五、換熱裝置
換熱器是用來完成各種傳熱過程的裝置，它是化工、石油、核能和其他許多任務業部門廣泛應用的一種通用工藝裝置。
（一）換熱裝置分類
熱傳遞有3種基本方式：傳導、對流和輻射。
1．按作用原理或傳熱方式分類
（1）混合式換熱器。
（2）蓄熱式換熱器。
（3）間壁式換熱器。這種形式的換熱器使用最廣泛。
2．按生產中的使用目的分類。可分成冷卻器、加熱器、冷凝器、汽化器（或再沸器）和換熱器等。
3．按換熱器所用材料分類。一般分成金屬材料和非金屬材料換熱器。
4．按換熱器傳熱面的形狀和結構分類。
（二）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、螺旋板式、板式、板翅式等。
1、夾套式換熱器
這種換熱器構造簡。換熱器的夾套安裝在容器的外部，夾套與器壁之間形成密封的空間，作為載熱體（加熱介質）或載冷體（冷卻介質）的通路。夾套一般用碳鋼或鑄鐵製成，可焊在器壁上或者用螺釘固定在容器的法蘭或器蓋上。
夾套式換熱器主要用於反應過程的加熱或冷卻。在用蒸汽進行加熱時，蒸汽由上部接管進入夾套，冷凝水則由下部接管流出。作為冷卻器時，冷卻介質（如冷卻水）由夾套下部的接管進入，而由上部的接管流出。
該種換熱器的傳熱系數較小，傳熱面又受到容器的限制，因此只適用於傳熱量不太大的場合。為了提高其傳熱效能，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，還可在容器內安裝蛇管換熱器。
2、蛇管式換熱器
其傳熱面是由彎曲成圓柱形或平板形的蛇形管子組成。製作蛇管的材料有鋼管、銅管或其他有色金屬管、陶瓷管、石墨管等。蛇管式換熱器可分沉浸式和噴淋式兩種。
（1）沉浸式蛇管換熱器。蛇管多以金屬管彎制，製成適應容器要求的形狀，沉浸在容器中。兩種流體分別在蛇管內、外流動而進行熱量交換。
這種蛇管換熱器的優點是結構簡單，**低廉，便於防腐，能承受高壓。主要缺點是由於容器的體積較蛇管的體積大得多，故管外流體的對流換熱係數較小，因而總傳熱系數k值也較小。如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。噴淋式蛇管換熱器多用作冷卻器。這種裝置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，具有便於檢修和清洗、傳熱效果較好等優點，其缺點是噴淋不易均勻。
3、套管式換熱器
套管式換熱器係用管件將兩種尺寸不同的標準管連線成為同心圓的套管，然後用180°的回彎管將多段套管串連而成。套管式換熱器的優點是：構造較簡單；能耐高壓；傳熱面積可根據需要而增減；適當地選擇管子內徑、外徑，可使流體的流速較大，且雙方的流體可作嚴格的逆流，有利於傳熱。
缺點是：管間接頭較多，易發生洩漏；單位換熱器長度具有的傳熱面積較小。故在需要傳熱面積不太大而要求壓強較高或傳熱效果較好時，宜採用套管式換熱器。
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裝置，與前述的各種換熱器相比，主要優點是單位體積所具有的傳熱面積大以及傳熱效果好。此外，結構較簡單，製造的材料範圍較廣，操作彈性較大等。因此在高溫、高壓和大型裝置上多採用列管式換熱器。
在列管換熱器中，由於兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別，若兩流體的溫差較大（50℃以上）時，就可能由於熱應力而引起裝置的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。根據熱補償方法的不同，列管式換熱器有下面幾種形式：
（1）固定管板式熱換器。所謂固定管板式即兩端管板和殼體連線成一體，因此它具有結構簡單和造價低廉的優點。但是由於殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應是較潔淨且不易結垢的物料。
當兩流體的溫差較大時，應考慮熱補償。例如具有補償圈（或稱膨脹節）的固定管板式換熱器，即在外殼的適當部位焊上乙個補償圈，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，但不宜用於兩流體的溫差較大（大於70℃）和殼方流體壓強過高（高於600kpa）的場合。
（2）u型管換熱器。管子彎成u型，管子的兩端固定在同一塊管板上，因此每根管子可以自由伸縮，而與其他管子和殼體均無關。這種形式換熱器的結構也較簡單，重量輕，適用於高溫和高壓場合。
其主要缺點是管內清洗比較困難，因此管內流體必須潔淨；且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率差。
（3）浮頭式換熱器。浮頭式換熱器兩端管板之一不與外殼固定連線，該端稱為浮頭。當管子受熱（或受冷）時，管束連同浮頭可自由伸縮，而與外殼的膨脹無關，浮頭式換熱器不但可以補償熱膨脹，而且由於固定端的管板是以法蘭與殼體相連線的，因此管束可從殼體中抽出，便於清洗和檢修，故浮頭式換熱器應用較為普遍，但結構較複雜，金屬耗量較多，造價較高。
（4）填料函數列管換熱器。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。在一些溫差較大、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，製造方便，易於檢修清洗。
5、板片式換熱器
板片式換熱器的傳熱面是由冷壓成形或經焊接的金屬板材構成的。屬於這類的換熱器有螺旋板式換熱器、板式換熱器和板翅式換熱器等。
6、非金屬換熱器
在化工生產中有不少具有強腐蝕性的物料，這時用普通材料製成的換熱裝置不能滿足需要。隨著化學工業的發展，出現和發展了許多耐腐蝕的新型材料（如陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等）的換熱器。
六、油罐
儲罐按其製造材質可分為金屬罐和非金屬罐。在化工、石油化工和石油等工業中儲存液化氣以外的原料油主要採用金屬儲罐，即金屬油罐。
（一）油罐分類
金屬油罐可根據油罐所處位置、幾何形狀和不同結構形式等幾方面來劃分。
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。
（1）地上油罐。指油罐的罐底位於設計標高±0.00及其以上；罐底在設計標高±0.00以下但不超過油罐高度的1/2，也稱為地上油罐。
（2）半地下油罐。半地下油罐是指油罐埋入地下深於其高度的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。
（3）地下油罐。地下油罐指罐內液位處於設計標高±0.00以下0.2m的油罐。
2、按油罐的幾何形狀劃分
按油罐的幾何形狀可劃分為：
（1）立式圓柱形罐；
（2）臥式圓柱形罐；
（3）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：固定頂儲罐、無力矩頂儲罐、浮頂儲罐和套頂儲罐。
（1）固定頂儲罐。 固定頂儲罐又可分為錐頂儲罐、拱頂儲罐、自支承傘形儲罐。
（2）無力矩頂儲罐（懸鏈式無力矩儲罐）。無力矩頂儲罐是根據懸鏈線理論，用薄鋼板製造的。其頂板縱斷面呈懸鏈曲線狀。
由於這種形狀的罐頂板只受拉力作用而不產生彎矩，所以稱為無力矩頂油罐。
（3）浮頂儲罐。浮頂儲罐分為浮頂儲罐、內浮頂儲罐（帶蓋內浮頂儲罐）。
1）浮頂儲罐。浮頂儲罐的浮頂是乙個漂浮在貯液表面上的浮動頂蓋，隨著儲液的輸入輸出而上下浮動，浮頂與罐壁之間有乙個環形空間，這個環形空間有乙個密封裝置，使罐內液體在頂蓋上下浮動時與大氣隔絕，從而大大減少了儲液在儲存過程中的蒸發損失。採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。 內浮頂儲罐是帶罐頂的浮頂罐，也是拱頂罐和浮頂罐相結合的新型儲罐。內浮頂儲罐的頂部是拱頂與浮頂的結合，外部為拱頂，內部為浮頂。
內浮頂儲罐具有獨特優點：一是與浮頂罐比較，因為有固定頂，能有效地防止風、砂、雨雪或灰塵的侵入，絕對保證儲液的質量。同時，內浮盤漂浮在液面上，使液體無蒸汽空間，減少蒸發損失85%～96%；減少空氣汙染，減少著火**危險，易於保證儲液質量，特別適合於儲存高階汽油和噴氣燃料及有毒的石油化工產品；由於液面上沒有氣體空間，故減少罐壁罐頂的腐蝕，從而延長儲罐的使用壽命，二是在密封相同情況下，與浮頂相比可以進一步降低蒸發損耗。
內浮頂儲罐的缺點：與拱頂罐相比，鋼板耗量比較多，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)金屬油罐附件
罐體上安裝的一些供特殊用途的附屬配件，即油罐附件，應適應各種油品的儲存、發放、計量和維修等的要求，確保金屬油罐的正常工作。
（1）人孔。.專為操作人員進出油罐檢查、清洗和修理之用。
（2）透光孔。專為罐內進行檢查、修理、刷洗時透光、通風之用。一般安裝在罐內的頂部。
（3）排汙孔（管）。用於清掃油罐時排出淤泥油汙等，平時可以通過放水管排洩罐底沉積水。
（4）放水管。 用於排除罐底的沉積水。
（5）罐頂結合管與罐壁接合管。 用於進出儲存介質之用。
（6）量油孔。 用於測量罐內油品的液面、溫度及取樣。量油孔一般與測量液位的儀表相連。通常安裝在罐頂平台附近。
（7）呼吸閥、安全閥。 呼吸閥的作用是調節罐內油氣壓力，當罐內壓力過高時，通過呼吸閥將部分多餘油氣排出，使罐內壓力下降；當罐內壓力過低時，通過呼吸閥從罐外吸入空氣，使罐內壓力公升高，始終保持與大氣壓恆定的狀態。
安全閥的作用是當油罐在操作過程中，由於呼吸閥失靈或其他原因影響正常工作時，可通過它調節罐內壓力，從而防止由於罐內正壓或負壓太高、罐壁應力過大而造成油罐外形破壞或油罐被抽癟。
（8）防火器。 用來防止火星、空氣經過安全閥或呼吸閥進入罐內引起意外，它安裝在呼吸閥或安全閥的下面。
（9）內部關閉閥操縱裝置。 該裝置用來連線罐內外自動關閉閥，完成進油和出油。
（10）加熱器。 加熱器分區域性加熱器和全面加熱器兩種。其作用是通過蒸汽對**和重油加熱，以防止油品凝固。
（11）公升降管。 通過回轉接頭與出油接合管相連線，用捲揚機帶動公升降，可選擇抽取罐內任何部位油品，一般只安裝在潤滑油或特種油品罐上。
（12）泡沫發生器。 當罐內油品發生意外**燃燒時，利用泡沫發生器產生泡沫劑滅火。
（13）進料孔。 用於進料。
(三)金屬油罐的製作安裝
1、罐底預製與安裝
罐底安裝時要注意，中間條板的中心線必須與基礎上的縱橫中心線重合。相鄰兩條中幅板上的短縫應錯開500mm以上，中幅板和邊板的焊縫應錯開200mm以上。底板鋪設之前，應在底面塗防腐瀝青漆（搭接部位可不刷塗）。
罐底的焊接步驟是：先焊接中幅板，在丁字縫處用捻錘將焊縫打嚴，然後按焊接順序對稱施焊。
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