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第三節 靜置設備與工藝金屬結構制作安裝

靜置設備包括容器、塔、換熱器、油罐、球罐、氣柜、火炬、排氣筒等。

一、壓力容器的分類

(一)壓力容器的基本分類

(二)按設備的設計壓力(P)分類

低壓容器(L)0.1Mpa≤P<1.6Mpa;中壓容器(M)1.6Mpa≤P<10Mpa;高壓容器(H)10Mpa≤P<100Mpa;

超高壓容器(U)P≥100Mpa。

(三)按設備在生產工藝過程中的作用原理分類

(四)按結構材料分類

(五)按化學介質的毒性和爆炸危險程度分類

1)極度危害(I級)：最高容許濃度小于0. 1mg/m3;

2)高度危害(Ⅱ級)：最高容許濃度大于或等于0. 1mg/m3，

3)中度危害(Ⅲ級)：最高容許濃度大于或等于1.Omg/m3，

4)輕度危害(Ⅳ級)：最高容許濃度大于或等于lOmg/m;且小于lOmg/m3;

二、靜置設備制作和安裝

(一)容器

根據容器不同形狀分類，主要有：矩形、球形和圓筒形。

1.一般容器

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。

3.高壓容器

4.反應器

(二)塔器

1. 塔設備分類及性能

塔設備的基本功能：氣、液兩相充分接觸，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。

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。

(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。常用的板式塔有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形噴射塔。

1)泡罩塔。

優點：不易發生漏液，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：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。

優點：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。

缺點：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。

浮閥結構簡單，制造方便，廣泛用于化工及煉油生產中。浮閥塔具有下列優點：

①生產能力大。

②操作彈性大。

③塔板效率高。

④氣體壓降及液面落差較小。

⑤塔造價較低。

4)噴射型塔

①舌形塔板。

②浮動噴射塔板。

(2)填料塔

填料塔

填料塔結構簡單、阻力小、便于用耐腐材料制造，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，都表現出明顯的優越性。對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作宜采用填料塔。

填料是填料塔的核心，填料的種類很多，按填料的裝填方式可分為散堆填料和規整填料兩大類。

為使填料塔發揮良好的效能，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，以σ表示，其單位為m2/m3。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，以e表示，其單位為m3/m3。一般說來，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。

(三)換熱設備

1.幾種常用換熱器

常用的換熱器有夾套式、蛇管式、套管式、列管式、板式。

(1)夾套式換熱器

該種換熱器的傳熱系數較小，傳熱面受到容器限制，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

1)沉浸式蛇管換熱器。

優點：結構簡單，價格低廉，便于防腐，能承受高壓。

缺點：對流換熱系數較小，總傳熱系數K值小。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。

2)噴淋式蛇管換熱器。

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、傳熱效果較好等優點，缺點是噴淋不易均勻。

(3)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，主要優點是單位體積所具有的傳熱面積大、傳熱效果好，結構簡單、制造的材料范圍廣、操作彈性較大。在高溫、高壓的大型裝置上多采用列管式換熱器。

1)固定管板式換熱器

固定管板式換熱器兩端管板和殼體連接成一體，具有結構簡單、造價低廉的優點。但由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應是較潔凈、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型管換熱器。

3)浮頭式換熱器。

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，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。

浮頭式換熱器

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。

填料函式列管換熱器

1-活動管板; 2-填料壓蓋; 3-填料; 4-填料函; 5-縱向隔板

三、金屬油罐制作和安裝

(一)油罐的分類

1.按油罐所處位置劃分

分為地上油罐、半地下油罐和地下油罐三種。

地上油罐——罐底位于設計標高±0.00及其以上或罐底在設計標高±0.00以下但不超過油罐高度的1/2

半地下油罐——油罐埋入地下深于其高度的1/2，而且油罐的液位的最大高度不超過設計標高±0.00以上0.2m。

地下油罐——罐內液位處于設計標高±0.00以下0.2m。

2.按油罐的幾何形狀劃分

按油罐的幾何形狀可劃分為：立式圓柱形罐、臥式圓柱形罐和球形罐。

3.按油罐的不同結構形式劃分

按油罐的不同結構形式可分為：

(1)固定頂儲罐。固定頂儲罐又可分為錐頂儲罐、拱頂儲罐、自支撐傘形儲罐。

(2)無力矩頂儲罐(懸鏈式無力矩儲罐)。

(3)浮頂儲罐。可分為浮頂儲罐、內浮頂儲罐(帶蓋內浮頂儲罐)。

1)浮頂儲罐。采用浮頂罐儲存油品時，可比固定頂罐減少油品損失80%左右。

2)內浮頂儲罐。 內浮頂儲罐是帶有固定罐頂的浮頂罐，也是拱頂罐和浮頂罐相結合的新型儲罐。

優點：

一、與浮頂罐相比，絕對保證儲液的質量;減少蒸發損失85%～96%;減少空氣污染，降低著火爆炸危險，特別適合于儲存高級汽油和噴氣燃料及有毒的石油化工產品;減少罐壁罐頂的腐蝕，延長儲罐的使用壽命。

二、在密封相同情況下，與浮頂相比可以進一步降低蒸發損耗。

缺點：

與拱頂罐相比，鋼板耗量多，施工要求高;與浮頂罐相比，維修不便(密封結構)，儲罐不易大型化，目前一般不超過10000m3。

(二)金屬油罐的制作安裝

1. 金屬油罐的安裝施工方法。

根據金屬油罐的不同結構，可選用抱桿倒裝法、卷裝法、充氣頂升法和水浮正裝法。

2.金屬油罐的試驗

(1)油罐焊縫質量的檢驗及驗收。常用的無損探傷方法有：超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷。

(2)油罐嚴密性試驗。

1)真空箱試驗法。

2)煤油試漏方法。

3)化學試驗法。

4)壓縮空氣試驗法。

罐底嚴密性試驗：真空箱試驗法、化學試驗法檢測;

罐壁嚴密性試驗：煤油試漏法;

罐頂嚴密性試驗：煤油試漏、壓縮空氣試驗法。

(3)油罐充水試驗。

四、金屬球形罐的制作和安裝

(一)球罐的構造與分類

球形罐與立式圓筒形儲罐相比，在相同容積和相同壓力下，球罐的表面積最小，故所需鋼材面積少;在相同直徑情況下，球罐壁內應力最小，而且均勻，其承載能力比圓筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相應圓筒形容器壁板厚度的一半。

1.球罐分類

(1)按形狀分為圓球形和橢球形罐。

橢球形罐是在常溫下貯存蒸汽壓比大氣壓稍高的揮發性液體用的低壓容器。使用它是為了防止在將揮發性液體裝入普通貯罐內時會產生蒸發損失。它特別適合于貯存車用汽油和天然汽油。

(2)按殼體層數分為單層殼體和雙層殼體球罐。

1)單層殼體球罐。單層殼體球罐最常見，多用于常溫高壓和高溫中壓球罐。

2)雙層殼體球罐。由外球和內球組成，由于雙層殼體間放置了優質絕熱材料，所以絕熱保冷性能好，適用于液化氣或超高壓氣體的儲存。

(二)球罐的安裝施工

1.球罐的拼裝方法

(1)分片組裝法。

優點：施工準備工作量少，組裝速度快，組裝應力小，組裝精度易于掌握，不需要很大的吊裝機械，占地小。

缺點：高空作業量大，全位置焊接技術要求高，焊工施焊條件差，勞動強度大。

適用：適用于任意大小球罐的安裝。

(2)拼大片組裝法。

在地面上進行組裝焊接，減少高空作業，可采用自動焊進行焊接，提高焊接質量。

(3)環帶組裝法。環帶組裝法一般適用于中、小球罐的安裝。

(4)拼半球組裝法。

特點：高空作業少，安裝速度快，但需用吊裝能力較大的起重機械。

適用于中、小型球罐的安裝。

(5)分帶分片混合組裝法。適用于中、小型球罐的安裝

2.球罐焊前預熱、焊后熱處理及整體熱處理

(1)焊前預熱。

(2)焊后熱處理。

主要目的：釋放殘余應力，改善焊縫塑性和韌性;消除焊縫中的氫根，改善焊接部位的力學性能。

(3)整體熱處理

目的：消除由于球罐組焊產生的應力，穩定球罐幾何尺寸，改變焊接金相組織，提高金屬的韌性和抗應力能力，防止裂紋的產生。由于溶解氫的析出，防止延遲裂紋產生，預防滯后破壞，提高耐疲勞強度與蠕變強度。目前我國對壁厚大于34mm的各種材質的球罐都采用整體熱處理。

球罐整體熱處理有兩種方法：內燃法和電熱法。

3.球罐的檢驗

(1)焊縫檢查。

1)外觀檢查。

2)焊縫內在質量的檢驗。對焊縫內在質量的檢驗是采用無損探傷檢驗。無損探傷檢查有射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷和滲透探傷。

① 球罐的對接焊縫(包括人孔和公稱直徑不小于250mm接管的對接焊縫和法蘭，鍛制加強圈的外接焊縫)應100%進行射線探傷和超聲波探傷。

② 選擇100%射線探傷檢查時，對球殼板厚度大于38mm的焊縫還應作超聲波探傷復檢，復檢長度不應小于所探焊縫總長的20%。

③ 選擇100%超聲波探傷方法時，應對超聲波探傷部位作射線探傷復檢。

④ 水壓試驗后進行復查，復查數量不得小于焊縫全長的20%。復查部位包括全部“T”形接頭及每個焊工各個焊接位置的對接焊縫和各種角焊縫。

(2)水壓試驗。

水壓試驗要求：

① 水壓試驗壓力應為設計壓力的1.25倍。設計有特殊規定時按設計文件要求進行，但不應小于球罐設計壓力的1.25倍。

② 試驗用水應為清潔的工業用水，對碳素鋼和16MnR鋼制球罐水溫不得低于5℃;其他低合金鋼球罐試壓用水溫度不得低于15℃;對新鋼種的試驗水溫應按設計規定進行。

③ 球罐水壓試驗過程中要進行基礎沉降觀測，觀測應分別在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本體高度、充滿水24h和放水后各個階段進行觀測，并作好實測記錄。

(3)氣密性試驗。

球罐經水壓試驗合格后要再進行一次磁粉探傷或滲透探傷;排除表面裂紋及其他缺陷后，再進行氣密性試驗。氣密性試驗是在球罐各附件安裝完畢、壓力表、安全閥、溫度計經過校驗合格后進行。

五、氣柜制作和安裝

(一)氣柜種類及結構形式

1.低壓濕式氣柜

(1)直立式低壓濕式氣柜。

(2)螺旋式低壓濕式氣柜。

濕式氣柜構造簡單，易于施工，但是其煤氣壓力波動大，土建基礎費用高，冬季耗能大，檢修時產生大量污水，壽命只有約10年。大容量貯氣柜用此型不經濟。

2.低壓干式氣柜

低壓干式氣柜的基礎費用低，占地少，運行管理和維修方便，維修費用低，無大量污水產生，煤氣壓力穩定，壽命可長達30年。大容量干式氣柜在技術與經濟兩方面均優于濕式氣柜。

3.高壓氣柜

高壓氣柜貯存壓力最大約16MPa，有球形和臥式圓筒形兩種。高壓氣柜沒有內部活動部件，結構簡單。按其貯存壓力變化而改變其貯存量。多用于貯存液化石油氣、烯烴、液化天然氣、液化氫氣等。容量大于l20 m3時常選用球形，小于120m3則多用臥式圓筒形。

(二)濕式氣柜制作和安裝方法

1.氣柜安裝質量檢驗

(1)施工過程中的焊接質量檢驗。焊接規范要求：

1)氣柜壁板所有對焊焊縫均應經煤油滲透試驗。

2)下水封的焊縫應進行注水試驗，不漏為合格。

3)當鋼板厚度為8mm以上時，水槽壁對接焊縫應進行無損探傷檢查，抽查數量，立焊縫不少于10%，環縫不少于5%。

(2)氣柜底板的嚴密性試驗。檢查底板結構強度、焊縫嚴密性。底板的嚴密性試驗可采用真空試漏法或氨氣滲漏法。

(3)氣柜總體試驗。

1)氣柜施工完畢，進行注水試驗。

2)鐘罩、中節的氣密試驗和快速升降試驗。目的是檢查各中節、鐘罩在升降時的性能和各導輪、導軌、配合及工作情況、整體氣柜密封的性能。

六、工藝金屬結構制作安裝

(一)工藝金屬結構件的種類

1. 設備框架、管廊柱子、桁架結構、聯合平臺

2. 設備支架、梯子、平臺

3. 漏斗、料倉、煙囪

4. 火炬及排氣筒

(二)工藝金屬結構的制作和安裝

1. 火炬及排氣筒的制作安裝

(1)塔架制作。塔架制作屬于金屬結構工程范圍，主要包括有鋼材檢查、焊接、焊縫檢查、組對、刷油防腐等內容。

1)鋼材檢查。

厚度等于或小于12mm的鋼板——按張數的10%進行磁粉探傷檢查

厚度大于14mm的鋼板——應100%進行超聲波檢查，表面用磁粉探傷檢查

塔柱鋼管卷后——按卷筒數的5%用磁粉全面檢查

20號無縫鋼管——按每批根數的10%抽查化學成分，每批抽查3根作力學性能檢查。

2)焊接。

3)焊縫檢查。塔柱對接焊縫用超聲波100%檢查，如有可疑點，再用X射線復查，按焊縫總數的25%檢查，根據焊縫質量情況再增減檢查比例。

預應力大直徑腹桿的對接焊縫，用超聲波100%檢查、合格標準為缺陷面積與焊縫總面積比小于0.7%，且不允許有裂紋。

4)組對。

5)鋼結構刷油防腐。塔架通常可涂過氯乙烯漆的方法達到防腐蝕是的目的。

(2)塔架安裝。塔架的安裝方法較多，一般有分節段安裝和整體安裝。

整體吊裝可采用雙抱桿起吊方法或用人字抱桿扳倒法豎立。

七、靜置設備無損檢測

八、靜置設備工程計量

1.工程量計算規則

“臺”：容器、塔器、熱交換器、金屬油罐中拱頂罐、球形罐、氣柜

“座”：火炬及排氣筒

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