炼油设备基础知识
绪论
一、炼油工艺对设备的基本要求
在炼油生产中，工艺是龙头，设备是为工艺服务的。随着工艺的改进和新工艺的出现，对设备提出了新的、更高的要求，促进了设备的发展，而设计合理、性能优良的设备又为先进的工艺过程的实现提供了保证。不同的工艺所使用的设备不同，对设备的要求也不尽相同，但概括而言有如下几方面要求。 (一)满足工艺要求 设备是为工艺服务的，所以首先应满足工艺所提出的各项要求。如流体输送设备应能按要求输送工艺需要的流体，反应设备应能在规定的温度、压力、浓度等条件下进行所需要的化学反应、且反应率及反应速度达到工艺要求，传质设备应能将处于混合状态的物料实施分离、并达到工艺要求的分离效果和处理能力，换热设备应能在规定的流量和温度条件下实施规定的热量交换等。 (二)安全可靠地运行
炼油生产的原料、产品及使用的催化剂、添加剂，大多都是易燃、易爆、有毒及腐蚀性的物质，而且生产过程一般都是在一定的压力、温度甚至于高温、高压下进行的，一旦发生事故仅设备本身遭到破坏，往往还会诱发一连串恶性事故，造成重大人身伤亡和经济损失，所以生产的安全性尤为重要。
为了确保设备安全可靠运行，首先要求其具有足够的强度、刚度和良好的密封性。强度是指设备在载荷作用下抵抗破坏的能力，每台设备不论壳体或部件，都应该有足够的强度以保证正常操作和人员安全。刚度是指设备在载荷作用下抵抗变形的能力，刚度不足同样也会使设备丧失工作能力，如在减压下操作的设备若刚度(稳定性)不足，将由于失稳(失去原有形状)而不能正常工作；密封性对炼油设备来说也是非常重要的，易燃、易爆、有毒性及强腐蚀的介质若泄漏出来，不仅给环境带来严重污染。使人员的健康受到严重的损害，而且还可能引发火灾、爆炸等恶性事故；对于真空设备，若密封不严漏进空气，破坏了真空，也是不允许的。所以要求设备在操作时应该严密不漏。 保证设备安全可靠运行除了对设备本身的要求外，还需从使用和日常操作方面着手。配备合格的操作人员和具有相关知识及技能的管理人员，严格执行操作规程、加强日常维护，按有关规定对设备主体以及安全附件定期进行检查和维修，及时发现和消除不安全因素。 (三)结构简单、造价低廉、操作维护方便 设备的投入费用在炼油厂中占有很大的比重，在满足工艺要求和安全运行的前提下，设备的结构要简单，尽量采用标准型号和通用零部件，以降低设备的制造成本。另外还要求设备具有良好的运转性能，自动化程度高且易于操作维护。
二、炼油设备的类型
按作用，炼油设备大致分可为流体输送设备、加热设备、换热设备、传质设备、反应设备及储存设备等几种类型。 (一)流体输送设备
流体输送设备的作用是将各种介质从一个设备输送到另一个设备，或者使其压力升高以满足炼油工艺的要求。包括各种泵、压缩机、鼓风机以及与其配套的管线和阀门等。 (二)加热设备
将油品加热到一定的温度，使其汽化或为油品进行反应提供热量的设备称为加热设备。炼厂中通常采用的是管式加热炉，它是一种火力加热设备，按结构有圆筒炉、立式炉、及斜顶炉等。炼厂中应用较多的是圆筒炉。 (三)换热设备
将热量从高温流体传给低温流体，以达到加热、冷凝、冷却油品，并从中回收热量、节约燃料的设备称为换热设备。换热设备的种类很多，按其使用目的有加热器、换热器、冷凝器、冷却器及再沸器等；按换热方式可分为直接混合式、蓄热式和间壁式。在炼油厂中，应用最多的是各种间壁式换热设备。 (四)传质设备
传质设备的作用是利用介质之间的某些物理性质不同，如沸点、密度、溶解度等，将处于混合状态的物质中的某些组分分离出来。这类设备大多都呈细而高的塔状，所以通常也叫塔设备，如精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等。按结构，塔设备可分为板式塔和填料塔，其中板式塔应用较多。 (五)反应设备
反应设备的作用是完成一定的化学和物理反应。其中化学反应是起主导和决定作用的、物理过程是辅助的或伴生的。反应设备在炼油厂的应用也是很多的，如催化裂化、催化重整、加氢裂化、加氢精制等装置，都要采用不同类型的反应器。 (六)储存设备
用于储存各种油品、石油气及其他液体或气体物料的设备称为储存设备或储罐。按其结构特征有立式储罐、卧式储罐及球形储罐等。
上述各种设备中有的主要用于炼油、化工类生产装置，如加热炉、反应设备、塔设备、换热设备等叫做工艺设备；有些则不仅可用于炼油、化工生产中，还可用于其他方面，如各种泵、压缩机、风机包括阀门等叫做通用设备。
第三章 管道与阀门 第一节 管 道
一、管道的分类
(一)管道的类型
炼油厂的介质种类繁多，各类介质的特性不同，在管路中的状态、温度、压力也不尽相同。按不同的分类方法，管道有不同的类型。分类的目的在于便于合理设计、安装、检修和管理。
根据管路中介质压力的高低可将管道分为高压、中压、低压及真空管道，见表3—1。 表3—1管道按压力分级
级别名称 真空管道 低压管道 设计压力p／MPa p小于标准大气压 O 《工业金属管道工程施工及验收规范》(GB50235-97)，由管道的使用压力、温度、介质及材质等因素综合考虑将管道分为五类，见表3—2。 表3—2管道的综合分类 工作 第Ⅳ类 第V类 管道材质 温度／℃ 第I类 第Ⅱ类 第Ⅲ类 ≤370 p≤32 10≤p<32 4≤p<10 1.6≤p<4 p<1.6 p<1.6 碳素钢 >370 p≥10 4≤p<10 1.6≤p<4 合金钢及 ≥450 p任意 p<1.6 不锈钢 -40～450 p≥10 4≤p<10 1.6≤p<4 注：p-最高工作压力，MPa 剧毒介质及穿越铁路、公路干线，重要桥梁，住宅区及工厂重要设施的甲、乙类火灾危险物质和有毒物质的管道的穿越部分按I类管道考虑；石油气(包括液态烃)和氢气的管道至少按Ⅲ类管道考虑；甲、乙类火灾危险物质、有毒物质和具有腐蚀性的介质以及难以修理、检查、更换或对生产起重要作用的管道均应升高一个类别。 这里所说剧毒介质是指进人人体50g，即会引起肌体严重损伤或致死作用的介质，如氢氟酸、氢氰酸等；有毒介质是指进人人体量大于等于50g，即可引起人体正常功能损伤的介质，如二氧化硫、氨、一氧化碳等；甲、乙类火灾危险物质按YHS-78《炼油化工企业设计防火规定》查取。 炼油、石油化工管道输送的介质一般都是易燃、可燃性介质，有些物料属于剧毒介质，这类管道即使压力很低，但一旦发生泄漏或损坏后果是很严重的，因此对这类管道不仅要考虑温度和压力的影响，还要考虑介质性质的影响；原石油化工总公司颁布的《石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范》(SHJ501—85)，根据被输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性及管道的设计压力将石油化工管道分为A、B、C三级，见表3—3。 管道类别 适 用 范 围 A B C 1．剧毒介质管道 2．设计压力大于或等于10MPa的易燃、可燃介质管道 1．介质闪点低于28℃的易燃介质管道 2．介质爆炸下限低于10％的管道 3．操作温度高于或等于介质自燃点的C级管道 1．介质闪点28—60℃的易燃、可燃介质管道 2．介质爆炸下限高于或等于10％的管道 不同级别的管道，其设计、制造、安装、使用、检验和修理改造的要求也不同。 (二)炼油厂常用管材 1.钢管 钢管按制造方法有无缝钢管、有缝钢管和螺旋钢管三种。无缝钢管有冷拔和热轧两种，适用于输送各种油品、石油气、蒸汽、水、风和浓度98％的硫酸等，常用材料有碳钢、合金钢和不锈钢等；有缝钢管分为镀锌管(白铁管)和不镀锌管(黑铁管)两种，适用于水、煤气、空气、低压蒸汽(p≤1．6MPa)、碱液等的输送，使用温度O～200℃，常用材料为Q235-AF；螺旋钢管适用于公称直径大于250mm，压力1.6～4.0MPa，温度小于等于300℃的大型输油、输气管道，常用材料为Q235-AF、Q235-A、16Mn等。 2．铸铁管 铸铁管耐腐蚀性好，多用于埋置地下的上、下水管，也碱液及浓硫酸。按使用压力分为低压、中压及高压三种，其最大承受压力分别为0.45MPa、0.75MPa、1.0MPa；公称直径75～1500mm，管长3～4m。 3．耐油胶管 耐油胶管有耐油夹布胶管、耐油螺旋胶管及输油钢丝编织胶管三种，可用于低压输油管和低压输水管，适用压力0.1～1.0Mpa。 二、管道的安装 1．管道安装的一般要求 管道安装应注意以下几方面： (1)管道安装前必须将全部管架及支架紧固，对于安装在沉陷量大的基础上的设备，必须在设备找正定位并经水压沉陷稳定后，再安装与其连接的管道。 (2)管子在组合前或管子和组合件在安装前，应将管子和管件内部清扫干净。 (3)安装有缝钢管道时，应使其纵缝位于管道水压试验时易于检查的方位。 (4)凡穿过楼板、墙壁、基础、铁道及公路的管道，应加保护套管且套管内的管段一般不得有焊口，若不得不有焊口时应先进行试压，合格后再安装。钢管与套管间应填满保温材料。 (5)管道对口时应在离接口200mm处测量平直度，如 图3-4所示。当管子公称直径小于lOOmm时，允许偏差为 图3—4管道对口平直度 lmm；当管子公称直径大于等于lOOmm时，允许偏差为2mm。但全长允许偏差不得超过lOmm。管道连接时不得强力对口、一般不允许将管子的重量支承在机泵设备上。 (6)法兰连接应与管道同心，并应保证螺栓自由穿入，法兰螺栓应错开排管的排列方向，法兰盘问应保持平行，其偏差不得大于法兰外径的1.5‰且不大于2mm，不得用强紧螺栓的办法消除歪斜。 (7)输送含有固体介质的管道，主管和支管除设计上有规定者外，一般要求不大于30°角相接；接口焊缝根部应光滑，管内壁无焊瘤。 (8)埋地压力管道安装时，应先检查支持的地基或基础待合格后才能进行，如遇地下水或积水时应先排水后安装；焊接接口需要进行强度及严密性试验合格并采取防腐蚀措施后，才能回填土。距管道两侧及顶部200mm以内的回填土中不应含有石块、砖头等杂物。管道两侧应同时覆土夯实以防管道错位。距管顶200mm以内的回填土层只能踏实，不得用器械夯打，200mm以上应每200～300mm为一层分层夯实。 2．管道的连接 管道的连接方式有焊接、法兰连接、丝扣(即螺纹)连接和承插连接四种。螺纹连接主要用于生活水、暖设施管道、机泵冷却水管道或压力表的引压线连接上。这种连接需要多种配件，如活接头、三通、长箍、丝堵等。丝扣连接拆装方便，但施工麻烦、接头处也容易发生泄漏。承插连接主要适用于铸铁管、陶瓷管、混凝土管及塑料管的连接。在炼油厂采用最多的还是焊接连接和法兰连接。 管道的焊接连接焊口强度高、严密性好、不需要配件、成本低、使用方便，适用于输送各种介质的钢管道，其缺点是不能拆卸。焊接连接时要求两平行焊缝间距离不小于管子外径且不得小于200mm；为避免十字焊缝，若是钢板卷制焊接而成的管子，在对口时应使相邻两管的纵焊缝错开200mm以上。管道的对接焊缝应离开支架lOOmm以上。 法兰连接通过法兰把管子和各种设备连接在一起。法兰连接由一对法兰、一个垫片、若干个螺栓、螺母组成，如图3—5所示。法兰连接拆装灵活方便，管道可定期清洗、检修；但由于温差、压力波动及腐蚀等原因，有时在连接处会发生泄漏，造成介质损失、甚至引起事故。法兰属标准零件，国家和行业都有相应的标准。需要指出的是，各种规格法兰、垫片、螺栓的标准繁杂，选用时要注意。 图3—5法兰连接 l一垫片；2--管子；3一螺母；4_法兰；5一螺栓 3.管道的保温、防腐与涂色 管道无论在地下还是在地面，其表面都会受到周围土壤或大气的腐蚀，使管道使用寿命减少，因此应采用涂刷涂料等防腐措施。 对蒸汽、热油管等高温道，为了减少热量损失、保证工艺参数的稳定和操作人员的安全，需要采取保温措施。保温层的厚度和结构应根据环境、用途、经济性等综合考虑，应使全年热损失的价值和保温层投资的折旧费之和为最小，一般由理论分析并结合实际经验确定。保温材料要有导热系数低，密度小，机械强度高、化学稳定性好、价格低、施工方便等特点。 为了便于识别和管理，各种管道应按规定涂刷不同颜色的油漆，炼油厂工艺管道的刷漆规定见下表 标志色、字样 标志色、字序号 名称 1 物料管道 (1) 一般物料 银 (2) 酸、碱 2 公用工程管道 (1) 水 (2) 污水 (3) 蒸汽 (4) 空气及氧 (5) 氮 (6) 氨 艳绿 黑 银 白 白 大红 (1) 仪表风管 天酞兰 管道紫 大红 大红 5 电气、仪表保护管 黑 表面色 和箭头 序号 名称 3 4 表面色 样和箭头 淡黄 白 紧急放空管(管口) 大红 消防管道 大红 6 仪表管道 天酞兰 大红 淡黄 中黄 大红 大红 (2) 气动信号管 (3) 导压管 银 银 三、管道的使用与维护 （一）管道的投用 新设管道施工完毕或在用管道检修完毕后，在管内往往留有焊渣、铁锈、泥土等杂物，如不及时清除，在使用中可能会堵塞管路、损坏阀门，甚至污染管内介质。因此管道在投用前必须进行清洗和吹扫。具体方法是：先用水清洗，然后再用压缩空气吹净管内存水，对输送不能含水的介质，如航空煤油、润滑油等，在水洗后应用温度不低于80℃的热风吹干；管道吹扫时应避开调节阀和各种设备。若吹扫经过过滤器则应在吹扫后打开过滤器，清除过滤网上的杂质，防止堵塞、影响管路的畅通。 为了检查管道的强度、焊缝的致密性和密封结构的可靠性，对清扫后的管道应进行耐压试验。耐压试验应以水作为试压介质，对承受内压的地上钢管道及有色金属管道试验压力取设计压力的1.5倍。对承受外压的管道。其试验压力取设计内外压力差的1.5倍且不小于O.2MPa。对不宜作水压试验的可作气压试验，气压试验时应做好安全措施，试验压力及其他具体要求查阅有关规范。 (二)管道的检查 管道投用后应进行定期检查。管道的定期检查分为外部检查、重点检查和全面检查，检查的周期应根据管道的综合分类等级确定。各类管道每年至少进行一次外部检查，每6年至少进行一次全面检查；I、Ⅱ、Ⅲ类管道每年至少进行一次重点检查，Ⅳ、Ⅴ类管道每2年至少进行一次重点检查。管道的外部检查主要是观察管道外表面有无裂纹、腐蚀及变形等缺陷，连接法兰有无偏口，紧固件是否齐全、有无腐蚀、松动等现象，用听声法检查管内有无异物的撞击、摩擦声等。 管道的重点检查首先包括外部检查的全部项目，其次对管道及配件中易受腐蚀的部位进行重点测厚，一般每个测厚的部位至少应选3点进行测量；对I、Ⅱ类管道的弯头应100％进行测厚，Ⅳ类管道的弯头至少抽测50％；检查管道的焊缝有无裂纹、渗漏现象，管道中的阀门是否严密、有无被腐蚀的现象，管道中的压力表、温度计、减压阀、止回阀等是否正常；对输送易燃易爆介质的管道还应每年检查一次防静电接地措施。 管道的全面检查首先包括重点检查的全部内容，其次对外部检查和重点检查中管道母材表面可疑的部位应进行磁粉和着色检测，对管道上焊缝还要进行射线或超声波检测抽查，I类管道的焊缝抽检20％、Ⅱ类管道的焊缝抽检10％、Ⅲ类管道的焊缝抽检5％，抽检中如发
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