第一節　化工生產對化工設備的基本要求

化工生產是以流程性物料（氣體、液體、粉體）為原料，以化學處理和物理處理為手段，以獲得設計規定的產品為目的的工業生產?；どa過程不僅取決于化學工藝過程，而且與化工機械裝備密切相關。化工機械是化工生產得以進行的外部條件。如介質的化學反應，由反應器提供符合反應條件要求的空間；質量傳遞通常在塔設備中完成；熱量傳遞一般在換熱器中進行；能量轉換由泵、壓縮機等裝置承擔。同時化工機械技術的發展和進步，又能促進新工藝的誕生和實施，如大型壓縮機和超高壓容器的研制成功，使人造金剛石的構想變為現實，使高壓聚合反應得以實現。所以，先進的化工機械，一方面為化學工藝過程服務，另一方面又促進化學工藝過程的發展。

化工機械通常分為化工設備和化工機器兩大類，化工設備指靜止設備，如各種塔器、換熱器等；化工機器指動設備，如各種壓縮機、泵等。

一、化工生產的特點

與其他工業生產相比，化工生產具有其自身的特點。

1.生產的連續性強

由于化工生產所處理的大多是氣體、液體和粉體，便于輸送和控制，處理過程如傳質、傳熱、化學反應可連續進行。為了提高生產效率，節約成本，化工生產過程一般采用連續的工藝流程。在連續性的過程中，每一生產環節都非常重要，若出現事故，將破壞連續性生產。

2.生產的條件苛刻

（1）介質腐蝕性強

化工生產過程中，有很多介質具有腐蝕性。例如，酸、堿、鹽一類的介質，對金屬或非金屬物件的腐蝕，使機器與設備的使用壽命大為降低。腐蝕生成物的沉積，可能堵塞機器與設備的通道，破壞正常的工藝條件，影響生產的正常進行。

（2）溫度和壓力變化大

根據不同的工藝條件要求，介質的溫度和壓力各不相同。介質溫度從深冷到高溫，壓力從真空到數百兆帕，使得有的設備要承受高溫或高壓，有的設備要承受低溫或低壓。溫度和壓力的不同，影響到設備的工作條件和材料選擇。

3.介質大多易燃易爆有毒性

化工生產過程中，有不少介質是容易燃燒和爆炸的，例如氨氣、氫氣、苯蒸氣等均屬此類。還有不少介質有較強的毒副作用，如二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、一氧化碳等。這些易燃、易爆、有毒性的介質一旦泄漏，不僅會造成環境的污染，而且還可能引起人員傷亡和設備破壞等重大事故的發生。

4.生產原理的多樣性

化工生產過程按作用原理可分為質量傳遞、熱量傳遞、能量傳遞和化學反應等若干類型。同一類型中功能原理也多種多樣，如傳熱設備的傳熱過程，按傳熱機理又可分為熱傳導、對流和輻射。故化工設備的用途、操作條件、結構形式也千差萬別。

5.生產的技術含量高

現代化工生產既包含了先進的生產工藝，又需要先進的生產設備，還離不開先進的控制與檢測手段。因此，生產技術含量要求高。并呈現出學科綜合，專業復合，化、機、電一體化的發展勢態。

二、化工生產對化工設備的基本要求

（一）安全性能要求

1.足夠的強度

材料強度是指載荷作用下材料抵抗永久變形或斷裂的能力。屈服強度和抗拉強度是鋼材常用的強度指標?；ぴO備是由一定的材料制造而成的，其安全性與材料強度緊密相關。在相同設計條件下，提高材料強度，可以增大許用應力，減薄化工設備的壁厚，減輕重量、便于制造、運輸和安裝，從而降低成本，提高綜合經濟性。對于大型化工設備，采用高強度材料的效果尤為顯著。

2.良好的韌性

韌性是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。由于原材料制造（特別是焊接）和使用（如疲勞、應力腐蝕）等方面的原因，化工設備的構件常帶有各種各樣的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣等。如果材料韌性差，可能因其本身的缺陷或在波動載荷作用下而發生脆性破斷。

3.足夠的剛度和抗失穩能力

剛度是過程設備在載荷作用下保持原有形狀的能力。剛度不足是過程設備過度變形的主要原因之一。例如，螺栓、法蘭和墊片組成的連接結構，若法蘭因剛度不足而發生過度變形，將導致密封失效而泄漏。失穩是指容器在外壓作用下突然失去原有形狀的現象。失穩是外壓容器失效的主要形式。

4.良好的抗腐蝕性

過程設備的介質往往是腐蝕性強的酸、堿、鹽。材料被腐蝕后，不僅會導致壁厚減薄，而且有可能改變其組織和性能。因此，材料必須具有較強的耐腐蝕性能。

5.可靠的密封性

密封性是指化工設備防止介質泄漏的能力。由于化工生產中的介質往往具有危害性，若發生泄漏不僅有可能造成環境污染，還可能引起中毒、燃燒和爆炸。因此密封的可靠性是化工設備安全運行的必要條件。

（二）工藝性能要求

1.達到工藝指標

化工設備都有一定的工藝指標要求，以滿足生產的需要。如儲罐的儲存量、換熱器的傳熱量、反應器的反應速率、塔設備的傳質效率等。工藝指標達不到要求，將影響整個過程的生產效率，造成經濟損失。

2.生產效率高、消耗低

化工設備的生產效率用單位時間內單位體積（或面積）所完成的生產任務來衡量。如換熱器在單位時間單位傳熱面積的傳熱量、反應器在單位時間單位容積內的產品數量等。消耗是指生產單位質量或體積產品所需要的資源（如原料、燃料、電能等）。設計時應從工藝、結構等方面來考慮提高化工設備的生產效率和降低消耗。

（三）使用性能要求

1.結構合理、制造簡單

化工設備的結構要緊湊、設計要合理、材料利用率要高。制造方法要有利于實現機械化、自動化，有利于成批生產，以降低生產成本。

2.運輸與安裝方便

化工設備一般由機械制造廠生產，再運至使用單位安裝。對于中小型設備運輸安裝一般比較方便，但對于大型設備，應考慮運輸的可行性，如運載工具的能力、空間大小、碼頭深度、橋梁與路面的承載能力、吊裝設備的噸位等。對于特大型設備或有特殊要求的設備，則應考慮采用現場組裝的條件和方法。

3.操作、控制、維護簡便

化工設備的操作程序和方法要簡單，最好能設有防止錯誤操作的報警裝置。設備上要有測量、報警和調節裝置，能檢測流量、溫度、壓力、濃度、液位等狀態參數，當操作過程中出現超溫、超壓和其他異常情況時，能發出警報信號，并可對操作狀態進行調節。

（四）經濟性能要求

在滿足安全性、工藝性、使用性的前提下，應盡量減少化工設備的基建投資和日常維護、操作費用，并使設備在使用期內安全運行，以獲得較好的經濟效益。