绪  论

第一节  化工设备概述

一、化工设备在化工生产中的重要地位

化学工业在国民经济中占有重要地位，它与农业、工业、国防以及人民的衣食住行都有极为密切的关系。

石油、化工产品都是按照一定的工艺过程，利用与之相配套的机械设备生产出来的。例如，生产硫酸就需要与硫酸工艺配套的化工机械，加工原油就需要与原油加工工艺相配套的精馏塔、换热器、加热炉、泵等。因此化工机械是为化工工艺服务的，是实现化工生产的工具和手段。不同的化工工艺过程对化工机械提出了不同的要求，促进了化工机械的发展，而设计合理、质量优良的新型高效化工机械又会促使产品质量和产量的提高和消耗的降低，甚至使原来难以实现的生产工艺成为现实，生产出许多新的产品。

化工机械分为两大类：一类为动设备，如各种类型的泵、压缩机、离心机等，通常称为“机器”；另一类为静设备，如用于精馏、解吸、吸收、萃取等工艺的塔设备，用于合成材料聚合、加氢、裂解等工艺的反应设备，用于气、液体加热、冷却、液体汽化、蒸汽冷凝及废热回收的各种热量交换设备，用于原料、成品及半成品储存、运输、计量的储运设备等，通常称为“设备”，即本书所讲的“化工设备”。化工厂的机械装备80%左右属于化工设备。

本课程的主要任务：研究典型化工设备及常用零部件的材料选用、结构组成、性能特点、日常维护的方法。

二、化工设备工业的发展

新中国成立前，我国没有完整的化工设备工业，大部分生产设备及备品配件均靠国外进口。新中国成立后，陆续建立了一批化工机械厂来配合化工企业的生产。20世纪50年代末，我国已经能够生产压力为32.4MPa的多层包扎式高压容器。化工设备的发展，为化工工艺开发奠定了基础。20世纪60年代，国内化工生产逐步实现了设备大型化。20世纪80年代，我国氨碱厂的设备已经处于国际先进水平，可生产石墨换热器、氟塑料制成酸冷却器、硝酸吸收塔、30m3聚合釜、年产30万吨合成氨、52万吨尿素联合装置等化工设备。20世纪90年代化工设备发展已具备向世界先进水平挑战的能力。21世纪，随着科学技术的进步，化工设备不仅向标准化、节能化、大型化发展，而且还向精细化、信息化、机电一体化发展。展望未来，化工设备必将以适应现代化学工艺生产的需要而飞速发展。

三、压力容器的分类

化工生产中所用的设备虽大小不一，形态各异，内部结构千差万别，但它们都有一个外壳，这个外壳统称为容器。容器是化工设备的基本组成部分。

1.压力容器的定义

压力容器是指压力和容积达到一定的数值，容器所处的工作温度使其内部介质呈气体状态的密闭容器。按照我国《压力容器安全技术监察规程》的规定，同时具备下列条件的容器就称为压力容器：

① 最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液柱静水压力）；

② 内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积大于或等于0.025m3；

③ 介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。

2.压力容器的分类

压力容器的应用十分广泛，形式多种多样，根据不同的需要分类方法如下。

（1）按压力性质分类

① 内压容器，是指内部承受流体的压力，即容器内部压力大于外界压力的容器；

② 外压容器，是指外部承受流体的压力，即容器外界压力大于内部压力的容器。

（2）内压容器按其承压大小分类

① 低压容器（代号L），0.1≤p≤1.6MPa;

② 中压容器（代号M），1.6＜p≤10MPa;

③ 高压容器（代号H），10＜p＜100MPa;

④ 超高压容器（代号U），p≥100MPa。

（3）按容器壁厚分类

① 薄壁容器，是指器壁的厚度小于容器内径的者，即；

② 厚壁容器，是指器壁的厚度大于或等于容器内径的者，即。

式中，K为直径比，Do是圆筒外径，Di是圆筒内径。

（4）按工作温度分类

① 常温容器,-20℃＜ｔ＜300℃;

② 高温容器,ｔ≥300℃;

③ 低温容器,ｔ≤－20℃;

④ 超低温容器,ｔ≤－50℃。

(5）按安全技术监察规程分类我国《压力容器安全技术监察规程》按容器的压力等级、容积大小、介质的危害程度及在生产过程中的作用综合考虑，把压力容器分为三个类别。

① 一类容器，除第二类、第三类压力容器以外的所有的低压容器。

② 二类容器，有下列情况之一者：中压容器；易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；剧毒介质的低压容器；低压管壳式余热锅炉；搪玻璃压力容器。

③ 三类容器，有下列情况之一者：高压超高压容器；剧毒介质pＶ（设计压力与容积的乘积）≥0.2MPa·m3的低压容器或剧毒介质的中压容器；易燃或有毒介质，且pＶ≥0.5MPa·m3的中压反应器和pＶ≥10MPa·m3的中压储运器；高压、中压管壳式余热锅炉。

除上述常见的分类外，还可按工艺用途、制造方法等来分类。

四、化工设备的基本要求

化工生产具有生产过程复杂，工艺条件苛刻，介质具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性强、生产装置大型化及生产过程的连续性、自动化程度高等特点。因此要求化工设备既能满足化工工艺的要求，又要能安全可靠地运行，同时还应经济合理。

1.满足工艺要求

化工设备的许多结构尺寸都是由工艺计算决定的，工艺人员通过工艺计算确定容器的直径、容积等尺寸并提出压力、温度、介质特性等生产条件。机械制造人员所提供的设备从结构形式和性能特点应能在指定的生产条件下完成指定的生产任务。所以化工设备首先应满足化工工艺的要求。

2.安全可靠运行

化工生产的特点决定了化工设备安全可靠运行的重要性。国内外生产实践表明，化工设备发生的事故相当频繁，而且事故的危害性极大，尤其是对环境的破坏。为了保证其安全运行，防止事故发生，世界各国都先后成立了专门的研究机构，从事专门的研究工作并指定了相关的技术规范。

保证化工设备安全可靠运行，具体体现在强度、刚度（稳定性）、密封性、耐久性及耐腐蚀性等多个方面。

3.经济合理性要求

化工设备在满足工艺要求和保证安全可靠运行的前提下，应尽量做到经济合理。从选材、设计、制造、安装等方面减少费用。不仅要降低设备本身的成本，还要考虑操作、维护、修理费用，能源及动力的消耗等。