第七章 换热器
7.1 概述
换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备，对于迅速发展的化工、石油化工工业来说，换热器尤为重要。它的先进性、合理性和运转可靠性将直接影响产品的质量、数量和成本。
由于使用条件的不同，换热器有各种各样的形式和结构：固定管板式，U型管式，浮头式，填函式和板式换热器等。
换热器的形式和类别虽多，但是衡量一台换热器好坏的标准是相同的：传热效率高，流体阻力小，强度足够；结构可靠，材料节省；成本低，制造、安装、检修方便。
任何一种换热器总不可能十全十美，板式换热器换热效率高，但流体阻力大，制造检修困难。而列管式换热器的可靠性高，适应性大，强度大。一般占企业的化工设备的40%左右。
7.2 管壳式换热器的种类及结构
管壳式换热器的种类很多，但它的主要组合部件都有前端管箱、壳体和后端结构（包括管束）。详细分类以及代号见图7-1所示。
换热器的分类：
1）固定管板式换热器：这种换热器结构较简单，但有局限性。见图7-2其外形结构。极限为65oC，二种流体之间没有防止膨胀措施。壳程不能清洗，要求壳程的介质有一定的清洁度。
2）浮头式换热器：允许换热器中由于温差产生管子膨胀，一端管板在壳体内移动。见图7-3所示。这个浮板在壳体内用浮头盖封着，以使管程介质回到管箱的一端。大多数换热器属于这一种。
3）U型管式换热器：管子成为一体，可作为特殊换热器。管子能膨胀和收缩，并只要一块管板。如图7-4所示。
4） 填料函式换热器：它分为外填料函浮头式、单填料函滑动管板式和双填料函滑动管板式三种。填料函式换热器一般不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒和贵重介质场合。
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图7-1 换热器主要部件的分类及代号
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图7-2 固定管板式换热器
图7-3 浮头式换热器
图7-4 U型管式换热器
图7-5 填料函双壳程换热器
7.3 换热器投用的一般步骤
1） 为了投用换热器，应先仔细检查换热器，确保所有的接口和堵头都得到确认； 2） 所有的阀门应在关闭位置；
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3） 打开冷、热流体放空阀；
4） 稍微开点冷流体进口阀，当液体充满时排除全部气体，关闭冷流体放空阀； 5） 稍微开点热流体出口阀，当液体充满时排除全部气体，关闭热流体放空阀。在这阶段，换热器充满冷、热两种流体——全开冷流体进口阀和热流体出口阀；
6） 慢慢打开冷流体的出口阀，直到流体流通换热器； 7） 开始慢慢打开热流体进口阀；
8） 冷流体出口阀和热流体进口阀都慢慢地打开到全开为止。全部操作应慢慢地进行，并注意不应发生温度突变。
7.4 换热器停用的一般步骤
1） 先关热流体，后关冷流体。要渐渐地关，使换热器慢慢地冷下来； 2） 在换热器的进出口中热流体切断后，并温度降到冷流体温度时，关闭冷流体的进出口阀；
3） 壳程和管程两侧的介质分别排到指定的容器内；
4） 对一些特殊介质的换热器，还要用汽油或其他化学剂进行浸泡； 5） 为了安全起见，在进、出口管线上装上盲板。
7.5 换热器的泄漏检查
虽然，所有的换热器在制造厂已进行过常规试验，而在有些场合，在设备投用前要用水压试验作泄漏检查。同时，在运行期间，由于换热器管子的泄漏引起产品出现污染时也应该检查。其检查的方法不同形式的换热器有不同的方法。
7.6 列管式换热器的维护
1） 换热器不得在超过名牌规定的条件下运行； 2） 应经常对管、壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热器的泄漏和结垢情况。在压降增大和传热系数降低超过一定值时，应根据介质和换热器的结构，选择有效的方法进行清洗。
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第八章 反应器
8.1 概述
进行任何过程，都需要一定的空间场所，化学反应也不例外。化工过程都是在一定的设备或装置中进行的，这些化工设备或装置就是进行化工过程的空间场所。用于进行化学反应的设备或装置叫做反应设备或反应装置，简称反应器。
在单位时间内，反应器所能处理的原料量或生产的产品量叫做反应器的生产能力，常用公斤（原料量或产品量）/时或吨（原料量或产品量）/年表示。它表示该反应器在1小时或1年之内能处理多少公斤或吨原料或者多少公斤或吨产品量。可见，反应器的生产能力是反应器的主要特征之一。它体现着一个车间或一个工厂的生产规模。它对进行工程设计和经济核算等都是必不可少的数据。
比较两个反应器的优劣，单看生产能力是不够的，还需了解他们的生产率。所谓反应器的生产率，就是在单位时间内单位反应器体积所能处理的原料或所能生产的产品量；常用公斤/时·升或公斤分子/时·米3表示。
反应器的生产率也是反应器的重要指标之一。反应器的生产率高，意味着小设备可实现大生产。这一点对于大型反应器、高压下操作的反应器和贵重材料制成的反应器特别有意义。因为，对大型反应器而言，其生产率略有提高都会产生较大的经济效益；对贵重材料制成的反应器而言，节省其材料消耗对产品的成本有较大的影响，特别是对于用进口材料制成的反应器。此外，提高反应器的生产率还可节约能源，减少占地。
为使反应器有较好的性能，需要什么条件呢？或者说影响反应器的生产率、转化率、收率、选择性和反应速度等因素有哪些呢？化学工业中的化学反应有数百种，即或把他们分类也不下几十类。如氧化、加氢、裂解、聚合、卤化、磺化、硝化等反应。这些反应的特点不同，所需条件各异。有的反应需高温高压，有的反应只要常温常压；有的反应需几十小时才能完成，有的反应只需要几秒钟完成；有的反应需要催化剂，有的反应不需要等。显然，欲对数百种反应的反应条件逐个去研究，不是研究问题的好方法。在一般情况下进行化学反应的主要条件如下。
8.1.1 温度
一般来讲，提高反应温度，可以加快反应速度，也可提高反应物的转化率。粗略地讲，通常反应温度升高10oC，反应速度约加快2—10倍。反应速度比较广义的表示方法是在单位时间内单位反应器容积所消耗掉的反应物量。可见，单从反应速度加快这一点只能说明反应物消耗得快了，但不一定能说明目的产物的生产速度加快了，这其中涉及到选择性和收率的问题。
反应温度对反应器的性能影响很大，它是一个重要的反应条件。对于一个特定反应，总应有一个最合适的反应温度。
也应当指出，某些情况，反应温度对化学反应速度、收率以及产品质量的影响并不十分显著。
8.1.2 浓度
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一般来讲，反应物的浓度越大，其反应速度也越快。但反应物的浓度也有一个最适宜的范围。其原因也是多种多样的。如化学反应总是伴随着吸收或放出热量的过程，反应速度越大，单位时间单位反应器容积所放出的或吸收的热量也越大，这就受反应器单位时间单位容积所能吸收或放出的能力限制。否则反应器就不能保证合适的温度条件。
又如有的反应是可逆的（即反应产物可以反过来又声称反应物的反应），随着反应的进行，产物的浓度在不断地增大，逆反应相应增强，这就要求采取措施，将产物不断地从反应区排出。再如：由A、B两种反应物，其中A是贵重原料，需要尽量使其完全反应，以免浪费，在这种情况下，往往加入过量的B。
8.1.3 压力
对于某些反应（例如反应生成物体积比反应物体积小的气相反应和某些气液相反应），提高反应压力，可以强化生产。例如，合成氨的反应就是在高压下进行的；高压聚乙烯是在1500大气压甚至更高的压力下进行生产的。对气体和液体之间的反应，提高反应压力，可使气体在液体中的溶解度提高，也有利于强化生产。对反应前后反应体系的体积增大的反应，则应当在尽量低的压力下进行，或在采用稀释剂进行稀释的情况下进行。例如，烃类裂解反应就是在用水蒸气稀释的情况下进行的。但是压力究竟高到多少或低到什么程度？这个限度往往受压力设备（如压缩机）和反应器的结构与材质的限制。此外，有些化学反应（比如液相反应）受压力的影响不大，多在常压下进行。
8.1.4 催化剂
在进行化学反应时，往往向反应物或反应器内加入某种物质，它能促使化学反应，或使化学反应主要向生成目的的产物方向进行，但其本身的化学性质在反应前后不变，这种物质叫做催化剂。欲使催化剂发挥这种特性，需要给催化剂保持一定的条件。比如，催化剂容易中毒而失去这种特性，为防止催化剂中毒，反应物需很好精制，勿让能使催化剂中毒的物质混入反应器内。有的催化剂在高温下会失去催化特性，要防止温度过高。催化剂颗粒的大小和制备方法都会影响其催化特性。催化剂装填的是否均匀，也影响这种特性的发挥。
8.1.5 反应时间
任何一个反应都需要一定的反应时间，时间短了，有的反应物来不及反应就被排出了反应器，结果降低了转化率。反应时间长了，反应产物本身又可能发生别的反应，产品进一步转化成非目的产物。所以，任何一个特定的反应，都要求一个较适宜的反应时间。如果反应器是分批地加料，一批物料加入反应器后，保持一定的温度和压力等反映条件，让反应器内的反应物发生化学反应，经过一定时间后出料。在这种场合，所有反应物在反应器内停留时间都是相等的。这个停留时间就是反应时间。
但是，如果我们操作的反应器是连续地从反应器进口加入反应物，同时又连续不断地从反应器的出口放出产物，这种场合，反应物在反应器内的停留时间（也称反应
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时间）就不能直接测出，而需要间接计算得到。反应时间看起来似乎是一个很简单的问题，但要做到使所有的分子（包括反应物和反应产物的分子）在反应器内的停留时间都相等，却并非容易的事。
8.1.6 物料的流动与混合
物料在反应器内的流动与混合状况，对反应器性能的影响非常大。它是反应条件中最基本的、不可忽视的条件之一。它与前面提到的反应时间密切相关，也是一个十分复杂的问题。
8.2 反应器的基本类型
工业中的化学反应有数百种，但是，工业中的反应器却只有几十种。这是因为尽管每个反应器的操作条件不可能完全相同，但某些反应的反应条件却大体相同，或大同小异。反应条件大体相同的那些反应，可以在同一类反应器内进行。
不同形式的反应器，都有其各自独特的结构特征，都有其独特的操作要求。反应器的分类是抓住主要的共同特征进行分类。反应器的主要特征有一些几个方面：反应器内物料的集聚状态、反应器的操作方式、反应器的结构形式、反应器的换热方式等。
根据反应物的相态，可以将化学反应作如下分类：
气相反应
均相（单相）反应 液相反应
固相反应（极少）
化学反应
气液相反应 非均相（多相）反应 液液相反应 气固相反应 气液固三相反应
相应地工业反应器亦分为：
气相反应器 均相反应器
液相反应器
工业反应器
气液相反应器 非均相（多相）反应器 液液相反应器 气固相反应器 气液固三相反应器
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8.2.1 管式、槽式和塔式反应器
按反应器的外形，可将反应器分为管式、槽式和塔式三大类： 一、管式反应器
管式反应器的基本部件，从外形上看是由各种类型的管子构成的，故称为管式反应器。它们的结构特征是，反应器长度与其直径之比（长径比）一般大于50—100。这类反应器可以有多根管子串联或并联所组成。前者多用于气相反应和气液相反应，后者主要用于气固相反应。
二、槽式反应器
槽式反应器的外形与管式反应器相反，它不是细长的，而是短粗的，长径比一般为1—3左右。所以外形很象槽，故称为槽式反应器。槽式反应器有时也叫做反应锅或反应釜。常压下操作的槽形反应器叫做反应锅，高压下操作的槽形反应器叫做反应釜或高压釜。
三、塔式反应器
塔式反应器的外形介于管式和槽式两类反应器之间，有些象中国古代塔式建筑物，故称为塔式反应器。这种反应器的基本结构特征是长径比约在8—30左右。
塔式反应器的总类很多，如填料塔、鼓泡塔、泡罩塔、筛板塔等。塔式反应器主要用于多相反应，其中主要是气液反应、液液反应、气固流化床反应和固态三相反应（滴流床反应器）。
按反应器外形对反应器进行分类的主要依据是它们的长径比数量上的差异。然而，长径比这种简单的数量上的差异，且引起了它们之间性质上的差异——反应器性能方面质的区别。
概括起来：在管式反应器内细心操作的情况下，可能使物料在反应器内停留时间相等或接近相等；在槽形反应器内连续进出料的情况下，很难甚至不可能使物料停留时间相等或接近相等。由此，这两类反应器对化学反应的不同作用就不难理解了。
可以想象，塔式反应器内分子的停留时间的分布状况将介于管式和槽式反应器两者之间或趋于两者中的一种。
至此，应当很清楚：反应器的构型直接影响反应器内流体的流动状况；流体的流动状况又影响反应物料在反应器内的停留时间的分布状况（所谓停留时间的分布状况就是停留时间是否均一和不均一的程度）；停留时间即反应时间，是反应条件之一。总之，反应器构型影响物料流动状况，物料流动状况影响停留时间分布，而停留时间分布影响反应效果。所以按外形对反应器进行分类研究是十分必要的。
8.2.2 间歇式和连续式反应器
在小批量、多品种的化学制品工厂中，槽式反应器少则几个，多者几百个。这类反应器的共同操作特点是：装一批原料后，使反应器保持所要求的反应条件，经过一定时间一次出料，然后清洗反应器，再加入另一批原料，准备下一批的生产。这样一批一批地进行生产。这种反应器叫做分批操作反应器或间歇式反应器。简言之，分批操作反应器的每一批操作，都必须包括装料、反应、卸料和清洗等四个步骤。
大型石油化工厂有裂解反应器（裂解炉），进料和出料同时连续进行，其连续时间一般是几个月、甚至半年、一年，只在设备检修时才停止。在这种大吨位生产的化工
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厂中，不管是槽形反应器、还是气液相反应器，大多为连续进料和出料，这种操作方式的反应器叫做连续式反应器。为了与这种连续式反应器相对应，我们把分批操作反应器叫做间歇式反应器。
8.2.3 直接加热式、间接加热式和绝热式反应器
化学反应总是伴随着热量的放出或吸收进行的。
人们多年来的辛勤劳动结果创造了许多有价值的反应器换热方法。归纳起来大体上可分为三类：间接换热式、直接换热式和绝热式。
间接换热式反应器的换热特点是，载热体和反应物不直接接触。例如，带夹套反应器如图8-1（a）、内管（蛇管或管束„„）式换热反应器如图8-1（b）、多管（列管）式换热反应器如图8-1（c）等。在这些反应器内，载热体通过夹套、内管和多管的外围空间流动，在流动过程中经过器壁与反应物料之间进行换热。图8-1（d）所示的反应器是利用反应热来预热原料的。图8-1（e）是一种更特殊的间接换热方式，它是先用热载体将反应器的填充物加热，把热量储蓄在固体填充物中，然后停止通载热体，改通反应物料；反应物料吸收填充物的热量进行反应；此类反应器叫做蓄热式反应器（如蓄热式裂解炉）。
图8-1间接换热式反应器的示意图
直接换热式反应器的特点是，载热体与反应物料直接接触。如图8-2（a）所示。或者使部分反应物料燃烧，放出热量供另一部分反应物进行化学反应所需之热量。如图8-2（b）所示，或是直接使反应物部分蒸发而带走多余的反应热。如图8-2（c）所示。
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图8-2 直接换热式反应器示意图
绝热式反应器的特点是，在反应过程中既不加入也不引进热量。如乙苯脱氢制苯乙烯和乙烯直接水合制乙醇的反应器均属此类，如图8-3所示。绝热式反应器主要靠进出料的热量变化维持反应所要求的温度。显然，这类反应器只适用于对反应温度不太敏感的反应，或者反应热足以使反应物加热到所需之反应温度的那类反应。
图8-3 绝热式反应器示意图 （a）单段绝热式；（b）多段绝热式；（c）冷激式
反应器内部进行的过程是十分复杂的。它既包含着化学反应，也包括着物料的流
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动与混合，还包含着换热的问题；这些过程之间有时错综复杂地互相影响着。它们与反应器的构型、反应物的相态、换热的方式和操作方式等各方面关系均十分密切。所以很难从每一个方面去概括反应器的各主要特性。
通常是以按相态分类为基础，把反应器分成气相、液相、气液相、气固相、液液相和气液固三相等六大类。在这样一个分类体系的基础上，去分门别类地深入研究各种各样的反应器及其操作，这是合乎人类对事物的认识规律的。
综上所述，反应器的基本类型的讨论对于进一步掌握反应器的特性、及其操作是十分必要的。反应器的类型列表于表8-1、表8-2和表8-3。
表8-1
聚集状态均相： 气相液相非均相：气液相气固相液液相液固相气液固相固固相
表8-2
结构形式操作方式传热情况釜式： 单个等温式多个串联间歇式变温式管式连续式绝热式塔式： 填料塔半连续式外热式板式塔自热式鼓泡塔固定床流化床 形式适用的反应搅拌釜一级液相、液液或多级串接相、液固相管式气相，液相优缺点适用性大，操作弹性大，连续操作时，温度、浓度易控制，产品质量均一，但高转化率时，反应器容积大返混小，所需反应器容积小，比传热面大，但对慢速反应，管要很长，压降大结构简单，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大。返混程度大，传质速度快，需耗动力气箱返混小，但液相返混大，温度较易调节，气体压降大，流速有限制，有挡板可减少返混结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常在板间另加传热面生产举例氯乙烯聚合轻油裂解，甲基丁炔醇和成苯乙烯的本体聚合，已内酰胺缩合苯甲酸氧化，苯的氯化二甲苯氧化丙烯连续聚合苯连续磺化，乙丙苯氧化空塔或搅拌液相、液液塔相气液相，气鼓泡搅拌釜液固（催化剂）相气液相，气鼓泡塔或挡液固（催化板鼓泡塔剂）相液相，气液填料塔相板式塔气液相 - 162 -
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形式喷雾塔湿壁塔适用的反应气液相快速反应气液相气固（催化或非催化）相气固（催化或非催化）相，特别是催化剂很快失去活性的反应气固（催化或非催化）相，催化剂很快失去活性的反应气固（催化或非催化）相气相，以固相为热载体气固相，固固相，高粘度液相，液固相气相，高速反应的液相固定床流化床生产举例氯乙醇制丙烯结构简单，液体表面积大，停留时间腈，高级醇的受塔高限制，气流速度有限制连续磺化结构简单，液体返混小，温度及停留苯的氯化时间易调节，处理量小乙炔法制氯乙返混小，高转化率时催化剂用量少，烯，乙烯法制催化剂不易磨损，传热温度不易控醋酸乙烯，乙制，催化剂装卸麻烦苯脱氢萘氧化制苯传热好，温度均匀，易控制，催化剂酐，丙烯氨氧有效系数大，粒子输送容易，但磨损化制丙烯腈，大，床内返混大，对高转化率不利，乙烯氧化制二操作条件限制较大氯乙烷，石油催化裂化固体返混小，气固比可变性大，粒子石油催化裂化传送交容易，床内温差大，调节困难优缺点移动床气输管结构简单，处理量大，瞬间传热好，石油催化裂化固体传送方便，停留时间有限制结构简单，材质容易解决，调节范围石油裂解，天较广，但切换频繁，温度波动大，收然气裂解率较低苯酐传位成对粒子返混小，相接触界面小，传热效苯二甲酸，十率低，设备容积大二烷基苯的磺化天然气裂解制传热和传质速度快，流体混合好，反乙炔，氯化氢应物急冷易，但操作条件限制较严合成停留时间均一，传热较困难，能连续聚乙烯醇的醇处理高粘度物料解 蓄热床回转筒式喷嘴式螺旋挤压机高粘度液相
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形式喷雾塔湿壁塔适用的反应气液相快速反应气液相气固（催化或非催化）相气固（催化或非催化）相，特别是催化剂很快失去活性的反应气固（催化或非催化）相，催化剂很快失去活性的反应气固（催化或非催化）相气相，以固相为热载体气固相，固固相，高粘度液相，液固相气相，高速反应的液相固定床流化床生产举例氯乙醇制丙烯结构简单，液体表面积大，停留时间腈，高级醇的受塔高限制，气流速度有限制连续磺化结构简单，液体返混小，温度及停留苯的氯化时间易调节，处理量小乙炔法制氯乙返混小，高转化率时催化剂用量少，烯，乙烯法制催化剂不易磨损，传热温度不易控醋酸乙烯，乙制，催化剂装卸麻烦苯脱氢萘氧化制苯传热好，温度均匀，易控制，催化剂酐，丙烯氨氧有效系数大，粒子输送容易，但磨损化制丙烯腈，大，床内返混大，对高转化率不利，乙烯氧化制二操作条件限制较大氯乙烷，石油催化裂化固体返混小，气固比可变性大，粒子石油催化裂化传送交容易，床内温差大，调节困难优缺点移动床气输管结构简单，处理量大，瞬间传热好，石油催化裂化固体传送方便，停留时间有限制结构简单，材质容易解决，调节范围石油裂解，天较广，但切换频繁，温度波动大，收然气裂解率较低苯酐传位成对粒子返混小，相接触界面小，传热效苯二甲酸，十率低，设备容积大二烷基苯的磺化天然气裂解制传热和传质速度快，流体混合好，反乙炔，氯化氢应物急冷易，但操作条件限制较严合成停留时间均一，传热较困难，能连续聚乙烯醇的醇处理高粘度物料解 蓄热床回转筒式喷嘴式螺旋挤压机高粘度液相
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表8-3 反应器的传热方式
方式运用场合不需加热或冷却的反应，反应热可使原料绝热式加热到所需温度及对温度不敏感的反应方法特征控制要点生产举例完全依靠进出物料进料温度及组绝热式乙苯脱的显热变化维持温成氢度状态将冷热两股流体快要求瞬间升温速混合，混入的流部分氧化法天直接混或急冷的情体也可以是惰性物混合流体的流然气裂解和急合式况，特别适于质。直接混合后，量和温度剧、多层中间高温快速反应反应物浓度降低影冷激式合成氨响反应速度要求快速升到将蓄热材料烧制高固体温度及循高温的墙吸热石油裂解制乙温，在使与原料接环量，流体的蓄热式反应，但对温烯，流化催化触，吸热降温后再流量，切换时度变化不是最裂化切换循环间敏感的依靠物料气化带走热量，未反应物冷在反应温度凝回流如反应器。异丁烯低温聚下，物料或溶对可逆反应，如产蒸发式压力，液面合，甲苯酸氧剂能沸腾的情物气化引出，有利化制间甲酚况于提高效率。本法温度稳定，但物料种类有限制通过器壁用在热体的显热或潜热携走天然气蒸汽转反应物不能与载热体的流量或供给反应，潜热化萘氧化制苯间壁式热载体相接触和温度，潜热法温度较稳定，但酐，管式法高的情况法则为压力温度和压力范围有压聚乙烯限制
8.2.4 流化床反应器
流化床的基本结构，一般由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气固分离装置和固体颗粒的装卸装置所组成，如图8-4所示。
一、壳体
壳体由低盖、筒体和顶盖组成。壳体上部为气固分离空间，它的直径往往比筒体大许多，内装气固分离装置；这部分常称作扩大头。壳体中间叫做筒体，它是流化和反应的基本空间。在这部分空间内设置着内部构件和换热器。壳体最下部分是气体分布空间，安置着预分布器和分布器。
筒体多为圆柱体，但有时也叫成圆锥形，后者称作锥形流化床，主要用于催化剂颗粒大小不一的场合。
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图8-4 流化床基本结构示意图
当催化剂寿命长时，采用一个流化床反应器即可。大多数流化床反应器都是这样操作的。但是，若催化剂活性降低较快且又易于再生时，则采用两器流化。它实质上是将反应与催化剂再生同时分别在两个筒内进行的。
二、气体分布装置
气体分布装置的作用时是气体均匀分布，已造成良好的流化条件，同时支承固体粒子。气体分布装置实际上就是筒体下面的锥形壳体部分。这个锥形体本身就是分布器，它的主要作用是使气体不产生偏流，既不使气体都冲向气体分布板的某一区域，而是使气体冲向气体分布板的整个面积。反应气体进口管在锥形体内向下弯曲，反应
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气体先冲向锥体的锥尖，然后再冲向分布板。
气体分布板是支承催化剂和使气体均匀分布的关键部件。制造气体分布板的基本要求是使气体均匀分布、阻力小、不漏料、不堵塞、制造和操作方便。根据流化操作的具体情况，最常用的有两种类型的分布板。
1，直孔型分配板。图8-5（a）和（b）所示的分布板易造成沟流、堵板和停车是漏料。一般单层床不采用这种分布板。在石油催化裂化反应器内，因为催化剂与气体同时通过分布板，故采用凹形筛板作为气体分布板。
图8-5 常用气体分布板示意图
2，测流形分布板。图8-5（c）所示的为锥形侧缝分布板，使目前比较好的一种测流形分布板。
气体分布板的最重要参数使板的开孔率
Φ=Sd/S
式中 Φ——板的开孔率；
Sd——板孔的面积之和，米2； S——分布板横截面积，米2。
可见，所谓板的开孔率就是板上开孔面积之和与板的有效面积之比。开孔率大小决定了锥形帽数目。
开孔率大，压降小，但气体分布差；开孔率小，分布较好，但阻力大，动能消耗大。对于锥形侧缝分布板，锥帽下缘与分布板之间的距离叫做缝隙高度。它也是气体分布板的重要参数。缝隙高度小，缝隙速度大，固体粒子运动激烈，可消除死角，防止分布板烧结和堵塞，但催化剂和分布板磨损严重。
三、内部构件
内部构件的主要作用是破碎大气泡和减少返混。在讨论气液鼓泡反应器是已经讨论过，气泡越大，气液之间的接触面越小。同理，气体和固体之间的反应也存在相间接触面大小的影响问题。对于流化床层较高的情况，气泡沿床层上升过程中，由于气泡合并，使气泡变大，故需破碎。
返混对反应有影响。在固定床反应器内，特别是管式固定床反应器内，气相流动可视为理想置换流，而固相是静止不动的。因此，气固相固定床反应器内的物流流动模型可视为理想置换流。但在气固相流化床反应器内，正如在气液相鼓泡反应器中一
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样，固体催化剂是充分混合的，气体也有相当程度的返混。
内部构件的主要形式与挡网、挡板、填充物等等。挡网一般用金属丝网。挡板一般用大孔筛板或导向百叶窗式板，如图8-6所示。流体沿着图中箭头所示的方向作选装运动。
图8-6 多旋导向挡板示意图
百叶的倾角不应小于固体物料的堆积角，否则百叶上会沉积催化剂粒子，反应时会引起催化剂烧结；倾角过大则减弱挡板的导向作用；目前多取45o或稍大一点的倾角。
挡板间距在100—500毫米之间。 四、换热装置
流化床的换热可通过外夹套或床内换热器进行。当用床内换热器时，象气液鼓泡反应塔一样，除应考虑一般换热器要求外，还必须考虑对床内物料流动的影响，即换热器的形式和安装方式应当尽量少阻挡反应流体的正常流动。实践表明，采用列管换热时，列管放在距设备中心2/5半径处换热效果较好。
总之，流化床的传热效果相当好。它的传热效果比均相管式反应器高30—100倍，比固定床高1—15倍。例如在丙烯腈氨氧化法合成丙烯腈的流化床反应器内，单位流化床体积中颗粒的外表面积达7000米2/米3，气体进入反应器后只须经过30毫米左右的距离，其温度便可由150oC上升到接近床温（470oC）。
五、气固分离装置
流化床内固体粒子激烈运动，引起粒子之间以及粒子和设备之间的碰撞和摩擦，导致产生粉尘。这些粉尘被气体带出会影响产品质量或堵塞管道，因此需对粉尘进行分离。
流化床的气固分离装置常用以下三种形式：
1，自动沉降段，即筒体上部的扩大头，在扩大头内，气体的速度减慢，使夹带的细粒沉降。
2，在筒体上部装内旋风分离器，借气体与固体的比重不同，靠离心力作用使气固分离。为使分离下来的固体能畅通地返回床层，防止反应气体由旋风分离器下不进入分离器，在分离器下部安装很长的管子（称作料腿），并在管子的出口处安装密封装置
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（最常用的是翼阀）。
有时也将旋风分离器安装在流化床壳体之外，叫外旋风分离器。
3，过滤器 常用若干根多孔铁管外包玻璃布制成。当夹带固体颗粒的气体通过玻璃布时，粉尘即被滤掉。为使滤管上附着的粉尘及时除掉以减少滤管的阻力，常附设气体反吹装置。
上述三种气固分离装置中，扩大头最简单，但分离效率低；过滤器分离效率最大，但阻力大，结构复杂、投资多，不便检修；最常用的是旋风分离器，有时将几个旋风分离器串联使用。
六、固体颗粒装卸装置 1，重力流动法 靠颗粒本身的重量使颗粒装入或流出，设备最简单，但装卸太慢，适于小规模生产。
2，机械法 例如用螺旋输送机、皮带加料机、斗式提升机等等，此法不受物料湿度和粒度等的限制，但须专门的机械。
3，气流输送法 此法输送能力大，设备简单，较常用。
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第九章 管道与阀门
9.1概述
随着现代工业的迅速进步，工艺管道的施工和管理作为一个专业在许多部门运作，尤其是石油化工领域已经得到越来越广泛的关注。一个工艺装置所以能进行生产，是由于工艺过程必须的工艺设备、机械、用管道按工艺流程将相关设备加以连接的结果。管道犹如人体的血管，没有它人就不能生存。同样，工艺装置没有管道也就不能生产。近年来，有管道方面引发的事故时有发生，中石化集团公司把压力管道的管理作为压力容器的设备一样进行严格的管理。所谓压力管道是指在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备。它具体指具有下列属性的管道：
输送GB-5044《职业性接触毒物危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质的管道。输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道。
最高工作压力大于等于0.1MPa（表压），输送介质为气体，液化气体的管道。 最高工作压力等于0.1MPa，输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道。
压力管道中所用的管件（包括弯头、大小头、三通、管帽等等）、连接件（包括法兰、垫片、螺栓螺母等）、管道设施（包括各类阀门、过滤器等）、支撑件（包括各种类型的管道支吊架）和其他安装在压力管道上的设施也作为附属设施进行管理。
9.2 压力管道的分类
9.2.1 压力管道GB50235-97国家标准
1997年10月5日中华人民共和国建设部发布并批准《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235-97）为强制性国家标准。新国标由化工部负责实施。根据GB50235-97规范对各种管道的划分共分三种类型：
第一类：管道焊缝需100%射线拍片检验，质量不低于Ⅱ级的为一类。它包括 （1） 输送毒性程度为极度、高度危害的介质管道；
（2） 输送设计压力≥10.0MPa或设计压力≥4MPa且设计温度≥400oC的可燃流体，有毒流体的管道；
（3） 输送设计压力≥10.0MPa或设计压力≥4MPa且设计温度≥400oC的非可燃流体，无毒流体的管道；
（4） 设计温度＜-29oC的低温管道。
第二类：焊缝可不进行射线拍片的管道，输送设计压力≤1.0MPa且设计温度≤o
400C的非可燃性流体，无毒流体的管道。
第三类：焊缝射线拍片比例不低于5%，质量不低于Ⅲ级的管道。这类管道还包括上述两类管道以外的其他管道。
9.2.2 美国国家压力管道的标准
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美国工程师协会《ASEM压力管道规范》（ANSI/ASME B31）是全世界公认的标准。成为石油化工压力管道设计普遍遵循的规范。ANSI/ASME B31.3根据输送介质的安全性，对人体的危害程度和设计条件（压力，温度）等因素将流体分为M类，D类和介于这两类之间的一般流体类。
M类流体为剧毒流体，在输送过程中如有极少量的泄漏，被人吸收或与人体接触时，会造成严重的和即使马上治疗也难于治愈的伤害。
D类流体为设计压力≤1.05MPa且设计温度在-19—186oC之间的非可燃流体，无毒流体，对人体无伤害的流体管道。
9.2.3 石油化工管道的分级
管道级别SHA121SHBⅠSHBSHBⅡ
2312适用范围输送毒性程度为极度危害的介质管道输送设计压力≥10.0MPa的SHB级介质管道输送毒性程度为高度危害的介质管道设计压力≤10MPa的甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烃，甲B类可燃流体介质管道乙A类可燃流体介质管道乙B类可燃液体介质管道丙类可燃液体介质管道 9.3 压力管道应用标准
美国工程师协会《ASEM压力管道规范》（ANSI/ASME B31）
美国工程师协会《ASEM压力管道规范》（ANSI/ASME B16） 《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235-97） 《工业金属管道设计规范》（GB50316）
《工业设备和管道保温施工及验收标准》(GBJ126-89) 《工业设备和管道保温设计规范》（GB50264-97） SH 3501 《石化工业设备和管线防腐规范》 SH 3022-1999 《石化工业企业设计防火规范》 GBJ16 《建筑防火规范》
《石油化工剧毒，可燃介质管道施工及验收规范》（SH3501-1999）
管道的支架：管道的支架设计和施工的好坏直接影响装置的生产运行。同样巡检人员没有及时地查出问题将对设备、管道造成隐患。
9.4 管道的腐蚀
1、按机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
（1）化学腐蚀：金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。 特点：金属表面的原子与电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生。 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
（2）电化学腐蚀：金属表面与离子导电的介质发生点化学反应引起的破坏。
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特点：它至少包含一个阳极反应，一个阴极反应，电子从阳极流向阴极，产生电流。
2Zn → 2Zn+2+4e （氧化—阳极反应）
+ O2 + 2H2O +4e → 4OH- （还原—阴极反应） 2Zn + 2H2O → 2Zn + 2 + 4OH- → 2Zn(OH)2 （3）物理腐蚀
指金属由于单纯的物理溶解而引起的破坏。 2、按腐蚀的形态分均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀。
（1）均匀腐蚀：发生在整个金属表面，大多数的化学腐蚀都属此类。 SH3059规定：腐蚀率不超过0.05mm/a的材料：充分耐腐蚀材料 腐蚀率0.05~0.1mm/a的材料：耐腐蚀材料 腐蚀率0.1~0.5mm/a的材料：尚耐腐蚀材料 腐蚀率＞0.5mm/a的材料：不耐腐蚀材料
（2） 局部腐蚀：由称非均匀腐蚀。发生在金属材料的特定区域。
电偶腐蚀：两种电位不同的金属或合金相接触并处于电解质溶液中，金属电位的高低会形成腐蚀电池，电位低的金属腐蚀加剧。
点蚀：氯离子等。
缝隙腐蚀（0.025~0.1mm）
晶间腐蚀，微电池作用（奥氏体不锈钢）。防止方法可以降低含炭量、固溶热处理和加入钛和铌等稳定关系。
（3） 应力作用下的腐蚀
拉伸应力和腐蚀环境共同作用下引起的破坏。
9.5 压力管道中的隔热和伴热
一般将保温和保冷统称为隔热。 隔热的目的：
（1）是减少管道及其组成件在工作过程中的热量或冷量损失，节约能源； （2）保持介质的温度稳定，以利于生产的良好运行； （3）劳动保护的目的，改善环境，防止操作人员的烫伤； （4）防腐的作用。防止管道结露产生锈蚀。
伴热是为了管道内介质在输送过程或停输期间维持所需的操作温度或特殊要求升温的工艺介质管道。
伴热的目的：
（1）补偿介质热量的损失，维持操作温度；
（2）解决介质凝固点的问题，使介质不受环境影响；
（3）在操作过程中，由于压力的下降而制冷，可能导致冻结。就此起到保压的作用。
伴热的方法：
（1）内伴热（2）外伴热（3）热水伴热（4）蒸汽伴热（5）点伴热（6）夹套伴热等。
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9.5.1 保温的方法
设备的保温系在设备外科表面敷设保温层，管道的保温除在管道周围敷设保温层外，还可根据需要在管道旁边增设保温伴管或在管道外增加保温夹套，然后将伴管、夹套等一并用保温层裹起来进行保温。具体施工顺序如下：
（1）设备、管道、伴管和套管的试压 安装或检修完毕的设备、管道、伴管和套管须按要求进行试压，不漏后方可进行保温施工。
（2）焊接固定脚爪 对较大设备和较粗管道，要在设备和管道表面上用细钢筋焊若干固定脚爪，以便于将保温材料固定。
（3）清除表面与防腐 将设备或管道上的灰尘与铁锈清除干净，然后涂以防腐层。 （4）固定保温材料 将选定的保温材料按设计厚度装载设备或管道上，并且用铁丝、铁丝网与玻璃布包扎固定好。
（5）设备保护层 当保温材料固定好后，在保温材料外面再按设保护层，以保护保温材料。保护层可用薄金属板预制，以可用石棉、水泥、石灰等进行抹面。随着工业的发展，用镀锌铁皮、铝皮等作保温层的一愈来愈多。
（6）涂漆 在保护层外一般均须涂油漆，涂油漆一则可保护保护层，二则便于识别管道内输送流体的性质。
9.5.2 保温材料
保温材料一般是轻质酥松的多孔状物质，应有良好的绝热性能。常用的有矿渣棉、石棉白云石粉、石棉硅藻土粉、泡沫菱苦土、石棉水泥、牛毛毡和发泡塑料等。一般将这些保温材料制成一定形状的预制件，然后用于保温施工，其中发泡塑料及牛毛毡不耐高温，主要用于低温设备和管道的保温。
9.6 管道
9.6.1 管子
管子是管道的主件，分为金属管和非金属管两大类。化工厂中常用的有铸铁管、无缝钢管、有缝钢管、有色金属管、玻璃管、塑料管、胶管和瓷管等。现分别介绍如下：
一、铸铁管
铸铁管常用于埋在地下的给水总管、煤气管及污水管等。其优点是价廉、耐腐蚀性比钢管强，但因笨重和强度低，不可用在压力下输送易爆炸气体，也不可输送蒸汽。
二、无缝钢管
无缝钢管的质量均匀，强度高因而管壁可较薄。无缝钢管又可分为高压用、中抵压用、低温用、裂化用、锅炉用和耐酸等各种类型的钢管，分别适用于各种场合。
三、有缝钢管
有缝钢管用于压力低于1.6MPa和温度较低的条件下，常用于天然气、水、低压蒸汽、空气和冷凝液的输送管道。有缝钢管又分为水煤气管、螺旋电焊管和钢板卷管。其中水煤气管输送钢管渡锌者称白铁管，多用于生活用水的水管，不渡锌的叫黑铁管。
四、有色金属管
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有色金属管包括紫铜管、黄铜管、铝管和铅管，适用于特殊的操作条件。铜管导热性好、耐弯曲，适宜做某些特殊用途的换热器。细铜管常用来输送有压力的液体，如用于机械设备的润滑系统和油压系统的油管；有些仪表管也采用铜管。
铅管也能耐硫酸腐蚀，亦能耐10%以下的盐酸腐蚀。纯铅管一般在140oC以下使用。有铅锑合金制成的硬铅管可在200oC以下使用。铅管笨重且机械强度低，在需要机械强度高又耐硫酸腐蚀时，往往在无缝钢管表面上一层铅，称为搪铅管。
五、玻璃管
玻璃管耐酸碱腐蚀性能好。表面光滑，耐磨，管道阻力小，价格便宜。很多有强腐蚀性的物料采用不锈钢管、铅管、塑料管效果均不好时，采用玻璃管后解决了抗腐蚀问题。因其表面光滑且耐腐蚀，也被用来风送颗粒固体原料。玻璃管的缺点是性脆不耐冲击与振动，热稳定性差，不耐高压。为克服这些缺点，采取了在钢管内搪玻璃的搪玻璃管。
六、塑料管
塑料管包括有机玻璃管，聚氯乙烯管，酚醛塑料管等。塑料管耐腐蚀性能好、质轻、加工容易。缺点是强度差、耐热性差。有机玻璃管多用于实验装置，以便于观察管内流体流动的情况。聚氯乙烯管和酚醛塑料管用于输送常温常压或低压的腐蚀性物料。
七、橡胶管
橡胶管为软管，可以任意弯曲，质轻。多用来做临时性管道。橡胶管按性能和用途的不同又分纯胶管、夹布风压胶管、夹布耐油胶管、夹布耐酸胶管和吸引胶管。吸引胶管除在胶管内夹布外，还在胶管内层设有螺旋状钢丝，以使胶管在真空下不知被吸瘪。
在一些需要严格控制物料内金属离子的生产中，还用内衬橡胶管来输送软化水和其他常温物料，以避免管壁上的金属离子进入物料中。
八、陶瓷管
陶瓷管耐酸碱腐蚀，但性脆、强度低、不耐压，而且陶瓷管每段很短，接头过多不好密封，多用于排除腐蚀性污水。
九、水泥管
水泥管价廉但笨重，多用于下水道的污水管。
9.6.2 管件
附属于管子的各种零件统称为管件。管件的种类很多，常用的有以下几种。 一、弯头
弯头的作用是改变管路的方向。按其作用可分为90o弯头、60o弯头、45o弯头和180o弯头。如图9-1所示。
二、外接头、内接头、活接头、法兰等 其作用是连接两根管子，如图9-2所示。 三、三通、四通、Y形管等
其作用是连接管路支路，如图9-3所示。 四、异径管和内外螺纹管接头（内外丝）
其作用是连接不同直径的管子，改变管道的直径。 五、管帽、丝堵与堵头
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其作用是堵塞管道，必要时打开清理或接临时管。
除以上管件外，化工厂中能遇到的管件还有温度计套管、管道窥视镜、玻璃视盅、波纹阻火器、砾石阻火器、气液混合器和管道过滤器等。
图9-1 弯头示意图
图9-2 接头和法兰示意图
图9-3 三通、四通及Y形管
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9.7 管道的连接形式（焊接，法兰和管接）
9.7.1 管道的焊接
焊接材料应具有出厂质量合格证。并按有关规定进行复验：焊接材料的化学成分，力学性能应能与母材匹配。
焊工须按规定取得相应的资格证。施焊后在每到焊缝结尾处打上焊工印记。不允许打钢印的管道应在竣工图上记载。
焊接接头不得强行组对，对口内壁应平齐，其错变量偏差对一、二级焊缝不应超过管子壁厚的10%，且不大于1mm；对三级焊缝不应该超过管子壁厚的20%，且不大于2mm。
焊接是必须执行焊接工艺，不得在恶劣天气环境下施焊。
不得在焊件表面引弧试验电流，低温管道、不锈钢及淬硬倾向较大合金钢焊件表面不得有电弧擦伤等缺陷。
焊接管子、管件上的组对卡具，其焊接材料及工艺措施应予正式焊接相同。卡具拆除不应损伤母材，焊接残留痕迹应打磨休整。有淬硬倾向的母材，应作磁粉探伤或着色检查，不得有裂纹。
对Ⅰ、Ⅱ类管道和对管内清洁度要求高的管道，应采用氩弧焊打底。
管道焊接接头不得有焊渣、飞溅物等。焊缝成型良好，焊缝宽度以每边盖过坡口边缘2mm为宜。角焊缝的焊脚高度应符合设计规定。外形应平缓过渡，不得有裂纹、气孔、夹渣、凹陷等缺陷。焊缝咬肉深度不应大于0.5mm，低温管道焊缝不得咬肉。
焊缝无损伤数量在没有特殊规定时，应符合要求，评定标准执行GB3323-87（钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级）。
对同一焊工所焊统一规格管道的焊缝按比例抽查，但探伤长度不得少于一到焊口。如有因危及管道安全的缺陷造成质量等级不合格者，应对该焊工所焊同类焊缝，按原定比例加倍探伤。如仍有此缺陷，应对该焊工所焊全部同类焊缝进行无损探伤。
焊缝同一部位返修次数，对碳素钢管一般不超过3次；对合金钢管、不锈钢一般不超过两次。对仍不合格的焊缝，如再进行返修，应经单位技术负责人批准。返修的次数、部位和无损探伤结果等，应作记录。
焊缝经过热处理后，应对焊缝、热影响区和母材进行硬度抽查，其抽查比例：当DN＞50时，为热处理焊口总量的10%以上；当DN＜50时，为热处理焊口总量的5%以上。其硬度值对碳素钢管不应大于母材最高硬度的120%；对合金钢管不应超过母材最高硬度的125%。
对焊连接一般规定： DN≥50 承插焊连接一般规定： DN≤40
螺绞连接一般规定： DN≤40（强度低，密封性差）
9.7.2 法兰连接
法兰连接适用于一般大管径、密封性要求高的管子连接。因其装卸方便，在需要经常拆卸的管段上最常用。
法兰连接还具有密封性好、适用的温度、压力、管径范围很大的优点，因而广泛用于各种金属管的连接，还适用于管子与阀件、设备之间的连接。
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法兰是确定管路压力等级的基准件。
按连接形式分：平焊、对焊、承杆焊、螺丝连接、活套等。 按密封面形式：平面、凸面、凹凸面、榫槽面和环槽面。 按压力等级形式分：有国标（KG），美标（LB），日标（JIS）等。
9.8 管道的维护
按操作规程使用管道，定时巡检，防止超温超压运行和频繁开停，不得发生液击，不得发生冻凝。按规范检查管道及附件；对管道的振动，磨损，密封，防腐尤其是意，一、二、三类管道定时定期检查；发现问题认真分析，及时处理。
9.8.1 在用管道遇下列情况应立即采取紧急措施，同时向职能部门报告：
1，管道超温，超压，过冷，经过处理仍然无效； 2，管道发生破裂，介质大量泻出，危及安全生产；
3，发生火灾、爆炸或相临设备、管道发生事故，危害管道的安全运行。
9.9 阀门
阀门是安装在管道上用来调节流体流量、控制流体压力、切断流体等作用的装置。按照阀门的构造和作用可分为如下各类
一、旋塞
也叫考克，如图9-4所示。在阀件中心处有一可旋转的圆形塞子，塞子上有孔道。当转动旋塞，使孔道与管子相通，流体即由孔道通过。将旋塞在旋转某一角度，管路则部分打开；将其旋转90o时，管路即被切断。
旋塞的优点是构造简单、外形尺寸小、价格低廉、操作简便、全开时阻力小、检修维护容易、易于做成三通阀或四通阀，其分配、换向作用。其缺点是调节流量不准确、温度变化或经常不开时，拴塞容易卡在阀体中而难以转动、密封面易磨损。
旋塞适用于直径在80毫米以下，温度不超过100oC的管道和设备上。适宜于输送带由固体颗粒的流体管道。旋塞一般在常压和低压下作开闭用，不宜作调节流量用。
二、闸板阀
闸板阀如图9-5所示。阀体内有一个闸板，通过阀杆和手轮相连。转动手轮可是闸板上下活动，闸板降至最下方即切断管路，闸板部分上升时，流体可部分通过，闸板提到最高位置时，管路全部打开。
闸板阀根据阀心结构的形式分为单闸板和双闸板两种。根据阀杆的结构分为明杆式和暗杆式两类。图9-5所示为一明杆楔式单闸板阀。一般情况下明杆适用于腐蚀性介质及室内管道上；暗杆适用于非腐蚀性介质及安装操作位置受限制的地方。
闸板的特点是密封性能较好、流体阻力小、开启关闭力较小和具有一定调节流量的性能。其缺点是结构比较复杂、修理较困难、外形尺寸较大、密封面易磨损。
闸板阀一般用在输送清洁介质的大管径管道上，不适用于输送含有固体杂质的流体。
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图9-4 旋塞 图9-5 闸板阀
三、截止阀
截止阀如图9-6所示，阀体的中部有一圆形阀座。阀盘通过阀杆与手轮相连。转动手轮使阀杆下降，发盘就落在阀座上，将管路切断。
截止阀的特点是严密可靠、可以准确控制流量。其结构比闸板阀简单，制造、维修方便。其缺点是流体阻力大，密封面易磨损。
截止法是应用最广的阀。常用于蒸汽、压缩空气、物料和真空管路上，但不适用于带颗粒和粘度较大的介质。
图9-6 截止阀 图9-7 球阀
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四、节流阀
节流阀属于截止阀的一种，由于阀心形状为针形或圆锥形，可以较好的调节流量，或进行节流以调节压力。
节流阀的特点是外形尺寸小、重量轻、制造精度高、调节流量准确、密封好。主要用于连接仪表、调节流量和节流，也可作取样用，不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质。
五、球阀
球阀是一种一中间开孔和球体做阀心，靠旋转球体来控制阀的开启于关闭的阀门，如图9-7所示。该阀也和旋塞一眼可做成直通，三通或四通的，是发展迅速的一种阀门。
球阀的特点是结构简单、密封严密。既可用作切断流体，又能调节流量。球阀的制作精度要求高，对密封材料要求也高。
球阀有结构简单、体积小等特点，可以用较贵重的合金钢材制造，通常用于系统内不宜混入金属离子或有腐蚀性的物料管线上作控制阀或取样阀。由于密封结构和材料的限制，目前生产的球阀不宜用于高温介质。
六、止回阀
它是一种自动关闭或开启的阀门。在阀体内有一阀盖或摇板，当介质顺流时阀盖或摇板即升起或掀开，当介质倒流时阀盖或摇板即自动关闭。止回阀分为升降式和旋启式两种，如图9-8所示。
图9-8 止回阀
升降式的阀心垂直做升降运动，旋启式的摇板作旋转运动。专用于泵的进口端的止回阀称底阀。
止回阀适用于清净介质，对有固体颗粒和粘度较大的介质不宜使用。升降式的密封性较旋启式的好，而旋启式的流体阻力比升降式的小。一般旋启式止回阀多用于大口径管道上。
七、减压阀
减压阀是降低气体压力的装置。这种法主要有阀瓣、活塞、弹簧、连杆、手轮等构成。转动手轮限制活塞与滑瓣的行程，然后靠弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓣与阀座的间隙使气流自动减压到某一数值。
减压阀只适用于蒸汽、洁净的空气与气体物料，不能用于液体的减压，也不允许气流内有固体颗粒。不同型号的减压阀有不同的减压范围，因按照规格性能选用。
八、安全阀
安全阀多装在中亚和高压设备上，以使设备内压力在超过允许限度时可以自动放
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压，其保护设备的作用。常用的安全阀有杠杆式和弹簧式两种。
杠杆式安全阀的杠杆安置在棱形支杆上，杠杆上负有重锤，用变动重锤位置的方法来调整阀心开启时的压力。杠杆式安全阀体积庞大，用在周围空间开阔的受压容器上。
弹簧式安全阀分为封闭式何不封闭式。封闭式用于易燃、易爆和有毒介质；不封闭式用于蒸汽或惰性气体。弹簧式安全阀中还有一种带扳手的，如图9-9所示。扳手的作用主要是检察阀心的灵活程度，有时也可以用手动紧急放压。
图9-9 弹簧式安全阀示意图
九、调节阀
调节阀是自动调节系统的执行元件。它根据仪表发出的信号来开启、关闭阀门，调节流量。图9-10所示为气动调节阀的结构。
图9-10 调节阀
调节阀的主要部件是膜片弹簧、阀杆、阀心、阀座等。用膜片的运动和弹簧的弹
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力来调节阀心上下运动，从而开启和关闭阀门。调节阀中部装有刻度计，可以观察阀心开启程度和调节流量的情况。
调节阀主要装在需要自动调节流量的蒸汽、冷却介质和物料管线上，已根据仪表的信号调节流量。调节阀本身不严密，不能只靠调节阀来切断流体。因而调节阀前后一般均需设置切断用阀门，例如闸板阀。
除以上阀门外，化工厂常见的还有蝶阀、隔膜阀、疏水阀等。
对工业管道上的各类阀门，其型号按统一规定由七个单元表示。如Z941H-16C。 1，第一单元表示阀门类型，用汉语拼音字母表示。
闸板阀 Z 节流阀 L 蝶 阀 D 旋塞阀 X 球 阀 Q 安全阀 A 隔膜阀 G 疏水阀 S 止回阀 H 截止阀 J 减压阀 Y
对于低温、保温和带波纹管的阀门，在类型代号前分别加“D”、“B”、“W”表示。 2，第二单元表示传动方式，用阿拉伯数字表示。对于手轮、手柄和扳手传动及安全阀、止回阀、减压阀等自动阀门，则省略本单元。
电磁法 0 电磁-液动 1 电-液动 2 涡 轮 3 正齿轮 4 伞齿轮 5 气 动 6 液 动 7 气-液动 8 电 动 9
对于气动或液动，当开式用6k、7k表示，气动带手动用6s表示。防爆电动用9B表示。
3，第三单元表示连接形式，用阿拉伯数字表示，如下表所示（表9-1）规定。
表9-1
连接形式内螺纹代号1
外螺纹2法兰4焊接6对夹7卡箍8卡套94，第四单元表示结构形式，用阿拉伯数字表示，按表9-2至表9-8规定。
表9-2
闸板阀结明杆楔式构形式弹性闸板单闸板双闸板代号012
表9-3
明杆平形式单闸板双闸板34暗杆楔式单闸板双闸板56截止阀和节流阀结构形式代号
直角式1角式4直流式5平衡直通式6平衡式7- 181 -
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表9-4
球阀结构形式代号表9-5
浮动直通式1浮动L形三通式4浮动T形三通式5固定直通式7旋塞阀结构形式代号
表9-6
直通式3填料T形三通式4四通式5油封直通式T形三通式78止回阀结构形式代号
表9-7
升降直通式1立式2单瓣式4旋启多瓣式5双瓣式6减压阀结构形式代号
表9-8
薄膜式1弹簧薄膜式2活塞式3波纹管式4杠杆式5弹簧式封闭式安全阀结构形式带散热微启全启片全启式式双联式全启弹簧式式代号01234
除了以上八类阀门外，对蝶阀、隔膜阀、疏水阀的结构形式，也规定了代号，这里就不再列出。杠杆式安全阀是在类型代号前加汉语拼音字母G表示。
5，第五单元表示阀座密封或衬里代号，用汉语拼音字母表示，按表9-9规定：
表9-9
不封闭式带扳手微启式5全启微启全启式式式6789脉冲式阀座密封铜合尼龙氟塑巴氏合金渗碳硬质渗硼面或衬里橡胶衬胶衬铅搪瓷金塑料料合金钢钢合金钢材料代号TXNFBHDYJQCP
由阀体直接加工的阀座密封面材料代号用W表示；当阀座合阀瓣、闸板密封面材料不同时，用低硬度材料代号表示（隔膜阀除外）。
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6，第六单元表示公称压力，，用阿拉伯数字表示，并用短线与前五单元隔开。 7，第七单元表示阀体材料，用汉语拼音字母表示。对于公称压力小于1.6MPa的灰铸铁阀体和公称压力大于2.5MPa的碳素钢阀体，则省略这一单元。其余阀体见表9-10。
表9-10
阀体材料灰铸铁（HT25-47）可锻铸铁（KT30-6）球墨铸铁（QT40-15）
代号ZKQ阀体材料铜合金（H62）碳素钢（ZG25）铬钼合金钢（Cr5Mo）代号TCI阀体材料代号铬镍钛钢P（1Cr18Ni9Ti）铬镍钼钛钢R（1Cr18Ni12Mo2Ti）铬钼钒钢V（12Cr1MoV） 根据这些规定，我们可以判断Z940H-16C这种型号的阀为电动明杆楔式弹性闸板
阀、法兰连接、碳素钢阀体、合金钢密封面、公称压力为1.6MPa。同样可以判断型号为J41H-25的阀为法兰连接、碳素钢铸造的直通式截止阀，其密封面为合金钢，公称压力为2.5MPa；型号为X14W-6T的阀是内螺纹连接的铜质三通填料式旋塞，为另加密封圈，公称压力0.6MPa。
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第十章 其他相关知识
10.1压力容器
根据国家标准GB150-1998的规定，压力容器应同时具备下列三个条件：
1) 最高工作压力大于0.1MPa，并且小于35.0MPa(不包括液体压力，下同)容器。 2) 容积大于25升，并且内径大于150mm的容器。 3) 介质是气体，液化气体，液体。
10.1.1压力容器的分类
(1)根据2000年1月1日起正式实施的《压力容器安全监察规程》，压力容器分为三类：
1) 属于下列情况之一者为三类容器： a) 高压容器；
b) 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害的介质）；
c）中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中毒危害介质，且pV乘积大于10MPa* M3）；
d）中压反应器（仅限易燃或毒性程度为中毒危害介质，且pV乘积大于0.5MPa* M3）；
e）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害的介质，且pV乘积大于0.2MPa* M3）；
f）高压、中压管壳式余热锅炉；
g）使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于540MPa）的材料制造的压力容器；
h）移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；
i）球形储罐（容积大于50M3）；
j) 低温液体储存容器（容积大于5 M3）。 2)属于下列情况之一者为二类容器： a) 中压容器；
b) 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害的介质）；
c) 低压容器和低压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中毒危害介质）； d) 低压管壳式余热锅炉； e）低压搪玻璃压力容器；
3）低压容器为第一类压力容器（符合第三类或第二类压力容器条件者除外）。 (2)按容器的设计压力分：
1) 低压容器：0.1~1.6MPA。 2) 中压容器：0.6~10.OPMA。 3) 高压容器：10~35.OPMA。
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(3)按容器在生产过程中的作用原理分：
1) 反应器：主要用来完成介质的物理变化和化学反应的容器。 2) 换热器：主要用来完成介质的热量交换的容器。
3）分离容器：主要用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的容
器。
4) 储运容器：主要用来装盛生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等。
10.1.2压力容器用材的特殊要求
1) 机械强度要求指材料的拉伸，压缩及弯曲的强度极限和屈服强度。具体的指标
是变形后要有一定的塑性储备。
2) 延塑性要求是反映材料可塑性能的指标。 3) 韧性要求包括硬度，冷弯性能，断裂韧性等是材料硫、磷的含量小于0. 035％。 4) 可焊性好的要求是碳当量小于等于0.25％。 5) 耐蚀性要求：材料抵抗介质腐蚀的能力。
10.1.3压力容器的使用和维护
经过验收合格的压力容器投用前，必须当向地技术质量监督申报，取得《压力容器使用登记证》后方可使用。压力容器的操作人员必须经培训考试合格，取得上岗证后方能操作。
(1)在工艺操作规程或安全操作规程中都应包括以下内容：
1) 容器的操作参数及最高或最低(指真空容器)工作压力，最高或最低工作温度。 2）容器的操作方法，开、停车的操作程序和注意事项。
3）容器运行中应重点检查的项目和部位，以及运行中可能出现的异常现象和防止措施。
4）压力容器停用时的封存和保养方法。
(2)容器发生下列现象时。操作人员有权立即采取紧急措施并及时向上级报告。 1) 压力容器工作压力、介质温度或壁温超过规定值，采取措施仍不能得到有效控制。
2）压力容器的主要受压元件发生裂缝、鼓包、变形、泄漏等危及安全的现象。 3）安全附件失效。
4）接管、紧固件损坏，难以保证安全运行。 5）发生火灾等直接威胁到压力容器安全运行。 6）过量充装。
7）压力容器液位超过规定，采取措施仍不能得到有效控制。 8）压力容器与管道发生严重振动，危及安全运行。 9）其他异常情况。
10.1.4压力容器的检
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在用压力容器，按照《在用压力容器检验规程》 《压力容器使用登记管理规则》 的规定，进行定期检验、评定安全状况和办理注册登记。 压力容器的定期检验分为：
(1)外部检查：是指在用压力容器运行中的定期在线检查，每年至少一次。外部检查可由检验单位有资格的压力容器检验员进行，也可由经安全监察机构认可的使用单位压力容器专业人员进行。
(2) 内外部检验：是指在用压力容器停机时的检验。内外部检验应由检验单位 有资格的压力容器检验员进行。其检验周期分为：安全状况等级为l、2级的，每6年至少一次。
(3)耐压试验：是指压力容器停机检验时，所进行的超过最高工作压力的液压试 验或气压试验。对固定式压力容器，每两次内外部检验期间内， 至少进行一次耐压试验，对移动式压力容器，每6年至少进行一次耐压试验。外部检查和内外部检验内容及安全状况等级的规定，按在用压力容器检验规程》执行。
10.1.5压力容器的安全附件
压力容器用的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液面计、测温仪表、 快开门式压力容器的安全联锁装置应符合《压力容器安全技术监察规程》规定。制造爆破片装置的单位必须持有国家质量技术监督局颁发的制造许可证。制造安全阀、紧急切断装置、液面计、快开门式压力容器的安全联锁装置的单位应经省级以上(含省级)安全监察机构批准。
(1)安全阀设置与校验
1) 安全阀应垂宜安装，并应装设在压力容器液面以上气相空间部分，或装设在压力容器气相空间相连的管道上。
2）压力容器与安全阀之间的连接管和管件的通孔，其截面积不得小于安全阀的进口截面积，其接管应尽量短而直。
3）压力容器一个连接口上装设两个或两个以上的安全阀时，则该连接口入口的截面积，应至少等于这些安全阀的进口截面积总和。
4）安全阀与压力容器之间一般不宜装设截止阀门。为实现安全阀的在线校验，可在安全阀与压力容器之间装设爆破片装置。对于盛装毒性程度为极度、高度、中度危害介质，易燃介质，腐蚀、粘性介质或贵重介质的压力容器，为便于安全阀的清洗与更换，经使用单位主管压力容器安全的技术负责人批准，并制定可靠的防范措施，方可在安全阀(爆破片装置)与压力容器之间装设截止阀门。压力容器正常运行期间截止阀必须保证全开(加铅封或锁定)，截止阀的结构和通径应不妨碍安全阀的安全泄放。
5)新安全阀在安装之前，应根据使用情况进行调试后，才准安装使用。 6)安全阀一般每年至少应校验一次，拆卸进行校验有困难时应采用现场校验(在线 校验)。
(2)压力容器用液面计设置和维护
1) 应根据压力容器的介质、最高工作压力和温度正确选用。
2) 在安装使用前，低、中压容器用液面计，应进行1.5倍液面计公称压力的液压
试验；高压容器的液面计，应进行1.25倍液面计公称压力的液压试验。
3)盛装0℃以下介质的压力容器，应选用防霜液面计。
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4)寒冷地区室外使用的液面计，应选用夹套型或保温型结构的液面计。 5)用于易燃、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上，应有防止泄漏的保护装置。
6)要求液面指示平稳的，不应采用浮子(标)式液面计。 7)移动式压力容器不得使用玻璃板式液面计。
8)液面计应安装在便于观察的位置，如液面计的安装位置不便于观察，则应增加其他辅助设施。大型压力容器还应有集中控制的设施和警报装置。
9)压力容器运行操作人员，应加强对液面计的维护管理，保持完好和清晰。使用单位应对液面计实行定期检修制度，可根据运行实际情况，规定检修周期，但不应超过压力容器内外部检验周期。
10)液面计有下列情况之一的，应停止使用并更换： a) 超过检修周期。
b) 玻璃板(管)有裂纹、破碎。 c) 阀件固死。 d) 出现假液位。
e) 液面计指示模糊不清。
（3）压力容器压力表的要求如下：
1) 装设位置应便于操作人员观察和清洗，且应避免受到辐射热、冻结或震动的不利影响。
2）压力表与压力容器之间，应装设三通旋塞或针形阀；三通旋塞或针形阀上应有开启标记和锁紧装置：压力表与压力容器之间，不得连接其他用途的任何配件或接管。
3) 用于水蒸气介质的压力表，在压力表与压力容器之间庇装有存水弯管。 4) 用于具有腐蚀性或高粘度介质的压力表。在压力表与压力容器之间应装设能隔离介质的缓冲装置。
5) 压力表有下列情况之一时，应停止使用并更换：
a）有限止钉的压力表，在无压力时，指针不能回到限止钉处；无限止钉的
压力表，
在无压力时，指针距零位的数值超过压力表的允许误差。
b）表盘封面玻璃破裂或表盘刻度模糊不清。 c）封印损坏或超过校验有效期限。
d）表内弹簧管泄漏或压力表指针松动。 e）指针断裂或外壳腐蚀严重。
f）其他影响压力表准确指示的缺陷。
10.2金属材料
10.2.1钢的定义
含碳量小于2.06%的铁碳合金称为钢。碳钢是除含碳以外尚有少量的其他元素存在的钢。常见的元素有硅、锰、磷、硫等。
含碳量≤0.25%的碳钢称为低碳钢，含碳量在0.25～0.60%的碳钢称为中碳钢,含碳量>0.60%的称为高碳钢。现代的钢通常是用氧气转炉冶炼的，称为氧气转炉钢。此外
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还有平炉钢和电炉钢等。
由于冶炼时脱氧程度不同，通常分为三类： ’
沸腾钢：为脱氧不完全钢，钢在浇注前未加入足够的强脱氧剂(主要加入锰铁或少量的硅铁、铝等)，浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象。
镇静钢：为完全脱氧钢，浇注前加入足够数量的强蜕氧剂，浇注时钢液镇静，不产生沸腾现象。
半镇静钢：为半脱氧钢，脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢的沸腾程度弱。
在钢的质量上镇静钢优于半锥静钢，半镇钢优于沸腾钢。
10.2.2钢的表示方法
(1)碳素钢表示方法 1) 普通碳素钢
普通碳素钢的牌号由钢的保证条件、平均含碳量符号，冶炼方法和脱氧程度四部分依次排列组成，其表达方式见表10—1，
表10—1普通碳素钢牌号表示法 项目 保证条件 内容 甲类钢（按机械性能供应） 乙类钢（按化学成分供应） 特类钢（按化学成分和机械性能供应 平均含碳量（%） 0.06~0.12 0.09~0.15 0.14~0.22 0.18~0.28 …… 冶炼方法 平炉钢 氧气转炉钢 碱性空气转炉钢 脱氧程度 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 A B C 1 2 3 4 无符号 Y J F B 无符号 符号或数字 按现行《碳素结构钢》(GB 700-88)规定碳素钢的牌号由代表屈服点的字母(Q)， 屈服点数值X X XMPa)，质量等级(A．B．C．D四级，后者技术要求、质量高于前者)，
脱氧方法(沸腾钢F，半镇静钢b，镇静钢I，表示时予以省略)四部分组成。
如Q235B表示屈眼点为235MPa，质量等级为B级的镇静钢。相当于老标准中的C3或A 3钢。
2）优质碳素钢
a)一般用途优质碳素钢
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优质碳素钢中的疏磷含量均小于0.035％，它的牌号由化学成分的表示符号和脱氧程度两部分组成：平均含碳量用阿拉伯数字表示(以万分之几计)；含锰量为0.7～1.00%时用
“Mn”表示，含锰量小于0.7%无符号。脱氧程度表示方法见表10—1 例如：平均含碳量为0.1%的半镇静钢的牌号表示为“l0b”；平均含碳量为：0.50%、 含锰量为0.70~1.00%的镇静钢的牌号表示为“50Mn”。 b)高级优质碳素钢．
高级优质碳素钢的含S≤0.03%，P≤0.035%，它的牌号除按优质碳素钢的表示方法外，尚需在牌号尾部加符号“A”。
例如；平均含碳量为0.20%的高级优质碳素结构的牌号用“20A”表示。 c）专门用途的优质碳素钢
专门用途优质碳素钢的牌号，除按优质碳素钢的表示方法外，尚需在牌号尾部加代表产品用途的符号（表10—2）
表10—2专门用途用钢代表符号 用途 锅炉钢 压力容器用钢 低温压力容器用钢 焊接气瓶用钢 多层压力容器用钢
例如：锅炉用钢的牌号：20g，22g； 压力容器用钢的牌号：20R，16MnR
焊接气瓶用钢的牌号：15MnHP，20HP。 （2）合金钢表示方法 1）低合金钢
低合金钢是加入合金元素总量在3.5%以下的合金钢，它由二位数字代表的平均含碳量（以万分之几计）、合金元素符号、合金元素含量和用途符号组成，合金元素符号见表10—3，合金元素含量用阿拉伯数字表示（表10—4）
表10—3常见化学元素符号 元素名称 碳 锰 铬 镍 钼 钨 钒
表10—4平均合金含量数字表示方法 平均合金含＜1.50 1.50~2.49 2.50~3.49 3.50~4.49 …… 22.5~33.49 符号 C Mn Cr Ni Mo WV 元素名称 铁 钛 铌 硼 硅 稀土 氮 符号 Fe Ti Nb B Si Xt N 符号 G R DR HP RC - 189 -
AN & OSBL操作培训教材—机械设备 AN & OSBL TRAINING MATERIAL 3 4 23 量（%）
例如:低合金钢的牌号：16MnR，12MnHP，16Mng，15MnMoVg，20Mn2，15CrMo，12Cr3MoVSiTiB等。
2）不锈耐酸钢和耐热钢
不锈钢、耐酸钢和耐热钢的牌号由平均含碳量，合金元素及含量两部分组成，平均含碳量用数字(表10—5)表示，合金元素符号和含量的表示方法分别见表10—3和表10—4。
表10—5 不锈耐酸钢和耐热钢含碳量表示方法 平均含碳量（%） 表示方法
例如：钢的牌号0Cr13，00Cr18Ni10，2Cr13，1Cr18Ni12Mo2Ti等。
＜0.03 00 ＜0.08 0 0.08~0.15 1 0.16~0.24 2 0.25~0.34 3 0.35~0.45 4 无(有些钢号用1表示) 2 10.2.3 钢的分类
钢的分类方法很多，没有统一的分类标准，但常用的分类法有：按钢材的外形及成形方法分类，按钢的内在质量分类和按用途分类。
(1)按钢材外形及成形方法分类
按钢材外形及成形方法分类见表10—6。
表10—6 钢材外形及形成方法分类 分类 外形分类 钢材名称 板材 品种说明 厚度 薄板：厚度≤4．0mm 中板：厚度4．5～25mm 厚板：厚度26～60mm 特厚度：厚度>60mm 表面形态 平板、卷板、花纹板 表面镀层板：镀锌板，镀锡板 复合板：单而复合板、两面复合板 管材 无缝管 焊接管、螺旋焊接管 异形管 型材 线材 带材 成形方法 轧材、 锻材 冷拔 圆钢、方钢、角钢、工字钢、槽钢、异形钢 普通钢丝、镀锌钢丝、钢绳钢丝、弹簧钢丝 - 190 -
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铸件 (2)按钢的内在质量分类
钢的内在质量分类，大致上根据钢的冶炼方法、化学成分、钢的品质和供应状态四种情况，其分类见表10—7。
表10—7钢的内在质量分类 分类名称 冶炼方法 钢种名称说明 氧化转炉钢 镇静钢、半镇静钢、沸腾钢 平炉钢 碱性钢、酸性钢 电炉钢 电渣炉钢 真空炉钢 碳素钢 普通碳素钢 低碳钢C≤0.25 — 中碳钢C 0.25~0.6 优质碳素钢 高碳钢C＞0.6 合金钢 低合金钢：合金元素含量＜3.5 中合金钢：合金元素含量 3.5~10 高合金钢：合金元素含量＞10 普通钢 (P≤0.045% S≤0.05%) 甲类钢：保证机械性能 乙类钢：保证化学成分 特类钢 ：保证机械性能和化学成分 优质钢 (P≤0.035% S≤0.035%) 优质碳素钢 优质合金钢 高级优质钢 (P≤0.025% S≤0.25%) 供应状态 (3)按钢的用途分类
按钢的用途可分，锅炉压力容器用钢、建筑用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、桥梁钢、造船钢和特殊钢等
热扎、正火、调质（淬火+回火） 化学成分（%） 钢的品质 10.3 设备润滑知识 10.3.1 润滑油
10.3.1.1 润滑油的组成
石油是发展国民经济和国防建设的重要物资，是现代化工农业，交通运输业所需燃料和润滑油的主要来源。
从地下开采出来的石油，未经加工前叫做原油。从原油中提炼各种汽油、煤油、柴油、润滑油、蜡、沥青和燃料油的加工过程叫石油炼制。
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组成石油的主要元素是碳和氢，这二种元素占有石油组成的96％～99.5％，其中碳大约占85％～87％，氢大约占11％～14％。除碳和氢外，通常还有硫、氮、氧和灰份。灰粉是由钾、钙、镁、钠、氯与其它元素的化合物构成，通常把碳和氢所组成的有机化合物称作烃，故石油主要由各种烃类所组成。
10.3.1.2 摩擦与磨损
摩擦引起能量的损失致使机械效率降低。所以现代技术是尽量减少摩擦偶件的摩擦系数，从而提高机械效率。
磨损是决定机械寿命长短的重要因素，所以现代技术是力求提高摩擦偶件材的耐磨性能，从而延长机械的使用寿命。
（A） 摩擦的分类
一般地来讲，摩擦的种类可以用下表说明：
静摩擦是物体刚开始要运动，单尚未运动之前的摩擦现象。 动摩擦则是两个物体在相对运动过程中的摩擦。动摩擦又分为滑动摩擦和滚动摩擦两种。
滑动摩擦是一个物体在另一个物体上滑动时所发生的摩擦，例如：活塞和气缸的摩擦；轴在轴瓦里的摩擦等。
滚动摩擦是一个物体在另一个物体上滚动时所发生的摩擦。例如滚珠、滚柱、车轮等的滚动。
滑动摩擦又可以分为下列四种：
（1）干摩擦：干摩擦又叫作“干磨”，只是在没有润滑的情况下，两物体之间直接触的摩擦。有时在实行润滑的摩擦面上，由于润滑不良或者其它原因，油膜遭到局部破坏，也会出现局部干摩擦的状态。在机械设备中，除利用摩擦功的情况外，纯粹的干摩擦是绝对不允许的。局部的干摩擦也要尽力避免。润滑的中心任务就是减少或消除干摩擦。
（2）液体摩擦：在两个物体之间，被一层润滑油（脂）隔开而不直接接触，这时所发生的摩擦叫作液体摩擦。液体摩擦也叫作液体润滑，是一种最好的润滑状态。这时的摩擦力比干摩擦小得多，磨损也小得多。
（3）半液体摩擦：在一个摩擦面上，部分摩擦面保持着液体，其余部分出现了边界摩擦和干摩擦，这种摩擦状态叫作半液体摩擦。
（4）边界摩擦：摩擦面仅保持着边界油膜，这种摩擦状态叫边界摩擦。这时的摩擦力是由边界油膜内的分子之间相互摩擦所产生的。而且由于油膜的分子间存在着静电吸引力，所以边界摩擦的摩擦力大于液体摩擦的摩擦力。
（B） 磨损的分类
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常见的磨损形式有下列几种：
（1）研磨磨损（或称磨粒磨损、硬粒磨损、机械磨损）：这是最常见、最普通的一种磨损形式。由于金属表面凹凸不平的沟级之间的相互咬合和相互碰撞，必然发生摩擦面间的相互“切削”作用，使摩擦面发生磨损和脱落。脱落下来的金属屑夹在摩擦面之间形成“磨粒”也对金属表面发生研磨也就更加快了摩擦面的磨损。通常所说的磨损就是指这种磨损而言。研磨磨损的实质是机械作用，主要发生在出现干摩擦的情况下。通常因加油不好而产生的“干磨”就是这种磨损。
（2）胶合磨损：（或称粘着磨损）是由于摩擦表面发生局部粘联而引起的。两物体摩擦时，由于接触点在瞬时高温和高压下发生粘联，这些粘联点在摩擦过程中被撕裂，使金属表面更加不平，这样，粘联、撕裂、再粘联、再撕裂的结果，可使摩擦面温度迅速升高，以至生产烧毁的危险。通常所说的“抱轴”与“烧瓦”主要就是这种磨损产生的。胶合磨损一般发生在高速、重载，并且形成流动油膜困难的部位。如果在高速、重载的润滑部位停止给油，则必然发生胶合磨损。对于一般摩擦部位，如果润滑油量严重不足，也可能发生胶合磨损。
（3）腐蚀磨损：此种磨损一般由润滑油氧化产物所造成，以化学腐蚀和电化学腐蚀所存在，在金属表面上不断渗透，使金属表面变成松软多孔易于脱落；或由空气中氧气进入金属表层内部与金属形成固熔体和金属氧化物等易脱落的脆性物质。这些物质在摩擦面的运动中脱落下来，形成磨损。
（4）点蚀磨损（名称接触疲劳磨损）当摩擦面承受周期性的负荷时，摩擦面的局部在多次重复的负荷作用下，其表层金属产生“接触疲劳”，形成显微裂纹。裂纹逐步扩大，出现小片金属脱落形成斑点形磨损，故又称痘斑磨损。如齿轮的齿面，滚动轴承等受周期性变化负荷作用的磨损面上，易产生此种磨损。
10.3.1.3 润滑
摩擦与磨损的对立面是润滑。把一种具有润滑性能的物质加到物体的摩擦面
上，以达到降低摩擦和减少磨损为目的，叫作润滑。
油膜和润滑原理：润滑剂加到物体的摩擦面上，通常是以润滑膜的形式起润滑作用的。润滑膜分为两种：
固状膜是以固体润滑剂（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙）形成的嵌入式润滑膜。
液状膜是以液体润滑剂（通常用矿物润滑油）形成的吸附式润滑膜。所以又叫作“油膜”。
10.3.1.3.1 油性和边界油膜
润滑油和润滑脂有一个重要的特性，就是说它能“润湿”金属表面，能够粘附在金属表面上。这是由于润滑油在金属表面的附着力大于其本身的内聚力。润滑油这种散布并牢固地吸附在金属表面而形成一层薄薄的油膜的性能，叫作润滑油的油性。
这层薄薄的油膜称为边界油膜，它是怎样形成的呢？原来润滑油中有许多“极性分子”，也叫作表面活性物质。这种分子有一种特殊本领，当它与金属表面接触时，就
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与金属表面发生静电吸附并产生垂直方向的定向排列。与此同时，非极性分子在电场作用下，它们的电子轨道发生变形而成为暂时的极性分子，并且也如极性分子那样在金属表面发生静电吸附和定向排列。这样吸附的结果，在金属表面就形成牢固的边界油膜。距金属表面越远的地方，极性分子的静电吸引力就越小，因而边界油膜仅能保持一定的厚度，边界油膜是很薄的，一般为0.1~0.4微米。我们在金属表面上涂抹上一层润滑油（脂），然后仔细地擦净表面，直到眼看不见而手又摸不到有油存在的时候在金属表面仍存在一层光亮的油膜，这就是边界油膜。边界油膜虽然薄，但能承受住一定的负荷而不致破裂。
一个完整的油膜，是由边界油膜和流动膜两部分组成的。在两个边界油膜之间的油膜，叫作“流动油膜”，它是在一定条件下依靠润滑油的粘度形成的。流动油膜内部的分子不吸附在金属表面上，它们可以自由流动，并且可以承受住一定的负荷而不致被挤出去。
正是这个完整的油膜将两个摩擦的金属表面完全隔开，使两个金属之间的摩擦转变为油膜内部分子之间的摩擦，大大降低了摩擦，从而起到了润滑作用。这也就是润滑的原理。
10.3.1.3.2 润滑的分类
一、 液体润滑：
在两物体之间除了有一层边界油膜外，还有相当厚度的流动油膜，并且把摩擦面粗糙不平的沟纹完全填平。这样，液体摩擦代替了干摩擦，这种润滑情况称为液体润滑。在液体润滑状况下工作的摩擦件，因为固体摩擦面不直接接触，所以不会产生研磨磨损。液体润滑时，作用在摩擦面上的负荷比较均匀地分布在流动油膜上。离心泵的滑动轴承，在正常工作情况下，如果润滑良好，一般属于液体润滑或接近于液体润滑。 二、 边界润滑：
两物体之间仅保持这一层边界油膜，成边界摩擦状态，这时的润滑情况称为边界润滑。边界油膜是很薄的，不能把金属的沟纹填平，摩擦面上也不能形成流动的油膜，所以在边界润滑状态时，摩擦面上凸出的部分互相接触，受到极大的压强。油膜容易遭到破坏。当整个摩擦面上仅有边界油膜存在时，必然要出现局部干摩擦。就整个摩擦面来讲，不出现干摩擦的边界润滑，是很罕见的。如离心泵在盘车时，其滑动轴承就是典型的边界润滑。冲程数很低的蒸汽往复泵，摇臂小轴与轴套之间的润滑状态也是典型的边界润滑。 三、 半液体润滑：
两物体之间除了液体润滑状态外，其余部分出现了边界润滑和干摩擦，这种润滑状态叫作半液体润滑。半液体润滑是最常见的润滑状态。当形成流动油膜的厚度不能把两摩擦面凹凸不平的沟纹填平时，则两摩擦面上，部分凸出部位之间就保持不住流动的油膜，这种现象叫作“流动油膜的破裂”。流动油膜破裂的部位，根据负荷的大小、边界油膜的强度等情况，形成边界润滑状态或干摩擦状态。这就构成了半液体润滑。
10.3.1.3.3 润滑油（脂）的作用
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润滑油的作用是多方面的，而且彼此依存，互相影响。如果润滑油不能有效地控制摩擦，就不能顺利的减少磨损，也必然出现大量的热形成摩擦件的高温，其结果将迅速破坏摩擦表面及润滑油本身。概括地讲，润滑油（脂）的作用分以下几个方面。 一、 润滑作用与降低摩擦，减少磨损：
润滑油（脂）在摩擦面间形成油膜，消除或减少干摩擦，改善了摩擦状况的作用叫润滑作用。润滑的必然结果则是降低摩擦，减少磨损，这是润滑的首要作用。最好在液体润滑状况下，摩擦系数可达到0.001，甚至更低一些，因而磨损也是微乎其微的。 二、 冷却作用：
在摩擦时所产生的热量，大部分被润滑油所带走，少部分热量经过传导和辐射直接散发出去。 三、 冲洗作用：
磨损下来的碎屑被润滑油带走，称为冲洗作用。冲洗作用的好坏对磨损的影响很大。在摩擦面间形成的油膜厚度很薄金属碎屑停留在摩擦面上会破坏油膜，形成干摩擦，造成磨粒磨损。特别对于经过大修更换了摩擦件的设备，在最初运装时期的磨合阶段中，润滑油的冲洗作用更加重要。 四、 密封作用：
有些润滑部位除了要求润滑油对摩擦面起润滑、冷却和冲洗作用之外，还利用润滑油增强密封作用，蒸汽往复泵气缸壁和活塞之间，活塞环与活塞槽之间，就是借助于润滑油对它们之间的间隙的填充作用，来提高密封效果。润滑脂具有形成密封的特殊作用。由于润滑脂常用于润滑油无法保存的地方，故其自封作用很重要。这种作用能防止润滑剂的漏出，并防止杂质的渗入。 五、 减震作用：
摩擦件在油膜上运动好像浮在“油枕”上一样，对设备的震动起到一定的缓冲作用。在齿轮运行时，润滑油连续陷入了两齿咬合的表面，并且不断通过极小的间隙挤出来，这样就使震动的动能消失在液体油的摩擦热中去，而使运动变得平稳。 六、 卸荷作用：
由于摩擦面间有油膜存在，作用在摩擦面上的负荷就比较均匀地通过油膜分布在摩擦面上。油膜的这种作用叫作卸荷作用。比如当摩擦面上的油膜遭到局部破坏而出现局部干摩擦时，由于油膜仍承受着部分或大部分负荷，所以作用在局部干摩擦点上的负荷不会象干摩擦时那样集中。 七、 保护作用：
防腐蚀、防尘都属于保护作用。
润滑油除了以上在接触面间所起的作用外，尚有一些其它的作用。比如在液压传动设备中，润滑油被视作为传递动力的良好介质；在变压器，油开关等许多电器设备上则主要利用润滑油较高的绝缘性能。
10.3.1.3.4 对润滑油（脂）的品质要求
一、足够的油性：
前面已经讲过，润滑油能散布并牢固地吸附在金属表面而形成一层薄薄的油膜的性能，叫作润滑油的油性。油性是润滑油（脂）的潜在性能，只有当润滑剂粘附在固体表面时才产生作用，它表明润滑油（脂）在固体表面形成牢固油膜的
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性质。在同一条件下，在同样的机器上，应用相同粘度的两种不同的润滑油进行润滑，一种油的油性好、油膜不易破坏；而另一种油的油性不好，油膜就容易被破坏。这两种不同性质的差别，就是油性不同的缘故。因此，润滑油（脂）必须具有足够的油性，才能形成牢固的油膜，使机械得到良好的润滑。另外，过高的油性也有加剧磨损的作用，因此对高油性的润滑油使用要采取慎重态度。 二、适当的粘度：
粘度是表示油在流动时，内部分子间发生阻力大小的程度。这种阻力来源于分子间的内聚力（或凝聚力），而在流动时表现出来。我们要求润滑油在流动时，其分子间有一定的阻力，可使润滑油不易流失，保持一层一定厚度的流动油膜。 三、对摩擦件无腐蚀作用。 四、一定的安定性：
润滑油在长期贮存和使用过程中，其质量会逐渐变化。“变质”的原因主要有两个方面：①在空气中的氧气作用下而变质。②在高温情况下发生变化。润滑油抵抗氧化变质的能力，叫作润滑油“氧化安定性”；润滑油在高温下的稳定情况，叫润滑油“热安定性”。不容易变质的润滑油，叫安定性好。我们要求润滑油有一定的安定性，是指在机械润滑的情况下和在一定时间内，不会很快变质和失效。
10.3.1.4 润滑油（脂）主要质量指标和意义
润滑油主要质量指标和意义：
1、粘度
粘度是润滑油的一项基本指标。粘度是液体内摩擦，即液体在外力作用下移动过程中，在液体分子间所发生的摩擦。
（1）粘度的表示方法
粘度分为绝对粘度与条件（相对）粘度两类。绝对粘度分为动力粘度和运动粘度两种。条件粘度分为恩氏粘度、雷氏粘度、赛氏粘度三种。
国际标准化组织（ISO）采用运动粘度。
动力粘度：有两个面积各为1平方厘米的液体，相距1厘米，相对移动速度为1厘米/秒时所产生的阻力即为动力粘度。动力粘度的单位是克/厘米·秒，称为泊（P）。百分之一泊为厘泊（CP）是实用单位。
运动粘度：在相同温度下液体的动力粘度（P）与它的密度（f）之比所得的比值叫运动粘度。单位是斯，斯的百分之一称作厘斯，厘斯的因次为平方厘米/秒，等号为V。代号cst。
动力粘度和运动粘度一般多用贸西管粘度计测定之。测定一定体积的液体通过毛细管时所耗的时间，在乘以该粘度计的毛细管常数，即时得运动粘度。毛细管的常数，是标准液体在该毛细管中流出的时间。
恩氏粘度：代表号°Et
#
雷氏粘度：代表符号RIS，单位为秒。
赛氏粘度：代表符号SUS或者SSU，单位为秒。
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（2）粘度使用的意义
a、粘度是润滑油的主要质量指标，必须正确选择润滑油的粘度，以保证机器的正常运行。若选用的油品粘度过大，会造成起动困难，消耗动力；若粘度过小，则会降低油膜支撑能力，增加磨损。
b、粘度是工艺计算的主要参数。计算流体在管线中压力损失时所应用的雷诺数，必须从绝对粘度的数据算出。
c、油品粘度随润滑油馏程增高油品粘度增加，精制加深油品粘度降低。在生产上可以从粘度的变化判断润滑油的精制深度。在油品使用中，可以从粘度的变化来判断油品在使用过程中的变质情况。
d、对于流体润滑来说，油的粘度与摩擦系数有关，油粘度越大，摩擦系数也越大。同时油的粘度对于保证良好的密封作用和必要的冷却作用，均是必须正确选择的因素。
2酸值
润滑油的酸值是中和1克油品中酸性物质所需的氢氧化钾毫克数。酸值是油中所含有机酸和无机酸的总值。但在大多数情况下，润滑油中没有无机酸，油中所含的有机酸主要为环烷酸。
酸值对于油品使用中的意义：
（1）根据酸值的大小，判断油品中所含的酸性物质的含量。酸值愈高，在油品中所含的酸性物质就愈多，这是油品氧化变质的指标之一。但对于新油来说，这是判断油品精制程度的方法，应为随着精制深度的是高而酸值降低。
（2）根据酸值可推断油品对金属腐蚀性质。因为溶于油中的低分子有机酸和金属接触，对金属的腐蚀作用很显著。当有机酸与金属作用时，会生成金属盐或皂，加速油品的老化变质，并降低其抗乳化能力。
（3）由氧化变质所生成的酸性物质，与金属生成的皂类沉淀物或其它氧化产物的沉淀物易堵塞润滑系统的管路和阀门。因此，对于使用中的润滑油，经常测定其酸值对于机器设备的正常运转是很有帮助的。
3、闪点
在标准条件下加热润滑油后，随油温升高油蒸汽的浓度也相应增加，当油蒸汽含量达到可燃浓度，与明火接触，，产生短时闪火时油的最低温度叫闪点。
闪点分闭口和开口两种。通常开口闪点比闭口闪点数值高。因为开口闪点测定时所形成的油蒸汽会扩散到空气中而损失一部分油蒸汽。闭口闪点适用于蒸发性较大的轻质石油产品，因为这些轻质油品在用开口法测定时，所形成的蒸汽向四周扩散造成闪点值偏高。开口闪点适用于多数润滑油及重质油，尤其是在非密闭机器和温度不高的条件下使用的油品。
有些润滑油的指标中，规定了开口闪点和闭口闪点，其目的在于以开口闪点和闭口闪点之差值，检查润滑油馏分的宽窄程度和是否渗入轻质组份。
一般油品蒸汽压高，馏分组成轻者，油品的闪点值愈低。反之，馏分组成愈重的油品它的闪点便愈高。
闪点对于油品使用的意义：
（1）闭口闪点通常作为油品的一个安全指标。闭口闪点低，表现油中较多的轻质成份，容易挥发起火，应在贮存、运输和使用中加以注意。开口闪点除了作为鉴定油品发生火灾的危险性之外，也可以判断润滑油的蒸发性。开口闪点低的油，在高温下蒸发损失多，粘度增大，影响正常的润滑。
（2）闪点又是区别易燃物与可燃物的主要依据。油品闪点在45℃以下为易燃；在
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45℃以上为可燃物。在高温下工作的机械，如空气压缩机、内燃机等注意闪点的选择。润滑油的闪点至少应高于设备工作温度20~30℃。
4、氧化安定性
润滑油的氧化安定性是一个很重要的指标，因为油品在使用中变质的主要原因是氧化。润滑油在使用和贮存过程中，与空气中的氧气接触，在一定条件下，便会氧化变质生在羰酸胶质，沥青等氧化产物。这些氧化产物溶解或分散在油中，便会使油的颜色变暗，粘度增加，酸性增大，产生沉淀等。
润滑油的氧化安定性在使用中的意义：
（1）对于氧化后的酸值增大的油品，则监视氧化后油品对于设备的腐蚀问题，特别是当深度氧化生成低分子酸时，对于设备的腐蚀问题很突出，酸性物质反过来又会加速油品的氧化变质，加深设备的腐蚀程度和缩短机器的使用寿命。对于绝缘油，这种酸性物质能使侵入油中的绝缘介质破坏，发生安全事故。此外，在正常温度下，不溶于油中，会在输油管、冷却器、过滤器等出沉淀析出来，当有水存在时，会生成乳液，使油变质。
（2）氧化后油品的沉淀显著增加，会加深油的色泽，增大粘度，阻止散热，影响正常运行。例如在汽轮机油系统中，会在油冷却等温度较低处，析出沉淀，不但影响传热还会堵塞油路，使运行不正常。沉淀物对于变压油，则会堵塞线圈冷却循环，造成局部过热，烧坏线圈。对于发动机用油，则会明显地在活塞和活塞环等接触高温处生成积炭和胶膜，是活塞环失去弹性，严重影响发动机工作，有时此种沉淀物会堵塞滤清器和输入管道，影响正常供油。对于空气压缩机，则沉淀等氧化生成物，会在排气管道上积聚，严重时会发生爆炸等安全事故。
（3）残存在油箱中氧化变质后的油品，须在换油时完全清除干净。因为油品的氧化安定性，是一个加速反应过程，只要有少量（5~10%）旧油混入新油中，便会大大降低油品的氧化安定性。
5、水份
表示油中含水量的多少，以水占有的百分率表示。经过充分精制过的润滑油是不含水的。如有极少量水存在与油中，就会使油品呈浑浊状。这便是一般较粗糙的鉴定法。在运输和长期贮存过程中，在油品中就会进入一些水份。水在润滑油中的溶解度很小，在正常温度下不超过0.01%，但温度升高时会多溶解一些。把这些为数极少的水份自油中除去是很困难的。
水份对于油品使用的意义：
（1）当油品中含有水份时，它能使金属腐蚀、生锈、减弱润滑能力，使机械零件磨损加大。
（2）油中有水，会加速油品的老化变质。会促进润滑油乳化生成沉淀层或乳化层，也会发生泡沫，降低油品的正常润滑能力。
（3）水份对于冷冻机油和变压器油是很关键的指标。水份在零度以下结成冰块，会堵塞油路。水与CO2、NO3作用生成酸性物质，会腐蚀机件。
6、抗乳化度
在标准条件下，油与水搅拌混合形成的乳化物，经过静置达到完全分离所需要的时间，称为抗乳化度。
抗乳化度对于油品使用的意义：
抗乳化性能对汽轮机油有极为重要的意义，因为蒸汽汽轮机的蒸汽冷凝水在运转中，不可避免地经常与润滑油接触，形成暂时的乳化油，此润滑油要有强的抗乳化能
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力，才能保持润滑作用和循环、长期的使用。若润滑油的抗乳化性能低，则油和水与空气的氧形成长期的乳化液，容易发生氧化作用，生成有机酸而腐蚀设备，并生成氢氧化铁及金属皂而助长油品乳化，最后必然有导致破坏润滑而造成事故的危险。
7、水溶性酸和碱
润滑油的水溶性酸和碱是一个定性的指标，它是指加入呈中性反应的蒸馏水（同体积），从油中溶于水内的酸和碱，分别用指示剂显示之。
由于油品在加工和贮存过程中，有时会残留或污染极微量的溶于水中酸和碱，要比油溶酸更活泼，更富有腐蚀性，所以成了一个比较重要的定性指标。
水溶性酸和碱对于油品使用的意义：
（1）水溶性酸和碱，对于经过酸洗和碱中和的油品特别适用，应为此类油品易被微量酸和碱污染，其后果便是油品在贮存和使用时，能腐蚀金属物件。在变压器油中的水溶性酸，对于绝缘材料腐蚀较大，使之脆裂，破坏了绝缘。
（2）油品的水溶性酸和碱加速油品老化。 8、凝点（倾点）
润滑油的凝点是指在规定的试验条件下，盛于试管的试油冷却并倾斜45度经过一分钟后，油面不能移动时的最高温度，称为凝点。油品凝固点的出现，主要是由于油中的蜡在降低温度时结晶析出形成的网状结构，而阻碍了油品的流动，随着温度的继续降低而逐渐失去流动性，最终变成凝固状态。
凝固点对于油品使用的意义：
（1）凝点可以用作润滑油低温性质参考指标，例如在使用在发动机中润滑油的凝点应比起动温度低10℃左右。特别是在低温下工作的机械，例如冷冻设备及冬季室外工作的机械，应选凝点低的润滑油。设备的工作温度要高于凝点15~30℃。
（2）凝点对于含蜡的油品，也是估计石蜡含量的方法之一。对于含有微量石蜡的油来说，当温度低于浊点而高于凝点时，有时由于润滑管路中有细滤网等原因，也会使油无法通过。
9、润滑油的腐蚀度
润滑油的腐蚀度是指润滑油中含有的腐蚀物质和在试检条件下产生的氧化物对金属引起的腐蚀程度。
各种润滑油均不应腐蚀金属零件，这是润滑油必须具备的重要品质之一。 引起润滑油腐蚀金属的主要原因有：
（1）对于精制深度不够的油品，仍会含有一定活性的含硫化合物，会对金属，特别是铜等有色金属起腐蚀作用。另外，也会含有其它酸性腐蚀物质如高分子有机酸等，也能引起腐蚀。
（2）润滑油中如含有水份，还会使金属通过金属氧化物的水化物而形成腐蚀或锈蚀。
（3）润滑油在使用过程中氧化变质，生成了高分子有机酸，有时还可能生成低分子水溶性有机酸。
润滑油腐蚀性在使用中的意义：
（1）对于各种发动机润滑油和压缩机油对机械零件特别是轴瓦的腐蚀问题，往往会严重影响其抗磨性能，故有必要预测润滑抗腐蚀的能力，以保证机械零件，尤其是曲轴连杆的轴承和轴瓦，不至于在使用过程中被破坏，发生各种磨损事故。
（2）润滑油的腐蚀原因主要是油中烃类氧化产物和金属反应结果，所以润滑油抗腐蚀性能也可以作为抗氧化安定性的表现之一。
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10、残炭
在标准条件下，把油加热，经蒸发、分解和焦化，生成焦炭残留物。用重量百分数表示。
残炭在油品使用中的意义：
（1）润滑油残炭是一个检查指标，它相对表示润滑油的精制程度。
（2）对于压缩机来说，润滑油的残炭对于机器的正常使用有重要的意义。残炭含量高，会加速磨损及堵塞油路系统。严重时会引起气缸爆炸。因此，对于高温高压工作条件下的空压机、内燃机等用的润滑油，其残炭指标应予以重视。
11、灰份
在标准条件下，把石油完全燃烧后所剩下的残留物即为灰份。用质量百分数
表示。
灰份在油品使用中的意义：
（1）灰份可作为油品是否正常的指标，如白土处理不正常，或酸洗脱渣不净使油中残存各类皂类等，均会使灰份偏大。
（2）润滑油中灰份过大，会使发动机零件上生成积炭，对于正常的润滑是不利的。 （3）对于柴油和燃料油中的灰份，会增加气缸套和活塞环的磨损；对于蒸汽过热器、节油器、空气预热器，则会由于灰份积聚而降低热效率，使设备损坏。
12、机械杂质
一切外来的悬浮或沉淀在油中的不溶物（如灰尘、沙子、金属微粒等杂质）叫机械杂质。用溶剂稀释过虑，测定其含量。
机械杂质在油品中的使用意义：
（1）油品中存在的机械杂质，严重影响油的润滑效果，它会破坏油膜，增加磨损，堵塞油管及过滤器，妨碍润滑油的正常循环。
（2）变压器油中含有杂质会降低油的绝缘性能。
（3）某些金属杂质还是加速润滑油氧化变质的催化剂。 13、抗氨安定性
试油中有机酸与无机酸与氨起作用而生成氨盐，如果氨盐含量高，就会有沉淀出现。
抗氨性安定性在油品中的使用意义：
在大型合成氨厂里，蒸汽透平驱动的氨压缩机，氮氢气压缩机都是离心式压缩机，透平压缩机组共用一个润滑油系统，它的油箱又与压缩机的密封油系统共用，即使用同一种润滑油。
溶解于密封油中的氨与油中水相结合而成氨水，氨水又与汽轮机油中的防锈蚀添加剂反应并与氧化物生成一种不溶于油的沉淀。由于它的连轴器，增速机的转速最高达10000转/分以上，相当一个高效离心机，便把油中不溶物甩出并在其机件的滞留部位沉淀下来，沉淀的累积使透平压缩机组失去平衡而振动，严重时会造成设备事故。为此，一定要使用专用与此类机械的高质量的抗氨汽轮机油。
14、比重和密度
一定体积的石油产品在其温度时的质量之比，称为石油产品比重。 比重＝m/ml
由于水在3.98℃密度最大，其值为0.99997克/立方厘米，一般测定比重时常把近似4℃的水作为比较标准物质。当测定比重的精度低于0.001时，4℃时的水密度近似的等于1克/立方厘米。在此情况下，比重和密度在数值上是相等的，但比重一般没有
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单位。
在我国石油产品密度定法中，不论用密度计法或比重瓶法测定的均匀密度，但习惯上均称为“测比重”。
测比重在油品使用中的意义：
（1）比重的用途之一是油品计量上的需要。对于容器中石油产品的计算，可用容积和密度的乘积而求出石油产品的重量。
（2）测定比重也可以在一定程度上控制油的质量。
（3）在油品贮存和使用过程中，比重数值可以帮助判断油品质量是否合格，或是否误混进较轻的或重的油品。一般润滑油的比重在0.84~0.95之间。
15、润滑性能
使用润滑剂的目的，就是在于使摩擦副接触面之间降低摩擦和磨损以达到延长设备使用寿命的目的。因此，润滑性能为油品各种性能综合表现。从直接意义来说，油品的润滑性能包括油性，粘性和摩擦系数。
油性是润滑油坐在金属表面的吸附能力。油性优良的油品，一般均有较低的摩擦系数，才能够保持良好的润滑油膜。
粘性是当外力作用下，由于液体的内摩擦力作用，而使其分子间的移动出现一种粘性或阻滞的现象。足够厚度的润滑油膜是保证液体润滑的先决条件。
评定润滑油性能的方法，实验室里比较常用的为四球试验机。还可以根据具体油品的要求，测定各种负荷和运转时间下的磨迹直径（DK）。
10.3.1.5润滑油的选用、代用、混用和换用
润滑油的选用、代用、混用和换用，对保证设备润滑，节约润滑油料，意义很大。
10.3.1.5.1 润滑油的选用
（1）根据机械设备及其工作情况
a）负荷：负荷愈重，愈要考虑润滑油有承载能力，来选用粘度大、油性或抗极压性良好的油。
b）温度：分环境温度和工作温度，环境温度低，选用粘度和凝点较低的润滑油，反之，可以高一些。而工作温度高，则应选用粘度高一些，闪点高一些，抗氧性好一些的油，才能保证可靠的润滑。至于温度变化范围大的润滑部位，还要选用粘温性好的润滑油。
c）运动速度：高速摩擦副上，可以选用低粘度油，若采用高粘度油反而增大摩擦阻力，对润滑不利。低速部件，可以选用粘度大的一些油。目前，国产工业润滑油大多加有抗磨添加剂的情况下，也不必过多的强调高粘度。
d）润滑装置及部位的情况：润滑部位间隙愈小，摩擦面精度愈高，材质愈硬，润滑油的粘度可以愈低。
垂直润滑面，导轨、丝杆、开式齿轮和钢丝绳等，以及人工给油部位，应用粘度高的油，以减少流失。
（2）根据润滑油性质及其性能水平
a）粘度选用润滑油，还是确定其牌号的依据，如不恰当地选用粘度过大或过小的润滑油，就会引起不正常的磨损，油温过高，甚至发生抱轴，拉缸等设备事故。
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b）凝点：一般要求润滑油的凝点比工作温度低10℃左右为宜，关应不保证冬季不影响加油使用。
c）闪点：闪点一方面反映润滑油的馏分范围和轻组份的量，另一方面也是一个反应油品安全性的指标。高温下使用的润滑油，如压缩机油等应选用闪点高一些的油，一般要求润滑油闪点比润滑部位的工作温度高20~30℃为宜。
d）其他性能：除上面的基本性能指标外，还要特别注意润滑油性能水平，如增压柴油机应选择CC或CD级柴油机油。
汽轮机特别是轴封不良，漏气进水时，应选用抗氧，防锈和抗乳化性能良好的抗氧防锈型汽轮机油。
10.3.1.5.2 润滑油的代用
1、润滑油的代用原则
a）尽量用同类油品或性能相近、加添加剂差不多的油品代用。
b）润滑油的粘度要相当，以不超过代用油粘度正负25％或高低差号为宜。
c）油品的精制浓度以深代浅、质量以高代低，这样对设备润滑比较保险。油的粘温性要好一些，对于低温工作的机械，选择用油的凝点要低于工作温度10℃以下，而对高温工作的机械，则要考虑代用油的闪点要高一些，氧化安定性也要满足使用要求。
2、具体代用意见
a）液压油可用粘度相当的汽轮机油或工业齿轮油。
b）低温液压油代替抗磨液压油，普通液压油。但设备上有银部件的则必须用具有抗银作用的抗磨液压油。
c）汽轮机油一般可以互换，但引进装置的氨压缩机要求用抗氨汽轮机油，则不能用加烯基丁二酸锈剂的汽轮机油代用。
d）级压齿轮油中的铅型和硫磷型两类可以互相代用，但可能接触水的部位则用硫磷型为宜。
e）涡轮蜗杆用油目前可以用工业齿轮油，高粘度气缸油等代用。
10.3.1.5.3 润滑油的混用
在润滑油的使用过程中，有时会发生，这一种油与另一种油相混的问题，包括国产油愈国外有混，国产油中这类油与另一类油混，同一类油不同厂或不同牌号混，新油与使用中的“旧”油混等。油品相混后，必然会引起质量上的变化，因此必须慎重处理。
1首先，应强调的是要尽量避免混用。因为，设备用了混合油如果出了毛病，要找原因就更加困难了。另外，不同润滑油混合使用，也就难对油品质量进行确切的考察。
2、需要调整油品的粘度等理化性能，采用同类油品相互混对。
3、为了慎重起见，在混前作一下混对试验（如取拟混对的两种油以1：1混合加温搅拌均匀），观察混对油有无异味或沉淀等异常现象，测定混对前后润滑油的主要理化性能。
4、注意事项
（1）抗氧汽轮机油不能与其它汽轮机油（特别是加烯丁二酸防锈剂的）相混。 （2）抗磨液压油（抗银、牌号加“Y”字样）不要与一般液压油等相混。
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10.3.1.5.4 润滑油的换用
润滑油使用一段时间后，由于本身的氧化以及使用过程中来因素的影响，会逐渐变质以至要报废更换。
1、润滑油变质更换的原因
a）使用中受到温度、压力的影响以及空气的氧化作用等，润滑油老化变质，产生有机酸和沉淀物。
b）润滑油中添加剂消耗、分解，使油品质下降。
c）混入工艺介质、燃料、切削液、分水、金属等机械杂质。 2、注意事项
a）不要轻易换油，要设法延长油品的试用期。办法是正确使用设备和油料，及时补充新油，有条件时还可以补加添加剂。实践证明，汽轮机油及时补加抗氧和防锈剂可以显著提高油品的防锈性和抗氧性，从而延长油品的使用期。
当然延长换油期必须保证设备安全运行和良好润滑的前提下去作的，对于一些关键、精密的设备，则不必太强调油品使用期的延长。
b）换油时对润滑部位进行检查和清洗。
10.3.2
润滑脂
润滑脂是由润滑油和稠化剂再加入改善性能的添加剂所制成的一种半固体润滑剂。其组份有基础油、稠化剂、稳定剂和添加剂。
103.2.1润滑脂的作用
（1）润滑脂在金属表面形成润滑油脂的膜，当金属作相对运动时，即起到润滑的作用
减低了摩擦表面的阻力，并能降低磨损。 （2）润滑脂的特性
润滑脂是一种可塑性润滑剂，它具有液体和固体润滑剂的特点，在常温和静
止状态下，润滑脂能粘附在被润滑的表面，当升高温度和在运动状态下，润滑脂就会变软以至成为流体而润滑摩擦表面。当去掉外界热和机械作用因素，它就会逐渐恢复到可塑性状态具有一定的粘附性。因为润滑脂有这样一种特点，所以在工业、农业、交通运输、国防工业上，它被广泛地应用。 与润滑油比较，润滑脂具有一下优点：
①润滑脂不需要经常添加，可以减少润滑剂的消耗并降低维修保养费用。因此，对不易换油、供油的设备有利。
②润滑脂有一定的结构性，在润滑部位不易流失，不易飞溅，这对避免溅油误损产品的要求很适合。
③润滑脂在摩擦表面有良好的保持能力和粘附性，可以保护不经常使用的润滑部位，防止锈蚀。
④润滑脂在润滑部件上可以起到密封作用，防止灰尘、碎屑和水份的侵入。 ⑤润滑脂具有减震性，可以减低噪音和震动。
⑥润滑脂选用苛刻的操作条件，如高温、低速、冲击负荷下工作。
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⑦大多数润滑脂的工作温度范围比润滑油宽。
10.3.2.2 润滑脂的分类
润滑脂通常都是按稠化剂来分类的，大致可分为烃基、皂基、无机和有机润滑脂。 （1） 烃基润滑脂
以石蜡、地蜡稠化基础油的润滑脂称为烃基润滑脂。具有良好的可塑性，化学安 定性和胶体安定性，不溶于水，遇水不产生乳化。其缺点时熔点低，因此烃基润滑脂主要作防护润滑脂。 （2）皂基润滑脂
皂基润滑脂就是以皂为稠化剂的润滑脂，皂就是通过脂肪或脂肪酸与碱在加热条件下反应生成的。
皂基润滑脂使用最广泛。最常使用的有钙基、钠基、锂基、铝基、钙—钠基、复合钙基等润滑脂。
A、钙基润滑脂（ZG-1~ZG-4）
是天然脂肪或合成脂肪酸用氢氧化钙反应生成的钙皂稠化中粘度石油润滑油制成。
①滴点在75～100℃之间，其使用温度不能超过这一温度润滑脂会变软甚至结构破坏不能保证润滑。
②具有良好的抗水性，遇水不易乳化变质，适于潮湿环境或与水接触的各种机械部件的润滑。
③具有较短的纤维结构，有良好的剪切安定性和触变安定性。因此具有较好的润滑性能和防护性能。
B、钠基润滑脂（ZN-2~ZN-3）
是由天然或合成脂肪酸钠皂稠化中等粘度石油润滑油制成。
①具有较长的纤维结构和良好的拉丝性，可以使用在振动较大，温度较高的滚动或滑动轴承上。尤其是选用于低速、高负荷机械的润滑。因其滴点较高，可在80℃或以上温度下较长时间内工作。
②因脂肪酸钠皂溶于水，所以钠基润滑脂抗水性差,不能使用在潮湿环境或与水蒸气接触的部件上。
③钠基润滑脂可以吸收水蒸气，延缓了水蒸气向金属表面渗透，因此它具有一定的防护性。
C、钙—钠基润滑脂（ZGN-1~ZGH-2）
也称为轴承润滑脂，具有钙基和钠基润滑脂的特点。 D、锂基润滑脂（ZL-1~ZL-3）
是由天然脂肪酸（硬脂酸或12-羟基硬脂酸）锂皂稠化石油润滑油或合成润滑油制成。由合成脂肪酸锂皂稠化石油润滑油制成的，为合成锂基润滑脂。
①滴点高于180℃，能长期使用在120℃左右环境下。
②具有良好的机械安定性、化学安定性和低温性，可用在高转速的机械轴承上。 ③具有良好的抗水性，可使用在潮湿和水接触的机械部件上。 E、复合钙基润滑脂（ZFG-1~ZFG-4）
用脂肪酸钙皂和低分子酸钙盐制成的复合钙皂稠化中等粘度石油润滑油或合成润滑油制成。工作温度可达150℃，不怕水，又耐高温，稳定性好，是中速以下的万能
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型滚动轴承润滑脂。 （3）无机润滑脂
主要有膨润土润滑脂及硅胶润滑脂两类。 A、膨润土润滑脂
它用膨润土作骨架材料，因此耐高温，不怕潮湿，极压性与热稳定性都好。 B、硅胶润滑脂
可用于电气化绝缘及真空密封。 （4）二硫化钼润滑脂（MoS2）
二硫化钼是一种灰黑色的固体粉末，由辉钼矿提炼而成，二硫化钼与石墨一样呈片状结构，片与片之间的吸附力很小，可以彼此相对滑动，因此可以作为润滑材料。二硫化钼有下列优点：
①吸附性能好，能牢牢的吸附在金属表面上，保证边界摩擦。 ②在高温负荷下不易胶合；
③热稳定性好到400℃才开始氧化，到540℃才分解 ； ④耐低温，在－60℃以前摩擦系数变化不大； ⑤在高真空下不蒸发。
在大型合成氨厂中可用于以下地方：①高温高压装置的高压螺栓的螺纹表面以防止胶合；②一些搅拌器，阀门杆；③不易接近和润滑的摩擦表面；④长期闲置或偶尔使用的材料。
（5）石墨润滑脂
它是用石墨作填充的润滑脂的总称。由于石墨有良好的抗压能力，因此多用于低速大负荷的摩擦表面上；也可用来涂在高温重载螺纹的表面，防止胶合。
10.3.2.3 润滑脂的主要质量指标及其在使用上的意义
（1）滴点
把润滑脂加热，开始滴下第一滴时的温度叫做滴点。它表示润滑脂能够承受的温度。选用润滑脂时，必须保证使其滴点高于工作温度10℃以上，最好能在20～30℃以上，以保证润滑效果。 （2） 针入度
又称稠度。它是以重为150克的标准圆锥体，在5秒钟内沉入到加热至25℃的 润滑脂试样中的深度（以/10毫米为单位）。针入度的大小表示脂的软硬程度，针入度愈小表示润滑脂愈硬，内摩擦阻也愈大。其抗挤压的能力较强，可以承受较大的负荷，所以，对于高负荷的润滑部位应选用针入度小的润滑脂。 （3） 水分
水分时润滑脂的含水量，用重量百分数来表示。用用矿物油做基油的润滑脂多数 含有水作为结合剂。尤其是钙基润滑脂，由于水是它的骨架材料的组成部分。所以水最多，可达4％。如果水分丧失，脂变硬。只要水分控制在规定范围内，机械在运行中并不会腐蚀生锈。 （4） 腐蚀试验
如果润滑脂中的酸碱含量过多，则会机件腐蚀。用铜片（或钢片、铝片）放在润 滑脂中，在一定温度下经过一定时间，看上面有无颜色变化或腐蚀斑点，以判定润滑脂对金属的腐性，从而判定润滑脂是否合格。
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（5） 灰分
润滑脂经过氧化燃烧后所剩余的残渣，叫做“灰分”，用重量百分数来表示。润 滑脂的灰分是润滑脂中的皂类，游离碱等燃烧后生成的灰烬，与机械杂质不同，两者不能混淆。
（6） 机械杂质
机械杂志是指润滑脂中含有的不溶于苯乙醇混合液及热蒸馏水的残渣，用重量百 分数来表示。
机械杂质，特别是沙粒和金属碎屑之类的机械杂质，对润滑有严重的危害，能够破坏油膜增加磨损。
10.3.2.4 润滑脂的选用
润滑脂的选用应考虑：工作温度，运动速度，配合间隙，润滑装置特点等。 （1） 工作温度
工作温度是选用润滑剂的粘度和锥入度的重要依据。环境温度低时，运动副应选用凝固点低、粘度点较低的油和锥入度较大、低温性能较好的润滑油，环境温度高时，选用锥入度小、滴点较高的润滑脂。 （2） 工作条件
①运动速度。运动副相对运动速度愈高，其形成油楔的作用愈强，因此在高速度 的运动副上选用低粘度润滑油和锥入度较大的润滑脂。相反，在低速的运动副上，承受符负荷能力主要依靠润滑油的粘度，因此选用粘度较高的润滑油和锥入度较小的润滑脂。
②负荷大小，运动副的负荷或压强愈大，选用的润滑油的粘度愈大，润滑脂的锥 入度愈小，对边界的重负荷运动副，要考虑润滑油脂的极压性能。
③运动情况。运动副在冲击震动负荷下产生瞬时高压强，而往复与间隙运动对油 膜的形成不利。因此，应选用粘度较高的润滑油，有时甚至选用润滑脂或固体润滑剂以保证可靠的润滑。 （3）周围环境
环境对润滑有不可忽视的影响，故选用时应认真加以考虑。
①潮湿条件下。选用有防锈添加剂，有较强的放水性能及可靠密封性的润滑油和 选用较强抗水湿的钙基脂，锂基脂等润滑脂。
②尘屑较多的环境，密封有一定的困难，选用润滑脂起到隔离密封作用，防止尘 屑的侵入。在密封系统较好的场合，采用有过虑装置的集中润滑；在化学气体较严重的地方，选用防腐性能好的润滑剂。 （4）摩擦副结构
①运动副的间隙愈小，选用润滑油的粘度应愈低。因低粘度润滑油的流动和楔入 能力强，能迅速进入间隙较小的摩擦副，起润滑作用。
②运动副摩擦面的加工精度愈高，润滑油的粘度相对愈低。相反，就应选用粘度 较高的润滑油，以承受由于接触不良而形成的局部较大压强，保证足够的油膜厚度。 ③运动副摩擦面的硬度要适当。
④运动副的位置与选用润滑剂有很大关系。对于垂直滑动面，外露齿轮、链条、 钢丝绳等润滑油易流失的部位可选用较稠的润滑油或润滑脂，以减少流失，以保证有效的润滑。
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（5）润滑装置
①在机械循环润滑系统以及油芯或毛毡调油系统，要求润滑油具有较好的流动 性，因此，选用粘度较低的润滑油。
②对人工间歇加油的装置，可选用粘度较高的润滑油，以防其迅速流失。 ③机械循环系统对润滑油的抗氧化安定性与机械杂质等要求较高。 ④集中润滑系统选用润滑脂，其锥入度应大些，以降低润滑脂的摩擦阻力便于输送，保证润滑。
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