2020年一级造价工程师《安装工程》备考讲义：第四章第三节

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第三节 静置设备与工艺金属结构制作安装

静置设备包括容器、塔、换热器、油罐、球罐、气柜、火炬、排气筒等。

一、压力容器的分类

(一)压力容器的基本分类

(二)按设备的设计压力(P)分类

低压容器(L)0.1Mpa≤P<1.6Mpa;中压容器(M)1.6Mpa≤P<10Mpa;高压容器(H)10Mpa≤P<100Mpa;

超高压容器(U)P≥100Mpa。

(三)按设备在生产工艺过程中的作用原理分类

(四)按结构材料分类

(五)按化学介质的毒性和爆炸危险程度分类

1)极度危害(I级)：最高容许浓度小于0. 1mg/m3;

2)高度危害(Ⅱ级)：最高容许浓度大于或等于0. 1mg/m3，

3)中度危害(Ⅲ级)：最高容许浓度大于或等于1.Omg/m3，

4)轻度危害(Ⅳ级)：最高容许浓度大于或等于lOmg/m;且小于lOmg/m3;

二、静置设备制作和安装

(一)容器

根据容器不同形状分类，主要有：矩形、球形和圆筒形。

1.一般容器

2.带搅拌容器

借助于搅拌器搅拌，向介质传递能量进行化学反应的容器，称为搅拌反应器，也称为反应釜，或称搅拌罐。

3.高压容器

4.反应器

(二)塔器

1. 塔设备分类及性能

塔设备的基本功能：气、液两相充分接触，使传质、传热过程能够迅速有效地进行，还要求完成传质、传热过程之后的气、液两相能及时分开，互不夹带。

根据塔内气、液接触部件的结构形式，可分为两大类：板式塔与填料塔。

(1)板式塔

按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。常用的板式塔有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形喷射塔。

1)泡罩塔。

优点：不易发生漏液，较好的操作弹性;塔板不易堵塞，对于各种物料的适应性强。

缺点：塔板结构复杂，金属耗量大，造价高;板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，兼因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，故生产能力不大。而且板上液流遇到的阻力大，致使液面落差大，气体分布不均，也影响了板效率的提高。

2)筛板塔。

优点：结构简单，金属耗量小，造价低廉;气体压降小，板上液面落差也较小，其生产能力及板效率较泡罩塔高。

缺点：操作弹性范围较窄，小孔筛板易堵塞。

3)浮阀塔。浮阀塔是国内许多工厂进行蒸馏操作时最乐于采用的一种塔型。

浮阀结构简单，制造方便，广泛用于化工及炼油生产中。浮阀塔具有下列优点：

①生产能力大。

②操作弹性大。

③塔板效率高。

④气体压降及液面落差较小。

⑤塔造价较低。

4)喷射型塔

①舌形塔板。

②浮动喷射塔板。

(2)填料塔

填料塔

填料塔结构简单、阻力小、便于用耐腐材料制造，尤其对于直径较小的塔、处理有腐蚀性的物料或减压蒸馏系统，都表现出明显的优越性。对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作宜采用填料塔。

填料是填料塔的核心，填料的种类很多，按填料的装填方式可分为散堆填料和规整填料两大类。

为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合以下要求：

1)有较大的比表面积。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，以σ表示，其单位为m2/m3。填料除了要有较大的比表面积之外，还要有良好的润湿性能及有利于液体在填料上均匀分布的形状。

2)有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率，以e表示，其单位为m3/m3。一般说来，填料的空隙率多在0.45～0.95。当填料的空隙率较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。

3)从经济、实用及可靠的角度。

(三)换热设备

1.几种常用换热器

常用的换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式。

(1)夹套式换热器

该种换热器的传热系数较小，传热面受到容器限制，只适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流;为了弥补传热面的不足，还可在容器内加装蛇管换热器。

(2)蛇管式换热器

1)沉浸式蛇管换热器。

优点：结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。

缺点：对流换热系数较小，总传热系数K值小。如果在容器内加搅拌器或减小管外空间，则可提高传热系数。

2)喷淋式蛇管换热器。

这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在汽化时，可带走部分热量，可提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修和清洗、传热效果较好等优点，缺点是喷淋不易均匀。

(3)套管式换热器

(4)列管式换热器

列管式换热器是目前生产中应用最广泛的换热设备。与前述的各种换热管相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大、传热效果好，结构简单、制造的材料范围广、操作弹性较大。在高温、高压的大型装置上多采用列管式换热器。

1)固定管板式换热器

固定管板式换热器两端管板和壳体连接成一体，具有结构简单、造价低廉的优点。但由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净、不易结垢的物料。

当两流体的温差较大时，应考虑热补偿，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度，这种补偿方法简单，但不宜用于两流体的温差较大(大于70℃)和壳方流体压强过高(高于600kPa)的场合。

2)U型管换热器。

3)浮头式换热器。

浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，浮头式换热器应用较为普遍，但结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。

浮头式换热器

4)填料函式列管换热器。

该换热器的活动管板和壳体之间以填料函的形式加以密封。在温差较大、腐蚀严重且需经常更换管束的冷却器中应用较多，其结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。

填料函式列管换热器

1-活动管板; 2-填料压盖; 3-填料; 4-填料函; 5-纵向隔板

三、金属油罐制作和安装

(一)油罐的分类

1.按油罐所处位置划分

分为地上油罐、半地下油罐和地下油罐三种。

地上油罐——罐底位于设计标高±0.00及其以上或罐底在设计标高±0.00以下但不超过油罐高度的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过设计标高±0.00以上0.2m。

地下油罐——罐内液位处于设计标高±0.00以下0.2m。

2.按油罐的几何形状划分

按油罐的几何形状可划分为：立式圆柱形罐、卧式圆柱形罐和球形罐。

3.按油罐的不同结构形式划分

按油罐的不同结构形式可分为：

(1)固定顶储罐。固定顶储罐又可分为锥顶储罐、拱顶储罐、自支撑伞形储罐。

(2)无力矩顶储罐(悬链式无力矩储罐)。

(3)浮顶储罐。可分为浮顶储罐、内浮顶储罐(带盖内浮顶储罐)。

1)浮顶储罐。采用浮顶罐储存油品时，可比固定顶罐减少油品损失80%左右。

2)内浮顶储罐。 内浮顶储罐是带有固定罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的新型储罐。

优点：

一、与浮顶罐相比，绝对保证储液的质量;减少蒸发损失85%～96%;减少空气污染，降低着火爆炸危险，特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品;减少罐壁罐顶的腐蚀，延长储罐的使用寿命。

二、在密封相同情况下，与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。

缺点：

与拱顶罐相比，钢板耗量多，施工要求高;与浮顶罐相比，维修不便(密封结构)，储罐不易大型化，目前一般不超过10000m3。

(二)金属油罐的制作安装

1. 金属油罐的安装施工方法。

根据金属油罐的不同结构，可选用抱杆倒装法、卷装法、充气顶升法和水浮正装法。

2.金属油罐的试验

(1)油罐焊缝质量的检验及验收。常用的无损探伤方法有：超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤。

(2)油罐严密性试验。

1)真空箱试验法。

2)煤油试漏方法。

3)化学试验法。

4)压缩空气试验法。

罐底严密性试验：真空箱试验法、化学试验法检测;

罐壁严密性试验：煤油试漏法;

罐顶严密性试验：煤油试漏、压缩空气试验法。

(3)油罐充水试验。

四、金属球形罐的制作和安装

(一)球罐的构造与分类

球形罐与立式圆筒形储罐相比，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，故所需钢材面积少;在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀，其承载能力比圆筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相应圆筒形容器壁板厚度的一半。

1.球罐分类

(1)按形状分为圆球形和椭球形罐。

椭球形罐是在常温下贮存蒸汽压比大气压稍高的挥发性液体用的低压容器。使用它是为了防止在将挥发性液体装入普通贮罐内时会产生蒸发损失。它特别适合于贮存车用汽油和天然汽油。

(2)按壳体层数分为单层壳体和双层壳体球罐。

1)单层壳体球罐。单层壳体球罐最常见，多用于常温高压和高温中压球罐。

2)双层壳体球罐。由外球和内球组成，由于双层壳体间放置了优质绝热材料，所以绝热保冷性能好，适用于液化气或超高压气体的储存。

(二)球罐的安装施工

1.球罐的拼装方法

(1)分片组装法。

优点：施工准备工作量少，组装速度快，组装应力小，组装精度易于掌握，不需要很大的吊装机械，占地小。

缺点：高空作业量大，全位置焊接技术要求高，焊工施焊条件差，劳动强度大。

适用：适用于任意大小球罐的安装。

(2)拼大片组装法。

在地面上进行组装焊接，减少高空作业，可采用自动焊进行焊接，提高焊接质量。

(3)环带组装法。环带组装法一般适用于中、小球罐的安装。

(4)拼半球组装法。

特点：高空作业少，安装速度快，但需用吊装能力较大的起重机械。

适用于中、小型球罐的安装。

(5)分带分片混合组装法。适用于中、小型球罐的安装

2.球罐焊前预热、焊后热处理及整体热处理

(1)焊前预热。

(2)焊后热处理。

主要目的：释放残余应力，改善焊缝塑性和韧性;消除焊缝中的氢根，改善焊接部位的力学性能。

(3)整体热处理

目的：消除由于球罐组焊产生的应力，稳定球罐几何尺寸，改变焊接金相组织，提高金属的韧性和抗应力能力，防止裂纹的产生。由于溶解氢的析出，防止延迟裂纹产生，预防滞后破坏，提高耐疲劳强度与蠕变强度。目前我国对壁厚大于34mm的各种材质的球罐都采用整体热处理。

球罐整体热处理有两种方法：内燃法和电热法。

3.球罐的检验

(1)焊缝检查。

1)外观检查。

2)焊缝内在质量的检验。对焊缝内在质量的检验是采用无损探伤检验。无损探伤检查有射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤和渗透探伤。

① 球罐的对接焊缝(包括人孔和公称直径不小于250mm接管的对接焊缝和法兰，锻制加强圈的外接焊缝)应100%进行射线探伤和超声波探伤。

② 选择100%射线探伤检查时，对球壳板厚度大于38mm的焊缝还应作超声波探伤复检，复检长度不应小于所探焊缝总长的20%。

③ 选择100%超声波探伤方法时，应对超声波探伤部位作射线探伤复检。

④ 水压试验后进行复查，复查数量不得小于焊缝全长的20%。复查部位包括全部“T”形接头及每个焊工各个焊接位置的对接焊缝和各种角焊缝。

(2)水压试验。

水压试验要求：

① 水压试验压力应为设计压力的1.25倍。设计有特殊规定时按设计文件要求进行，但不应小于球罐设计压力的1.25倍。

② 试验用水应为清洁的工业用水，对碳素钢和16MnR钢制球罐水温不得低于5℃;其他低合金钢球罐试压用水温度不得低于15℃;对新钢种的试验水温应按设计规定进行。

③ 球罐水压试验过程中要进行基础沉降观测，观测应分别在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本体高度、充满水24h和放水后各个阶段进行观测，并作好实测记录。

(3)气密性试验。

球罐经水压试验合格后要再进行一次磁粉探伤或渗透探伤;排除表面裂纹及其他缺陷后，再进行气密性试验。气密性试验是在球罐各附件安装完毕、压力表、安全阀、温度计经过校验合格后进行。

五、气柜制作和安装

(一)气柜种类及结构形式

1.低压湿式气柜

(1)直立式低压湿式气柜。

(2)螺旋式低压湿式气柜。

湿式气柜构造简单，易于施工，但是其煤气压力波动大，土建基础费用高，冬季耗能大，检修时产生大量污水，寿命只有约10年。大容量贮气柜用此型不经济。

2.低压干式气柜

低压干式气柜的基础费用低，占地少，运行管理和维修方便，维修费用低，无大量污水产生，煤气压力稳定，寿命可长达30年。大容量干式气柜在技术与经济两方面均优于湿式气柜。

3.高压气柜

高压气柜贮存压力最大约16MPa，有球形和卧式圆筒形两种。高压气柜没有内部活动部件，结构简单。按其贮存压力变化而改变其贮存量。多用于贮存液化石油气、烯烃、液化天然气、液化氢气等。容量大于l20 m3时常选用球形，小于120m3则多用卧式圆筒形。

(二)湿式气柜制作和安装方法

1.气柜安装质量检验

(1)施工过程中的焊接质量检验。焊接规范要求：

1)气柜壁板所有对焊焊缝均应经煤油渗透试验。

2)下水封的焊缝应进行注水试验，不漏为合格。

3)当钢板厚度为8mm以上时，水槽壁对接焊缝应进行无损探伤检查，抽查数量，立焊缝不少于10%，环缝不少于5%。

(2)气柜底板的严密性试验。检查底板结构强度、焊缝严密性。底板的严密性试验可采用真空试漏法或氨气渗漏法。

(3)气柜总体试验。

1)气柜施工完毕，进行注水试验。

2)钟罩、中节的气密试验和快速升降试验。目的是检查各中节、钟罩在升降时的性能和各导轮、导轨、配合及工作情况、整体气柜密封的性能。

六、工艺金属结构制作安装

(一)工艺金属结构件的种类

1. 设备框架、管廊柱子、桁架结构、联合平台

2. 设备支架、梯子、平台

3. 漏斗、料仓、烟囱

4. 火炬及排气筒

(二)工艺金属结构的制作和安装

1. 火炬及排气筒的制作安装

(1)塔架制作。塔架制作属于金属结构工程范围，主要包括有钢材检查、焊接、焊缝检查、组对、刷油防腐等内容。

1)钢材检查。

厚度等于或小于12mm的钢板——按张数的10%进行磁粉探伤检查

厚度大于14mm的钢板——应100%进行超声波检查，表面用磁粉探伤检查

塔柱钢管卷后——按卷筒数的5%用磁粉全面检查

20号无缝钢管——按每批根数的10%抽查化学成分，每批抽查3根作力学性能检查。

2)焊接。

3)焊缝检查。塔柱对接焊缝用超声波100%检查，如有可疑点，再用X射线复查，按焊缝总数的25%检查，根据焊缝质量情况再增减检查比例。

预应力大直径腹杆的对接焊缝，用超声波100%检查、合格标准为缺陷面积与焊缝总面积比小于0.7%，且不允许有裂纹。

4)组对。

5)钢结构刷油防腐。塔架通常可涂过氯乙烯漆的方法达到防腐蚀是的目的。

(2)塔架安装。塔架的安装方法较多，一般有分节段安装和整体安装。

整体吊装可采用双抱杆起吊方法或用人字抱杆扳倒法竖立。

七、静置设备无损检测

八、静置设备工程计量

1.工程量计算规则

“台”：容器、塔器、热交换器、金属油罐中拱顶罐、球形罐、气柜

“座”：火炬及排气筒

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