中國(guó)化工機(jī)械和石化設(shè)備專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)

化工生產(chǎn)中為了將原料加工成一定規(guī)格的成品，往往需要經(jīng)過(guò)原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和精制等一系列化工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)這些過(guò)程所用的機(jī)械稱(chēng)為化工設(shè)備。

化工設(shè)備一般分為靜設(shè)備和動(dòng)設(shè)備兩大類(lèi)。

1 靜設(shè)備

靜設(shè)備是指安裝后處于靜止?fàn)顟B(tài)即可在生產(chǎn)操作過(guò)程中無(wú)需動(dòng)力傳動(dòng)的設(shè)備。靜設(shè)備被廣泛地應(yīng)用與生產(chǎn)中的傳質(zhì)、傳熱、介質(zhì)加熱、化學(xué)反應(yīng)等各種工藝過(guò)程以及儲(chǔ)存物料。如各種容器、塔器、反應(yīng)器、換熱器等。

靜設(shè)備部分的投資大約占全廠設(shè)備總投資的50%-60%。

1.1 精餾塔

蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異將其分離的化工單元操作，按照蒸餾方式可以分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾以及特殊精餾等多種方式。

如果進(jìn)行多次部分氣化或部分冷凝，最終可得到較純的輕、重組分，這稱(chēng)為精餾。精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，有板式塔與填料塔兩種主要類(lèi)型。

板式塔由圓筒形塔體和按一定間距水平裝在塔內(nèi)的若干塔板組成；填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。兩者主要區(qū)別如下：

（1）填料塔操作范圍較小，對(duì)于液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不能很好地潤(rùn)濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)，容易產(chǎn)生液泛。板式塔具有較大的操作范圍；

（2）填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類(lèi)型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系，板式塔的清洗亦比填料塔方便；

（3）填料塔的壓降比板式塔的小，因而對(duì)真空操作更為適宜。板式塔因?yàn)槊繅K塔板的開(kāi)孔率為5%-10%，又有25-50mm清液層，故壓降大，各塊理論板壓降約為1Kpa；壓降小是填料塔的主要優(yōu)點(diǎn)，規(guī)整填料約0.15Kpa壓降；

（4）對(duì)于真空精餾和常壓精餾，填料塔的效率優(yōu)于板式塔，其原因在于填料充分利用了塔內(nèi)空間，提供了大的傳質(zhì)面積，使得氣液兩相可以充分接觸傳質(zhì)；

（5）板式塔較填料塔投資較小。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，精餾操作可分為間歇精餾和連續(xù)精餾兩種。對(duì)于石油化工等大型生產(chǎn)過(guò)程，主要是采用連續(xù)精餾。

1.2 換熱器

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。石化裝置常用的是管殼式換熱器、U型管換熱器等，精細(xì)化工常用碟片式冷凝器、螺旋板冷凝器等。

管殼式換熱器適應(yīng)性最大，使用最廣泛。在中等壓力（4.0Mpa以下）情況下，采用管殼式換熱器最為合適。U型管換熱器適用于高壓下操作。

1.3 空冷器

空冷器是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，使管內(nèi)高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的設(shè)備，一般布置在裝置的最頂層。它與水冷相比，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了大量的冷卻用水，減少了工業(yè)地區(qū)水的污染問(wèn)題；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了工廠的投資和維修費(fèi)用。它的缺點(diǎn)是占地面積大，造價(jià)較高。

圖7 空冷器

1.4 加熱爐

管式加熱爐是將爐管中通過(guò)的物料加熱至所需溫度，然后進(jìn)入下一工藝設(shè)備進(jìn)行分餾、裂解或反應(yīng)等。常用的管式加熱爐按其外形結(jié)構(gòu)型式分為圓筒形加熱爐、臥管立式加熱爐、立管立式加熱爐等。

管式加熱爐一般由輻射段和對(duì)流段組成。在輻射段內(nèi)，高溫?zé)煔庵饕暂椛涞姆绞綄⒓訜崃總鹘o輻射管。煙氣上升進(jìn)入對(duì)流段，在對(duì)流段中煙氣主要以對(duì)流的方式將熱量傳給對(duì)流管。為了提高加熱爐的熱效率，普遍采用余熱回收系統(tǒng)，并采用集中排煙的高煙囪以減少環(huán)境污染。

1.5 儲(chǔ)罐

儲(chǔ)罐是用于儲(chǔ)存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲(chǔ)罐，按結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為固定頂儲(chǔ)罐、浮頂儲(chǔ)罐、球形儲(chǔ)罐等。50m3以上為大型儲(chǔ)罐多為立式儲(chǔ)罐；50m 3以下的為小型儲(chǔ)罐多為臥式儲(chǔ)罐，通常用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)或加油站。

1.5.1 固定頂儲(chǔ)罐

固定頂儲(chǔ)罐是指罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形的一種鋼制容器，制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，所以在國(guó)內(nèi)外許多行業(yè)應(yīng)用最為廣泛，最常用的容積為 1,000 -10,000m 3。

固定頂罐頂部留有一定容量的氣相空間，氣相空間大會(huì)使罐內(nèi)儲(chǔ)存油品的蒸發(fā)損失變大，所以固定頂罐不適宜輕質(zhì)油品和原油的儲(chǔ)存，主要用于儲(chǔ)存閃點(diǎn)＞60℃的各種餾分、燃料油、煤油、低揮發(fā)性及重質(zhì)油品。

1.5.2 浮頂儲(chǔ)罐

浮頂儲(chǔ)罐是由漂浮在介質(zhì)表面上的浮頂和立式圓柱形罐壁所構(gòu)成。浮頂隨罐內(nèi)介質(zhì)儲(chǔ)量的增加或減少而升降，浮頂外緣與罐壁之間有環(huán)形密封裝置，罐內(nèi)介質(zhì)始終被內(nèi)浮頂直接覆蓋，減少介質(zhì)揮發(fā)。浮頂儲(chǔ)罐分為外浮頂和內(nèi)浮頂兩種形式。

1.5.2.1 外浮頂儲(chǔ)罐

外浮頂儲(chǔ)罐適宜建造大容積儲(chǔ)罐，建造大容積儲(chǔ)罐不僅可以節(jié)省單位儲(chǔ)油容積的鋼材耗量和建設(shè)投資，而且可以減少罐區(qū)的占地面積，節(jié)省油罐附件和罐區(qū)管網(wǎng)。

但是外浮頂儲(chǔ)罐的浮頂直接暴露在大氣下，儲(chǔ)存的油品容易被雨雪、灰塵玷污，故而外浮頂罐多用來(lái)儲(chǔ)存原油、乙烯原料，較少用于儲(chǔ)存成品油。

外浮頂儲(chǔ)罐最大容積為150,000m。

1.5.2.2 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐

內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐是在拱頂儲(chǔ)罐內(nèi)部增設(shè)浮頂而成，罐內(nèi)增設(shè)浮頂可減少介質(zhì)的揮發(fā)損耗，外部的拱頂又可以防止雨水、積雪及灰塵等進(jìn)入罐內(nèi)，保證罐內(nèi)介質(zhì)清潔。這種儲(chǔ)罐主要用于儲(chǔ)存輕質(zhì)油，例如汽油、航空煤油等。

內(nèi)浮頂最大容積為30,000m。

1.6 反應(yīng)器

反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的設(shè)備，是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)。反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等類(lèi)型，精細(xì)化工中常用反應(yīng)釜。

固定床是裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過(guò)程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)，主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。

流化床是一種利用氣體或液體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱(chēng)沸騰床反應(yīng)器。

2 動(dòng)設(shè)備

動(dòng)設(shè)備是指有驅(qū)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，如泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、電機(jī)以及成型機(jī)、包裝機(jī)、攪拌機(jī)等。

2.1 泵

泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械，它是將電機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。石油化工裝置用泵主要分三大類(lèi)，即離心泵、往復(fù)泵和旋轉(zhuǎn)泵。

2.1.1 離心泵

石油化工廠多采用離心泵，約占工藝用泵總量的80%-90%。離心泵的操作費(fèi)用最省，維修工作量小。

2.1.2 往復(fù)泵

往復(fù)泵有前后移動(dòng)的柱塞，以置換液體迫使液體由出口嘴子留出。往復(fù)泵包括活塞泵、柱塞泵（計(jì)量泵）、隔膜泵。

圖20 活塞泵

2.1.3 旋轉(zhuǎn)泵

旋轉(zhuǎn)泵用以輸送較重或粘度較大的物料，如潤(rùn)滑脂、瀝青、重燃料油等。旋轉(zhuǎn)泵包括齒輪泵、螺桿泵等。

2.2 風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械。通常所說(shuō)的風(fēng)機(jī)包括：引風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)等。

圖22 引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)

2.3 壓縮機(jī)

壓縮機(jī)將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動(dòng)的流體機(jī)械?；どa(chǎn)裝置中常用離心式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)等。

在離心式壓縮機(jī)中，氣體從軸向進(jìn)入，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)，氣體被離心力告訴甩出葉輪，然后進(jìn)入流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)大器中，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓力能。

圖23 壓縮機(jī)

3 總結(jié)

自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解化工生產(chǎn)中常用設(shè)備的基本原理和常見(jiàn)的形式，有助于了解項(xiàng)目工藝生產(chǎn)流程，掌握典型設(shè)備的控制方案等。