一级造价工程师

二、静置设备的制作和安装

(一)容器

根据容器不同的形状分类，主要有矩形、球形和圆筒形三种。

矩形容器一般由平板焊接而成，制造方便，但承压能力差，只用作小型常压储槽。

球形容器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安置内件不方便且制造工艺复杂，多用作承受一定压力的大中型储罐，如储气罐。

圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头所组成，制造容易，安装内件方便，且承压能力较好，因此这类容器被广泛应用在各类项目中。

1.—般容器

一般容器可分为：

(1)平底、平盖容器。顶盖和筒体按连接形式又分不可拆和可拆两种。

(2)平底、锥盖容器。

(3)90°无折边锥形底、平盖容器。顶盖和筒体连接形式又可分为不可拆和可拆两种。

(4)90°折边锥形底、椭圆形盖容器。

(5)立式椭圆形封头容器。

(6)卧式椭圆形封头容器。

2.带搅拌容器

借助于搅拌器搅拌，向介质传递能量进行化学反应的容器，称为搅拌反应器，也称为反应釜，或称搅拌罐。

(1)搅拌装置。按其安装形式可分为：立式容器中心搅拌、偏心式搅拌、倾斜式搅拌、底搅拌、卧式容器搅拌、旁入室搅拌等。典型的搅拌器形式有桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺杆式等。

(2)轴封。轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。转轴密封的形式很多，最常用的有填料密封、机械密封、迷宫密封、浮动环密封等。

(3)搅拌罐。搅拌罐包括罐体和装焊在罐体上的各种附件。常用的罐体是立式圆筒形容器，由于物料在反应过程中一般都伴有热效应，即反应过程中放出热量或吸收热量，因此在罐体的外部或内部有时需设置加热或冷却用的传热装置，如设置夹套、蛇管等。

3.高压容器

高压容器的主要构件是筒体、密封件、端盖和筒体端部以及紧固连接件等。以筒体的结构分类，可有整体式和组合式两大类。其中，整体式高压筒体又可分为铸钢、无缝钢管、单层厚板焊接(单层卷板式、单层瓦片式)和整体锻造式。组合式高压筒体又分为多层包扎式、热套式、错绕扁平钢带式、绕板式、多层卷板式等。

4.反应器

反应器是化工厂中的主要设备之一。上述带搅拌装置的容器也属于反应器的一种，即反应釜。按结构形式可分为釜式、管式、塔式和流化床式反应器。按操作压力的高低可分为高压反应器和中低压反应器。

(1)釜式反应器。是一种低高径比的圆筒形反应器，器内常设有搅拌装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。既可以用于间歇(分批)生产，也可以用于连续操作，既可以单釜使用，亦可多釜组合连续操作。

(2)管式反应器。是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联;可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。

(3)固定床反应器。装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2?15mm左右，堆积成一定高度(或厚度)的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气、固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

(4)流化床反应器。流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气、固相反应过程或液、固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

(二)塔器

塔设备是化工、石油工业中广泛使用的重要生产设备。用以实现蒸馏和吸收两种分离操作的塔设备分别称为蒸馏塔和吸收塔。这类塔设备的基本功能是提供气、液两相充分接触的机会，使传质、传热过程能够迅速有效地进行，还要求完成传质、传热过程之后的气、液两相能及时分开，互不夹带。

1.塔设备分类及性能

根据塔内气、液接触部件的结构形式，可分为两大类：板式塔与填料塔。

板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由塔顶逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层;气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔板上逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。

填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下;气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液两相在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。

(1)板式塔。按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。

错流塔板间有专供液体流通的降液管(又称溢流管)。适当安排降液管的位置及堰的高度，可以控制板上液体流径与液层厚度，从而获得较高的效率。但是降液管大约要占去塔板面积的20%，影响了塔的生产能力;而且液体横流过塔板时要克服各种阻力，降低了塔的分离效率。

逆流塔板间不设降液管，气、液同时由板上孔道逆向穿流而过，故又称穿流塔板。这种塔板结构简单，板上无液面落差，气体分布均匀，板面利用充分，可增大处理量及减小压降，但需要较高的气速才能维持板上液层厚度，操作弹性差且效率较低。

常用的板式塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔.、舌形喷射塔以及一些新型塔和复合型塔(如浮动喷射塔、浮舌塔、压延金属网板塔、多降液管筛板塔等)。

1)泡罩塔。泡罩塔是较早为工业蒸馏操作所采用的一种气液传质设备。每层塔板上装有若干短管作为上升气体通道，称为升气管。由于升气管高出液面，故板上液体不会从中漏下。升气管上覆以泡罩，泡罩下部周边开有许多齿缝。在操作条件下，齿缝浸没在板上液层中，形成液封。上升气体通过齿缝被分散成细小的气泡或流股进人液层。板上的鼓泡液层或充气的泡沫体为气、液两相提供了较大的传质界面。液体通过降液管流下，并依靠溢流堰以保证塔板上存有一定厚度的液层。

泡罩塔的优点是不易发生漏液现象，有较好的操作弹性;塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强。缺点是塔板结构复杂，金属耗量大，造价高;板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，故生产能力不大。而且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，气体分布不均，也影响了板效率的提高。

2)筛板塔。筛板塔是在塔板上开有许多均匀分布的筛孔，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，与液体密切接触。筛孔在塔板上作正三角形排列，其直径宜为3?8mm，孔心距与孔径之比常在2.5?4.0范围内。塔板上设置溢流堰，以使板上维持一定厚度的液层。在正常操作范围内，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。液体应通过降液管逐板流下。

筛板塔的突出优点是结构简单，金属耗量小，造价低廉;气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔高。主要缺点是操作弹性范围较窄，小孔筛板易堵塞。

3)浮阀塔。浮阀塔是国内许多工厂进行蒸馏操作时最乐于采用的一种塔型。在吸收、脱吸等操作中也有应用，效果较好。浮阀塔板的结构特点是在带有降液管的塔板上开有若干大孔(标准孔径为39mm)，每孔装一个可以上下浮动的阀片。由孔上升的气流，经过阀片与塔板的间隙而与板上横流的液体接触。

浮阀结构简单，制造方便，广泛用于化工及炼油生产中。浮阀塔具有下列优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降及液面落差较小，塔造价较低。

4)喷射型塔。

①舌形塔板。在塔板上冲出许多舌形孔，舌叶与板面成一定角度，向塔板的溢流出口侧张开。上升气流穿过舌孔后，沿舌叶的张角向斜上方以较高速度(20?30m/s)喷出。从上层塔板降液管流出的液体，流过每排舌孔时，即为喷出的气流强烈扰动而形成泡沫体，并有部分液滴被斜向喷射到液层上方。最后在塔板的出口侧，被喷射的液流高速冲至降液管上方的塔壁，流入降液管。

舌形塔板开孔率较大，故可采用较大气速，生产能力比泡罩、筛板等塔形都大，且操作灵敏、压降小。当塔内气体流量较小时，不能阻止液体经舌孔泄漏。所以舌型塔板也有对负荷波动的适应能力较差的缺点。此外，板上液流被气体喷射后，带有大量的泡沫，易将气泡带到下层塔板，尤其在液体流量很大时，这种气相夹带的现象更严重，将使板效率明显下降。

②浮动喷射塔板。浮动喷射塔板是综合舌形塔板的并流喷射与浮阀塔板的气道截面积可变两方面的优点而提出的一种喷射型塔板。这种塔板的主体由一系列平行的浮动板组成，浮动板支承在支架的三角槽内，可在一定角度内转动。由上层塔板降液管流下来的液体，在百叶窗式的浮动板上面流过，上升气流则沿浮动板间的缝隙喷出，喷出方向与液流方向一致。由于浮动板的张开程度能随上升气体的流量而变化，使气流的喷出速度保持较高的适宜值，因而扩大了操作的弹性范围。

浮动喷射塔的优点是生产能力大，操作弹性大，压降小，持液量小。缺点是操作波动较大时，液体入口处泄漏较多;液量小时，板上易“干吹”;液量大时，板上液体出现水浪式的脉动，影响接触效果，使板效率降低。此外，塔板结构复杂，浮板也易磨损及脱落。

(2)填料塔。

填料塔是以塔内的填料作为气、液两相间接触构件的传质设备。它的结构很简单，塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化。

填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐材料制造等优点，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统，都表现出明显的优越性。另外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，若采用板式塔，则降液管将占用过多的塔截面积，此时也宜采用填料塔。

填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好坏与所选用的填料有直接关系。填料的种类很多，如按填料的装填方式可分为散堆填料和规整填料两大类。

散堆填料主要有环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)、鞍形填料(如弧鞍、矩鞍)、环鞍形填料(如金属环矩鞍、纳特环、共扼环)和其他散堆填料(麦勒环、海尔环、球形填料等)。

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料。由于具有比表面积大、压降小、流体分均勻、传质传热效率高等优点，因此得到了广泛的应用。最早开发的是金属规整填料，以后相继开发的有塑料规整填料、陶瓷规整填料和碳纤维规整填料。规整填料根据其结构特点可以分为两大类：波纹型和非波纹型。前者又分垂直波纹型和水平波纹型;后者又分栅格型和板片型等。规整填料中应用最广的是垂直波纹填料。规整填料分为网孔、丝网、孔板、压延孔板等。新型波纹填料可采用不锈钢、铜、铝、纯钛、钼钛等材质制作。

为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合以下要求：

1)有较大的比表面积。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积。填料表面只有被流动的液体所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，填料除了要有较大的比表面积之外，还要有良好的润湿性能及有利于液体在填料上均匀分布的形状。

2)有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率。填料的空隙率多在0.45?0.95。当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。

3)从经济、实用及可靠的角度出发，还要求单位体积填料的重量轻、造价低，坚固耐用，不易堵塞，有足够的力学强度，对于气、液两相介质都有良好的化学稳定性等。

上述各项条件，未必为每种填料所兼备，在实际应用时，可根据具体情况加以适当选择。

2.塔器类设备的运输与吊装

(1)设备水平运输。是指将设备从仓库或堆放地点运至安装地点(基础附近)。塔器类设备组装或拼装时，由于条件限制，不能在基础附近组装。因此，吊装时，也要把组装好的设备进行场内二次运输。

(2)设备吊装就位。

1)机械化吊装。可采用汽车式起重机、履带式起重机、轮胎式起重机等进行吊装。

2)半机械化吊装。半机械化吊装机具主要包括人字架、钢管式和型钢构架式抱杆及相应配套的卷扬机、滑轮组、钢丝绳等。

抱杆(单抱杆或双抱杆)是建设工程中吊装大型静置设备的主要起重工具。当机械起重机难以完成吊装时，均可采用抱杆吊装。

①单抱杆吊装塔类设备。塔的质量在350t以内，塔直径较小，可以采用单抱杆起吊。

②双抱杆起吊塔器类设备。塔的直径较大，质量在350?700t之间，可采用双抱杆起吊。

③塔群吊装。对于塔群的起吊方法，应有周密的施工方案。塔群的安装位置如果为一条直线，塔与塔之间相隔离不远，可以根据具体情况，安装一座双桅杆或单抱杆，通过位移依次吊装，而不必将每一座塔的抱杆安装、拆除一次。

(三)换热设备

换热器是用来完成各种传热过程的设备，它是化工、石油、电力、食品等工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。

1.换热设备分类

热传递有三种基本方式：传导、对流和辐射。换热器依据不同的传递机理设计。在工业生产中，由于用途、操作条件、载热体的特性等不同，出现了各种不同形式和结构的换热器。

(1)按作用原理或传热方式分类。

1)混合式换热器。混合式换热器(或称直接式换热器)是通过换热流体的直接接触与混合作用进行热量交换的，如蒸汽直接加热。

2)蓄热式换热器。大多是用耐火砖垒砌而成，其内部用耐火砖垒砌成“火格子”或者用成形填料填充。它是让两种流体先后通过同一固体填料的表面，热载体先通过，把热量蓄积在填料中，冷流体再通过时将热量带走，从而实现冷、热两种流体之间的热量传递。如炼焦炉的蓄热室的多孔格子砖、空分蓄冷器中卵石等的表面。

3)间壁式换热器。它采用固体壁面将进行热交换的两种流体隔开，使它们通过壁面进行传热。这种形式的换热器应用最为广泛。

(2)按生产中的使用目的分类。可将换热器分为加热器、冷凝器、蒸发器、汽化器(或再沸器)等。

(3)按换热器所用材料分类。一般分成金属材料和非金属材料换热器。

2.几种常用换热器

从结构形式上分常用的换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式等。

(1)夹套式换热器。夹套式换热器构造简单，换热器的夹套安装在容器的外部，夹套与器壁之间形成密封的空间，作为载热体(加热介质)或载冷体(冷却介质)的通路。夹套一般用碳钢或铸铁制成，可焊在器壁上或者用螺钉固定在容器的法兰或器盖上。

夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进人夹套，冷凝水则由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质(如冷却水)由夹套下部的接管进入，而由上部的接管流出。

该种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器的限制，因此只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足，还可在容器内加装蛇管换热器。

(2)蛇管式换热器。蛇管式换热器的传热面是由弯曲成蛇形的管子组成，制作蛇管的材料有钢管、铜管或其他有色金属管、陶瓷管、石墨管等。蛇管式换热器可分沉浸式和喷淋式两种。

1)沉浸式蛇管换热器。蛇管多以金属管弯制，制成适应容器要求的形状，沉浸在容器中。两种流体分别在蛇管内、外流动而进行热量交换。这种蛇管换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。主要缺点是由于容器的体积比蛇管的体积大得多，故管外流体的对流换热系数较小，因而总传热系数K值也较小。如果在容器内加搅拌器或减小管外空间，则可提高传热系数。

2)喷淋式蛇管换热器。喷淋式蛇管换热器多用作冷却器。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，热流体在管内流动，自最下端管进入，由最上端管流出。冷却水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上，并沿其两侧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过时，与管内流体进行热交换。这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在汽化时，可带走部分热量，可提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修和清洗、传热效果较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。

(3)套管式换热器。套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成。每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。每程的有效长度为4?6m。

套管式换热器的优点是：构造较简单;能耐高压;传热面积可根据需要而增减;适当地选择管子内径、外径，可使流体的流速较大，且双方的流体可作严格的逆流，有利于传热。缺点是：管间接头较多，易发生泄漏;单位换热器长度具有的传热面积较小。故在需要传热面积不太大而要求压强较高或传热效果较好时，宜采用套管式换热器。

(4)列管式换热器。列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及传热效果好，且结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。因此在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。

在列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别，若两流体的温差较大(50℃以上)时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，列管式换热器有下面几种形式：

1)固定管板式热换器。所谓固定管板式即两端管板和壳体连接成一体，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度，这种补偿方法简单，但不宜用于两流体的温差较大(大于70℃)和壳方流体压强过高(高于600kPa)的场合。

2)U形管换热器。这种换热器内的管子弯成U形，管子的两端固定在同一块管板上，因此每根管子都可以自由伸缩，而与其他管子和壳体均无关。这种形式换热器的结构也较简单，重量轻，适用于高温和高压场合。其主要缺点是管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净;且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率差。

3)浮头式换热器。当换热器里两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热(或受冷)时，管束连同浮头可自由伸缩，而与外壳的膨胀无关，浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，故浮头式换热器应用较为普遍，但结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。

4)填料函式列管换热器。该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在一些温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多，其结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。

以上几种类型的列管式换热器，都有系列标准可供选用。规格型号中通常标明形式、壳体直径、传热面积、承受的压强和管程数等。

(5)板片式换热器。板片式换热器的传热面是由冷压成形或经焊接的金属板材构成的。属于这类的换热器有螺旋板式换热器、板式换热器和板翅式换热器等。

1)螺旋板式换热器。螺旋板式换热器是用两张平行的金属薄板卷制而成。

2)板式换热器。板式换热器由很多波纹或半球形突出物的传热板按一定间隔通过垫片压紧而成。

3)板翅式换热器。板翅式换热器主要是由平板、翅板、封条3部分组成。

(6)非金属换热器。在化工生产中有不少具有强腐蚀性的物料，这时用普通材料制成的换热设备不能满足需要。随着化学工业的发展，出现和发展了许多耐腐蚀的新型材料(如陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等)的换热器。

（责任编辑：gx）

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