作者：陈星 主编 张慧、杨姝 副主编
出版社：化学工业出版社
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化工设备维护与维修试读：
前言
前 言本书是为了满足高等职业教育培养高技能人才的目标，以“工学结合”为出发点，以德国项目化教学法为依托，结合化工装备技术专业课程体系改革编写的。本书从就业的工作岗位及典型的工作任务出发，分析学生应具备的能力、知识和素质，将真实的工作任务转化为学习任务，有针对性地选择内容。在学术研究上，引入了最新的国家标准和行业标准规范，使知识点准确和明确。在内容上，偏重于实际操作，尽量做到通俗易懂，便于职业院校学生和企业操作工人阅读。
本书主要介绍常用化工设备的维修、维护与安装。按照项目化教学改革的思路，选取化工设备维修维护与安装的典型项目，主要包括化工管道的维护与维修、换热器的安装与维修、塔设备的安装与维修、反应器的安装与维修、储罐的安装与维修。在每个项目的执行过程中，选取具备可执行性的子项目。为了保证项目的顺利实施，本书介绍了实用性较强的相关知识，包含维修知识、安装知识、日常维护知识等，其间穿插了常用维修及安装机器的选择与使用知识。同时介绍了项目实施的方案，方案充分考虑院校的实训条件，更具备可操作性。在编写过程中引入了化工管道和储罐的内容，这两项在实际生产中的维修量越来越大，因此进行说明和介绍。内容主要来源于化工设备安装检修的国家标准和规范、石油化工行业规范、化工检修钳工国家职业标准、化工厂机械维修手册等。
本书的特点还在于项目实施的方案借鉴了德国“双元制”教育中的项目化教学法，按照信息与导入、计划、决策、实施、检查、评估与优化的六个步骤进行，充分调动学生的积极性，参与项目。为此，本书提供的知识是围绕项目实施的内容，并考虑了工作质量、工作安全及环境保护。
在编写过程中，我们力求做到内容精炼、深入浅出，便于教学和学生自学。
本书共分五个项目，由陈星主编，张慧、杨姝副主编，张郡洢、彭勇参加编写。盘锦职业技术学院副院长李辉主审。李辉、魏翠娥参与了编写提纲的审定、教材的审稿。本书由张慧编写项目四，杨姝、张郡洢编写项目五，彭勇编写附录部分，其余部分由陈星编写，全书由陈星统稿。书中不妥之处，恳请各位读者予以批评指正。编 者 2018年6月绪 论
化工生产是以流程性物料（气体、液体、粉体）为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。化工生产过程与化工机械装备密切相关。化工机械是化工生产得以进行的外部条件。如介质的化学反应，由反应器提供符合反应条件要求的空间；质量传递通常在塔设备中完成；热量传递一般在换热器中进行；能量转换由泵、压缩机等装置承担。近年来，随着化工机械技术的发展和进步，促进了新工艺的诞生和实施，促进了化工工艺过程的发展。
化工机械通常可分为化工设备和化工机器两大类。化工设备指静设备，如塔器、换热器、各类储罐等；化工机器指动设备，如各种泵、压缩机等。这些机械在使用中的状态，直接影响到化工生产能否顺利进行，因此，机械设备的安装与维护保养工作就显得尤为重要。本书主要介绍化工设备的维护与维修。一、化工生产的特点
与其他工业生产相比，化工生产具有其自身的特点。
1.生产连续性强
由于化工生产所处理的大多是气体、液体和粉体，便于输送和控制，处理过程如传质、传热、化学反应可连续进行，生产过程大都在管道和容器内连续进行，因此化工生产过程一般采用连续的工艺流程。
2.生产条件苛刻
①易燃、易爆和有毒、有腐蚀性的物质多。我国经常使用和生产的化工物品（包括产品、原材料和中间产物）大约有两万多种，其中70%以上的化学物品属于易燃、易爆、有毒和有腐蚀性的化学危险品，这些介质一旦泄漏，就会造成环境的污染，甚至发生火灾、爆炸、中毒或烧（灼）伤等事故。
②高温、高压、低温、负压的设备多。根据不同的工艺条件要求，介质的温度和压力各不相同。介质的温度从深冷到高温，压力从真空到数百兆帕。多数化工生产过程都离不开高温、高压、低温、负压等，所使用的设备50%以上属于压力容器。
③工艺复杂、操作要求严格。化工生产过程按作用原理可分为质量传递、热量传递、能量传递和化学反应等若干类型，同一类型中的功能原理也多种多样，所使用化工设备的用途、操作条件、结构形式也千差万别。此外，化工产品的生产还具有工序繁多、连续性强的特点，每个工序或操作单元包含有许多特殊要求的设备和仪表，对操作的要求十分严格，在操作上微小的失误，就有可能导致不幸事故的发生。
④“三废”多、污染严重。化工生产的过程总是伴随着废气、废水、固体废物的不断产生，如果处理不及时，或者没有进行处理，不但对环境造成污染，也存在许多潜在的不安全因素，会危害人体健康或引起中毒、着火、爆炸等灾害性事故。
⑤生产的技术含量高。现代化工生产既包含了先进的生产工艺，又需要先进的生产设备，还离不开先进的控制与检测手段。因此，生产技术含量要求高。并呈现出学科综合，专业复合，化、机、电一体化的发展态势。二、化工生产对化工设备的基本要求
1.安全性能要求（1）足够的强度 材料强度是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度指标。化工设备是由材料制造而成的，其安全性与材料的强度紧密相关。在相同的设计条件下，提高材料强度，可以增大许用应力，减薄化工设备的壁厚，减轻重量、便于制造、运输和安装，从而降低成本，提高综合经济性。对于大型化工设备，采用高强度材料的效果尤为显著。（2）良好的韧性 韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。由于原材料制造（特别是焊接）和使用（如疲劳、应力腐蚀）等方面的原因，化工设备的构件常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。如果材料的韧性差，就可能因其本身的缺陷或在波动载荷作用下发生脆性破断。（3）足够的刚度和抗失稳能力 刚度是化工设备在载荷作用下保持原有形状的能力。刚度不足是化工设备过度变形的主要原因之一。例如，螺栓、法兰和垫片组成的连接结构，若法兰因刚度不足而发生过度变形，将导致密封失效而泄漏。（4）良好的抗腐蚀性 过程设备的介质往往是腐蚀性强的酸、碱、盐。材料被腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，而且有可能导致组织和性能的改变。因此，材料必须具有较强的耐腐蚀性能。（5）可靠的密封性 密封性是指化工设备防止介质泄漏的能力。由于化工生产中的介质往往具有危害性，若发生泄漏不仅有可能造成环境污染，还可能引起中毒、燃烧和爆炸。因此密封的可靠性是化工设备安全运行的必要条件。
2.工艺性能要求（1）达到工艺指标 化工设备都有一定的工艺指标要求，以满足生产的需要。如储罐的储存量、换热器的传热量、反应器的反应速率、塔设备的传质效率等。工艺指标达不到要求，将影响整个过程的生产效率，造成经济损失。（2）生产效率高、消耗低 化工设备的生产效率用单位时间内单位体积（或面积）所完成的生产任务来衡量。如换热器在单位时间单位传热面积的传热量、反应器在单位时间单位容积的产品数量等。消耗是指生产单位质量或体积产品所需要的资源（如原料、燃料、电能等）。设计时应从工艺、结构等方面来考虑提高化工设备的生产效率和降低消耗。
3.使用性能要求（1）结构合理、制造简单 化工设备的结构要紧凑、设计要合理、材料利用率要高。制造方法要有利于实现机械化、自动化。有利于成批生产，以降低生产成本。（2）运输与安装要方便 化工设备一般由机械制造厂生产，再运至使用单位安装。对于中小型设备运输安装一般比较方便，但对于大型设备，应考虑运输的可行性，如运载工具的能力、空间大小、码头深度、桥梁与路面的承载能力、吊装设备的吨位等。对于特大型设备或有特殊要求的设备，则应考虑采用现场组装的条件和方法。（3）操作、控制、维护简便 化工设备的操作程序和方法要简单，最好能设有防止错误操作的报警装置。设备上要有测量、报警和调节装置，能检测流量、温度、压力、浓度、液位等状态参数，当操作过程中出现超温、超压和其他异常情况时，能发出警报信号，并可对操作状态进行调节。
4.经济性能要求
在满足安全性、工业性、使用性的前提下，应尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行，以获得较好的经济效益。三、化工设备维护与检修工作内容
化工设备维修工作是化工生产中的一项很重要的工作，在化工企业中占有十分重要的地位。由于化工生产过程的连续性，化工设备需要按工艺流程依次相连，其操作条件从高温到低温，从高压到高真空，工作范围很广，所处理的物料又多具有易燃、易爆、有毒等特点。因而化工设备一旦发生故障，不但会造成整个生产系统停产，而且会引起着火、爆炸、中毒、灼伤等事故，设备事故会给生产带来重大经济损失。做好化工设备的维护检修工作，提高化工设备的使用可靠性，在经济上和安全上都是极为重要的。
对化工设备进行经常性的维护、检查和修理，是为了防患于未然，使化工设备处于良好的状态，使化工生产能持续、稳产高产、安全地进行下去。
1.化工设备连续运行中的维护与检查
此项工作又称为日常保养，它是维护检修技术的重要组成部分。从经济效果来看，化工生产装置应尽可能做到长周期连续运转，即便是需要停车检修，也应做到合理和按计划进行。对运行中的化工设备进行维护与检查，目的在于延长设备的使用寿命，及早发现影响设备性能的因素和可能出现的缺陷或故障，并采取适当措施，尽量避免因事故造成的非计划停车，使设备经常处于完好状态，做到长周期连续安全运行。此外，做好运行中的维护与检查，还能为停车检修提供依据，使检修工作迅速，缩短停车时间。
在连续运行中对化工设备进行检查，通常又可分为防止性检查和预测性检查两种。防止性检查主要是靠人的五官感觉，随时观察设备运行情况，目的是及早发现运行中的异常现象。预测性检查主要是指有计划地对设备进行定点壁厚测定、检查污垢堆集情况和表面腐蚀情况，以及进行缺陷探伤等工作，其目的是对设备的优劣及发展倾向作出判断，并找出合理的修理周期，必要时需进行不停车的应急修补工作。
2.运行中的物理、化学监控
运行中的物理、化学监控是指对设备运行中的各项工艺指标所进行的控制。应严格遵守操作规程中的压力、温度、流量、物料成分、pH值、电导率以及冷却水的质量等所允许的范围操作。若工艺指标控制不当，常使设备过早出现缺陷或故障。
运行中的物理、化学监控主要由设备操作人员进行，为做好此项工作，要求操作人员能通过五感和仪表（必要时须依靠化工分析），随时掌握和调整工艺指标，并填写操作记录，而且还要熟悉设备的结构、性能等等。其目的在于大致判断出设备可能存在的缺陷，以便为进一步检查提供依据。例如设备运行中存在的泄漏、污物堵塞、水垢堆积、冷凝水排放不畅等缺陷，在压力、温度、流量、物料成分等工艺指标方面均会有所反映。
化工设备运行中经常性检查的项目见表0-1。表0-1 化工设备运行中经常性检查的项目
3.停车后的检查和修理
由于化工设备运行中检查尚有一定局限性，对设备的某些检查仍需在停车后进行。而且运行中检查所发现的问题，有时还需通过停车、拆卸和进一步检查来证实，故停车后的检查被作为判断故障的最后手段。停车检修，其根本目的在于用最短的时间，判断并消除设备存在的缺陷或故障，恢复设备的生产能力和效率。
4.化工机械的检修制度
化工行业中化工机械的检修制度（即对化工机器和设备进行检查和修理的制度）与其他行业不同。化工行业目前普遍实行的是预防检修（简称PM，预检修）制度。即化工机器和设备是按照预先制定好的计划来进行检查和修理的。每一台（类）化工机器的正常运转周期是固定的、是人为地根据估算和经验制定出来的。预检修制度中，针对各种不同的机器和设备，制定出它们各自的检修间隔期、检修工期和检修类别。（1）检修类别 对于化工机械，按其检修规模，大致可将检修类别分为小修、中修、大修和抢修。检修类别不同，其检修内容也不同。
①小修。小修是检查性修理，其内容较少，主要是对机器或设备进行检查、维护和保养。清洗、更换和修复少量容易磨损、松动、锈蚀的零部件或部位，检查疏通润滑油系统，更换密封填料。对机器或设备的外围零件进行较简单的修理或更换。
②中修。中修是对机器或设备的内、外部零件进行比较详细的检查、修理或更换的过程。对设备主要部件及设备主件，进行检查和局部修理，并更换不能使用到下一个检修周期的零部件；对机器或设备进行中修时，往往也包含小修的内容。
③大修。大修是对机器或设备的所有零部件进行检查、测量、判断、修理与更换的过程。对单机设备进行恢复性的修理，应严格执行大修方案，大修后一般应达到完好标准；定型设备全部拆卸和更新主要部件，其修理费占设备原值的40%～70%，超过70%的则应列入更新计划，即予以报废。除此之外，还包含对机器或设备的附属设备、电器仪表、辅助装置、润滑装置、管道阀门、机座和混凝土基础等的修理内容，最后还要对机器或设备进行防腐涂漆。大修是对机器或设备进行的全面的、彻底性的修理。检修内容是按照机器或设备的检修规程制定出来的。
④抢修。抢修是针对正常生产中出现的设备问题进行恢复性修理，强调时效性；其内容可能包括小、中、大修的部分或全部内容。（2）检修间隔期 检修间隔期也叫正常运转周期，它是指一台机器相邻两次检修工作之间时间间隔的长短。同一台（类）机器或设备的检修间隔期是相同的，不同的机器有不同的检修间隔期。一般情况下，检修间隔时间的终止，就是这台机器应该进行检修的时间。检修间隔期有长有短。即使同一台机器，其检修间隔期的长短，也不尽相同，它与检修类别有直接的关系。通常情况下，化工机器检修间隔期的规定如表0-2所示。表0-2 化工机器的检修间隔期
检修间隔期是一个严格的时间概念。当某一台机器只要运行时间达到了检修间隔期，则不论这台机器是正在运行，或者已经停产，也不论是完好无损，或者是已经有所损伤，一律都要按计划进行停车检修。
需要说明的是，一般当年进行过大修就不进行中修，当月进行过大、中修，就不进行小修，隔三个月后再进行小修。（3）检修工期 检修工期（也称修理时间）是化工检修钳工对化工机器和设备进行检查、维护、修理时，所需要的实际工时。检修工期过长，会贻误化工生产，甚至使化工生产不能持续进行。因而，在保证维修质量的前提下，应尽量缩短检修工期，使修复的化工机器能尽快地用于化工生产。通常情况下，化工机器的检修工期如表0-3所示。表0-3 化工机器的检修工期四、化工设备安装的基本工序
各种不同类型的设备千差万别，其安装方式虽然很多，但安装过程却有共同之处。一般安装过程可分为以下几个工序：项目一 化工管道的维护与维修
在石油化工企业中，为了实现石油化工工艺的各种单元操作，构成完整的生产工艺系统，各种机器、设备都是借助管道连通。管道成为石油化工生产的大动脉，是化工设备的重要组成部分。同机器、设备一样，管道的安装、维护和检修工作，是石油化工生产中不可忽视的重要环节。
化工管道系统的维护与维修项目的实施以行动为导向，按照项目化教学法的六个步骤实施。每一个子项目都包括完整的行动模式，即信息与导入、计划、决策、实施、检查、评估与优化。子项目一 管道拆装实训装置维修项目实施
本项目来源于企业的检修实践。在企业大检修过程中，化工检修车间工人需要对现场存在问题的阀门进行修理、更换，也需要对现场存在泄漏问题的法兰连接部分进行修理，对损坏的垫片进行更换。此外，在检修中，还会有部分新增管路需要进行配管和加工。根据工作岗位的实际工作，以校内流体输送管道拆装实训装置为依托，完成管道图识读、管道系统零件统计、更换法兰垫片、利用盲板对设备进行隔离、管道的拆除与组装、管道试压等。通过对各项工作任务实施和训练，使学生掌握管路系统维修技能。项目实施的具体内容见表1-1。表1-1 管道拆装实训装置维修项目实施方案知识链接知识点一 化工管道基本知识
管道是指由管道元件连接或装配而成，在生产装置中用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。管道元件是指连接或装配成管道系统的各种零部件的总称。包括管道组成件、管道支承件、安全装置和附属设施等。一、管道元件的DN（公称尺寸）和PN（公称压力）
按国家标准GB/T 1047—2005《管道元件 DN（公称尺寸）的定义和选用》规定，DN（公称尺寸）的定义为：用于管道系统元件的字母和数字组合的尺寸标识。它由字母DN和无因次的整数数字组成。这个数字与端部连接件的孔径或外径（用mm表示）等特征尺寸直接相关。除另有规定外，字母DN后面的数字不代表测量值，也不用于计算。DN与我国工程界惯称的“公称直径”的含义相同。
按国家标准GB/T 1048—2005《管道元件——PN（公称压力）的定义和选用》规定，PN（公称压力）的定义为：与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关，用于参考的字母和数字组合的标识。它由字母PN和无因次的数字组成。PN后的数字不代表测量值，不应用于计算，除非有关标准中另有规定。除与相关标准有关联外，PN不具有意义。具有相同PN和DN数值的所有管道元件同与其相配的法兰应具有相同的配合尺寸。二、管道组成件
用于连接或装配管道的元件。包括管子、管件、管法兰、盲板、密封组件、紧固件、阀门、热补偿器、安全保护装置以及诸如膨胀节、挠性接头、耐压软管、疏水器、过滤器、管路中的节流装置和分离器等。
1.管子（1）管子的表示方法
①用公称直径DN来表示。例如：DN100。公称直径既不是管子内径，也不是管子外径，是为了实现化工管道标准化而规定的数值。凡是同一公称直径的管子，外径必定相同，但内径则因壁厚不同而异。例如，ϕ57mm×3.5mm和ϕ57mm×4.5mm的无缝钢管，都称为公称直径为50mm的钢管，但它们的内径分别为50mm和48mm。
公称直径和公称压力都是管道标准化的指标，主要是为了简化管子、管件的品种规格，统一管子、管件的主要参数与结构尺寸，便于成批生产，使产品具有互换性，以满足设计、安装、维护、检修工作的需要。
②用外径来表示。用管子的外径和壁厚来表达管子的规格。常用于无缝钢管和有色金属管。
例如：ϕ108×6。其中ϕ表示直径，108为管子外径，6为管子壁厚。
③用英寸来表示。水煤气钢管的公称直径用英寸（符号in）表示，有1/8″、1/4″、3/8″、1/2″、3/4″、1″、1.25″、1.5″、2″、2.5″、3″等。
在英制单位中，1英寸等于8分，常说的4分管是指二分之一英寸，6分管是指四分之三英寸，1in等于2.54cm。（2）管子的材料及其选用 在选用管子时，必须考虑被输送物料的性质和它的腐蚀性，同时也应考虑物料状态和压力，在不同的温度及压力范围内，管子必须能保持一定的机械强度。管子选用的材料，视所输送物料性质而定，常采用的材料有灰铸铁、碳钢、有色金属、橡胶、玻璃、塑料等。
①金属管。金属管在化工管路中应用极为广泛，常用的有铸铁管、钢管、有色金属管。
a.铸铁管：普通铸铁管由灰铸铁铸造而成。灰铸铁用于制造普通的阀件、管件以及受压较小的管子。铸铁管及其管阀件常用作埋入地下的给排水管、煤气管道以及有腐蚀性物料的管路。
b.钢管：用于制造钢管的常用材料有普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和不锈钢等。按制造方式又可分为有缝钢管和无缝钢管。
有缝钢管又称为焊接钢管，一般由碳素钢制成。表面镀锌的有缝钢管称镀锌管或白口管，不镀锌的称黑铁管。有缝钢管常用于低压流体的输送，如水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液等。
无缝钢管质量均匀、品种齐全、强度高、韧性好、管段长，是工业管道中最常用的管材。按轧制方法不同，无缝钢管分为热轧管和冷轧管两种。冷轧管的外径为ϕ5～200mm，长度为1.5～9m；热轧管的#外径为ϕ32～600mm，长度为3～12.5m。无缝钢管的材质常用10、#20、16Mn、09Mn2V、12CrMo、15CrMo等。
不锈钢无缝钢管常用材质有0Cr13、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。冷轧管的外径为ϕ6～200mm，长度为1.5～8m；热轧管的外径为ϕ54～480mm，长度为1.5～10m。
c.有色金属管
铜及铜合金管：铜管有紫铜管和黄铜管两种，紫铜管含铜量为99.5%～99.9%。黄铜管材料则为铜和锌的合金。铜管的常用规格为：外径ϕ5～155mm，长度为1～6m，壁厚1～3mm。铜管导热性能好，大多用于制造换热设备、深冷管路，也常用作仪表测量管和液压传输管路。
铝及铝合金：铝管常用工业纯铝制造。铝合金管则多采用5A02、5A03、5A05、5A06、3A21、2A11等制成。由于铝及铝合金具有良好的耐腐蚀和导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质，还可以用于输送硝酸、乙酸、磷酸等腐蚀性介质，但不能用于盐酸、碱液等含氯离子的化合物。铝及铝合金的使用温度一般不超过150℃，介质压力不超过0.6MPa。
②非金属管
a.塑料管：在非金属管路中，应用最广泛的是塑料管。塑料管种类很多，分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。属于热塑性的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚甲醛管等。属于热固性塑料的有酚醛塑料管等。塑料管的主要优点是耐蚀性能好、重量轻、成型方便、加工容易，缺点是强度较低，耐热性差。
b.橡胶管：橡胶管用天然橡胶或合成橡胶制成。按性能和用途不同有纯胶管、夹布胶管、棉线纺织胶管、高压胶管等。橡胶管重量轻、挠性好，安装拆卸方便，对多种酸碱液具有耐腐蚀性能。橡胶管为软管，可任意弯曲，多用来作临时性管路和某些管路的挠性连接件。橡胶管不能用作输送硝酸、有机酸和石油产品的管路。
2.管件
管件是将管子连接起来的元件，使管子变径、改变介质流向等作用，管件按制造方法或制造材料分为无缝管件、有缝管件、锻制管件、金属管件和非金属管件等。按功能可分为直通、三通、四通、弯头、短管、异径管、活接头、翻边短节、金属波纹膨胀节、PE管件、堵头、封头等。
管件在选用时，应遵守相应的国家标准或行业标准，其压力级别（公称压力）、公称尺寸、材质和介质要与管材要求相符或高于其要求。（1）弯头 弯头的作用主要是用来改变管路的走向，如图1-1所示。弯头可用直管弯曲而成，也可用管子组焊，还可用铸造或锻造的方法制造。弯头的常用材料为碳钢和合金钢。弯头的形状常有45°、60°、90°、180°等。图1-1 弯头示意图（2）三通 当管路之间需要连通或分流时，其接头处的管件称为三通，如图1-2所示。三通可用铸造或锻造方法制造，也可组焊而成。根据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三通。接头处的管件除三通外，还有四通、Y形管等。图1-2 三通（3）短管和异径管 为了安装、拆卸的方便，在化工管路中通常装有短管。短管两端直径相同的称等径管，两端直径不同的称异径管。异径管可改变流体的流速。短管与管子的连接通常采用法兰或螺纹连接方式，也可采用焊接。短管与异径管的结构形式如图1-3所示。图1-3 短管和异径管
3.管法兰、盲板与密封组件
管法兰、垫片用于管道组成件可拆连接点处相邻元件间的连接，主要分为钢制法兰、铸铁法兰、非金属材料法兰、石棉橡胶垫片、橡胶密封圈、金属环垫片、石墨复合垫片、缠绕式垫片等。
管法兰、盲板及密封组件是为了满足生产工艺要求，用于管道组成件可拆连接点处相邻元件间的连接，或者为了制造、安装和检修方便而采用的一种管道连接形式。为使连接接头能安全运行并获得满意的密封效果，选用时要对管法兰的结构形式、密封面形式、垫片的材料和结构形式、紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑，正确选用。管法兰已标准化，使用时可根据公称压力和公称直径选取。管法兰的选用可按照国家标准GB/T 9112—2010《钢制管法兰 类型与参数》执行。垫片的选用和紧固件的选用可按照相应的国家标准执行。
4.阀门
阀门是控制或调节介质流动量的压力管道元件。管路中使用不同种类的阀门，可起到控制流体的压力、流向、流量的作用，也可以起到截断或连通管路、引出支路、降压、汽水分流等作用。阀门的结构见子项目二中的知识点一。
5.热补偿器
为了保证管路的安全运行，对工作温度与安装温度差超过极限温度变化量的管路，都应考虑热变形的补偿问题。管路的补偿方式有自动补偿和补偿器补偿两种。（1）自动补偿 是利用管路本身自然弯曲管段的弹性变形来吸收热变形的补偿方式。常见的管段自动热补偿如图1-4所示。图1-4 常见的管段自动热补偿法L—管段垂直方向原始长度；L—管段水平方向原始长度；ΔL—管段垂直方向长度的变化121量；ΔL—管段水平方向长度的变化量；p—管段水平方向的温差载荷22（2）补偿器补偿 当管路的冷热变形量大，管路本身的自动补偿能力不够时，就必须在管路中设置补偿器进行补偿。补偿器有以下几种。
①回折管式补偿器：是将直管弯曲成一定几何形状而制成的，常见的有弓形和袋形，分别如图1-5和图1-6所示。这种补偿器的补偿原理是利用刚度较小的回折管弹性变形量来吸收连接在其两端的直管冷热变形量。图1-5 弓形（π）回折管式补偿器图1-6 袋形（Ω）回折管式补偿器
②波形补偿器：是利用金属薄壳挠性构件的弹性变形来吸收管道的热伸长量。根据其形状，可以分为波形、鼓形和盘形等几种，如图1-7所示，其中使用较多的是波形补偿器。图1-7 波形补偿器形式
③填料式补偿器：又称套管式补偿器，按结构不同，分为单向活动和双向活动两种，其结构分别如图1-8和图1-9所示。它们的补偿原理是相同的，都是靠插管在套管内的自由伸缩来补偿管路的冷热变形量，在套管与插管间有密封填料，以阻止介质泄漏。图1-8 单向活动的填料式补偿器1—插管；2—填料压盖；3—套管；4—填料图1-9 双向活动的填料式补偿器
④球形补偿器：结构如图1-10所示。它是利用补偿器的活动球形部分角向弯转来吸收管道的热变形量，它允许管子在一定范围内相对转动，因而其两端直管可以不必严格地在一直线上，适用于有三向位移的管道。这种补偿器结构紧凑，占用的空间小。图1-10 球形补偿器
6.安全保护装置和附属设施
安全保护装置和附属设施是预警、泄压、控制等保障管道安全运行，或者预防外界对管道破坏的装置。安全保护装置和附件包括安全阀、减压阀、压力表、温度计、爆破片和紧急切断阀等。附属设施包括视镜、过滤器、分离器、阴极保护、泵站、阀站、监控系统等。知识点二 管道连接方式与方法
管道的连接包括管子与管子的连接，管子与各种管件、阀门的连接，还包括设备接口处的连接。管路连接的常用方法有焊接连接、法兰连接、螺栓与螺母、螺纹连接、承插连接等方式。一、焊接连接
焊接连接属于不可拆的连接方式。采用焊接的连接强度高、密封性好、结构简单、不需要配件、成本低、使用方便，可用于各种压力、温度下的管路，故在化工生产中得到广泛应用。缺点是不能拆卸。
管道焊接应按现行国家标准GB 50236—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》的有关规定执行。
焊缝位置应符合下述规定：
①在管道的直管段上两焊口的距离不能太近，当管子的公称直径大于或等于150mm时，两焊口之间的距离不应小于150mm，当管子公称直径小于150mm时，两焊口之间的距离不应小于管子的外径。
②对于弯管的状态，焊缝距离弯管的起弯点不得小于100mm，且不得小于管子外径尺寸。
③对于钢卷管，卷管的纵向焊缝应位于易于检修的位置，不应将纵焊缝置于底部。
④对于管子的环焊缝应距支、吊架净距离不应小于50mm，对于需要热处理的焊缝距支、吊架的距离不得小于焊缝宽度的5倍，且不得小于100mm。
⑤在管道上有开孔时，不应在管道焊缝及其边缘上开孔。
⑥管道坡口加工宜采用机械方法，也可采用等离子弧-氧乙炔火焰方法加工，坡口加工后，应除去坡口表面的氧化皮、熔渣，及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。管道组成件组对时，对坡口及其内外表面进行的清理应符合表1-2的规定，清理合格后及时进行焊接。表1-2 焊接坡口及其内外表面的清理要求
管道对接焊口的组对应做到内壁齐平，内壁错边量应符合表1-3的规定。当管壁厚度不相等的管子组对时，当内壁错边量超过规定或外壁错边量大于3mm时，应进行修整。
在焊接和热处理过程中，应将焊件垫置牢固。表1-3 管道组对内壁错边量的规定
对于管内清洁度要求较高，而且焊接后不容易清理的管道，其焊缝应采用氩弧焊打底施焊。对于各种机器机组的循环油、控制油、密封油管道，当采用承插焊的形式时，承口与插口的轴向不应留有间隙，以免存留污物，不易清理。需预拉伸或预压缩的管道焊口组对时，所使用的工具应待整个焊口焊接及热处理完毕并经焊接检验合格后，方可拆除。二、法兰连接
法兰连接是管路中应用最多的可拆连接方式。法兰连接是通过连接管子和管件端部的法兰，把管子和管件连接在一起的一种连接方法。法兰连接拆装灵活方便，管道可定期清洗、检修和更换；但需要各种规格的法兰，耗用钢材多，而且由于温差、压力波动及腐蚀等原因，有时在连接处会发生泄漏，造成介质损失，甚至引起事故。
在法兰连接中，法兰盘与管子的连接方法多种多样，常用的有整体法兰、活套式法兰和介于两者之间的平焊法兰等。根据介质压力大小和密封性能的要求，法兰密封面有平面、凹凸面、榫槽面、锥面等形式。密封垫的材质有非金属垫片、金属垫片和各种组合式垫片等可供选择。管道法兰设计、制造已标准化，需要时可根据公称压力和公称直径选取。
1.法兰连接安装前检查
安装前应对法兰等进行检查：要认真核对图纸、压力等级、规格、材质等是否符合设计的规定。法兰密封面及金属垫片表面应平整光洁，不得有毛刺及径向沟槽；非金属垫片无老化变质或分层现象，表面不应有折损、皱纹等缺陷，周边应整齐，垫片尺寸与法兰密封面尺寸相符，尺寸偏差不超过规定值；螺栓及螺母的螺纹应完整，无伤痕、毛刺等缺陷。
2.法兰连接方法
法兰连接时，将两法兰盘对正，把密封垫片准确放入密封面间（对凹凸式、榫槽式密封面垫片先放入凹面或凹槽内），在法兰螺栓孔内按同一方向穿入一种规格的螺栓，用扳手按对称顺序紧固螺栓，每螺栓分2～3次完成紧固，使螺栓及密封垫片受力均匀，保证密封性。法兰连接螺栓紧固后外露长度不大于2倍螺距；螺栓应与法兰紧贴，不得有楔缝；需加垫圈时，每个螺栓不应超过一个。
相互连接的法兰盘应保持平行，其偏差不大于法兰外径的1.5/1000，且不大于2mm。安装时不得用强紧螺栓的方法消除歪斜，也不得用加热管子、加偏垫或多层垫等方法来消除接口端面的空隙、偏差、错口或不同心等缺陷。法兰连接应保持同轴，其螺栓孔中心偏差一般不超过孔径的5%，并保证螺栓自由穿入。
法兰的设置应便于检修，不得紧贴墙壁、楼板或管架。三、螺栓与螺母
对不锈钢、合金钢的螺栓和螺母，或设计温度高于100℃或低于0℃的管道、露天管道、有大气腐蚀或有腐蚀介质管道的螺栓和螺母，应涂以二硫化钼油脂、石墨机油或石墨粉，以便检修时拆卸。垫片安装时一般可根据需要，分别涂以石墨粉、二硫化钼油脂、石墨机油等涂剂。用于大直径管道的垫片需要拼接时，应采用斜口搭接或迷宫形式，不得采用平口对接。使用软钢、铜、铝等金属垫片，安装前应进行退火处理。
高温或低温管道的法兰螺栓，在试运行时应按规定进行热紧或冷紧。热紧或冷紧在试运行期间保持工作温度24h后进行。低温管道，由于法兰螺栓表面凝结冰霜，应用甲醇将其熔化后再进行冷紧操作，冷紧一般应卸压；当设计压力小于6MPa时，热紧最大内压为0.3MPa，设计压力大于6MPa时，热紧最大内压为0.5MPa。四、螺纹连接
螺纹连接也称丝扣连接，是指在管段端部加工出螺纹，然后拧上带内螺纹的管件，如管箍、三通、弯头等，再和其他管段端部带螺纹的部分连接起来，从而构成管路系统。
螺纹连接主要用在生产或生活用水、供暖设施的管道上，在机泵的冷却水管道或压力表与控制阀的引压线连接上也广泛应用。
连接方法：螺纹连接前，应用聚四氟乙烯生料带、石棉线或油麻丝等沿螺纹旋向缠绕在外螺纹上，以保证旋合装配后连接处严密不漏。
螺纹连接适用于低压，小管径情况。五、承插连接
承插连接是将管子或管件的插口插入另一根管子或管件的承口内，在承插口之间填入适当的填料或涂抹有机粘接剂等，使管子与管件连接起来，形成管路系统。
铸铁管承插连接承口和插口按规定值留出轴向间隙，以补偿管路热伸长。承插接口一般用油灰、橡胶圈、石棉水泥或膨胀水泥等填料填塞，如遇急用、抢修等可用青铅填塞（接口）。填料填塞时用的主要工具是捻凿和手锤，捻凿由工具钢制成。
承插连接难于拆卸，不便维修，连接的可靠性不高，多用于低压管路中的铸铁、陶瓷、玻璃、塑料等管子的连接。子项目二 阀门修理
石油化工生产中的阀门在使用中会受到各种形式的损伤使其劣化和失效，作为石油化工生产中不可缺少的组成部分，其状况会直接影响生产装置能否安全、稳定、长周期连续运行。因此阀门的定期检查修理变得尤为重要。项目实施
本项目以闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、止回阀、隔膜阀、安全阀、疏水阀等化工生产中常用的阀门为例，完成阀门拆装、阀门更换、检查修理等学习任务。项目实施具体内容见表1-4。表1-4 阀门修理项目实施方案知识链接知识点一 阀门基本知识
阀门主要分为闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、止回阀、隔膜阀、安全阀、疏水阀、调压阀、非金属材料壳体阀门和特种阀门等。一、闸阀
闸阀的启闭件是闸板，并由此而得名。如图1-11、图1-12所示。它是指启闭件（闸板），由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动的阀门。通过闸板的升降改变它与阀座的相对位置，即可改变流体通道大小，当闸板与整个阀座紧密配合时，阻止流体通过，阀门处于关闭状态。图1-11 闸阀1—闸板；2—阀体；3—阀盖；4—阀杆；5—填料；6—填料压盖；7—套筒螺母；8—手轮；9—压紧螺母图1-12 低压升降杆平行式双闸板闸阀1—阀杆；2—手轮；3—阀杆螺母；4—填料压盖；5—填料；6—螺栓；7—阀盖；8—垫片；9—阀体；10—闸板密封圈；11—闸板；12—顶楔；13—阀体密封圈；14—法兰孔；15—有密封圈型式；16—无密封圈型式
闸阀的流动阻力小，启闭省力，广泛用于各种介质管道的启闭。当闸阀部分开启，在闸板的背面容易产生涡流，对闸板容易产生腐蚀，并容易造成振动，因此会对阀座的密封面造成损坏，修理困难。闸阀通常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适合作为调节或节流使用。
为了保证阀门关闭严密，闸板与阀座配合面应进行研磨。通常在闸板和阀座上镶嵌或堆焊耐磨耐腐蚀材料制成密封圈。二、截止阀
截止阀是属于向下闭合式阀门，启闭件（阀瓣）由阀杆带动沿阀座（密封面）轴线作升降运动，改变阀瓣与阀座的距离，达到控制阀门的启闭。其结构如图1-13、图1-14所示。图1-13 手动锥面密封截止阀1—阀体；2—中法兰垫片；3—双头螺柱；4—螺母；5—填料；6—活节螺栓；7—填料压盖；8—导向块；9—阀杆螺母；10—手轮；11—压紧螺母；12—油杯；13—阀杆；14—钢球；15—阀瓣图1-14 电动平面密封截止阀1—电动装置；2—阀杆螺母；3—导向块；4—填料压盖；5—填料；6—阀盖；7—垫片；8—阀杆；9—阀瓣；10—阀体
截止阀的阀瓣为圆盘状，可在一定范围内用以调节流量和压力。截止阀内的介质沿阀座自下而上流动，流动方向发生了变化，因此截止阀的流动阻力较高。引入截止阀的流体从阀芯下部引入称为正装，从阀芯上部引入称为反装，正装时阀门开启省力，关闭费力，反装时，阀门关闭严密，开启费力，截止阀一般正装。
由于截止阀是单向流动，只能沿介质流动的方向安装。在安装时要特别注意，一定要使截止阀上箭头方向与管道内介质流动的方向一致。
为了保证阀门关闭严密，阀瓣与阀座均为金属材料制成，密封面应进行研磨。截止阀在管路中起关断作用，亦可粗略调节流量。三、球阀
球阀主要是由阀体、球体、阀座密封圈、阀杆及驱动装置组成，如图1-15所示。阀瓣为一中间有通孔的球体，球体在阀杆的作用下，能围绕自己的轴心线作90°旋转以达到启闭的目的。球阀有快速启闭的特点，一般用于需要快速启闭或要求阻力较小的场合。可用于水、油品等介质，且不易擦伤，所以球阀已获得日益广泛的应用。图1-15 球阀1—阀体；2—阀座密封圈；3—手柄；4—阀杆；5—球体；6—阀盖四、蝶阀
蝶阀的结构主要是由阀体、圆盘、阀杆及驱动装置组成，如图1-16所示。蝶阀采用圆盘式启闭件。圆盘状阀瓣固定于阀杆上，旋转手柄通过齿轮带动阀杆，由阀杆带动阀瓣达到启闭的目的。阀杆旋转90°即可完成启闭作用，操作简便，因而在许多场合蝶阀取代了截止阀和自控系统的调节阀，蝶阀特别适合大流量调节的场合。图1-16 LT型中线蝶阀1—阀体；2—蝶板；3—阀杆；4—滑动轴承；5—阀座密封套；6—圆锥销；7—键；8—手柄
蝶阀的优点是结构简单，启闭较迅速，流体通过阻力小，维修方便，当阀门渗漏时，只需更换橡胶密封圈即可。其缺点是不能用来精确调节流量和要求严密不漏的情况，橡胶密封圈容易老化，失去弹性，不宜用做放空阀。
蝶阀一般适用在工作压力较小，介质为空气的管路上。五、止回阀
止回阀又称单向阀或止逆阀。如图1-17、图1-18所示。止回阀的结构有阀座、阀盘、阀体、阀盖、导向套筒等，用于需要防止流体逆向流动的场合。介质顺流时开启，逆流时关闭，止回阀按结构分为升降式止回阀和旋启式止回阀两种。由于止回阀是为了防止管道内介质倒流而设置的，所以必须沿介质流动的方向安装，安装时，注意使止回阀的箭头与管内介质流动的方向一致。图1-17 旋启式止回阀1—阀体；2—阀座；3—阀板；4—摇杆；5—枢轴；6—阀盖图1-18 升降式止回阀1—螺栓；2—螺母；3—垫圈；4—阀盖；5—中法兰垫片；6—阀瓣；7—阀体六、隔膜阀
隔膜阀是由阀体、衬胶层、橡胶隔膜、阀盘、阀杆、套筒螺母、阀盖等组成，如图1-19所示。隔膜阀的启闭件（隔膜）由阀杆带动，沿阀杆轴线作升降运动，并将动作机构与介质隔离的阀门。隔膜阀利用弹性体隔膜阻挡流体通过，其阀杆不与介质直接接触，所以阀杆不用填料箱，隔膜阀主要用在毒性或腐蚀介质管道上。图1-19 堰式隔膜阀1—阀体；2—橡胶隔膜；3—衬胶层；4—阀盘；5—阀盖；6—阀杆；7—套筒螺母
橡胶隔膜阀比填料函密封更为可靠，隔膜阀的流体阻力很小，可用于输送含悬浮物的物料管路，在化工行业，隔膜阀的应用很广泛。七、安全阀
安全阀是由阀体、阀座、阀盖、保险铅封、套筒螺钉、安全护罩、下弹簧座、上弹簧座、弹簧、导向套等组成，如图1-20所示。图1-20 法兰连接带手柄波纹管全启式安全阀1—阀座；2—阀体；3—调整齿轮销垫片；4—调整齿轮销；5—齿轮调整圈；6—反冲盘；7—销轴；8—阀瓣；9—波纹管；10—连接盘；11—中法兰垫片；12—螺栓；13—弹簧；14—轴；15—手柄；16—阀盖；17—弹簧托；18、22—锁紧螺母；19—调整螺套；20—销轴；21—指示牌；23—阀罩
安全阀是一种根据介质压力而自动启闭的阀门。当操作压力超过规定值时，能自动开启排放介质，以降低压力保证管路系统的安全；当压力恢复正常后，自动关闭阀门，而保证管路系统的正常工作压力，维持生产的正常运行。
安全阀主要设置在受内压的设备和管路上，例如压缩机、压缩机空气管路、蒸汽管路和其他受压力气体管路等。为了安全起见，一般在重要的地方都装置两个安全阀，安全阀在安装前要在指定的安全阀调试中心进行调试和铅封，并且给出权威的调试报告，作为交工资料进行存档，否则不准安装。八、疏水阀
疏水阀（也称阻气排水阀、疏水器）的作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝气体，又同时阻止蒸汽的逸出。它是保证各种加热工艺设备正常工作所需温度和热量的一种节能产品。疏水器必须根据进出口的最大压差和最大排水量进行选用。目前常用的疏水阀有热动力型、热静力型和机械型三种。（1）热动力型 利用蒸汽、凝结水通过启闭件（阀片或阀瓣）时的不同流速引起被启闭件隔开的压力室和进出口的压力差来启闭疏水阀。这类疏水阀处理凝结水的灵敏度较高，启闭件小，惯性也小，开关速度迅速。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]