任务一 化工管路的认知
【任务导入】
化工生产过程中流体是经管路由一个设备流到另一设备的，管路的构成、作用及其日常检查都是重要的。下面观察不同单元操作装置的管路，分析各套装置管路中的相同处和不同处，总结化工管路的组成。
【任务实施】
一、化工单元操作装置
观察图1-1中各套装置的管路，分析管路的组成和各自的特点。
图1-1 化工实训装置
二、单泵送料管路装置流程图
认真对比装置流程图（图1-2）和实训装置，对相关设备外型有基本的认知，整理出管路的组成并确定流体的流动方向。
图1-2 单泵送料管路装置流程图
【任务评价】
①能识读化工流程图，并与现场装置对照找到相应设备和仪表，注意观察和分析；
②了解管路各组成件的结构和工作原理；
③能从不同的化工流程中找出管路的组成件；
④小组内要能团结协作，有一定的安全意识。
【知识链接】
知识点 流体输送设备和管路
一、贮罐
贮罐是一种最典型的化工容器，主要用于贮存气体、液体、液化气体等介质，如石油贮罐、液氨贮罐等。除了贮存作用外贮罐还起到了计量的作用。因此，贮罐在石油、化工、能源、轻工、环保、制药及食品等行业应用广泛。
1.贮罐的类型
由于贮存介质的不同，贮罐有多种类型，见表1-1。
表1-1 贮罐的类型
图1-3 贮罐的形状
（1）立式贮罐 立式贮罐以大型油罐最为典型［图1-3（a）］，其由基础、罐底、罐壁、罐顶及附件组成。大型立式贮罐主要用于贮存数量较大的液体介质，如原油、轻质成品油等；小型立式贮罐主要作为中间成品罐和各种计量罐、冷凝罐用。
（2）卧式贮罐 卧式贮罐［图1-3（b）］与立式贮罐相比，容量较小、承载能力变化范围宽，在各种工艺条件下都能使用。大型卧式贮罐用于贮存容量小且压力不太高的液化气和液体；小型卧式贮罐也主要作为中间成品罐和各种计量罐、冷凝罐用。
（3）球形贮罐 与圆筒形贮罐相比，具有容量大、承载能力强、节约钢材、占地面积小、基础工程量小、介质蒸发损耗少等优点，但也存在制造安装技术要求高、焊接工程量大、制造成本高等特点。故适用于贮存容量较大且压力较高的液体，比如石油气及各种液化气。见图1-3（c）。
2.贮罐的选用
（1）贮存介质的性质是选择贮罐形式的重要因素
①介质的闪点、沸点及饱和蒸气压与液体的可燃性密切相关，是选择贮罐形式的主要依据。通常取大气环境最高温度时介质饱和蒸气压作为其最高工作压力，应根据最高工作压力初步选择贮罐类型。
一般情况下，球形、椭圆形、蝶形、球冠形封头的圆筒形贮罐和球罐可以承受较高的贮存压力，而立式平底筒形贮罐的承压能力较差，介质的压力不大于0.1MPa。
②介质的密度将直接影响载荷的分析与罐体应力的大小。
③介质的腐蚀性是贮存设备材料选择的首要依据，将直接影响制造工艺与设备造价。一般情况下，以腐蚀率作为选用材料的基础：腐蚀率在0.005mm/a以下，可以充分使用；腐蚀率在0.005～0.05mm/a，可以使用；腐蚀率在0.05～0.5mm/a，尽量不要使用；腐蚀率在0.5mm/a以上，不使用。
④介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件的配置。
⑤介质的黏度与冰点直接关系到贮存设备的运行成本。这是因为当介质为具有高黏度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对贮存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。
（2）贮存量的大小是选择贮罐形式的依据 在根据最高工作压力初步选择贮罐类型后，再根据贮存量的大小选择合适的贮罐形式。单台立式圆筒形贮罐（非平底形）的容积一般不宜大于20m3；卧式圆筒形贮罐的容积一般不宜大于100m3；当总的贮存容量超过100m3但小于500m3时，可以选用几个卧罐组成一个贮罐群，也可以选用一个或两个球罐；当总容量大于500m3，且贮存压力较高时，建议选用球罐或球罐群；若是常压贮存，且贮存容量较大时（>100m3），为了减少蒸发损耗或防止污染环境，保证介质不受空气污染时，宜选用外浮顶罐或内浮顶罐；若是常压或低压贮存，蒸发损耗不是主要问题，环境污染也不大，可不必设置浮顶；若需要适当加热贮存，宜选用固定顶罐。
（3）其他因素 在选择贮罐形式时，还需考虑贮存场地的位置、大小和地基承载能力。
二、化工管路
化工管路是化工生产中所涉及的各种管路形式的总称，将化工机器与设备连在一起，从而保证流体能从一个设备输送到另一个设备，是化工生产装置不可缺少的部分。
化工管路主要由管子、管件、阀件及辅件（一些附属于管路的管架、管卡、管撑等）构成。
1.化工管路的标准化
化工生产中输送的流体介质多种多样，介质性质、输送条件和输送流量是各不相同的，因此化工管路也必须是各不相同，以适应不同输送任务的要求。工程上，为了避免杂乱、方便制造与使用，有了化工管路的标准化。
化工管路的标准化是指制定化工管路主要构件（包括管子、管件、阀门、法兰、垫片等）的结构、尺寸、连接、压力等的实施标准的过程。其中，压力标准与直径标准是制定其他标准的依据，也是选择管子、管件、阀门、法兰、垫片等的依据，已由国家标准详细规定，使用时可查阅有关资料。
2.管子
生产中使用的管子按管材不同可分为金属管、非金属管和复合管。金属管主要有铸铁管、钢管（含合金钢管）和有色金属管等；非金属管主要有陶瓷管、水泥管、玻璃管、塑料管、橡胶管等；复合管指的是金属与非金属两种材料复合得到的管子，最常见的形式是衬里管，为了满足成本、强度和防腐的需要，在一些管子的内层衬以适当材料（如金属、橡胶、塑料、搪瓷等）而形成的。随着化学工业的发展，各种新型耐腐蚀材料不断出现，如有机聚合物材料等，非金属材料管正在越来越多地替代金属管。
管子的规格通常是用“ϕ外径×壁厚”来表示，如ϕ38mm×2.5mm表示此管子的外径是38mm，壁厚是2.5mm。但也有些管子是用内径来表示其规格的，使用时要注意。管子的长度主要有3m、4m和6m。有些可达9m、12m，但以6m最为普遍。
3.管件
化工生产中的管件类型很多，管件根据管材类型分为5种，即水煤气钢管件、铸铁管件、塑料管件、耐酸陶瓷管件和电焊钢管管件。管件是用来连接管子、改变管路方向或直径、接出支路或封闭管路的附件总称。一种管件能起到上述作用中的一个或多个，例如弯头既是连接管路的管件，又是改变管路方向的管件。
（1）改变管路的方向 如图1-4（a）～图1-4（d）等，通常将其统称为弯头。
（2）连接支管 如图1-4（e）～图1-4（i）等。通常把它们统称为“三通”“四通”。
（3）连接两段管子 如图1-4（j）～图1-4（l）等。其中图1-4（j）称为外接头，俗称为“管箍”；图1-4（k）称为内接头，俗称为“对丝”；图1-4（l）称为活接头，俗称为“由任”。
（4）改变管路的直径 如图1-4（m）、图1-4（n）等，通常把前者称为大小头，后者称为内外螺纹管接头，俗称为内外丝或补芯。
（5）堵塞管路 如图1-4（o）、图1-4（p）等，分别称为丝堵和盲板。
图1-4 管件
必须注意，管件和管子一样，也是标准化、系列化的。选用时必须注意和管子的规格一致。
4.阀门
阀门是用来开启、关闭、调节流量及控制安全的机械装置，也称活门、截门或节门。阀门是化工安全生产的关键组件。阀门的开启与关闭、畅通与隔断、质量好与坏、严密与渗漏等均关系到安全运行，由阀门引起的火灾、爆炸、中毒事故数不胜数，许多重大的灾害都是由阀门引起的。化工生产中，通过阀门可以调节流量、系统压力、流动方向，从而确保工艺条件的实现与安全生产。
（1）阀们的型号 阀件的种类与规格很多，为了便于选用时的识别，规定了工业管路使用阀门的标准，对阀门进行了统一编号。阀门的型号由七个部分组成，其形式为：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ-Ⅵ Ⅶ
其中位置Ⅰ～Ⅶ为字母或数字，可从有关手册中查取。
阀门类别代号Ⅰ，用阀门名称的第一个汉字的拼音字首来表示。如截止阀用J表示、闸阀用Z表示、球阀用Q表示、安全阀用A表示等。
阀门传动方式代号Ⅱ，用阿拉伯数字表示，如气动为6、液动为7、电动为9等。
阀门连接形式代号Ⅲ，用阿拉伯数字表示，如内螺纹为1、外螺纹为2等。
阀门结构形式代号Ⅳ，用阿拉伯数字表示，以截止阀为例，直通式为1、角式为4、直流式为5等。
阀座密封面或衬里材料代号Ⅴ，用材料名称的拼音字首来表示，如铜合金材料为T、氟塑料为F、搪瓷为C等。
公称压力的数值Ⅵ，是阀件在基准下能够承受的最大工作压力，可从公称压力系列表选取。
阀体材料代号Ⅶ，用规定的拼音字母表示，如铸铜为T、碳钢为C、Cr5Mo钢为I等。
例如，有一阀门的铭牌上标明其型号为Z941T-1.0K，则说明该阀为闸阀、电动、法兰连接、明杆楔式单闸板，阀座密封面的材料为铜合金，公称压力为1.0MPa，阀体材料为可锻铸铁。
（2）阀门的类型 阀门的种类很多，按启动力的来源分为他动启闭阀和自动作用阀。
①他动启闭阀：有手动、气动和电动等类型，若按结构分则有旋塞、闸阀、截止阀、节流阀、气动调节阀和电动调节阀等，表1-2介绍了几种常见的化工他动启闭阀。
表1-2 常见几种他动启闭阀的用途
②自动作用阀。当系统中某些参数发生变化时，自动作用阀能够自动启闭。自动作用阀主要有安全阀、减压阀、止回阀和疏水阀等。
a.安全阀。安全阀是为了管道设备的安全保险而设置的截断装置。它能根据工作压力自动启闭，从而将管道设备的压力控制在某一数值以下，保证其安全，主要用在蒸汽锅炉及高压设备上。
b.减压阀。减压阀是为了降低管道设备的压力，并维持出口压力稳定的一种机械装置，常用在高压设备上。例如，高压钢瓶出口都要接减压阀，以降低出口的压力，满足后续设备的压力要求。
c.止回阀。止回阀也称止逆阀或单向阀，是在阀的上下游压力差的作用下自动启闭的阀门。其作用是使介质按一定方向流动而不会反向流动。常用在泵的进出口管路中、蒸汽锅炉的给水管路上。例如，离心泵在开启之前需要灌泵，为了保证灌入的液体不外泄，常在泵吸入管口装一个单向阀。
d.疏水阀。 疏水阀是一种自动间歇排除冷凝液，并能自动阻止蒸汽排出的机械装置。蒸汽是化工生产中最常用的热源，只有及时排除冷凝液，才能很好地发挥蒸汽的加热功能。
（3）阀门的选用 阀门选用时应考虑介质的性质、工作压力和工作温度及变化范围、管道的直径及工艺上的特殊要求（节流、减压、放空、止回等）、阀门的安装位置等因素，本着“满足工艺要求、安全可靠、经济合理、操作与维护方便”的基本原则选择相应的阀门。
对双向流的管道，应选用无方向性的阀门，如闸阀、球阀、蝶阀等；对只允许单向流的管道，应选止回阀；对需要调节流量的地方多选截止阀。
对要求启闭迅速的管道，应选球阀或蝶阀；对要求密封性好的管道，应选闸阀或球阀。
对受压容器及管道，视其具体情况设置安全阀，对各种气瓶应在出口处设置减压阀。
蒸汽加热设备及蒸汽管道上应设置疏水阀。
（4）阀门的维护 阀门是化工生产中最常用的装置，数量广、类型多，其工作情况直接关系到化工生产的好坏与优劣。为了使阀门正常工作，必须做好阀门的维护工作。
①保持清洁与润滑良好，使传动部件灵活动作。
②检查有无渗漏，如有渗漏及时修复。
③安全阀要保持无挂污与无渗漏，并定期校验其灵敏度。
④注意观察减压阀的减压效能。若减压值波动较大，应及时检修。
⑤阀门全开后，必须将手轮倒转少许，以保持螺纹接触严密、不损伤。
⑥电动阀应保持清洁及接点的良好接触，防止水、汽和油的沾污。
⑦露天阀门的传动装置必须有防护罩，以免大气及雨雪的浸蚀。
⑧要经常测听止逆阀阀芯的跳动情况，以防止掉落。
⑨做保温与防冻工作，应排净停用阀门内部积存的介质。
⑩及时维修损坏的阀门零件，发现异常及时处理。
三、输送设备
在化工生产中，为了满足工艺要求，经常需要将流体从一个设备输送到另一个设备、从一个车间输送到另一个车间、从常压变成高压或负压等，使用流体输送机械对流体做功达到上述目的是工业生产中的主要手段。流体输送机械在化工生产中称动设备，是容易出现危险、发生事故的设备。流体输送机械的安全问题，不仅涉及机械的材质结构、强度、动平衡、密封等问题，而且涉及在机械动作下流体的状态和特性变化。
由于输送任务不同、流体种类多样，工艺条件复杂，流体输送机械也是多种多样的，如表1-3所示，是按照工作原理分类的。
表1-3 流体输送机械的类型
尽管液体输送机械多种多样，但都必须满足以下基本要求：
①满足生产工艺对流量和能量的需要；
②满足被输送液体性质的需要；
③结构简单、价格低廉、质量小；
④运行可靠，维护方便，效率高，操作费用低。
选用时应综合考虑，全面衡量，其中最重要的是满足流量与能量的要求。
【自测练习】
1.观察实训室供水管路，分析管路中各组成部分的作用。
2.某化工企业采用乙酸和乙醇为原料，硫酸为催化剂生产乙酸乙酯，每天乙酸用量为1200kg，乙醇用量为1100kg，工厂每周进一次原料，请选用合适的贮罐形式。贮罐采用什么材质合适？