第十四講 靜置設備安裝工程
一、內容提要
這節課主要介紹第五章第二節靜置設備安裝工程。
二、重點、難點
1、靜置設備的分類方法；容器、塔器的分類；板式塔、填料塔的性能特點；塔設備運輸、吊裝的方法及有關規定要求。
2、換熱器的分類，常用換熱器的結構特點、性能、適用範圍。
3、金屬油罐、球罐的分類、結構特點、安裝工藝、施工方法、質量檢驗方法及相關規範。
三、內容講解
大綱要求
熟悉通用設備分類、型號表示方法及用途。
本章考核知識點有：
(1)工業管道、靜置設備及工藝金屬結構安裝工程中常用材料的規格、性能及適用範圍。
(2)上述設備的分類、組成、安裝、調試工藝、安裝規範、工程量計算規則和工程量計算方法。
本章在2003年考試中有20題，占30分；2004年占20題，共30分。2005年的考核重點有：
(1)工業管道的分類與分級，常用管件、部件、支架吊架的性能、套用範圍及安裝規範和要求；管件加工製作的工藝和規範。
(2)中、低壓管道安裝的主要工序、方法和規範；高壓管道的焊接、彎管加工方法、工藝要求和安裝規範。
(3)常用材質管道的性能及安裝的有關規定。
(4)管道安裝工程工程量計算規則和工程量計算方法。
(5)靜置設備的分類方法；容器、塔器的分類；板式塔、填料塔的性能特點；塔設備運輸、吊裝的方法及有關規定要求。
(6)換熱器的分類，常用換熱器的結構特點、性能、適用範圍。
(7)金屬油罐、球罐、氣櫃的分類、結構特點、安裝工藝、施工方法、質量檢驗方法及相關規範。
(8)火炬及排氣筒的種類與結構；塔架製作安裝工藝、施工方法，及焊縫檢驗、刷油防腐的方法。
(9)靜置設備、金屬油罐、球罐、氣櫃、工藝金屬結構件製作安裝工程量計算規則和工程量計算方法。
第二節 靜置設備安裝工程
安裝後處於靜止狀態即在生產操作過程中無需動力傳動的設備稱為靜置設備。又稱之為非標準設備或非定型設備。本節所述靜置設備包括容器、塔油罐、球罐、氣櫃、火炬、排氣筒等。
一、靜置設備的分類
（一）按設備的設計壓力分類
（l）常壓設備：p＜0.1mpa。
（2）低壓設備：0.1mpa≤p＜1.6mpa。
（3）中壓設備：1.6mpa≤p＜10mpa。
（4）高壓設備：10mpa≤p＜100mpa。
（5）超高壓設備：p ≥100mpa。
註：p＜0時，為真空設備。
（二）按設備在生產工藝過程中的作用原理分類
可分為：反應設備（代號r）、換熱設備（代號e）、分離設備（代號s）、儲存設備（代號c，其中球罐代號b）。
（三）按“壓力容器安全技術監察規程”（即按設備的工作壓力、溫度、介質的危害程度）分類
可分為：一類容器、二類容器、三類容器。
（四）按結構材料分類
按製造設備所需材料可分為：金屬和非金屬兩大類。
（五）按設備重量（g）等級分類
（1）小型設備：g ≤40t
（2）中型設備；40t＜c ≤ 80t
（3）大型設備：g＞80t
（六）按介質安全性質分級
（1）易燃、易爆介質
易燃介質亦即爆炸危險介質，爆炸混合物的爆炸下限小於10％（體積百分數），或爆炸上限與下限之差值不小於20％的介質。
（2）介質毒性的分級
①極度危害（i級）其最高允許濃度不大於 0.1 mg／m3。
②高度危害（ⅱ級）其最高允許濃度為：0.1mg／m3＜c ≤l.0mg／m3。
③中度危害（ⅲ級）其最高允許濃度為：1.0 mg／m3＜c≤10 mg／m3。
④輕度危害（ⅳ級）其最高允許濃度 c＞10mg／m3。
例：按設備在生產工藝過程中的作用原理分類，消毒鍋屬於( )。
a．反應設備 b．換熱設備 c．分離設備 d．儲存設備
答案：b
二、容器
（一）一般容器
一般容器可分為：平底、平蓋容器；平底、錐蓋容器；90度無折邊錐形底、平蓋容器；90度折邊錐形底、橢圓形蓋容器；立式橢圓形封頭容器；臥式橢圓形封頭容器。
（二）帶攪拌容器
帶攪拌容器又稱反應釜，或稱攪拌罐。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪封罐三大部分組成。
（三）高壓容器
操作壓力大於10mpa的設備通常稱為高壓容器。高壓容器的主要構件是簡體、密封件、端蓋和簡體端部以及緊固連線件等。
三、反應器
（一）釜式反應器
釜式反應器多設有攪拌裝置及傳熱裝置。既可以用於間歇（分批）也可以用於連續操作過程，既可以用單釜亦可用多釜連續操作。
（二）管式反應器
管式反應器由單根連續管子或由一根以上的管子平行排列構成。
（三）固定床反應器
使氣體和固體物料起化學反應，或使氣體在靜止狀態時觸媒的影響下彼此起化學反應的設備。
（四）流化床反應器
流化床反應器是使參與化學反應或觸媒的固定顆粒物料處於激烈地運動狀態的反應器。
四、塔器
用以實現蒸餾和吸收兩種分離操作的塔設備分別稱為蒸餾塔和吸收塔。
（一）塔設備分類及性能
根據塔內氣、液接觸部件的結構形式，可將塔設備分為兩大類：板式塔與填料塔。
1、板式塔
按照塔內氣、液流動方式，可將塔板分為錯流塔板與逆流塔板兩類。常用的板式塔有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形噴射塔以及新發展起來的一些新型塔和複合型塔。
（1）泡罩塔。泡罩塔的優點是不易發生漏液現象，有較好的操作彈性。
（2）篩板塔。篩板塔的突出優點是結構簡單，金屬耗量小，造價低廉；氣體壓降小，板上液面落差也較小，其生產能力及板效率較泡罩塔高。
（3）浮閥塔。浮閥塔具有下列優點：生產能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強降及液面落差較小，塔的造價低。
（4）噴射型塔。噴射型塔包括：舌形塔板、浮舌塔板、浮動噴射塔板。
2、填料塔
填料塔不僅結構簡單，而且有阻力小和便於用耐磨材料製造等優點，尤其對於直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強較小的真空蒸餾系統，都表現出明顯的優越性。
為使填料塔發揮良好的效能，填料應符合以下幾項主要要求：
（1）要有較大的比表面積。
（2）要有較高的空隙率。
（3）單位體積填料的重量輕、造價低，堅固耐用，不易堵塞，有足夠的機械強度，對於氣、液兩相介質都有良好的化學穩定性等。
（二）塔器類設備的運輸與吊裝
1、設備水平運輸
一般是通過鐵路、公路、水路進行運輸，這方面的費用在概算中計算。
現場運輸（定額規定水平距離100m）。現行定額內包括的設備運輸，40t以內可以採用汽車、拖車、吊車、拖拉機、拖排運輸；40t以上到80t以內的設備接排子、滾槓、卷揚機拖運綜合考慮。大於80t的設備場內運輸按施工組織設計另行計算費用。
2、設備吊裝就位。
吊裝方法有：（1）機械化吊裝；（2）半機械化吊裝。[page]
重型設備的質（重）量在200t以上，設備高度50－80m，當機械起重機難以完成吊裝時，均須採用抱桿吊裝。
①塔的質（重）量在350t以內，塔直徑較小，可以採用單抱桿起吊。
②塔的直徑較大，質（重）量在350－700t之間，可以採用雙抱桿起吊。
例：1、在板式塔中，目前國內許多工廠進行蒸餾操作時最樂於採用的是( )。
a．浮閥塔 b．篩板塔 c．泡罩塔 d．噴射型塔
答案：a
2、在噴射型塔中，浮動噴射塔的優點有( )。
a．生產能力大 b．塔板結構簡單
c．操作彈性大 d．壓強降小
答案：acd
3、90．現行定額內包括的40t以上到80t以內的設備運輸，其綜合考慮的運輸方式包括( )。
a.排子 b．鏟運機 c．滾槓 d．卷揚機
答案：acd
五、換熱設備
（一）換熱設備分類
換熱器依據不同的傳遞機理設計。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可分為：混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器。
（2）按生產中使用目的可分成冷卻器、加熱器、冷凝器、汽化器（或再沸器）和換熱器等。
（3）按換熱器所用材料可分成金屬材料和非金屬材料換熱器。
（二）幾種常用換熱器
1、夾套式換熱器
這種換熱器構造簡單，傳熱係數較小，傳熱面又受容器的限制，因此適用於傳熱量不太大的場合。
2、蛇管式換熱器
主要有：
（1）沉浸式蛇管換熱器。其優點是結構簡單，價格低廉，便於防腐蝕，能承受高壓。
（2）噴淋式蛇管換熱器。噴淋式換熱器多用作冷卻器。
3、套管式換熱器
套管換熱器的優點是：構造較簡單；能耐高壓；傳熱面積可根據需要而增減。
4、列管式換熱器
列管式換熱器是目前生產中套用最廣泛的傳熱設備，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。
列管換熱器主要有：
（l） 固定管板式熱換器。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。
（2）u型管換熱器。結構簡單，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。
（3）浮頭式換熱器。便於清洗和檢修，故浮頭式換熱器套用較為普遍，但結構較複雜，金屬耗量較多，造價較高。
（4）填料函式列管換熱器。在一些腐蝕嚴重、溫差較大而經常更換管束的冷卻器中套用較多。其結構較浮頭式簡單，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鏇板式換熱器、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設備不能滿足需要。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。
例：目前生產中套用最廣泛的傳熱設備是( )。
a．沉浸式蛇管換熱器 b．噴淋式蛇管換熱器
c．套管式換熱器 d．列管式換熱器
答案：d
六、油罐
（一）油罐分類
按油罐所處位置劃分可分為：地上油罐、半地下油罐和地下油罐。
按油罐幾何形狀劃分可分為：立式圓柱形罐；臥式圓柱形罐；球形罐。
按不同結構形式劃分可分為：固定頂儲罐、浮頂儲罐、無力矩儲罐和套頂儲罐。
（l）固定頂儲罐。固定頂儲罐可分為錐頂儲罐、拱頂儲罐、自支承傘形儲罐。錐頂儲罐又可分為自支承和有支承錐頂罐兩種。錐頂罐與相同容積拱頂罐相比，錐頂製造簡單，施工方便，但鋼材耗用較多。
（2）無力矩頂儲罐。其特點是結構簡單、施工方便可節省鋼材。但是由於頂板太簿，易積水、易腐蝕、操作行走不便、不安全。
（3）浮頂儲罐。浮頂儲罐分為浮頂罐、內浮頂儲罐（帶蓋內浮頂儲罐）。浮頂罐適用於原油、汽油、溶劑油、重整原料油以及需要控制蒸發損失及大氣污染、控制放出不良氣體、有著火危險的產品的儲存。
內浮頂罐與浮頂罐比較，一是因為有固定頂，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。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。
（二）金屬油罐附屬檔案
（1）拱頂、無力矩頂油罐附屬檔案有：人孔、透光孔、排污孔（管）、放水管、罐頂結合管與罐壁接合管、量油孔、呼吸閥、安全閥、通氣管、防火器、內部關閉閥操縱裝置、加熱器、升降管、泡沫發生器、迴轉接頭與升降管、進料孔等。
（2） 浮頂油罐附屬檔案有：浮船人孔、單盤頂人孔。試驗人孔蓋板、自動透（通）氣閥、盤邊透氣閥、浮頂支柱與單盤支柱、中央排水管、量油管等。
（三）金屬油罐的製作安裝
金屬油罐的安裝施工方法。根據金屬油罐的不同結構，可選用抱桿倒裝法、卷裝法、充氣頂升法和水浮正裝法。
油罐焊縫質量的檢驗及驗收。常用的無損探傷方法有：超音波探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷等。
油罐嚴密性試驗。常用的方法有：真空箱試驗法、煤油試漏方法、化學試驗法、壓縮空氣試驗法。
充水試驗要求：充水試驗採用淡水，罐壁採用普通碳素鋼或16mnr鋼板時，水溫不能低於5℃； 採用其他低合金鋼時，水溫不能低於15℃。罐底的嚴密性應以充水試驗過程中罐底無滲漏為合格。罐壁的強度及嚴密性應以充水到設計最高液位並保護48h後罐壁無滲漏、無異常變形為合格。
例：近年來，無力矩頂儲罐建造較少，其主要原因有( )。
a．鋼材有效利用率低 b．頂板太薄、易積水、易腐蝕
c．結構複雜，施工不方便 d．操作行走不便、不安全
答案：bd
七、球罐
（一）球罐的結構與分類
（1）球罐的構造有環帶式（橘瓣式）、足球瓣式、混合式結構三種形式。
（2）球罐分類。按形狀分為圓球形和橢圓形。按殼體層數分為單層殼體和雙層殼體。按球殼的組合方式分為純橘瓣式、純足球瓣式和足球橘瓣混合式。按支承結構分為柱式支承和裙式支承。
（二）球罐的安裝施工
1、球罐的拼裝方法
（1）分片組裝法。施工準備工作量少，組裝速度快，組裝應力小，而且組裝精度易於掌握，不需要很大的吊裝機械，也不需要太大的施工場地。
（2）拼大片組裝法。高空作業少，可以採用自動焊進行焊接，從而提高了焊接質量。
（3）環帶組裝法。各環帶縱縫的組裝精度高，組裝的拘束力小，減少了高空作業和全位置焊接，施工進度快，提高了工效。同時也減少了不安全因素，並能保證縱縫的焊接質量。一般適用於中、小球罐的安裝。
（4）拼半球組裝法。高空作業少，安裝速度快，但需要吊裝能力較大的起重機械等，故僅適用於中、小型球罐的安裝。
（5）分帶分片
上述這些組裝方法中，在施工中較常用的是分片組裝法和環帶組裝法。
2、球罐焊接
球罐的焊接工作量很大，焊接難度高，焊縫技術要求十分嚴格。
3、球罐焊前預熱、焊後熱處理及整體熱處理
（1）焊前預熱。
（2）焊後熱處理。球罐焊接完後應立即進行焊後熱處理。主要目的一方面是釋放殘餘應力、改善焊縫塑性和韌性，更重要的是為了消除焊縫中的氫根，改善焊接部位的機械性能。
（3）整體熱處理。目的是為了消除由於球罐組焊產生的應力，穩定球罐幾何尺寸，改變焊接金相組織，提高金屬的韌性和抗應力能力，防止裂紋的產生。
整體熱處理的方法，一種是內燃法，另一種是電熱法加熱。
4、球罐的檢驗
（l）焊縫檢驗。焊縫檢查包括：外觀檢查、射線探傷和超音波探傷檢查、磁粉探傷和滲透探傷檢查。
（2）水壓試驗。水壓試驗是為了檢查球罐的強度、考核罐組裝焊接質量，以保證球罐能夠承受設計壓力不漏。經過水壓超載能夠改善球罐的承載能力。
（3）氣密性試驗。球罐經水壓試驗合格後要進再進行一次磁粉探傷或滲透探傷；排除表面裂紋及其他缺陷後，再進行氣密性試驗。氣密性試驗所用氣體應是乾燥、清潔空氣或其他惰性氣體，氣體溫度不得低於5℃。
例：在球罐的柱式支承中，國內使用最多的形式是( )。
a．v形支承 b．三柱合一型支承
c．赤道正切柱式支承 d．二柱合一型支承
答案：c