2020年一級造價工程師《安裝工程》備考講義：第四章第三節(jié)

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第三節(jié) 靜置設(shè)備與工藝金屬結(jié)構(gòu)制作安裝

靜置設(shè)備包括容器、塔、換熱器、油罐、球罐、氣柜、火炬、排氣筒等。

一、壓力容器的分類

(一)壓力容器的基本分類

(二)按設(shè)備的設(shè)計壓力(P)分類

低壓容器(L)0.1Mpa≤P<1.6Mpa;中壓容器(M)1.6Mpa≤P<10Mpa;高壓容器(H)10Mpa≤P<100Mpa;

超高壓容器(U)P≥100Mpa。

(三)按設(shè)備在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類

(四)按結(jié)構(gòu)材料分類

(五)按化學介質(zhì)的毒性和爆炸危險程度分類

1)極度危害(I級)：最高容許濃度小于0. 1mg/m3;

2)高度危害(Ⅱ級)：最高容許濃度大于或等于0. 1mg/m3，

3)中度危害(Ⅲ級)：最高容許濃度大于或等于1.Omg/m3，

4)輕度危害(Ⅳ級)：最高容許濃度大于或等于lOmg/m;且小于lOmg/m3;

二、靜置設(shè)備制作和安裝

(一)容器

根據(jù)容器不同形狀分類，主要有：矩形、球形和圓筒形。

1.一般容器

2.帶攪拌容器

借助于攪拌器攪拌，向介質(zhì)傳遞能量進行化學反應的容器，稱為攪拌反應器，也稱為反應釜，或稱攪拌罐。

3.高壓容器

4.反應器

(二)塔器

1. 塔設(shè)備分類及性能

塔設(shè)備的基本功能：氣、液兩相充分接觸，使傳質(zhì)、傳熱過程能夠迅速有效地進行，還要求完成傳質(zhì)、傳熱過程之后的氣、液兩相能及時分開，互不夾帶。

根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸部件的結(jié)構(gòu)形式，可分為兩大類：板式塔與填料塔。

(1)板式塔

按照塔內(nèi)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。

1)泡罩塔。

優(yōu)點：不易發(fā)生漏液，較好的操作彈性;塔板不易堵塞，對于各種物料的適應性強。

缺點：塔板結(jié)構(gòu)復雜，金屬耗量大，造價高;板上液層厚，氣體流徑曲折，塔板壓降大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴重，限制了氣速的提高，故生產(chǎn)能力不大。而且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，氣體分布不均，也影響了板效率的提高。

2)篩板塔。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)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(chǎn)能力及板效率較泡罩塔高。

缺點：操作彈性范圍較窄，小孔篩板易堵塞。

3)浮閥塔。浮閥塔是國內(nèi)許多工廠進行蒸餾操作時最樂于采用的一種塔型。

浮閥結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中。浮閥塔具有下列優(yōu)點：

①生產(chǎn)能力大。

②操作彈性大。

③塔板效率高。

④氣體壓降及液面落差較小。

⑤塔造價較低。

4)噴射型塔

①舌形塔板。

②浮動噴射塔板。

(2)填料塔

填料塔

填料塔結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、便于用耐腐材料制造，尤其對于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或減壓蒸餾系統(tǒng)，都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作宜采用填料塔。

填料是填料塔的核心，填料的種類很多，按填料的裝填方式可分為散堆填料和規(guī)整填料兩大類。

為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應符合以下要求：

1)有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱為填料的比表面積，以σ表示，其單位為m2/m3。填料除了要有較大的比表面積之外，還要有良好的潤濕性能及有利于液體在填料上均勻分布的形狀。

2)有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率，以e表示，其單位為m3/m3。一般說來，填料的空隙率多在0.45～0.95。當填料的空隙率較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。

3)從經(jīng)濟、實用及可靠的角度。

(三)換熱設(shè)備

1.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、板式。

(1)夾套式換熱器

該種換熱器的傳熱系數(shù)較小，傳熱面受到容器限制，只適用于傳熱量不大的場合。為了提高其傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使容器內(nèi)液體作強制對流;為了彌補傳熱面的不足，還可在容器內(nèi)加裝蛇管換熱器。

(2)蛇管式換熱器

1)沉浸式蛇管換熱器。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，便于防腐，能承受高壓。

缺點：對流換熱系數(shù)較小，總傳熱系數(shù)K值小。如果在容器內(nèi)加攪拌器或減小管外空間，則可提高傳熱系數(shù)。

2)噴淋式蛇管換熱器。

這種設(shè)備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，具有便于檢修和清洗、傳熱效果較好等優(yōu)點，缺點是噴淋不易均勻。

(3)套管式換熱器

(4)列管式換熱器

列管式換熱器是目前生產(chǎn)中應用最廣泛的換熱設(shè)備。與前述的各種換熱管相比，主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大、傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單、制造的材料范圍廣、操作彈性較大。在高溫、高壓的大型裝置上多采用列管式換熱器。

1)固定管板式換熱器

固定管板式換熱器兩端管板和殼體連接成一體，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的優(yōu)點。但由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應是較潔凈、不易結(jié)垢的物料。

當兩流體的溫差較大時，應考慮熱補償，即在外殼的適當部位焊上一個補償圈，當外殼和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)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，但不宜用于兩流體的溫差較大(大于70℃)和殼方流體壓強過高(高于600kPa)的場合。

2)U型管換熱器。

3)浮頭式換熱器。

浮頭式換熱器不但可以補償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修，浮頭式換熱器應用較為普遍，但結(jié)構(gòu)較復雜，金屬耗量較多，造價較高。

浮頭式換熱器

4)填料函式列管換熱器。

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。在溫差較大、腐蝕嚴重且需經(jīng)常更換管束的冷卻器中應用較多，其結(jié)構(gòu)較浮頭簡單，制造方便，易于檢修清洗。

填料函式列管換熱器

1-活動管板; 2-填料壓蓋; 3-填料; 4-填料函; 5-縱向隔板

三、金屬油罐制作和安裝

(一)油罐的分類

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。

地上油罐——罐底位于設(shè)計標高±0.00及其以上或罐底在設(shè)計標高±0.00以下但不超過油罐高度的1/2

半地下油罐——油罐埋入地下深于其高度的1/2，而且油罐的液位的最大高度不超過設(shè)計標高±0.00以上0.2m。

地下油罐——罐內(nèi)液位處于設(shè)計標高±0.00以下0.2m。

2.按油罐的幾何形狀劃分

按油罐的幾何形狀可劃分為：立式圓柱形罐、臥式圓柱形罐和球形罐。

3.按油罐的不同結(jié)構(gòu)形式劃分

按油罐的不同結(jié)構(gòu)形式可分為：

(1)固定頂儲罐。固定頂儲罐又可分為錐頂儲罐、拱頂儲罐、自支撐傘形儲罐。

(2)無力矩頂儲罐(懸鏈式無力矩儲罐)。

(3)浮頂儲罐。可分為浮頂儲罐、內(nèi)浮頂儲罐(帶蓋內(nèi)浮頂儲罐)。

1)浮頂儲罐。采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(nèi)浮頂儲罐。 內(nèi)浮頂儲罐是帶有固定罐頂?shù)母№敼�，也是拱頂罐和浮頂罐相結(jié)合的新型儲罐。

優(yōu)點：

一、與浮頂罐相比，絕對保證儲液的質(zhì)量;減少蒸發(fā)損失85%～96%;減少空氣污染，降低著火爆炸危險，特別適合于儲存高級汽油和噴氣燃料及有毒的石油化工產(chǎn)品;減少罐壁罐頂?shù)母�蝕，延長儲罐的使用壽命。

二、在密封相同情況下，與浮頂相比可以進一步降低蒸發(fā)損耗。

缺點：

與拱頂罐相比，鋼板耗量多，施工要求高;與浮頂罐相比，維修不便(密封結(jié)構(gòu))，儲罐不易大型化，目前一般不超過10000m3。

(二)金屬油罐的制作安裝

1. 金屬油罐的安裝施工方法。

根據(jù)金屬油罐的不同結(jié)構(gòu)，可選用抱桿倒裝法、卷裝法、充氣頂升法和水浮正裝法。

2.金屬油罐的試驗

(1)油罐焊縫質(zhì)量的檢驗及驗收。常用的無損探傷方法有：超聲波探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷。

(2)油罐嚴密性試驗。

1)真空箱試驗法。

2)煤油試漏方法。

3)化學試驗法。

4)壓縮空氣試驗法。

罐底嚴密性試驗：真空箱試驗法、化學試驗法檢測;

罐壁嚴密性試驗：煤油試漏法;

罐頂嚴密性試驗：煤油試漏、壓縮空氣試驗法。

(3)油罐充水試驗。

四、金屬球形罐的制作和安裝

(一)球罐的構(gòu)造與分類

球形罐與立式圓筒形儲罐相比，在相同容積和相同壓力下，球罐的表面積最小，故所需鋼材面積少;在相同直徑情況下，球罐壁內(nèi)應力最小，而且均勻，其承載能力比圓筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相應圓筒形容器壁板厚度的一半。

1.球罐分類

(1)按形狀分為圓球形和橢球形罐。

橢球形罐是在常溫下貯存蒸汽壓比大氣壓稍高的揮發(fā)性液體用的低壓容器。使用它是為了防止在將揮發(fā)性液體裝入普通貯罐內(nèi)時會產(chǎn)生蒸發(fā)損失。它特別適合于貯存車用汽油和天然汽油。

(2)按殼體層數(shù)分為單層殼體和雙層殼體球罐。

1)單層殼體球罐。單層殼體球罐最常見，多用于常溫高壓和高溫中壓球罐。

2)雙層殼體球罐。由外球和內(nèi)球組成，由于雙層殼體間放置了優(yōu)質(zhì)絕熱材料，所以絕熱保冷性能好，適用于液化氣或超高壓氣體的儲存。

(二)球罐的安裝施工

1.球罐的拼裝方法

(1)分片組裝法。

優(yōu)點：施工準備工作量少，組裝速度快，組裝應力小，組裝精度易于掌握，不需要很大的吊裝機械，占地小。

缺點：高空作業(yè)量大，全位置焊接技術(shù)要求高，焊工施焊條件差，勞動強度大。

適用：適用于任意大小球罐的安裝。

(2)拼大片組裝法。

在地面上進行組裝焊接，減少高空作業(yè)，可采用自動焊進行焊接，提高焊接質(zhì)量。

(3)環(huán)帶組裝法。環(huán)帶組裝法一般適用于中、小球罐的安裝。

(4)拼半球組裝法。

特點：高空作業(yè)少，安裝速度快，但需用吊裝能力較大的起重機械。

適用于中、小型球罐的安裝。

(5)分帶分片混合組裝法。適用于中、小型球罐的安裝

2.球罐焊前預熱、焊后熱處理及整體熱處理

(1)焊前預熱。

(2)焊后熱處理。

主要目的：釋放殘余應力，改善焊縫塑性和韌性;消除焊縫中的氫根，改善焊接部位的力學性能。

(3)整體熱處理

目的：消除由于球罐組焊產(chǎn)生的應力，穩(wěn)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(chǎn)生。由于溶解氫的析出，防止延遲裂紋產(chǎn)生，預防滯后破壞，提高耐疲勞強度與蠕變強度。目前我國對壁厚大于34mm的各種材質(zhì)的球罐都采用整體熱處理。

球罐整體熱處理有兩種方法：內(nèi)燃法和電熱法。

3.球罐的檢驗

(1)焊縫檢查。

1)外觀檢查。

2)焊縫內(nèi)在質(zhì)量的檢驗。對焊縫內(nèi)在質(zhì)量的檢驗是采用無損探傷檢驗。無損探傷檢查有射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷和滲透探傷。

① 球罐的對接焊縫(包括人孔和公稱直徑不小于250mm接管的對接焊縫和法蘭，鍛制加強圈的外接焊縫)應100%進行射線探傷和超聲波探傷。

② 選擇100%射線探傷檢查時，對球殼板厚度大于38mm的焊縫還應作超聲波探傷復檢，復檢長度不應小于所探焊縫總長的20%。

③ 選擇100%超聲波探傷方法時，應對超聲波探傷部位作射線探傷復檢。

④ 水壓試驗后進行復查，復查數(shù)量不得小于焊縫全長的20%。復查部位包括全部“T”形接頭及每個焊工各個焊接位置的對接焊縫和各種角焊縫。

(2)水壓試驗。

水壓試驗要求：

① 水壓試驗壓力應為設(shè)計壓力的1.25倍。設(shè)計有特殊規(guī)定時按設(shè)計文件要求進行，但不應小于球罐設(shè)計壓力的1.25倍。

② 試驗用水應為清潔的工業(yè)用水，對碳素鋼和16MnR鋼制球罐水溫不得低于5℃;其他低合金鋼球罐試壓用水溫度不得低于15℃;對新鋼種的試驗水溫應按設(shè)計規(guī)定進行。

③ 球罐水壓試驗過程中要進行基礎(chǔ)沉降觀測，觀測應分別在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本體高度、充滿水24h和放水后各個階段進行觀測，并作好實測記錄。

(3)氣密性試驗。

球罐經(jīng)水壓試驗合格后要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后，再進行氣密性試驗。氣密性試驗是在球罐各附件安裝完畢、壓力表、安全閥、溫度計經(jīng)過校驗合格后進行。

五、氣柜制作和安裝

(一)氣柜種類及結(jié)構(gòu)形式

1.低壓濕式氣柜

(1)直立式低壓濕式氣柜。

(2)螺旋式低壓濕式氣柜。

濕式氣柜構(gòu)造簡單，易于施工，但是其煤氣壓力波動大，土建基礎(chǔ)費用高，冬季耗能大，檢修時產(chǎn)生大量污水，壽命只有約10年。大容量貯氣柜用此型不經(jīng)濟。

2.低壓干式氣柜

低壓干式氣柜的基礎(chǔ)費用低，占地少，運行管理和維修方便，維修費用低，無大量污水產(chǎn)生，煤氣壓力穩(wěn)定，壽命可長達30年。大容量干式氣柜在技術(shù)與經(jīng)濟兩方面均優(yōu)于濕式氣柜。

3.高壓氣柜

高壓氣柜貯存壓力最大約16MPa，有球形和臥式圓筒形兩種。高壓氣柜沒有內(nèi)部活動部件，結(jié)構(gòu)簡單。按其貯存壓力變化而改變其貯存量。多用于貯存液化石油氣、烯烴、液化天然氣、液化氫氣等。容量大于l20 m3時常選用球形，小于120m3則多用臥式圓筒形。

(二)濕式氣柜制作和安裝方法

1.氣柜安裝質(zhì)量檢驗

(1)施工過程中的焊接質(zhì)量檢驗。焊接規(guī)范要求：

1)氣柜壁板所有對焊焊縫均應經(jīng)煤油滲透試驗。

2)下水封的焊縫應進行注水試驗，不漏為合格。

3)當鋼板厚度為8mm以上時，水槽壁對接焊縫應進行無損探傷檢查，抽查數(shù)量，立焊縫不少于10%，環(huán)縫不少于5%。

(2)氣柜底板的嚴密性試驗。檢查底板結(jié)構(gòu)強度、焊縫嚴密性。底板的嚴密性試驗可采用真空試漏法或氨氣滲漏法。

(3)氣柜總體試驗。

1)氣柜施工完畢，進行注水試驗。

2)鐘罩、中節(jié)的氣密試驗和快速升降試驗。目的是檢查各中節(jié)、鐘罩在升降時的性能和各導輪、導軌、配合及工作情況、整體氣柜密封的性能。

六、工藝金屬結(jié)構(gòu)制作安裝

(一)工藝金屬結(jié)構(gòu)件的種類

1. 設(shè)備框架、管廊柱子、桁架結(jié)構(gòu)、聯(lián)合平臺

2. 設(shè)備支架、梯子、平臺

3. 漏斗、料倉、煙囪

4. 火炬及排氣筒

(二)工藝金屬結(jié)構(gòu)的制作和安裝

1. 火炬及排氣筒的制作安裝

(1)塔架制作。塔架制作屬于金屬結(jié)構(gòu)工程范圍，主要包括有鋼材檢查、焊接、焊縫檢查、組對、刷油防腐等內(nèi)容。

1)鋼材檢查。

厚度等于或小于12mm的鋼板——按張數(shù)的10%進行磁粉探傷檢查

厚度大于14mm的鋼板——應100%進行超聲波檢查，表面用磁粉探傷檢查

塔柱鋼管卷后——按卷筒數(shù)的5%用磁粉全面檢查

20號無縫鋼管——按每批根數(shù)的10%抽查化學成分，每批抽查3根作力學性能檢查。

2)焊接。

3)焊縫檢查。塔柱對接焊縫用超聲波100%檢查，如有可疑點，再用X射線復查，按焊縫總數(shù)的25%檢查，根據(jù)焊縫質(zhì)量情況再增減檢查比例。

預應力大直徑腹桿的對接焊縫，用超聲波100%檢查、合格標準為缺陷面積與焊縫總面積比小于0.7%，且不允許有裂紋。

4)組對。

5)鋼結(jié)構(gòu)刷油防腐。塔架通�？赏窟^氯乙烯漆的方法達到防腐蝕是的目的。

(2)塔架安裝。塔架的安裝方法較多，一般有分節(jié)段安裝和整體安裝。

整體吊裝可采用雙抱桿起吊方法或用人字抱桿扳倒法豎立。

七、靜置設(shè)備無損檢測

八、靜置設(shè)備工程計量

1.工程量計算規(guī)則

“臺”：容器、塔器、熱交換器、金屬油罐中拱頂罐、球形罐、氣柜

“座”：火炬及排氣筒

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