第七章非工艺专业.docx
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第七章非工艺专业
《化工设计》精品课程
第七章 非工艺专业
第一节 公用工程
公用工程包括给排水、供电、供热与冷冻以及采暖通风等专业。
从设计成果形式分为设计说明书与图纸表格两种；从设计内容上讲，说明书主要包括：
所接收的工艺专业对本专业提出的设计条件、界定本专业的设计范围。
采用的主要设计标准与规范，经论证、比较选择所确定的本专业技术方案；经分析与计算以及选型所得出的有关设备、材料的规格型号、尺寸、数量等结果。
在说明书编制过程中及编制结束后，按照工作顺序先后，完成制作相应表格与图纸。
一、给排水
1．设计基础条件
列出接收的给排水设计条件，采用的给排水设计标准规范，指出给排水设计范围以及相关部门单位同给排水的协作关系。
建设单位提给的有关自然条件资料。
阐明生产对给排水在水量与水质方面的要求，并确定给排水的基本原则，指出该工程在给排水设计上的主要特点。
2．给水水源、输送管道设计及水质处理
（1）建厂地区水源情况，包括可提供的地下水（井水、深井水等）、地表水（河水、江水、溪水、湖水、塘水、水库水以及城市市政供水管网等）以及它们的水质、水温和可提供的水量等。
这些水源的上游或上风向有无污染源，下游或下风向对排污的要求。
（2）循环水处理的水质稳定
①循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管道产生腐蚀并在管壁上结垢。
碳酸钙是循环水结垢中的主要成分。
水中的钙离子和重碳酸根在一定的温度、压力等条件下发生下列可逆反应：
Ca+＋2HCO3-＝CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
以上反应向何方进行是由所处条件和水质决定的。
如果反应向右进行，则有CO2逸出和CaCO3沉积在管壁上而形成水垢，其结果是导致传热系数下降，水流动阻力上升和流量降低。
然而若水中析出的CaCO3能保持在一适当程度，在管壁形成一层均匀的CaCO3薄膜，就能防止金属产生严重腐蚀，这种水称为生成水垢的水；如果反应向左进行，则水垢溶解不能形成钙盐水垢，金属直接与水接触受到腐蚀，称为有腐蚀性的水。
这两种水都是不稳定的水，均须进行水质稳定处理。
②循环水的水质稳定处理，由于出现上述的水质变化，所以必须对其进行水质稳定处理。
二、供电
（一）设计基本知识
（1）化工生产车间的供电从化工生产用电电压等级而言，一般最高为6000V，中小型电机通常为380V，而输电网中都是高压电（有10～330kV范围内七个高压等级），所以从输电网引入电源必须经变压后方能使用。
由工厂变电所供电时，小型或用电量小的车间，可直接引入低压线；用电量较大的车间，为减少输电损耗和节约电线，通常用较高的电压将电流送到车间变电室，经降压后再使用。
一般车间高压为6000V或3000V，低压为380V。
当高压为6000V时，150kW以上电机选用6000V，150kW以下电机选用380V。
高压为3000V时，l00kW以上电机选用3000V,l00kW电机选用380V。
化工生产中常使用易燃、易爆物料，多数为连续化生产，中途不允许突然停电。
为此，根据化工生产工艺特点及物料危险程度的不同，对供电的可靠性有不同的要求。
按照电力设计规范，将电力负荷分成三级，按照用电要求从高到低分为一级、二级、三级。
其中一级负荷要求最高，即用电设备要求连续运转，突然停电将造成着火、爆炸、或人员机械损坏，或造成巨大经济损失。
（2）供电中的防火防爆按照GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》，关于爆炸性气体环境危险区域划分规定，根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度与持续时间进行分区。
对于连续出现或长时期出现爆炸性气体混合物的环境定为0区，对于在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境定为1区，对于在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的情况定为2区。
在设计中如遇下列情况则危险区域等级要作相应变动，离开危险介质设备在7.5m之内的立体空间，对于通风良好的敞开式、半敞开式厂房或露天装置区可降低一级；封闭式厂房中爆炸和火灾危险场所范围由以上条件按建筑空间分隔划分，与其相邻的隔一道有门墙的场所，可降低一级；如果通过走廊或套间隔开两道有门的墙，则可作为无爆炸及火灾危险区。
而对地坑、地沟因通风不良及易积聚可燃介质区要比所在场所提高一级。
（二）工艺对电气专业提供设计条件
（1）动力。
分为①设备布置平面图，图上注明电机位置及进线方向，就地安装的控制按钮位置；②用电设备表；③电加热表（温度、控制精度、热量、工作时间）；④环境特性。
（2）照明。
提出设备平面布置图，标出需照明位置。
提出照明四周环境特性（介质、温度、相对湿度、对防爆防雷要求）。
（3）弱电。
指电讯设备、仪表仪器用电位置以及生产联系的讯号。
（4）防雷设计按GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，工业建筑的防雷等级分为三类，针对不同情况采取相应的防雷措施。
一般化工厂房、车间建筑物（包括仓库、油罐、气罐、易燃易爆物贮罐等建筑物）都应设置避雷装置，如避雷针、避雷带、避雷网等。
第一类，建筑物中存在爆炸物或经常产生爆炸性混合物，故有可能由于电火花而引起爆炸者。
第二类，类似手第一类，但仅在事故时才能形成爆炸性混合物的场合，且不致引起大破坏和人身死亡者。
第三类，不属于第一类和第二类，但需要保护的建筑物，如水塔、烟囱、木材加工车间等。
三、供热及冷冻工程
1．供热
化工生产中的热源供热作为公用工程在化工生产中普遍应用，比如对吸热化学反应，为加快反应速度和对蒸发、蒸馏、预热、干燥等各种工序，供热都是必不可少的。
化工设计中必须正确选用热源和充分利用热源。
作为化工热源可分为直接热源和间接热源。
前者包括烟道气及电加热。
烟道气加热的优点是温度高，可达1000OC，使用方便，经济简单，缺点是温度不易控制、加热不均匀和带有明火及烟尘。
电加热的优点是加热均匀、温度高、易于调节控制、清洁卫生，缺点是成本高；后者包括高温载热体及水蒸气。
其次是回收余热，包括回收蒸汽冷凝水余热，回收工艺物料流中余热，回收化工生产废料（通过焚烧）的热量。
在设计中要减少热量消耗和提高传热效率，采用节能高效设备等都是节能的重要手段。
2.冷冻系统
化工生产中的物料温度若需维持在周围环境（比如大气、水等）温度以下，则需要由冷冻系统提供低温冷却介质（称载冷体），也可直接将制冷剂（如液氨、液态乙烯）送人工艺设备，利用其蒸发吸热获取冷量。
通常采用制冷剂蒸发来冷却载冷剂，然后由载冷剂提供生产所需冷量，这种冷冻系统的优点是能集中供应，远距离输送，使用方便，易于管理，比较经济。
选用载冷剂的温度不宜过低，以避免动力消耗过多。
四、采暖通风及空气调节
采暖是指在冬季调节生产车间及生活场所的室内温度，从而达到生产工艺及人体生理的要求，实现化工生产的正常进行。
工业上采暖系统按蒸汽压力分为低压和高压两种，界线是0.07MPa，通常采用0.05～0.07MPa的低压蒸汽采暖系统。
还有的采用热风采暖系统是将空气加热至一定的温度（70℃）送入车间；它除采暖外还兼有通风作用。
车间为排除余热、余湿、有害气体及粉尘，需要通风。
（1）自然通风设计中指的是有组织的自然通风，也就是可以调节和管理的自然通风，可利用室内外空气温差引起的相对密度差和风压进行自然换气。
（2）机械通风分为以下三种。
①局部通风。
如车间内局部区域产生有害气体或粉尘时，为防止气体及粉尘的散发，可用局部通风办法（比如局部吸风罩），在不妨碍操作与检修情况下，最好采用密封式吸（排）风罩。
对需局部采暖（或降温），或需要考虑必要的事故排风的场所，均应采用局部通风方式。
②全面通风。
只有当整个车间都充满有害气体（或粉尘）时，才用全面通风。
③有毒气体的净化和高空排放。
为保护周围大气环境，对浓度较高的有害废气，应先经过净化，然后通过排毒筒排人高空并利用风力使其分散稀释。
对浓度较低的有害废气，可不经净化直接排放，但必须由一定高度的排毒筒排放，以免未经大气稀释沉降到地面危害人体和生物。
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第二节 安全防火
一、燃烧爆炸及防火防爆
（一）化工生产中安全防火设计的重要性
任何生产活动中由于设计、施工建设、生产组织管理、生产操作忽视了安全防火都必然造成火灾、爆炸引发的安全事故，目前这方面的案例和教训是很多的。
明确规定任何一种违背安全原则的设计方案都不能采用，无论其技术是多么先进、经济效益是多么诱人。
火灾与爆炸所造成的损失不仅是事故工厂本身财产的损失和人员的伤亡损失，而且会引发带来原料供应工厂和产品加工企业的损失。
我国一贯执行“生产必须安全、安全为了生产”的方针，对于设计人员应该清楚地认识各种可能引发火灾与爆炸危险的来源和后果。
在设计的全过程中必须严格遵守各级政府与主管部门制订的法规、标准及规范，并在各个方面积极采取预防和减少损失的措施。
（二）燃烧与爆炸的起因及其危险程度
（1）燃烧。
物质的燃烧必须具备三个条件，即物质本身具有可燃烧性、环境中气体含有助燃物（比如：
氧气等）、明火（或火花）。
而物质的可燃性，即燃烧危险性取决于其闪点、自燃点、爆炸（燃烧）极限及燃烧热四个因素。
闪点是液体是否容易着火的标志，它是物质在明火中能点燃的最低温度，液体的闪点如果等于或低于环境温度的则称为易燃液体。
自燃点是指物质在没有外界引燃的条件下在空气中能自燃的温度，它标志该物质在空气中能加热的极限温度。
爆炸极限是指在常温常压的条件下该物质在空气中能燃烧的最低至最高浓度范围，即在该浓度范围内，火焰能在空气混合物中传播。
燃烧热是可燃物质在氧气（或空）中完全燃烧时所释放的全部热量。
（2）爆炸。
它是指由于巨大能量在瞬间的突然释放造成的一种冲击波。
一般爆炸是和燃烧紧密相联的，当燃烧非常剧烈时燃烧物释放出大量能量，使周围体积剧烈膨胀而引起爆炸；而由于其他原因引起爆炸时，因为逸出的可燃性气体遇到火种就会燃烧。
因此要减少爆炸和燃烧危险就应消除引起爆炸燃烧的直接原因与间接原因。
比如：
明火、静电导致的火花、转动电气设备可能造成的火花、设备管道的操作压力超过允许值等等都是引起爆炸燃烧的直接原因，而由于反应器加热器的温度上升失去控制使设备遭到破坏，或者由于放热反应速度急剧增加导致爆炸则是其间接原因。
（3）燃烧与爆炸的危险程度。
燃烧和爆炸的危险性可划分第一次危险和第二次危险两种，前者是指系统或设备内潜在的有发生火灾爆炸可能的危险，在正常状态下不会危及安全，但当误操作或外部偶然直接间接原因会引起燃烧和爆炸。
后者是指由第一次危险所引起的后果，直接危害人身、设备以及建（构）筑物的危险。
例如由第一次危险引起的火灾、爆炸、毒物泄漏以及由此造成人员的跌倒、坠落和碰撞等。
美国DOW化学工业公司曾经提出一个计算燃烧及爆炸危险程度的指数，以下简称F.E.指数，用以研究一个生产过程的潜在危险程度，这个指数由物性和生产过程的性质计算得到的。
根据F.E.指数可以估计生产的危险性，在化工设计中，评价工艺流程方案时，可以指出哪一个方案的危险程度较小，在设备布置图和管道及仪表流程图完成后，用以指导决定安全措施。
（三）安全防火设计
在工艺设计中，考虑安全防火的因素较多，诸如在选择工艺操作条件时，对物料配比要避免可燃气体或蒸气同空气的混合物落在爆炸极限范围内；需要使用溶剂时，在工艺生产允许的前提下，设计上尽量选用火灾危险性小的溶剂；使用的热源尽量不用明火（可采用蒸汽或熔盐加热）；在易燃易爆车间设置氮气贮罐，用氮气作为事故发生时的安全用气等等。
按下表的格式列出原料、中间体、成品的火灾危险性特征、用量和贮存量。
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第三节环境保护
一、环境污染及治理
众所周知，化学工业所涉及的原料、材料、中间产品及最终产品大多数是易燃易爆有毒有臭味有酸碱性的物质，在它们的贮存运输、使用及生产过程中都有造成环境污染。
在化学工业领域中，千变万化的物种及各种方式的生产路线途径，使得化工生产中排放的污染物也是多种多样。
很多化工企业，包括基础化工、石油化工、造纸、林产化工等行业，每年消耗巨大数量的矿藏和森林而在这些地球上储量有限的矿藏和生长缓慢的树林被消耗的同时，还向空气、水体和土壤源源不断地排放大量的气、液、固形态的废弃物，这些化工、采掘、采伐行业的生产活动都将对人类赖以生存的生态系统内的物质循环和能量流动产生重要影响。
人类如果无视环境利益，以牺牲环境质量换取化工生产的经济效益，任意索取自然资源，不加控制地向大自然排放废气、废液、废弃固体、那么必须会导致生态环境的恶化，而恶化了的生态环境，通常在短期内难以得到恢复。
同时，一定会给人类以相应的惩罚。
二、环境保护的具体措施
一个化工生产装置从设计开始，就意味着有一个污染人们生存环境的实体即将诞生，那么在设计中同时考虑如何尽可能减少和控制生产过程所产生的污染物，并且设计对这些污染物加以工程治理的手段，使之减少或完全消除，则是完全必要的。
我国对化工工程项目严格执行环保“三同时”政策，即对化工工程项目的环境保护与治理的工业措施及设备同工程中其他专业做到同时设计，同时加工安装，同时试车运行。
按照项目建议书，可行性研究报告、结合工艺专业提出“三废”排放条件，根据环境影响报告书（表）及其批文编写环保设计的编制依据。
按照国家（部门）环保设计标准规范，根据建设项目具体情况及厂址区域位置决定“三废”排放应达到的等级、决定经过治理后当地（厂边界或车间工作场所）应达到的环境质量等级。
阐明本工程主要污染源及排放污染物详细情况，并根据这些条件采取相应的环保措施。
常用的环境保护设计标准、规范目录列举如下：
《地表水环境质量标准》GHZB1-1999
《地下水质量标准》GB/T14848--93
《污水综合排放标准》GB8978-96
《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-92
《合成氨工业水污染物排放标准》GWPB4-1999
《造纸工业污染物排放标准》GB35442
《磷肥工业水污染物排放标准》GB15580-95
《烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标准》GB15581-95
《环境空气质量标准》GB3095-1996
《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
《锅炉大气污染物排放标准》GWPB3-1999
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第四节工程概算
一、化工设计工程的综合技术经济指标
评价化工工程设计成果技术上的先进性与经济上的合理性是通过对该工程的综合技术经济指标值的分析来进行的，这些技术经济指标提供给人们一个量化概念。
通常作为化工设计说明书，有一章专门论述“技术经济”，并且列出设计工程综合技术经济指标。
二、工程概算费用分类和概算项目的划分
（一）工程概算费用的分类
1．设备购置费
设备购置费应包括设备原价及运杂费用。
包括需要安装及不需要安装的所有设备、工器具及生产家具（用于生产的柜、台、架等）购置费；备品备件（设备、机械中较易损坏的重要零部件材料）购置费；作为生产工具设备使用的化工原料和化学药品以及一次性填充物的购置费；贵重材料（如铂、金、银等）及其制品等购置费。
2．安装工程费
安装工程费包括主要生产、辅助生产、公用工程项目中需要安装的工艺、电气、自控、机运、机修、电修、仪修、通风空调、供热等定型设备、非标准设备及现场制作的气柜、油罐的安装工程费；工艺、供热、供排水、通风空调、净化及除尘等各种管道的安装工程费；电气、自控及其他管线、电线、电缆等材料的安装工程费；现场进行的设备内部充填、内衬，设备及管道防腐、保温（冷）等工程费；为生产服务的室内供排水、煤气管道、照明及避雷、采暖通风等的安装工程费；工业炉、窑的安装及砌筑、衬里等安装工程费。
3．建筑工程费
建筑工程费包括一般土建土程，即主要生产、辅助生产、公用工程等的厂房、库房、行政及生活福利设施等建筑工程费；构筑物工程，即各种设备基础、操作平台、栈桥、管架管廊、烟囱、地沟、冷却塔、水池、码头、铁路专用线、公路、道路、围墙、厂门及防洪设施等工程费；大型土石方、场地平整以及厂区绿化等工程费；与生活用建筑配套的室内供排水、煤气管道、照明及避雷、采暖通风等安装工程费。
4．其他费用
其他费用是指工程费用以外的建设项目必须支出的费用。
（1）建设单位管理费建设项目从立项、筹建、建设、联合试运转、竣工验收、交付使用及后评估等全过程管理所需费用。
其中包括如下内容。
（2）临时设施费是指建设单位在建设期间所用临时设施的搭设、维修、摊销费用或租赁费用。
（3）研究试验费是指为本建设项目提供或验证设计参数、数据资料等进行必要的研究试验及按设计规定在施工中必须进行试验、验证所需费用，以及支付科技成果先进技术等的一次性技术转让费。
（4）生产准备费是指新建企业或新增生产能力的企业，为保证竣工交付使用进行必要生产准备所发生的费用等。
（二）工程概算项目的划分
在工程设计中，对概算项目的划分是按工程性质的类别进行的，这样可便于考核工程建设投资的效果。
我国设计概算项目的划分分以下四个部分。
第一部分：
工程费用工程费用系指直接构成固定资产项目的费用。
它是由主要生产项目、辅助生产项目、公用工程（供排水；供电及电讯；供汽；总图运输；厂区之内的外管）、服务性工程项目、生活福利工程项目及广外工程项目等六个项目组成。
第二部分：
其他费用系指工程费用以外的建设项目必须支付的费用。
第三部分：
总预备费包括基本预备费和涨价预备费两项。
前者系指在初步设计及其设计概算中未可预见的工程和费用；后者系指在工程建设过程中由于价格上涨、汇率变动和税费调整而引起的投资增加需预留的费用。
第四部分：
专项费用包括：
①投资方向调节税。
有时国家在特定期间可停征收此项税费。
②建设期贷款利息。
指银行利用信用手段筹措资金对建设项目发放的贷款，在建设期间根据贷款年利率计算的贷款利息金额。
③铺底流动资金。
按规定以流动资金（年）的30%作为铺底流动资金，列入总概算表。
注意该项目不构成建设项目总造价（即总概算价值），只是将该资金在工程竣工投产后，计入生产流动资产。
三、工程概算的编制
根据我国有关主管部委颁发文件、化基发（1993）599号文件规定进行工程设计概算的编制。
（一）概算文件的组成
概算文件由以下几部分组成。
工程项目总概算，包括封面与签署页、总概算表、编制说明：
单项工程综合概算，包括封面与签署页、编制说明、综合概算表、土建工程钢材木材与水泥用量汇总表；单位工程概算，包括各设计专业的单位工程概算表、各专业用于土建方面的钢材木材及水泥用量表；工程建设其他费用概算。
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（二）总概算说明的编制
（1）总概算编制依据列出包括工程立项批文、可行性研究报告的批文；列出业主（建设单位）、监理、承包商三方与设计有关的合同书；列出主要设备、材料的价格依据；列出概算定额（或指标）的依据；列出工程建设其他费用的编制依据及建造安装企业的施工取费依据；列出其他专项费用的计取依据。
（2）工程概况简要介绍建设项目的性质及特点，包括属于新建、扩建或技术改造等，介绍工程的生产产品、规模、品种及生产方法等；说明建设地点及场地等有关情况。
（3）资金来源根据工程立项批文及可行性研究阶段工作、说明工程投资资金是来自银行贷款、企业自筹、发行债券、外商投资或者其他融资渠道。
（4）投资分析设计中要着重分析各项目投资所占比例、各专业投资的比重、单位产品分摊投资额等经济指标以及与国内、外同类工程的比较，并同时分析投资偏高（或低）的原因。
（5）其他说明对有关上述未尽事宜及特殊需注明的问题加以说明。
（三）设计项目总概算编制办法
编制了总概算说明以后，按总概算编制办法，计算概算项目划分中各项的工程概算费用，并列出《工程总概算表》。
（四）单项工程综合概算编制办法
单项工程是指建成后可以独立发挥生产能力（或工程效益）并具有独立存在意义的工程。
综合概算编制是指计算一个单项工程投资额的文件。
编制过程可按一个独立生产装置（车间）、一个独立建筑物（或特殊构筑物）进行。
它是编制总概算第一部分工程费用的主要依据，综合概算是根据单项工程中各个单位工程概算以表格形式进行编制。
四、工程建设其他费用概算编制办法
根据我国有关主管部委颁发文件、化建发（1994）890号文件规定进行工程建设其他费用概算的编制，其编制包括以下组成部分。
（1）建设单位管理费以项目“工程费用”为计算基础，按照建设项目不同规模分别制定相应的建设单位管理费率计算。
（2）临时设施费以项目“工程费用”为计算基础，按照临时设施费率计算。
（3）研究试验费按设计提出的研究试验内容要求进行编制。
（4）生产准备费。
（5）土地使用费按使用土地面积，按政府制定各项补偿费、补贴费、安置补助费、税金、土地使用权出让金标准计算。
（6）勘察设计费按国家计委颁发的收费标准和规定进行编制。
（7）生产用办公及生活家具购置费。
（8）化工装置联合试运转费如化工装置为新工艺、新产品时，联合试运转确实可能发生亏损的，可根据情况列人此项费用；一般情况，当联合试运转收人和支出大致可相抵销的，原则上不列此项费用。
不发生试运转费用的工程，不列此项费用。
（9）供电贴费此项费按国家计委批准的收费标准计。
（10）工程保险费此项费按国家及保险机构规定计算。
（11）工程建设监理费此项费用按国家物价局、建设部[1992]价费字479号通知中所规定费率计算，此项费用不单独计列。
发生时，从建设单位管理费及预备费中支付。
（12）施工机构迁移费该项费用在设计概算中可按建筑安装工程费的1％计列；施工单位确定后由施工单位按规定的基础数据、计算方式及费用拨付规定编制施工机构迁移费预算。
（13）总承包管理费此项费用是以总承包项目的工程费用为计算基础，以工程建设总承包费率2.5%计算。
与工程建设监理费一样，总承包管理费不在工程概算中单独计列，而是从建设单位管理费及预备费中支付。
（14）引进技术和进口设备其他费按“化工引进项目工程建设概算编制规定”计算。
（15）固定资产投资方向调节税该项税务的税目、税率按《中华人民共和国固定资产投资方向调节税暂行条例》所附“固定资产投资方向调节税税目税率表”执行。
（16）财务费用按国家有关规定及金融机构服务收费标准计算。
（17）预备费。
（18）经营项目铺底流动资金是将流动资金的30%作为铺底流动资金。
作为建设项目完整的设计文件，工程概算是其中一个重要组成部分。
在报批设计时，必项同时上报工程的设计概算，只有合理、准确地做好工程设计概算，才能准确地确定建设投资。
工程概算是编制固定资产投资计划、签订建设项目贷（筹）款合同，实行建设项目投资包干的依据；同时也是办理贷、付款及控制施工图预算以及考核设计经济合理性的依据。
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