化工设备知识汇编.

第一章 塔类设备 第二章 冷换设备 第三章 废热锅炉 第四章 空气冷却器 第五章 空气预热器 第六章 法兰、垫片和紧固件 第一章    塔类设备 塔器是用于气相－液相与液相－液相间传质、传热的设备，它广泛应用于石油化工中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作。在炼油装置，它是完成炼油加工过程的主要场所，型式种类繁多，用途广泛，外形庞大，是炼油厂的关键设备。 1、塔的分类及性能指标 1.1 分类 (1) 按用途及在 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 过程中的作用可分为： 分馏塔、吸收塔、解吸塔、水洗塔、稳定塔、抽提塔和干燥塔等。 (2) 按结构形式分：板式塔、填料塔。 (3) 按操作压力分：常压塔、减压塔、高压塔。 1.2  塔设备的性能指标 塔设备除了满足特定的化工工艺条件（如温度、压力及耐腐蚀）外，评估塔设备基本性能指标主要包括以下几个方面： (1) 生产能力：即单位塔截面上单位时间的物料处理量。 (2) 分离效率：对板式塔指每层塔板所达到的分离程度，对填料塔指单位高填料所达到的分离程度。 (3) 适应能力及操作弹性：指对各物料性质的适应性以及在负荷波动时维持操作稳定性而保持较高分离效率的能力。 (4) 流体阻力：即气相通过单层塔板或单位填料层的压强降。 除以上几项外，塔的造价高低、安装、维修的难易以及长期运转的可靠性等因素，也是必须考虑的实际问题。 2、板式塔介绍 板式塔中，塔内装有一定数量的塔板，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔板上液层，使两相密切接触，进行传质，两相组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。它的结构主要包括：塔体、头盖、支座、塔板、接管、人孔、进料及抽出口、破沫板以及保温层。 2.1基本概念 （1）塔板开孔率 是指塔板上开孔总面积与塔截面积之比，是影响塔操作的重要因素。在塔的气液相负荷一定时，开孔率过大，会造成漏液；开孔率过小，会造成严重雾沫夹带。 （2）塔板效率 它是衡量板式塔每层塔板上传质平均效果的一个尺度。最通用的板效率，是指经过实际塔板的组成变化值和经过理论塔板的组成变化值之比。                                                                                                                                                                                                                                                  （3）雾沫夹带 此种现象发生原因是由于流经塔板的汽相负荷过大引起的。当气体流量超过允许值时，离开塔板的气体夹带着泡沫或小液滴，由于气体速度过快，小液滴来不及沉降就带到上层塔板，这就是雾沫夹带，这种现象降低了塔板的效率。 （4）气泡夹带 这种现象的发生是由于通过降液管的回流液体负荷过大而引起的。液体是横流过塔，与气体充分接触后，出降液管流到下一层塔板，液体流入到降液管时，常常带有大量的气泡，它在管中应有足够的停留时间以便沉降，使泡沫分离成气体与清液，气体上升回到上层塔板。如果液相负荷增加，液体在降液管中的流速随之增加，那么液体在液管中的停留时间缩短。如果这个停留时间短到一定程度，使液体带着的气泡来不及分离带到下层塔板，就会降低吸收或解吸效果。 （5）漏塔 这种现象发生是由于塔板上的汽相负荷过小而引起的。当处理量太小时，塔内气速很低，大量液体由于重力作用，便从阀孔漏下，这种情况称为漏塔。由于液体没有和塔板上气体充分接触就漏到下层塔板，漏塔降低了塔板效率。 （6）淹塔 这种现象的发生是由于塔内液、汽相负荷过大而引起的。由于汽液负荷过大，液体充满了整个降液管，而使上下塔板液体连成一体，吸收或单板效果完全遭到破坏，这就是“淹塔”现象。 2.2塔板的种类及结构 （1）常用塔板有：浮阀塔板、圆形泡帽塔板、S型塔板、浮动喷射塔板、筛孔塔板、网孔塔板等。 （2）塔板结构包括四个基本部分： ①每块塔板上有特别的开孔，可供下层气体从中穿过。 ②每块塔板上有一定高度的溢流堰，以保证塔板上有足够厚的液层。 ③每块塔板上有降液管，供塔板上的液体流向下一层，降液管有圆形和弓形两种。 ④塔板有足够的面积和特殊结构，供汽、液相充分接触，以完成质和热的交换。 2.3几种塔板的优缺点及用途 塔 板 型 式 结 构 优 点 缺 点 用 途 泡 罩 型 圆形泡罩 复杂 1、在宽的负荷范围内可稳定操作； 2、弹性好。 1、费用高 2、板间距大 3、压力降较大 适用于广泛范围，板数少的更有利。 S形泡罩塔板 稍简单 简化了泡罩形式，性能同上 同 上 同 上 浮 阀 型 条形浮阀 简单 1、在宽的负荷范围内效率不降低； 2、最高负荷的效率也比泡罩塔高； 3、费用较便宜； 4、雾沫夹带少； 5、液面落差小。 没有特别缺点 适用于一切范围 重盘式浮阀 简单、复杂的都有 T型浮阀 简单 穿 流 型 筛板(溢流式) 简单 1、 最高负荷效率高； 2、 费用最低； 3、 压力降小。 1、稳定操作范围窄； 2、易堵物料不适用； 3、容易发生液体泄漏。 适合于处理量变动少且不析出固体物料的系统 波纹筛板 简单 1、 比筛板压力降稍高，但具 有同样的优点； 2、 气液分布好。 栅 板 简单 1、 处理能力大； 2、 压力降小； 3、 费用便宜。 1、 塔板效率低； 2、 处理量小时，效率 剧烈下降。 适合于粗蒸馏             从上可知浮阀塔板在操作弹性、效率方面比较优越，应用较广。 2.4浮阀塔板 浮阀塔板是最常用的塔板（图1是典型浮阀塔板），它在塔板上开许多方形或圆形孔，每一孔上都带有一个阀片，气体通过阀孔将阀片向上顶起，水平方向射出，在通过液层时，汽液两相成泡沫状态进行传热、传质过程。由于阀片开度可以随气速而变，低气速时阀片在重力作用下可自动关小，减少了泄漏。所以它具有效率高、弹性大的优点；而且结构简单、造价较低，处理能力高。                    图1 缺点：阀片只能用不锈钢制造，并且操作中浮阀容易卡住、绣住或粘住，不能自由开启，塔板检修时必须对锈死浮阀进行更换。目前炼油厂应用较广泛浮阀的是F1型浮阀和船形浮阀，如图2： 这是F1型浮阀常用浮阀型号。 F1V  C  32型 图2    F1型浮阀                          图3    船形浮阀 2.5板式塔操作常见故障 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与处理 塔板操作故障引起的原因与多方面因素有关，如工艺操作条件、系统物性、塔设备本身等，有时是单独作用，有时是综合作用。下面仅对板式塔设备本身故障进行分析： 现 象 故 障 原 因 处 理 方 法 达不到设计能力，提量后效率下降，产品质量 1、 降液管尺寸太小，或降液管下端距受液盘间距过小，液体充满降液管； 2、 设计阀个数过小，开孔率低，塔板压降过大。 1、 过打降液管面积，或改大降液管下端间隙，使液体流场； 2、 增加塔板布阀个数。 开工后塔板效率低，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。 部分塔板被吹翻，可能是连接件安装不牢，也可能是吹扫蒸汽含水，进入塔内震动将塔板击翻。 1、 重新正确安装塔板连接件； 2、 严格将吹扫蒸汽脱水干净后用。 生产一段时间后，效率下降，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。且伴有全塔压降减小 1、 塔板被严重腐蚀烂掉； 2、 塔板上浮阀大面积脱落，可能被腐蚀，可能安装不好。 1、 更换为耐腐蚀的塔板及浮阀； 2、 严格按质量要求安装浮阀。 生产一段时间后，产品质量下降，颜色发黑 1、 破沫网严重腐蚀烂掉，雾沫夹带严重，影响产品色度增加； 2、 破沫网结焦、堵塞，造成二次夹带严重，影响产品色度。 1、 更换耐腐蚀材质的破沫网； 2、 更换更大开孔率的破沫网。       3、 填料塔介绍 填料塔中，塔内装有一定高度的填料。液体自塔顶沿填料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。填料塔具有结构简单、压力降小的特点，在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。它的主体传质介质就是填料，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大的生产能力和最高的效率。填料可分为散装填料（颗粒填料）和规整填料两大类。 3.1散堆填料 该类填料具有一定外形结构的颗粒体，安装时以填料乱堆为主。随着生产发展，填料结构又很多改进，目前为止，各种填料有几百种之多。常用的填料有：金属鲍尔环填料、金属阶梯环填料、金属环矩鞍填料等。 （1）金属鲍尔环填料 见图4，它是在筒状环壁上开两层内伸舌片的窗口，5个舌片内弯指向环心，上下两层窗孔的位置错开，一般开孔面积占环壁总面积的30％左右。金属鲍尔环的开发使环形填料由实体型填料发展到开孔型填料阶段。 图4 （2）金属阶梯环填料 见图5，金属阶梯环填料是将鲍尔环填料的高度降低到直径的1/2~1/3,并且在填料的一个侧端增加了翻边。这些改进使气体绕填料外壁流过的路径大大缩短，从而减少了气体通过填料层的阻力。此外，翻边不但增加了填料环的机械强度，而且破坏了填料结构的轴对称性，使填料在堆积时由线接触变为点接触为主，这样增加了填料空隙，减少了气体穿越阻力，提高了传质效率。                                                            图5 （3）金属环矩鞍填料 见图6，它综合了开孔环形填料与鞍形填料的结构特点，集圆环、环壁开孔、内审舌头及弧形通道于一体，既有开敞的结构，又有众多的接触点供液体汇集、分散，故该填料的压降低、通量大、传质效率高。 图6 3.2规整填料 规整填料是由具有一定几何形状的元件，按均匀几何图形排列，整齐堆砌，具有规整气液通道的填料。在规整填料中，由于结构的均匀、规则、对称性，规定了气液流路，改善了沟流和整流现象。它与散装填料相比，在同等容积时可以提供更多的比表面积；而在相同比表面积时填料的空隙率更大。所以规整填料具有更大的通量、更小的压降、更高的传质、传热效率，分为以下几种类型规格。 （1）格栅填料                              图7 见图7，它的单元构件是由2mm厚的条形钢板冲成许多定向舌片，上下两舌片翻转方向相反，两组舌片之间冲有联接爪。两单元构件间用联接抓点焊在一起，组成所需宽度。格栅填料是一种高能力、低压降填料 ，抗堵性能好，常用于炼油厂减压蒸馏塔，可单独使用于洗涤段，也可于其它填料组成混合床层，用于传热段和传质段。此外，还可以用于催化裂化分馏塔的脱过热段，取代人字挡板。 （2）金属丝网波纹填料 见图8，金属丝网波纹填料是由金属丝网制成的规整填料。丝网为40~80目，不锈钢丝直径0.15mm左右。它具有很大的比表面积，由于丝网具有毛细作用，又使表面更易有效湿润，传质效率较高，尤其适合难分离物系及热敏性物系。但该填料忌堵塞、怕腐蚀、难清洗，使其的使用受到限制。 图8 （3）金属板波纹填料 金属板波纹填料是由金属薄板冲成波纹片，波纹片上冲小孔￠4mm，开孔率约占12.6％。在塔内安装时，上下两盘板波纹填料旋转90叠放。单个波纹片见图9，组合后的板波纹填料见图10。 该填料中液体成膜状流下，并在上下两盘填料接触处进行再分配，气体则曲折穿过填料，通量大、阻力小、而且传质效率高。它在炼油工业的蒸馏塔、气体分馏塔、气体吸收塔应用中，都取得了很好的技术经济效果。 图9                                      图10 3.3填料塔内构件 除了主体传质元件－填料外，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大生产能力和最高的效率。 （1）填料支撑板 对于填料支撑板除了要有足够的强度外，还要求具有足够大的自由面积；对气液的流动阻力小；有利于气液的再分配；安装拆卸方便。 ①栅板型支撑板(见图11) 它由垂直板条组成，结构简单，制作方便，是小型塔中常用的散装填料支撑板。 ②喷射式支撑板(见图12) 它是目前最好的散装填料支撑装置，采用梁型气体喷射式结构。这种支撑板由一个个驼峰元件组成，波高300mm,宽290mm，随塔径不同，块数不同。气体从各驼峰上部孔中喷出，液体从下部的孔中流下，避免了气液从同一孔中逆流时增加阻力。 图11                          图12 （2）床层限位器 为了保证填料塔的正常稳定操作，防止在高气速或负荷突然波动时，填料层发生松动，甚至破坏、流失，在填料上层必须安装床层限位器，见图13。 图13 （3）液体分布器 液体分布器置于填料床层的上方，将液体均匀分布到填料表面上，形成液体初始分布。液体初始分布的优劣对填料塔传质、传热性能影响很大。按结构形式可分为：管式、盘式、槽式、喷淋式等。槽式液体分布器综合性能较好，目前使用较广泛，见下图14，图15。 图14  全貌                            图15  局部 （4）集油箱 炼油厂的许多分馏装置都有多个侧线抽出，因此在使用填料作为传质元件时，要设置集油箱，它用来收集该段填料层的液体，以供抽出，结构见图16。为便于集油箱液体的抽出，必须保证抽出口具有一定的液封高度，故多采用下凹的抽斗形式；另外，集油箱还兼有让气体让气体通过，能够均匀分布的作用，故要求气体通过的阻力降尽量小，开孔率应为塔截面积的35％～45％左右，集油箱顶部都设有盖帽。 图16  集油箱 3.4 填料塔操作故障分析 引起填料塔故障原因很多，除了填料、塔内件外，还有工艺操作、系统物性、辅助设备等诸多原因，这里仅就塔内设备可能引起的故障进行分析，见下表。 现 象 故 障 原 因 处 理 方 法 塔的效率低，产品质量差，压降正常 多为液体分布器不均匀所致： 1、 设计水平差，液体超负荷 2、 安装水平度差 3、 分布器堵塞 4、 分布器被介质腐蚀漏液 1、 改善设计,增加或减少分布器开孔 2、 重新安装，调整水平 3、 清除堵塞 4、 采用更耐腐蚀材质 塔的效率低，塔压降液也低 填料安装太松，或与塔壁间隙过大 按要求进行安装 填料压降过大，操作上限能力降低 1、 填料安装太紧，变形较大 2、 陶瓷填料破碎多 1、 按要求进行。临时措施，降低负荷 2、 清楚碎片。临时措施，降低负荷 多侧线填料塔，上一侧线产品收率低，下一侧线产品轻，收率高 上一侧线集油箱不密封，向下漏油 修复不密封处 提前液泛，塔效率低 2、 填料支撑板开孔率低 3、 填料压板开孔率低 1、 更换，采用高开孔率支撑板 2、 更换，采用高开孔率压板 操作一段时间后，压降增大，效率低 填料被堵塞、结焦 清理或更换填料 一段时间后，压降忽高忽低，效率低 填料被腐蚀 更换耐腐蚀填料 在操作一段时间后，产品质量下降，颜色发重 1、 金属破沫网被腐蚀掉 2、 破沫网被堵塞，形成二次夹带 1、 更换耐腐蚀材质破沫网 2、 更换空隙率高的破沫网       4、 板式塔和填料塔的选择比较 对于填料塔和板式塔的选择，应根据生产工艺条件，如系统的物性、操作条件、操作方式，以及技术经济性能等综合考虑，下面进行定性的对比。 工 况 塔 型 浮阀、筛板板式塔 散装填料塔 规整填料塔 腐蚀性介质 良 优 中 易发泡介质 差 良 优 热敏性物料 差 良 优 高粘性物料 中 优 良 含固体颗粒物料 优 中 良 难分离或产品纯度要求高物料 中 良 优 气膜控制的吸收 中 良 优 液膜控制的吸收 中 优 差 真空精馏 中 良 优 常压精馏 优 中 良 高压精馏 良 中 差 液体负荷很高 良 中 差 液体负荷很低 良 中 优 液气比波动大 优 中 差 塔的直径小 中 优 良 塔的直径大 优 良 优 塔的换热多 优 中 差 节能操作 差 良 优 多进料多出料精馏 优 中 中 造价 低 稍高 高         第二章    冷换设备 1 、常用换热器类型及特点 炼油厂常用冷换设备主要是管壳式换热器，分类为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管式换热器，它们是以使用温度、压力及两侧流动介质特征为选用依据。总的优点是结构简单、价廉、选材广、清洗方便，适应性强。但在传热效率、紧凑性。单位传热金属耗量等方面，不及其它类型换热器。 1.1 固定式换热器 (1) 结构及特点 结构如图1所示，换热器的管端以焊接或胀接的方式固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗，但却无法在管外表面进行清洗，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。最主要的缺点是：当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大，在壳体与管中将产生很大的温差应力。 为了减少温差应力，可在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。 (2) 型号分析 固定板式换热器型号表示方法如下： 例如:BEM800－1.6－273－6/19-2 它表示的换热器为：封头管箱，壳程公称直径800mm的固定板式换热器, 管、壳程压力均为1.6MPa，换热面积273m2，普通级冷拔换热管，规格为6m、￠19的管子，2管程。 1.2 浮头式换热器 (1) 结构及特点 这种换热器结构如图2，它是目前炼油厂内使用最多的换热器。换热器中一块管板与壳体固定，另一块管板能自由移动，当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。浮头部分有浮头管板，钩圈与浮头端盖组成，是可拆联接。因容易抽出管束，故管内、管外都能进行清洗，也便于检修。 (2) 型号分析 浮头式换热器型号表示方法如下： 例如:AES500－1.6－55－6/25－4I 它表示的换热器的为：平盖管箱，壳程公称直径500mm的钩圈式浮头换热器, 管、壳程压力均为1.6MPa，换热面积55m2，较高级冷拔换热管，规格为6m、￠25的管子，4管程。 1.3 U形管式换热器 (1) 结构及特点 U形管式换热器的结构如图3。换热管被弯成U形，管的两端固定在同一管板上，省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。其结构简单，造价便宜，管束可以从壳体抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。 当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，而且必须同时卸去两段直管。由于受弯管加工的影响，弯管的外侧管壁较薄，故承压能力较差。U形管的自振频率比与其展开长度相同的直管自振频率低，故在横向流中更容易激起振动，另外在管束的中央部分存在较大的空隙，对传热不利。 (2) 型号分析 U形管式换热器型号表示方法如下： 例如:BIU800－2.5－245－6/19-4I 它表示的换热器为：封头管箱，壳程公称直径800mm的U形管式换热器, 管、壳程压力均为2.5MPa，换热面积245m2， 较高级冷拔换热管，规格为6m、￠19的管子，4管程。 2、 几种强化换热器 换热器的传热过程是两种流体通过管束壁面进行热交换，可以通过管内强化和管外强化采取措施进行强化传热，以下对几种常用高效换热器进行介绍。 2.1 折流杆换热器 它是将管束的支撑由弓形板改为杆系支撑而得名，壳程流体也由错流变成顺流。因此壳程流体流动阻力大幅度下降，一般为弓形板的管束阻力的1/7~1/10。单弓板换热壳程阻力主要消耗在管束上，因此靠提高流速来强化传热受到压力降的限制，而折流杆支撑件的出现解决了这个问题。 由于折流杆换热器壳程流体阻力较小，一般可将流速提高到弓形板的2～3倍，换热管外膜传热系数能提高1.5倍。 2.2 双弓形板换热器 双弓形板换热器与通常使用的单弓形板换热器相比，仅在于折流板形状的不同，双弓形板由下面两种结构板组成。液体流动成错流流动，克服了单弓板换热器在流动中180℃转弯所造成的死区、阻力大、易震动等缺点。在相同的压力降下，双弓形板换热器壳程流体流速可提高1.5倍，而通过管束的阻力仅为单弓板的1/5左右，从而强化了传热。 图4  单弓形                                  图5  双弓形 2.3 螺纹管换热器 见图6，它是将普通换热管外壁轧制成螺纹状的翅片，用以增加外侧的传热面积。翅片部分的最大外径比管子的光端要小，而翅片根部要小的更多，因此在与光管相同的管间距下，净错流面积比光管显著增大；当管外流速一样时，壳程传热热阻因翅片表面的扩展缩小相应的倍数，可使总传热系数提高50％。此外，螺纹管抗垢抗腐蚀能力强于光管，它已成为普遍采用的高效传热设备。 图 6 2.4波纹管换热器 见图7，波纹管是一种双面强化传热的管型，内外壁被轧成环状波纹凸肋，其内壁能改变流体边界层的流动状态，外壁能增大传热表面和扰动，达到双面强化传热的目的，总传热系数能提高50％。 图 7 3、 冷凝器 冷凝器属于换热器中的一种，但不同于一般换热器。一般换热器是管程介质和壳程介质进行热量交换，而冷凝器却是利用管程中的水对壳程介质进行冷却。外形方面，大部分冷凝器同普通换热器一样，另有一部分塔顶油气冷凝器结构见图8。 图8 4、 重沸器 4.1重沸器作用及分类 重沸器是蒸馏系统中不可缺少的传热设备，内部结构同固定板式换热器，其作用是使塔釜液相部分汽化后再返回塔内，为传质传热过程提供所需要的能量。石油化工装置使用的重沸器形式主要有釜式、强制循环式及热虹吸式三种。 (1) 釜式重沸器：它主要在加热介质较脏、清扫问题突出或管壳程之间的温差超过固定管板式换热器允许的条件下使用；但液体产品缓冲容积小、停留时间长、容易结垢、金属耗量大等缺点限制了其应用范围。 (2) 强制循环式重沸器：它的设备费和操作费最高，且易产生泄露，仅在塔底液体粘度很高或受热易分解和产生严重结垢等特殊条件下使用。 (3) 热虹吸式重沸器：目前，除了物料易结垢、粘度高，以及间歇蒸馏或间歇出料等条件下不宜使用外，在大多数工艺过程中，热虹吸式重沸器已成为广泛采用和首选的重沸器类型。 4.2 热虹吸式重沸器的选用 如图9，为热虹吸式重沸器外部结构，它内部结构同固定板式换热器，以安装方式分类，有立式和卧式之分，其性能比较见下表。 重 沸 器 型 式 立 式 卧 式 工艺介质沸腾侧 管程 壳程 传热系数 较高 较低 平均温差要求 小温差场合不宜使用 小温差场合可以使用 投资 低 高 占地面积 小 大 配管 简单 复杂 每台重沸器传热面积 较小 较大 每塔安装重沸器个数 不超过3个 台数不受限制 裙座高度 高 低 维修与清洗 困难 容易 受工艺介质粘度的限制 较大 较小       图 9 从上表可以看出，立式热虹吸式重沸器具有传热系数高、结构紧凑、价格和安装费用低等优点，故在满足工艺要求的前提下，应优先考虑选用。但在下述条件下，其应用则受到限制。 （1）工艺介质结垢严重时不宜选用。因为其沸腾侧在管程，工艺介质易在管内结垢造成部分 管道堵塞而发生“短路”，导致重沸器压力降增大，最终完全堵死而影响正常操作。由于配管和结构上的原因，其垂直管束不易拆卸，清洗和维修均较困难。 （2）当工艺介质的粘度大于0.5 mPa-s，且汽化率不超过30%时，介质在垂直管内流动困难，也不宜选用立式热虹吸式重沸器。 （3）当塔和重沸器的尺寸都较大时，一般不选用立式热虹吸式重沸器。因为对于直径小的塔来 说，用于增加裙座高度的投资较少，选用立式热虹吸式是适宜的;但对于直径大的塔来说，增加裙座高度的投资和安装费就会成比例地增加，从而限制重沸器的管束长度，重沸器壳体将要设计成“矮胖”型，甚至需要多台并联，其结果是增加设备费和安装费。因此，立式热虹吸式重沸器在不同的工艺过程中有着不同的使用范围。 5 、冷换设备技术知识 （1）U型管换热器的特点 典型的U型管换热器只有一个管板，管子两端均固定在同一个管板上，U型管换热器具有双管程和浮头式换热器的特点，每根U型管均可自由膨胀而不受别的管子和壳体的约束，具有弹性大、热补偿性能好，管程流速高，传热性能好，承压能力强，结构紧凑，不易泄漏，以及管束可抽出便于安装检修和清洗等优点；但其缺点有：制作较困难，管程流阻较大，管内清洗不便，中心部位管子不易更换，最内层管子弯曲半径不能太小而阻止了管板上排列的管子数目。 （2）管壳式换热器管程数是如何确定 工业实用中的换热方式既非纯逆流，有非顺流，属于折流或交错流方式。采用多管程的目的是使流体在管内依次往返多次，提高了管内流体的流速，从而增大管内膜传热系数，有助于换热强化。若多管程与多壳程配合可使流动更接近于逆流换热。但是随着管程数增多，流体阻力增大，平均温差降低，还因隔板占去部分排管面积，减少了传热面积。因此程数不易过多，一般以2，4，6程最为常见。 （3）换热介质走管程还是走壳程是如何确定 在选择管壳程介质时，应抓住主要矛盾，以确定某些介质最好走管程或者最好走壳程。应按介质性质、温度或压力，允许压力降、结垢以及提高传热系数等条件综合考虑。 ①  有腐蚀、有毒性、温度或压力很高的介质，还有很易结垢的介质均应走管程，其理由分别为：有腐蚀性介质走壳程、管程材质均会遭受腐蚀，因此一般腐蚀的介质走管程可以降低对壳程材质的要求；有毒介质走管程的泄漏机会较少；温度、压力高走管程可降低对壳程材质的要求，结垢在管程容易清扫。 2 眼于提高总传热系数和最充分的利用压降。流体在壳程流道截面和方向都在不断变化且可设置折流板，容易达到湍流，Re≥100即达湍流，而管程Re≥100才是湍流，因而把粘度高或流量小，即较低的流体选在壳程，反之，如果在管程能达到湍流条件，则安排它走管程就比较合理。从压力降的角度来选择，也是小的走壳程有利。 3 两侧膜传热系数大小来定，如相差很大，可将膜传热系数小的走壳程，以便采用管外强化传热设施，如螺纹管或翅片管。 （4）折流板的作用 为达到逆流换热，除管程采用多管程外，壳程多用折流板来配合趋向于逆流换热，以提高传热系数,下面给出两种折流板型式：单弓形和双弓形，见图10。折流板间距与换热器用途、壳程流体的流量、粘度压降有关，最小间距为 D /5(D为壳体直径)或50mm，最大间距不超过D，因为板间距太小不利于制造维修，流阻也大；板间距过大则接近于纵向流动，传热效果差。经验表明最佳板间距为D/3，一般参考上述原则从下面选用板间距B:100mm,150mm,200mm,300mm,450mm,600mm,800mm,1000mm,值得注意的是，检修更换换热器              图 10 芯子时，折流板的挡板间距不得随意更换，以免影响传热效果。    （5）换热器管束的排列方式 管束中管子有四种排列方式： a、 表示等边三角形； b、 b、表示正方形； c、 表示正方形错列（转角45）； d、 表示圆形排列。 图11是排列图形： 图11 第三章 废热锅炉 1、 废热锅炉定义 石油化工工艺过程中，一方面需要大量热能来加热物料，另一方面许多热物料又要被冷却或通过换热回收部分能量，对温位较高的热流发生一些蒸汽可有效降低装置能耗。通常把高温位工艺气体、排放气废热为原料发生蒸汽的设备称为废热锅炉或余热锅炉；废热锅炉结构实际上是一特殊管壳换热器，带有汽包构成水的循环系统。 2、相关概念 (1) 蒸发: 在液体表面进行的化学过程,称为蒸发。 (2) 沸腾:当向液体传入热量时,液体温度升高,同时蒸发的强度增大,在一定的温度下,汽化开始在液体的全部质量中发生,此温度随液体的性质和作用在液体上的压力而定,这种液体内部发生气泡的剧烈汽化过程称为沸腾。 (3) 凝结:从蒸汽放出热量,蒸汽变为液体的过程叫做凝结过程,凝结是汽化的逆过程,在一定的温度下,压力下发生,凝结生产的液体称为凝结液。 (4) 饱和蒸汽：单位时间内逸出液面与回到液体的分子数相等.蒸汽与液体的数量保持不变,气、液两态达到平衡,这种状态称为饱和状态这时蒸汽和液体的压力称为饱和压力,而他们的温度称为饱和温度,对应一定的饱和压力有一定的饱和温度,饱和蒸汽是蒸汽与液体处于平衡状态中的蒸汽。 (5) 过热蒸汽：蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度时,此蒸汽称为过热蒸汽,在空压下向干蒸汽加热便可以得到过热蒸汽,过热蒸汽的温度和其压力所对应的饱和温度之差称为“过热度”,气轮机的工质为过热蒸汽。 3 、废热锅炉技术知识 (1) 废热锅炉产生蒸汽过程 蒸汽发生器组一般是由水预热器、汽包、蒸汽发生器、上升管、下降管、采样器及蒸汽过热器等组成。典型流程如下： 脱氧水先与较低温度的热流换热，被加热到一定温度后进入汽包称为给水。汽包与数台重沸器和若干上升管、下降管组成水循环系统。汽包安装在重沸器上方一定高度，汽包内保持一定的液位，在上升管与下降管中工质重度差，汽包内的水经下降管进入蒸汽发生器，并与工艺热流进行换热，换热后的水受热部分蒸发，形成汽水混合物，经上升管又回到汽包内。在饱和温度下，汽在汽包蒸发面上逸出，经过汽水分离装置除去液滴，在汽包顶部排出饱和蒸汽。饱和蒸汽与较高温度热流过热后进入系统管网。水经下流管不断地进入蒸汽发生器与工艺介质换热获取热量，汽水混合物不断地经上升管进入汽包，如此循环流动形成自然循环，汽在蒸发面上逸出，给水不断补充，保持汽包一定的水位，蒸汽源源不断地产生。 (2) 汽包内的水是怎样形成自然循环 水自然循环的形成是由于：水在蒸汽发生器内受热达到饱和温度时产生了汽泡，并沿上升管上升，汽泡逐渐变大，上升速度加快，上升管汽水混合物重度较下降管的水小，两者重度差产生了推动力，迫使工质在上升管中作向上流动，在下降管中向下流动，从而产生了水的循环。当上升管产生水停滞、倒流、汽水分层以及下降管带汽时，水循环便被破坏。水循环原理如图1： 图1 (3) 水－汽走管程的原因                                汽水混合物在水平管中流动时，由于汽水重度不同，水倾向于在下面流，汽倾向于在上部流，严重时汽水分开形成清晰界面，而出现汽、水分层现象，使管壁上部温度高于下部温度，产生温差热应力，同时汽侧水膜破坏或沉积大量盐分降低传热效率。因此，为防止这种现象发生，一般蒸汽发生器采用列管式换热器时，使水－气相走壳程，热流介质走管程，并且不用折流板结构、支撑结构，尽量避免蒸汽死区。 (4) 汽包的作用 汽包一般为卧式压力容器，内部设有进汽挡板，水下孔板、破沫网和排污装置，是蒸汽发生器的重要设备， 1、 汽包与下降管、上升管连接组成水循环系统，并不断接受给水和送出饱和蒸汽，是加热、蒸发、过热三过程的枢纽。 2、 汽包中存有一定水量，有一定的蓄热能力，当工艺热流负荷波动时，可减缓汽压变化速度。 3、 汽包中装有压力表、水位计、安全阀，用以控制蒸汽压力，监视水位，保证水循环正常运行。 (5) 蒸汽发生器的排污 蒸汽发生器给水含有一定的盐分，随着水不断地蒸发，残留下来的杂质污物越来越多，为保护炉水质量符合标准，必须排出一部分含盐浓度高的炉水。有两种排污方式，连续排污和定期排污。连续排污主要是从表面不断排出浓度大的炉水，降低炉水表面碱度、钠盐和悬浮物等。定期排污主要是从底部排出沉淀物。 第四章 空气冷却器 1、 基本部件 空气冷却器是以环境空气作为冷却介质横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备。在炼油厂一般用作塔顶油气的冷凝，它的基本部件为：管束、轴流风机、构件，如图1： 2、空冷器类型 2.1空冷器分类 (1) 按管束布置分为：水平式、立式、斜顶式等。 (2) 按通风方式分为：鼓风式、引风式和自然通风式。 (3) 按冷却方式分为：干式空冷、湿式空冷和干湿联合空冷。 (4) 按风量控制分为：百叶窗调节、可变角调节式和电机调速式 2.2 几种常用空冷器结构特点及应用场合 空冷器类型类型 结构形式 适用场合 优缺点 水平式空冷器 风机为鼓风式 适用于任何场合 优点：结构简单，安装方便 缺点：占地面积大，管内流动阻力较大 水平式空冷器 风机为引风式 适用于任何场合 优点：结构简单，安装方便 缺点：占地面积大，管内流动阻力较大 斜顶式空冷器 适用于任何场合 优点：管内热流体和管外空气分布较均匀，流动阻力小，占地面积小 缺点：结构稍复杂 喷淋蒸发湿 空冷器 适用于汽温较高且较干燥地区 优点：喷头喷出的雾化水滴在管束表面形成水膜，管束换热能力大幅度提高 缺点：喷头易堵塞 表面蒸发空冷器 利用管外水膜带走热量，应用较广 优点：结构紧凑，效率高 缺点：管壁温度处于露点时，易产生露点腐蚀         2.3 翅片管类型 翅片管型式很多，常用有以下几种形式：L形翅片管、LL形翅片管、KLM形翅片管、镶嵌式翅片管、双金属轧片管、I形绕片管、椭圆翅片管。下面图2、图3是应用最广泛L形翅片管。 图 2                                              图3 2.4  风机形式代号表 代号 风量调节方式   代号 风量调节方式   代号 风机传动方式 TF 停机手动调角风机 R R型玻璃钢叶片 V V带传动 BF 不停机手动调角风机 B B型玻璃钢叶片 C 齿轮减速器传动 ZFJ 自动调角风机 L 铸铝叶片 Z 电动机传动 ZFS 自动调速风机 w W型玻璃钢叶片                     3 、空冷器型号表示方法 3.1 空冷器型号表示方法 例如下式： GJP表示水平式管束；9m×1m一片，9m×2m一片；自调风机直径2400mm/1台，不停机手动调风机直径2400mm/2台；开式GJP水平式构架9m×3m；手动调节百叶窗9m×3m一片。 3.2  管束型号表示方法 例如：X4.5×3-4-63.6-16S-23.4/L-Ia X表示斜顶式管束；长4.5m；宽3m；4排管；基管换热面积63.6m2 ；设计压力1.6Mpa,丝堵式管箱；翅化比23.4/L形翅片管,I管程;光滑面密封面平焊法兰。 3.3  风机型号表示方法                                                            例如：                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         G表示鼓风式， TF表示停机手调角，叶轮直径为3.6m,叶片形式为B ，4叶片， Vs悬挂式电机轴朝上的三角带传动；电机功率为17KW。 第五章  空气预热器 1 、空气预热器简介 (1) 在炼油装置，一方面加热炉要产生大量烟气，另一方面进炉空气温度低，需要预热。空气预热器的主要作用就是是回收利用烟气余热,减少排烟带出的热损失,加热冷空气，减少加热炉的燃料消耗,同时,空气预热器的采用,还有助于实行风量控制自动控制,使加热炉在合适的空气过剩系数范围内运行,减少排烟量,相应地减少排烟损失和对大气的污染,由于采用空气预热器需强制通风,整个燃烧器封闭在风壳内,因而燃烧噪音也减少,同时也有利于高速湍流燃烧的高效新型燃烧器的采用,使炉内传热更趋于均匀。 (2) 常用的空气预热器形式有：“冷进料”、热油预热空气、管束式、回转蓄热式(再生式)、热管式。 “冷进料”和热油预热空气系统是一种不同于一般直接用烟气预热系统,它是将装置中的低温物料(原油)进入加热炉对流室、降低排烟温度,并且将常压塔侧线馏分油作为预热炉用空气的热源,这是把回收加热炉烟气余热与装置换热流程结合起来,提高加热炉热效率和装置热回收率的一种新办法。 管束式空气预热器结构较为简单,使用较广,但是空气入口处的低温部位管子容易受露点腐蚀,因此有的炼厂在这些部位已采用硅硼玻璃管进行防腐,但是玻璃管易碎,对安装、检修要求较高,所以未能够达到广泛应用. 回转蓄热式空气预热器耐腐蚀性能较好,但因有转动部分,容易损坏,密闭性差、漏风量大,造价较高,在国内采用不多. 热管式空气预热器是近年来应用最广泛的空气预热器，下面作详细讲解。 2 、热管式空气预热器 热管式空气预热器最主要的构件就是热管，下面对热管和预热器的特点进行分析。 2.1 热管 热管是一种良好的传热元件，它由简单的密闭金属管体、密封结构、工质三部分组成。热管本身既不能发热，也不能冷却，更不能储藏热量，但在管内真空状态下，充入管内的工质极易蒸发汽化。靠着液体的蒸发，蒸汽的流动、蒸汽的冷凝和回流的重复过程，进行热量的转移，工质是热的连接载体之一，其工作原理如图1 散 热              吸 热 冷凝段    工质      蒸发段 图 1 在炼油厂加热炉余热回收系统中采用的热管绝大部分是钢－水热管（部分为钢－萘热管），用水作为工质。水具有潜热大、热性能好、安全稳定、经济等特点，其适用范围一般为20～320℃,通过对工质增加添加剂、吸液芯等方面的改进，受热段介质温度可高达350℃左右。 2.2 热管式空气预热器的特点 热管式空气预热器可分为静态式、回转式、移动式热管预热器。在炼油厂管式加热炉余热回收系统中，选用的热管式空气预热器全是静态式热管预热器，它是典型的经济型热交换器，其结构见图2 它的特点有：                          图 2 (1) 制造、安装方便 在设计上多采用管箱式结构，蒸发段和冷凝段由中间设置的管板隔开，中间管板起着防止两种气体混合（漏气），同时也起着固定和支撑热管的作用。热管管体外部装有翅片，加大了传热面积。由于热管传热效率高，热管预热器一般体积和重量较其它型式的预热器小，适合在工厂整体制造。热管、管箱和中间管板属非固定连接，因此管箱和热管可以分开运输，这大大节省了运输费用；另外它的现场安装十分简便，可先将管箱与冷、热介质管道连接，装置开工前再将热管安装好，这样可避免热管本身受到损坏而影响整个余热回收系统的正常运转。 (2) 易于操作使用 热管本身依靠热段的工质蒸发，使之携带热量向上移动；在冷端工质释放出潜热而被冷凝，冷凝液依靠自身的重力向下移动，返回到热端，从而实现自身循环，达到传热目的。冷、热两端的介质用通风机和引风机牵引流动，以达到换热和余热回收的目的，因此易于操作管理，并稳定可靠。另外，进入预热器冷空气和高温烟气是由中间管板与热管本身上的密封支撑环的面接触而被隔开，避免了冷流与热流的直接接触。热管本身只是传热载体，在正常使用时，当部分热管失去作用或暴裂损坏后，不会发生冷、热介质的混合，不需要停下整个余热回收系统来更换和检修，这样就可以避免停工带来的损失。 (3) 维修方便 热管预热器的热管是由管子的环形物与中间管板进行面接触，通过热管本身的重力达到支撑和密封，不需要焊接或用其它方法密封。因此，在维修或停工检修期间，不需要使用大型的起吊设备，用人工就能非常容易的将热管抽出进行检测、清污、更换等，可大大降低检修费用；另外，当装置较长时间或长时间长期不运行时，也可将热管全部取出，水平放置于仓库中保存。 (4) 具有较好的经济效益 热管式空气预热器阻力降小、传热效益高。在相同的单位传热面积上，它的体积、重量均比其它型式的空气预热器小很多。它设计结构简单，可根据需要放置在地面、加热炉顶部钢结构上以及利用烟道和风道架在空中，使整个炉区布置紧凑，占地较小，符合装置投资少、能耗小、效益高、占地省的总体要求。 第六章    法兰、垫片与紧固件 1 、法兰 在炼油化工装置，大多数化工设备之间需要用法兰连接，一方面由于设备工艺中开孔接管连接的需要，另一方面也是为了设备制造、安装和检修的方便。连接形式中以法兰连接用的最普遍，常用法兰分类如下。 1.1 光滑面法兰（见图1） 图1 1.2 对突发兰（见图2） 图 2 1.3 凸凹法兰（见图3） 图 3 1.4 梯形槽法兰（见图4） 图 4 1.5 榫槽式法兰（见图5） 图 5 2 、炼油装置所用各种垫片 在炼油装置的实际生产中，影响装置长周期生产的一个主要因素是泄漏，尤其是法兰垫片泄漏，它不仅涉及到节能和环境污染，更重要的是关系到装置的长周期安全运转。炼油装置的生产具有连续性的特点，往往因为某一处的泄漏而造成装置非计划停工，使企业遭受重大的经济损失。因此，合理选用良好的垫片对装置长周期运行至关重要。 2.1 影响法兰密封的因素 法兰密封原理是：当密封面间的垫片靠外力压紧后，垫片本身产生弹性变形与塑性变形，填满密封面上微小的凹凸不平的间隙，使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧压差，即达到密封。但受到外界条件影响时，密封受到破坏，从而产生泄漏，影响密封的因素主要有以下几个方面： (1) 操作条件的影响 操作条件即压力、温度及介质的物化性质。在石油化工厂中，低压法兰较多，往往单纯的压力或介质因素对法兰泄漏的影响并不是最主要的，只有和温度联合作用时，问题才显得严重。在高温下介质粘度小，渗透性强，易促成渗漏。常温下介质粘度大的蜡油、重油等，在高温时有很强的渗透性，并对垫片和法兰的溶解和腐蚀作用加剧。同时，在高温时法兰、螺栓和垫片可能发生蠕变和应力松弛，致使密封松开，密封比压下降。一些非金属垫片在高温下加速老化或变质，甚至被烧毁，回弹量将下降，这样势必影响密封。有由于密封组合件各部分的温度不同，热膨胀不均匀，增加了泄漏的可能。若温度反复变化时，密封失效的可能性更大。 但是操作条件是由生产过程决定的，不能回避。因此只能从密封结构及垫片选材来解决。对中低压法兰密封，最经济的方法是靠垫片的回弹力补偿；在高温下要使法兰不泄漏，仍然靠垫片有足够的回弹力。 (2) 螺栓预紧力的影响 提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力，但过大的螺栓预紧力会使垫片失去弹性，甚至把垫片压坏或挤出，不能保证其在工作状态下有足够的弹性。另外，在实际安装中，难以控制螺栓预紧力的大小，拧紧螺栓顺序不当，也可造成垫片弯曲或缠绕垫解体。当密封所需预紧力一定时，采用减小螺栓直径、增加螺栓个数的方法对法兰密封有利。 (3) 垫片性能的影响 适宜的垫片变形和回弹力是形成密封的必要条件，垫片变形包括弹性变形和塑性变形。垫片材料是影响垫片性能的主要因素，若材料具有良好的弹性和柔软性，能很好地与密封面吻合，不因低温而硬化，也不因高温而软化或塑流，自然密封效果好。另外，机械强度、加工性能等都所影响。 (4) 法兰刚度的影响 法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因之一。刚度大的法兰变形小，并可使螺栓预紧力均匀地传递给垫片，提高法兰密封性能。但法兰刚度与很多因素有很多关，其中增加法兰厚度，减小螺栓中心圆直径，都能提高法兰抗弯刚度及抗变形能力。 (5) 密封面的影响 法兰密封面的形状和粗糙度应与垫片相配合，一般与金属垫圈接触的密封面，要求尺寸精度高，粗糙度在Ra6.3-3.2,而软质垫片的密封面精度可低些，粗糙度在Ra25-12.5即可，但密封面必须避免径向机械刻痕、毛刺和其他机械损伤。由此可见，密封面的平直度和密封面与法兰轴线的垂直度一定要保证好，这是保证垫片均匀压紧的前提，因此在设计、安装时要有严格的要求，另外要考虑管线热膨胀造成的推力或偏心力的影响。 2.2常用垫片的主要性能 炼油装置常用垫片有橡胶石棉垫、缠绕式垫片、金属包石棉垫、柔性石墨垫、金属波纹垫和八角、椭圆钢圈垫。 (1) 橡胶石棉垫 见图6，橡胶石棉垫使用量较多的一种垫片，可分为高、中、低压、耐油、耐酸、耐碱等种类，具有一定弹性。其中耐酸耐碱垫片一般用于250℃以下，国产号400号和英国“皇后牌”400号耐油橡胶石棉垫可用于250℃～350℃的油介质。当然由于石棉垫是一种含水的硅酸盐，当温度超过400℃时，会大量析出结晶水而老化，使垫片失去弹性，密封性能显著下降甚至丧失；另外由于石棉垫是一种纤维物质，在垫片中存在微小间隙并互相串通，从而形成“毛细管现象”而容易渗漏。 图 6 (2) 缠绕垫 见图7，缠绕式垫片是目前炼油装置应用最广泛、最多的一种垫片，它具有较好的弹性，强度高、不易损坏，适用于温度和压力有波动以及有冲击和有振动载荷得法兰联接中。由于非金属带夹在金属带之间，工作时又压紧在两法兰密封面之间，所以，即使在高温下脱水呈粉末状，仍然可以有效地工作。该垫片可用于压力6.4Mpa，温度500℃以下的油、油气、蒸汽、烟气等介质条件下，若使用铬镍合金材料做外壳，使用温度可达550℃～650℃。缠绕式垫片的安装要求比其它非金属垫片高，如果安装不妥，容易造成压偏或翻边；拧紧力过量和不均匀时，垫片失去弹性补偿能                图 7 力，此时它比石棉垫片更容易出现泄漏，一旦出现泄漏便不可补救。该垫片分带外环、带内环和内外环等形式。金属外壳有08、15号钢和不锈钢，非金属带有石棉、柔性石墨等。断面结构有V形和W形两种，视操作条件选用。 (3) 金属包垫 金属包垫是一种复合型垫片，它兼有金属的强度高，韧性好，耐高温，抗腐蚀特点，又具有非金属的回弹性高，压缩性好的特点。可以根据密封结构的需要，制成形状各异的垫片。由于其整体刚性好，最大直径可达5m,最小直径可达15mm。根据介质等工况的不同，外包覆金属可以采用软铁、各类不锈钢、铝、铜、钛等，内填充材料可以采用石棉、陶瓷纤维、柔性石墨、聚四氟乙烯等。金属包覆垫片是一种使用较早，国内外都在采用的传统垫片。一般用于水蒸气、油气、热油品、溶剂等介质的管道法兰、压力容器、换热器等开口部位的密封，已及助燃机、压缩机等气缸盖等的密封上，该垫片使用的工况随选用材质而异，最高温度可达450℃，最高工作压力为4.0 Mpa。但当压力、温度再高时，垫片容易发生“横流现象”，即垫片的金属外壳和填充材料一起发生较大的平行于法兰面的横向塑性变形，使垫片的回弹力消失而使密封破坏。 从金属包覆垫片结构特点及适用范围来看，这种垫片应受到密封界的重视，其市场占有率应有较大的提高。近年来，由于一些新结构垫片出现（如柔性石墨增强垫、波齿复合垫），加上某些金属包垫制造不规范，在使用中其密封效果不够理想，一度受到冷落，其实，金属包垫具有其它垫片不同取代的特点，如它不污染介质，可以重复使用，特别是波形金属包垫，其密封性能不低于其它垫片，且可加工成为各种复杂形状，大直径波形包垫整体刚性好，安装运输方便，更为其他类型所不及。 (4) 柔性石墨垫片（膨胀石墨垫） 柔性石墨垫是70年代出现的一种密封材料，它具有熔点高、自润性好、膨胀系数大、耐高温、耐低温、耐腐蚀并具有特殊的柔性。在高温下，不会因长期与密封面紧密接触而发生粘合现象，能保证密封的可靠性。但该垫片刚性较差，变形量大，在搬运过程中难度较大，限制了它的使用。目前很少单一使用它，一般与金属材料复合用。 (5) 金属波纹垫 金属波纹垫属于挠性垫片，常用黄铜、铜、铜镍合金、蒙乃尔合金、铝等金属薄板制成，可以根据需要制造成任何形状和尺寸，其密封机理是依赖垫片波峰与法兰密封面之间的线接触，由于线接触形成较高的局部密封应力，垫片产生弹性变形，从而补偿法兰密封面的凹凸不平，达到密封的目的。一般要求在法兰密封面上至少有三个垫片波纹，这样可形成多道迷宫式密封，这种波纹密封比平垫片密封效果好。 为了进一步改善密封性能，除裸形金属波纹垫片外，还可在薄形金属的上下覆上石棉或者加橡胶石棉编织袋，或者在金属波纹间填充石棉、柔性石墨。 金属波纹垫片可用于密封水蒸汽，水、空气和油品、垫片的金属材料要根据所封闭的介质性质和工作温度来选择，此类垫片最高温度可达600℃，最高工作压力为10.0Mpa. (6) 波齿复合垫片      波纹垫片是传统的垫片，国外用的较广泛，而国内却没有得到推广。近年来密封件厂家在波纹垫片基础上，开发波齿复合垫，它由金属性骨架与膨胀石墨材料复合而成，见图8。 这种垫片的主体系特殊设计的波齿金属骨架，在其上复合一层适当的膨胀石墨材料，最终形成整体的垫片。由于整个金属骨架成波纹状，又带尖齿，故名为波齿复合垫。使用时通过法兰螺栓的压紧，其上复合的石墨软材料被压入齿槽,以及金属骨架上下表面的环形齿锋与法兰面之间形成的环形封闭空间里，由此形成了多道金属线密封和膨胀石墨密封的双重密封作用，因此可以说，            图 8 波齿复合垫综合了金属波纹垫片的回弹性、齿形金属垫片的金属线密封和膨胀石墨材料的优良密封性，因而具有密封性能优异、回弹性好、密封寿命长，安全可靠性高，使用安装方便，适应性广和经济性好等一系列特点，成为综合性能非常优异的新一代法兰垫片，已被广泛应用与石油化工等行业的法兰连接设备和管道的密封上。 分析波齿复合垫片的结构问题，石墨必须充满波齿环的波谷，其承载能力与回弹能力才能提高，建议在垫片出厂前进行预压缩，使膨胀石墨纸填充波齿环的波谷，以便使用时具有稳定性能。至于预压缩应力的大小，应根据金属波齿环谷尺寸和石墨纸厚度等因素来确定。 (7) 八角垫和椭圆垫 八角垫和椭圆垫的密封结构是在开有梯形槽的法兰密封面内放入八角形或椭圆形(一般加工成长圆形)截面的金属环形垫圈,如图9。 其中八角形用得较多,而椭圆形密封效果好,但加工较困难。八角形垫和椭圆形垫在我国石油行业又俗称“土钢圈”。这种密封属于自锁式密封，它的密封面窄，对螺栓载荷要求不太大，密封面的表面粗糙度要求不太高，但却能封住很高的压力，且不存在老化变形问题。 八角垫和椭圆垫加工困难，制造成本较高，但是它用于高温            图9 高压环境特别有效，尤其适用于压力、温度波动大的工况，是其它垫片所不能及的。值得注意的是，八角垫和椭圆垫在高温条件下使用时，由于垫圈和法兰面存在膨胀系数的差异容易引起泄漏，因此选择钢圈材料时必须予以考虑。 2.3 垫片选用原则 由于影响法兰密封的因素较多，因此选用垫片时，必须对各种垫片的密封性能、操作条件以及密封面的型式、结构的繁简、装卸的难易、经济性等因素进行全面分析。其中操作条件（压力、温度、介质）是影响密封的主要因素，是选用密封的主要依据。例如：在真空条件下操作的换热器，不允许使用橡胶石棉垫；临氢装置的换热器，应选用金属垫片、缠绕式垫片或金属包垫。一般来说，垫片所用金属材料的抗氢和耐腐蚀能力，应等于和高于密封面材料的性能。当设计温度≥450℃时，应采用稳定型不锈钢；低于450℃时，可采用非稳定型不锈钢；在有腐蚀条件下，选用对法兰材料呈阳性的垫片材料，使垫片受腐蚀。 下面是各种条件下垫片的选用： 介质 条件 操 作 条 件 垫 片 公称压力 MPa 介质温度 ℃ 名 称 材料 油 品 液化气 溶 剂 催化剂 1.6 ≤200 耐油石棉橡胶垫 耐油石棉橡胶板 201～300 缠绕式垫片 08#刚带-石棉垫 2.5 ≤200 耐油石棉橡胶垫 耐油石棉橡胶板 201～350 缠绕式垫片 08(15)#刚带-石棉垫 351～450 波形铁包石棉垫 马口铁(镀锡钢板)-石棉板 451～550 合金钢缠绕式垫片 0Cr13 1Cr13 2Cr13 4.0～6.4 ≤350 缠绕式垫片 08(15)#刚带-石棉垫 351～450 波形铁包石棉垫 马口铁镀锡钢板 451～550 合金钢缠绕式垫片 0Cr13 1Cr13 2Cr13 551～600 合金钢缠绕式垫片 1Cr18Ni19Ti-柔性石墨 6.4～16.0 ≤350 椭圆形(八角形)截面垫圈，透镜垫 08(10)#刚 351～450 451～550 椭圆形(八角形)截面垫圈，透镜垫 1Cr18Ni19Ti 蒸 汽 1.0 ≤150 中压石棉橡胶垫 中压石棉橡胶垫 1.6 151～250 缠绕式垫片 08(15)#刚带-石棉垫 2.5～4.0 ≤350 波形铁包石棉垫 马口铁镀锡钢板 351～450 橡胶垫片 橡胶板 水 盐 水 ≤1.6 ≤60 中压石棉橡胶垫 中压石棉橡胶垫 ≤150 1.6～6.4 100 椭圆形(八角形)截面垫圈 08(10)#刚 碱 液 ≤1.6 ≤60 中压石棉橡胶垫 中压石棉橡胶垫 压缩空气 ≤1.6 ≤200 中压石棉橡胶垫 中压石棉橡胶垫 气、液态氨 2.5 150 中压石棉橡胶垫 中压石棉橡胶垫           3 、紧固件 法兰连接用的紧固件通常有单头螺栓（也称六角头螺栓）和双头螺栓、螺母和垫圈等零件，见图10和图11。 图10 图 11