压力容器及压力管道知识培训材料之八压力容器、压力管道使用管理基本知识

1压力容器及压力管道知识培训材料之八压力容器压力管道使用管理基本知识1常见生产工艺及压力容器安全操作要点为了确保压力容器压力管道的安全运行，要求容器操作人员熟悉生产工艺流程，并严格执行生产工艺操作规程。为有助于操作人员了解生产工艺流程，掌握如何正确操作压力容器压力管道，本章特介绍几种常见的生产工艺流程，所使用的压力容器压力管道的作用及安全操作要点介绍如下。1.1几种常见单元工艺及压力容器任何生产工艺，特别是化工生产工艺，尽管其原料、产品、工艺条件、生产工艺流程的长短等各不相同，但其生产工艺过程通常都可以划分成若干个单元工艺。因而熟悉并掌握主要单元工艺的原理对加深各种工艺流程的理解大有益处。1.1.1加热加热是利用热载体（热流体）放出的显热或潜热提高物料的温度，使之满足工艺需要的一种单元工艺。为加速物料的的溶解和提高溶解度，或者为保证一些化学反应的顺利进行，需对物料预热到一定温度等都要采用加热工艺。常用的热载体有热水、蒸汽、烟道气、导热油、熔盐等。选用何种热载体需视加热温度等具体等情况而定。有时为了节约能源，将生产过程中的具有较高温度的产品或中间产物作为热载体来加热原料或其他中间产物，以回收其热量。按照加热方式，加热工艺分为直接加热、间接加热等。直接加热是热载体与被加热介质直接接触、混合进行换热，如合成氨生产中的饱和塔就是半水煤气与热水直接换热；间接加热其热载体与被加热介质不直接接触，这是最常用的一种加热方法，如各种类型的热交换器都属于间接加热，就是靠器壁或管壁与介质的温度差实现加热的。用于加热的常见压力容器有夹层锅，各种形式的管壳式热交换器、板式热交换器，管壳式余热锅炉、夹套容器等。化工生产中普遍使用预热器、加热器等对物料加热以达到反应工艺所需的温度、使反应顺利进行；合成氨生产中用变换气作热载体通过热交换器对原料半水煤气来回收变换气的热量等。1.1.2冷却与冷凝冷却是利用冷载体（冷却剂）吸收物料的热量的以降低物料温度，使之满足工艺需要的一种单元工艺。冷凝是利用冷载体吸收气体物料的热量（包括显热和汽化潜热），使物料完成由气态凝结成为液态的相边过程。例如，气体压缩机各级排气与吸收间采用冷却降低压缩机气体温度，缩小气体体积，以保证压缩机正常工作，降低电耗，并将水蒸汽、油蒸汽冷凝，使之便于分离；压缩后的制冷气体冷凝成液态用于冷冻、空调。蒸发、蒸馏后的介质组分冷凝收集等，都需要到冷却或冷凝工艺。2常用的冷载体有空气、液氨、液氮等，有时采用较低温度的物料作为冷载体来冷却较高温度的物料，以回收热量。按照冷却、冷凝的方法不同，冷却分为直接冷却与间接冷却；冷凝也分为直接冷凝和间接冷凝，其中间接冷却与间接冷凝在压力容器中较为常用。用于冷却、冷凝工艺的压力容器大多是各种形式的热交换器，有时使用夹套结构的容器。例如，气体压缩系统设置的中间冷却器，后冷却器，通常为管壳式热交换器。冷却系统的冷凝器多为列管式热交换器；用于化工产品蒸馏、精馏的冷凝器也多为列管式换热器。1.1.3反应反应是指介质的物理、化学反应。物理反应过程中没有新物质生成，物质的化学性质不发生变换；化学反应过程中有新物质生成，物质组成和化学性质都发生改变，并伴随能的变化。生产中用压力容器来完成反应的大多是化学反应，如化合、分解、复分解、取代等反应。用于反应工艺的压力容器是各种形式的反应器。例如，合成氨行业用变换炉将一氧化碳、水蒸汽在一定压力、温度下变换为氢气和二氧化碳，用合成塔完成氮气与氢气部分合成为氨的反应，碳化塔内氨水与二氧化碳反应生成为碳酸氢铵等，由于化学反应伴随能的变化，为保证化学反应顺利进行，提高反应速率，所以相当部分的反应容器需要设置夹套、盘管等，以根据工艺要求进行加热和冷却。1.1.4蒸发蒸发是液体表面发生的汽化现象，蒸发时液体需要吸收汽化热，所以液体的温度愈高，蒸发的速度愈快。蒸发可在沸点时或在低于沸点时进行，在沸点时的蒸发称之为沸腾蒸发。为保证蒸发工艺顺利进行，蒸发时需不断供给热能并不断排出发生的蒸气。蒸发工艺中常用的是蒸发器及夹套结构的容器等。常见的蒸发器由加热器与蒸发室组合而成。1.1.5蒸馏与精馏蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同以分离组分的方法。当液体混合物加热之沸腾时，生成的蒸气与原混合物相比含有较多的低沸点组分，而剩下的混合物中含有较多的高沸点组分，这样可便混合物的组分得到部分或完全分离，精馏又称为分馏，是蒸馏方法的一种。精馏在一个设备内同时进行多次部分汽化和部分冷凝，以分离混合物中的组分，达到精制和提纯的目的。蒸馏和精馏常用的压力容器是带夹套的容器及分馏塔等设备。1.1.6萃取萃取是利用不同物质在溶剂中的溶解度不同，达到分离混合物组分的一种工艺。用溶剂分离液体混合物中组分的，称为溶剂萃取；用溶剂分离固体混合物中组分的称为浸取。因所需的组分溶于溶剂中，萃取后需蒸发或蒸馏，再经冷凝使溶剂与组分分离。由于溶解一般需要适当的温度，通常需对物料进行加热和冷却。萃取工艺常用的压力容器也是带夹套的容器或带夹套的塔类设备。前者用于生产量较小的间3歇性生产，后者则常用于连续生产。另外，物料的分离形式还有重力式分离，离心式分离、洗涤式分离及吸附、过滤等。例如，用于压缩系统、冷冻系统的油水分离，就是根据气体与液滴的比重不同，采用重力式或离心式气液分离器将气体与液滴分离的。洗涤式分离器是利用液体将气体中的固体颗粒、液滴及部分气体杂质洗涤、吸收。对于洁净程度要求高的，则需用多孔性材料或树脂等在过滤器或吸附器内对气体进行机械过滤或物理吸附。1.1.7储存储存往往是生产工艺流程中不可缺少的部分。生产中为便于原料、产品或中间产品的运输、储存、收集、添加等需使用各种储存容器。1.2合成氨工艺1.2.1生产工艺流程简述合成生产工艺流程主要由造气、净化和合成等几部分组成。现简要介绍如下：1.2.1.1造气其工艺流程为：粒度为25~75mm的无烟煤----吊焦斗-----煤气发生炉（交替向炉内通入空气和蒸汽，汽化产生的半水煤气）-----燃烧炉------废热锅炉（回收热量）-----煤气柜6（储存）。1.2.1.2净化其工艺流程为：半水煤气----电除尘器5（除去其中固定微粒）----氢氮气体压缩机-----半水煤气脱硫塔----饱和塔（用热水使其饱和部分水蒸汽）---热交换气（加热）-----变换炉（再用蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢气和二氧化碳，即成为变换气）。变换后的气体-----热交换器管间（与半水煤气换热）-----热水塔------变换气脱硫塔（洗涤，以脱除变换时有机硫转化而成的硫化氢）。接着，变化气-----二氧化碳吸收塔（用浓氨水洗涤气体中绝大部分二氧化碳（生成碳酸氢铵）。经脱除二氧化碳后的气体----氢氮气压缩机（进入Ⅳ、Ⅴ段缸，加压到12---13MPa）-----铜液塔（用醋酸铜氨溶液洗涤，使气体中的一氧化碳和二氧化碳含量分别小于0.002%~0.003）。至此，氢氮气体净化完毕。1.2.1.3合成工艺流程为：氢氮混合气-----氢氮压缩机-----油分离器-----冷凝塔与氨蒸发器的管内-----冷凝塔下部（分出部分液氨，再通过冷凝管间与内管的气体进行换热）----氨合成塔在触媒存在的条件下，通过高温，该过高压合成约为10%---16%合成氨。从合成塔出来的气体-----水冷凝器（有时还要经过氨冷凝器及氨分离器分离出来液氨，未反应气体进入循环机（送入油分离器，供循环使用）；分离出来的液氨------液氨储槽。1.2.2净化合成工段的主要压力容器1.2.2.1合成塔合成塔是合成工段的主要设备，它的作用是将氢氮混合气在合成塔内直接合成为氨；合成塔主要由外筒及内筒组成。其中外筒由塔外筒、塔体上部、塔体4下部、大法兰、主螺栓、头盖等部分构成。塔外筒通常为多层钢板卷制而成的多层卷板结构，塔体上部、塔体下部为锻件，与塔外筒焊接在一起，内筒为不锈钢单层卷焊结构。合成塔外筒的最高工作压力是32MPa，内套的最高工作压力是0.8MPa，最高工作温度是500℃；介质为氢气、氮气、甲烷、氩气、氨气等。1.2.2.2油分离器油分离器的作用是分离进塔前的混合气体是分离进塔前的混合气中的油、水等杂质。以避免杂质带入合成塔内，造成触媒中毒。它由筒体、顶盖和螺栓等部分组成。顶盖、筒体上部和筒体下部为锻件，中部为多层卷板结构，三部分采用焊接方法连接。油分离器的最高工作压力是32MPa；最高工作温度范围为：30—35℃；介质为氢气、氮气、甲烷、氨、二氧化碳等。1.2.2.3氨分离器氨分离器主要是将经过水冷却后的合成气中的液氨分离出来，它由外壳、顶盖、螺栓等部分组成。筒体为多层钢板卷焊而成，顶盖为锻件，筒体上部和下部为锻件并与筒体焊接成外壳。氨分离器的最高工作压力为32MPa；最高工作温度为20---35℃；介质为氢气、氮气、氨气。1.2.2.4氨冷凝器氨冷凝器的作用是利用液氨蒸发吸热，将合成的气体近一步冷却，使循环气中尚含有30％左右的气氨继续冷却下来。它由外壳、盘管等部分组成。外壳一般为低合金钢，管子为碳素钢无缝管。氨冷器管内的最高工作压力为32MPa,最高工作温度小于20℃，介质为氨、氮气和氢气；设备内最高工作压力为1.6MP；最高工作温度为25℃左右；介质为氨。1.2.2.5液氨储槽液氨储槽是用来储存液氨及计量输入和输出的液氨数量。它是由封头、槽体等部分组成的卧式圆筒形的卧式圆筒形容器；材料一般为低合金钢。该容器中部装有隔板将其分成两部分，并通过两个玻璃瓶液面计计算出每个部位的液氨数量。液氨储槽最高工作压力为1.6MPa，最高工作温度为50℃，介质为氨。1.2.2.6铜液塔铜液塔利用铜氨液吸收原料气中一氧化碳、二氧化碳、氧气及硫化氢等有害其气体，也叫铜塔、铜洗塔、由筒体、筒体上部、筒体下部及顶盖等部位组成。筒体用多层低合金钢板卷焊而成。筒体上部、筒体下部为锻件，并与筒体焊接成塔体。铜液塔的最高工作压力为13MPa,最高工作温度小于50℃，介质为氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳及铜氨液。1.2.3变换工段主要压力容器51.2.3.1饱和热水塔饱和热水塔是用于半水煤气和热水进液接触的设备。通过逆流接触后，它可以提高煤气温度和增加煤气中水蒸汽含量以节省补充蒸汽量以及清洗有害气体及灰尘。它由饱和塔和热水塔组成，多用碳素钢板卷制。上部位为饱和塔，下部为热水塔，中间有隔板隔开。塔下部有半水煤气进口管，热水出口管；塔内装有填料，使气液接触良好；在填料层上部装有马蹄形水分布器，以使热水分布均匀。饱和塔最高工作压力为1.3MPa，最高工作温度范围为1.2MPa，最高工作温度为120~170℃，介质为变换气。1.2.3.2热交换器热交换器是用来提高半水煤气和蒸汽混合气体的温度及降低变换后的气体温度，以维持全系统的热量平衡的。它由筒体、封头、管板等部位组成。壳体多为低合金钢材料，列管为碳素无缝管。热交换器管程最高工作压力为1.3MPa，最高工作温度进出口分别为180℃和375℃，介质为半水煤气；壳程最高工作压力为1.3MPa，最高工作温度进、出口分别为410℃和225℃，介质为变换气。1.2.3.3变换炉变换炉是用触媒将一氧化碳和水蒸汽变换成二氧碳化和氢气的设备，由筒体、封头等部位组成。筒体为低合金钢焊制而成的圆筒形结构。变化炉最高工作压力为1.3MPa，最高工作温度为380---500℃，介质为半水煤气、变换气。1.3制冷工艺制冷被广泛应用于生产或生产中的各种需要冷冻、冷藏等场所。制冷装置有蒸汽压缩式、蒸气喷射式和吸收式等，目前应用最为广泛是蒸汽压缩式。制冷装置中用以达到制冷目的的工作物质称为制冷剂。常用的制冷剂有氨等。1.3.1直接供液氨制冷工艺流程制冷工艺按向蒸发器供液方式的不同，可分为直接供液，重力供液及氨泵供液等。直接供液是指对蒸发器的供液只通过膨胀阀（调节阀）直接进入蒸发器而不经过其他设备。工艺流程简述：蒸发器产生的低温低压氨蒸气-----压缩机-（将其吸入汽缸并压缩为高温高压氨蒸气）-----氨油分离器（分离出其中的润滑油）-----冷凝器（氨蒸汽经其中冷却水冷却凝结为液氨）------储液桶