化工工艺系统设计

化工工艺系统设计第一页，共85页。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●实际的工程经验第二页，共85页。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。第三页，共85页。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和先进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.公用工程平衡图和表对系统的安全性和可操作性负责第四页，共85页。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。第五页，共85页。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。第六页，共85页。(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。

PID图的版次细分以下几个版次,在基础设计阶段应完成的有以下四版:第七页，共85页。(1)A版(初步条件版):A版在工艺包阶段已开始形成,但在基础设计阶段才完成。它主要为装置内设备布置及自控专业开展基础设计创造条件。

(2)B版(内审版):主要供设计单位内部核对评议和征求意见。

(3)C版(用户版):此版用于用户审查和提出意见。

(4)D版(0版)(确认版、设计版):主要作为设备布置、管道设计、详细模型配管及有关专业开展详细工程设计的依据。在详细工程设计阶段完成的有以下三版:(5)E版(详1版):主要用于设备布置、管道设计等有关专业开展详细工程设计。

(6)F版(详2版):主要用于管道设计专业核对轴测图。

(7)G版(施工版):此版作为现场施工、安装及编制操作手册、指导开车、生产、事故处理的依据。一般在中小型项目设计中出现的是A版、D版和G版。

第八页，共85页。A版至少应包括的内容:①应列出全部有位号的设备、机械、驱动机及备台。成套(配套)设备供货范围和设计单位分工范围;②主要工艺物料管道(包括间断使用管道)标注物料代号、公称道径,并表明物料的流向;③与设备或管道相连接的公用工程、辅助物料管道,应标注代号、公称通径,并表明介质的流向。蒸汽管道的物料代号应反映出压力等级,如LS、MS、HS。④应标注对工艺生产起控制、调节作用的主要阀门;⑤应标注主要安全阀、爆破片。标明有泄压系统和释放系统的要求;⑥标注主要检测与控制仪表,以及功能标识;⑦必需的设备关键标高(最小尺寸)和关键的设计尺寸;⑧首页图上文字代号、缩写字母、各类图形符号;第九页，共85页。D版是在C版经用户确认审查后,根据审查意见进行修改补充,最终完成的版本,该版可认为是基础设计的最终版,其主要作为设备布置、管道设计、详细模型配管及有关专业开展详细工程设计的依据。G版作为施工、安装、编制操作手册、指导开车、生产和事故处理等的依据,故称之为施工版。对该版的内容和深度,应注意下列事项:①应符合制造厂的图纸及资料的要求,符合开车工程师提出的要求。②管道上的放空、放净应标注俱全。③图纸的接续关系,界区交接点要完整、准确。④将图上所有表示修改的符号和修改范围线均应擦去。⑤全部“待定”问题和需要说明问题的处理意见。第十页，共85页。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。第十一页，共85页。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第十二页，共85页。3化工管道设计

3.1化工管道设计的原则化工装置的工艺管道设计应在满足工艺要求和安全生产的前提下，求得最经济的管径。要求工艺系统专业根据流体力学知识，从生产装置的不同工艺要求进行管道工艺设计，并符合有关介质安全设计规定。在管道工艺设计时，一般应考虑以下原则。第十三页，共85页。

3.1.1经济管径管径选择方法对化工装置的经济效果十分重要,一个化工装置的管道投资往往占整个装置投资的10%～20%，如果任意放大管径,不仅增大了管壁厚度和管子重量，还增大了相应的阀门和关键的尺寸，增加了保温材料的用量以及管子支吊架的荷重。因此在计算管径时应尽量选用较高的流速，以减小管径。但是，随着流速的增大，管内摩擦阻力也加大，增加压缩机和泵的功率消耗和操作费用。因此，需在建设投资和操作费用之间寻找最佳结合点，即成本最低，来求得经济管径。第十四页，共85页。在初选管径时，由于条件所限，还无法从建设投资和操作费用两者中寻找最佳结合点的角度来求得经济管径，但可以采用查取常用流速范围，（见P606～609,表8.3.2-1）和管道压力降控制表（见P610～611,表8.3.2-2，表8.3.2-3）的方法，这样计算得到的管径比较接近经济管径。3.1.2压力降要求一般情况下，管道是按阀门全开情况下计算压力降的，否则流量将难以满足工艺需要。一般对于允许压力降较小的流体，流量小的流体、粘度较大的流体则应选取较低的流速。反之，则应选取较高的流速。第十五页，共85页。3.1.3工艺控制要求在一般情况下，调节阀压降应占整个控制系统总压力降的30%左右，这样调节阀的开大关小对流量控制就比较明显，易于调节。3.1.4限制管壁磨损金属的耐腐蚀性能，在大多数情况下，主要依靠其接触腐蚀介质表面的一层保护膜，管内流速过高会损坏保护膜，引起管道冲蚀和磨损的现象，最终将缩短管道的预期使用寿命。因此，在进行管道工艺计算时，应该注意在下列条件下会使腐蚀速率加快，必须采取限制流速的措施。第十六页，共85页。

（1）腐蚀介质会引起管壁脆弱。（2）软金属管（如铅或铜）（3）工艺介质中存在有腐蚀性的固体颗粒（4）带有大量管件的管道将导致高的湍流如遇到上述问题时，应采取限制流速的方法，建议液体最大的流速为2m/s,部分腐蚀介质的最大流速见下表：第十七页，共85页。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1.5第十八页，共85页。3.1.5满足介质安全输送的规定特殊介质的流速还应符合相应的标准，例如：氧气流速应符合（GB50030-1991)氧气站设计规范氢气流速应符合（GB5077-1993)氢气站设计规范乙炔流速应符合（GB50031-1991)乙炔站设计规范部分流体最大流速可参见下表：第十九页，共85页。

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第二十页，共85页。管道周围的声压级dB防止噪声的流速限制值m·sֿ¹703380459057第二十一页，共85页。3.2系统阻力降分析

3.2.1伯努利方程:见式(8.3.1-1)p6043.2.2管内流动的雷诺数:见式(8.3.1-3)p6053.2.3磨擦产生的压力损失:见p6063.2.4摩擦系数和管道粗糙度的影响

3.2.5阀门及管件的当量长度:见表(8.3.1)p6073.3管道中可压缩流体的阻力计算气体在管道内的流动过程,因速度高而导致压力降较大时,气体的密度将产生显著的变化,当管道末端的压力小于始端压力的80%时，应按可压缩流体的计算方法选择管径和计算压力降。

3.3.1初选管径

3.3.2最终确定管径按式8.3.2-1校核（P612)第二十二页，共85页。3.4管道中不可压缩流体的阻力计算液体和进出口端的压差小于进口端压力的20%的气体,都可按不可压缩流体来进行计算。气体密度可按以下不同情况取值:当管道进出口端的压差小于进口端压力的10％时,可取进口或出口端的密度;当管道进出口端的压差为进口端压力的10％～20％时,应取进出口平均压力下的密度。

3.4.1确定流体的流动状态和摩擦系数λ的求取流动状态可用流体的雷诺数Re表示,Re的计算公式:

Re=diuρ/μ当Re<2000时，流体的流动处于层流状态，管道的阻力只与雷诺数有关。

即λ=64/Re第二十三页，共85页。当Re>2000时，流体的流动处于湍流状态，管道的阻力与Re和管壁粗糙度ε有关。而湍流的摩擦系数λ可分为三个区域，即水力光滑区、过渡区和阻力平方区。a.水力光滑区：当管道相对粗糙度ε/d<15/Re时，摩擦系数λ可按光滑管计

当3*103<Re<105时λ=0.3164/Re0.25b.阻力平方区：当管道相对粗糙度ε/d≥560/Re时，摩擦系数λ与Re无关，而只取决于相对粗糙度，此时:

λ=1/（1.74+2log(di/2ε))2c.过渡区：当15/Re≤ε/d≤560/Re时，摩擦系数λ与Re数和管道相对粗糙度ε/d有关。λ=1/（1.74-2log(2ε/di+18.7/Re√λ))2第二十四页，共85页。3.4.2管道压力降流体在管道中流动的压力降ΔPp可分为直管压力降ΔPf和局部压力降ΔPt

即ΔPp=ΔPf+ΔPt考虑到估算的直管长度和管件数量的不准确性，计算出ΔPp应乘以1.15安全系数作为设计值。（1）直管压力降单相流（不可压缩流体）在湍流区的直管压力降的计算

ΔPf=6.26*104λLV2fρ/d5i单相流（可压缩流体）的等温流动

ΔPf=6.26*103gλLW2G/d5iρm第二十五页，共85页。

(2)局部阻力（P615~P617)1)当量长度法

2)局部阻力系数法例题:(P617例8.3.3.2)3.5管道、阀门的噪声控制根据国家标准《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87-85)的规定，工人作业场所的噪声控制可见表8.3.4（P620)3.5.1管道的噪声控制3.5.2阀门的噪声控制第二十六页，共85页。3.6设备接管要求设计、核算设备的接管时，要格外注意流体通过设备管口处的流速、压降是否在合理数值范围内，尤其在低压系统。管接头、管道处的最大推荐流速值见表8.3.5（P622)3.7机泵压差要求在确定机泵的压差要求是：（1）要考虑到管道阻力计算的误差，运行过程管道的结垢使管道阻力增大。一般考虑泵扬程的安全系数为1.1~1.15。第二十七页，共85页。

（2）泵选型后，应考虑到制造商提供的泵性能曲线一般是在常温常压下用清水测得的因素，若我们输送的液体的物理性质与水有较大差异时，则应将泵的性能指标流量、扬程换算成被输送液体性质的流量、扬程,与所要求的工艺条件比较确定所选泵的性能是否符合工艺要求。3.7.1扬程的计算机泵所需要的扬程，是由管网系统的安装和操作条件决定的。根据其实际长度,走向,相对位置来计算扬程.计算公式如下：

H=(Pd-Ps)/ρg+HD+HS+∑hfs+∑hfd

式中各符号的含意详见P623第二十八页，共85页。3.7.2泵的轴功率的校核离心泵的轴功率计算公式为

N=QH/102η(参见式8.3.6-2P623)4安全设施的设置4.1安全设施设置的原则（总平面布置、消防设计、火灾报警——均牵涉安全问题），应严格按国家和行业有关的标准和规范，特别是一些强制性规范。下述仅列出部分规范和标准,可在设计工作中作为参考。第二十九页，共85页。

厂区总平面布置及各化工装置区内平面布置,消防设计,火灾报警系统应按照《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)1999年修订版执行;

化工生产装置、罐区的爆炸危险区域的划分应按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)执行;

化工装置内、罐区及油品装卸区的防雷击、防静电系统应按照《建筑物防雷击设计规范》(GB50057-92)2000年版执行;

厂区内各种建筑物的防火设计应按照《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)版执行;

对于有毒物料的处理过程设计应按照《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2002)执行。以及其它行业标准和规范。如果用户有要求，只要不违背上述主要标准，也可以按用户要求。第三十页，共85页。

对于化工装置和储运中危险物料的安全控制是防火、防爆最有效的措施,因此必须严格遵照上述规范规定执行。在PID阶段中，化工工程师必须和仪表工程师共同合作,设计必要的安全保护措施。安全泄压系统就是其中之一。4.2化工装置安全泄压系统

系统安全设计至关重要,泄压系统主要由各个独立的泄压装置组成,它包括火炬管道系统,火炬分离器,以及包括点火,喷咀密封装置和用于无烟燃烧的蒸汽喷射装置.泄压阀或其它泄压装置(安全阀,爆破片等)用于管道或设备的过压保护.为保护人身安全和设备的完好，必须正确选择、设计泄压装置，同时要符合规范与法规的要求。第三十一页，共85页。一般造成安全隐患的因素有：设备和机泵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例题(见P625

例8.4.1)第三十二页，共85页。4.3阀门设置的原则阀门设置是在设计PID时的一项重要工作，在设置阀门时必须考虑以下诸因素：输送流体的性质(是否含固体颗粒,腐蚀性如何?粘稠性如何,液体是否会气、汽化,气体是否会液化等)阀门的功能(用于切断还是调节,是否需快速启闭)阀门的尺寸(一般与管道尺寸一致)阀门的阻力损失(主要指可接受的阻力损失)阀门的工作温度和压力阀门的材质(当阀门的温度压力等级和流体特性确定后,就应选择合适经济的材质)第三十三页，共85页。4.4安全阀的设置在石油化工生产过程中，为了防止由于某些生产事故造成生产装置系统压力超过设备和管道的设计压力，而发生爆炸事故，应在设备或管路上设置安全阀。安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。凡必须安装安全泄压装置而又不适合安装安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破片串联使用。4.4.1凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀：

(1)独立的压力系统(有切断阀与其他系统分开)。该系统指全气相、全液相或与气相连通;(2)反应器异常而引起的超压;第三十四页，共85页。（3）容器的物料来源处没有安全阀的场合;（4）设计压力小于压力来源处的压力的容器管道;（5）容积式泵和压缩机的出口管道;（6）由于不凝气的累积产生超压的容器;（7）加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，应在该阀的上游设置安全阀;（8）由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引起的超压部位;（9）液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位;（10）凝气透平机的蒸汽出口管道;（11）某些情况下，由于泵出口止回阀的泄漏，则在泵的入口管道上设置安全阀。第三十五页，共85页。4.4.2安全阀形式的选择（1）排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。（2）排放液体时，一般选用微启式安全阀。（3）排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。（4）对设定压力大于3MPa，温度超过235℃的气体用安全阀，则选用带散热片的安全阀，以防止泄放介质直接冲蚀弹簧。（5）排放介质允许泄漏至大气的，选用开式阀帽安全阀；不允许泄漏至大气的，选用闭式阀帽安全阀。（6）排放有剧毒、有强腐蚀、有极度危险的介质，选用波纹管安全阀。（7）高背压的场合,选用背压平衡式安全阀或导阀控制式安全阀。第三十六页，共85页。（8）在某些重要的场合，有时要安装互为备用的两安全阀。两个安全阀的进口和出口切断阀宜采用机械联锁装置,以确保在任何时候（包括维修，检修期间）都能满足容器所要求的泄放面积。4.4.3安全阀选用方法（1）区别各种事故类别，计算泄放量;（2）计算最小泄放面积;（3）按制造厂的产品资料选择合适的安全阀。选择原则是所选择的实际泄放面积应不小于计算的最小泄放面积。安全阀数据表可依据行业标准制作填写或参照“化工装置工艺系统工程设计规定(二）”表11.0.1（P40)。安全阀的开启压力(整定压力):是指安全阀的阀芯开始升起,物料连续流出时的压力,其数值与安全阀的设计压力相同,要求不大于被保护系统内最低的设计压力。第三十七页，共85页。4.5爆破片的设置4.5.1下列7种情况优先选用爆破片：（P630）(1)压力有可能迅速上升的。(2)泄放介质含有颗粒、易沉淀、易结晶、易聚合和介质粘度较大。(3)释放介质有强腐蚀性，使用安全阀时其价格很高。(4)工艺介质十分贵重或有剧毒，在工作过程中不允许有任何泄漏，应与安全阀串连使用。(5)工作压力很高或很低时，选用安全阀则其制造比较困难。(6)当使用温度较低而影响安全阀的工作特性。(7)需要较大的泄放面积。第三十八页，共85页。4.5.2爆破片的分类（1）正拱型金属爆破片装置（拉伸型金属爆破片装置）压力敏感元件呈正拱型。在安装时，拱的凹面处于压力系统的高压侧，动作时该元件发生拉伸破裂。（2）反拱型金属爆破片装置（压缩型金属爆破片装置）压力敏感元件呈反拱型。在安装时，拱的凹面处于压力系统的高压侧，动作时该元件发生压缩失稳，致使破裂或脱落。第三十九页，共85页。4.5.3爆破片的选用爆破片型式确定应考虑的因素。（1）压力

a.压力较高时，宜选择正拱型

b.压力较低时，宜选用开缝型或反拱型

c.系统有可能出现真空或爆破片可能承受背压时，要配置背压托架

d.有循环压力或脉冲压力侧选用反拱型（2）温度:高温对金属材料和密封膜的影响（3）使用场合

a.在安全阀前使用，爆破片爆破后不能有碎片

b.用于液体介质，不能选用反拱型爆破片第四十页，共85页。4.5.4与爆破片相关的压力关系图

最大标定爆破压力（不大于容器设计压力）制造范围正偏差

设计爆破压力（标定爆破压力）制造范围负偏差最小标定爆破压力

由爆破片的型式确定

容器顶部可能达到的最大压力第四十一页，共85页。4.5.5爆破片选用的方法爆破片数据表可依据行业标准制作填写，或参照“化工装置工艺系统工程设计规定（二）”表（P81)例题：见复习指南例8.4.4（P630-P631）第四十二页，共85页。4.6限流孔板的设置

4.6.1限流孔板应用的场合限流孔板设置在管道中适用于限制流体的流量或降低流体的压力。限流孔板常应用于下列几种场合：（1）工艺物料需要降压且精度要求不高（2）在管道中阀门上、下游需要有较大压降时，为减少流体对阀门的冲蚀，当经过孔板节流不会产生汽化时，可在阀门上游串联孔板（3）流体需要小流量且连续流通的地方，如泵的冲洗管道、热备用泵的旁路管道（低流量保护管道）、分析取样管等场所。（4）需要降压以减少噪声或磨损的地方，如放空系统。第四十三页，共85页。4.6.2限流孔板分类及选型要点4.6.2.1分类限流孔板按孔板上开孔数分为单孔板和多孔板；按板数可分为单板和多板。4.6.2.2选型要点（1）气体、蒸汽为了避免使用限流孔板的管路出现噎赛流，限流孔板后的压力（P2）不能小于板前压力（P1）的55%，即P2≥0.55P1,因此当P2＜0.55P1时，不能用单板，要选择多板，其板数要保证每块板的板后压力大于板前压力的55%。第四十四页，共85页。（2）液体a.当液体压降小于或等于2.5Mpa时,选择单板孔板。b.当液体压降大于2.5Mpa时，选择多板孔板，且使每块孔板的压降小于2.5MPa。4.6.2.3孔数的确定（1）管道公称直径小于或等于150mm的管路，通常采用单孔孔板；大于150mm时，采用多孔孔板。（2）多孔孔板的孔径（d0），一般可选用12.5mm,20mm,25mm,40mm在计算多孔孔板时，首先按单孔孔板求出孔径(d),然后按下式求取选用多孔孔板的孔数（N）

N=d2/d02第四十五页，共85页。例如：若已算得单孔孔板的孔径d=120mm，孔径偏大，改选用40mm孔径的多孔孔板，则空数N=(120/40)2=9例题(见P631例8.4.5)第四十六页，共85页。4.7阻火器的设置4.7.1阻火器的功能

阻火器是一种能够通过气体的，具有许多细小通道或缝隙的材料组成，当发生火灾时，火焰进入安装在化工装置上的阻火器后，被阻火元件分成许多细小的火焰流，由于气体被冷却的传热效应和器壁效应所致，使火焰淬灭。阻火器按使用场所分:放空阻火器和管道阻火器，其应用场合见P632~633第四十七页，共85页。4.7.2阻火器的分类4.7.2.1按性能分类（1）阻爆燃型阻火器：用于阻止亚声速传播的火焰蔓延（2）阻爆轰型阻火器：用于阻止声速和超声速传播的火焰蔓延4.7.2.2按使用场所分类（1）放空阻火器：安装在储罐（或槽车）的放空管道上，用以防止外部火焰传入储罐（或槽车）内，可分为管端型和普通型。管端型：一端与大气相通，为防止灰尘和雨水进入阻火器内部，顶部安装由温度控制开启的防风雨帽。管端放空器为阻爆燃型。第四十八页，共85页。普通型：两端与管道相连，通过下游管道与大气相通，分为阻爆燃型和阻爆轰型。（2）管道阻火器：安装在密闭管路系统中。分为阻爆燃型和阻爆轰型。4.7.2.3按结构分类（1）充填型阻火器：又称填料型阻火器（2）板型阻火器：有平行板型和多孔板型两种（3）金属网型阻火器：其熄灭火焰的能力有限，目前已很少使用（4）液封型阻火器：可用于含少量固体粉粒的物料体系（5）波纹型阻火器第四十九页，共85页。以上5种类型的阻火器在工业实践过程中，波纹型阻火器由于其稳定的性能而得到广泛的应用。4.7.3阻火器的设置场所4.7.3.1放空阻火器的设置详见P6324.7.3.2管道阻火器的设置详见P632-6334.7.4阻火器的选用步骤4.7.4.1根据使用场所决定采用放空阻火器还是管道阻火器4.7.4.2确定采用阻爆燃型还是阻爆轰型阻火器。通常由试验或经验来确定。4.7.4.3根据介质在实际工况条件下的MESG（最大试验安全间隙）值来选用合适规格的阻火器第五十页，共85页。4.7.4.4根据介质的火焰速度确定阻火器。其原则是介质的火焰速度应小于阻火器鉴定书上注明的最大火焰速度。例题:(见P633例8.4.6)第五十一页，共85页。5机泵的安装设计5.1泵的净正吸入压头（NPSH)（泵的气蚀余量），引入泵的气蚀余量的概念，是防止泵产生气蚀，使泵能安全正常运行。5.1.1NPSHr、NPSHa定义及其关系NPSHr:是泵需要的气蚀余量，是与泵的类型和结构设计有关，并随泵的转速和流量而变。NPSHr越小，泵抗气蚀能力越强，NPSHr一般由制造厂测定提供。NPSHr的测定条件是按输送20℃时的清水。NPSHa:是泵吸入系统给予泵的吸入压头，称为泵系统有效的气蚀余量，它只与装置系统有关，而与泵本身特性无关。第五十二页，共85页。

在系统设计中，NPSHa必须大于NPSHr，一般情况下至少要大于0.3m,对于有些输送条件(如输送接近沸点的液体)则应NPSHa≥1.3NPSHr。5.1.2NPSHr的计算当泵制造厂没有提供该泵的NPSHr时，可自行计算。见P634~6355.1.3NPSHr的校正当泵输送的流体不同于20℃的清水时，NPSHr应进行校正。见P6355.1.4NPSHa的计算及有关参数的选择（1）离心泵NPSHa的计算第五十三页，共85页。离心泵NPSHa的计算可按:NPSHa=(Ρl-Ρv)/g±H1-(ΔP1-ΔPel)K2/g

工程设计中的简略公式：(详见P636)NPSHa=100×(Ρl-Ρv)/ρ±H1-ΔPf,inlet当处于相平衡时Ρl=Ρv,上式可简化为:NPSHa=±H1-ΔPf,inlet

（2）往复泵NPSHa的计算P637往复泵的NPSHa计算可按下式:NPSHa=(Ρl-Ρv)/g±H1-(ΔP1K2ace+ΔPelK2)/g-H1ace

（3）NPSHa计算注意事项:见P638~639,1)～8)5.1.5NPSHa的安全裕量往复泵不计安全裕量，对一般离心泵的安全裕量取0.3~1.0m。例题(见P636例8.5.1.4)

第五十四页，共85页。5.2设备的安装高度

5.2.1基本要求（1）管道配置合理，方便生产操作。（2）满足系统水力学要求

5.2.2泵的安装高度泵安装高度确定的原则,是要保证泵在指定条件下工作时不产生气蚀，若已知泵的NPSHr，可根据式8.5.2-1或8.5.2-2（P640）计算泵的几何安装高度，确定实际安装高度，再核算有效的NPSHa。若已知泵的安装高度，可运用公式8.5.1-5（P636)或8.5.1-7（P637)，校核计算NPSHa，其值是否超过NPSHr一定的余量。第五十五页，共85页。5.2.3借重力流动的管道系统P6415.2.4没有泵的压力管道系统P6415.2.5热虹吸管道系统P6415.2.6负压管道系统P642第五十六页，共85页。6设备、管道的布置和设计

6.1设备的布置原则（1）尽可能采用露天化、集中化（2）要满足工艺要求，方便操作、安装及维修的要求。要考虑设备检修时设备更换内件，填料和触媒的装卸场地。（3）设备间距要考虑防火、安全等要求（4）要考虑利用液体自流的位差布置上下设备，以节省能耗（5）根据机泵和塔器的要求，相对集中布置，以利于操作检修及管理第五十七页，共85页。(6)笨重或运转时可能产生很大震动的设备,如压缩机、巨大的通风机、破碎机、离心机等尽量布置在底层。

(7)要考虑本文中5.2.2-5.2.6节对设备布置的要求(即泵的安装高度,借重力流动的系统,没有泵的压力管道系统,热虹吸系统和负压管道系统)(8)设备布置中要注意到大口径热力管道布置时,必须消除热应力的因素

6.2管道的布置和设计管道布置是化工装置管道设计中一项重要的内容,它通常是以带控制点工艺流程图、设备布置图、设备施工图以及土建、自控、电气、采暖通风、给排水等有关专业的图纸和资料作为依据，对管道做出适合于工艺要求的布置设计。

6.2.1管道布置设计的原则第五十八页，共85页。(1)管道布置设计必须符合管道及仪表流程图（PID)的设计要求,并应做到安全可靠、经济合埋,能满足施工、操作、维修等方面的要求。在满足上述要求的前提下,应做到管道布置美观、整齐。(2)管道布置必须遵守安全及环保的法规,对防火、防爆、安全防护、环保要求等条件进行检查,以便管道布置能满足安全生产的要求。(3)管道布置应满足热胀冷缩所需的柔性要求。(4)对于动设备的管道,应注意控制管道的固有频率,避免产生共振。(5)管道布置应严格按照管道数据表和特殊管件表,来选用管道组成件。6.2.2管道的布置要求:共22条见P644-646

第五十九页，共85页。6.3管道的隔热（P647）一般将保温、保冷、防烫统称为隔热。6.3.1管道及其组成件的保温设计原则（P647)6.3.2管道及其组成件的保冷设计原则(P647)6.4管道的涂漆和色标要求（P647~648)6.5疏水器6.5.1疏水器设置原则共7条（见P648）6.5.2选型要点共9条（见P648～649）6.5.3选型注意事项共10条（见P649～650）6.5.4排水量的确定（三步）：

a.计算凝结水量

b.确定安全系数（通常取2—3）

c.排水量=凝结水量×安全系数第六十页，共85页。6.5.5使用压力的确定——疏水器大小选择确定最大使用压力Pmax

确定入口压力P1

确定出口压力P2

计算疏水器工作压差△P=P1-P2

计算背压度背压度=P2/P1×100%

背压对排水量的影响：疏水器排水量是按出口为大气的工况而测得的，有背压时需校正（按制造厂商文件）。公称直径选取，以排水量和压差为依据，对照疏水器排水量曲线选择之。核对排水量Gmax×(1-f)≥Gr（见P653）

Gmax：疏水器最大排水量

f：背压使疏水器排水量下降率%

Gr:需要排水量第六十一页，共85页。6.5.6疏水系统设计要求根据上述方法选择了疏水器后，还必须考虑系统设计要求。系统设计要求有：(1)疏水器不允许串联使用。(2)多台用汽设备不能共用一个疏水器。(3)对疏水器入口管的要求：

a.入口管在用汽设备最低点。

b.蒸汽管道疏水，应在管道底部设一集液包

(比主管径小2级，最大DN250)。

c.凝结水→疏水器入口尽量短。

d.对于静力型疏水器要留有1m长管段，不设绝热层。

e.疏水器带过滤器。第六十二页，共85页。f.凝结水回收系统，疏水器前设置切断阀和排污阀，排污阀在最低点，不设旁路。g.用汽设备→疏水阀，坡度4%，少用弯头。h.若疏水器安装位置比凝结水出口位置高,则需设置返水接头，见图8.6.11-2（P654）。(4)疏水器出口管的要求：a.出口管少弯曲，少向上立管，管径按气液混合流计算，放大1—2级取值。b.出口管允许抬升高度，取决于疏水器最低入口压力、背压、出口管道的压降、回收设备、界区要求压力。c.出口管向上抬升时，应该设止回阀，若选用有止回功能的疏水器就可以不设止回阀。第六十三页，共85页。d.疏水器后安装凝结水回收系统，则疏水器后要设切断阀，检查阀或窥视镜。e.若出口管伸入水槽液面下，则需设置破真空小孔。见图8.6.11-4（P655）。f.为防止水锤现象，集合管应坡向回收设备。见图8.6.11-5（P656）。g.为保证凝结水畅通，支管与集合管宜顺流由管上方接45o斜交。见图8.6.11-6（P656）。h.若疏水器设有旁通阀，高低压凝结水集合管不能合并。若疏水器没有旁通阀，高低压凝结水集合管可以合并。见图8.6.11-7（P656）以上几点看来是对配管专业的要求，但对系统设计也是十分重要的。第六十四页，共85页。6.6管道数据表此表格格式各公司大致一样，稍有差别。但起的作用完全一样。它是PID上所表示的全部管线信息，便于管线的查找和识别，便于管道设计、安装以及试车。它是工艺系统设计中的重要文件。要编制好管道数据表必须掌握了解相关的管道方面的知识。第六十五页，共85页。6.6.1管道分类●根据ASME、ANSI标准，化工厂和炼油厂输送流体的分类分为4类：

(1)D类流体

(2)M类流体

(3)高压流体

(4)一般流体分类规定见P657。●我国压力管道分类、分级规定见表8.6.12-1(P658)。第六十六页，共85页。6.6.2管道压力等级按管道压力和管径分级6.6.2.1公称压力6.6.2.2公称直径6.6.2.3管道设计压力和温度管道设计压力是在相应设计温度下，用以确定管道壁厚及其它管件尺寸的压力值，它不应小于操作运行中遇到的压力（内压或外压）与温度相组合中最苛刻条件下的压力值。管道设计温度应根据化工工艺专业提供的正常操作过程中各种工况的工作温度，按“最苛刻条件下的压力温度组合”来选取管道设计温度。第六十七页，共85页。

（1）管道设计压力的确定原则本专业根据化工工艺专业提供的正常工作过程中各种工况的工作压力数据，结合该管道系统的附加条件（如管道系统压力变化、介质状况等）来确定管道的最大工作压力（即本专业所确定的设计压力），作为管材专业确定管道压力等级的基准压力和进行管壁厚度计算的依据。

1）管道设计压力不得低于最大工作压力。

2）装有安全泄放装置的管道，其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力。

3）所有与设备相连接的管道，其设计压力应不小于所连接设备的设计压力。

第六十八页，共85页。4）输送制冷剂、液化气类等低沸点介质的管道，按阀被关闭或介质不流动时介质可能达到的最大饱和蒸汽压力作为设计压力。5）管道或管道组成件与超压泄放装置间通路可能被堵塞或隔断时，设计压力按不低于可能产生的最大工作压力来确定。6）工程设计规定需要计算管壁厚度的管道，其“管壁厚度数据表”中所列的计算压力即为该管道的设计压力，与计算相对应的工作温度即为该管道的设计温度。第六十九页，共85页。（2）管道设计压力选取

1）设有安全阀的压力管道管道设计压力≥安全阀开启压力

2）与未设安全阀的设备相连的压力管道管道设计压力≥设备设计压力

3）离心泵出口管道管道设计压力≥泵的关闭压力第七十页，共85页。

4）往复泵出口管道管道设计压力≥泵出口安全阀开启压力

5）压缩机排出管道管道设计压力≥安全阀开启压力+压缩机出口至安全阀沿程最大正常流量下的压力降

6）真空管道管道设计压力=全真空

7）凡不属上述范围管道管道设计压力≥工作压力变动中的最大值第七十一页，共85页。（3）管道设计温度确定的参考原则本专业不确定管道设计温度，但需根据化工工艺专业发表的数据，向管道专业和管材专业提出在相应压力下的正常工作温度和(或)最高(或最低)工作温度。如需本专业提出时，可按下述确定。

1）以传热计算或实测得出的正常工作过程介质的最高工作温度下的管壁温度，作为设计温度。

2)不便于传热计算或实测管壁温度的情况下,以正常工作过程中介质的最高(或最低)工作温度作为管道设计温度。第七十二页，共85页。对干金属管道:a.不保温管道介质温度<38℃管道:管道设计温度=介质最高温度介质温度≥38℃管道:管道设计温度=95%介质最高温度b.外部保温管道:管道设计温度=介质最高温度c.内部保温管道（用绝热材料衬里）管道设计温度=传热计算管壁温度或实验室测的壁温d.介质温度≤0℃时:管道设计温度=介质最低温度对于非金属管道及非金属衬里的金属管道a.无环境温度影响的管道:

管道设计温度=介质最高温度第七十三页，共85页。b.安装在环境温度高于介质最高温度的环境中的管道(除已采取保护措施者以外）:

管道设计温度=环境温度3）以化工工艺专业提出的正常工作过程中介质的正常工作温度加（或减）一定裕量作为设计温度,按下式确定：a.介质正常工作温度0~300℃，设计温度≥介质正常工作温度+30℃b.介质正常工作温度大于300℃，设计温度≥介质正常工作温度+15℃4）当流体介质温度接近所选材料允许使用温度界限时，应结合具体情况慎重选取设计温度，以免增加投资或降低安全性。第七十四页，共85页。6.6.3钢管壁厚为了使选材合理，减少管壁厚度的分级数量，便于采购、管理和施工，管壁厚度可采用管表号（Schedulenumber,简称Sch)分级。在化工行业标准《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》(HG20533-93)和石化标准《石油化工企业钢管尺寸系列》(SH3405-96)也有采用Sch号表示的钢管壁厚系列，可供设计人员选用。管表号仅起到管壁厚度分级排列的作用，没有其它含义，它是管道设计压力P与设计温度下材料许用应力[σ]t的比值乘以1000后园整的数值。

Sch=P/[σ]t*1000计算出来的Sch经园整即可查到上述两系列中的钢管壁厚。第七十五页，共85页。6.6.4管道材料等级的表示符号●管道材料等级是由管材专业根据具体项目工程特点和要求编制，并提交给工艺系统专业进行标注，它的表示符号没有统一规定。6.6.5管道数据表的内容●管道说明：管道编号、规格、流体介质、管道材料等级、来自/至。●操作温度、压力●设计温度、压力●试验介质和压力●绝热（伴热）类型、厚度●涂漆●PID图号第七十六页，共85页。