设备专业工作及与工艺专业的关系模板.doc
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1、设备专业设计工作及和工艺专业工作关系 内 容 提 要一. 石油化工装置静设备介绍 1. 过程和过程设备 2. 石油化工设备分类 3. 静设备分类 4. 经典静设备 5. 静设备(容器、换热器)常见材料含:金属材料基础常识和基础概念; 压力容器常见材料介绍;金属材料腐蚀类型介绍;压力容器常见钢号中外对照简表;奥氏体不锈钢耐腐蚀机理和特点;双相不锈钢介绍 6. 静设备制造、检验和验收二. 设备室专业分工三. 容器、换热器专业设计内容四. 容器、换热器专业和工艺等专业之间条件(往返)关系及深度一 石油化工装置静设备介绍1. 过程和过程设备:过程从原料到产品,要经过一系列化学、物理加工处理步骤,这一系
2、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)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、通常立式容器 、卧式容器等。b),按生产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0.1 MPa)压力容器: 低压容器 0.1MPa P设1.6 MPa 中压容器 1.6MPa P设10MPa 高压容器
3、 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,其它均是中、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。d,按工作温度分类(供参考) 常温容器: t设-20200 高温容器: 碳钢 350 合金钢 420 奥氏体不锈钢
4、 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,受容规管辖压力容器和分类 因为压力容器包含生命安全、危险性较大,所以为了确保压力容器安全运行,确保人民生
5、命和财产安全,中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()国家质量监督检验检疫总局立即颁布新 TSG R0004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适用于同时含有下列压力容器: 工作压力大于或等于0.1MPa(表压); 工作压力和容积乘积大于或等于2.5MPaL; 盛装戒指为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体。 b) 压力容器分类对于受容规管辖压力容器,依据介质特征(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划分按国家标准GB5044-1985职业
6、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要求。 2,这里应注意并不是全部压力容器全部在压力容器安全技术监察规程管辖范围内。4. 经典静设备介绍a). 塔设备(或称塔式容器) 塔设备是石油化工装置中关键单元操作设备。经过气液接触达成传质 、传热目标,如精馏萃取、吸收 、解吸等。但并不是全部塔设备作用仅是物理过程,也有化学反应过程,如加氢反应器、改变炉等 。塔设备不管投资费用还是所消耗钢材在整个静设备中所中占百分比相当高。(投资占25%左右,催化裂化重量占49%左右)1). 塔器通常结构 塔器是由塔体(封头 、筒体 、塔内件 、接管 、人手孔)和裙座和外部附
7、件(梯子 、平台 、吊柱)等组成。2). 塔设备分类 按操作压力分常压塔、加压塔 、减压塔 按单元操作分精馏塔 、反应塔 、解吸塔 、萃取塔 、干燥塔等 按内件结构分填料塔 、板式塔3). 板式塔结构 板式塔分类 浮阀塔 泡罩塔 筛板塔 高效塔盘(舌形塔盘 、条形网状塔盘等)。4) . 填料塔结构 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。b). 换热器 换热器是不一样温度物料之间进行热量传输设备,其关键作用是维持或改变物料工作温度和相态,满足工艺操作要求、提升过程能量利用效率进行余热回收等。 换热器
8、在炼油、化工装置中占总设备量和设备投资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. 不适用大温差场所;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) 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
9、、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,适适用于易结焦及堵塞工况;2. 浮头型式可自由浮动,无须考虑温差应力,可用于大温差场所; 3. 浮头结构复杂,影响排管数,浮头密封面发生泄漏时,极难采取方法; 4. 压力试验时试压胎具复杂。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适用于高温、高压和高温差换热器,特点以下:1. U形
10、换热管管束能够自由浮动,无须考虑温差应力,可用于大温差场所;2只有一块管板,法兰数量少,故结构简单、泄漏点少;3. 能够抽清芯清洗;4. 因为U形管最小弯曲半径限制,分程间距宽排管略少;5. 当管内流速太高时,将会对U形弯管段产生严重冲蚀,影响寿命。6. 因为换热管是U形,管内清洗困难,故管内介质宜是清洁且不易结垢物料。 c). 通常立式、卧式容器1) 立式容器(支腿式) 2)卧式容器d) 高压、高温容器 1). 氨合成塔 2) 高压换热器 3) 变换炉e). 储存容器1) 球形储罐特 点:球罐和圆筒形容器相比含有以下特点:1) 球罐表面积最小,即在相同容积下球罐所需钢材面积最小。2) 在相同
11、压力和直径下球壳薄膜应力仅为相同厚度圆筒体容器环向应力二分之一,因 此球罐承载能力比圆筒形容器大一倍。3) 因为容积大,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 钢制球形储罐型式和基础参数公称容积 m320040065010001500球壳直径mm7100920010700123001420015700公称容积m33000400050006000800010000球壳直径mm1800019700212002260024800268002) 大型储罐(1). 分类、用途和特点: 固
12、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、或有着火灾危险液体化学品。内浮顶储罐 和浮顶储罐比较有以下特点: 含有很好隔热效果(固定顶盖、固定顶和内浮盘之间气相层)和密封效果,可深入降低蒸发损耗。 因为有固定顶,可有效预防风沙、雨雪、灰尘污染储液。 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。 所以,尤其适适用于储存高级汽油、飞机燃料(如航空煤油等)及有毒易污染液体化学品。(2). 基础系列参数 固定顶储罐基础系列参数公称容积 m3 100200300400500600700800储
13、罐内径 mm5200655075008250892095001020010500罐壁高度 mm 520065507500825089209315942510165公称容积 m3 100015003000500010000030000储罐内径 mm115001350015780189002370031000444000罐壁高度 mm 1065011500113701176012530145801700020600 浮顶储罐基础系列参数公称容积 m3 10003000500010000储罐内径 mm11450016500228500罐壁高度 mm 952012690142701450015850公
14、称容积 m3 0300005000010104 储罐内径 mm40500460006000080000罐壁高度 mm 15880193501938021800 内浮顶储罐基础系列参数公称容积 m3 100200300400500600700800储罐内径 mm450055006500750082009000920010000罐壁高度 mm 78501026010650106501100011000125001公称容积 m3 100015003000500010000030000储罐内径 mm115001300014500170002100030000444000罐壁高度 mm 11350014
15、3501585016500165001750025,容器(压力容器、常压容器)常见材料5.1 材料基础常识和基础概念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,其它金属材料。(亦称非铁基金属)如铝、铜、钛,镍及其合金。2)非金属材料:常见非金属材料有橡胶、塑料、陶瓷、石墨、搪玻璃(搪瓷)等。5.1.2 钢材分类 中国常见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) 按品质分类一般钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。3) 按热处理状态
16、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,这么生产钢称为镇静钢;反之假如脱氧不完全(控制氧化剂含量),是钢水中残留一定量氧气,在凝固过程中形成CO气泡逸出而产生猛烈地沸腾,这么生产钢称为沸腾钢,沸腾钢因含氧量高,成份偏析大、内部杂质多、抗腐蚀性和机械性能差,且轻易发生时效和钢板分层,所以不可用作压力容器受压元件和关键非受压元件。半镇静钢则属于镇静钢和沸腾钢之间钢种。5) 按用途分类建筑用钢
17、、工具钢、特殊性能钢、压力容器用钢等等。中国压力容器用钢,在GB150中按所引用钢材标准分为碳素钢、低合金钢(包含低合金高强度钢、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%铁碳合金,内含1.2%Mn,少许Si、Al等元素。2) 按含C量(或称质量分数)将碳钢分为以下三种 低碳钢C含量0.25% ,如08F、 10、 20 Q 235-B 、Q 235-C 、20R等。 中碳钢C含量0.250.60%,如35、45、40Mn等。 高碳钢C含量0.60%,如65Mn、60Mn等。5.1.4 合金钢
18、1) 为了改善钢性能,依据不一样要求加入一个或多个合金元素(如 Cr、Mo、Mn、Ni、Nb、V、Cu等)而形成钢。2) 依据合金总含量分为以下三种: 低合金钢合金总含量在5%以下; 中合金钢合金总含量在5%10%; 高合金钢合金总含量在10%以上。5.1.5 铸 钢关键用于制造承受重载荷(包含质量和压力等)形状复杂或大型零件,如泵蜗壳,联轴器,大型齿轮等,常见牌号 ZG310-570等。5.1.6 铸 铁铸铁和钢全部是铁碳合金,区分在于碳含量不一样。铸铁碳含量超出2,而钢碳含量小于2。铸铁是一个脆性材料,其抗拉强度,塑性和韧性较差,但减振性,耐磨性能很好;因为浇铸时流动性良好,所以常见于铸造
19、多种形状复杂零件,如减速机机壳、机架、泵壳、闸板阀阀体等。5.1.7 有色金属常见有色金属材料有以下多个:铜和铜合金;铝和铝合金;钛和钛合金;镍基合金5.2 石油化工容器(包含压力容器、常压容器)常见材料5.2.1 压力容器对材料基础要求 为确保压力容器安全可靠地运行,预防容器失效,所以,对压力容器材料提出基础要求(或更高要求)以下:1) 良好力学性能含有较高强度,且同时兼备优良塑性、韧性。2) 良好冷、热加工工艺性能和焊接性能为了确保压力容器力学性能和使用性能,除了要求化学成份(合金元素)满足特定含量范围外,还限定了杂质元素含量,如在中国压力容器安全技术监察规程规程中要求“压力容器专用钢材磷
20、含量不应大于0.030%,硫含量不应大于0.020%,碳含量小于0.25%。5.2.2 压力容器常见材料介绍1) 压力容器用材料种类 碳素钢 即含碳量0.25%钢材。 低合金高强度钢在优质碳素钢基础上加入少许一个或多个合金元素(合金元素总含量在5%以下),以提升钢屈服强度和改善综合性能为关键目标钢材称为低合金高强度钢。 低温钢 低温用钢是指工作温度在 20 269之间工程用钢。 中温抗氢钢 中温抗氢钢是指在400 600条件下含有较高持久强度极限和蠕变极限,且有抗氢腐蚀能力钢材。 不锈钢 现在,不锈钢定义为含铬量在10.5%以上铁基合金,不锈钢最基础特征是在大气下耐锈性和在大多数液体介质中有耐
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