化工设备机械基础第一部分 金属材料基础知识一,金属材料的力学性能金属材料的力学性能就是金属在外力作用下表现出来的特性。化工设备用材料的常规力学性能指标主要包括强度、
硬度、塑性和韧性等。
1.强度强度是指金属材料在外力的作用下对变形或断裂的抗力 。
常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，高温下工作时，还要考虑蠕变极限和持久强度。
(1)屈服强度极限 (σ s),指钢材在开始塑性变形时单位面积上所承受的拉力,这个指标表示钢材抵抗塑性变形的能力。实际上许多材料的拉伸曲线不出现明显的塑性平台，不能明显的确定出屈服点，所以用其变形量 0.2%时的应力表示屈服强度值。
(2)抗拉强度极限 (σ b):指材料在拉断之前单位面积上所能承受的最大拉力,是材料承载能力的极限。这个指标表示钢材抵抗断裂的能力。
(3)蠕变极限 (σ t):反映材料高温下的变形问题。 它是一定温度下，产生 10-7mm/mm·hr蠕变速度的应力值。 即在该温度下经过 10万小时 (约 12年 )产生 1%总变形的应力值。
(4)持久强度 (σ D),反映材料高温下断裂性能，它是在一定温度下经过规定的工作期限 (10万小时 )后产生断裂时的应力值。 常作为设计高温元件的依据。
（ 5）疲劳强度（ σ rN):反映材料在变载荷的作用下抵抗破坏的能力。
2.塑性金属材料在一定的外力作用下，构件的形状或尺寸发生变化，这种变化称为材料的变形。金属材料在载荷的作用下，
其材料会发生弹性变形、塑性变形和断裂。
弹性变形是指构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形完全消失，构件恢复原来的状态。
塑性变形是指构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形不能完全消失，构件不能恢复原来的状态。
塑性是指金属材料发生残余变形 (变形不能完全恢复 )的性能。 化工设备在制造的过程中要经受弯卷、冲压等成形加工，要求用于制造化工设备的钢材具有较好的塑性。以防止化工设备在使用过程中因意外超载而导致破坏，也便于加工。
这是因为塑性好的钢材在破坏前一般都会产生较明显的塑性变形，不但易于发现，且松驰局部应力而避免断裂。金属材料的塑性可用延伸率和断面收缩率作为衡量指标。
(1)延伸率,取试件做拉伸试验，试件被拉断后的总伸长与原长比值的百分数 。用下式表示：
式中,L1－试件拉断后长度 (mm)。 L0－试件原始长度 (mm)。
%100
0
01
L
LL?
(2)断面收缩率,取试件做拉伸试验，试件被拉断后的断面缩减值与原截面积比值的百分数 。用下式表示：
%100
0
10 F FF?
式中,F0试件初始截面积 (mm2)。 F1试件拉断后断口处的截面积
(mm2)。
3.韧性为了防止或减少 化工设备零件 发生脆性破坏 (在较低应力状态下发生无显著塑性变形的破坏 )，要求 化工设备零件 用钢材在使用温度下有好的韧性 (aK:一定尺寸和形状的试件在规定类型的试验机上受冲击载荷折断时，试件槽口处单位面积上所消耗的冲击功 ),表征材料抵抗冲击 载荷破坏的能力 。
用下式表示：
F
Aa K
K?
式中,AK－冲击试验机的摆锤冲断试件时所作的功,F－试件槽口处的初始截面积。
4.硬度材料抵抗更硬物压入其表面的能力，称为硬度 。根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、
维氏硬度。最常见的是布氏硬度。用一定直径 D的淬硬钢球，
以规定载荷 P压入试验金属表面并保持一定时间，除去载荷后，
测量金属表面的压痕直径，以直径算出压痕球面积 F，再以载荷 P除以压痕球面积 F所得之商，为该金属的布氏硬度值。布氏硬度以 HBW(HBS)表示，我国一直惯用的单位为 N/mm2,但使用中一般不标注单位。
计算公式为：
布氏硬度压头为淬火钢球 （ HBS），硬度值测试范围小于 450，压头为硬质合金钢球（ HBW），硬度值测试范围小于 650。
洛氏硬度压头为锥顶角 1200的金刚石圆锥体,根据加载不同，分三个标尺，硬度符号为 HRA,HRB和 HRC。
维氏硬度压头为相对面夹角 1360的金刚石正四棱锥体,硬度符号用 HV表示。
22(
2102.0)(
dDDD
PH B WH B S
MPa
式中,P－所加规定载荷,N。
D－钢球直径,mm。
d－压痕直径,mm。
二,金属材料中的化学元素化工设备用钢中所包含的元素按作用可分为 基本元素,
添加元素和残留元素三大类 。
基本元素有铁和碳 。 由铁,碳为主要化学元素组成的金属称为铁碳合金,当含碳量小于或等于 0.02%时称为铁,当含碳量在 0.02%至 2.11%范围内时称为钢,当含碳量大于 2.11%时称为铸铁 。
残留元素有硫,磷,锰,硅,氧,氢,氮等,其中硫,
磷,氧,氢元素对钢是有害的 。
添加元素是根据化工设备对钢的不同要求,需添加不同的元素,组成不同成份的合金 。 在碳钢的基础上,冶炼时有目的地加入合金元素生成的钢称合金钢 。 如选择性添加锰,
钼,钒,镍,铬,钛,硼等 。
①碳 (C)在低合金钢中常与合金元素形成碳化物。在常温和较低的温度下，能够起强化作用。但在高温下这些碳化物容易分解，还会聚集长大，对蠕变抗力和持久强度能起不良影响。碳对于钢的塑性、耐蚀性和抗氧化性等也有同样不良影响。含碳量的增加，钢的可焊性下降。所以耐热钢中含碳量一般要控制在 0.20%以下。
②锰 (Mn)是一种良好的脱氧剂，又是一种很好的脱硫剂，
焊接时经常利用它脱氧和脱硫。锰在钢中的含量小于 2%时，
对于低合金钢来说，可提高钢的强度和韧性，对于中、高合金钢而言，随着强度的增加，其塑性和韧性则要降低。增加含锰量可以提高钢的耐磨性。锰形成碳化物，大量的碳可与铁素体形成固溶体，使马氏体转变温度急剧下降。锰还能增大钢对淬火、过热的敏感性。
③硅 (Si)是强脱氧剂，若含量超过 2%时会使钢的塑性和韧性降低。硅在高温下可以提高抗氧化性能，焊接时硅易形成高熔点夹杂物，即二氧化硅残留在焊缝中。
④铬 (Cr)能提高钢的硬度、耐蚀性和抗氧化性。因为铬在钢材表面形成一层附着力很强的氧化膜，使钢材的氧化速度减慢，从而提高钢的抗氧化性能。当含铬量大于 12%时，能显著提高钢的电极电位，使钢材具有良好的耐蚀性；当铬量在 20%以下时，能提高钢的再结晶温度，提高钢的热强性；随着含铬量增加，可焊性变差。
⑤钼 (Mo)是形成铁素体的主要元素，它可以提高钢的再结晶温度，提高低铬耐热钢的耐强性，并提高钢的强度和硬度；在含钼 0.6%以下时还可以提高钢的塑性和韧性，从而降低裂纹倾向。但钼有促进石墨化倾向，在合金中，常用量一般为 0.5%--1%左右。
⑥镍 (Ni)主要是形成稳定的奥氏体组织，提高耐蚀性能，
它能提高奥氏体钢的高温强度和持久强度，提高钢的塑性，能促使石墨化。镍铬同时存在时，钢材既具有较高塑性，又具有较高的硬度和强度。
⑦硫 (S)是钢中有害元素，它和铁生成的 FeS易与 r-Fe形成低熔点共晶体。在加工 (1000-1200℃) 时，共晶体熔化，导致钢材在高温时破裂，这种现象称为,热脆,,在焊接时会产生热裂纹。硫化物在钢中易造成偏析，降低焊接结构的抗层状撕裂能力和钢材的韧性。
⑧磷 (P)也是钢中的有害元素，可使钢材的强度、硬度增加、塑性和韧性下降，特别是降低低温 Akv。这就是钢的,冷脆性,。磷造成钢材偏析，钢材在回火过程中，磷偏析于晶界，
引起钢材的回火脆性，这在 Cr－ Mo钢中特别明显。降低钢中的
S,P含量是改变钢材（特别是低温钢、中温钢及核电钢）韧性最重要途径之一。因此优质钢要严格限制钢中的 S,P含量。
三,金属材料的分类为了便于识别和应用，金属材料通常按钢的化学成份、金属品质、冶炼方法以及制造加工形式的不同进行钢的分类。
1.按化学成份分类可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类。
①碳素钢 根据钢中含碳量的不同可以分为：
低碳钢,碳含量一般不大于 0.25%，使用时通常需要进行渗碳等表面硬化处理。
中碳钢,碳含量在 0.25%--0.6%之间,使用时一般需要进行调质或表面淬火处理。
高碳钢,碳含量大于 0.6%，使用时通常需要淬火和低温回火处理。
②合金钢,是为了改善钢的某种或某些性能而加入一定量的一种或几种合金元素的的钢 。根据钢中合金元素总含量的不同可以分为：
低合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )不大于 5%。
中合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )在 5%-10%之间 。
高合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )大于 10%。
此外，根据钢中主要合金元素的种类和组合，合金钢又可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钢、铬钼钒钢等。
2.按金属品质分类钢的品质主要指钢的纯洁度。钢的纯洁度以钢中所含硫、
磷等杂质的多少来衡量。据此可将钢分类为：
A,硫、磷含量不大于 0.045%。 B,硫、磷含量不大于 0.040%。
C,硫、磷含量不大于 0.035%。 D,硫、磷含量不大于 0.030%
E：硫、磷含量不大于 0.025%。
3.按脱氧程度分类
①沸腾钢 钢液浇注前不用硅和铝脱氧，钢水中含有一定量的 FeO，注入锭模后发生如下反应,FeO+C— Fe+CO
反应时放出 CO气泡造成钢液沸腾现象，钢液凝固后，残留在钢锭中的 CO气泡在随后的热加工中虽被压合，但在受拉力时仍有被分开的可能。为了保证使用安全，有关规程中对沸腾钢板制造化工设备零件的种类和其受载范围都有明确的限制的规定。
②镇静钢,钢液脱氧较完全，注入钢锭模后，基本上不产生 CO气泡，而是平静凝固，故钢锭组织致密。压力容器一般采用镇静钢。
③半镇静钢,脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间，钢液在钢锭模内只有较弱的沸腾。
4.按制造加工形式分类
①铸钢,是用铸造方法生产出来的各种铸件,含碳量在
0.15-0.60%之间。在化工设备零部件制造中，铸钢主要用于生产一些形状复杂，难以锻造和难以加工成形的零件。
②锻钢,是用锻造方法生产出来的各种锻材和锻件 。锻件的塑性、韧性比铸钢件高，能经受较大的冲击作用。压力容器上某些较大的型钢多用锻造方法制作。
③热轧钢,用热态轧制试求生产出来的各种钢材 。压力容器用的钢板、钢管等常用热轧生产。
④冷轧钢,用冷态轧制方法生产出来的各种钢材 。冷轧钢的特点是表面光洁，尺寸精确，力学性能良好。冷轧工艺常用来生产薄板、钢带等。某些供化学反应使用的压力容器常在内壁衬以冷轧的不锈钢板。
四、金属材料的牌号钢牌号的命名采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字结合的表示方法。
1、碳素结构钢,碳素结构钢的牌号由“屈”字汉语拼音的字首 Q、屈服点数值、质量等级符号（ A,B,C,D）和脱氧方法符号（ F,b,Z,TZ）四个部分按顺序组成。
如,Q235－ AF表示屈服点为 235MPa,A级质量的沸腾钢。
2、优质碳素结构钢,优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几。
如,45－表示平均碳的质量分数为 0.45%优质碳素结构钢。（经常作为重要的机械零件－轴、齿轮等用钢）
又如,20R－表示平均碳的质量分数为 0.2%的容器用优质碳素结构钢。
3、碳素工具钢,碳素工具钢的牌号由“碳”字汉语拼音的字首 T与数字组成，数字表示钢中平均碳的质量分数的千分之几。
如,T8－表示平均碳的质量分数为 0.8%的优质碳素工具钢。
又如,T8A－表示平均碳的质量分数为 0.8%的高级优质碳素工具钢。
4、铸造碳钢,铸造碳钢的牌号由“铸”、“钢”二字汉语拼音的字首 ZG与两组数字组成，第一组数字表示屈服点的数值，第二组数字表示抗位强度。
如,ZG200－ 400－表示最低屈服点为 200MPa.，最低抗拉强度为 400MPa铸造碳钢。
5、合金结构钢,合金结构钢的牌号由两位数字、元素符号与数字组成，前两位数字表示钢中平均碳含量的质量分数的万分之几示，元素符号表示钢中所含合金元素，元素符号后面的百分之几。当合金元素平均含量 (质量 )<1.5%
时，只标出元素符号。当合金元素平均含量 ≥ 1.5%、
2.5%… 时，在相应符号后面标出 2,3… 等。
如,40Cr－表示平均碳的质量分数为 0.4%，平均铬的质量分数小于 1.5%的合金结构钢。
又如,15CrMo－表示平均碳的质量分数为 0.15%，平均铬的质量分数和平均钼的质量分数均小于 1.5%。
思考题：
1、金属材料的力学性能指标有哪几项？
2、抗拉强度和屈服强度的意义各是什么？
3、金属材料作为结构用钢时需要材料具备一定的塑性为什么？
4、钢中所含元素按作用分为哪几类？
5、按化学成分将钢分为哪几类？
6、碳素钢按含碳量分为哪几类？
7、合金钢按合金总含量的多少是如何分类的？
8、标识下列钢号的意义－ Q215－ AZ,35,1Cr18Ni9Ti
第二部分 压力容器基础知识一、压力容器的含义从广义上来讲,压力容器是指盛装气体或者液体,具有一定压力的密闭设备 。 如化工装置中的塔,反应器,换热器等设备的外壳绝大部分属于压力容器 。 容器中的介质大部分具有一定的压力和温度,甚至是高温高压,且介质多数具有易燃,易爆和有毒的特点 。 在压力和温度的联合作用下,容器器壁的承载能力如何,能否发生容器的爆破,容器上的各密封点是否可靠,能否发生泄漏而造成火灾,爆炸和人员中毒 。 因此,根据压力容器对外界产生影响的不同,为了保证压力容器操作者的人身安全以及设备安全,根据不同容器所具有的不同特点,给予不同的设计理论和不同的监察规定,
,钢制压力容器安全监察规程,规定：
压力容器是指盛装气体或者液体，承受一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa?L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于 0.2MPa
（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于
1.0MPa?L气体、液化气体和标准沸点等于或者低于
60℃ 液体的气瓶；氧舱等。
二、压力容器的参数
1、设计压力
（ 1）压力,是物质垂直均匀地作用于物体表面单位面积上力的度量。在物理学中称为压强，工程上习惯称为压力。在压力容器中单位多以 MPa表示。
（ 2）表压,用测量压力的仪表上所测出的压力值为表压 。
表压是表上显示压力的简称。表压只是表明容器内压力高于周围大气压的差值。
（ 3）工作压力,工作压力也称最高工作压力，最高工作压力指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。即为标注在产品铭牌上的压力。
（ 4）设计压力,指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。对装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀开启压力或爆破片的爆破压力。设计压力需标注在产品铭牌上。
2,公称直径压力容器的公称直径是按容器的零部件标准化系列而选定的壳体直径,用符号 DN及数字表示,单位为毫米 。 应该注意的是,焊接的圆筒形容器,公称直径是指它的内径 。 而用无缝钢管制作的圆筒形容器,公称直径是指它的外径 。 因为无缝钢管的公称直径不是内径,而是接近而又小于外径的一个数值 。 为了方便,用无缝钢管作为容器的筒体时,选它的外径作为容器的公称直径 。
压力容器的容积是指容器内壁面所包围的体积，单位为立方米，并需标注在产品铭牌上。
3,容器厚度
（ 1） 计算厚度,指按各计算公式计算所得的厚度 。
（ 2） 设计厚度,指计算厚度与腐蚀裕量之和 。
（ 3） 名义厚度,指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度 。 即标注在图样上的厚度 。
4,设计温度
（ 1） 介质温度,指容器内工作介质的温度,可以用仪表测得 。
（ 2） 金属温度,指容器受压元件沿厚度截面的平均温度 。 在任何情况下元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度 。
（ 3） 设计温度,指容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度 （ 沿元件金属截面的温度平均值 ） 。 设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件 。 设计温度需标注在产品铭牌上 。 确定设计温度时应按,钢制压力容器,
3.5.2条款去考虑 。
三,压力容器承受的载荷压力容器是一种特殊设备,其工作条件十分恶劣,它和一般的机械设备不同,除承受介质压力,温度引起的载荷外,
还应考虑其它因素引起的各种载荷 。 压力容器所承受的各种载荷,主要有：
（ 1） 介质压力 （ 内压,外压或最大压差 ） ；
（ 2） 液体静压力 ；
（ 3） 容器的自重 （ 包括内件和填料等 ）,以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；
（ 4） 附属设备及隔热材料,衬里,管道,扶梯,平台等重力载荷；
（ 5） 风载荷,地震力,雪载荷；
（ 6） 支座、底座圈、支耳、及其它型式支撑件的反作用力 。
四,压力容器的压力来源压力容器所盛装的或在压力容器内参加反应的物质,
称之为工作介质 。 压力容器所承受的压力按其来源可以分为两类,一类是气体或液体介质在容器之外的设备内通过加压或增压后送入压力容器中,使容器壳体承受来自于介质对容器单位面积上产生的垂直方向的作用力； 另一类是介质送入压力容器之前没有压力,送入容器内后,由于它在容器内介质聚集状态发生改变,介质的密度发生变化,
介质温度升高或介质在容器内发生体积增大的化学反应 等,
使容器内产生或增大压力 。
在器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机,液体泵或蒸汽锅炉 。 压缩机和液体泵通过机械方法提高气体或液体压力 。 容积式压缩机及容积式泵是通过机械运动缩小气体或液体体积,增加气体及液体密度来提高气体及液体的压力,如活塞式或螺杆式压缩机,计量泵或螺杆泵等属于此类 。
速度型压缩机及泵则通过增加气体或液体的流速,并将其动能转变为静压能来提高气体及液体的压力,如离心式或轴流式压缩机及泵等属于此类 。
压力产生于压缩机工作介质为压缩气体的容器，压力由压缩机对气体进行压缩而产生，这些容器所承受的压力大小主要决定于压缩机出口压力。因此，工作介质为压缩气体的压力容器，其最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力，
除非介质在容器内温度升高或产生其他物理化学变化或有更高压力的介质进入。
以水蒸汽为工作介质的压力容器，它的压力来源于蒸汽锅炉。水在蒸汽锅炉内受热蒸发为水蒸汽，由于在相同的压力下，同质量的水与水蒸汽相比，水蒸汽占的体积要比水大得多，如在 0.1MPa（绝对）压力下的水转变为相同压力的饱和水蒸汽时，饱和水的比容约为 0.001m3/kg，而饱和水蒸汽的比容则约为 1.7m3/kg，即由饱和水变为饱和蒸汽体积约增大 1700倍。锅炉属于密闭设备，水在锅筒内蒸发时，蒸汽压力不断增大，直到达到锅炉的排出压力。
因此，工作介质为水蒸汽的压力容器，这些容器的工作压力取决锅炉的排出压力，如果压力容器需要的压力比锅炉出口蒸汽压力低，则可在容器进口管上装设蒸汽减压阀装置，如果容器内工作条件不发生变化，一般容器内的压力不会突然增大。
靠容器内介质聚集状态发生改变,介质的密度发生变化介质温度升高或介质在容器内发生体积增大的化学反应等作用,
使容器内产生或增大压力 。
工作介质为液化气体的容器，其内部压力是由于液化气体的蒸发而产生,但由于容器壳体的束缚，使得容器内气体分子数增多，密度增大，压力增大。如液氯，在 0℃ 时的饱和蒸汽压为 0.36MPa(绝对 )，温度 55℃ 时压力即升高至 1.51MPa(绝对 )。
某些固体高分子化合物，如果在容器内受热,解聚,,变为气态单体分子，也会因体积膨胀受到限制，而压力急剧升高，如固态聚甲醛的比容约为 0.0007m3/kg，当它解聚为气态甲醛时其比容约为 0.746m3/kg(标准状态下 )，即体积约增大 1065倍。
如果在一个密闭的容器内发生这种聚集状态的改变，则会产生很高的气体压力。留有足够气化空间的液化气体容器的压力等于相应温度下的饱和蒸汽压。
五 压力容器的分类压力容器的形式多样，为了便于对不同类型的容器进行研究、制造或管理，常将容器按不同方法分类。常见分类方法如下：
1.按容器所承受压力大小分类
（ 1） 低压容器 （ 代号 L） 0.1 MPa≤P< 1.6 MPa
（ 2） 中压容器 （ 代号 M） 1.6 MPa≤P< 10 MPa
（ 3） 高压容器 （ 代号 H） 10 MPa≤P< 100 MPa
（ 4）超高压容器 （代号 U） P≥100 MPa
2.按在生产工艺过程中的作用原理分类
（ 1） 反应压力容器 （ 代号 R）,主要用于完成介质的物理,化学反应的压力容器 。 如反应器,反应釜,聚合釜,合成釜,煤气发生炉等；
（ 2） 换热压力容器 （ 代号 E）,主要用于完成介质的热量交换的压力容器 。 如管壳式余热锅炉,热交换器,冷却器,
冷凝器,蒸发器,加热器等 。
（ 3） 分离压力容器 （ 代号 S）,主要用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器 。 如分离器,过滤器,集油器,吸收塔,洗涤塔,气提塔等 。
（ 4） 储存压力容器 （ 代号 C其中球罐代号 B）,主要用于贮存,盛装气体,液体,液化气体等介质压力容器 。 如各种型式的储罐 。
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。
3,按照安全的重要程度分类
（ 1） 下列情况之一的,为第三类压力容器
① 高压容器 。 ② 中压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质 )。 ③ 中压贮存容器 (仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且 pv乘积大于等于 10 MPa?m3)。 ④ 中压反应器 (仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且 pv乘积大于等于 0.5
MPa?m3)。 ⑤ 低压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质,
且 pv乘积大于等于 0.2 MPa?m3)。 ⑥ 高压,中压管壳式余热锅炉 。 ⑦ 中压搪玻璃压力容器 。 ⑧ 使用强度级别较高 (指相应标准中抗拉强度规定值下限大于 540 MPa)的材料制造的压力容器 。 ⑨ 移动式压力容器,包括铁路罐车 (介质为液化气体,低温液体 ),罐式汽车 {液化气体运输 (半挂 )车,低温液体运输
(半挂 )车,永久气体运输 (半挂 )车 }和罐式集装箱 (介质为液化气体,低温液体 )等 。 ⑩ 球形贮罐 (容积大于等于 50m3)与低温绝热压力容器 (容积大于 5m3)。
(2)下列情况之一的，为第二类压力容器 (本条第 1款规定的除外 )
①低压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质 )。
②低压反应容器和低压贮存容器 (仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质 )。
③低压管壳式余热锅炉。
④低压搪玻璃压力容器。
⑤中压容器。
(3)低压容器 (除属于第二类和第三类之外的压力容器 )为第一类压力容器。
其中毒性程度由,职业卫生和防护,中的规定来确定。
六、压力容器的结构一般压力容器常见结构包括壳体结构、接管及开孔补强结构、法兰密封结构、支座结构等，其中接管及开孔补强结构、法兰密封结构、支座结构等又被称为压力容器的部件。
1,压力容器的结构型式压力容器按其用途不同，结构型式也多种多样，常见的结构型式主要有球形、圆筒形、锥形、箱形等。
（ 1）球形容器球形容器的本体是一个球壳，此种结构由许多块预先按一定尺寸压制成形的球面板拼焊而成。直径较大。由于球壳是中心对称的结构，在气体介质压力作用下，球壳壁内的受力是均匀分布的。球形容器与圆筒形容器在容积相等、压力相等的情况下，在制造时可节约材料 30%-40%。但由于制造工艺复杂、拼焊要求高，再加上内部工艺附件安装困难，故一般常用作大型储罐。
（ 2）圆筒形容器圆筒形容器的壳体结构是由筒体和凸形封头 (端盖 )或平盖而构成的，是轴对称结构。在筒体与封头连接处，由于筒体和封头的几何形状不一样，在介质压力作用下其各自的变形也是不一样的，相互之间的变形将受到相互的约束，因此在相互连接处的壳壁内产生较高的局部应力，成为导致圆筒形压力容器不安全的因素。虽然不如球形容器，但比其他结构型式压力容器好得多，圆筒形容器制造工艺简单，便于内部工艺附件的安装，便于工作介质的流动，因而是使用最普遍的一种压力容器。圆筒形容器一般多采用焊接结构。
（ 3）箱形容器箱形容器结构可分为正方形结构和长方形结构两种。其结构特点是非轴对称结构，存在壳体几何形状突变，壳壁内的受力不均匀，且转角处的受力值较高。这类容器的结构不合理，除常用在压力较低的消毒柜汽柜外，在其它生产场合一般很少采用。
（ 4）锥形容器单纯的锥形容器是不存在的，一般用到的都是由圆筒体与锥形体组合而成的组合结构。由于锥形壳体与圆筒壳连接处结构不连续，同样在连接处壳壁内产生较高的局部应力，
其受力状况与锥壳的锥角大小有直接的关系，锥角越大会导致受力状况越不好，故这类压力容器通常是生产工艺有特殊要求时采用，如有结晶或粒状物料需排出等。
2、压力容器的壳体结构
①圆筒壳筒体是压力容器的最主要组成部分，贮存物料和化学反应所需压力空间，大部分是由它构成的。所以，筒体的容积大小是根据工艺要求确定的。当筒体直径较小 (一般约小 于
500mm)时，筒体可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝。
当直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆，再用焊缝将钢板端部连接处封死，形成一个完整的圆柱形。该焊的方向由于和圆柱形纵向平行，因此，称为纵焊缝。若容器直径不很大时，一般只有一条纵焊缝 ；随着容积直径的加大，由于钢板幅面尺寸的限制，可能有两条或两条以上纵焊缝。当容器板的长度较短时，即可在一个圆柱形筒体两端连接上、下封头，构成了一个封闭的压力空间，也就是制成了一台压力容器外壳。
当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，就需要先用钢板卷焊成一段筒体 (每一段筒体称为一个筒节 )，再由两个或两个以上筒节组焊成所需要长度的筒体。筒节与筒节之间、
筒体与封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴线垂直，
因此，称为环焊缝。
②封头压力容器用封头包括凸形封头 (椭圆形封头、碟形封头、
半球形封头、球冠形封头 )、锥形封头和平盖封头三类。
当容器组装后不再需要开启时 (一般是容器内无内件或虽有内件而不需要更换、检修的情况 )，上、下封头应直接和筒体焊在一起，这样做的好处是能有效地保证密封、节省材料和减少加工制造的工作量。对于应检修和更换内件的需要而开启的容器，封头和筒体连接应做成可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须有一个密封结构，能拆装的封头又称为端盖。
半球形封头,
半球形封头实际上是一个半球壳体，壳体壁内受力较小且均匀，在相同直径和相同压力下所需的厚度最小，是筒体壁厚的一半。但其深度最大，制造比较困难（冲压成型）。
故除用于压力较高、直径较大的储罐及其他有特殊要求 (如在封头内需装设工艺内件 )的容器外，一般较少采用。
椭圆形封头,
在压力容器壳体中常见的是标准椭圆形封头，即长短半轴之比等于 2。椭圆形封头由半个椭球壳体及圆筒壳体（即直边段）两部分组成。虽然椭圆曲线上各点半径是不相等的，
但是曲率半径且是连续变化的，壳体壁内受力变化也是连续的，在相同直径和压力下其受力最大值是球形封头的 2倍。
其深度是球形封头的一半，易于冲压制造，因而被广泛采用。
直边段的设置，主要考虑是避免连接边缘和连接焊缝的重叠影响容器的安全。
碟形封头,
碟形封头又称带折边的球形封头，它由几何形状不同的三个部分组成，中央为 球面壳体,与其连接的是 圆弧段壳体,圆弧段壳体与 直边段 连接，直边段与圆筒壳体连接。
因过渡圆弧半径远小于球体半径，故其受力状况较上述两种封头差，通常只用于压力较低、直径较大的容器。
无折边球形封头,
无折边球形封头又称为球冠形封头，是一块深度较小的球面壳体，结构简单，制造方便。但在它与筒体的连接处由于形状突变而存在很高的局部应力，故只适用于直径较小、压力较低的容器上。
锥形封头,
介质中含有颗粒状、粉末状物质或为粘稠液体的容器，
为了便于物料的汇集及卸料，容器底部常采用锥形封头；有时为保证气体介质在容器中均匀分布或改变流体流速，也采用锥形封头。锥形封头有带折边和无折边等三种。无折边锥形封头是一段圆锥壳，圆筒壳与圆锥壳直接连接造成形 状突变而引起局部应力过高，故适用于压力较低且锥壳半顶角小于 30℃ 的场合。带折边的锥形壳体与筒壳的之间有一圆弧的折边，可以降低局部应力。
平板封头,
受力时强度最低，相同直径、相同压力下所需厚度最大，
除用做人孔盖、手孔盖外，一般很少采用。但在管壳式换热器上常见。
3、压力容器的零部件
（ 1） 法兰联接由于生产工艺需要和安装检修的方便，不少容器需采用可拆的连接结构，如压力容器的端盖与筒体之间、接管与管道之间的联接，通常采用的是法兰结构。法兰按其联接的部件不同，
分为容器法兰和管法兰。用于管道联接的称为管法兰，用于容器端盖与筒体联接的称为容器法兰。
①法兰联接结构与密封原理法兰联接结构是一个组合件，一般是由联接件、被联接件和密封元件组成，联接件是指螺栓和螺母，密封元件是指垫片，
而被联接件则是指法兰 。
法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰压紧面之间的垫圈压紧，当垫圈单位面积上所受到的压紧力达到某一值时，借助于垫圈的变形，把法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄漏形成了 初始密封条件。 预紧时在垫圈单位面积上 的压紧力称为垫圈的预紧密封比压 。 当设备或管道升压以后,螺栓受到进一步的拉伸,法兰密封面沿着彼此分离的方向移动,密封面与垫圈之间的压紧力因而有所下降,下降的数值取决于螺栓法兰的刚性以及垫圈的回弹能力 。 当这一比压下降到某一临界值以下时,介质将发生泄漏 。 通常将这一临界比压值称为工作密封比压 。 它的含义是,一个已经形成了初始密封条件的法兰联接 (即垫圈已被压缩到预紧密封比压 ),在通入压力介质后,为不使介质泄漏,在密封面与垫圈之间所必须保留下来的最低比压 。
要保证法兰密封,就必须使法兰密封面上实际存在的比压,预紧时不低于垫圈的预紧密封比压,工作时应高于工作密封 比压 。
② 法兰的结构与分类按法兰与设备或管道的联接方式可分为三种,整体法兰、松套法兰和螺纹法兰。整体法兰又分为平焊法兰和对焊法兰，其中平焊法兰又分为甲型平焊法兰和乙型平焊法兰两种。
甲型平焊法兰,就是一个截面基本为矩形的圆环，这个圆环通常称为法兰盘，它直接与容器的筒体或封头焊接。
这种法兰在上紧和工作时均会作用给容器壁一定的附加弯矩。法兰盘刚度较小，所以适用于 PN（ 0.25－ 1.6） MPa和
DN（ 300－ 2000） mm,温度小于 300℃ 的场合。
乙型平焊法兰,与甲型平焊法兰相比除了法兰盘外增加了一个厚度常常是大于筒体壁厚的短节。有了这个短节，
既可增加法兰刚度，又可使容器器壁避免承受附加弯矩，
所以适用于 PN（ 0.25－ 4.0） MPa和 DN（ 300－ 3000） mm,温度小于 350℃ 的场合。
对焊法兰,法兰、法兰颈部及容器或接管三者能有效地连接成一个整体结构。是用根部增厚的颈取代了乙型平焊法兰中的短节，从而更有效地增大了法兰的整体刚度，由于去掉了乙型法兰中法兰盘与短节的焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力，所以应用场合广泛。 适用于 PN（ 0.6－ 6.4） MPa和 DN（ 300－ 2000） mm,温度大于 450℃ 的场合。
松套 法兰,松套 法兰的连接实际上也是通过焊接实现的，
所不同的是法兰松套在已与筒体或管子焊好的附属元件上，
并通过螺栓将附属元件压紧达到密封的要求。因法兰本身不接触介质，可以在保证使用性能的同时节省贵重材料。由于松式法兰承载能力低，故多用于常压或低压的场合。
螺纹法兰,法兰与管壁通过螺纹进行联接。二者之间既有一定的联接，又不完全形成一个整体，法兰对管壁的附加应力较小，螺纹法兰多用于高压管道上
③ 法兰 密封面型式法兰密封面型式共有三种,包括平面型密封面；凹凸型密封面；榫槽型密封面 。
平面型密封面,密封表面是一个突出的光滑平面,这种密封面结构简单,加工方便,便于进行防腐衬里 。 但螺栓上紧后,垫圈材料容易往两侧伸展,不易压紧,用于所需压紧力不高 （ PN ≤ 2.5MPa)且介质无毒的场合 。
凹凸型密封面,它是由一个凸面和一个凹面所组成的,
在凹面上放置垫圈,压紧时由于凹面的外侧有挡台,垫圈不会被挤出来,密封效果好 。 可用于 PN ≤ 6.4MPa压力较高场合 。
榫槽型密封面,密封面是由一个榫和一个槽所组成的,
垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式或金属包垫圈，垫圈宽度 16-25mm，容易获得良好的密封效果。它适用于密封压力较高且易燃易爆有毒介质的场合。
密封面凸面部分容易碰坏，运输与拆装时都应注意。
④ 密封垫片垫片是构成密封的重要元件，垫片应具有好的弹性和塑性，同时具备一定的机械强度和柔软性。
最常用的垫片可分为非金属与金属以及非金属与金属混合制的垫片。
非金属的垫片材料有石棉板、石棉－橡胶板及合成树脂。
这些材料的优点是柔软和耐腐蚀，但耐压力和温度的性能差，
通常适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。
金属－非金属混合制垫片有金属包垫片及缠绕垫片，前者是用石棉橡胶垫外包以金属薄片（镀锌薄铁片或不锈钢片）
后者是薄低碳钢带（或合金钢）与石棉一起绕制而成。这两种垫片较单纯的非金属垫片性能好，适应的温度和压力范围较高一些。
金属垫片材料要求软韧，常用软铝、铜、铁（软钢）、
蒙耐尔合金（含 Ni67%,Cu30%,Cr4%-5%）钢和 18－ 8不锈钢。
适用于中、高温和中、高压的场合
（ 2） 开孔与接管压力容器常因工艺要求和检修的需要,在筒体或封头上开设各种孔或安装接管,如人孔,手孔,视镜孔,物料进出口以及安装压力表,液位计,安全阀等开孔接管 。
手孔和人孔用来检查容器的内部并用来洗涤,清净以及安装和拆卸内部的装置 。 手孔的内径要使得工人的手能自由的通过,并考虑手握有供安装的零件或安装工具,因此,手孔的直径一般不小于 150mm。 直径大于 1200mm的容器应装设人孔,。
人孔的形状,常用的有圆形人孔和椭圆形人孔 。 椭圆形人孔的最小净尺寸为 300mm× 400mm,圆形人孔直径为 400mm。 人孔盖压紧装置的结构与需要开启的次数有关 。 如开启次数很少,则人孔盖可用简单的盲板配上手柄；当开启次数较多,则采用带铰链螺栓的人孔盖,以利于拆装方便 。 对于可拆封头的容器,
一般来说不需另设人孔 。 但由于人孔的拆装远比拆装大直径的封头快而且方便,所以也有封头可拆的容器应设有人孔 。
筒体或封头上开孔后,不但减小了器壁的受力面积,而且还因为开孔造成结构不连续因而引起应力集中,使开孔边缘处的应力大大增加,孔边最大应力要比器壁上的平均应力大几倍,
强度被削弱 。 这对容器的安全运行很不利的 。 为了减小孔边的局部应力,常采用开孔补强的方法来减少这种不安全因素的产生 。 目前应用最广泛的是等面积补强法,其补强结构有补强圈补强,厚壁接管补强和整锻件补强三种型式,最常用的是补强圈补强 。
开孔是容器中一个主要薄弱环节,对容器的疲劳寿命影响很大,因而,容器上要尽量减少开孔的数量,避免开大孔 。 对于高压容器要尽量避免在筒体上开孔,而把开孔位置移到安全裕度较大的封头或筒体顶部 。 由于薄壁圆筒承受内压时,其环向应力是轴向应力的两倍,因此如需要在筒体上开孔时,应尽量开成椭圆形孔,且使椭圆的短轴平行于圆筒体轴线,以尽可能减少纵截面削弱程度,从而使环向应力增加少一些 。 由此可知,位于筒体上的人孔一般开成椭圆形,而圆形人孔多开在封头部位 。
1.筒体 2.法兰 3.垫片 4.人孔盖 5.螺栓
（ 3） 容器支座支座是用于支承容器重量并将它固定在基础上的附加部件,
其结构型式决定于容器的安装方式,容器重量及其他载荷,一般分为三大类：即立式容器支座,卧式容器支座和球形容器支座 。
① 卧式支座最常见的卧式支座是鞍式支座，鞍式支座主要是由底板、
腹板、筋板和垫板四种板组焊而成。
由于容器的轻重、长短不同，鞍式支座又分为轻型和重型。
为了使容器的壁温发生变化时能够沿轴线方向自由伸缩，
鞍座的底板有两种，一种底板上的螺栓孔是圆孔 (F型 )，另一种底板上螺栓孔是长圆形 (S型 )的。
②立式支座立式容器支座有悬挂式支座、支承式支座和裙式支座三种 。
小型直立设备采用前两种，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
悬挂式支座 是由底板,筋板和垫板组成的 。 当容器的
DN≤ 900mm时,且壳体的有效厚度不小于 3mm,壳体材料与支座材料相同或相近时,也可采用不带垫板的悬挂式支座 。 因此悬挂支座又有带垫板和不带垫板之分 。
支承式支座 可以用数块钢板焊成 (A型 ),也可用钢管制作
(B型 ),均带垫板 。 A型适用于直径 800-3000mm的容器,B型适用于直径 800-4000mm的容器,容器高度与直径之比不得大于 5，
且总高不得大于 10m。
裙式支座 是高大的塔设备最广泛采用的一种支座，图 3-18
是比较典型的一种裙式支座,它是由座圈、螺栓座、基础环、
管孔、人孔、排气孔和排污孔组成的 。座圈的上端与底封头焊在一起，下端焊在地脚螺栓座的基础环上。座圈除了要承受塔体的载荷外，还要承受到风载或地震弯矩的作用。所谓基础环就是一个放置在基础上的环形垫板，它与座圈用填角焊缝焊在一起，其作用是将座圈上的载荷传给基础，同时在它上面焊装地脚螺栓座，以便利用地脚螺栓将塔固定在基础上。
卧式支座－－鞍座思考题：
1、压力容器的一般定义。
2、压力容器按压力大小、用途、安全程度是如何分类的？
3、压力容器的参数有哪些及表压力的定义又为何？
4、压力容器壳体的封头有哪些类型？
5、法兰联接结构是有哪些构件组成的？
6、如何区分整体法兰、平焊法兰、对焊法兰以及甲、乙型法兰？
7、如何区分法兰密封面的型式及特点？
8、密封垫片的类型及特点？
9、压力容器开孔补强结构有哪几种？
10、压力容器的支座有哪些类型？
第三部分 典型化工静设备一、管壳式换热器换热器或称热交换器是石油、化工生产中应用很广泛的单元设备之一，它在石油、化工建厂总投资中约占 20%，在全厂化工设备总投资中约占 40%。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。根据使用目的不同，换热器种类繁多，如加热和冷却用的加热器或冷却器，蒸馏或冷凝用的蒸馏釜、重沸器或冷疑器等。换热器的结构型式有两大类，一类是板式换热器另一类是管壳式换热器。板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度和刚度差、制造、维修困难。而管壳式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但因其结构坚固、可靠程度高，适应性强，材料范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构型式。
1、管壳式换热器的结构及主要零部件管壳式换热器主要由筒体（又称外壳）、管板、管束、
管箱、封头等构成 。
根据结构特点的不同可以分为 刚性结构 和具有 温差补偿结构两大类。其中刚性结构是指管板分别焊在外壳的两端，
管子、管板和外壳的连接都是刚性的。温差补偿结构是指当管壁与壳壁温度相差较大时，而设置的具有温差补偿装置。
2、管壳式换热器的分类
（ 1）固定管板式换热器固定管板式换热器一种是指管板分别焊在壳体两端，管子、管板和外壳组成一个整体，无温差补偿装置。另一种是指管板分别焊在壳体两端，管子、管板和外壳组成一个整体，
有温差补偿装置。 具有温差补偿装置的固定管板式换热器称为膨胀节固定管板式换热器 。
固定管板式换热器结构比较简单，造价较低，两管板由管子支撑，因而在各种管壳式换热器中其管板最薄。缺点是管外清洗困难，仅适用于介质清洁不易结垢壳体压力不高的场合。
⑵,浮头式换热器浮头式换热器的一端管板与壳体是可拆联接，另一端管板可以在壳体内移动，在温度作用下管束和壳体的变形互不影响，管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，
金属耗量较大。浮头处如发生内漏时不便检查。管束与壳体间隙较大影响传热。仅适用于管、壳温差较大以及介质易结垢的场合。
⑶,填函式换热器填函式换热器一端的管板与壳体是可拆联接，管束一端可以自由膨胀，一端的管箱与壳体之间采用填料函方式密封。
造价比浮头式低，检修、清洗容易填函处泄漏能及时发现。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、
易爆、有毒的介质。
⑷,U型管换热器这类换热器只有一个管板，管板与外壳是可拆联接，管束可以抽出清洗，管束可以自由膨胀，管程至少为两程。其缺点管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏不易更换。仅用于温差较大，管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
3、管子与管板的连接
⑴ 胀接胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取去胀管器后，
管板孔弹性收缩，管板与管子之间就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封坚固连接的目的。
随着温度的升高，由于管板孔与管子端部变形量的差异，
会使管板与管子之间的挤压力减少或消失，使管端失去密封和坚固的能力，所以胀接结构一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或合金钢，适用于操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀，温度小于 300oC，压力小于 4MPa的场合。
在胀接时，为提高连接强度和紧密性，可以在管板孔壁上开槽，槽深不过 1mm。
⑵焊接焊接是指采用熔化金属以及同时填充金属的方法使管板与管子连接起来。 焊接连接比胀接连接有更大的优越性，在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板孔加工要求低，可节省加工管孔的工时，焊接工艺比胀接工艺简单，
在压力不太高时可使用较薄的管板。焊接连接的缺点是：由于焊接接头处产生的焊接应力可能造成应力腐蚀和破裂，同时管子与管板之间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成“间隙腐蚀”。
⑶胀焊并用虽然在高温下采用焊接连接较胀接连接可靠，但管子与管板之间往往因存在间隙而产生间隙腐蚀，而且焊接应力也引起应力腐蚀。尤其在高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无论采用胀接还是焊接难以满足要求。
目前较为广泛采用的胀焊并用的方法。这种连接方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，
提高使用寿命。
胀焊并用有两种方式：一是强度焊加贴胀，二是强度胀加密封焊 。
4、管板结构
⑴ 换热管的排列方式
① 正三角形和转角正三角形排列 如图所示：
适用于壳体介质污垢少，且不需要进行机械清洗场合。
② 正方形和转角正方形排列 如图所示：
能够使管间小桥形成一条直线通道，可用机械的方法进行清洗，一般可用于管束抽出以清洗管间的场合。
另外，还可根据结构要求，采用组合排列法。例如在多程换热器中，每一程中都采用三角形排列法，而在各程之间，为了便于安装隔板，则采用正方形排列。
⑵ 管间距管板上两换热管中心的距离称为管间距。管间距不小于 1.25倍的换热管外径。
⑶ 管板与隔板（分程隔板）的连接当需要很大的换热面积时，其方法一是增加换热管的长度。虽然增加了换热面积，但导致流体在管内的流速降低，
会影响传热效果。方法二可以增加换热管的根数，来增加换热的面积，但同时壳体直径一起随着增加，这样就会增加金属材料的耗量。因此为了增加管内流体流速，提高传热效果，
须将管束分程，使流体依次流过各程管子。
在换热器的管箱内安装一块或数块钢板，使其实现分程目的地钢板称为隔板 。管程数一般有 1,2,4,6,8等。
分程隔板有单层和双层隔板两种 。单层隔板与管板的密封面宽度（管板槽的宽度）为隔板厚度加 2mm。双层隔板具有隔热空间，可防止热流短路（即不使已冷或加热了的流体被刚进入的热或冷流体流经隔板而再被加热或冷却）。
⑷ 管板与壳体的连接结构管板与壳体的连接分为可拆式和不可拆式两种 。 固定管板式换热器管板属于不可拆式管板，而浮头式,U型管式和填函式换热器管板属于可拆式管板。
① 固定管板式换热器管板与壳体的连接固定管板式换热器管板与壳体的连接结构有管板兼作法兰连接结构和管板不兼作法兰连接结构两种。在众多的固定管板式换热器中多数管板为兼作法兰连接结构。
② 浮头式,U型管式和填函式换热器固定端管板与壳体连接管板夹于壳体法兰和管箱法兰之间，卸下管箱就可把管板同管束从壳体中抽出来。
⑸ 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板作用及结构
① 折流板及支承板设置折流板的目的是为了提高壳程内流体流速和加强湍流程度，以提高传热效果。
设置支承板的目的是因为在工艺上无需装折流板的要求，
但当管子比较细长时，为了便于安装和防止管子变形，应该考虑有一定数量的支承板。
拆流板及支承板的常用形式有弓形、圆盘－圆环形和带扇形切口三种。 其中弓形折流板用得较普遍，这种形式使流体只经拆流板切去的圆缺部分而垂直流过管束，流动中死区较少。
拆流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现的，拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，拆流板就穿在拉杆上，各板之间则由定距管隔开，最后一块拆流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。
② 旁路挡板在浮头式,U型管式、填函式换热器中，由于需要将管束抽出清洗，因而壳体与管束之间存在较大的间隙，一定量的流体就会由间隙直接通过，影响传热效果。对于这一类的换热器可在管束上增设旁路挡板阻止流体短路，迫使壳程流体通过管束进行热交换。增设旁路挡板每侧一般为 2－ 4块，挡板用 6mm厚的扁钢制成，采用对称布置，其长度等于相邻拆流板的板间距。如图所示：
③ 挡液板在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数，在冷凝器中装置挡液板以起拦截液膜的作用。挡液板间距可以拆流板间距设置。如图所示：
⑹ 管箱与壳程接管
① 管箱换热器管内流体进出口（进口、出口、进出口）的空间称为管箱。管箱内有分程隔板，箱壳上接有管程流体进出接管。如图所示：
② 壳程接管当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管可能造成很大的冲刷，影响换热管的使用寿命。为此在壳程流体入口处常采用缓冲接管（喇叭口接管）、导流筒（在壳程流体进口的管束处设一段圆筒保护管束）以及挡板（防冲板－有圆形和方形之分）结构。如图所示：
思考题：
1、管壳式换热器主要有哪几种？
2、管子与管板的连接方式有哪几种？
3、管壳式换热器有哪些主要部件构成的？
4、拆流板的作用如何？有哪些常用形式？如何定位？
5、哪几种换热器可以在温差较大的场合使用？
6、管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用什么场合？
7、当加热蒸汽或高速流体进入壳程时，在壳程接管入口处应采取哪些措施解决冲刷问题？
8、换热管采用的是无缝还是有缝钢管，是厚壁管还是薄壁管？
二、塔设备塔器是用于气－液与液－液相间传质、传热的设备，它广泛用于食品、医药、石油、化工工业中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等。
塔器可划分为板式塔和填料塔两大类。
塔器的主要构成包括塔体、内件、支座和附件。
塔体包括筒体、封头和联接法兰。
内件包括塔板或填料及其支承装置。
支座一般为裙式支座。
附件包括人孔、进出料接管、各仪表接管、液体和气体的分配装置、塔外的扶梯、平台和保温层等。
1、板式塔结构
⑴ 塔体与裙座结构塔体是由筒体和封头构成的。
裙座是由座体、基础环、螺栓座、管孔构成的。
座体由圆筒形和锥筒形两种，锥筒形座体用于大塔。
裙座座体与塔体的连接分搭接和对接两种形式，多数情况下对接形式用的较多，普遍用在大塔上。座体承受塔体的全部载荷，并把载荷传到基础环上。
基础环是块环形垫板，它把由座体传下来的载荷，再均匀地传到基础上去。
螺栓座是由盖板和筋板组成，供安装地脚螺栓用，以便地脚螺栓把塔设备固定在基础上。
管孔是检修用的人孔、管线引出口及排气孔等。
⑵ 塔盘结构塔盘结构是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。
它包括塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件及支承件等 。
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径在 800mm以下时采用整块式塔盘结构，当塔径在 800mm以上时，人可以在塔内进行安装，可采用分块式塔盘结构。
① 整块式塔盘结构整块式塔盘结构的塔体大多数是若干塔节组成，塔节与塔节之间用法兰联接，每个塔节内安装若干块层层叠叠起来的塔盘，塔盘与塔盘之间用管子支承，并保持所需要的距离。
这类塔盘结构与塔壁之间存在间隙，故对每一层塔盘需填料密封。
降液管结构有弓形和圆形两种，圆形降液管用于液体负荷较少的场合。降液管焊在塔盘上。
② 分块式塔盘在直径较大的板式塔中，采用分块式塔盘。塔体为一焊制整体圆筒，不分塔节，塔盘系分成数块，通过人孔送入塔内，装到焊在塔内壁的塔盘固定件（支持圈或支承圈－支承梁）上。
塔盘板分为弓形板、矩形板和通道板三种。
塔盘板安放在焊在塔壁上的支持圈上，塔盘板与支持圈的连接一般用卡子。目前正在推荐采用楔开紧固件。
⑶ 除沫装置用于分离气体夹带的液滴，多位于塔出口处。
⑷ 设备管道包括用于安装、检修塔盘的人孔，用于物料进出的接管，
以及安装化工仪表的短管等。
⑸ 塔附件包括支承保温材料的保温圈、吊装塔盘用的吊柱以及扶梯平台等。
2、填料塔填料塔由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板以及气液的进出口等部件组成。
⑴ 喷淋装置常用的喷淋装置有喷洒型、溢流型 和冲击型 。
① 喷洒型常用的有管式洒器、环管多孔喷洒器和莲蓬头喷洒器。
② 溢流型溢流型喷淋装置有盘式分布器和槽型分布器两种。而盘式分布器又分为中央进料的盘式分布器和有升气管的盘式分布器两种。
③ 冲击型反射板式喷洒器是利用液流冲击反射板（可以是平板、
凸板或锥形板）的反射飞散作用而分布液体。
⑵ 液体再分布器当液体流经填料层时，液体有流向器壁造成壁流的倾向，使液体分布不均，严重时可使塔内中心的填料不能湿润。因此在液体流经一段距离后再行分布。
主要采用分配锥（无孔和有孔两种）进行液体的再分配。
⑶ 支承结构在填料塔中，最常用的填料支承是栅板或开孔波形板。
栅板或开孔波形板由支承圈支承，填料由栅板或开孔波形板支承。
思考题：
1、塔器是如何分类的？
2、塔器的主要构件有哪些？
3、板式塔总体结构包括哪些项结构内容？
4、塔盘板的形式有哪几种？
5、填料塔是由哪些部件组成的？
6、填料塔的喷淋装置有哪几种类型？
第四部分 石油化工动设备一、泵
（一）、泵的定义泵是用来输送液体并增加液体能量（提高压力和流速）
的一种机器。
（二）、按泵的工作原理分类
1、容积泵：容积泵是依靠泵内工作室（泵壳或缸）容积大小作周期性地变化来输送液体，为间歇排液过程。此类泵有 往复泵 和 转子泵 两类。
2、叶片泵：叶片泵是依靠泵内高速旋转的叶片把能量传递给液体，从而实现液体输送的机械。典型叶片泵有 离心泵 和 旋涡泵 等。
3、其它类型泵：除容积泵和往复泵以外的特殊泵。如喷射泵、酸蛋等。
（三）、按泵的用途分类
1、原料泵：将液体原料从贮液池或其他装置中吸入，
加压后到工艺流程去的泵。
2、循环泵：在工艺流程中用于循环液增压的泵。此种泵使循环液补充压力的同时又能使设备（如蒸馏塔、解吸塔）各段之间保持热平衡。
3、成品泵：把装置中有成品或半成品输送不能输送到贮池或其他装置用泵。
4、废液泵：把装置中产生的废液连续排出的泵。
5、高温和低温泵：输送液体温度 300度以上和接近凝固点（或 5度以下）低温液体用泵。
6、特殊用途泵：如液压系统中的动力油泵、水泵等。
（四）、离心泵装置及分类
1,离心泵的构成泵体、泵盖、轴、叶轮、轴承、密封部件和支座等
2、离心泵的 工作原理在泵内充满液体的情况下，驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，在离心力的作用下，叶轮中的液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送到排出管。在叶轮中的液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压，在吸液池和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液池中的液体在该压力差作用下，便不断地经吸入管及泵的吸入室进入叶轮中。
1 叶片返回 返回 2返回 3 返回 4 返回 5
3、离心泵的分类
按叶轮吸入方式分类,单吸入式 －－叶轮只在一侧有吸入口。 双吸入式 －液体从叶轮两侧同时吸入。
按级数分类,单级泵 －－泵中只有一个叶轮。 多级泵 －－同一根轴上装有串联的两个以上叶轮。
按扬程分类,低扬程泵 －－扬程小于 20m。 中扬程泵 －－扬程在 20－ 100m之间。 高扬程 －－扬程大于 1000米。
按液体性质分类,油泵、清水泵、碱泵、泥浆泵等 。
4、离心泵的基本性能指标
（ 1）流量,单位时间内泵所排出的液体量称为泵的流量 。
用符号 Q表示，单位－－ m3/s或 kg/s。
双吸叶轮
（ 2）扬程,单位质量的液体，从泵进口到泵出口的能量增值称为泵的扬程。 用符号 h表示，单位 J/kg。（目前，
在实际生产中，习惯把单位重量的液体通过泵所获得的能量称为扬程用符号 H表示，其单位为 m。）
（ 3）转速,离心泵的转速是指泵轴每分钟的转数,用符号 n表示，单位,r/min。
（ 4）功率：功率分为有效功率和轴功率两种。
有效功率,单位时间内泵对输出液体所作的功称为有效功率,用符号 Ne表示。计算公式如下：
1 0 0 0
gQHNe
kW
轴功率,单位时间内由原动机传递到泵轴上的功率 。
（ 5）效率,有效功率与轴功率之比称为效率。
（ 6）允许汽蚀余量及允许吸上真空高度
汽蚀现象,当叶轮入口附近液体最低压力低于该液体相应温度下的饱和蒸汽压时，液体便剧烈汽化，产生大量的气泡，这些气泡随之进入高压区，在高压作用下，气泡溃灭，
形成空穴，造成液体相互之间或液体和金属表面之间发生强力碰撞，阻挠液体正常流动或使金属表面因冲击、疲劳而剥落。若气泡内含有一些活性气体，气泡凝结时放出热量，对金属起电化学腐蚀作用，这样就更加快金属剥落的速度。 这种液体汽化、凝结形成高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化学腐蚀的综合现象称为汽蚀现象。
汽蚀的危害,使泵产生振动和噪声，汽蚀使过流部件点蚀，使泵的性能下降。
返回汽蚀
允许汽蚀余量汽蚀余量的概念：泵入口处液体具有的能头除了要高出液体汽化压力 Pt，还应当有一的富余能头，这个富余能头称为汽蚀余量，用 △ h表示。汽蚀余量又分为最小汽蚀余量和允许汽蚀余量。最小汽蚀余量是指泵内即将产生汽蚀时，泵入口处的能头大于液体饱和蒸汽压力头的值。
最小汽蚀余量计算公式：
g
p
g
c
g
ph tss
2
2
m i n
m
允许汔蚀余量计算公式：
[△ h]=△ hmin+0.3 m
汽蚀余量的应用泵允许安装高度的计算：
式中,[Hg]－－泵的允许安装高度,m。
pa－－吸液池面上的压力,MPa。
Pt－－液体饱和蒸汽压力,MPa。
s
ta hh
g
p
g
pHg ][][
sh? －－吸入管路的阻力损失 m
吸上真空高度的计算：
s
ssa
s hHgg
c
g
ppH
2
2
5、离心泵的型号表示法离心泵的型号目前我国尚未完全统一。现在大部分采用以汉语拼音与阿拉伯数字组合而编制的。
如,B100－ 50 B－表示单级单吸悬臂式离心泵，
100－表示流量 100m3/h,50－表示泵的扬程为 50m。
又如,80Y－ 100B 80－吸入口径 80mm,Y－表示单级单吸悬臂式油泵,100－原泵扬程 100m,B－表示第二次切割。
又如,200D－ 43╳ 6 200表示吸入口径为 200mm，
D－表示多级分段式离心泵,43－单级扬程 43m,6－级数。
ISO国际标准离心泵型号编制方式：
目前我国有的制造商已经采用国际标准进行生产并命名新泵。型号有四部分组成，第一部分国际标准泵系列代号，
第二部分泵进口直径，第三部分表示泵出口直径，第四部分表示叶轮名义直径 。
如,IS80－ 65－ 160 IS－ 单级单吸悬臂式 清水离心泵，
80－泵进口直径 80mm,65－泵出口直径 65mm,160－表示叶轮的名义直径 160mm。
又如,IH50－ 32－ 160 IH－表示单级单吸悬臂式化工离心泵,50－吸入口直径为 50mm,32－出口直径 32mm,
160－表示叶轮名义直径 160mm。
6、离心泵的能量损失机械损失,液体与叶轮盘面间的摩擦损失，泵轴与密封部件间的摩擦损失，轴与轴承间的摩擦损失，
容积损失,因为叶轮与泵壳间有间隙存在高压液体必然要向低压侧泄漏，造成能量损失。
水力损失,一是沿程摩擦损失，二是冲击损失。
7、离心泵的主要零部件
（ 1）叶轮离心泵叶轮从外形上可分为闭式、半开式和开式三种,
闭式叶轮在叶片的两端有前盖板和后盖板,叶道截面是封闭的，制造复杂，适用于高扬程和输送清洁的液体。
半开式叶轮只有后盖板而无前盖板 流道是半开启式的，
适用于输送粘性液体或含有固体颗粒液体。
双吸入泵开式叶轮即无后盖板也无前盖板,流道完全敞开，适用于输送污水、含泥沙的液体。
离心泵叶轮的叶片数一般为 6－ 12片，常见 6－ 8片。对于输送含有杂质液体的开式叶轮，其叶片数一般为 2－ 4片。
离心泵的叶轮大多数为后弯叶片型叶轮，另外还有前弯叶片型和径向叶片型 。后弯叶片型扬程最小，前弯叶片型扬程最大，且水力损失大，径向叶片型扬程居中。
（ 2）蜗壳与导轮蜗壳与导轮的作用，一是汇集叶轮出口处的液体，引入到泵出口或下一级叶轮入口。二是将叶轮出口的高速液体的部分动能变为静压能。一般单级或二级泵多用蜗壳，多级泵用导轮。
蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间，截面积逐渐增大的螺旋形流道，使高速液体的动能转变为静压能。蜗壳制造简单，高效区宽。缺点是作用在转子上压力不均匀。
2
3
1、流道 2、导叶 3、反向导叶导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，这些导叶构成了一条条扩散形流道，背面有将液体引向下一级叶轮入口的反向导叶。液体从叶轮甩出后，
平缓地进入导轮，沿着导轮继续向外流动，速度逐渐降低，
动能大部分转变为静压能，液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮。
导轮上的导叶数一般为 4－ 8片。采用导轮的分段多级离心泵的泵壳容易制造，但安装检修困难。
（ 3）密封环为减少容积损失，在泵壳与叶轮前端入口处安装一个密封环。密封环有平环式、直角式和迷宫式三种，迷宫式效果较好，常用于单级大扬程泵上。密封环材料为金属，
主要是灰铸铁、青铜或碳钢。
（ 4）轴向力及其平衡装置由于叶轮前盖板与后盖板的面积不同,导致叶轮前后的轴向力不相等，故产生轴向力。过大的轴向力可致转子发生轴向窜动，造成振动并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦，
严重时可影响泵的正常运行。
单级泵轴向力平衡,叶轮上开平衡孔，采用双吸叶轮，
采用平衡管以及平衡叶片法 。
多级泵的轴向力平衡,叶轮对称布置，采用平衡鼓，还有采用平衡盘 。平衡盘最大的好处是自动平衡轴向力。
（ 5）轴密封装置填料密封,它是由填料箱（填料函）、填料、液封环、
压盖、双头螺栓等组成。填料不宜压的太紧，注意松紧要适度，允许液体成滴状漏出，以每分钟 10－ 20滴液体量为宜。
机械密封,机械密封又称端面密封。其主要部件有动环、静环、密封圈、弹簧、传动座以及固定销钉等。
机械密封的密封能力好于填料密封，液体泄漏量仅为填料密封的 1/10，寿命长，但成本高，制造与安装要求高。
密封原理,静环用防转销与压盖联接，它们之间用具有弹性的密封圈密封。动环随轴一起转动，动环与轴之间用具有弹性的密封圈密封。压盖与填料密封箱之间用密封圈密封。动环与静环之间的密封主要依靠泵内压力和弹簧力将动环压贴在静环上，防止泄漏。但两环的接触面上总是有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面阻止泄漏，
另一方面还能起到润滑作用。
（五）往复泵往复泵是容积泵的一种，它依靠活塞在泵缸内运动，
使泵缸工作容积周期性的扩大与缩小来吸排液体。适用于高压力、小流量、输送粘度大的液体以及要求精确计量的场合。
1,往复泵的结构,通常由两个基本部分组成,一端是实现机械能转换成压力能，并直接输送液体的部分，此部分被称为液缸部分或 液力端 。 另一端是 动力和传动部分，
被称为 动力端 。
液力端由活塞、缸体、吸入阀、排出阀等组成。
传动端主要由曲柄、连杆和十字头等组成 。
2,工作原理活塞右行时，左侧泵缸内的容积增加，压力降低，吸液槽内的液体在液面压力的作用下，顶开吸入阀进入缸内。
然后活塞由右止点向左止点移动，使缸内容积减小，液体压力增高，并顶开排液阀使液体进入排液管，直至活塞运行到左止点，排液过程结束。
3、往复泵的分类往复泵的种类很多，主要按泵缸的形式、泵缸数目和动力及传动方式分类。
（ 1）按泵缸的形式分,活塞（柱塞）泵 和 隔膜泵 。
活塞泵又分为 单作用泵、双作用泵和差动泵。
（ 2）按泵缸数目分：单缸泵、双缸泵和 多缸泵 。
（ 3）按驱动方式分：机动泵,流体作用泵 和手动泵泵结构泵分类 返原理泵分类
4、往复泵的流量理论平均流量,单位时间内往复泵所输送的液体体积量称为往复泵的平均流量 （未考虑泄漏），用 QT表示，
单位用 m3/s，计算公式为：
式中 F－活塞的工作面积,m3/s
s－往复泵的行程,m
n－泵的工作转速,r/min
双缸单作用泵理论流量计算公式：
60
F snQ
T?
60
2 F snQ
T?
单缸双作用泵的理论流量计算公式：
实际平均流量计算公式：
5、往复泵的性能特点
（ 1）瞬时流量有脉动及平均流量恒定。（ 2）排出压力与结构尺寸和转速无关。（ 3）具有自吸能力。（ 4）流量可精确计算。（ 5）机动往复泵适用于输送高压、小流量的场合。（ 6）流体动力泵适用于防火、防爆及无电源的场合。
60
)2( snfFQ
T
TQQ
1-球阀； 2-泵体； 3-隔膜； 4-托架
1-汽缸； 2-配汔机构； 3-拉杆； 4-摇臂； 5-联接器； 6-排出阀； 7-吸入阀； 8-泵缸返回泵分类齿轮泵螺杆泵 1-主动螺杆； 2-填料函； 3-从动螺杆； 4-泵壳； 5.6-齿轮思考题：
1、按工作原理泵可以分为几类？离心泵的工作原理为何？
2、离心泵的基本性能参数及意义？
3、叶轮叶片有哪几种形式？离心泵常用哪种叶片形式？
4、离心泵是由哪些部件构成的？
5、泵是如何定义的？
6、离心泵叶轮有哪几种形式？
7、离心泵常用平衡轴向力的方法有哪几种？
8、往复泵主要有哪些零件组成？
9、往复泵的性能特点为何？
10、离心泵国际标准型号是如何标注的？
二、压缩机
1、压缩机的定义压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器 。
2、压缩机的用途压缩机的用途主要是压缩气体进行 合成及聚合,压缩气体进行 输送,制冷 和 气体分离 以及空气经压缩后作为 动力使用 等方面。
3、压缩机的分类
（ 1）容积式容积式压缩机是指气体直接受到压缩，从而使气体体积缩小，压力提高的机器。 常用的容积式压缩机有往复活塞式压缩机和回转活塞式两种。
（ 2）速度式压缩机速度式压缩机利用高速旋转的工作轮将机械能传给气体，并使气体机械能中的部分动能转化为静压能，从而提高气体压力。 速度式压缩机主要有离心式和轴流式两种。
4、往复式压缩机的构造及工作过程
（ 1）构造一台完整的往复式压缩机组包括主机和辅机两部分。
主机包括机身、工作机构（ 气缸,活塞,气阀 ）及运动机构（ 曲轴,连杆,十字头 等）。
辅机包括润滑系统、冷却系统、气路系统。
转盘形曲柄轴
1.阀座 2.连接螺栓 3.阀片 4.弹簧 5.升程限制器 6.螺母 7.开口销
（ 2）、工作过程活塞式压缩机的工作过程是由连续的许多循环组成的，
每一循环有吸气、压缩、排气、膨胀个过程。
当活塞在最高点向下运动时吸气阀打开，气体从吸入阀流入气缸，充满气缸与活塞端面之间的整个容积，吸气过程完成。当活塞从最低点又向上运动时，吸气阀关闭，
气体被封闭在气缸的密封空间。活塞继续向上，迫使这个空间越来越小，气体压力达到工作数值，压缩过程完成。
排气阀被迫打开，气体在该压力下被排出，直到活塞运行到最高点为止，排气过程完成。
（ 3）、活塞式压缩机的分类
按压力大小分类低压压缩机（ 3－ 10） MPa 中压压缩机（ 10－ 100） MPa
高压压缩机（ 100－ 1000MPa 超高压压缩机＞ 1000MPa
多级压缩卧置往复式压缩机
按排气量分类微型压缩机 ＜ 1m3/min 小型压缩机 1－ 10 m3/min
中型压缩机 10－ 60 m3/min 大型压缩机 ＞ 60 m3/min
按气缸的排列方式分类立式压缩机 －－气缸中心线与地面垂直。
卧式压缩机 －－气缸中心线呈水平。
角度式压缩机 －－分为 L型,V型,W型和扇型。
按气缸达到终了压力所需的级数分类单级压缩机 －气体经一级压缩达到终压。
两级压缩机 －气体经两级压缩达到终压。
多级压缩机 －气体经三级以上压缩达到终压。
（ 4）、活塞式压缩机的主要零部件
气缸及气缸套气缸,是往复式压缩机中组成压缩容积的主要部分 。
气缸因工作压力的不同而选择不同强度的材料，有铸铁气缸、铸钢气缸和锻制气缸三种。
气缸应满足具有足够的强度和刚度，良好的耐磨性，
良好的冷却，良好的润滑等要求。
气缸套,如果压缩气体较脏或压缩气体使气缸表面的润滑油恶化，则气缸表面就有较大的磨损。这时需采用优质材料制成的气缸套作为气缸的工作面。
气缸套分为干式气缸套和湿式气缸套两种。
活塞组件一般把活塞、活塞杆、活塞环三部分称为活塞组件 。
活塞与气缸构成压缩容积，活塞在气缸中作往复运动，
起压缩气体的作用。活塞有圆筒形、盘形、级差式和柱塞等。
活塞杆是活塞与十字头之间的连接杆，靠此杆推动或拉动活塞作往复运动。
活塞环（开口环－弹性元件）是密封气缸镜面和活塞间缝隙用的零件,其作用是密封、布油和导热 。活塞环的开口形式常用的是直口和 45o斜口两种，斜口比直口密封效果好。
气阀气阀（自动阀）是活塞式压缩机的主要部件之一，它的 作用是用来控制气体及时入和排出气缸 。
气阀是由阀座、阀片、弹簧、升程限制器以及连接螺栓、螺母和开口销组成的。
传动机构传动机构的部件包括曲轴、连杆、十字头以及轴承和轴瓦等。
曲轴是压缩机中主要的运动部件，承受着方向和大小均有周期性变化的较大载荷和摩擦磨损。
曲轴有两种形式，一是曲柄轴，二是曲拐轴。常用的是曲拐轴。
连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。
连杆包括杆体、大头、小头三部分。大头与曲轴相联，
小头与十字头相联，且为叉形联接。
5、离心式压缩机离心式压缩机是速度式压缩机中的一种。在实际生产中当气体流量＞ 100m3/min，压力低于 75MPa的场合多数在用离心式压缩机生产。离心式压缩机逐渐趋向于取代活塞式压缩机。
（ 1）离心式压缩机的特点,生产能力大，供气量均匀。
易损件少，连续运转周期长。压缩气体洁净。可用汽轮机或内燃机直接驱动。同容量下比活塞式压缩机造价低。但较活塞式压缩机效率低，只有在设计工况下效率最高，不易制造小流量离心式压缩机。
（ 2）总体结构压缩机本体由转子、定子和轴承等组成。
转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等组成。
定子由机壳、扩压管、弯道、回流器、蜗壳等组成。
离心式压缩机
（ 3）离心式压缩机工作过程气体先由入室吸入，流经叶轮，叶轮对气体作功。经叶轮出来而获得能量的气体，进入扩压器，使速度降低，压力进一步得到提高，最后经过弯道入回流器进入下一级叶轮继续压缩。
由于气体在压缩过程中气体温度升高，而气体在高温下压缩功耗大，需要中间冷却，经冷却后再送入下一级。冷却的装置称中间冷却器。
（ 4）离心式压缩机的性能参数
① 排气压力,指压缩机出口处的绝对压力,MPa
② 转速,压缩机转子单位时间的转数,r/min
③ 功率,压缩机运转时需要的轴功率,kW
④ 排气量,压缩机单位时间内能压出的气体量,m3/s
⑤ 效率,气体净获得能量与输入压缩机的能量之比。
思考题：
1、压缩机是如何定义的？压缩机的分类如何？
2、往复式活塞压缩机的工作机构和运动机构分别包括什么部件？
3、往复式活塞压缩机按气缸的排列方式是如何分类的？
4、活塞和活塞环的作用分别是什么？
5、离心式压缩机的工作过程为何？
6、离心式压缩机的转子和定子分别包括哪些部件？
返回叶轮 返回旋涡泵返回
硬度、塑性和韧性等。
1.强度强度是指金属材料在外力的作用下对变形或断裂的抗力 。
常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，高温下工作时，还要考虑蠕变极限和持久强度。
(1)屈服强度极限 (σ s),指钢材在开始塑性变形时单位面积上所承受的拉力,这个指标表示钢材抵抗塑性变形的能力。实际上许多材料的拉伸曲线不出现明显的塑性平台，不能明显的确定出屈服点，所以用其变形量 0.2%时的应力表示屈服强度值。
(2)抗拉强度极限 (σ b):指材料在拉断之前单位面积上所能承受的最大拉力,是材料承载能力的极限。这个指标表示钢材抵抗断裂的能力。
(3)蠕变极限 (σ t):反映材料高温下的变形问题。 它是一定温度下，产生 10-7mm/mm·hr蠕变速度的应力值。 即在该温度下经过 10万小时 (约 12年 )产生 1%总变形的应力值。
(4)持久强度 (σ D),反映材料高温下断裂性能，它是在一定温度下经过规定的工作期限 (10万小时 )后产生断裂时的应力值。 常作为设计高温元件的依据。
（ 5）疲劳强度（ σ rN):反映材料在变载荷的作用下抵抗破坏的能力。
2.塑性金属材料在一定的外力作用下，构件的形状或尺寸发生变化，这种变化称为材料的变形。金属材料在载荷的作用下，
其材料会发生弹性变形、塑性变形和断裂。
弹性变形是指构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形完全消失，构件恢复原来的状态。
塑性变形是指构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形不能完全消失，构件不能恢复原来的状态。
塑性是指金属材料发生残余变形 (变形不能完全恢复 )的性能。 化工设备在制造的过程中要经受弯卷、冲压等成形加工，要求用于制造化工设备的钢材具有较好的塑性。以防止化工设备在使用过程中因意外超载而导致破坏，也便于加工。
这是因为塑性好的钢材在破坏前一般都会产生较明显的塑性变形，不但易于发现，且松驰局部应力而避免断裂。金属材料的塑性可用延伸率和断面收缩率作为衡量指标。
(1)延伸率,取试件做拉伸试验，试件被拉断后的总伸长与原长比值的百分数 。用下式表示：
式中,L1－试件拉断后长度 (mm)。 L0－试件原始长度 (mm)。
%100
0
01
L
LL?
(2)断面收缩率,取试件做拉伸试验，试件被拉断后的断面缩减值与原截面积比值的百分数 。用下式表示：
%100
0
10 F FF?
式中,F0试件初始截面积 (mm2)。 F1试件拉断后断口处的截面积
(mm2)。
3.韧性为了防止或减少 化工设备零件 发生脆性破坏 (在较低应力状态下发生无显著塑性变形的破坏 )，要求 化工设备零件 用钢材在使用温度下有好的韧性 (aK:一定尺寸和形状的试件在规定类型的试验机上受冲击载荷折断时，试件槽口处单位面积上所消耗的冲击功 ),表征材料抵抗冲击 载荷破坏的能力 。
用下式表示：
F
Aa K
K?
式中,AK－冲击试验机的摆锤冲断试件时所作的功,F－试件槽口处的初始截面积。
4.硬度材料抵抗更硬物压入其表面的能力，称为硬度 。根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、
维氏硬度。最常见的是布氏硬度。用一定直径 D的淬硬钢球，
以规定载荷 P压入试验金属表面并保持一定时间，除去载荷后，
测量金属表面的压痕直径，以直径算出压痕球面积 F，再以载荷 P除以压痕球面积 F所得之商，为该金属的布氏硬度值。布氏硬度以 HBW(HBS)表示，我国一直惯用的单位为 N/mm2,但使用中一般不标注单位。
计算公式为：
布氏硬度压头为淬火钢球 （ HBS），硬度值测试范围小于 450，压头为硬质合金钢球（ HBW），硬度值测试范围小于 650。
洛氏硬度压头为锥顶角 1200的金刚石圆锥体,根据加载不同，分三个标尺，硬度符号为 HRA,HRB和 HRC。
维氏硬度压头为相对面夹角 1360的金刚石正四棱锥体,硬度符号用 HV表示。
22(
2102.0)(
dDDD
PH B WH B S
MPa
式中,P－所加规定载荷,N。
D－钢球直径,mm。
d－压痕直径,mm。
二,金属材料中的化学元素化工设备用钢中所包含的元素按作用可分为 基本元素,
添加元素和残留元素三大类 。
基本元素有铁和碳 。 由铁,碳为主要化学元素组成的金属称为铁碳合金,当含碳量小于或等于 0.02%时称为铁,当含碳量在 0.02%至 2.11%范围内时称为钢,当含碳量大于 2.11%时称为铸铁 。
残留元素有硫,磷,锰,硅,氧,氢,氮等,其中硫,
磷,氧,氢元素对钢是有害的 。
添加元素是根据化工设备对钢的不同要求,需添加不同的元素,组成不同成份的合金 。 在碳钢的基础上,冶炼时有目的地加入合金元素生成的钢称合金钢 。 如选择性添加锰,
钼,钒,镍,铬,钛,硼等 。
①碳 (C)在低合金钢中常与合金元素形成碳化物。在常温和较低的温度下，能够起强化作用。但在高温下这些碳化物容易分解，还会聚集长大，对蠕变抗力和持久强度能起不良影响。碳对于钢的塑性、耐蚀性和抗氧化性等也有同样不良影响。含碳量的增加，钢的可焊性下降。所以耐热钢中含碳量一般要控制在 0.20%以下。
②锰 (Mn)是一种良好的脱氧剂，又是一种很好的脱硫剂，
焊接时经常利用它脱氧和脱硫。锰在钢中的含量小于 2%时，
对于低合金钢来说，可提高钢的强度和韧性，对于中、高合金钢而言，随着强度的增加，其塑性和韧性则要降低。增加含锰量可以提高钢的耐磨性。锰形成碳化物，大量的碳可与铁素体形成固溶体，使马氏体转变温度急剧下降。锰还能增大钢对淬火、过热的敏感性。
③硅 (Si)是强脱氧剂，若含量超过 2%时会使钢的塑性和韧性降低。硅在高温下可以提高抗氧化性能，焊接时硅易形成高熔点夹杂物，即二氧化硅残留在焊缝中。
④铬 (Cr)能提高钢的硬度、耐蚀性和抗氧化性。因为铬在钢材表面形成一层附着力很强的氧化膜，使钢材的氧化速度减慢，从而提高钢的抗氧化性能。当含铬量大于 12%时，能显著提高钢的电极电位，使钢材具有良好的耐蚀性；当铬量在 20%以下时，能提高钢的再结晶温度，提高钢的热强性；随着含铬量增加，可焊性变差。
⑤钼 (Mo)是形成铁素体的主要元素，它可以提高钢的再结晶温度，提高低铬耐热钢的耐强性，并提高钢的强度和硬度；在含钼 0.6%以下时还可以提高钢的塑性和韧性，从而降低裂纹倾向。但钼有促进石墨化倾向，在合金中，常用量一般为 0.5%--1%左右。
⑥镍 (Ni)主要是形成稳定的奥氏体组织，提高耐蚀性能，
它能提高奥氏体钢的高温强度和持久强度，提高钢的塑性，能促使石墨化。镍铬同时存在时，钢材既具有较高塑性，又具有较高的硬度和强度。
⑦硫 (S)是钢中有害元素，它和铁生成的 FeS易与 r-Fe形成低熔点共晶体。在加工 (1000-1200℃) 时，共晶体熔化，导致钢材在高温时破裂，这种现象称为,热脆,,在焊接时会产生热裂纹。硫化物在钢中易造成偏析，降低焊接结构的抗层状撕裂能力和钢材的韧性。
⑧磷 (P)也是钢中的有害元素，可使钢材的强度、硬度增加、塑性和韧性下降，特别是降低低温 Akv。这就是钢的,冷脆性,。磷造成钢材偏析，钢材在回火过程中，磷偏析于晶界，
引起钢材的回火脆性，这在 Cr－ Mo钢中特别明显。降低钢中的
S,P含量是改变钢材（特别是低温钢、中温钢及核电钢）韧性最重要途径之一。因此优质钢要严格限制钢中的 S,P含量。
三,金属材料的分类为了便于识别和应用，金属材料通常按钢的化学成份、金属品质、冶炼方法以及制造加工形式的不同进行钢的分类。
1.按化学成份分类可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类。
①碳素钢 根据钢中含碳量的不同可以分为：
低碳钢,碳含量一般不大于 0.25%，使用时通常需要进行渗碳等表面硬化处理。
中碳钢,碳含量在 0.25%--0.6%之间,使用时一般需要进行调质或表面淬火处理。
高碳钢,碳含量大于 0.6%，使用时通常需要淬火和低温回火处理。
②合金钢,是为了改善钢的某种或某些性能而加入一定量的一种或几种合金元素的的钢 。根据钢中合金元素总含量的不同可以分为：
低合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )不大于 5%。
中合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )在 5%-10%之间 。
高合金钢,合金元素总含量 (质量分数 )大于 10%。
此外，根据钢中主要合金元素的种类和组合，合金钢又可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钢、铬钼钒钢等。
2.按金属品质分类钢的品质主要指钢的纯洁度。钢的纯洁度以钢中所含硫、
磷等杂质的多少来衡量。据此可将钢分类为：
A,硫、磷含量不大于 0.045%。 B,硫、磷含量不大于 0.040%。
C,硫、磷含量不大于 0.035%。 D,硫、磷含量不大于 0.030%
E：硫、磷含量不大于 0.025%。
3.按脱氧程度分类
①沸腾钢 钢液浇注前不用硅和铝脱氧，钢水中含有一定量的 FeO，注入锭模后发生如下反应,FeO+C— Fe+CO
反应时放出 CO气泡造成钢液沸腾现象，钢液凝固后，残留在钢锭中的 CO气泡在随后的热加工中虽被压合，但在受拉力时仍有被分开的可能。为了保证使用安全，有关规程中对沸腾钢板制造化工设备零件的种类和其受载范围都有明确的限制的规定。
②镇静钢,钢液脱氧较完全，注入钢锭模后，基本上不产生 CO气泡，而是平静凝固，故钢锭组织致密。压力容器一般采用镇静钢。
③半镇静钢,脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间，钢液在钢锭模内只有较弱的沸腾。
4.按制造加工形式分类
①铸钢,是用铸造方法生产出来的各种铸件,含碳量在
0.15-0.60%之间。在化工设备零部件制造中，铸钢主要用于生产一些形状复杂，难以锻造和难以加工成形的零件。
②锻钢,是用锻造方法生产出来的各种锻材和锻件 。锻件的塑性、韧性比铸钢件高，能经受较大的冲击作用。压力容器上某些较大的型钢多用锻造方法制作。
③热轧钢,用热态轧制试求生产出来的各种钢材 。压力容器用的钢板、钢管等常用热轧生产。
④冷轧钢,用冷态轧制方法生产出来的各种钢材 。冷轧钢的特点是表面光洁，尺寸精确，力学性能良好。冷轧工艺常用来生产薄板、钢带等。某些供化学反应使用的压力容器常在内壁衬以冷轧的不锈钢板。
四、金属材料的牌号钢牌号的命名采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字结合的表示方法。
1、碳素结构钢,碳素结构钢的牌号由“屈”字汉语拼音的字首 Q、屈服点数值、质量等级符号（ A,B,C,D）和脱氧方法符号（ F,b,Z,TZ）四个部分按顺序组成。
如,Q235－ AF表示屈服点为 235MPa,A级质量的沸腾钢。
2、优质碳素结构钢,优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几。
如,45－表示平均碳的质量分数为 0.45%优质碳素结构钢。（经常作为重要的机械零件－轴、齿轮等用钢）
又如,20R－表示平均碳的质量分数为 0.2%的容器用优质碳素结构钢。
3、碳素工具钢,碳素工具钢的牌号由“碳”字汉语拼音的字首 T与数字组成，数字表示钢中平均碳的质量分数的千分之几。
如,T8－表示平均碳的质量分数为 0.8%的优质碳素工具钢。
又如,T8A－表示平均碳的质量分数为 0.8%的高级优质碳素工具钢。
4、铸造碳钢,铸造碳钢的牌号由“铸”、“钢”二字汉语拼音的字首 ZG与两组数字组成，第一组数字表示屈服点的数值，第二组数字表示抗位强度。
如,ZG200－ 400－表示最低屈服点为 200MPa.，最低抗拉强度为 400MPa铸造碳钢。
5、合金结构钢,合金结构钢的牌号由两位数字、元素符号与数字组成，前两位数字表示钢中平均碳含量的质量分数的万分之几示，元素符号表示钢中所含合金元素，元素符号后面的百分之几。当合金元素平均含量 (质量 )<1.5%
时，只标出元素符号。当合金元素平均含量 ≥ 1.5%、
2.5%… 时，在相应符号后面标出 2,3… 等。
如,40Cr－表示平均碳的质量分数为 0.4%，平均铬的质量分数小于 1.5%的合金结构钢。
又如,15CrMo－表示平均碳的质量分数为 0.15%，平均铬的质量分数和平均钼的质量分数均小于 1.5%。
思考题：
1、金属材料的力学性能指标有哪几项？
2、抗拉强度和屈服强度的意义各是什么？
3、金属材料作为结构用钢时需要材料具备一定的塑性为什么？
4、钢中所含元素按作用分为哪几类？
5、按化学成分将钢分为哪几类？
6、碳素钢按含碳量分为哪几类？
7、合金钢按合金总含量的多少是如何分类的？
8、标识下列钢号的意义－ Q215－ AZ,35,1Cr18Ni9Ti
第二部分 压力容器基础知识一、压力容器的含义从广义上来讲,压力容器是指盛装气体或者液体,具有一定压力的密闭设备 。 如化工装置中的塔,反应器,换热器等设备的外壳绝大部分属于压力容器 。 容器中的介质大部分具有一定的压力和温度,甚至是高温高压,且介质多数具有易燃,易爆和有毒的特点 。 在压力和温度的联合作用下,容器器壁的承载能力如何,能否发生容器的爆破,容器上的各密封点是否可靠,能否发生泄漏而造成火灾,爆炸和人员中毒 。 因此,根据压力容器对外界产生影响的不同,为了保证压力容器操作者的人身安全以及设备安全,根据不同容器所具有的不同特点,给予不同的设计理论和不同的监察规定,
,钢制压力容器安全监察规程,规定：
压力容器是指盛装气体或者液体，承受一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa?L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于 0.2MPa
（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于
1.0MPa?L气体、液化气体和标准沸点等于或者低于
60℃ 液体的气瓶；氧舱等。
二、压力容器的参数
1、设计压力
（ 1）压力,是物质垂直均匀地作用于物体表面单位面积上力的度量。在物理学中称为压强，工程上习惯称为压力。在压力容器中单位多以 MPa表示。
（ 2）表压,用测量压力的仪表上所测出的压力值为表压 。
表压是表上显示压力的简称。表压只是表明容器内压力高于周围大气压的差值。
（ 3）工作压力,工作压力也称最高工作压力，最高工作压力指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。即为标注在产品铭牌上的压力。
（ 4）设计压力,指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。对装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀开启压力或爆破片的爆破压力。设计压力需标注在产品铭牌上。
2,公称直径压力容器的公称直径是按容器的零部件标准化系列而选定的壳体直径,用符号 DN及数字表示,单位为毫米 。 应该注意的是,焊接的圆筒形容器,公称直径是指它的内径 。 而用无缝钢管制作的圆筒形容器,公称直径是指它的外径 。 因为无缝钢管的公称直径不是内径,而是接近而又小于外径的一个数值 。 为了方便,用无缝钢管作为容器的筒体时,选它的外径作为容器的公称直径 。
压力容器的容积是指容器内壁面所包围的体积，单位为立方米，并需标注在产品铭牌上。
3,容器厚度
（ 1） 计算厚度,指按各计算公式计算所得的厚度 。
（ 2） 设计厚度,指计算厚度与腐蚀裕量之和 。
（ 3） 名义厚度,指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度 。 即标注在图样上的厚度 。
4,设计温度
（ 1） 介质温度,指容器内工作介质的温度,可以用仪表测得 。
（ 2） 金属温度,指容器受压元件沿厚度截面的平均温度 。 在任何情况下元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度 。
（ 3） 设计温度,指容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度 （ 沿元件金属截面的温度平均值 ） 。 设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件 。 设计温度需标注在产品铭牌上 。 确定设计温度时应按,钢制压力容器,
3.5.2条款去考虑 。
三,压力容器承受的载荷压力容器是一种特殊设备,其工作条件十分恶劣,它和一般的机械设备不同,除承受介质压力,温度引起的载荷外,
还应考虑其它因素引起的各种载荷 。 压力容器所承受的各种载荷,主要有：
（ 1） 介质压力 （ 内压,外压或最大压差 ） ；
（ 2） 液体静压力 ；
（ 3） 容器的自重 （ 包括内件和填料等 ）,以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；
（ 4） 附属设备及隔热材料,衬里,管道,扶梯,平台等重力载荷；
（ 5） 风载荷,地震力,雪载荷；
（ 6） 支座、底座圈、支耳、及其它型式支撑件的反作用力 。
四,压力容器的压力来源压力容器所盛装的或在压力容器内参加反应的物质,
称之为工作介质 。 压力容器所承受的压力按其来源可以分为两类,一类是气体或液体介质在容器之外的设备内通过加压或增压后送入压力容器中,使容器壳体承受来自于介质对容器单位面积上产生的垂直方向的作用力； 另一类是介质送入压力容器之前没有压力,送入容器内后,由于它在容器内介质聚集状态发生改变,介质的密度发生变化,
介质温度升高或介质在容器内发生体积增大的化学反应 等,
使容器内产生或增大压力 。
在器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机,液体泵或蒸汽锅炉 。 压缩机和液体泵通过机械方法提高气体或液体压力 。 容积式压缩机及容积式泵是通过机械运动缩小气体或液体体积,增加气体及液体密度来提高气体及液体的压力,如活塞式或螺杆式压缩机,计量泵或螺杆泵等属于此类 。
速度型压缩机及泵则通过增加气体或液体的流速,并将其动能转变为静压能来提高气体及液体的压力,如离心式或轴流式压缩机及泵等属于此类 。
压力产生于压缩机工作介质为压缩气体的容器，压力由压缩机对气体进行压缩而产生，这些容器所承受的压力大小主要决定于压缩机出口压力。因此，工作介质为压缩气体的压力容器，其最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力，
除非介质在容器内温度升高或产生其他物理化学变化或有更高压力的介质进入。
以水蒸汽为工作介质的压力容器，它的压力来源于蒸汽锅炉。水在蒸汽锅炉内受热蒸发为水蒸汽，由于在相同的压力下，同质量的水与水蒸汽相比，水蒸汽占的体积要比水大得多，如在 0.1MPa（绝对）压力下的水转变为相同压力的饱和水蒸汽时，饱和水的比容约为 0.001m3/kg，而饱和水蒸汽的比容则约为 1.7m3/kg，即由饱和水变为饱和蒸汽体积约增大 1700倍。锅炉属于密闭设备，水在锅筒内蒸发时，蒸汽压力不断增大，直到达到锅炉的排出压力。
因此，工作介质为水蒸汽的压力容器，这些容器的工作压力取决锅炉的排出压力，如果压力容器需要的压力比锅炉出口蒸汽压力低，则可在容器进口管上装设蒸汽减压阀装置，如果容器内工作条件不发生变化，一般容器内的压力不会突然增大。
靠容器内介质聚集状态发生改变,介质的密度发生变化介质温度升高或介质在容器内发生体积增大的化学反应等作用,
使容器内产生或增大压力 。
工作介质为液化气体的容器，其内部压力是由于液化气体的蒸发而产生,但由于容器壳体的束缚，使得容器内气体分子数增多，密度增大，压力增大。如液氯，在 0℃ 时的饱和蒸汽压为 0.36MPa(绝对 )，温度 55℃ 时压力即升高至 1.51MPa(绝对 )。
某些固体高分子化合物，如果在容器内受热,解聚,,变为气态单体分子，也会因体积膨胀受到限制，而压力急剧升高，如固态聚甲醛的比容约为 0.0007m3/kg，当它解聚为气态甲醛时其比容约为 0.746m3/kg(标准状态下 )，即体积约增大 1065倍。
如果在一个密闭的容器内发生这种聚集状态的改变，则会产生很高的气体压力。留有足够气化空间的液化气体容器的压力等于相应温度下的饱和蒸汽压。
五 压力容器的分类压力容器的形式多样，为了便于对不同类型的容器进行研究、制造或管理，常将容器按不同方法分类。常见分类方法如下：
1.按容器所承受压力大小分类
（ 1） 低压容器 （ 代号 L） 0.1 MPa≤P< 1.6 MPa
（ 2） 中压容器 （ 代号 M） 1.6 MPa≤P< 10 MPa
（ 3） 高压容器 （ 代号 H） 10 MPa≤P< 100 MPa
（ 4）超高压容器 （代号 U） P≥100 MPa
2.按在生产工艺过程中的作用原理分类
（ 1） 反应压力容器 （ 代号 R）,主要用于完成介质的物理,化学反应的压力容器 。 如反应器,反应釜,聚合釜,合成釜,煤气发生炉等；
（ 2） 换热压力容器 （ 代号 E）,主要用于完成介质的热量交换的压力容器 。 如管壳式余热锅炉,热交换器,冷却器,
冷凝器,蒸发器,加热器等 。
（ 3） 分离压力容器 （ 代号 S）,主要用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器 。 如分离器,过滤器,集油器,吸收塔,洗涤塔,气提塔等 。
（ 4） 储存压力容器 （ 代号 C其中球罐代号 B）,主要用于贮存,盛装气体,液体,液化气体等介质压力容器 。 如各种型式的储罐 。
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。
3,按照安全的重要程度分类
（ 1） 下列情况之一的,为第三类压力容器
① 高压容器 。 ② 中压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质 )。 ③ 中压贮存容器 (仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且 pv乘积大于等于 10 MPa?m3)。 ④ 中压反应器 (仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且 pv乘积大于等于 0.5
MPa?m3)。 ⑤ 低压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质,
且 pv乘积大于等于 0.2 MPa?m3)。 ⑥ 高压,中压管壳式余热锅炉 。 ⑦ 中压搪玻璃压力容器 。 ⑧ 使用强度级别较高 (指相应标准中抗拉强度规定值下限大于 540 MPa)的材料制造的压力容器 。 ⑨ 移动式压力容器,包括铁路罐车 (介质为液化气体,低温液体 ),罐式汽车 {液化气体运输 (半挂 )车,低温液体运输
(半挂 )车,永久气体运输 (半挂 )车 }和罐式集装箱 (介质为液化气体,低温液体 )等 。 ⑩ 球形贮罐 (容积大于等于 50m3)与低温绝热压力容器 (容积大于 5m3)。
(2)下列情况之一的，为第二类压力容器 (本条第 1款规定的除外 )
①低压容器 (仅限毒性程度为极度和高度危害介质 )。
②低压反应容器和低压贮存容器 (仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质 )。
③低压管壳式余热锅炉。
④低压搪玻璃压力容器。
⑤中压容器。
(3)低压容器 (除属于第二类和第三类之外的压力容器 )为第一类压力容器。
其中毒性程度由,职业卫生和防护,中的规定来确定。
六、压力容器的结构一般压力容器常见结构包括壳体结构、接管及开孔补强结构、法兰密封结构、支座结构等，其中接管及开孔补强结构、法兰密封结构、支座结构等又被称为压力容器的部件。
1,压力容器的结构型式压力容器按其用途不同，结构型式也多种多样，常见的结构型式主要有球形、圆筒形、锥形、箱形等。
（ 1）球形容器球形容器的本体是一个球壳，此种结构由许多块预先按一定尺寸压制成形的球面板拼焊而成。直径较大。由于球壳是中心对称的结构，在气体介质压力作用下，球壳壁内的受力是均匀分布的。球形容器与圆筒形容器在容积相等、压力相等的情况下，在制造时可节约材料 30%-40%。但由于制造工艺复杂、拼焊要求高，再加上内部工艺附件安装困难，故一般常用作大型储罐。
（ 2）圆筒形容器圆筒形容器的壳体结构是由筒体和凸形封头 (端盖 )或平盖而构成的，是轴对称结构。在筒体与封头连接处，由于筒体和封头的几何形状不一样，在介质压力作用下其各自的变形也是不一样的，相互之间的变形将受到相互的约束，因此在相互连接处的壳壁内产生较高的局部应力，成为导致圆筒形压力容器不安全的因素。虽然不如球形容器，但比其他结构型式压力容器好得多，圆筒形容器制造工艺简单，便于内部工艺附件的安装，便于工作介质的流动，因而是使用最普遍的一种压力容器。圆筒形容器一般多采用焊接结构。
（ 3）箱形容器箱形容器结构可分为正方形结构和长方形结构两种。其结构特点是非轴对称结构，存在壳体几何形状突变，壳壁内的受力不均匀，且转角处的受力值较高。这类容器的结构不合理，除常用在压力较低的消毒柜汽柜外，在其它生产场合一般很少采用。
（ 4）锥形容器单纯的锥形容器是不存在的，一般用到的都是由圆筒体与锥形体组合而成的组合结构。由于锥形壳体与圆筒壳连接处结构不连续，同样在连接处壳壁内产生较高的局部应力，
其受力状况与锥壳的锥角大小有直接的关系，锥角越大会导致受力状况越不好，故这类压力容器通常是生产工艺有特殊要求时采用，如有结晶或粒状物料需排出等。
2、压力容器的壳体结构
①圆筒壳筒体是压力容器的最主要组成部分，贮存物料和化学反应所需压力空间，大部分是由它构成的。所以，筒体的容积大小是根据工艺要求确定的。当筒体直径较小 (一般约小 于
500mm)时，筒体可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝。
当直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆，再用焊缝将钢板端部连接处封死，形成一个完整的圆柱形。该焊的方向由于和圆柱形纵向平行，因此，称为纵焊缝。若容器直径不很大时，一般只有一条纵焊缝 ；随着容积直径的加大，由于钢板幅面尺寸的限制，可能有两条或两条以上纵焊缝。当容器板的长度较短时，即可在一个圆柱形筒体两端连接上、下封头，构成了一个封闭的压力空间，也就是制成了一台压力容器外壳。
当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，就需要先用钢板卷焊成一段筒体 (每一段筒体称为一个筒节 )，再由两个或两个以上筒节组焊成所需要长度的筒体。筒节与筒节之间、
筒体与封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴线垂直，
因此，称为环焊缝。
②封头压力容器用封头包括凸形封头 (椭圆形封头、碟形封头、
半球形封头、球冠形封头 )、锥形封头和平盖封头三类。
当容器组装后不再需要开启时 (一般是容器内无内件或虽有内件而不需要更换、检修的情况 )，上、下封头应直接和筒体焊在一起，这样做的好处是能有效地保证密封、节省材料和减少加工制造的工作量。对于应检修和更换内件的需要而开启的容器，封头和筒体连接应做成可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须有一个密封结构，能拆装的封头又称为端盖。
半球形封头,
半球形封头实际上是一个半球壳体，壳体壁内受力较小且均匀，在相同直径和相同压力下所需的厚度最小，是筒体壁厚的一半。但其深度最大，制造比较困难（冲压成型）。
故除用于压力较高、直径较大的储罐及其他有特殊要求 (如在封头内需装设工艺内件 )的容器外，一般较少采用。
椭圆形封头,
在压力容器壳体中常见的是标准椭圆形封头，即长短半轴之比等于 2。椭圆形封头由半个椭球壳体及圆筒壳体（即直边段）两部分组成。虽然椭圆曲线上各点半径是不相等的，
但是曲率半径且是连续变化的，壳体壁内受力变化也是连续的，在相同直径和压力下其受力最大值是球形封头的 2倍。
其深度是球形封头的一半，易于冲压制造，因而被广泛采用。
直边段的设置，主要考虑是避免连接边缘和连接焊缝的重叠影响容器的安全。
碟形封头,
碟形封头又称带折边的球形封头，它由几何形状不同的三个部分组成，中央为 球面壳体,与其连接的是 圆弧段壳体,圆弧段壳体与 直边段 连接，直边段与圆筒壳体连接。
因过渡圆弧半径远小于球体半径，故其受力状况较上述两种封头差，通常只用于压力较低、直径较大的容器。
无折边球形封头,
无折边球形封头又称为球冠形封头，是一块深度较小的球面壳体，结构简单，制造方便。但在它与筒体的连接处由于形状突变而存在很高的局部应力，故只适用于直径较小、压力较低的容器上。
锥形封头,
介质中含有颗粒状、粉末状物质或为粘稠液体的容器，
为了便于物料的汇集及卸料，容器底部常采用锥形封头；有时为保证气体介质在容器中均匀分布或改变流体流速，也采用锥形封头。锥形封头有带折边和无折边等三种。无折边锥形封头是一段圆锥壳，圆筒壳与圆锥壳直接连接造成形 状突变而引起局部应力过高，故适用于压力较低且锥壳半顶角小于 30℃ 的场合。带折边的锥形壳体与筒壳的之间有一圆弧的折边，可以降低局部应力。
平板封头,
受力时强度最低，相同直径、相同压力下所需厚度最大，
除用做人孔盖、手孔盖外，一般很少采用。但在管壳式换热器上常见。
3、压力容器的零部件
（ 1） 法兰联接由于生产工艺需要和安装检修的方便，不少容器需采用可拆的连接结构，如压力容器的端盖与筒体之间、接管与管道之间的联接，通常采用的是法兰结构。法兰按其联接的部件不同，
分为容器法兰和管法兰。用于管道联接的称为管法兰，用于容器端盖与筒体联接的称为容器法兰。
①法兰联接结构与密封原理法兰联接结构是一个组合件，一般是由联接件、被联接件和密封元件组成，联接件是指螺栓和螺母，密封元件是指垫片，
而被联接件则是指法兰 。
法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰压紧面之间的垫圈压紧，当垫圈单位面积上所受到的压紧力达到某一值时，借助于垫圈的变形，把法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄漏形成了 初始密封条件。 预紧时在垫圈单位面积上 的压紧力称为垫圈的预紧密封比压 。 当设备或管道升压以后,螺栓受到进一步的拉伸,法兰密封面沿着彼此分离的方向移动,密封面与垫圈之间的压紧力因而有所下降,下降的数值取决于螺栓法兰的刚性以及垫圈的回弹能力 。 当这一比压下降到某一临界值以下时,介质将发生泄漏 。 通常将这一临界比压值称为工作密封比压 。 它的含义是,一个已经形成了初始密封条件的法兰联接 (即垫圈已被压缩到预紧密封比压 ),在通入压力介质后,为不使介质泄漏,在密封面与垫圈之间所必须保留下来的最低比压 。
要保证法兰密封,就必须使法兰密封面上实际存在的比压,预紧时不低于垫圈的预紧密封比压,工作时应高于工作密封 比压 。
② 法兰的结构与分类按法兰与设备或管道的联接方式可分为三种,整体法兰、松套法兰和螺纹法兰。整体法兰又分为平焊法兰和对焊法兰，其中平焊法兰又分为甲型平焊法兰和乙型平焊法兰两种。
甲型平焊法兰,就是一个截面基本为矩形的圆环，这个圆环通常称为法兰盘，它直接与容器的筒体或封头焊接。
这种法兰在上紧和工作时均会作用给容器壁一定的附加弯矩。法兰盘刚度较小，所以适用于 PN（ 0.25－ 1.6） MPa和
DN（ 300－ 2000） mm,温度小于 300℃ 的场合。
乙型平焊法兰,与甲型平焊法兰相比除了法兰盘外增加了一个厚度常常是大于筒体壁厚的短节。有了这个短节，
既可增加法兰刚度，又可使容器器壁避免承受附加弯矩，
所以适用于 PN（ 0.25－ 4.0） MPa和 DN（ 300－ 3000） mm,温度小于 350℃ 的场合。
对焊法兰,法兰、法兰颈部及容器或接管三者能有效地连接成一个整体结构。是用根部增厚的颈取代了乙型平焊法兰中的短节，从而更有效地增大了法兰的整体刚度，由于去掉了乙型法兰中法兰盘与短节的焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力，所以应用场合广泛。 适用于 PN（ 0.6－ 6.4） MPa和 DN（ 300－ 2000） mm,温度大于 450℃ 的场合。
松套 法兰,松套 法兰的连接实际上也是通过焊接实现的，
所不同的是法兰松套在已与筒体或管子焊好的附属元件上，
并通过螺栓将附属元件压紧达到密封的要求。因法兰本身不接触介质，可以在保证使用性能的同时节省贵重材料。由于松式法兰承载能力低，故多用于常压或低压的场合。
螺纹法兰,法兰与管壁通过螺纹进行联接。二者之间既有一定的联接，又不完全形成一个整体，法兰对管壁的附加应力较小，螺纹法兰多用于高压管道上
③ 法兰 密封面型式法兰密封面型式共有三种,包括平面型密封面；凹凸型密封面；榫槽型密封面 。
平面型密封面,密封表面是一个突出的光滑平面,这种密封面结构简单,加工方便,便于进行防腐衬里 。 但螺栓上紧后,垫圈材料容易往两侧伸展,不易压紧,用于所需压紧力不高 （ PN ≤ 2.5MPa)且介质无毒的场合 。
凹凸型密封面,它是由一个凸面和一个凹面所组成的,
在凹面上放置垫圈,压紧时由于凹面的外侧有挡台,垫圈不会被挤出来,密封效果好 。 可用于 PN ≤ 6.4MPa压力较高场合 。
榫槽型密封面,密封面是由一个榫和一个槽所组成的,
垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式或金属包垫圈，垫圈宽度 16-25mm，容易获得良好的密封效果。它适用于密封压力较高且易燃易爆有毒介质的场合。
密封面凸面部分容易碰坏，运输与拆装时都应注意。
④ 密封垫片垫片是构成密封的重要元件，垫片应具有好的弹性和塑性，同时具备一定的机械强度和柔软性。
最常用的垫片可分为非金属与金属以及非金属与金属混合制的垫片。
非金属的垫片材料有石棉板、石棉－橡胶板及合成树脂。
这些材料的优点是柔软和耐腐蚀，但耐压力和温度的性能差，
通常适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。
金属－非金属混合制垫片有金属包垫片及缠绕垫片，前者是用石棉橡胶垫外包以金属薄片（镀锌薄铁片或不锈钢片）
后者是薄低碳钢带（或合金钢）与石棉一起绕制而成。这两种垫片较单纯的非金属垫片性能好，适应的温度和压力范围较高一些。
金属垫片材料要求软韧，常用软铝、铜、铁（软钢）、
蒙耐尔合金（含 Ni67%,Cu30%,Cr4%-5%）钢和 18－ 8不锈钢。
适用于中、高温和中、高压的场合
（ 2） 开孔与接管压力容器常因工艺要求和检修的需要,在筒体或封头上开设各种孔或安装接管,如人孔,手孔,视镜孔,物料进出口以及安装压力表,液位计,安全阀等开孔接管 。
手孔和人孔用来检查容器的内部并用来洗涤,清净以及安装和拆卸内部的装置 。 手孔的内径要使得工人的手能自由的通过,并考虑手握有供安装的零件或安装工具,因此,手孔的直径一般不小于 150mm。 直径大于 1200mm的容器应装设人孔,。
人孔的形状,常用的有圆形人孔和椭圆形人孔 。 椭圆形人孔的最小净尺寸为 300mm× 400mm,圆形人孔直径为 400mm。 人孔盖压紧装置的结构与需要开启的次数有关 。 如开启次数很少,则人孔盖可用简单的盲板配上手柄；当开启次数较多,则采用带铰链螺栓的人孔盖,以利于拆装方便 。 对于可拆封头的容器,
一般来说不需另设人孔 。 但由于人孔的拆装远比拆装大直径的封头快而且方便,所以也有封头可拆的容器应设有人孔 。
筒体或封头上开孔后,不但减小了器壁的受力面积,而且还因为开孔造成结构不连续因而引起应力集中,使开孔边缘处的应力大大增加,孔边最大应力要比器壁上的平均应力大几倍,
强度被削弱 。 这对容器的安全运行很不利的 。 为了减小孔边的局部应力,常采用开孔补强的方法来减少这种不安全因素的产生 。 目前应用最广泛的是等面积补强法,其补强结构有补强圈补强,厚壁接管补强和整锻件补强三种型式,最常用的是补强圈补强 。
开孔是容器中一个主要薄弱环节,对容器的疲劳寿命影响很大,因而,容器上要尽量减少开孔的数量,避免开大孔 。 对于高压容器要尽量避免在筒体上开孔,而把开孔位置移到安全裕度较大的封头或筒体顶部 。 由于薄壁圆筒承受内压时,其环向应力是轴向应力的两倍,因此如需要在筒体上开孔时,应尽量开成椭圆形孔,且使椭圆的短轴平行于圆筒体轴线,以尽可能减少纵截面削弱程度,从而使环向应力增加少一些 。 由此可知,位于筒体上的人孔一般开成椭圆形,而圆形人孔多开在封头部位 。
1.筒体 2.法兰 3.垫片 4.人孔盖 5.螺栓
（ 3） 容器支座支座是用于支承容器重量并将它固定在基础上的附加部件,
其结构型式决定于容器的安装方式,容器重量及其他载荷,一般分为三大类：即立式容器支座,卧式容器支座和球形容器支座 。
① 卧式支座最常见的卧式支座是鞍式支座，鞍式支座主要是由底板、
腹板、筋板和垫板四种板组焊而成。
由于容器的轻重、长短不同，鞍式支座又分为轻型和重型。
为了使容器的壁温发生变化时能够沿轴线方向自由伸缩，
鞍座的底板有两种，一种底板上的螺栓孔是圆孔 (F型 )，另一种底板上螺栓孔是长圆形 (S型 )的。
②立式支座立式容器支座有悬挂式支座、支承式支座和裙式支座三种 。
小型直立设备采用前两种，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
悬挂式支座 是由底板,筋板和垫板组成的 。 当容器的
DN≤ 900mm时,且壳体的有效厚度不小于 3mm,壳体材料与支座材料相同或相近时,也可采用不带垫板的悬挂式支座 。 因此悬挂支座又有带垫板和不带垫板之分 。
支承式支座 可以用数块钢板焊成 (A型 ),也可用钢管制作
(B型 ),均带垫板 。 A型适用于直径 800-3000mm的容器,B型适用于直径 800-4000mm的容器,容器高度与直径之比不得大于 5，
且总高不得大于 10m。
裙式支座 是高大的塔设备最广泛采用的一种支座，图 3-18
是比较典型的一种裙式支座,它是由座圈、螺栓座、基础环、
管孔、人孔、排气孔和排污孔组成的 。座圈的上端与底封头焊在一起，下端焊在地脚螺栓座的基础环上。座圈除了要承受塔体的载荷外，还要承受到风载或地震弯矩的作用。所谓基础环就是一个放置在基础上的环形垫板，它与座圈用填角焊缝焊在一起，其作用是将座圈上的载荷传给基础，同时在它上面焊装地脚螺栓座，以便利用地脚螺栓将塔固定在基础上。
卧式支座－－鞍座思考题：
1、压力容器的一般定义。
2、压力容器按压力大小、用途、安全程度是如何分类的？
3、压力容器的参数有哪些及表压力的定义又为何？
4、压力容器壳体的封头有哪些类型？
5、法兰联接结构是有哪些构件组成的？
6、如何区分整体法兰、平焊法兰、对焊法兰以及甲、乙型法兰？
7、如何区分法兰密封面的型式及特点？
8、密封垫片的类型及特点？
9、压力容器开孔补强结构有哪几种？
10、压力容器的支座有哪些类型？
第三部分 典型化工静设备一、管壳式换热器换热器或称热交换器是石油、化工生产中应用很广泛的单元设备之一，它在石油、化工建厂总投资中约占 20%，在全厂化工设备总投资中约占 40%。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。根据使用目的不同，换热器种类繁多，如加热和冷却用的加热器或冷却器，蒸馏或冷凝用的蒸馏釜、重沸器或冷疑器等。换热器的结构型式有两大类，一类是板式换热器另一类是管壳式换热器。板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度和刚度差、制造、维修困难。而管壳式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但因其结构坚固、可靠程度高，适应性强，材料范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构型式。
1、管壳式换热器的结构及主要零部件管壳式换热器主要由筒体（又称外壳）、管板、管束、
管箱、封头等构成 。
根据结构特点的不同可以分为 刚性结构 和具有 温差补偿结构两大类。其中刚性结构是指管板分别焊在外壳的两端，
管子、管板和外壳的连接都是刚性的。温差补偿结构是指当管壁与壳壁温度相差较大时，而设置的具有温差补偿装置。
2、管壳式换热器的分类
（ 1）固定管板式换热器固定管板式换热器一种是指管板分别焊在壳体两端，管子、管板和外壳组成一个整体，无温差补偿装置。另一种是指管板分别焊在壳体两端，管子、管板和外壳组成一个整体，
有温差补偿装置。 具有温差补偿装置的固定管板式换热器称为膨胀节固定管板式换热器 。
固定管板式换热器结构比较简单，造价较低，两管板由管子支撑，因而在各种管壳式换热器中其管板最薄。缺点是管外清洗困难，仅适用于介质清洁不易结垢壳体压力不高的场合。
⑵,浮头式换热器浮头式换热器的一端管板与壳体是可拆联接，另一端管板可以在壳体内移动，在温度作用下管束和壳体的变形互不影响，管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，
金属耗量较大。浮头处如发生内漏时不便检查。管束与壳体间隙较大影响传热。仅适用于管、壳温差较大以及介质易结垢的场合。
⑶,填函式换热器填函式换热器一端的管板与壳体是可拆联接，管束一端可以自由膨胀，一端的管箱与壳体之间采用填料函方式密封。
造价比浮头式低，检修、清洗容易填函处泄漏能及时发现。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、
易爆、有毒的介质。
⑷,U型管换热器这类换热器只有一个管板，管板与外壳是可拆联接，管束可以抽出清洗，管束可以自由膨胀，管程至少为两程。其缺点管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏不易更换。仅用于温差较大，管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
3、管子与管板的连接
⑴ 胀接胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取去胀管器后，
管板孔弹性收缩，管板与管子之间就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封坚固连接的目的。
随着温度的升高，由于管板孔与管子端部变形量的差异，
会使管板与管子之间的挤压力减少或消失，使管端失去密封和坚固的能力，所以胀接结构一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或合金钢，适用于操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀，温度小于 300oC，压力小于 4MPa的场合。
在胀接时，为提高连接强度和紧密性，可以在管板孔壁上开槽，槽深不过 1mm。
⑵焊接焊接是指采用熔化金属以及同时填充金属的方法使管板与管子连接起来。 焊接连接比胀接连接有更大的优越性，在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板孔加工要求低，可节省加工管孔的工时，焊接工艺比胀接工艺简单，
在压力不太高时可使用较薄的管板。焊接连接的缺点是：由于焊接接头处产生的焊接应力可能造成应力腐蚀和破裂，同时管子与管板之间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成“间隙腐蚀”。
⑶胀焊并用虽然在高温下采用焊接连接较胀接连接可靠，但管子与管板之间往往因存在间隙而产生间隙腐蚀，而且焊接应力也引起应力腐蚀。尤其在高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无论采用胀接还是焊接难以满足要求。
目前较为广泛采用的胀焊并用的方法。这种连接方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，
提高使用寿命。
胀焊并用有两种方式：一是强度焊加贴胀，二是强度胀加密封焊 。
4、管板结构
⑴ 换热管的排列方式
① 正三角形和转角正三角形排列 如图所示：
适用于壳体介质污垢少，且不需要进行机械清洗场合。
② 正方形和转角正方形排列 如图所示：
能够使管间小桥形成一条直线通道，可用机械的方法进行清洗，一般可用于管束抽出以清洗管间的场合。
另外，还可根据结构要求，采用组合排列法。例如在多程换热器中，每一程中都采用三角形排列法，而在各程之间，为了便于安装隔板，则采用正方形排列。
⑵ 管间距管板上两换热管中心的距离称为管间距。管间距不小于 1.25倍的换热管外径。
⑶ 管板与隔板（分程隔板）的连接当需要很大的换热面积时，其方法一是增加换热管的长度。虽然增加了换热面积，但导致流体在管内的流速降低，
会影响传热效果。方法二可以增加换热管的根数，来增加换热的面积，但同时壳体直径一起随着增加，这样就会增加金属材料的耗量。因此为了增加管内流体流速，提高传热效果，
须将管束分程，使流体依次流过各程管子。
在换热器的管箱内安装一块或数块钢板，使其实现分程目的地钢板称为隔板 。管程数一般有 1,2,4,6,8等。
分程隔板有单层和双层隔板两种 。单层隔板与管板的密封面宽度（管板槽的宽度）为隔板厚度加 2mm。双层隔板具有隔热空间，可防止热流短路（即不使已冷或加热了的流体被刚进入的热或冷流体流经隔板而再被加热或冷却）。
⑷ 管板与壳体的连接结构管板与壳体的连接分为可拆式和不可拆式两种 。 固定管板式换热器管板属于不可拆式管板，而浮头式,U型管式和填函式换热器管板属于可拆式管板。
① 固定管板式换热器管板与壳体的连接固定管板式换热器管板与壳体的连接结构有管板兼作法兰连接结构和管板不兼作法兰连接结构两种。在众多的固定管板式换热器中多数管板为兼作法兰连接结构。
② 浮头式,U型管式和填函式换热器固定端管板与壳体连接管板夹于壳体法兰和管箱法兰之间，卸下管箱就可把管板同管束从壳体中抽出来。
⑸ 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板作用及结构
① 折流板及支承板设置折流板的目的是为了提高壳程内流体流速和加强湍流程度，以提高传热效果。
设置支承板的目的是因为在工艺上无需装折流板的要求，
但当管子比较细长时，为了便于安装和防止管子变形，应该考虑有一定数量的支承板。
拆流板及支承板的常用形式有弓形、圆盘－圆环形和带扇形切口三种。 其中弓形折流板用得较普遍，这种形式使流体只经拆流板切去的圆缺部分而垂直流过管束，流动中死区较少。
拆流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现的，拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，拆流板就穿在拉杆上，各板之间则由定距管隔开，最后一块拆流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。
② 旁路挡板在浮头式,U型管式、填函式换热器中，由于需要将管束抽出清洗，因而壳体与管束之间存在较大的间隙，一定量的流体就会由间隙直接通过，影响传热效果。对于这一类的换热器可在管束上增设旁路挡板阻止流体短路，迫使壳程流体通过管束进行热交换。增设旁路挡板每侧一般为 2－ 4块，挡板用 6mm厚的扁钢制成，采用对称布置，其长度等于相邻拆流板的板间距。如图所示：
③ 挡液板在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数，在冷凝器中装置挡液板以起拦截液膜的作用。挡液板间距可以拆流板间距设置。如图所示：
⑹ 管箱与壳程接管
① 管箱换热器管内流体进出口（进口、出口、进出口）的空间称为管箱。管箱内有分程隔板，箱壳上接有管程流体进出接管。如图所示：
② 壳程接管当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管可能造成很大的冲刷，影响换热管的使用寿命。为此在壳程流体入口处常采用缓冲接管（喇叭口接管）、导流筒（在壳程流体进口的管束处设一段圆筒保护管束）以及挡板（防冲板－有圆形和方形之分）结构。如图所示：
思考题：
1、管壳式换热器主要有哪几种？
2、管子与管板的连接方式有哪几种？
3、管壳式换热器有哪些主要部件构成的？
4、拆流板的作用如何？有哪些常用形式？如何定位？
5、哪几种换热器可以在温差较大的场合使用？
6、管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用什么场合？
7、当加热蒸汽或高速流体进入壳程时，在壳程接管入口处应采取哪些措施解决冲刷问题？
8、换热管采用的是无缝还是有缝钢管，是厚壁管还是薄壁管？
二、塔设备塔器是用于气－液与液－液相间传质、传热的设备，它广泛用于食品、医药、石油、化工工业中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等。
塔器可划分为板式塔和填料塔两大类。
塔器的主要构成包括塔体、内件、支座和附件。
塔体包括筒体、封头和联接法兰。
内件包括塔板或填料及其支承装置。
支座一般为裙式支座。
附件包括人孔、进出料接管、各仪表接管、液体和气体的分配装置、塔外的扶梯、平台和保温层等。
1、板式塔结构
⑴ 塔体与裙座结构塔体是由筒体和封头构成的。
裙座是由座体、基础环、螺栓座、管孔构成的。
座体由圆筒形和锥筒形两种，锥筒形座体用于大塔。
裙座座体与塔体的连接分搭接和对接两种形式，多数情况下对接形式用的较多，普遍用在大塔上。座体承受塔体的全部载荷，并把载荷传到基础环上。
基础环是块环形垫板，它把由座体传下来的载荷，再均匀地传到基础上去。
螺栓座是由盖板和筋板组成，供安装地脚螺栓用，以便地脚螺栓把塔设备固定在基础上。
管孔是检修用的人孔、管线引出口及排气孔等。
⑵ 塔盘结构塔盘结构是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。
它包括塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件及支承件等 。
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径在 800mm以下时采用整块式塔盘结构，当塔径在 800mm以上时，人可以在塔内进行安装，可采用分块式塔盘结构。
① 整块式塔盘结构整块式塔盘结构的塔体大多数是若干塔节组成，塔节与塔节之间用法兰联接，每个塔节内安装若干块层层叠叠起来的塔盘，塔盘与塔盘之间用管子支承，并保持所需要的距离。
这类塔盘结构与塔壁之间存在间隙，故对每一层塔盘需填料密封。
降液管结构有弓形和圆形两种，圆形降液管用于液体负荷较少的场合。降液管焊在塔盘上。
② 分块式塔盘在直径较大的板式塔中，采用分块式塔盘。塔体为一焊制整体圆筒，不分塔节，塔盘系分成数块，通过人孔送入塔内，装到焊在塔内壁的塔盘固定件（支持圈或支承圈－支承梁）上。
塔盘板分为弓形板、矩形板和通道板三种。
塔盘板安放在焊在塔壁上的支持圈上，塔盘板与支持圈的连接一般用卡子。目前正在推荐采用楔开紧固件。
⑶ 除沫装置用于分离气体夹带的液滴，多位于塔出口处。
⑷ 设备管道包括用于安装、检修塔盘的人孔，用于物料进出的接管，
以及安装化工仪表的短管等。
⑸ 塔附件包括支承保温材料的保温圈、吊装塔盘用的吊柱以及扶梯平台等。
2、填料塔填料塔由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板以及气液的进出口等部件组成。
⑴ 喷淋装置常用的喷淋装置有喷洒型、溢流型 和冲击型 。
① 喷洒型常用的有管式洒器、环管多孔喷洒器和莲蓬头喷洒器。
② 溢流型溢流型喷淋装置有盘式分布器和槽型分布器两种。而盘式分布器又分为中央进料的盘式分布器和有升气管的盘式分布器两种。
③ 冲击型反射板式喷洒器是利用液流冲击反射板（可以是平板、
凸板或锥形板）的反射飞散作用而分布液体。
⑵ 液体再分布器当液体流经填料层时，液体有流向器壁造成壁流的倾向，使液体分布不均，严重时可使塔内中心的填料不能湿润。因此在液体流经一段距离后再行分布。
主要采用分配锥（无孔和有孔两种）进行液体的再分配。
⑶ 支承结构在填料塔中，最常用的填料支承是栅板或开孔波形板。
栅板或开孔波形板由支承圈支承，填料由栅板或开孔波形板支承。
思考题：
1、塔器是如何分类的？
2、塔器的主要构件有哪些？
3、板式塔总体结构包括哪些项结构内容？
4、塔盘板的形式有哪几种？
5、填料塔是由哪些部件组成的？
6、填料塔的喷淋装置有哪几种类型？
第四部分 石油化工动设备一、泵
（一）、泵的定义泵是用来输送液体并增加液体能量（提高压力和流速）
的一种机器。
（二）、按泵的工作原理分类
1、容积泵：容积泵是依靠泵内工作室（泵壳或缸）容积大小作周期性地变化来输送液体，为间歇排液过程。此类泵有 往复泵 和 转子泵 两类。
2、叶片泵：叶片泵是依靠泵内高速旋转的叶片把能量传递给液体，从而实现液体输送的机械。典型叶片泵有 离心泵 和 旋涡泵 等。
3、其它类型泵：除容积泵和往复泵以外的特殊泵。如喷射泵、酸蛋等。
（三）、按泵的用途分类
1、原料泵：将液体原料从贮液池或其他装置中吸入，
加压后到工艺流程去的泵。
2、循环泵：在工艺流程中用于循环液增压的泵。此种泵使循环液补充压力的同时又能使设备（如蒸馏塔、解吸塔）各段之间保持热平衡。
3、成品泵：把装置中有成品或半成品输送不能输送到贮池或其他装置用泵。
4、废液泵：把装置中产生的废液连续排出的泵。
5、高温和低温泵：输送液体温度 300度以上和接近凝固点（或 5度以下）低温液体用泵。
6、特殊用途泵：如液压系统中的动力油泵、水泵等。
（四）、离心泵装置及分类
1,离心泵的构成泵体、泵盖、轴、叶轮、轴承、密封部件和支座等
2、离心泵的 工作原理在泵内充满液体的情况下，驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，在离心力的作用下，叶轮中的液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送到排出管。在叶轮中的液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压，在吸液池和叶轮中心处的液体之间就产生了压差，吸液池中的液体在该压力差作用下，便不断地经吸入管及泵的吸入室进入叶轮中。
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3、离心泵的分类
按叶轮吸入方式分类,单吸入式 －－叶轮只在一侧有吸入口。 双吸入式 －液体从叶轮两侧同时吸入。
按级数分类,单级泵 －－泵中只有一个叶轮。 多级泵 －－同一根轴上装有串联的两个以上叶轮。
按扬程分类,低扬程泵 －－扬程小于 20m。 中扬程泵 －－扬程在 20－ 100m之间。 高扬程 －－扬程大于 1000米。
按液体性质分类,油泵、清水泵、碱泵、泥浆泵等 。
4、离心泵的基本性能指标
（ 1）流量,单位时间内泵所排出的液体量称为泵的流量 。
用符号 Q表示，单位－－ m3/s或 kg/s。
双吸叶轮
（ 2）扬程,单位质量的液体，从泵进口到泵出口的能量增值称为泵的扬程。 用符号 h表示，单位 J/kg。（目前，
在实际生产中，习惯把单位重量的液体通过泵所获得的能量称为扬程用符号 H表示，其单位为 m。）
（ 3）转速,离心泵的转速是指泵轴每分钟的转数,用符号 n表示，单位,r/min。
（ 4）功率：功率分为有效功率和轴功率两种。
有效功率,单位时间内泵对输出液体所作的功称为有效功率,用符号 Ne表示。计算公式如下：
1 0 0 0
gQHNe
kW
轴功率,单位时间内由原动机传递到泵轴上的功率 。
（ 5）效率,有效功率与轴功率之比称为效率。
（ 6）允许汽蚀余量及允许吸上真空高度
汽蚀现象,当叶轮入口附近液体最低压力低于该液体相应温度下的饱和蒸汽压时，液体便剧烈汽化，产生大量的气泡，这些气泡随之进入高压区，在高压作用下，气泡溃灭，
形成空穴，造成液体相互之间或液体和金属表面之间发生强力碰撞，阻挠液体正常流动或使金属表面因冲击、疲劳而剥落。若气泡内含有一些活性气体，气泡凝结时放出热量，对金属起电化学腐蚀作用，这样就更加快金属剥落的速度。 这种液体汽化、凝结形成高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化学腐蚀的综合现象称为汽蚀现象。
汽蚀的危害,使泵产生振动和噪声，汽蚀使过流部件点蚀，使泵的性能下降。
返回汽蚀
允许汽蚀余量汽蚀余量的概念：泵入口处液体具有的能头除了要高出液体汽化压力 Pt，还应当有一的富余能头，这个富余能头称为汽蚀余量，用 △ h表示。汽蚀余量又分为最小汽蚀余量和允许汽蚀余量。最小汽蚀余量是指泵内即将产生汽蚀时，泵入口处的能头大于液体饱和蒸汽压力头的值。
最小汽蚀余量计算公式：
g
p
g
c
g
ph tss
2
2
m i n
m
允许汔蚀余量计算公式：
[△ h]=△ hmin+0.3 m
汽蚀余量的应用泵允许安装高度的计算：
式中,[Hg]－－泵的允许安装高度,m。
pa－－吸液池面上的压力,MPa。
Pt－－液体饱和蒸汽压力,MPa。
s
ta hh
g
p
g
pHg ][][
sh? －－吸入管路的阻力损失 m
吸上真空高度的计算：
s
ssa
s hHgg
c
g
ppH
2
2
5、离心泵的型号表示法离心泵的型号目前我国尚未完全统一。现在大部分采用以汉语拼音与阿拉伯数字组合而编制的。
如,B100－ 50 B－表示单级单吸悬臂式离心泵，
100－表示流量 100m3/h,50－表示泵的扬程为 50m。
又如,80Y－ 100B 80－吸入口径 80mm,Y－表示单级单吸悬臂式油泵,100－原泵扬程 100m,B－表示第二次切割。
又如,200D－ 43╳ 6 200表示吸入口径为 200mm，
D－表示多级分段式离心泵,43－单级扬程 43m,6－级数。
ISO国际标准离心泵型号编制方式：
目前我国有的制造商已经采用国际标准进行生产并命名新泵。型号有四部分组成，第一部分国际标准泵系列代号，
第二部分泵进口直径，第三部分表示泵出口直径，第四部分表示叶轮名义直径 。
如,IS80－ 65－ 160 IS－ 单级单吸悬臂式 清水离心泵，
80－泵进口直径 80mm,65－泵出口直径 65mm,160－表示叶轮的名义直径 160mm。
又如,IH50－ 32－ 160 IH－表示单级单吸悬臂式化工离心泵,50－吸入口直径为 50mm,32－出口直径 32mm,
160－表示叶轮名义直径 160mm。
6、离心泵的能量损失机械损失,液体与叶轮盘面间的摩擦损失，泵轴与密封部件间的摩擦损失，轴与轴承间的摩擦损失，
容积损失,因为叶轮与泵壳间有间隙存在高压液体必然要向低压侧泄漏，造成能量损失。
水力损失,一是沿程摩擦损失，二是冲击损失。
7、离心泵的主要零部件
（ 1）叶轮离心泵叶轮从外形上可分为闭式、半开式和开式三种,
闭式叶轮在叶片的两端有前盖板和后盖板,叶道截面是封闭的，制造复杂，适用于高扬程和输送清洁的液体。
半开式叶轮只有后盖板而无前盖板 流道是半开启式的，
适用于输送粘性液体或含有固体颗粒液体。
双吸入泵开式叶轮即无后盖板也无前盖板,流道完全敞开，适用于输送污水、含泥沙的液体。
离心泵叶轮的叶片数一般为 6－ 12片，常见 6－ 8片。对于输送含有杂质液体的开式叶轮，其叶片数一般为 2－ 4片。
离心泵的叶轮大多数为后弯叶片型叶轮，另外还有前弯叶片型和径向叶片型 。后弯叶片型扬程最小，前弯叶片型扬程最大，且水力损失大，径向叶片型扬程居中。
（ 2）蜗壳与导轮蜗壳与导轮的作用，一是汇集叶轮出口处的液体，引入到泵出口或下一级叶轮入口。二是将叶轮出口的高速液体的部分动能变为静压能。一般单级或二级泵多用蜗壳，多级泵用导轮。
蜗壳是指叶轮出口到下一级叶轮入口或到泵的出口管之间，截面积逐渐增大的螺旋形流道，使高速液体的动能转变为静压能。蜗壳制造简单，高效区宽。缺点是作用在转子上压力不均匀。
2
3
1、流道 2、导叶 3、反向导叶导轮是一个固定不动的圆盘，正面有包在叶轮外缘的正向导叶，这些导叶构成了一条条扩散形流道，背面有将液体引向下一级叶轮入口的反向导叶。液体从叶轮甩出后，
平缓地进入导轮，沿着导轮继续向外流动，速度逐渐降低，
动能大部分转变为静压能，液体经导轮背面的反向导叶被引入下一级叶轮。
导轮上的导叶数一般为 4－ 8片。采用导轮的分段多级离心泵的泵壳容易制造，但安装检修困难。
（ 3）密封环为减少容积损失，在泵壳与叶轮前端入口处安装一个密封环。密封环有平环式、直角式和迷宫式三种，迷宫式效果较好，常用于单级大扬程泵上。密封环材料为金属，
主要是灰铸铁、青铜或碳钢。
（ 4）轴向力及其平衡装置由于叶轮前盖板与后盖板的面积不同,导致叶轮前后的轴向力不相等，故产生轴向力。过大的轴向力可致转子发生轴向窜动，造成振动并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦，
严重时可影响泵的正常运行。
单级泵轴向力平衡,叶轮上开平衡孔，采用双吸叶轮，
采用平衡管以及平衡叶片法 。
多级泵的轴向力平衡,叶轮对称布置，采用平衡鼓，还有采用平衡盘 。平衡盘最大的好处是自动平衡轴向力。
（ 5）轴密封装置填料密封,它是由填料箱（填料函）、填料、液封环、
压盖、双头螺栓等组成。填料不宜压的太紧，注意松紧要适度，允许液体成滴状漏出，以每分钟 10－ 20滴液体量为宜。
机械密封,机械密封又称端面密封。其主要部件有动环、静环、密封圈、弹簧、传动座以及固定销钉等。
机械密封的密封能力好于填料密封，液体泄漏量仅为填料密封的 1/10，寿命长，但成本高，制造与安装要求高。
密封原理,静环用防转销与压盖联接，它们之间用具有弹性的密封圈密封。动环随轴一起转动，动环与轴之间用具有弹性的密封圈密封。压盖与填料密封箱之间用密封圈密封。动环与静环之间的密封主要依靠泵内压力和弹簧力将动环压贴在静环上，防止泄漏。但两环的接触面上总是有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面阻止泄漏，
另一方面还能起到润滑作用。
（五）往复泵往复泵是容积泵的一种，它依靠活塞在泵缸内运动，
使泵缸工作容积周期性的扩大与缩小来吸排液体。适用于高压力、小流量、输送粘度大的液体以及要求精确计量的场合。
1,往复泵的结构,通常由两个基本部分组成,一端是实现机械能转换成压力能，并直接输送液体的部分，此部分被称为液缸部分或 液力端 。 另一端是 动力和传动部分，
被称为 动力端 。
液力端由活塞、缸体、吸入阀、排出阀等组成。
传动端主要由曲柄、连杆和十字头等组成 。
2,工作原理活塞右行时，左侧泵缸内的容积增加，压力降低，吸液槽内的液体在液面压力的作用下，顶开吸入阀进入缸内。
然后活塞由右止点向左止点移动，使缸内容积减小，液体压力增高，并顶开排液阀使液体进入排液管，直至活塞运行到左止点，排液过程结束。
3、往复泵的分类往复泵的种类很多，主要按泵缸的形式、泵缸数目和动力及传动方式分类。
（ 1）按泵缸的形式分,活塞（柱塞）泵 和 隔膜泵 。
活塞泵又分为 单作用泵、双作用泵和差动泵。
（ 2）按泵缸数目分：单缸泵、双缸泵和 多缸泵 。
（ 3）按驱动方式分：机动泵,流体作用泵 和手动泵泵结构泵分类 返原理泵分类
4、往复泵的流量理论平均流量,单位时间内往复泵所输送的液体体积量称为往复泵的平均流量 （未考虑泄漏），用 QT表示，
单位用 m3/s，计算公式为：
式中 F－活塞的工作面积,m3/s
s－往复泵的行程,m
n－泵的工作转速,r/min
双缸单作用泵理论流量计算公式：
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单缸双作用泵的理论流量计算公式：
实际平均流量计算公式：
5、往复泵的性能特点
（ 1）瞬时流量有脉动及平均流量恒定。（ 2）排出压力与结构尺寸和转速无关。（ 3）具有自吸能力。（ 4）流量可精确计算。（ 5）机动往复泵适用于输送高压、小流量的场合。（ 6）流体动力泵适用于防火、防爆及无电源的场合。
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1-球阀； 2-泵体； 3-隔膜； 4-托架
1-汽缸； 2-配汔机构； 3-拉杆； 4-摇臂； 5-联接器； 6-排出阀； 7-吸入阀； 8-泵缸返回泵分类齿轮泵螺杆泵 1-主动螺杆； 2-填料函； 3-从动螺杆； 4-泵壳； 5.6-齿轮思考题：
1、按工作原理泵可以分为几类？离心泵的工作原理为何？
2、离心泵的基本性能参数及意义？
3、叶轮叶片有哪几种形式？离心泵常用哪种叶片形式？
4、离心泵是由哪些部件构成的？
5、泵是如何定义的？
6、离心泵叶轮有哪几种形式？
7、离心泵常用平衡轴向力的方法有哪几种？
8、往复泵主要有哪些零件组成？
9、往复泵的性能特点为何？
10、离心泵国际标准型号是如何标注的？
二、压缩机
1、压缩机的定义压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器 。
2、压缩机的用途压缩机的用途主要是压缩气体进行 合成及聚合,压缩气体进行 输送,制冷 和 气体分离 以及空气经压缩后作为 动力使用 等方面。
3、压缩机的分类
（ 1）容积式容积式压缩机是指气体直接受到压缩，从而使气体体积缩小，压力提高的机器。 常用的容积式压缩机有往复活塞式压缩机和回转活塞式两种。
（ 2）速度式压缩机速度式压缩机利用高速旋转的工作轮将机械能传给气体，并使气体机械能中的部分动能转化为静压能，从而提高气体压力。 速度式压缩机主要有离心式和轴流式两种。
4、往复式压缩机的构造及工作过程
（ 1）构造一台完整的往复式压缩机组包括主机和辅机两部分。
主机包括机身、工作机构（ 气缸,活塞,气阀 ）及运动机构（ 曲轴,连杆,十字头 等）。
辅机包括润滑系统、冷却系统、气路系统。
转盘形曲柄轴
1.阀座 2.连接螺栓 3.阀片 4.弹簧 5.升程限制器 6.螺母 7.开口销
（ 2）、工作过程活塞式压缩机的工作过程是由连续的许多循环组成的，
每一循环有吸气、压缩、排气、膨胀个过程。
当活塞在最高点向下运动时吸气阀打开，气体从吸入阀流入气缸，充满气缸与活塞端面之间的整个容积，吸气过程完成。当活塞从最低点又向上运动时，吸气阀关闭，
气体被封闭在气缸的密封空间。活塞继续向上，迫使这个空间越来越小，气体压力达到工作数值，压缩过程完成。
排气阀被迫打开，气体在该压力下被排出，直到活塞运行到最高点为止，排气过程完成。
（ 3）、活塞式压缩机的分类
按压力大小分类低压压缩机（ 3－ 10） MPa 中压压缩机（ 10－ 100） MPa
高压压缩机（ 100－ 1000MPa 超高压压缩机＞ 1000MPa
多级压缩卧置往复式压缩机
按排气量分类微型压缩机 ＜ 1m3/min 小型压缩机 1－ 10 m3/min
中型压缩机 10－ 60 m3/min 大型压缩机 ＞ 60 m3/min
按气缸的排列方式分类立式压缩机 －－气缸中心线与地面垂直。
卧式压缩机 －－气缸中心线呈水平。
角度式压缩机 －－分为 L型,V型,W型和扇型。
按气缸达到终了压力所需的级数分类单级压缩机 －气体经一级压缩达到终压。
两级压缩机 －气体经两级压缩达到终压。
多级压缩机 －气体经三级以上压缩达到终压。
（ 4）、活塞式压缩机的主要零部件
气缸及气缸套气缸,是往复式压缩机中组成压缩容积的主要部分 。
气缸因工作压力的不同而选择不同强度的材料，有铸铁气缸、铸钢气缸和锻制气缸三种。
气缸应满足具有足够的强度和刚度，良好的耐磨性，
良好的冷却，良好的润滑等要求。
气缸套,如果压缩气体较脏或压缩气体使气缸表面的润滑油恶化，则气缸表面就有较大的磨损。这时需采用优质材料制成的气缸套作为气缸的工作面。
气缸套分为干式气缸套和湿式气缸套两种。
活塞组件一般把活塞、活塞杆、活塞环三部分称为活塞组件 。
活塞与气缸构成压缩容积，活塞在气缸中作往复运动，
起压缩气体的作用。活塞有圆筒形、盘形、级差式和柱塞等。
活塞杆是活塞与十字头之间的连接杆，靠此杆推动或拉动活塞作往复运动。
活塞环（开口环－弹性元件）是密封气缸镜面和活塞间缝隙用的零件,其作用是密封、布油和导热 。活塞环的开口形式常用的是直口和 45o斜口两种，斜口比直口密封效果好。
气阀气阀（自动阀）是活塞式压缩机的主要部件之一，它的 作用是用来控制气体及时入和排出气缸 。
气阀是由阀座、阀片、弹簧、升程限制器以及连接螺栓、螺母和开口销组成的。
传动机构传动机构的部件包括曲轴、连杆、十字头以及轴承和轴瓦等。
曲轴是压缩机中主要的运动部件，承受着方向和大小均有周期性变化的较大载荷和摩擦磨损。
曲轴有两种形式，一是曲柄轴，二是曲拐轴。常用的是曲拐轴。
连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。
连杆包括杆体、大头、小头三部分。大头与曲轴相联，
小头与十字头相联，且为叉形联接。
5、离心式压缩机离心式压缩机是速度式压缩机中的一种。在实际生产中当气体流量＞ 100m3/min，压力低于 75MPa的场合多数在用离心式压缩机生产。离心式压缩机逐渐趋向于取代活塞式压缩机。
（ 1）离心式压缩机的特点,生产能力大，供气量均匀。
易损件少，连续运转周期长。压缩气体洁净。可用汽轮机或内燃机直接驱动。同容量下比活塞式压缩机造价低。但较活塞式压缩机效率低，只有在设计工况下效率最高，不易制造小流量离心式压缩机。
（ 2）总体结构压缩机本体由转子、定子和轴承等组成。
转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等组成。
定子由机壳、扩压管、弯道、回流器、蜗壳等组成。
离心式压缩机
（ 3）离心式压缩机工作过程气体先由入室吸入，流经叶轮，叶轮对气体作功。经叶轮出来而获得能量的气体，进入扩压器，使速度降低，压力进一步得到提高，最后经过弯道入回流器进入下一级叶轮继续压缩。
由于气体在压缩过程中气体温度升高，而气体在高温下压缩功耗大，需要中间冷却，经冷却后再送入下一级。冷却的装置称中间冷却器。
（ 4）离心式压缩机的性能参数
① 排气压力,指压缩机出口处的绝对压力,MPa
② 转速,压缩机转子单位时间的转数,r/min
③ 功率,压缩机运转时需要的轴功率,kW
④ 排气量,压缩机单位时间内能压出的气体量,m3/s
⑤ 效率,气体净获得能量与输入压缩机的能量之比。
思考题：
1、压缩机是如何定义的？压缩机的分类如何？
2、往复式活塞压缩机的工作机构和运动机构分别包括什么部件？
3、往复式活塞压缩机按气缸的排列方式是如何分类的？
4、活塞和活塞环的作用分别是什么？
5、离心式压缩机的工作过程为何？
6、离心式压缩机的转子和定子分别包括哪些部件？
返回叶轮 返回旋涡泵返回
