化工工藝系統(tǒng)設計,主講：郭彬,1概述1.1化工工藝系統(tǒng)設計人員必須具備的基本條件要建設一個化工廠，必須具有一批化工工藝專業(yè)技術(shù)人員，同時也必須具有一批化工工藝系統(tǒng)專業(yè)設計人員，這些專業(yè)人員必須具備的基本化工專業(yè)知識與工藝專業(yè)基本相同且各有側(cè)重，包括以下幾點：掌握化工基本理論掌握化工工藝系統(tǒng)設計方法和技能熟悉較廣泛的相關(guān)專業(yè)知識熟悉有關(guān)的國家標準規(guī)范實際的工程經(jīng)驗,1.2化工工藝專業(yè)和工藝系統(tǒng)專業(yè)的區(qū)別工藝系統(tǒng)專業(yè)主要是將工藝專業(yè)提供的PFD發(fā)展成為能指導施工、安裝、正常開車停車、事故停車、滿足生產(chǎn)要求的PID。,2工藝系統(tǒng)設計的內(nèi)容和深度2.1管道及儀表流程圖（PID)PID在工藝包階段就開始形成初版，隨著設計階段的深入，不斷補充完善深化，它分階段和版次分別發(fā)表。PID各個版次的發(fā)表，表明了工程設計進展情況，為工藝、自控、設備、電氣、電訊、配管、管機、管材、設備布置和給排水等專業(yè)及時提供相應階段的設計信息。PID是基礎設計和詳細設計中主要成品之一，它反映的是工藝流程、設備設計、設備和管道布置設計、自控儀表設計的綜合成果。,PID所包含的內(nèi)容（1）表示出全部設備、機械、驅(qū)動機及備機（包括制造商提供的），并進行標注。（2）表示出所有工藝、公用工程、輔助物料管道（包括開、停車管道、吹掃、置換、再生、溶液制備管道,以及間斷使用的管道）,并標注管道順序、物料代號、管道直徑、管道等級（在同一管道中有不同等級的應表示出分界符號）、管道材料代號和隔熱、隔聲代號，并表明物料流向。(3)所有檢測與控制儀表，以及功能標識，并進行編號。,(4)畫出工藝生產(chǎn)所需的全部閥門，不同閥門類別以不同圖形表示，特殊管件、限流孔板、安全閥、爆破片、疏水器、阻火器等都進行標注。(5)設備的關(guān)鍵標高（最小尺寸）和關(guān)鍵的設計尺寸，對設備、管道、儀表有特定布置的要求和其他關(guān)鍵的設計要求說明（如對配管對稱要求、真空管路等).(6)成套(配套)設備供貨范圍和設計單位分工范圍。(7)首頁圖上文字代號、編寫字母、各類圖形符號、以及儀表圖形、代號、線型符號的表示含義。PID圖的版次細分以下幾個版次,在基礎設計階段應完成的有以下四版:,(1)A版(初步條件版):A版在工藝包階段已開始形成,但在基礎設計階段才完成。它主要為裝置內(nèi)設備布置及自控專業(yè)開展基礎設計創(chuàng)造條件。(2)B版(內(nèi)審版):主要供設計單位內(nèi)部核對評議和征求意見。(3)C版(用戶版):此版用于用戶審查和提出意見。(4)D版(0版)(確認版、設計版):主要作為設備布置、管道設計、詳細模型配管及有關(guān)專業(yè)開展詳細工程設計的依據(jù)。在詳細工程設計階段完成的有以下三版:(5)E版(詳1版):主要用于設備布置、管道設計等有關(guān)專業(yè)開展詳細工程設計。(6)F版(詳2版):主要用于管道設計專業(yè)核對軸測圖。(7)G版(施工版):此版作為現(xiàn)場施工、安裝及編制操作手冊、指導開車、生產(chǎn)、事故處理的依據(jù)。一般在中小型項目設計中出現(xiàn)的是A版、D版和G版。,A版至少應包括的內(nèi)容:應列出全部有位號的設備、機械、驅(qū)動機及備臺。成套(配套)設備供貨范圍和設計單位分工范圍;主要工藝物料管道(包括間斷使用管道)標注物料代號、公稱道徑,并表明物料的流向;與設備或管道相連接的公用工程、輔助物料管道,應標注代號、公稱通徑,并表明介質(zhì)的流向。蒸汽管道的物料代號應反映出壓力等級,如LS、MS、HS。應標注對工藝生產(chǎn)起控制、調(diào)節(jié)作用的主要閥門;應標注主要安全閥、爆破片。標明有泄壓系統(tǒng)和釋放系統(tǒng)的要求;標注主要檢測與控制儀表,以及功能標識;必需的設備關(guān)鍵標高(最小尺寸)和關(guān)鍵的設計尺寸;首頁圖上文字代號、縮寫字母、各類圖形符號;,D版是在C版經(jīng)用戶確認審查后,根據(jù)審查意見進行修改補充,最終完成的版本,該版可認為是基礎設計的最終版,其主要作為設備布置、管道設計、詳細模型配管及有關(guān)專業(yè)開展詳細工程設計的依據(jù)。G版作為施工、安裝、編制操作手冊、指導開車、生產(chǎn)和事故處理等的依據(jù),故稱之為施工版。對該版的內(nèi)容和深度,應注意下列事項:應符合制造廠的圖紙及資料的要求,符合開車工程師提出的要求。管道上的放空、放凈應標注俱全。圖紙的接續(xù)關(guān)系,界區(qū)交接點要完整、準確。將圖上所有表示修改的符號和修改范圍線均應擦去。全部“待定”問題和需要說明問題的處理意見。,2.2公用工程管道及儀表流程圖(UID)UID包含了：(1)在工藝流程中重要考慮的公用工程配套設施，如工藝用水、蒸汽、儀表空氣、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空系統(tǒng)等。(2)與其他專業(yè)密切配合的公用工程，如生產(chǎn)用電、給排水、空調(diào)采暖通風等。2.3化工管道設計(在“3”節(jié)中詳述).2.4設置和選擇必要的安全設施，如安全閥、爆破片、限流孔板、阻火器等。,2.5機泵的安裝設計2.6確定設備、管道的布置原則及要求2.7編制管道數(shù)據(jù)表2.8進行必要的系統(tǒng)安全分析,3化工管道設計3.1化工管道設計的原則化工裝置的工藝管道設計應在滿足工藝要求和安全生產(chǎn)的前提下，求得最經(jīng)濟的管徑。要求工藝系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)流體力學知識，從生產(chǎn)裝置的不同工藝要求進行管道工藝設計，并符合有關(guān)介質(zhì)安全設計規(guī)定。在管道工藝設計時，一般應考慮以下原則。,3.1.1經(jīng)濟管徑管徑選擇方法對化工裝置的經(jīng)濟效果十分重要,一個化工裝置的管道投資往往占整個裝置投資的10%20%，如果任意放大管徑,不僅增大了管壁厚度和管子重量，還增大了相應的閥門和關(guān)鍵的尺寸，增加了保溫材料的用量以及管子支吊架的荷重。因此在計算管徑時應盡量選用較高的流速，以減小管徑。但是，隨著流速的增大，管內(nèi)摩擦阻力也加大，增加壓縮機和泵的功率消耗和操作費用。因此，需在建設投資和操作費用之間尋找最佳結(jié)合點，即成本最低，來求得經(jīng)濟管徑。,在初選管徑時，由于條件所限，還無法從建設投資和操作費用兩者中尋找最佳結(jié)合點的角度來求得經(jīng)濟管徑，但可以采用查取常用流速范圍和管道壓力降控制的方法，這樣計算得到的管徑比較接近經(jīng)濟管徑。3.1.2壓力降要求一般情況下，管道是按閥門全開情況下計算壓力降的，否則流量將難以滿足工藝需要。一般對于允許壓力降較小的流體，流量小的流體、粘度較大的流體則應選取較低的流速。反之，則應選取較高的流速。,3.1.3工藝控制要求在一般情況下，調(diào)節(jié)閥壓降應占整個控制系統(tǒng)總壓力降的30%左右，這樣調(diào)節(jié)閥的開大關(guān)小對流量控制就比較明顯，易于調(diào)節(jié)。3.1.4限制管壁磨損金屬的耐腐蝕性能，在大多數(shù)情況下，主要依靠其接觸腐蝕介質(zhì)表面的一層保護膜，管內(nèi)流速過高會損壞保護膜，引起管道沖蝕和磨損的現(xiàn)象，最終將縮短管道的預期使用壽命。因此，在進行管道工藝計算時，應該注意在下列條件下會使腐蝕速率加快，必須采取限制流速的措施。,（1）腐蝕介質(zhì)會引起管壁脆弱。（2）軟金屬管（如鉛或銅）（3）工藝介質(zhì)中存在有腐蝕性的固體顆粒（4）帶有大量管件的管道將導致高的湍流如遇到上述問題時，應采取限制流速的方法，建議液體最大的流速為2m/s,部分腐蝕介質(zhì)的最大流速見下表：,3.1.5滿足介質(zhì)安全輸送的規(guī)定特殊介質(zhì)的流速還應符合相應的標準，例如：氧氣流速應符合（GB50030-1991)氧氣站設計規(guī)范氫氣流速應符合（GB5077-1993)氫氣站設計規(guī)范乙炔流速應符合（GB50031-1991)乙炔站設計規(guī)范部分流體最大流速可參見下表：,在沒有數(shù)據(jù)情況下，可根據(jù)已有生產(chǎn)裝置的情況，經(jīng)核算，求出有關(guān)流速數(shù)據(jù)。,3.1.6滿足噪聲控制要求流體在閥門或管道內(nèi)的流速越高，噪聲也越高，降低流速可以減小噪聲。一般氣體管道內(nèi)流速的限制值見下表：,3.2系統(tǒng)阻力降分析3.2.1伯努利方程:3.2.2管內(nèi)流動的雷諾數(shù)3.2.3磨擦產(chǎn)生的壓力損失3.2.4摩擦系數(shù)和管道粗糙度的影響3.2.5閥門及管件的當量長度3.3管道中可壓縮流體的阻力計算氣體在管道內(nèi)的流動過程,因速度高而導致壓力降較大時,氣體的密度將產(chǎn)生顯著的變化,當管道末端的壓力小于始端壓力的80%時，應按可壓縮流體的計算方法選擇管徑和計算壓力降。3.3.1初選管徑3.3.2最終確定管徑按式8.3.2-1校核（P612),3.4管道中不可壓縮流體的阻力計算液體和進出口端的壓差小于進口端壓力的20%的氣體,都可按不可壓縮流體來進行計算。氣體密度可按以下不同情況取值:當管道進出口端的壓差小于進口端壓力的10時,可取進口或出口端的密度;當管道進出口端的壓差為進口端壓力的1020時,應取進出口平均壓力下的密度。3.4.1確定流體的流動狀態(tài)和摩擦系數(shù)的求取流動狀態(tài)可用流體的雷諾數(shù)Re表示,Re的計算公式:Re=diu/當Re2000時，流體的流動處于湍流狀態(tài)，管道的阻力與Re和管壁粗糙度有關(guān)。而湍流的摩擦系數(shù)可分為三個區(qū)域，即水力光滑區(qū)、過渡區(qū)和阻力平方區(qū)。a.水力光滑區(qū)：當管道相對粗糙度/d15/Re時，摩擦系數(shù)可按光滑管計當3*103Re105時=0.3164/Re0.25b.阻力平方區(qū)：當管道相對粗糙度/d560/Re時，摩擦系數(shù)與Re無關(guān)，而只取決于相對粗糙度，此時:=1/（1.74+2log(di/2)2c.過渡區(qū)：當15/Re/d560/Re時，摩擦系數(shù)與Re數(shù)和管道相對粗糙度/d有關(guān)。=1/（1.74-2log(2/di+18.7/Re)2,3.4.2管道壓力降流體在管道中流動的壓力降Pp可分為直管壓力降Pf和局部壓力降Pt即Pp=Pf+Pt考慮到估算的直管長度和管件數(shù)量的不準確性，計算出Pp應乘以1.15安全系數(shù)作為設計值。（1）直管壓力降單相流（不可壓縮流體）在湍流區(qū)的直管壓力降的計算Pf=6.26*104LV2f/d5i單相流（可壓縮流體）的等溫流動Pf=6.26*103gLW2G/d5im,(2)局部阻力1)當量長度法2)局部阻力系數(shù)法3.5管道、閥門的噪聲控制根據(jù)國家標準工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范（GBJ87-85)的規(guī)定，工人作業(yè)場所的噪聲控制可見表8.3.4（P620)3.5.1管道的噪聲控制3.5.2閥門的噪聲控制,3.6設備接管要求設計、核算設備的接管時，要格外注意流體通過設備管口處的流速、壓降是否在合理數(shù)值范圍內(nèi)，尤其在低壓系統(tǒng)。管接頭、管道處的最大推薦流速值見表8.3.5（P622)3.7機泵壓差要求在確定機泵的壓差要求是：（1）要考慮到管道阻力計算的誤差，運行過程管道的結(jié)垢使管道阻力增大。一般考慮泵揚程的安全系數(shù)為1.11.15。,（2）泵選型后，應考慮到制造商提供的泵性能曲線一般是在常溫常壓下用清水測得的因素，若我們輸送的液體的物理性質(zhì)與水有較大差異時，則應將泵的性能指標流量、揚程換算成被輸送液體性質(zhì)的流量、揚程,與所要求的工藝條件比較確定所選泵的性能是否符合工藝要求。3.7.1揚程的計算機泵所需要的揚程，是由管網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和操作條件決定的。根據(jù)其實際長度,走向,相對位置來計算揚程.計算公式如下：H=(Pd-Ps)/g+HD+HS+hfs+hfd式中各符號的含意詳見P623,3.7.2泵的軸功率的校核離心泵的軸功率計算公式為N=QH/1024安全設施的設置4.1安全設施設置的原則（總平面布置、消防設計、火災報警均牽涉安全問題），應嚴格按國家和行業(yè)有關(guān)的標準和規(guī)范，特別是一些強制性規(guī)范。下述僅列出部分規(guī)范和標準,可在設計工作中作為參考。,廠區(qū)總平面布置及各化工裝置區(qū)內(nèi)平面布置,消防設計,火災報警系統(tǒng)應按照石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范(GB50160-92)1999年修訂版執(zhí)行;化工生產(chǎn)裝置、罐區(qū)的爆炸危險區(qū)域的劃分應按照爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范(GB50058-92)執(zhí)行;化工裝置內(nèi)、罐區(qū)及油品裝卸區(qū)的防雷擊、防靜電系統(tǒng)應按照建筑物防雷擊設計規(guī)范(GB50057-92)2000年版執(zhí)行;廠區(qū)內(nèi)各種建筑物的防火設計應按照建筑設計防火規(guī)范(GB50016-2006)版執(zhí)行;對于有毒物料的處理過程設計應按照工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準(GBZ1-2002)執(zhí)行。以及其它行業(yè)標準和規(guī)范。如果用戶有要求，只要不違背上述主要標準，也可以按用戶要求。,對于化工裝置和儲運中危險物料的安全控制是防火、防爆最有效的措施,因此必須嚴格遵照上述規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。在PID階段中，化工工程師必須和儀表工程師共同合作,設計必要的安全保護措施。安全泄壓系統(tǒng)就是其中之一。4.2化工裝置安全泄壓系統(tǒng)系統(tǒng)安全設計至關(guān)重要,泄壓系統(tǒng)主要由各個獨立的泄壓裝置組成,它包括火炬管道系統(tǒng),火炬分離器,以及包括點火,噴咀密封裝置和用于無煙燃燒的蒸汽噴射裝置.泄壓閥或其它泄壓裝置(安全閥,爆破片等)用于管道或設備的過壓保護.為保護人身安全和設備的完好，必須正確選擇、設計泄壓裝置，同時要符合規(guī)范與法規(guī)的要求。,一般造成安全隱患的因素有：設備和機泵等出口堵塞火災管道破裂控制閥故障熱膨脹公用工程故障例題(見P625例8.4.1),4.3閥門設置的原則閥門設置是在設計PID時的一項重要工作，在設置閥門時必須考慮以下諸因素：輸送流體的性質(zhì)(是否含固體顆粒,腐蝕性如何?粘稠性如何,液體是否會氣、汽化,氣體是否會液化等)閥門的功能(用于切斷還是調(diào)節(jié),是否需快速啟閉)閥門的尺寸(一般與管道尺寸一致)閥門的阻力損失(主要指可接受的阻力損失)閥門的工作溫度和壓力閥門的材質(zhì)(當閥門的溫度壓力等級和流體特性確定后,就應選擇合適經(jīng)濟的材質(zhì)),4.4安全閥的設置在石油化工生產(chǎn)過程中，為了防止由于某些生產(chǎn)事故造成生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力超過設備和管道的設計壓力，而發(fā)生爆炸事故，應在設備或管路上設置安全閥。安全閥適用于清潔、無顆粒、低粘度流體。凡必須安裝安全泄壓裝置而又不適合安裝安全閥的場所，應安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用。4.4.1凡屬下列情況之一的容器必須安裝安全閥：(1)獨立的壓力系統(tǒng)(有切斷閥與其他系統(tǒng)分開)。該系統(tǒng)指全氣相、全液相或與氣相連通;(2)反應器異常而引起的超壓;,（3）容器的物料來源處沒有安全閥的場合;（4）設計壓力小于壓力來源處的壓力的容器管道;（5）容積式泵和壓縮機的出口管道;（6）由于不凝氣的累積產(chǎn)生超壓的容器;（7）加熱爐出口管道上如設有切斷閥或控制閥時，應在該閥的上游設置安全閥;（8）由于工藝事故、自控事故、電力事故、火災事故和公用工程事故引起的超壓部位;（9）液體因兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位;（10）凝氣透平機的蒸汽出口管道;（11）某些情況下，由于泵出口止回閥的泄漏，則在泵的入口管道上設置安全閥。,4.4.2安全閥形式的選擇（1）排放氣體或蒸汽時，選用全啟式安全閥。（2）排放液體時，一般選用微啟式安全閥。（3）排放水蒸汽或空氣時，可選用帶扳手的安全閥。（4）對設定壓力大于3MPa，溫度超過235的氣體用安全閥，則選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質(zhì)直接沖蝕彈簧。（5）排放介質(zhì)允許泄漏至大氣的，選用開式閥帽安全閥；不允許泄漏至大氣的，選用閉式閥帽安全閥。（6）排放有劇毒、有強腐蝕、有極度危險的介質(zhì)，選用波紋管安全閥。（7）高背壓的場合,選用背壓平衡式安全閥或?qū)чy控制式安全閥。,（8）在某些重要的場合，有時要安裝互為備用的兩安全閥。兩個安全閥的進口和出口切斷閥宜采用機械聯(lián)鎖裝置,以確保在任何時候（包括維修，檢修期間）都能滿足容器所要求的泄放面積。4.4.3安全閥選用方法（1）區(qū)別各種事故類別，計算泄放量;（2）計算最小泄放面積;（3）按制造廠的產(chǎn)品資料選擇合適的安全閥。選擇原則是所選擇的實際泄放面積應不小于計算的最小泄放面積。安全閥數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標準制作填寫或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設計規(guī)定(二）”表11.0.1（P40)。安全閥的開啟壓力(整定壓力):是指安全閥的閥芯開始升起,物料連續(xù)流出時的壓力,其數(shù)值與安全閥的設計壓力相同,要求不大于被保護系統(tǒng)內(nèi)最低的設計壓力。,4.5爆破片的設置4.5.1下列7種情況優(yōu)先選用爆破片：（P630）(1)壓力有可能迅速上升的。(2)泄放介質(zhì)含有顆粒、易沉淀、易結(jié)晶、易聚合和介質(zhì)粘度較大。(3)釋放介質(zhì)有強腐蝕性，使用安全閥時其價格很高。(4)工藝介質(zhì)十分貴重或有劇毒，在工作過程中不允許有任何泄漏，應與安全閥串連使用。(5)工作壓力很高或很低時，選用安全閥則其制造比較困難。(6)當使用溫度較低而影響安全閥的工作特性。(7)需要較大的泄放面積。,4.5.2爆破片的分類（1）正拱型金屬爆破片裝置（拉伸型金屬爆破片裝置）壓力敏感元件呈正拱型。在安裝時，拱的凹面處于壓力系統(tǒng)的高壓側(cè)，動作時該元件發(fā)生拉伸破裂。（2）反拱型金屬爆破片裝置（壓縮型金屬爆破片裝置）壓力敏感元件呈反拱型。在安裝時，拱的凹面處于壓力系統(tǒng)的高壓側(cè)，動作時該元件發(fā)生壓縮失穩(wěn)，致使破裂或脫落。,4.5.3爆破片的選用爆破片型式確定應考慮的因素。（1）壓力a.壓力較高時，宜選擇正拱型b.壓力較低時，宜選用開縫型或反拱型c.系統(tǒng)有可能出現(xiàn)真空或爆破片可能承受背壓時，要配置背壓托架d.有循環(huán)壓力或脈沖壓力側(cè)選用反拱型（2）溫度:高溫對金屬材料和密封膜的影響（3）使用場合a.在安全閥前使用，爆破片爆破后不能有碎片b.用于液體介質(zhì)，不能選用反拱型爆破片,4.5.4與爆破片相關(guān)的壓力關(guān)系圖最大標定爆破壓力（不大于容器設計壓力）制造范圍正偏差設計爆破壓力（標定爆破壓力）制造范圍負偏差最小標定爆破壓力由爆破片的型式確定容器頂部可能達到的最大壓力,4.5.5爆破片選用的方法爆破片數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標準制作填寫，或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設計規(guī)定（二）”表（P81)例題：見復習指南例8.4.4（P630-P631）,4.6限流孔板的設置4.6.1限流孔板應用的場合限流孔板設置在管道中適用于限制流體的流量或降低流體的壓力。限流孔板常應用于下列幾種場合：（1）工藝物料需要降壓且精度要求不高（2）在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時，為減少流體對閥門的沖蝕，當經(jīng)過孔板節(jié)流不會產(chǎn)生汽化時，可在閥門上游串聯(lián)孔板（3）流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道（低流量保護管道）、分析取樣管等場所。（4）需要降壓以減少噪聲或磨損的地方，如放空系統(tǒng)。,4.6.2限流孔板分類及選型要點4.6.2.1分類限流孔板按孔板上開孔數(shù)分為單孔板和多孔板；按板數(shù)可分為單板和多板。4.6.2.2選型要點（1）氣體、蒸汽為了避免使用限流孔板的管路出現(xiàn)噎賽流，限流孔板后的壓力（P2）不能小于板前壓力（P1）的55%，即P20.55P1,因此當P20.55P1時，不能用單板，要選擇多板，其板數(shù)要保證每塊板的板后壓力大于板前壓力的55%。,（2）液體a.當液體壓降小于或等于2.5Mpa時,選擇單板孔板。b.當液體壓降大于2.5Mpa時，選擇多板孔板，且使每塊孔板的壓降小于2.5MPa。4.6.2.3孔數(shù)的確定（1）管道公稱直徑小于或等于150mm的管路，通常采用單孔孔板；大于150mm時，采用多孔孔板。（2）多孔孔板的孔徑（d0），一般可選用12.5mm,20mm,25mm,40mm在計算多孔孔板時，首先按單孔孔板求出孔徑(d),然后按下式求取選用多孔孔板的孔數(shù)（N）N=d2/d02,例如：若已算得單孔孔板的孔徑d=120mm，孔徑偏大，改選用40mm孔徑的多孔孔板，則空數(shù)N=(120/40)2=9例題(見P631例8.4.5),4.7阻火器的設置4.7.1阻火器的功能阻火器是一種能夠通過氣體的，具有許多細小通道或縫隙的材料組成，當發(fā)生火災時，火焰進入安裝在化工裝置上的阻火器后，被阻火元件分成許多細小的火焰流，由于氣體被冷卻的傳熱效應和器壁效應所致，使火焰淬滅。阻火器按使用場所分:放空阻火器和管道阻火器，其應用場合見P632633,4.7.2阻火器的分類4.7.2.1按性能分類（1）阻爆燃型阻火器：用于阻止亞聲速傳播的火焰蔓延（2）阻爆轟型阻火器：用于阻止聲速和超聲速傳播的火焰蔓延4.7.2.2按使用場所分類（1）放空阻火器：安裝在儲罐（或槽車）的放空管道上，用以防止外部火焰?zhèn)魅雰蓿ɑ虿圮嚕﹥?nèi)，可分為管端型和普通型。管端型：一端與大氣相通，為防止灰塵和雨水進入阻火器內(nèi)部，頂部安裝由溫度控制開啟的防風雨帽。管端放空器為阻爆燃型。,普通型：兩端與管道相連，通過下游管道與大氣相通，分為阻爆燃型和阻爆轟型。（2）管道阻火器：安裝在密閉管路系統(tǒng)中。分為阻爆燃型和阻爆轟型。4.7.2.3按結(jié)構(gòu)分類（1）充填型阻火器：又稱填料型阻火器（2）板型阻火器：有平行板型和多孔板型兩種（3）金屬網(wǎng)型阻火器：其熄滅火焰的能力有限，目前已很少使用（4）液封型阻火器：可用于含少量固體粉粒的物料體系（5）波紋型阻火器,以上5種類型的阻火器在工業(yè)實踐過程中，波紋型阻火器由于其穩(wěn)定的性能而得到廣泛的應用。4.7.3阻火器的設置場所4.7.3.1放空阻火器的設置詳見P6324.7.3.2管道阻火器的設置詳見P632-6334.7.4阻火器的選用步驟4.7.4.1根據(jù)使用場所決定采用放空阻火器還是管道阻火器4.7.4.2確定采用阻爆燃型還是阻爆轟型阻火器。通常由試驗或經(jīng)驗來確定。4.7.4.3根據(jù)介質(zhì)在實際工況條件下的MESG（最大試驗安全間隙）值來選用合適規(guī)格的阻火器,4.7.4.4根據(jù)介質(zhì)的火焰速度確定阻火器。其原則是介質(zhì)的火焰速度應小于阻火器鑒定書上注明的最大火焰速度。例題:(見P633例8.4.6),5機泵的安裝設計5.1泵的凈正吸入壓頭（NPSH)（泵的氣蝕余量），引入泵的氣蝕余量的概念，是防止泵產(chǎn)生氣蝕，使泵能安全正常運行。5.1.1NPSHr、NPSHa定義及其關(guān)系NPSHr:是泵需要的氣蝕余量，是與泵的類型和結(jié)構(gòu)設計有關(guān)，并隨泵的轉(zhuǎn)速和流量而變。NPSHr越小，泵抗氣蝕能力越強，NPSHr一般由制造廠測定提供。NPSHr的測定條件是按輸送20時的清水。NPSHa:是泵吸入系統(tǒng)給予泵的吸入壓頭，稱為泵系統(tǒng)有效的氣蝕余量，它只與裝置系統(tǒng)有關(guān)，而與泵本身特性無關(guān)。,在系統(tǒng)設計中，NPSHa必須大于NPSHr，一般情況下至少要大于0.3m,對于有些輸送條件(如輸送接近沸點的液體)則應NPSHa1.3NPSHr。5.1.2NPSHr的計算當泵制造廠沒有提供該泵的NPSHr時，可自行計算。見P6346355.1.3NPSHr的校正當泵輸送的流體不同于20的清水時，NPSHr應進行校正。見P6355.1.4NPSHa的計算及有關(guān)參數(shù)的選擇（1）離心泵NPSHa的計算,離心泵NPSHa的計算可按:NPSHa=(l-v)/gH1-(P1-Pel)K2/g工程設計中的簡略公式：(詳見P636)NPSHa=100(l-v)/H1-Pf,inlet當處于相平衡時l=v,上式可簡化為:NPSHa=H1-Pf,inlet（2）往復泵NPSHa的計算往復泵的NPSHa計算可按下式:NPSHa=(l-v)/gH1-(P1K2ace+PelK2)/g-H1ace（3）NPSHa計算注意事項:見P638639,1)8)5.1.5NPSHa的安全裕量往復泵不計安全裕量，對一般離心泵的安全裕量取0.31.0m。例題(見P636例8.5.1.4),5.2設備的安裝高度5.2.1基本要求（1）管道配置合理，方便生產(chǎn)操作。（2）滿足系統(tǒng)水力學要求5.2.2泵的安裝高度泵安裝高度確定的原則,是要保證泵在指定條件下工作時不產(chǎn)生氣蝕，若已知泵的NPSHr，可根據(jù)式8.5.2-1或8.5.2-2（P640）計算泵的幾何安裝高度，確定實際安裝高度，再核算有效的NPSHa。若已知泵的安裝高度，可運用公式8.5.1-5（P636)或8.5.1-7（P637)，校核計算NPSHa，其值是否超過NPSHr一定的余量。,5.2.3借重力流動的管道系統(tǒng)5.2.4沒有泵的壓力管道系統(tǒng)5.2.5熱虹吸管道系統(tǒng)5.2.6負壓管道系統(tǒng),6設備、管道的布置和設計6.1設備的布置原則（1）盡可能采用露天化、集中化（2）要滿足工藝要求，方便操作、安裝及維修的要求。要考慮設備檢修時設備更換內(nèi)件，填料和觸媒的裝卸場地。（3）設備間距要考慮防火、安全等要求（4）要考慮利用液體自流的位差布置上下設備，以節(jié)省能耗（5）根據(jù)機泵和塔器的要求，相對集中布置，以利于操作檢修及管理,(6)笨重或運轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生很大震動的設備,如壓縮機、巨大的通風機、破碎機、離心機等盡量布置在底層。(7)要考慮本文中5.2.2-5.2.6節(jié)對設備布置的要求(即泵的安裝高度,借重力流動的系統(tǒng),沒有泵的壓力管道系統(tǒng),熱虹吸系統(tǒng)和負壓管道系統(tǒng))(8)設備布置中要注意到大口徑熱力管道布置時,必須消除熱應力的因素6.2管道的布置和設計管道布置是化工裝置管道設計中一項重要的內(nèi)容,它通常是以帶控制點工藝流程圖、設備布置圖、設備施工圖以及土建、自控、電氣、采暖通風、給排水等有關(guān)專業(yè)的圖紙和資料作為依據(jù)，對管道做出適合于工藝要求的布置設計。6.2.1管道布置設計的原則,(1)管道布置設計必須符合管道及儀表流程圖（PID)的設計要求,并應做到安全可靠、經(jīng)濟合埋,能滿足施工、操作、維修等方面的要求。在滿足上述要求的前提下,應做到管道布置美觀、整齊。(2)管道布置必須遵守安全及環(huán)保的法規(guī),對防火、防爆、安全防護、環(huán)保要求等條件進行檢查,以便管道布置能滿足安全生產(chǎn)的要求。(3)管道布置應滿足熱脹冷縮所需的柔性要求。(4)對于動設備的管道,應注意控制管道的固有頻率,避免產(chǎn)生共振。(5)管道布置應嚴格按照管道數(shù)據(jù)表和特殊管件表,來選用管道組成件。6.2.2管道的布置要求:共22條見P644-646,6.3管道的隔熱（P647）一般將保溫、保冷、防燙統(tǒng)稱為隔熱。6.3.1管道及其組成件的保溫設計原則（P647)6.3.2管道及其組成件的保冷設計原則(P647)6.4管道的涂漆和色標要求（P647648)6.5疏水器6.5.1疏水器設置原則共7條（見P648）6.5.2選型要點共9條（見P648649）6.5.3選型注意事項共10條（見P649650）6.5.4排水量的確定（三步）：a.計算凝結(jié)水量b.確定安全系數(shù)（通常取23）c.排水量=凝結(jié)水量安全系數(shù),6.5.5使用壓力的確定疏水器大小選擇確定最大使用壓力Pmax確定入口壓力P1確定出口壓力P2計算疏水器工作壓差P=P1-P2計算背壓度背壓度=P2/P1100%背壓對排水量的影響：疏水器排水量是按出口為大氣的工況而測得的，有背壓時需校正（按制造廠商文件）。公稱直徑選取，以排水量和壓差為依據(jù)，對照疏水器排水量曲線選擇之。核對排水量Gmax(1-f)Gr（見P653）Gmax：疏水器最大排水量f：背壓使疏水器排水量下降率%Gr:需要排水量,6.5.6疏水系統(tǒng)設計要求根據(jù)上述方法選擇了疏水器后，還必須考慮系統(tǒng)設計要求。系統(tǒng)設計要求有：(1)疏水器不允許串聯(lián)使用。(2)多臺用汽設備不能共用一個疏水器。(3)對疏水器入口管的要求：a.入口管在用汽設備最低點。b.蒸汽管道疏水，應在管道底部設一集液包(比主管徑小2級，最大DN250)。c.凝結(jié)水疏水器入口盡量短。d.對于靜力型疏水器要留有1m長管段，不設絕熱層。e.疏水器帶過濾器。,f.凝結(jié)水回收系統(tǒng)，疏水器前設置切斷閥和排污閥，排污閥在最低點，不設旁路。g.用汽設備疏水閥，坡度4%，少用彎頭。h.若疏水器安裝位置比凝結(jié)水出口位置高,則需設置返水接頭，見圖8.6.11-2（P654）。(4)疏水器出口管的要求：a.出口管少彎曲，少向上立管，管徑按氣液混合流計算，放大12級取值。b.出口管允許抬升高度，取決于疏水器最低入口壓力、背壓、出口管道的壓降、回收設備、界區(qū)要求壓力。c.出口管向上抬升時，應該設止回閥，若選用有止回功能的疏水器就可以不設止回閥。,d.疏水器后安裝凝結(jié)水回收系統(tǒng)，則疏水器后要設切斷閥，檢查閥或窺視鏡。e.若出口管伸入水槽液面下，則需設置破真空小孔。見圖8.6.11-4（P655）。f.為防止水錘現(xiàn)象，集合管應坡向回收設備。見圖8.6.11-5（P656）。g.為保證凝結(jié)水暢通，支管與集合管宜順流由管上方接45o斜交。見圖8.6.11-6（P656）。h.若疏水器設有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管不能合并。若疏水器沒有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管可以合并。見圖8.6.11-7（P656）以上幾點看來是對配管專業(yè)的要求，但對系統(tǒng)設計也是十分重要的。,6.6管道數(shù)據(jù)表此表格格式各公司大致一樣，稍有差別。但起的作用完全一樣。它是PID上所表示的全部管線信息，便于管線的查找和識別，便于管道設計、安裝以及試車。它是工藝系統(tǒng)設計中的重要文件。要編制好管道數(shù)據(jù)表必須掌握了解相關(guān)的管道方面的知識。,6.6.1管道分類根據(jù)ASME、ANSI標準，化工廠和煉油廠輸送流體的分類分為4類：(1)D類流體(2)M類流體(3)高壓流體(4)一般流體分類規(guī)定見P657。我國壓力管道分類、分級規(guī)定見表8.6.12-1(P658)。,6.6.2管道壓力等級按管道壓力和管徑分級6.6.2.1公稱壓力6.6.2.2公稱直徑6.6.2.3管道設計壓力和溫度管道設計壓力是在相應設計溫度下，用以確定管道壁厚及其它管件尺寸的壓力值，它不應小于操作運行中遇到的壓力（內(nèi)壓或外壓）與溫度相組合中最苛刻條件下的壓力值。管道設計溫度應根據(jù)化工工藝專業(yè)提供的正常操作過程中各種工況的工作溫度，按“最苛刻條件下的壓力溫度組合”來選取管道設計溫度。,（1）管道設計壓力的確定原則本專業(yè)根據(jù)化工工藝專業(yè)提供的正常工作過程中各種工況的工作壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合該管道系統(tǒng)的附加條件（如管道系統(tǒng)壓力變化、介質(zhì)狀況等）來確定管道的最大工作壓力（即本專業(yè)所確定的設計壓力），作為管材專業(yè)確定管道壓力等級的基準壓力和進行管壁厚度計算的依據(jù)。1）管道設計壓力不得低于最大工作壓力。2）裝有安全泄放裝置的管道，其設計壓力不得低于安全泄放裝置的開啟壓力。3）所有與設備相連接的管道，其設計壓力應不小于所連接設備的設計壓力。,4）輸送制冷劑、液化氣類等低沸點介質(zhì)的管道，按閥被關(guān)閉或介質(zhì)不流動時介質(zhì)可能達到的最大飽和蒸汽壓力作為設計壓力。5）管道或管道組成件與超壓泄放裝置間通路可能被堵塞或隔斷時，設計壓力按不低于可能產(chǎn)生的最大工作壓力來確定。6）工程設計規(guī)定需要計算管壁厚度的管道，其“管壁厚度數(shù)據(jù)表”中所列的計算壓力即為該管道的設計壓力，與計算相對應的工作溫度即為該管道的設計溫度。,（2）管道設計壓力選取1）設有安全閥的壓力管道管道設計壓力安全閥開啟壓力2）與未設安全閥的設備相連的壓力管道管道設計壓力設備設計壓力3）離心泵出口管道管道設計壓力泵的關(guān)閉壓力,4）往復泵出口管道管道設計壓力泵出口安全閥開啟壓力5）壓縮機排出管道管道設計壓力安全閥開啟壓力+壓縮機出口至安全閥沿程最大正常流量下的壓力降6）真空管道管道設計壓力=全真空7）凡不屬上述范圍管道管道設計壓力工作壓力變動中的最大值,（3）管道設計溫度確定的參考原則本專業(yè)不確定管道設計溫度，但需根據(jù)化工工藝專業(yè)發(fā)表的數(shù)據(jù)，向管道專業(yè)和管材專業(yè)提出在相應壓力下的正常工作溫度和(或)最高(或最低)工作溫度。如需本專業(yè)提出時，可按下述確定。1）以傳熱計算或?qū)崪y得出的正常工作過程介質(zhì)的最高工作溫度下的管壁溫度，作為設計溫度。2)不便于傳熱計算或?qū)崪y管壁溫度的情況下,以正常工作過程中介質(zhì)的最高(或最低)工作溫度作為管道設計溫度。,對干金屬管道:a.不保溫管道介質(zhì)溫度38管道:管道設計溫度=介質(zhì)最高溫度介質(zhì)溫度38管道:管道設計溫度=95%介質(zhì)最高溫度b.外部保溫管道:管道設計溫度=介質(zhì)最高溫度c.內(nèi)部保溫管道（用絕熱材料襯里）管道設計溫度=傳熱計算管壁溫度或?qū)嶒炇覝y的壁溫d.介質(zhì)溫度0時:管道設計溫度=介質(zhì)最低溫度對于非金屬管道及非金屬襯里的金屬管道a.無環(huán)境溫度影響的管道:管道設計溫度=介質(zhì)最高溫度,b.安裝在環(huán)境溫度高于介質(zhì)最高溫度的環(huán)境中的管道(除已采取保護措施者以外）:管道設計溫度=環(huán)境溫度3）以化工工藝專業(yè)提出的正常工作過程中介質(zhì)的正常工作溫度加（或減）一定裕量作為設計溫度,按下式確定：a.介質(zhì)正常工作溫度0300，設計溫度介質(zhì)正常工作溫度+30b.介質(zhì)正常工作溫度大于300，設計溫度介質(zhì)正常工作溫度+154）當流體介質(zhì)溫度接近所選材料允許使用溫度界限時，應結(jié)合具體情況慎重選取設計溫度，以免增加投資或降低安全性。,6.6.3鋼管壁厚為了使選材合理，減少管壁厚度的分級數(shù)量，便于采購、管理和施工，管壁厚度可采用管表號（Schedulenumber,簡稱Sch)分級。在化工行業(yè)標準化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列(HG20533-93)和石化標準石油化工企業(yè)鋼管尺寸系列(SH3405-96)也有采用Sch號表示的鋼管壁厚系列，可供設計人員選用。管表號僅起到管壁厚度分級排列的作用，沒有其它含義，它是管道設計壓力P與設計溫度下材料許用應力t的比值乘以1000后園整的數(shù)值。Sch=P/t*1000計算出來的Sch經(jīng)園整即可查到上述兩系列中的鋼管壁厚。,6.6.4管道材料等級的表示符號管道材料等級是由管材專業(yè)根據(jù)具體項目工程特點和要求編制，并提交給工藝系統(tǒng)專業(yè)進行標注，它的表示符號沒有統(tǒng)一規(guī)定。6.6.5管道數(shù)據(jù)表的內(nèi)容管道說明：管道編號、規(guī)格、流體介質(zhì)、管道材料等級、來自/至。操作溫度、壓力設計溫度、壓力試驗介質(zhì)和壓力絕熱（伴熱）類型、厚度涂漆PID圖號,7系統(tǒng)安全分析系統(tǒng)安全設計是工藝系統(tǒng)專業(yè)重要的任務之一，工藝系統(tǒng)專業(yè)的責任就是要對系統(tǒng)的安全性和可操作性負責，可操作性經(jīng)常與安全性聯(lián)系在一起，工藝系統(tǒng)設計人員必須時時刻刻將系統(tǒng)的安全放在重要位置。系統(tǒng)安全分析方法，主要有以下四個方面：（1）危險的識別（2）危險的定量（3）定量化的危險與