化工工艺系统设计

《化工工艺系统设计》

1概述1.1化工工艺系统设计人员必须具备的基本条件要建设一个化工厂，必须具有一批化工工艺专业技术人员，同时也必须具有一批化工工艺系统专业设计人员，这些专业人员必须具备的基本化工专业知识与工艺专业基本相同且各有侧重，包括以下几点：●掌握化工基本理论●掌握化工工艺系统设计方法和技能●熟悉较广泛的相关专业知识●熟悉有关的国家标准规范●实际的工程经验1.2化工工艺专业和工艺系统专业的区别工艺系统专业主要是将工艺专业提供的PFD发展成为能指导施工、安装、正常开车停车、事故停车、满足生产要求的PID。研究对象及主要解决的问题工作重点主要发表资料/成品

责任化工工艺专业1.化学反应2.传热3.传质（流体力学）1.物料平衡计算2.热量平衡计算3.设备计算4.工艺流程1.PFD2.工艺设备数据表3.工艺说明4.建议布置图对生产技术可靠性负责工艺系统专业1.流体力学2.安全3.可操作性1.管道流体力学计算2.泵的计算3.管道附件计算、选择4.安全可操作性研究1.PID,附管道命名表2.特殊管件数据表3.界区条件表4.公用工程平衡图和标对系统的安全性和可操作性负责2工艺系统设计的内容和深度

2.1管道及仪表流程图（PID)PID在工艺包阶段就开始形成初版，随着设计阶段的深入，不断补充完善深化，它分阶段和版次分别发表。PID各个版次的发表，表明了工程设计进展情况，为工艺、自控、设备、电气、电讯、配管、管机、管材、设备布置和给排水等专业及时提供相应阶段的设计信息。PID是基础设计和详细设计中主要成品之一，它反映的是工艺设计流程、设备设计、设备和管道布置设计、自控仪表设计的综合成果。PID所包含的内容（1）表示出全部设备、机械、驱动机及备机（包括制造商提供的），并进行标注。（2）表示出所有工艺、公用工程、辅助物料管道（包括开、停车管道、吹扫、置换、再生、溶液制备管道，以及间断使用的管道），并标注管道顺序、物料代号、管道直径、管道等级（在同一管道中有不同等级的应表示出分界符号）、管道材料代号和隔热、隔声代号，并表明物料流向。（3）所有检测与控制仪表，以及功能标识，并进行编号。（4）画出工艺生产所需的全部阀门，不同阀门类别以不同图形表示，特殊管件、限流孔板、安全阀、爆破片、疏水器、阻火器等都进行标注。（5）设备的关键标高（最小尺寸）和关键的设计尺寸，对设备、管道、仪表有特定布置的要求和其他关键的设计要求说明（如对配管对称要求、真空管路等).

（6）成套（配套）设备供货范围和设计单位分工范围。（7）首页图上文字代号、编写字母、各类图形符号、以及仪表图形、代号、线型符号的表示含义。2.2公用工程管道及仪表流程图(UID)UID包含了：(1)在工艺流程中重要考虑的公用工程配套设施，如工艺用水、蒸汽、仪表空气、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空系统等。(2)与其他专业密切配合的公用工程，如生产用电、给排水、空调采暖通风等。2.3化工管道设计(在“3”节中详述).2.4设置和选择必要的安全设施，如安全阀、爆破片、限流孔板、阻火器等。2.5机泵的安装设计2.6确定设备、管道的布置原则及要求2.7编制管道数据表2.8进行必要的系统安全分析3化工管管道设计3.1化化工管道设设计的原则则化工装置的的工艺管道道设计应在在满足工艺艺要求和安安全生产的的前提下，，求得最经经济的管径径。要求工工艺系统专专业根据流流体力学知知识，从生生产装置的的不同工艺艺要求进行行管道工艺艺设计，并并符合有关关介质安全全设计规定定。在管道道工艺设计计时，一般般应考虑以以下原则。。3.1.1经济管管径管径选择方方法对化工工装置的经经济效果十十分重要，，一个化工工装置的管管道投资往往往占整个个装置投资资的10%〜20%，如果任任意放大管管径，不仅仅增大了管管壁厚度和和管子重量量，还增大大了相应的的阀门和关关键的尺寸寸，增加了了保温材料料的用量以以及管子支支吊架的荷荷重。因此此在计算管管径时应尽尽量选用较较高的流速速，以减小小管径。但但是，随着着流速的增增大，管内内摩擦阻力力也加大，，增加压缩缩机和泵的的功率消耗耗和操作费费用。因此此，需在建建设投资和和操作费用用之间寻找找最佳结合合点，即成成本最低，，来求得经经济管径。。在初选管径径时，由于于条件所限限，还无法法从建设投投资和操作作费用两者者中寻找最最佳结合点点的角度来来求得经济济管径，但但可以采用用查取常用用流速范围围，（见P606〜〜609,表8.3.2-1）和管道道压力降控控制表（见见P610〜611,表8.3.2-2，表8.3.2-3）的的方法，这这样计算得得到的管径径比较接近近经济管径径。3.1.2压力降降要求一般情况下下，管道是是按阀门全全开情况下下计算压力力降的，否否则流量将将难以满足足工艺需要要。一般对于允允许压力降降较小的流流体，流量量小的流体体、粘度较较大的流体体则应选取取较低的流流速。反之之，则应选选取较高的的流速。3.1.3工艺控控制要求在一般情况况下，调节节阀压降应应占整个控控制系统总总压力降的的30%左左右，这样样调解阀的的开大关小小对流量控控制就比较较明显，易易于调节。。3.1.4限制管管壁磨损金属的耐腐腐蚀性能，，在大多数数情况下，，主要依靠靠其接触腐腐蚀介质表表面的一层层保护膜，，管内流速速过高会损损坏保护膜膜，引起管管道冲蚀和和磨损的现现象，最终终将缩短管管道的预期期使用寿命命。因此，，在进行管管道工艺计计算时，应应该注意在在下列条件件下会使腐腐蚀速率加加快，必须须采取限制制流速的措措施。（1）腐蚀介介质会引起起管壁脆弱弱。（2）软金金属管（如如铅或铜））（3）工艺艺介质中存存在有腐蚀蚀性的固体体颗粒（4）带有有大量管件件的管道将将导致高的的湍流如遇到上述述问题时，，应采取限限制流速的的方法，建建议液体最最大的流速速为2m/s,部分分腐蚀介质质的最大流流速见下表表：介质名称最大流速m·sֿ¹氯气25.0二氧化硫气20.0氨气p≤0.7MPa20.20.7MPa<P≤2.1MPa8.0浓硫酸1.2碱液1.2盐水和弱碱液1.8酚水0.9液氨1.5液氯1.53.1.5满足介介质安全输输送的规定定特殊介质的的流速还应应符合相应应的标准，，例如：氧气流速应应符合（GB50030-1991)氧气站设计规范氢气流速应应符合（GB5077-1993)氢气站设设计规范乙炔流速应应符合（GB50031-1991)乙炔站设计计规范部分流体最最大流速可可参见下表表：介质最大流速m/s乙烯气P≤22MPa≤3022MPa<P≤150MPa5~6乙炔气P≤110KPa3~4P≤250KPa4~8P≤2.5MPa5氢、氧气≤8乙醚、苯、二硫化碳≤1甲醇、乙醇、汽油≤3丙酮≤10在没有数据据情况下，，可根据已已有生产装装置的情况况，

经核核算，求出出有关流速速数据。3.1.6满足噪噪声控制要要求

流体体在阀门或或管道内的的流速越高高，噪声也也越高，降降低流速可可以减小噪噪声。一般般气体管道道内流速的的限制值见见下表：管道周围的声压级dB防止噪声的流速限制值m·sֿ¹7033804590573.2系系统阻力降降分析3.2.1伯努利利方程3.2.2管内流流动的雷诺诺数3.2.3磨擦产产生的压力力损失3.2.4摩擦系系数和管道道粗糙度的的影响3.2.5阀门及及管件的当当量长度3.3管管道中可压压缩流体的的阻力计算算当管道末端端的压力小小于始端压压力的80%时，应应按可压缩缩流体的计计算方法选选择管径和和计算压力力降。3.3.1初选管管径3.3.2最终确确定管径按按式8.3.2-1校核核（P612)3.4管管道中不可可压缩流体体的阻力计计算液体和进出出口端的压压差小于进进口端压力力的20%的气体都都可按不可可压缩流体体来进行计计算。3.4.1确定流体体的流动状状态和摩擦擦系数λ的求取流动状态可可用流体的的雷诺数Re表示,Re的计计算公式:Re=diuρ/μ当Re<2000时，，流体的流流动处于层层流状态，，管道的阻阻力只与雷雷诺数有关关。即λ=64/Re当Re>2000时时，流体的的流动处于于湍流状态态，管道的的阻力与Re和管壁壁粗糙度ε有关。而湍湍流的摩擦擦系数λ可分为三个个区域，即即水力光滑滑区、过渡渡区和阻力力平方区。。水力光滑区区：当管道道相对粗糙糙度ε/d<15/Re时，摩擦擦系数λ可按光滑管管计当3*103<Re<105时λ=0.3164/Re0.25阻力平方区区：当管道道相对粗糙糙度ε/d≥560/Re时时，摩擦系系数λ与Re无关，，而只取决决于相对粗粗糙度，此此时λ=1/（（1.74+2log(di/2ε))2过渡区：当当15/Re≤ε/d≤560/Re时，，摩擦系数数λ与Re数和和管道相对对粗糙度ε/d有有关。λ=1/（（1.74-2log(2εε/di+18.7/Re√√λ))23.4.2管道压压力降流体在管道中中流动的压力力降ΔPp可分为直管压压力降ΔPf和局部压力降降ΔPt即ΔPp=ΔPf+ΔPt考虑到估算的的直管长度和和管件数量的的不准确性，，计算出ΔPp应乘以1.15安全系数数作为设计值值。（1）直管压压力降单相流（不可可压缩流体））在湍流区的的直管压力降降的计算ΔPf=6.26*104λLV2fρ/d5i单相流（可压压缩流体）的的等温流动ΔPf=6.26*103gλLW2G/d5iρm(2)局部阻阻力（P615~P617)1)当量长度度法2)局部阻力力系数法例题:(P617例例8.3.3.2)3.5管道道、阀门的噪噪声控制根据国家标准准《工业企业业噪声控制设设计规范》（（GBJ87-85)的的规定，工人人作业场所的的噪声控制可可见表8.3.4（P620)3.5.1管管道的噪声声控制3.5.2阀阀门的噪声声控制3.6设备备接管要求设计、核算设设备的接管时时，要格外注注意流体通过过设备管口处处的流速、压压降是否在合合理数值范围围内，尤其在在低压系统。。管接头、管管道处的最大大推荐流速值值见表8.3.5（P622)3.7机泵泵压差要求在确定机泵的的压差要求是是：（1）要考虑虑到管道阻力力计算的误差差，运行过程程管道的结垢垢使管道阻力力增大。一般般考虑泵扬程程的安全系数数为1.1~1.15。（2）泵选型型后，应考虑虑到制造提供供泵的性能曲曲线或性能一一般是在常温温常压下用清清水测得的，，若我们输送送的液体的物物理性质与水水有较大差异异时，则应将将泵的性能指指标流量、扬扬程换算成被被输送液体性性质的流量、、扬程，与所所要求的工艺艺条件比较确确定所选泵的的性能是否符符合工艺要求求。3.7.1扬扬程的计算算机泵所需要的的扬程，是由由管网系统的的安装和操作作条件决定的的。根据其实实际长度,走走向,相对位位置来计算扬扬程.计算公公式如下：H=(Pd-Ps)/ρg+HD+HS+∑hfs+∑hfd式中各符号的的含意详见P6233.7.2泵泵的轴功率率的校核离心泵的轴功功率计算公式式为N=QHρ/102ηη(参见式8.3.6-2P623)4安全设施施的设置4.1安全全设施设置的的原则（总平面布置置、消防设计计、火灾报警警——均牵涉涉安全问题）），严格按国国家和行业有有关的标准和和规范，特别别是一些强制制性规范。主要规范有：：石油化工企业业设计防火规规范 GB50160-92，1999修订版爆炸和火灾危危险环境电力力装置设计规规范GB50058-92（危险区的划划分）建筑物防雷击击设计规范GB50057-92，2000年版建筑设计防火火规范GB50016-2006工业企业设计计卫生标准GBZ1-2002以及其它行业业标准和规范范。如果用户户有要求，只只要不违背上上述主要标准准，也可以按按用户要求。。对于化工装置置、储运中危危险物料的安安全控制是防防火、防爆最最有效的措施施，因此必须须严格遵照上上述规范规定定执行。在PID阶段中中，化工工程程师必须和仪仪表工程师共共同合作，设设计必要的安安全保护措施施。安全泄压压系统就是其其中之一。4.2化工装装置安全泄压压系统系统安全设计计至关重要,泄压系统主主要由各个独独立的泄压装装置组成,它它包括火炬管管道系统,火火炬分离器,以及包括点点火,喷咀密密封装置和用用于无烟燃烧烧的蒸汽喷射射装置.泄压压阀或其它泄泄压装置(安安全阀,爆爆破片等)用用于管道或设设备的过压保保护.为保护护人身安全和和设备的完好好，必须正确确选择、设计计泄压装置，，同时要符合合规范与法规规的要求。一般造成安全全隐患的因素素有：设备和机泵等等出口堵塞火灾管道破裂控制阀故障热膨胀公用工程故障障例题(见P625例8.4.1)4.3阀门门设置的原则则阀门设置是在在设计PID时的一项重重要工作，在在设置阀门时时必须考虑以以下诸因素：：输送流体的性性质(是否含含固体颗粒,腐蚀性如何何?粘稠性如如何,液体是是否会气汽化化,气体是否否会液化等)阀门的功能(用于切断还还是调节,是是否需快速启启闭)阀门的尺寸(一般与管道道尺寸一致)阀门的阻力损损失(主要指指可接受的阻阻力损失)阀门的工作温温度和压力阀门的材质(当阀门的温温度压力等级级和流体特性性确定后,就就应选择合适适经济的材质质)4.4安全全阀的设置在石油化工生生产过程中，，为了防止由由于某些生产产事故造成生生产装置系统统压力超过设设备和管道的的设计压力，，而发生爆炸炸事故，应在在设备或管路路上设置安全全阀。安全阀阀适用于清洁洁、无颗粒、、低粘度流体体。凡必须安安装安全泄压压装置而又不不适合安装安安全阀的场所所，应安装爆爆破片或安全全阀与爆破片片串联使用。。4.4.1凡属属下列列情况况之一一的容容器必必须安安装安安全阀阀：（1））独立立的压压力系系统（（有切切断阀阀与其其他系系统分分开））。该该系统统指全全气相相、全全液相相或与与气相相连通通；（2））反应应器异异常而而引起起的超超压（3））容器器的物物料来来源处处没有有安全全阀的的场合合（4））设计计压力力小于于压力力来源源处的的压力力的容容器管管道（5））容积积式泵泵和压压缩机机的出出口管管道（6））由于于不凝凝气的的累积积产生生超压压的容容器（7））加加热热炉炉出出口口管管道道上上如如设设有有切切断断阀阀或或控控制制阀阀时时，，应应在在该该阀阀的的上上游游设设置置安安全全阀阀（8））由由于于工工艺艺事事故故、、自自控控事事故故、、电电力力事事故故、、火火灾灾事事故故和和公公用用工工程程事事故故引引起起的的超超压压部部位位（9））液液体体因因两两端端阀阀门门关关闭闭而而产产生生热热膨膨胀胀的的部部位位（10））凝凝气气透透平平机机的的蒸蒸汽汽出出口口管管道道（11））某某些些情情况况下下，，由由于于泵泵出出口口止止回回阀阀的的泄泄漏漏，，则则在在泵泵的的入入口口管管道道上上设设置置安安全全阀阀4.4.2安安全全阀阀形形式式的的选选择择（1））排排放放气气体体或或蒸蒸汽汽时时，，选选用用全全启启式式安安全全阀阀（2））排排放放液液体体时时，，选选用用全全启启式式或或微微启启式式安安全全阀阀（3））排排放放水水蒸蒸汽汽或或空空气气时时，，可可选选用用带带扳扳手手的的安安全全阀阀（4）对对设定定压力大大于3MPa，，温度超超过235℃的的气体用用安全阀阀，则选选用带散散热片的的安全阀阀，以防防止泄放放介质直直接冲蚀蚀弹簧。。（5）排排放介介质允许许泄漏至至大气的的，选用用开式阀阀帽安全全阀；不不允许泄泄漏至大大气的，，选用闭闭式阀帽帽安全阀阀。（6）排排放有有剧毒、、有强腐腐蚀、有有极度危危险的介介质，选选用波纹纹管安全全阀。（7）高高背压压的场合合，选用用背压平平衡式安安全阀或或导阀控控制式安安全阀。。（8）在在某些些重要的的场合，，有时要要安装互互为备用用的两个个安全阀阀。两个个安全阀阀的进口口和出口口切断阀阀宜采用用机械联联锁装置置，以确确保在任任何时候候（包括括维修，，检修期期间）都都能满足足容器所所要求的的泄放面面积。4.4.3安全全阀选用用方法（1）区区别各各种事故故类别，，计算泄泄放量（2）计计算最最小泄放放面积（3）按按制造造厂的产产品资料料选择合合适的安安全阀。。选择原原则时所所选择的的实际泄泄放面积积应不小小于计算算的最小小泄放面面积。安全阀数数据表可可依据行行业标准准制作填填写或参参照“化化工装置置工艺系系统工程程设计规规定(二二）”表表11.0.1（P40)4.5爆爆破片片的设置置4.5.1下列列7种情情况优先先选用爆爆破片：：（P630））●压力有有可能迅迅速上升升的。●泄放介介质含有有颗粒、、易沉淀淀、易结结晶、易易聚合和和介质粘粘度较大大。●释放介介质有强强腐蚀性性，使用用安全阀阀时其价价格很高高。●工艺介介质十分分贵重或或有剧毒毒，在工工作过程程中不允允许有任任何泄漏漏，应与与安全阀阀串连使使用。●工作压压力很高高或很低低时，选选用安全全阀则其其制造比比较困难难。●当使用用温度较较低而影影响安全全阀的工工作特性性。●需要较较大的泄泄放面积积。4.5.2爆破破片的分分类（1）正正拱型型金属爆爆破片装装置（拉拉伸型金金属爆破破片装置置）压力敏感感元件呈呈正拱型型。在安安装时，，拱的凹凹面处于于压力系系统的高高压侧，，动作时时该元件件发生拉拉伸破裂裂。（2）反反拱型型金属爆爆破片装装置（压压缩型金金属爆破破片装置置）压力敏感感元件呈呈反拱型型。在安安装时，，拱的凹凹面处于于压力系系统的高高压侧，，动作时时该元件件发生压压缩失稳稳，致使使破裂或或脱落。。4.5.3爆破破片的选选用爆破片型型式确定定应考虑虑的因素素。（1）压压力a.压压力较高高时，宜宜选择正正拱型b.压压力较低低时，宜宜选用开开缝型或或反拱型型c.系系统有可可能出现现真空或或爆破片片可能承承受背压压时，要要配置背背压托架架d.有有循环压压力或脉脉冲压力力侧选用用反拱型型（2）温温度高温对金金属材料料和密封封膜的影影响（3）使使用场场合a.在在安全阀阀前使用用，爆破破片爆破破后不能能有碎片片b.用用于液体体介质，，不能选选用反拱拱型爆破破片4.5.4与爆爆破片相相关的压压力关系系图最大标定定爆破压压力（不不大于容器设设计压力力）制造范围围正偏差差设计爆破破压力（（标定爆爆破压力力）制造范围围负偏差差最小标定定爆破压压力由爆破片片的型式式确定容器顶部部可能达达到的最最大压力力4.5.5爆爆破片选用的的方法爆破片数据表表可依据行业业标准制作填填写，或参照照“化工装置置工艺系统工工程设计规定定（二）”表表（P81)例题：见复习习指南例8.4.4（P630-P631）4.6限流流孔板的设置置4.6.1限限流孔板应用用的场合限流孔板设置置在管道中适适用于限制流流体的流量或或降低流体的的压力。限流流孔板常应用用于下列几种种场合：（1）工艺物物料需要降压压且精度要求求不高（2）在管道道中阀门上、、下游需要有有较大压降时时，为减少流流体对阀门的的冲蚀，当经经过孔板节流流不会产生汽汽化时，可在在阀门上游串串联孔板（3）流体需需要小流量且且连续流通的的地方，如泵泵的冲洗管道道、热备用泵泵的旁路管道道（低流量保保护管道）、、分析取样管管等场所。（4）需要降降压以减少噪噪声或磨损的的地方，如放放空系统。4.6.2限限流孔板分类类及选型要点点4.6.2.1分类限流孔板按孔孔板上开孔数数分为单孔板板和多孔板；；按板数可分分为单板和多多板。4.6.2.2选型要点点（1）气体体、蒸汽为了避免使用用限流孔板的的管路出现噎噎赛流，限流流孔板压力（（P2）不能小于板板前压力（P1）的55%，，即P2≥0.55P1,因此当P2﹤0.55P1时，不能用单单板，要选择择多板，其板板数要保证每每块板的板后后压力大于板板前压力的55%。（2）液体体a.当液体体压降小于或或等于2.5Mpa时，，选择单板孔孔板。b.当液体体压降大于2.5Mpa时，选择多多板孔板，且且使每块孔板板的压降小于于2.5MPa。4.6.2.3孔数的确确定（1）管道道公称直径小小于或等于150mm的的管路，通常常采用单孔孔孔板；大于150mm时时，采用多孔孔孔板。（2）多孔孔孔板的孔径径（d0），，一般可选用用12.5mm,20mm,25mm,40mm在计算多孔孔孔板时，首先先按单孔孔板板求出孔径（（d），孔后后按下式求取取选用多孔孔孔板的孔数（（N）N=d2/d02例如：若已算算得单孔孔板板的孔径d=120mm，孔径偏大大，改选用40mm孔径径的多孔孔板板，则空数N=(120/40)2=9例题(见P631例8.4.5)4.7阻火火器的设置4.7.1阻阻火器的功能能阻火器是一种种能够通过气气体的，具有有许多细小通通道或缝隙的的材料组成，，当发生火灾灾时，火焰进进入安装在化化工装置上的的阻火器后，，被阻火元件件分成许多细细小的火焰流流，由于气体体被冷却的传传热效应和器器壁效应所致致，使火焰淬淬灭。阻火器按使用用场所分有放放空阻火器和和管道阻火器器，其应用场场合见P632~6334.7.2阻阻火器的分类类4.7.2.1按性能分分类（1）阻爆燃型阻火火器：用于阻阻止亚声速传传播的火焰蔓蔓延（2）阻爆轰型阻火火器：用于阻阻止声速和超超声速传播的的火焰蔓延4.7.2.2按使用场场所分类（1）放空阻火器：：安装在储罐罐（或槽车））的放空管道道上，用以防防止外部火焰焰传入储罐（（或槽车）内内，可分为管管端型和普通通型。管端型：一端端与大气相通通，为防止灰灰尘和雨水进进入阻火器内内部，顶部安安装由温度控控制开启的防防风雨帽。管管端放空器为为阻爆燃型。。普通型：两端端与管道相连连，通过下游游管道与大气气相通，分为为阻爆燃型和和阻爆轰型。。（2）管道道阻火器：安安装在密闭管管路系统中。。分为阻爆燃燃型和阻爆轰轰型。4.7.2.3按结构分分类（1）充填填型阻火器：：又称填料型型阻火器（2）板型型阻火器：有有平行板型和和多孔板型两两种（3）金属属网型阻火器器：其熄灭火火焰的能力有有限，目前已已很少使用（4）液封封型阻火器：：可用于含少少量固体粉粒粒的物料体系系（5）波纹纹型阻火器以上5种类型型的阻火器在在工业实践过过程中，波纹纹型阻火器由由于其稳定的的性能而得到到广泛的应用用。4.7.3阻阻火器的设置置场所4.7.3.1放空阻火火器的设置详详见P6324.7.3.2管道阻火火器的设置详详见P632-6334.7.4阻阻火器的选用用步骤4.7.4.1根据使用用场所决定采采用放空阻火火器还是管道道阻火器4.7.4.2确定采用用阻爆燃型还还是阻爆轰型型阻火器。通通常由试验或或经验来确定定。4.7.4.3根据介质质在实际工况况条件下的MESG（最最大试验安全全间隙）值来来选用合适规规格的阻火器器4.7.4.4根据介质质的火焰速度度确定阻火器器。其原则是是介质的火焰焰速度应小于于阻火器鉴定定书上注明的的最大火焰速速度。例题:(见P633例例8.4.6)5机泵的安安装设计5.1泵的的净正吸入压压头（NPSH)（泵的气蚀蚀余量），引引入泵的气蚀蚀余量的概念念，是防止泵泵产生气蚀，，使泵能安全全正常运行。。5.1.1NPSHr、NPSHa定义及其其关系NPSHr:是泵需要的的气蚀余量，，是与泵的类类型和结构设设计有关，并并随泵的转速速和流量而变变。NPSHr越小，泵抗抗气蚀能力越越强，NPSHr一般由由制造厂测定定提供。NPSHr的测测定条件是按按输送20℃℃时的清水。。NPSHa:是泵吸入系系统给予泵的的吸入压头，，称为泵系统统有效的气蚀蚀余量，它只只与装置系统统有关，而与与泵本身特性性无关。在系统设计中中，NPSHa必须大于于NPSHr，一般情况况下至少要大大于0.3m。5.1.2NPSHr的计算当泵制造厂没没有提供该泵泵的NPSHr时，可自自行计算。见见P634~6355.1.3NPSHr的校正当泵输送的流流体不同于20℃的清清水时，NPSHr应进进行校正。见见P6355.1.4NPSHa的计算及有有关参数的选选择（1）离心泵泵NPSHa的计算工程设计中的的简略公式：：NPSHa=100*(Ρl-Ρv)/ρ±H1-ΔPf,inlet(详见P636)（2）往复泵泵NPSHa的计算P637（3）NPSHa计算注注意事项P638~6395.1.5NPSHa的安全裕量量往复泵不计安安全裕量，对对一般离心泵泵的安全裕量量取0.3~1.0m。例题(见P636例8.5.1.4)5.2设备备的安装高度度5.2.1基基本要求（1）管道配配置合理，方方便生产操作作。（2）系统水水力学要求5.2.2泵泵的安装高度度泵的安装高度度要保证泵在在指定条件下下工作而不产产生气蚀，若若已知泵的NPSHr，，可根据式8.5.2-1或8.5.2-2（（P640））计算泵的几几何安装高度度，确定实际际安装高度，，再核算有效效的NPSHa。若已知泵的安安装高度，可可运用公式8.5.1-5（P636)或8.5.1-7（P637)，校核计计算NPSHa，其值是是否超过NPSHr一定定的余量。5.2.3借借重力流动动的管道系统统P6415.2.4没没有泵的压压力管道系统统P6415.2.5热热虹吸管道道系统P6415.2.6负负压管道系系统P6426设备、管管道的布置和和设计6.1设备备的布置原则则（1）尽可能能采用露天化化、集中化（2）要满足足工艺要求，，方便操作、、安装及维修修的要求。要要考虑设备检检修时设备更更换内件，填填料和触媒的的装卸场地。。（3）设备间间距要考虑防防火、安全等等要求（4）要考虑虑利用液体自自流的位差布布置上下设备备，以节省能能耗（5）根据机机泵和塔器的的要求，相对对集中布置，，以利于操作作检修及管理理（6）笨重或或运转时可能能产生很大震震动的设备，，如压缩机、、巨大的通风风机、破碎机机、离心机等等尽量布置在在底层。（7）要考虑虑本文中5.2.2-5.2.6节节对设备布置置的要求(即即泵的安装高高度,借重力力流动的系统统,没有泵的压力管道系系统,热虹吸吸系统和负压压管道系统)（8）设备布布置中要注意意到大口径热热力管道布置置时消除热应应力的因素6.2管道道的布置和设设计6.2.1管管道的布置置要求共22条见P644~6466.2.2管管道的隔热热（P647）一般将保温、、保冷、防烫烫统称为隔热热。6.2.2.1管道及及其组成件的的保温设计原原则（P647)6.2.2.2管道及及其组成件的的保冷设计原原则(P647)6.2.3管管道的涂漆漆和色标要求求（P647~648)6.2.4疏疏水器6.2.4.1疏水器器设置原则共共7条（（见P648）6.2.4.2选型要要点共9条（见见P648～～649）6.2.4.3选型注注意事项共共10条（（见P649～650））6.2.4.4排水量量的确定（三三步）：计算凝结水量量确定安全系数数（通常取2—3）排水量=凝结结水量*安全全系数6.2.4.5使用压压力的确定———疏水器大大小选择确定最大使用用压力Pmax确定入口压力力P1确定出口压力力P2计算疏水器工工作压差△△P=P1-P2计算背压度背背压度=P2/P1×100%背压对排水量量的影响：疏疏水器排水量量是按出口为为大气的工况况而测得的，，有背压时需需校正（按制制造厂商文件件）。公称直径选取取，以排水量量和压差为依依据，对照疏疏水器排水量量曲线选择之之。核对排水量Gmax×(1-f)≥≥Gr（（见P653）Gmax：疏疏水器最大排排水量f：背压使疏疏水器排水量量下降率%Gr:需要排排水量6.2.4.6疏水系系统设计要求求根据上述方法法选择了疏水水器后，还必必须考虑系统统设计要求。。系统设计要求求有：●疏水器器不允许串联联使用。●多台用用汽设备不能能共用一个疏疏水器。●对疏水水器入口管的的要求：a.入口口管在用汽设设备最低点。。b.蒸汽汽管道疏水，，应在管道底底部设一集液液包(比主管径小小2级，最大大DN250)。c.凝结结水→疏水器器入口尽量短短。d.对于静力力型疏水器要要留有1m长长管段，不设设绝热层。e.疏水器带带过滤器。f.凝结水回回收系统，疏疏水器前设置置切断阀和排排污阀，排污污阀在最低点点，不设旁路路。g.用汽设备备→疏水阀，，坡度4%，，少用弯头。。h.若疏水器器安装位置比比凝结水出口口位置高,则则需设置返水水接头，见图图8.6.11-2（P654）。。●疏水器出口管管的要求：a.出口管少少弯曲，少向向上立管，管管径按气液混混合流计算，，放大1—2级取值。b.出口管允允许抬升高度度，取决于疏疏水器最低入入口压力、背背压、出口管管道的压降、、回收设备、、界区要求压压力。c.出口管向向上抬升时，，应该设止回回阀，若选用用有止回功能能的疏水器就就可以不设止止回阀。d.疏水器后后安装凝结水水回收系统，，则疏水器后后要设切断阀阀，检查阀或或视镜。e.若出口管管伸入水槽液液面下，则需需设置破真空空小孔。见图8.6.11—4（（P655）。f.为防止水水锤现象，集集合管应坡向向回收设备。。见图8.6.11——5（P656）。g.为保证凝凝结水畅通，，支管与集合合管宜顺流由由管上方接45o斜交。见图图8.6.11—6（P656）。。h.若疏水器器设有旁通阀阀，高低压凝凝结水集合管管不能合并。。若疏水器没没有旁通阀，，高低压凝结结水集合管可可以合并。见见图8.6.11—7（P656）以上几点看来来是对配管专专业的要求，，但对系统设设计也是十分分重要的。6.3管道道数据表此表格格式各各公司大致一一样，稍有差差别。但起的的作用完全一一样。它是PID上所表表示的全部管管线信息，便便于管线的查查找和识别，，便于管道设设计、安装以以及试车。它它是工艺系统统设计中重要要的文件。要要编制好管道道数据表必须须掌握了解相相关的管道方方面的知识。。6.3.1管道分分类●根据据ASME、ANSI标准，，化工厂和和炼油厂输输送流体的的分类分为为4类：(1)D类流体(2)M类流体(3)高高压流体(4)一一般流体分类规定见见P657。●我国国压力管道道分类、分分级规定见见表8.6.12-1(P658)。6.3.2管道压压力等级按管道压力力和管径分分级6.3.2.1公公称压力6.3.2.2公公称直径6.3.2.3管管道设计压压力和温度度管道设计压压力是在相相应设计温温度下，用用以确定管管道壁厚及及其它管件件尺寸的压压力值，它它不应小于于操作运行行中遇到的的压力（内内压或外压压）与温度度相组合中中最苛刻条条件下的压压力值。管道设计温温度应根据据化工工艺艺专业提供供的正常操操作过程中中各种工况况的工作温温度，按““最苛刻条条件下的压压力温度组组合”来选选取管道设设计温度。（1）管道道设计压力力的确定原原则本专业根据据化工工艺艺专业提供供的正常工工作过程中中各种工况况的工作压压力数据，，结合本专专业该管道道系统的附附加条件（（如管道系系统压力变变化、介质质状况等））来确定管管道的最大大工作压力力（即本专专业所确定定的设计压压力），作作为管材专专业确定管管道压力等等级的基准准压力和进进行管壁厚厚度计算的的依据。1）管道设设计压力不不得低于最最大工作压压力2）装有安安全泄放装装置的管道道，其设计计压力不得得低于安全全泄放装置置的开启压压力3）所有与与设备相连连接的管道道，其设计计压力应不不小于所连连接设备的的设计压力力。4）输送制制冷剂、液液化气类等等低沸点介介质的管道道，按阀被被关闭或介介质不流动动时介质可可能达到的的最大饱和和蒸汽压力力作为设计计压力。5）管道或或管道组成成件与超压压泄放装置置间通路可可能被堵塞塞或隔断时时，设计压压力按不低低于可能产产生的最大大工作压力力来确定。。6）工程设设计规定需需要计算管管壁厚度的的管道，其其“管壁厚厚度数据表表”中所列列的计算压压力即为该该管道的设设计压力，，与计算相相对应的工工作温度即即为该管道道的设计温温度。（2）管道道设计压力力选取1）设有安安全阀的压压力管道管道设计压压力≥安全全阀开启压压力2）与未设设安全阀的的设备相连连的压力管管道管道设计压压力≥设备备设计压力力3）离心泵泵出口管道道管道设计压压力≥泵的的关闭压力力4）往复泵泵出口管道道管道设计压压力≥泵出出口安全阀阀开启压力力5）压缩机机排出管道道管道设计压压力≥安全全阀开启压压力+压缩缩机出口至安安全阀沿程程最大正常常流量下的的压力降6）真空管管道管道设计压压力=全真真空7）凡不属属上述范围围管道管道设计压压力≥工作作压力变动动中的最大大值（3）管道道设计温度度确定的参参考原则本专业不确确定管道设设计温度，，但需根据据化工工艺艺专业发表表的数据，，向管道专专业和管材材专业提出出在相应压压力下的正正常工作温温度和（或或）最高（（或最低））工作温度度。如需本本专业提出出时，可按按下述确定定。1）以传热热计算或实实测得出的的正常工作作过程介质质的最高工工作温度下下的管壁温温度，作为为设计温度度。2）不便于于传热计算算或实测管管壁温度的的情况下，，以正常工工作过程中中介质的最最高（或最最低）工作作温度作为为管道设计计温度。金属管道a.不保温温管道介质温度<38℃管管道：管道道设计温度度=介质最最高温度介质温度≥≥38℃管管道：管道道设计温度度=95%介质最高高温度b.外部保保温管道管道设计温温度=介质质最高温度度c.内部保保温管道（（用绝热材材料衬里））管道设计温温度=传热热计算管壁壁温度或实实验室测的的壁温d.介质温温度≤0℃℃时管道设计温温度=介质质最低温度度非金属管道道及非金属属衬里的金金属管道a.无环境境温度影响响的管道管道设计温温度=介质质最高温度度b.安装在在环境温度度高于介质质最高温度度的环境中中的管道（（除已采取取保护措施施者以外））管道设计温温度=环境境温度3）以化工工工艺专业业提出的正正常工作过过程中介质质的正常工工作温度加加（或减））一定裕量量作为设计计温度，按按下式确定定：介质正常工工作温度0~300℃℃，设计温温度≥介质质正常工作作温度+30℃介质正常工工作温度大大于300℃，设设计温度≥≥介质正常常工作温度度+15℃℃4）当流体体介质温度度接近所选选材料允许许使用温度度界限时，，应结合具具体情况慎慎重选取设设计温度，，以免增加加投资或降降低安全性性。6.3.3钢管壁壁厚为了使选材材合理，减减少管壁厚厚度的分级级数量，便便于采购、、管理和施施工，管壁壁厚度可采采用管表号号（Schedulenumber,简称Sch)分分级。在化化工行业标标准《化工工配管用无无缝及焊接接钢管尺寸寸选用系列列》(HG20533-93)和石化化标准《石石油化工企企业钢管尺尺寸系列》》(SH3405-96)也也有采用Sch号表表示的钢管管壁厚系列列，可供设设计人员选选用。管表号仅起起到管壁厚厚度分级排排列的作用用，没有其其它含义，，它是管道道设计压力力P与设计计温度下材材料许用应应力[σ]t的比值乘以以1000后园整的的数值。Sch=P/[σ]t*1000计算出来的的Sch经经园整即可可查到上述述两系列中中的钢管壁壁厚。6.3.4管道材材料等级的的表示符号号管道材料等等级是由管管材专业根根据具体项项目工程特特点和要求求编制，并并提交给工工艺系统专专业进行标标注，它的的表示符号号没有统一一规定。6.3.5管道数数据表的内内容●管道道说明：管管道编号、、规格、流流体介质、、管道材料料等级、来来自/至。。●操作作温度、压压力●设计计温度、压压力●试验验介质和压压力●绝热热（伴热））类型、厚厚度●涂漆漆●PID图号7系统安安全分析系统安全设设计是工艺艺系统专业业重要的任任务之一，，工艺系统统专业的责责任就是要要对系统的的安全性和和可操作性性负责，可可操作性经经常与安全全性联系在在一起，工工艺系统设设计人员必必须时时刻刻刻将系统统的安全放放在重要位位置。系统安全分分析方法，，主要有以以下四个方方面：（1）危险险的识别（2）危险险的定量（3）定量量化的危险险与基准值值比较（4）提出出控制危险险的措施7.1系系统安全分分析和评价价（通用安全全分析方法法）系统安全分分析和评价价步骤一般般分为五个个步骤：(1)辨识识/发现新新的危险性性。(2)进一一步找出危危险性导致致事故的概概率及事故故后果的严严重程度。。前两步为定定性分析，，若需要定定量分析可可继续。(3)确定定可接受的的概率指标标。一般取取已有的数数据为依据据。(4)将计计算的危险险率与可接接受的指标标比较，确确定系统的的危险性水水平。(5)对危危险性高的的系统找出出主要危险险性并进一一步分析，，寻求降低低危险性的的途径，将将其控制在在可接受的的指标之内内。7.2系系统安全全分析法7.2.1经验系系统化法通过以以往发发生的的各种种事故故，总总结出出系统统化经经验，，用此此经验验对评评价的的对象象进行行检查查，即即进行行危险险性的的识别别，并并解决决之。。(1)列列表表法这是30年年代国国外就就采用用的系系统安安全分分析的的初步步手段段。其其具体体做法法是把把工程程、工工艺、、设备备、操操作中中可能能存在在的不不安全全因素素以提提问的的方式式列出出，使使用时时将实实际情情况与与检查查条款款逐项项对照照，初初步明明确问问题。。它具具有备备忘录录的性性质，，是事事先拟拟定的的安全全检查查内容容的清清单。。可参参见例例8.7.2.1（（P662)(2)预预计计危险险分析析法PreliminaryHazardsAnalysis(3)蒙蒙德德(Mond)法（（又称称DOW/ICI，，Mond法）），此此法不不仅考考虑了了火灾灾、爆爆炸危危险外外，还还增加加了毒毒