱器；又稱熱交換器。

根據 作用原理可分為 間壁式換熱器、蓄熱式換熱器和混合式換熱器。

根據 使用目的可分為 加熱器、冷卻器、汽化器和冷凝器。根據 製造材料可分為 金屬材料換熱器和非金屬材料換熱器。

根據 傳熱面形式和結構可分為 管式換熱器、板式換熱器和特種換熱器。

1）間壁式換熱器

間壁式換熱器是通過分隔各流體的問壁進行熱量交換的一類換熱器。主要是 管式換熱器和板式換熱器。在化學工業中普遍使用管殼式換熱器。

2）蓄熱式換熱器

3）混合式換熱器

4）蛇管式換熱器

蛇管式換熱器是管式換熱器的一種。

蛇管常用鋼管製成，也可用有色金屬和陶質材料製成。

5）套管式換熱器

6)管殼式換熱器

管殼式換熱器又稱“列管式換熱器”。優點是；①單位體積的傳熱面較大，設備較緊湊；②可豎立安裝，也可橫卧安裝。它是目前化工生產中用得最廣泛的一種換熱器。

7）多筒式換熱器

8）刮面式換熱器

適用於高黏度流體的加熱或冷卻，以及含有固體顆粒泥漿的冷卻，也用作伴隨有放熱或吸熱反應的反應裝置或溶解裝置。

9）立式降膜式冷卻（冷凝）器

10）螺旋管式換熱器

螺旋管式換熱器是由許多捲成同心螺旋狀的傳熱管固定在蓋板和殼體底板之間構成的一種換熱器。

主要優點有： ①適用於小流量或小傳熱面場合； ②因螺旋管中的層流傳熱係數大於直管的層流傳熱係數，所以可用於高黏度流體的加熱或冷卻； ③由於兩流體為逆流流動，傳熱效果好； ④傳熱管呈螺旋盤管狀，具有彈簧作用，無熱應力存在； ⑤結構緊湊，安裝容易。主要缺點是： ①當傳熱管與入口管和出口管連接處產生泄漏時，修理困難； ②管內的機械清洗很困難。

11）折流桿換熱器

由於殼程流體流過折流桿時產生渦流，以及利用節流原理產生流體流經管束時變橫向流為平行流的作用，從而提高殼程流體的給熱係數和降低殼程流體的阻力降。為一種新型高效換熱器。缺點是桿式折流圈的加工製造和安裝精度要求較高，因此使它的生產應用受到限制。

12）翅片管式換熱器

翅片管式換熱器是傳熱管外表面具有縱向翅片或徑向翅片的一種換熱器。

13）熱管

熱管是主要靠載熱介質相變時吸收和釋放汽化潛熱及蒸汽流動來傳熱的一種具有很高傳熱性能的傳熱元件。當管子的一端受熱時（稱蒸發段），液體即在芯網中吸收熱量汽化，產生的蒸汽通過管子中間部位的隔熱段流向冷端（稱冷凝段），蒸汽遇到冷表面，冷凝成液體放出熱量，而後在毛細力作用下，又補充回到熱端。

14）板式換熱器

（5）儲存設備

主要是用來盛裝生產和生活用的原料氣體、液體、液化氣體等的容器。如各種形式的儲槽。

1）儲存容器按 壓力分為

①常壓容器：容器的工作壓力為 大氣壓，如敞口容器。

②低壓容器：容器最高工作壓力P在下述範圍之內： 0.1MPa≤P<1.6MPa。

③中壓容器：容器最高工作壓力P在下述範圍之內： 1.6MPa≤P<10MPa。

④高壓容器：容器最高工作壓力P在下述範圍之內： 10MPa≤P<100MPa。對高壓容器的用材、製造和檢驗都有嚴格的要求。

⑤超高壓容器：容器最高工作壓力 等於或大於100MPa。對超高壓容器的設計必須遵循專門的規定。

⑥真空容器：內部壓力 小於0.098MPa（lkgf/cm）的容器。其破壞形式常為由於剛度不夠而造成的失穩破壞。

⑦外壓容器

外部壓力高於內部壓力的容器。如真空容器、超真空容器及夾套壓力大於容器壓力的夾套容器。

2）儲存容器按 壁分為

①薄壁容器

殼體外徑與內徑之比 小於或等於1.2（或壁厚與內直徑之比小於或等於0.1）的容器。中低壓容器按壁厚分類，一般均屬於薄壁容器。

②厚壁容器

殼體 外徑與內徑之比大於1.2（或壁厚與內直徑之比大於0.1）的容器。超高壓容器按壁厚分類，一般屬於厚壁容器。

4）儲存容器按 使用溫度分為

①常溫容器

設計溫度介於材料無延性轉變溫度（NDT）與材料蠕變溫度之間的容器。

②低溫容器

設計溫度等於或低於－20℃的容器。

③高溫容器

設計溫度高於材料蠕變溫度的容器。

5）根據容器壓力高低、介質的危害程度以及在生產過程中的重要作用分為

①一類容器

②二類容器

③三類容器