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化工丶石油化工机械设备事故分析与预防讲义 化工、石油化工 机械设备 事故分析与预防 讲义 第一章 化工、石油化工机械设备 事故分析与预防概论 第一节 化工、石油化工机械设备安全运行生产中的 重要地位 一、化工、石油化工（石化）机械设备在化工、石化生产中的应用 化工、石化机械设备包括容器、换热器、反应器、塔器、干燥器、管式炉以及气体压缩机、风机、泵、离心机等，是化工、石化生产的重要生产工具。将容器、换热器-、反应器、塔器、干燥器、管式炉等称为静设备（简称设备），将气体压缩机、风机、泵、离心机称为动设备（简称机器）。 设备在化工、石化生产所有的机械设备中约占80%。它广泛用于传热、传质、化学反应和物料贮存等方面。 由于生产工艺上的要求，一些化学反应要求在高压条件下进行，从而有利于合成与聚合。例如，从国外引进的年产18万吨低密度聚乙烯生产装置中，乙烯原料气的聚合反应是在压力为100150 MPa的反应釜内进行的；在石油炼制中，原料油加氢、脱硫、脱氮和裂化反应是在一定压力的反应器中实现的。同时，许多产品的生产也要求在高温条件下进行。为了维持反应温度和有效地利用废热，总是伴随着各种各样的传热过程，如加热、冷却、冷凝、蒸发。根据使用目的的不同，所采用的换热装置有加热器、冷却器、蒸发器和重沸器等。据统计，在现代石油炼制中，换热器的投资占全部工艺设备投资的40%。 在生产中，气液、液液两相接触进行传质及传热的过程是常见的，如精馏、吸收、萃取、气体增湿、离子交换等，这些过程大多是在塔设备内进行的。据粗略统计，在石油炼制工厂中，塔设备的投资占全厂设备总投资的10%20%，塔设备钢材消耗量几乎占全厂设备总重的25%30%。 气体、液体的贮存和输送离不开贮槽和贮罐。例如，低、高压乙烯气体受槽、压缩机级间缓冲器是起缓冲作用的贮罐；用于贮存压缩空气或液化气体的压缩空气贮罐、氧气瓶、氯气瓶；广泛用于炼油装置储运系统的圆筒贮罐、石油液化气的球形贮罐以及用于油水分离的分离器、计量用的计量槽等。 在生产中，从原料到半成品再到最终产品大多是流体，而流体的输送和提高流体压力以及自控仪表装置的风源等都离不开泵和压缩机。例如，高压法制聚乙烯需将乙烯气体由0.03 MPa加压至反应压力130250 MPa；石油炼制中将碳氢化合物中的重组分裂化为轻组分，要求加氢的压力为15 MPa，这一切都必须由压缩机来完成；又如，需要通过泵输送清水、酸碱溶液、液氨、有机溶剂、铜液和石油产品等液体并提高它们的压力。泵的应用广泛，是仅次于电动机的第二类通用机械。 生产中，需要用离心机把液液、液固相混合物分离。例如，炼油生产中高级润滑油、燃料油的提纯；合成纤维、聚氯乙烯的脱水等，都需要离心机来实现。 化工、石化厂中使用的各种离心式压缩机、风机和水泵通常都采用汽轮机作原动机。工厂中带动各类风机和泵的中小型汽轮机为数也极多。 二、化工、石化生产的特点及安全要求 化工、石化生产的特点如下： （1）易燃易爆 化工、石化生产，从原料到产品，包括半成品、中间体、添加剂、催化剂、各种溶剂和试剂等，绝大多数是易燃易爆的气体、液体，在高温、高压、深冷、真空条件下极易泄漏或挥发，甚至达到物质的自燃点。如果操作失误、违反操作规程或设备年久失修，发生燃烧爆炸事故的可能性、破坏性极大。加上有些物质还是有腐蚀、有毒的，就更加剧了事故发生的危险性和危害性。许多生产过程中物料需加热，日常设备检修还必须动用明火，这样一旦设备发生燃烧爆炸事故，不仅会损坏设备本身，还会毁坏厂房建筑，甚至造成人员伤亡。 （2） 具有腐蚀性和毒性 化工、石化生产处理的物料，有些具有腐蚀性和毒性，如氰化物、硫化物、氟化物、氢氧化物、烃类等。如果这些物质泄漏到车间内，当其浓度超过容许浓度时，就会严重影响工人的身心健康，甚至造成中毒死亡事故。 此外，工业噪声、高温、粉尘和射线也会对职工和附近居民带来严重危害，导致各种职业性疾病的发生。 （3）高温高压 化工、石化生产的工艺过程有高温、低温、高压、高真空度、大流量、高转速等各种情况。例如，在高压聚乙烯生产中反应器的压力为130250MPa，蒸汽裂解炉管壁温度高达1100；石化的高压热裂化压力为27MPa，温度为450550。如果由于设计有缺陷，或由于严重腐蚀而没得到及时检修或更换，或操作失误，或超负荷运行，都有可能引起压力容器爆炸事故。由于压力容器中的高压气体具有极高的能量，而且多为易燃、易爆、有毒的介质，一旦发生破坏，所造成的损坏比常温、常压的机械设备大1001000倍。因此，世界上对压力容器的安全运行十分关注，做了大量的科研工作，从一般的压力容器失效分析和安全评定，发展到对提高可靠性、预测寿命课题的开发，建立案例库、先验概率数据库、专家系统，并向人工智能方向发展。 （4）生产连续性强 化工、石化企业具有生产连续性强的特点，设备一旦发生事故，停产一天的损失也较大，因此确保装置长期安全稳定运行具有重要意义。 如某厂高压聚乙烯车间一次乙烯压缩机发生故障，就使整个系统停车，停车一天损失产量190余吨，当时价值约48万元。 基于上述特点，对化工、石化机械设备的安全运行提出如下要求： （1）足够的强度 为确保化工、石化机械设备长期安全稳定运行，必须保证所有的零部件有足够的强度。一方面要求设计和制造单位严把设计、制造质量关，消除隐患，特别是对于压力容器，必须严格按照国家有关标准进行设计、制造和检验，严禁粗制滥造和任意改造结构及选用代材；另一方面要求操作人员严格履行岗位责任制，遵守操作规程，严禁违章指挥、违章操作，严禁超温、超压、超负荷运行。同时还要加强维护管理，定期检查机械设备的腐蚀、磨损情况，发现问题及时修复或更换，特别是化工、石化机械设备达到使用年限后，应及时更新，以防因腐蚀严重或超期服役而发生重大事故。 （2）密封可靠 化工、石化厂处理的物料大都是易燃、易爆、有毒和腐蚀性的介质，如果由于机械设备密封不严而造成泄漏，将会引起燃烧爆炸、灼伤、中毒等事故。因此，不管是高压还是低压的机械设备，在设计、制造、安装及使用过程中，都必须特别重视化工、石化机械设备的密封问题。 （3）安全保护装置必须配套 现代化工、石化机械设备大量采用了自动控制、信号报警、安全联锁和工业电视等一系列安全保护的先进手段，当化工、石化机械设备出现异常时，安全保护装置会自动发出警报或自动采取安全措施，以防事故发生，保证安全生产。 例如，安装在反应器上的防爆膜就是设计时有意识使设备中的某一部件强度特别低，以避免因设备过载而使整个设备报废；又如两种气体混合后进行化学反应，当混合气体的浓度接近爆炸极限时，安装在气体输入管道上的安全保护装置就会自动中断气体的输入，防止燃烧爆炸事故发生；气体压缩机的油压过低保护装置，在出现运转中短时间油量减少或断油时，就会发出报警与停机联锁，以确保压缩机安全运行。 （4）适用性强 当运行的温度、压力等条件有变化时，应能完全适应并维持正常运行。而且一旦由于某种原因发生事故时，可立即采取措施，防止事态扩大，并在短时间内予以修复、排除。这除要求安装有相应的安全保护装置外，还要有方便修复的合理组织结构，备有标准化、通用化、系列化的零部件以及技术熟练、经验丰富的维修队伍。 通过上述分析表明，化工、石化机械设备运行状况的好坏，将直接影响化工、石化生产的连续性、稳定性和安全性，而且生产的特殊性使整个机械设备存在许多不安全因素。因此，强化化工、石化机械设备的维护管理，提高职工队伍的安全技术素质，确保化工、石化机械设备的安全运行，在化工、石化生产中越来越重要。 三、安全运行在化工、石化生产中的重要地位 鉴于化工、石化生产的上述特点，化工、石化行业发生事故的可能性、危险性及其后果要比其他行业大得多。一旦发生事故，将直接威胁人民生命和财产的安全，使经济遭受重大损失，后果惨重。同时，正常的生产也无法维持下去，甚至整套机械设备、一条或多条生产线将会毁于一旦。例如，1984年12月3日美国联合碳化物公司在印度博帕尔市的一座农药厂，发生了一起液态甲基异氰酸酯大量泄漏气化事故，使附近地区空气中的这种毒气浓度超过了安全标准的1000倍以上，在事故发生后的一周内，中毒死亡人数达2500人。在该市70万人口中，约有20万人受到不同程度的影响，其中约5万人可能因此而双目失明，其他幸存者的健康状况也将受到严重危害。此外，博帕尔地区的大批食物和水源也被污染，大批牲畜和其他动物也同样遭到威胁而相继死亡，生态环境受到严重破坏。我国也发生多起恶性事故，如1997年6月27日北京东方化工厂罐区乙烯罐爆炸起火，油泵房和一些贮罐被炸毁，死亡9人，伤39人，直接经济损失1.17亿人民币。 通过上述案例的惨痛教训说明，安全运行在化工、石化生产中具有重要作用。为了确保化工、石化生产的安全，确保人民生命财产的安全，国家采取了一系列措施加强安全生产工作。一是从机构上做了重大改革，成立了国务院安全生产委员会、国家安全生产监督管理局、国家质量技术监督局；二是从制度上制定了一整套安全生产法规、标准等文件，如锅炉压力容器压力管道特种设备事故处理规定、危险化学品的安全管理条例、国务院关于特大安全事故行政责任追究的规定和中华人民共和国职业病防治法等；三是从1991年起，每年在全国范围内开展“安全生产周”活动，即组织开展安全生产大检查活动，在各地、各行业、各单位进行自查的同时，国务院责成有关部委组织若干个检查组，对省级政府、国务院有关部门和中央大型企业进行检查，消除化工、石化生产中的安全隐患和漏洞，落实整改措施；四是结合安全生产万里行活动，组织新闻单位进行明察暗访，对发现的问题及时揭露和曝光，各单位针对查找出来的突出问题，指定专人负责，采取有效措施，及时消除事故隐患，检查与整改相结合，对检查出来的问题，按照国务院关于特大安全事故行政责任追究的规定厉行责任追究；五是为提高全民族的安全意识，强化对安全生产重要意义的认识，组织各种宣传咨询活动，大力宣传党和国家安全生产的方针、法律、法规、标准，使企业的各级领导、管理干部、工程技术人员和操作工人牢固树立“安全第一，预防为主”、“责任重于泰山”、“安全生产是企业各方效益的根本保证”的思想，对安全生产形势的严峻性保持清醒的头脑，深刻认识到安全生产工作任重道远，安全运行是化工、石化生产的前提和关键，没有安全作保障，生产就不能顺利进行；此外，要认真分析国内外典型事故案例，吸取教训，学习国内外先进的安全生产技术、管理观念、方式和方法，认真研究探讨化工、石化生产中可能会发生的事故和预防措施，尽可能杜绝事故的发生和使事故造成的损失减少到最小程度。 第二节 化工、石化机械设备的材料选择在安全运行中的 重要作用 （1）合理选择材料的重要性 材料的正确选择是设备与机器连续安全运行的保证。 因选材不当、材料本身存在缺陷或对材料不适当处理而引起的事故颇多。压力容器如选材不当，即使容器具有足够壁厚，在正常使用条件下也可能因材质韧性降低而发生爆裂、断开或因工作介质对材料腐蚀而导致腐蚀破裂，甚至发生火灾和爆炸事故；如果机器的零部件选材不当，或材料本身有缺陷等，将会使运动部件出现裂纹、断裂或脱落飞出而击伤构件，甚至发生燃烧爆炸事故；管道，特别是高温、低温或腐蚀环境中使用的管道，如果材料本身有缺陷或选材不当，将会引起疲劳裂纹、金属材质脆化等事故。 例如，1991年4月26日凌晨，山东省某化肥厂合成塔与废热锅炉连接管（12724）突然爆裂断开，大量高压合成气喷出起火，烧死7名职工。经调研发现，该连接管按规定应采用材质为1Crl8Ni9Ti的无缝钢管，但实际用15CrMo材质代替，并用20号钢弯头与15CrMo钢管道焊接。而发生爆裂的部位正是20号钢弯头处，断口呈脆性断裂。由于合成塔出口温度由210提高到280，使碳钢弯头内壁遭到严重氢蚀，内壁脱碳深达8mm，使其机械强度和冲击韧性大大下降，致使弯头在运行中爆裂。 1991年9月25日，辽宁省某化肥厂低压泵房热水循环泵的泵体爆裂，大量过热水喷出并汽化，烫死伤5人，经济损失达50.8万元。经检查发现泵体材料为硬度与强度是所有牌号灰口铸铁中最低的灰口铸铁。虽然该泵的运行工况和泵体材料均符合产品说明书的要求，但事故发生说明采用此种材料做泵体是不合适的。 1989年12月5日，黑龙江省某化肥厂冷凝塔爆炸，造成3人死伤和一些设施破坏。事后调查发现设备运行工况正常，经检查分析，发生事故的原因是未按设计要求对设备进行防腐处理，致使冷凝塔壁严重腐蚀减薄而受不了正常操作压力，造成使用不到三年的设备因腐蚀严重而发生物理爆炸。 二、选材中应注意的问题 （1）必须全面考虑机械设备的使用场合、结构形式、工作特点、介质性质、材料使用性能、工艺性和经济合理性。 （2）材料选用应符合原中国石油化工总公司、原化学工业部、原机械工业部颁布的钢制石油化工压力容器设计规定等技术文件及原机械工业部颁布的国家级、部级的各项标准、规定、规范和技术条件。国家尚没有正式标准的，如离心式压缩机，其主要零部件材料可参照美、日、荷型离心式压缩机有关标准进行选用。 （3）选用材料的化学成分、金相组织、机械性能、物理性能、热处理和焊接方法应符合有关的材料标准，与之相应的材料试验和鉴定应由用户和制造厂商定。 （4）由制造厂提供的其他材料，经试验、技术鉴定后，确能保证设计要求的，用户方可使用。 （5）处理、输送和分离易燃易爆、有毒和强化学腐蚀介质时，其材料的选用应尤其填重，应严格遵守有关标准。 （6）与化工设备与机器所用材料相匹配的焊接材料应符合有关标准、规定。 （7）技术革新、设备改造时使用代材料时，要有严格的审批手续。 （8）严格执行进厂设备、配件、材料的质量检查验收制度，防止不合格设备、配件、材料进入石油化工装置投入生产，消除设备本身的不安全因素。 （9）在设计、材料分类和加工等各个阶段，都有可能发生材料误用问题，因此要严格管理制度，严把设备采购关，防止低劣产品进厂。 第三节 化工、石化机械设备的分类与典型结构 一、设备分类与典型结构 设备种类繁多，形式多种多样。按工艺用途不同，可分为塔槽（罐）类、换热设备、反应器、干燥设备、分离器、加热炉和废热锅炉等。而化肥、化工、炼油厂中使用的化工设备大多数是压力容器，对压力容器进行分类也有许多种方法。 按工作压力不同，可分为低压、中压、高压和超高压四个等级，具体划分见表1-1。 表1-1 压力容器分级 22等 级 压力Mpa（kgf/cm） 等 级 压力/Mpa（kgf/cm 低压容器 0.098（1）p1.57（16） 高压容器 9.8（100）p98（1000） 中压容器 1.57（16）p9.8（100） 超高压容器 p98（1000） .贮槽与塔器 贮槽（或贮罐）是指用于贮存各种介质，维持稳定压力，起到缓冲、持续进行生产和运输物料作用的容器，贮槽的种类很多，按容积大小可分为小型贮罐和大型贮罐。贮罐的结构一般有以下三种。 （1）中小型贮罐 由圆筒体和两个封头焊接而成，通常器内为低压，其结构比较简单，如图1-1所示。 （2）大型贮罐 主要用于贮存不带压力、腐蚀性较小的液体和煤气。其罐顶形式有三种，即锥顶、拱顶和浮顶等，如图1-2所示。 （3）球形罐 其结构如图1-3所示。它也属于大型贮罐，在相同容积下表面积最小。 在相同压力下，球形罐比圆筒形罐的壁厚要薄，其壳体应力为圆筒形罐壳体应力的1/2，但制造加工复杂，造价较高。它主要用于大型液化气体贮罐，例如丙烷、丁烷、石油液化气以液态贮存时一般采用球形贮罐。 不论是哪种形式的贮槽或贮罐，其故障主要发生在壳体本身，通常为燃烧爆炸、严重腐蚀、侵蚀以及严重泄漏等。 在化工、石化生产中，经常会遇到物质从一相转移到另一相的过程。例如用水吸收气态氯化氢制盐酸时，氯化氢由气相转移到液相（水）中去，这种过程称为物质的传递过程。气体吸收、液体的蒸馏、固体的干燥、溶剂的萃取都属于传质过程。为其工艺过程服务的相应设备，如吸收塔、蒸馏塔、反应塔（作为反应设备使用）、萃取塔等都属于塔设备。 塔设备通常按照内部构件的结构特点进行分类，可分为板式塔和填料塔两大类。 （） 板式塔 塔体多用多用钢板焊接而成，若用铸铁制造，则塔间用法兰连接。板式塔内件主要有塔盘、降液管、受液盘、除沫器等。按塔盘结构不同又分为泡罩塔、筛板塔等，典型的泡罩塔如图1-4所示。 （） 填料塔 填料塔的结构如图1-5所示。 填料塔结构简单，塔内组件较少，机械故障相对减小。但塔内污染、腐蚀和泄漏故障仍是必须引起注意的问题。特别是在检修前未作置换、置换不彻底、置换方法不正确或设备本身制造缺陷以及检修中违章动火等，都将会引起爆炸事故。在化工、石化厂中塔爆炸事故时有发生。 2.换热器 换热器是用来完成各种传热过程的设备。列管式换热器是化肥、化工、炼油厂中应用最广、效率较高的一种传统的传热设备，如图1-6所示，它还是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。 换热器的分类见表1-2。 管束、封头失效，管子胀口泄漏、腐蚀以及因换热器材料疲劳、零部件破坏而引起的燃烧爆炸事故，会使生产遭到损失，甚至威胁人身安全，因此必须给予足够的重视。 表1-2 换热器的分类 热量传递方间壁形状 结构形式管束与壳体结构形适 用 范 围 式 式 固定管板式 管壳温差50，壳程承受较低压 力 列管式 浮头式 高温高压场合 管壳式 形管式 管内外承受高压 填料函式 压差较小场合 薄管板式 中压、大直径（2000mm以下） 间壁式 套管式 逆流操作，传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器 蛇管式 用于管内流体的冷却或冷凝 板式 用于黏性较大的液体间换热 螺旋板式 逆流操作，回收低温热能 紧凑式 板翅式 主要用于制氧 伞板式 通道较小，易堵，要求流体干净 板壳式 压力不能太高 直接接触式 允许换热流体之间直接接触 蓄热式 高温炉气中回收热量 3.反应设备 反应设备是进行化学反应过程的设备。反应设备在化工、石油化工中应用极为广泛。反应设备与工艺过程密切相关，其结构形式繁多，大型化肥、化工、炼油厂使用较多的有三种，即反应锅、固定床催化反应设备和流化（或沸腾）床催化反应设备，其性能特点、适用范围如表1-3所示。 表1-3 各类反应设备性能比较 类 型 特 点 适 用 范 围 应 用 举 例 反应锅适应性强，操作弹性大，连续操作时温度和染料、制药、涂料、 液相、液液相、（一级或多浓度容易控制，产品质量均一；但转化率高时，制烧碱等反应锅、反液固相、气固相级串联） 反应锅尺寸较大 应桶 固定床催化 返混小，高转化率时催化剂用量少，催化剂 化肥工业的甲烷、反应设备 不易磨损；操作时温度不易控制，流体速度较气固（非催化剂氨合成塔，基本有机低，流体与固体接触面小，合成效率较低，一与催化剂）相 合成的甲醛、醋酸合般为10%12%，催化剂装卸困难 成塔 流体与固体接触面积大，传热好，传质传热 气固或气液 系数大，催化剂有效系数大，温度均匀，易控硫铁矿的焙烧，活流化床催（非催化剂与催化制，固体颗粒容易加入和取出，流动容易；颗性炭的制造，化肥工化反应设备 剂）相，特别是催化粒和器壁易磨损，固定床的高度与直径比较业的氨合成塔 剂失活很快的反应 小，返混大，影响转化率，操作条件限制大 反应釜（或反应锅）的结构如图1-7所示。反应釜、合成塔、流化床中的反应介质绝大多数是易燃易爆的气体或粉末状固体物料，因检修中未进行彻底置换、违章动火、物料性能不清楚、开车程序不严格、操作中超压和泄漏而造成的爆炸事故极多，因泄漏严重、违章进入釜内作业造成的中毒事故也颇多。触媒中毒、冷管失效也是常见事故之一。 .干燥设备 干燥是将热量加于湿物料中并排除挥发性成分（大多数情况下是水），从而获得一定湿含量的固体产品。干燥过程所需的设备为干燥设备。 干燥技术是一种古老而通用的单元操作技术，然而它又是复杂、人类对其了解最浅的技术。因此，大多数干燥设备设计仍然依赖于小规模试验和实际操作经验，换句话说，干燥器设计尚属非标设计。 干燥设备易发生的故障有黏性物料、易结块物料粘壁或堵塞，高温击穿损坏元件等。 5.废热锅炉 废热锅炉（或称余热锅炉）既是回收热量生产低中压蒸汽的动力锅炉，又是有化工介质的工艺设备。由于它主要完成热量传递，因此，其基本结构是一个具有一定传热面积的传热设备。废热锅炉的结构形式多种多样，其分类方法见表1-4。化肥、化工、炼油厂用的最多的是固定平管板式火管废热锅炉和挠性管板式、碟式管板式、烟道式废热锅炉等。 表1-4 废热锅炉的分类 分类方法 类 型 适 用 范 围 分类方法类 型 适 用 范 围 炉管内流动水管式 蒸汽压力高、蒸发量大结构形式 列管 中小型氨厂转化气、介质 的大型工厂 式 乙烯、制氢、硫酸等 火管式 中小型低压锅炉 形管式 高温高压 炉管的位置 卧式 中小型废热锅炉 刺刀管式 立式 回收热负荷大、蒸汽压 压力较高、管壳之间力较高的大型化工装置 螺旋盘管式 热膨胀差较大、重油裂操作压力 低压P1.3化气的废热回收 Mpa（13 2kgf/cm） 双套管式 急冷高温裂解气 中压 P=1.43.9 MPa（14239 kgf/cm 工艺用途 重油汽化 高压 P=410 MPa（40100 乙烯生产裂解急冷 2kgf/cm 甲烷氢转化气 汽水循环系自然循环式 化工厂中的废热锅炉 合成氨（前、中、后） 统工作特性 置式 强制循环式 这里只介绍卧式固定平管板式火管废热锅炉。它类似于管壳式换热器，管板直接焊在壳体上，其结构如图1-9所示。 这种锅炉除用作中、小型氨厂转化气的废热锅炉外，也可用于乙烯、制氢、硫酸、焦化等厂的废热回收。 废热锅炉的炉管爆破（即加热部件管子的破裂）、炉体损坏、管束失效事故是大量发生的，包括从国外引进的废热锅炉，也曾多次发生类似事故，直接影响生产和安全，必须引起足够的重视。 6.加热炉 加热炉（或称工业炉）是指用燃料燃烧的方式将工艺介质加热到相当高温度的设备。 在化肥、化工、炼油生产中，加热炉的应用也是相当广泛的，其种类也多种多样。 按加热炉的形状及热物料的状态不同，可将其分类，见表1-5。 加热炉的结构形式很多，不论是哪种形式，加热炉的结构一般由四部分组成，即燃烧装置、燃烧室（或炉膛）、余热回收室和通风装置。 表1-5 加热炉的分类 炉 型 结构形式 应 用 炉 型 结构形式 应 用 釜式炉 焦油蒸馏釜式炉 煤气发生炉、水煤气发生炉 加热流体型 精萘蒸馏釜式炉 发生炉型 鲁奇加压煤气发生炉 移动层炉型 油页岩干馏炉 炼油管式加热炉 熔矿炉型 钙、镁、磷肥高炉 管式炉 烃类裂解管式炉 重油加压汽化炉 烃类蒸汽转化管式炉 硫磺焚烧炉 可燃气体的各种管式炉 气流反应炉型 重油制炭黑炉 熔融固体型 反射炉型 硅酸钠制造炉 天然气制炭黑炉 天然气部分燃烧制乙炔炉 由于种种原因导致加热炉炉管泄漏、严重损坏、爆炸、炉嘴环隙堵塞和整个炉体爆炸是常见的事故。 二、机器分类与典型结构 化肥、化工、炼油厂使用较广的有气体压缩机（包括风机）、汽轮机、离心机和泵（简称三机一泵）。由于气体压缩机、汽轮机和泵都是以流体作为工作介质进行能量转换的机械，所以统称为流体机械。 . 压缩机 压缩机是一种用于压缩气体、提高气体压力和输送气体的机械。 按照压缩气体的原理、能量转换方式的不同，压缩机可分为容积式和速度式（或称透平式）两种基本类型。 容积式压缩机是依靠气缸工作容积的周期性变化来压缩气体，以提高气体压力的机械。按照活塞在气缸中运动方式的不同，可分为往复活塞式（简称往复式或活塞式）压缩机和回转式压缩机。 透平式压缩机的工作原理与容积式截然不同，它是一种叶片旋转式机械。它依靠高速回转的叶轮，使气体在离心力作用下以很高的速度甩出，从而获得速度能和压力能，然后通过扩压元件将速度能转化为压力能。透平式压缩机按照流体方向的不同，又有离心式、轴流式和混流式三种结构形式。按排气压力大小，压缩机又可分为通风机、鼓风机和压缩机。 压缩机的分类见表1-6。 表1-6 压缩机的分类 风 机 压 缩 机 类 别 通 风 机 鼓 风 机 20.294MPa（3kgf/cm）29.814.7kPa（0.10.294MPa（3kgf/cm）20.15kgf/cm） 往复式 活塞式压缩机 容 滑片式压缩机 积回转式 罗茨鼓风机 螺杆式压缩机 式 液环式压缩机 多叶片通风机 离心式鼓风机 离心式压缩机 速度（透平）式 透平式通风机 轴流式鼓风机 轴流式压缩机 轴流式通风机 活塞式压缩机是容积式压缩机的典型代表，其结构及特点见表1-7。 （）活塞式压缩机 活塞式压缩机包括主机和辅机两部分。主机部分如图1-10所示。曲轴、连杆、连杆螺栓、活塞杆断裂是活塞式压缩机常见的事故。 气缸和活塞是实现气体压缩的主要零部件，而气缸发热、导常振动、开裂和活塞断裂事故，在活塞式压缩机工作中是屡见不鲜的。 活塞环、气阀阀片与弹簧和填料是易损件，而它们的寿命长短与可靠性将直接影响压缩机运行的稳定性运行周期。 辅机部分包括滤清器、缓冲器、气液分离器、中间冷却器、注油器、油泵和管路系统。其中缓冲器、中间冷却器、气液分离器的燃烧爆炸事故多为常见。 （）螺杆压缩机 螺杆压缩机按螺杆的数目不同，可分为单螺杆和双螺杆压缩机。按运行的方式不同，可分为喷油（湿式）和无油（干式）螺杆压缩机。 双螺杆压缩机的结构如图1-11所示。它主要由一对转子、机体（或称气缸）、轴承、同步齿轮及轴封等零部件组成。 因螺杆压缩机无磨损件，可实现无油润滑，故适用于中、低压及中、小排量3（10m/min）动力用空气压缩、工业气体压缩、制冷工业或允许气体带有液体以及粉尘微粒的使用场合。 抱轴、烧瓦、轴承损坏是螺杆压缩机觉见的事故。 （）液环式压缩机 液环式压缩机和液环式真空泵统称为液环泵，它既可作真空泵使用，也可单独作压缩机用，在少数情况下，也可输送液体。 液环泵是回转式容积泵的一种，因其通过旋转的液体来传递能量，故叫液环泵，如果工作介质是水则称水环泵。 根据工作性能要求，液环泵有多种结构形式。常用的有单级作用液环泵、单级双作用液环泵。 YLJ型液环式氯气泵是我国目前生产较多的一种液环泵产品，其结构和工作原理如图1-12所示。它主要由泵体（包括锥形分配套、大盖、椭圆形壳体）、工作轮、轴承支座和密封装置构成。 泵体、轴承发热、振动和严重泄漏是液环式压缩机常见的事故。 （）离心式压缩机 大型化肥、化工、炼油生产用离心式压缩机一般分为几段进行压缩，段与段之间设置冷却器。每一个段一般又由一个或几个压缩级组成。而每一个级是离心式压缩机升压的基本单元，它主要由一个叶轮及与其相配合的固定元件构成。叶轮是离心式压缩机中惟一做功部件，大部分压力（约65%70%）是在叶轮中形成的，所以单级压缩所能产生的压力是有限的，对于较高压力，要靠采用多级压缩的方法得到。由于气体在压缩机中流动方向与主轴线垂直，故称离心式压缩机，它和轴流式（气体在压缩机中流动方向与主轴线平行）压缩机统称为透平式压缩机。 离心式压缩机按其结构特点分为水平剖分型和垂直剖分型两种。图1-13为水平剖分型离心式压缩机。 用于不同介质的离心式压缩机见表1-8。 离心式压缩机的转速很高，一般是每分钟几千或上万转，对动平衡要求极高。由于种种原因，转子不平衡就会引起叶轮飞裂、叶片断裂、转子损坏、轴承与轴瓦烧坏以及异常振动。 表1-8 离心式压缩机的应用 排 气 压 力 产 品 介 质 装 置 容 量 2/MPa（kgf/cm） 丙烯腈 空气 700900吨年0.17.862（19） 氨 合成气 20.58（210） 氢气 8001500吨日 3.43（35） 氨 1.47（15） 乙烯 裂解气体 3.626（37） 丙烯 300000500000吨年 1.666（17） 乙烯 1.862（19） 甲醇 合成气体 10002000吨日 4.9（50） 循环气体 4.9（50） 尿素 二氧化碳10001500吨日 14.7（150） 天然气液丙烷 1000000吨年1.862（19） 化 混合制冷剂 4.214（43） 石油精制 重油间接脱硫 1.46万桶日 6.86（70） 催化重整 3.55万桶日 2.548（26） 重油直接脱硫 2.77万桶日 10.78（110） 催化裂化 约6万桶日 1.568（16） （）轴流式压缩机 轴流式压缩机是利用外界提供的机械能连续不断地使气体压缩并输送出去的机械。它首先是使气体分子获得很高的速度，然后让气体停滞下来，将动能转化为压力能，即将速度转化为压力，因此它是速度式压缩机主要类型之一。它与离心式压缩机最大的区别是气体流动的方向不同，不像离心式压缩机那样从轴向到径向的急转变，而是气体从轴向进入高速旋转的叶片，然后被叶片推到导叶中扩压，最后沿轴向排出。因此，轴流式压缩机的最高效率可达到90%。依据它的工作原理，单级压力比不可能像离心式机械那么高，故一般都采用多级形式。对于总压力比较大的轴流式压缩机而言，有不少是十级以上的。 多级轴流式压缩机如图1-14所示。 轴流式压缩机的转速很高，一般大于4000r/min，宜采用高转速的驱动机直接驱动压缩机，避免使用高速、大负荷的齿轮箱传动。 轴流式压缩机运行中出现的故障有旋转失速，即在小流量区运行时，气流流入叶栅时正冲角增大，使叶片背面气流产生脱离，从而相继影响相邻的叶片，使脱流现象逐渐向叶片背弧方向传播，形成旋转失速，导致叶片在交变应力下发生疲劳破坏。 其次是喘振，即旋转失速进一步发展，使叶片背弧气流严重脱离，气流通道堵塞，机组发生喘振。发生喘振时，机组产生剧烈振动，如不及时采取有效措施可导致某些零件损坏。 . 风机 风机是输送气体，将原动机的机械能转变为气体的动能和压力能的机械。 按照输送气体的压力不同，风机可分为通风机（9.814.7kPa）和鼓风机（0.294Mpa）两种类型。 按照介质在风机内部流动的方向不同，风机可分为离心式风机、轴流式风机和混流式风机。 按照工作原理不同，风机可分为回转式（罗茨鼓风机）、速度式（离心式、轴流式、混流式风机）和其他类型风机，如再生式鼓风机（或称旋涡风机）。 （）离心式风机 离心式风机主要由叶片、叶轮前后盘、机壳、截流板、支架和吸入口等部件构成，如图1-15所示。机壳内的叶轮固装在原动机拖动的转轴上，叶片与叶轮前后盘连接成一体。 当叶轮随原动机拖动转轴旋转时，叶片间的气体也随叶轮一起旋转而获得离心力，并使气体从叶片之间的开口处甩出，被甩出的气体挤入机壳，于是机壳内的气体压强增高，最后被导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部位的压强降低，从而外界气体就能从风机吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸入，源源不断地输送气体。 离心式风机常见故障是煤气倒流入风机内引起爆炸；叶轮、轴承、轴瓦烧坏；压力偏高或偏低；风机不规则振动和风机与电机一起振动等。 （3）罗茨鼓风机 罗茨鼓风机是最早制造的两转子回转式压缩机之一，其结构如图1-19所示。它由一截面呈“8”字形、外形近似椭圆形的气缸和缸内配置的一对相同截面（也呈“8”字形）彼此啮合的叶轮（又称转子）组成。在转子之间以及转子与气缸之间都留有015035 mm的微小的啮合间隙，以避免相互接触。两个转子的轴由原动机轴通过齿轮驱动，且相互以相反的方向旋转。气缸的两侧面分别设置与吸、排气管道相连通的吸、排气口。 罗茨鼓风机在运行中常见的故障有因抽负压，空气进入系统，形成爆炸性混合气体而发生爆炸；鼓风机内带水，转子损坏，盘车盘不动，机壳发烫、振动、噪声大；电机电流超高或跳闸；出口压力波动大和泄漏中毒等。 . 泵 泵是把原动机的机械能转变成被抽送液体的压力能和动能的机械。 泵的种类极多，分类方法也多种多样。按泵的作用原理不同可分为三种类型：动力式泵、容积式泵、其他类型泵。 （1）动力式泵 利用高速回转的叶轮将能量连续地施加给液体，使其提高压力能和速度能，随后通过扩压元件将大部分速度能转化为压力能，如离心泵、旋涡泵、混流泵和轴流泵等。由于它们都具有叶片，又称叶片泵。 （）容积式泵 利用泵的工作容积周期性变化，将能量施加给液体，使其提高压力能并强行排出，如活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵和水环泵等。 （）其他类型泵 利用液体的能量（定能、动能等）来输送液体，如射流泵。 化肥、化工、炼油厂中大量使用的是离心泵、容积式泵。 离心泵的结构如图1-20所示。它主要由包括叶轮与轴在内的运转部件（即转子）和由壳体、填料函和轴承等组成的静止部件两大部分构成。在泵体内的叶轮人口处有吸液室，叶轮出口有压液室。为保证离心泵的正常运行，还需具有必要的附属设备，如进水过滤器、底座、闸阀、排出阀、压力表和真空表等。叶轮是传递原动机能量对液体做功的惟一部件。 由于叶轮旋转时将能量施加给液体，所以在离心泵中形成了高、低压区。为了减小液体由高压区流人低压区，在泵体和叶轮互相摩擦的地方装有密封环；由于泵轴伸出泵体，为减少有压力的液体流出泵外和防止空气进入泵内，在旋转的泵轴和固定的泵体之间装有轴封机构；泵在运行中由于作用在转子上的力不对称，会产生轴向力，此力得不到平衡时，会造成振动和轴承发热，因此，泵装置中还设有轴向力平衡机构。 离心泵的结构形式甚多，按泵轴的位置可分卧式和立式两大类；按叶轮的数目不同可分为单级泵和多级泵；按叶轮吸人方式不同又有单吸泵和双吸泵之分；按泵的用途和输送液体的性质，可分为水泵、酸泵、碱泵、油泵、低温泵、高温泵、液氨泵和屏蔽泵等。 据国内外资料统计，离心泵的产量占泵总产量的75%，由于它具有流量范围广（5320000mh）、扬程范围宽（82800m）、适应性强、结构简单、体积小、质量轻、操作维修简单和运转平稳等特点，化肥、乙烯及三大合成工业和石油炼制工业所需要的各种油泵、耐腐泵、计量泵等都采用离心泵。此泵启动前必须灌泵，输送高黏度液体时效率较低，甚至无法工作。 泵轴烧坏断裂，轴承、轴瓦严重磨损，轴封严重泄漏及其他零部件损坏，泵电机烧坏而停产及由此而引起的燃烧爆炸、灼伤事故等是离心泵常见的事故。 容积式泵包括往复泵、柱塞泵（如图121所示）、齿轮泵、隔膜泵和水环泵等。其中柱塞泵在化肥、化工、炼油厂中应用较多。 容积式泵由于不论排出压力高低，其排液量大致都相同，因此，关闭出口阀时，泵的流量并不减小，反而使压力剧烈上升，致使驱动机和不耐压部件损坏，为此，在靠近泵体处设置安全泄压装置（一般采用安全阀）。 4离心机 离心机是利用离心力来分离液-固相（悬浮液）、液-液相（乳浊液）非均一系混合物的一种典型的化工机器。 离心机的结构形式很多，分类的方法也多种多样。按照分离原理不同，可分为过滤式和沉降式两类。 过滤式是指分离过程是在有孔的转鼓上进行的，如图1-22所示。 过滤式离心机主要用于分离固体含量较多、固体颗粒较大的悬浮液。 沉降式是指分离过程是在无孔的转鼓上进行的，如图1-23所示。 沉降式离心机主要用于分离含固体量少、固体颗粒较细的悬浮液。 目前在化肥、化工、炼油企业中使用最多的是刮刀卸料