二、靜置設備的制作和安裝

(一)容器

根據容器不同的形狀分類，主要有矩形、球形和圓筒形三種。

矩形容器一般由平板焊接而成，制造方便，但承壓能力差，只用作小型常壓儲槽。

球形容器由數(shù)塊弓形板拼焊而成，承壓能力好，但由于安置內件不方便且制造工藝復雜，多用作承受一定壓力的大中型儲罐，如儲氣罐。

圓筒形容器是由圓柱形筒體和各種成型封頭所組成，制造容易，安裝內件方便，且承壓能力較好，因此這類容器被廣泛應用在各類項目中。

1.—般容器

一般容器可分為：

(1)平底、平蓋容器。頂蓋和筒體按連接形式又分不可拆和可拆兩種。

(2)平底、錐蓋容器。

(3)90°無折邊錐形底、平蓋容器。頂蓋和筒體連接形式又可分為不可拆和可拆兩種。

(4)90°折邊錐形底、橢圓形蓋容器。

(5)立式橢圓形封頭容器。

(6)臥式橢圓形封頭容器。

2.帶攪拌容器

借助于攪拌器攪拌，向介質傳遞能量進行化學反應的容器，稱為攪拌反應器，也稱為反應釜，或稱攪拌罐。

(1)攪拌裝置。按其安裝形式可分為：立式容器中心攪拌、偏心式攪拌、傾斜式攪拌、底攪拌、臥式容器攪拌、旁入室攪拌等。典型的攪拌器形式有槳式、渦輪式、推進式、錨式、框式、螺桿式等。

(2)軸封。軸封是攪拌設備的一個重要組成部分。轉軸密封的形式很多，最常用的有填料密封、機械密封、迷宮密封、浮動環(huán)密封等。

(3)攪拌罐。攪拌罐包括罐體和裝焊在罐體上的各種附件。常用的罐體是立式圓筒形容器，由于物料在反應過程中一般都伴有熱效應，即反應過程中放出熱量或吸收熱量，因此在罐體的外部或內部有時需設置加熱或冷卻用的傳熱裝置，如設置夾套、蛇管等。

3.高壓容器

高壓容器的主要構件是筒體、密封件、端蓋和筒體端部以及緊固連接件等。以筒體的結構分類，可有整體式和組合式兩大類。其中，整體式高壓筒體又可分為鑄鋼、無縫鋼管、單層厚板焊接(單層卷板式、單層瓦片式)和整體鍛造式。組合式高壓筒體又分為多層包扎式、熱套式、錯繞扁平鋼帶式、繞板式、多層卷板式等。

4.反應器

反應器是化工廠中的主要設備之一。上述帶攪拌裝置的容器也屬于反應器的一種，即反應釜。按結構形式可分為釜式、管式、塔式和流化床式反應器。按操作壓力的高低可分為高壓反應器和中低壓反應器。

(1)釜式反應器。是一種低高徑比的圓筒形反應器，器內常設有攪拌裝置。在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉。在反應過程中物料需加熱或冷卻時，可在反應器壁處設置夾套，或在器內設置換熱面，也可通過外循環(huán)進行換熱。既可以用于間歇(分批)生產，也可以用于連續(xù)操作，既可以單釜使用，亦可多釜組合連續(xù)操作。

(2)管式反應器。是一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應器。反應器的結構可以是單管，也可以是多管并聯(lián);可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內填充顆粒狀催化劑的填充管以進行多相催化反應，如列管式固定床反應器。

(3)固定床反應器。裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現(xiàn)多相反應過程的一種反應器。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，流體通過床層進行反應。固定床反應器主要用于實現(xiàn)氣、固相催化反應，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉化爐等。

(4)流化床反應器。流化床反應器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并進行氣、固相反應過程或液、固相反應過程的反應器。在用于氣固系統(tǒng)時，又稱沸騰床反應器。目前，流化床反應器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應用。

(二)塔器

塔設備是化工、石油工業(yè)中廣泛使用的重要生產設備。用以實現(xiàn)蒸餾和吸收兩種分離操作的塔設備分別稱為蒸餾塔和吸收塔。這類塔設備的基本功能是提供氣、液兩相充分接觸的機會，使傳質、傳熱過程能夠迅速有效地進行，還要求完成傳質、傳熱過程之后的氣、液兩相能及時分開，互不夾帶。

1.塔設備分類及性能

根據塔內氣、液接觸部件的結構形式，可分為兩大類：板式塔與填料塔。

板式塔內沿塔高裝有若干層塔板(或稱塔盤)，液體靠重力作用由塔頂逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動的液層;氣體則靠壓強差推動，由塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔板上逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。

填料塔內裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下;氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液兩相在填料的潤濕表面上進行接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。

(1)板式塔。按照塔內氣、液流動方式，可將塔板分為錯流塔板與逆流塔板兩類。

錯流塔板間有專供液體流通的降液管(又稱溢流管)。適當安排降液管的位置及堰的高度，可以控制板上液體流徑與液層厚度，從而獲得較高的效率。但是降液管大約要占去塔板面積的20%，影響了塔的生產能力;而且液體橫流過塔板時要克服各種阻力，降低了塔的分離效率。

逆流塔板間不設降液管，氣、液同時由板上孔道逆向穿流而過，故又稱穿流塔板。這種塔板結構簡單，板上無液面落差，氣體分布均勻，板面利用充分，可增大處理量及減小壓降，但需要較高的氣速才能維持板上液層厚度，操作彈性差且效率較低。

常用的板式塔有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔.、舌形噴射塔以及一些新型塔和復合型塔(如浮動噴射塔、浮舌塔、壓延金屬網板塔、多降液管篩板塔等)。

1)泡罩塔。泡罩塔是較早為工業(yè)蒸餾操作所采用的一種氣液傳質設備。每層塔板上裝有若干短管作為上升氣體通道，稱為升氣管。由于升氣管高出液面，故板上液體不會從中漏下。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開有許多齒縫。在操作條件下，齒縫浸沒在板上液層中，形成液封。上升氣體通過齒縫被分散成細小的氣泡或流股進人液層。板上的鼓泡液層或充氣的泡沫體為氣、液兩相提供了較大的傳質界面。液體通過降液管流下，并依靠溢流堰以保證塔板上存有一定厚度的液層。

泡罩塔的優(yōu)點是不易發(fā)生漏液現(xiàn)象，有較好的操作彈性;塔板不易堵塞，對于各種物料的適應性強。缺點是塔板結構復雜，金屬耗量大，造價高;板上液層厚，氣體流徑曲折，塔板壓降大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴重，限制了氣速的提高，故生產能力不大。而且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，氣體分布不均，也影響了板效率的提高。

2)篩板塔。篩板塔是在塔板上開有許多均勻分布的篩孔，上升氣流通過篩孔分散成細小的流股，在板上液層中鼓泡而出，與液體密切接觸。篩孔在塔板上作正三角形排列，其直徑宜為3?8mm，孔心距與孔徑之比常在2.5?4.0范圍內。塔板上設置溢流堰，以使板上維持一定厚度的液層。在正常操作范圍內，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經篩孔向下泄漏。液體應通過降液管逐板流下。

篩板塔的突出優(yōu)點是結構簡單，金屬耗量小，造價低廉;氣體壓降小，板上液面落差也較小，其生產能力及板效率較泡罩塔高。主要缺點是操作彈性范圍較窄，小孔篩板易堵塞。

3)浮閥塔。浮閥塔是國內許多工廠進行蒸餾操作時最樂于采用的一種塔型。在吸收、脫吸等操作中也有應用，效果較好。浮閥塔板的結構特點是在帶有降液管的塔板上開有若干大孔(標準孔徑為39mm)，每孔裝一個可以上下浮動的閥片。由孔上升的氣流，經過閥片與塔板的間隙而與板上橫流的液體接觸。

浮閥結構簡單，制造方便，廣泛用于化工及煉油生產中。浮閥塔具有下列優(yōu)點：生產能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓降及液面落差較小，塔造價較低。

4)噴射型塔。

①舌形塔板。在塔板上沖出許多舌形孔，舌葉與板面成一定角度，向塔板的溢流出口側張開。上升氣流穿過舌孔后，沿舌葉的張角向斜上方以較高速度(20?30m/s)噴出。從上層塔板降液管流出的液體，流過每排舌孔時，即為噴出的氣流強烈擾動而形成泡沫體，并有部分液滴被斜向噴射到液層上方。最后在塔板的出口側，被噴射的液流高速沖至降液管上方的塔壁，流入降液管。

舌形塔板開孔率較大，故可采用較大氣速，生產能力比泡罩、篩板等塔形都大，且操作靈敏、壓降小。當塔內氣體流量較小時，不能阻止液體經舌孔泄漏。所以舌型塔板也有對負荷波動的適應能力較差的缺點。此外，板上液流被氣體噴射后，帶有大量的泡沫，易將氣泡帶到下層塔板，尤其在液體流量很大時，這種氣相夾帶的現(xiàn)象更嚴重，將使板效率明顯下降。

②浮動噴射塔板。浮動噴射塔板是綜合舌形塔板的并流噴射與浮閥塔板的氣道截面積可變兩方面的優(yōu)點而提出的一種噴射型塔板。這種塔板的主體由一系列平行的浮動板組成，浮動板支承在支架的三角槽內，可在一定角度內轉動。由上層塔板降液管流下來的液體，在百葉窗式的浮動板上面流過，上升氣流則沿浮動板間的縫隙噴出，噴出方向與液流方向一致。由于浮動板的張開程度能隨上升氣體的流量而變化，使氣流的噴出速度保持較高的適宜值，因而擴大了操作的彈性范圍。

浮動噴射塔的優(yōu)點是生產能力大，操作彈性大，壓降小，持液量小。缺點是操作波動較大時，液體入口處泄漏較多;液量小時，板上易“干吹”;液量大時，板上液體出現(xiàn)水浪式的脈動，影響接觸效果，使板效率降低。此外，塔板結構復雜，浮板也易磨損及脫落。

(2)填料塔。

填料塔是以塔內的填料作為氣、液兩相間接觸構件的傳質設備。它的結構很簡單，塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化。

填料塔不僅結構簡單，而且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點，尤其對于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或減壓蒸餾系統(tǒng)，都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外，對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過多的塔截面積，此時也宜采用填料塔。

填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好壞與所選用的填料有直接關系。填料的種類很多，如按填料的裝填方式可分為散堆填料和規(guī)整填料兩大類。

散堆填料主要有環(huán)形填料(如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)和階梯環(huán))、鞍形填料(如弧鞍、矩鞍)、環(huán)鞍形填料(如金屬環(huán)矩鞍、納特環(huán)、共扼環(huán))和其他散堆填料(麥勒環(huán)、海爾環(huán)、球形填料等)。

規(guī)整填料是一種在塔內按均勻幾何圖形排布，整齊堆砌的填料。由于具有比表面積大、壓降小、流體分均勻、傳質傳熱效率高等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用。最早開發(fā)的是金屬規(guī)整填料，以后相繼開發(fā)的有塑料規(guī)整填料、陶瓷規(guī)整填料和碳纖維規(guī)整填料。規(guī)整填料根據其結構特點可以分為兩大類：波紋型和非波紋型。前者又分垂直波紋型和水平波紋型;后者又分柵格型和板片型等。規(guī)整填料中應用最廣的是垂直波紋填料。規(guī)整填料分為網孔、絲網、孔板、壓延孔板等。新型波紋填料可采用不銹鋼、銅、鋁、純鈦、鉬鈦等材質制作。

為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應符合以下要求：

1)有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱為填料的比表面積。填料表面只有被流動的液體所潤濕，才能構成有效的傳質面積。因此，填料除了要有較大的比表面積之外，還要有良好的潤濕性能及有利于液體在填料上均勻分布的形狀。

2)有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率。填料的空隙率多在0.45?0.95。當填料的空隙率較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。

3)從經濟、實用及可靠的角度出發(fā)，還要求單位體積填料的重量輕、造價低，堅固耐用，不易堵塞，有足夠的力學強度，對于氣、液兩相介質都有良好的化學穩(wěn)定性等。

上述各項條件，未必為每種填料所兼?zhèn)?，在實際應用時，可根據具體情況加以適當選擇。

2.塔器類設備的運輸與吊裝

(1)設備水平運輸。是指將設備從倉庫或堆放地點運至安裝地點(基礎附近)。塔器類設備組裝或拼裝時，由于條件限制，不能在基礎附近組裝。因此，吊裝時，也要把組裝好的設備進行場內二次運輸。

(2)設備吊裝就位。

1)機械化吊裝?？刹捎闷囀狡鹬貦C、履帶式起重機、輪胎式起重機等進行吊裝。

2)半機械化吊裝。半機械化吊裝機具主要包括人字架、鋼管式和型鋼構架式抱桿及相應配套的卷揚機、滑輪組、鋼絲繩等。

抱桿(單抱桿或雙抱桿)是建設工程中吊裝大型靜置設備的主要起重工具。當機械起重機難以完成吊裝時，均可采用抱桿吊裝。

①單抱桿吊裝塔類設備。塔的質量在350t以內，塔直徑較小，可以采用單抱桿起吊。

②雙抱桿起吊塔器類設備。塔的直徑較大，質量在350?700t之間，可采用雙抱桿起吊。

③塔群吊裝。對于塔群的起吊方法，應有周密的施工方案。塔群的安裝位置如果為一條直線，塔與塔之間相隔離不遠，可以根據具體情況，安裝一座雙桅桿或單抱桿，通過位移依次吊裝，而不必將每一座塔的抱桿安裝、拆除一次。

(三)換熱設備

換熱器是用來完成各種傳熱過程的設備，它是化工、石油、電力、食品等工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備。

1.換熱設備分類

熱傳遞有三種基本方式：傳導、對流和輻射。換熱器依據不同的傳遞機理設計。在工業(yè)生產中，由于用途、操作條件、載熱體的特性等不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結構的換熱器。

(1)按作用原理或傳熱方式分類。

1)混合式換熱器。混合式換熱器(或稱直接式換熱器)是通過換熱流體的直接接觸與混合作用進行熱量交換的，如蒸汽直接加熱。

2)蓄熱式換熱器。大多是用耐火磚壘砌而成，其內部用耐火磚壘砌成“火格子”或者用成形填料填充。它是讓兩種流體先后通過同一固體填料的表面，熱載體先通過，把熱量蓄積在填料中，冷流體再通過時將熱量帶走，從而實現(xiàn)冷、熱兩種流體之間的熱量傳遞。如煉焦爐的蓄熱室的多孔格子磚、空分蓄冷器中卵石等的表面。

3)間壁式換熱器。它采用固體壁面將進行熱交換的兩種流體隔開，使它們通過壁面進行傳熱。這種形式的換熱器應用最為廣泛。

(2)按生產中的使用目的分類?？蓪Q熱器分為加熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、汽化器(或再沸器)等。

(3)按換熱器所用材料分類。一般分成金屬材料和非金屬材料換熱器。

2.幾種常用換熱器

從結構形式上分常用的換熱器有夾套式、蛇管式、套管式、列管式、板式等。

(1)夾套式換熱器。夾套式換熱器構造簡單，換熱器的夾套安裝在容器的外部，夾套與器壁之間形成密封的空間，作為載熱體(加熱介質)或載冷體(冷卻介質)的通路。夾套一般用碳鋼或鑄鐵制成，可焊在器壁上或者用螺釘固定在容器的法蘭或器蓋上。

夾套式換熱器主要用于反應過程的加熱或冷卻。在用蒸汽進行加熱時，蒸汽由上部接管進人夾套，冷凝水則由下部接管流出。作為冷卻器時，冷卻介質(如冷卻水)由夾套下部的接管進入，而由上部的接管流出。

該種換熱器的傳熱系數(shù)較小，傳熱面又受到容器的限制，因此只適用于傳熱量不大的場合。為了提高其傳熱性能，可在容器內安裝攪拌器，使容器內液體作強制對流;為了彌補傳熱面的不足，還可在容器內加裝蛇管換熱器。

(2)蛇管式換熱器。蛇管式換熱器的傳熱面是由彎曲成蛇形的管子組成，制作蛇管的材料有鋼管、銅管或其他有色金屬管、陶瓷管、石墨管等。蛇管式換熱器可分沉浸式和噴淋式兩種。

1)沉浸式蛇管換熱器。蛇管多以金屬管彎制，制成適應容器要求的形狀，沉浸在容器中。兩種流體分別在蛇管內、外流動而進行熱量交換。這種蛇管換熱器的優(yōu)點是結構簡單，價格低廉，便于防腐，能承受高壓。主要缺點是由于容器的體積比蛇管的體積大得多，故管外流體的對流換熱系數(shù)較小，因而總傳熱系數(shù)K值也較小。如果在容器內加攪拌器或減小管外空間，則可提高傳熱系數(shù)。

2)噴淋式蛇管換熱器。噴淋式蛇管換熱器多用作冷卻器。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，熱流體在管內流動，自最下端管進入，由最上端管流出。冷卻水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上，并沿其兩側流至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。冷水在各管表面上流過時，與管內流體進行熱交換。這種設備常放置在室外空氣流通處，冷卻水在汽化時，可帶走部分熱量，可提高冷卻效果。它和沉浸式蛇管換熱器相比，具有便于檢修和清洗、傳熱效果較好等優(yōu)點，其缺點是噴淋不易均勻。

(3)套管式換熱器。套管式換熱器系用管件將兩種尺寸不同的標準管連接成為同心圓的套管，然后用180°的回彎管將多段套管串聯(lián)而成。每一段套管稱為一程，程數(shù)可根據傳熱要求而增減。每程的有效長度為4?6m。

套管式換熱器的優(yōu)點是：構造較簡單;能耐高壓;傳熱面積可根據需要而增減;適當?shù)剡x擇管子內徑、外徑，可使流體的流速較大，且雙方的流體可作嚴格的逆流，有利于傳熱。缺點是：管間接頭較多，易發(fā)生泄漏;單位換熱器長度具有的傳熱面積較小。故在需要傳熱面積不太大而要求壓強較高或傳熱效果較好時，宜采用套管式換熱器。

(4)列管式換熱器。列管式換熱器是目前生產中應用最廣泛的換熱設備。與前述的各種換熱管相比，主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大以及傳熱效果好，且結構簡單、制造的材料范圍廣、操作彈性較大。因此在高溫、高壓的大型裝置上多采用列管式換熱器。

在列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別，若兩流體的溫差較大(50℃以上)時，就可能由于熱應力而引起設備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。根據熱補償方法的不同，列管式換熱器有下面幾種形式：

1)固定管板式熱換器。所謂固定管板式即兩端管板和殼體連接成一體，因此它具有結構簡單和造價低廉的優(yōu)點。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應是較潔凈且不易結垢的物料。當兩流體的溫差較大時，應考慮熱補償，即在外殼的適當部位焊上一個補償圈，當外殼和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)，以適應外殼和管束的不同的熱膨脹程度，這種補償方法簡單，但不宜用于兩流體的溫差較大(大于70℃)和殼方流體壓強過高(高于600kPa)的場合。

2)U形管換熱器。這種換熱器內的管子彎成U形，管子的兩端固定在同一塊管板上，因此每根管子都可以自由伸縮，而與其他管子和殼體均無關。這種形式換熱器的結構也較簡單，重量輕，適用于高溫和高壓場合。其主要缺點是管內清洗比較困難，因此管內流體必須潔凈;且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率差。

3)浮頭式換熱器。當換熱器里兩端管板之一不與外殼固定連接，該端稱為浮頭。當管子受熱(或受冷)時，管束連同浮頭可自由伸縮，而與外殼的膨脹無關，浮頭式換熱器不但可以補償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修，故浮頭式換熱器應用較為普遍，但結構較復雜，金屬耗量較多，造價較高。

4)填料函式列管換熱器。該換熱器的活動管板和殼體之間以填料函的形式加以密封。在一些溫差較大、腐蝕嚴重且需經常更換管束的冷卻器中應用較多，其結構較浮頭簡單，制造方便，易于檢修清洗。

以上幾種類型的列管式換熱器，都有系列標準可供選用。規(guī)格型號中通常標明形式、殼體直徑、傳熱面積、承受的壓強和管程數(shù)等。

(5)板片式換熱器。板片式換熱器的傳熱面是由冷壓成形或經焊接的金屬板材構成的。屬于這類的換熱器有螺旋板式換熱器、板式換熱器和板翅式換熱器等。

1)螺旋板式換熱器。螺旋板式換熱器是用兩張平行的金屬薄板卷制而成。

2)板式換熱器。板式換熱器由很多波紋或半球形突出物的傳熱板按一定間隔通過墊片壓緊而成。

3)板翅式換熱器。板翅式換熱器主要是由平板、翅板、封條3部分組成。

(6)非金屬換熱器。在化工生產中有不少具有強腐蝕性的物料，這時用普通材料制成的換熱設備不能滿足需要。隨著化學工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)和發(fā)展了許多耐腐蝕的新型材料(如陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等)的換熱器。

（責任編輯：gx）

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