02第二部分化工设计各阶段的主要内容及相关规范.docx
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02第二部分化工设计各阶段的主要内容及相关规范
第二部分
石油和化工工艺设计各阶段的主要内容
2015年05月·青岛
目录
•2.1化工厂概况
•2.2化工设计的基本内容
•2.3计算机辅助化工过程设计
•2.4化工设计的种类
•2.5设计程序
•2.6设计内容
•2.7化工设计标准与规范
2.1化工厂概况
2.1.1化工厂的特点与分类
化工生产的特点
（1）工艺流程复杂——流程很长，如乙烯、合成氨工业
（2）操作状态变化大——如原油的二次加工过程
（3）流体输送多——管道、输送设备多
（4）腐蚀性——管道、设备材质
（5）易燃、易爆、有毒——安全卫生
（6）非标设备多——反应器、塔等
化工厂分类
（1）按产品分类
日化厂、石化厂、农药厂、橡胶厂、塑料厂等
（2）按生产规模分类
大型化工厂（≥100kt/a）中型化工厂（10~100kt/a）小型化工厂（<10kt/a）
（3）按生产方式分类
连续操作、间歇操作
（4）按生产技术的先进程度分类
4
2.1.2化工厂组成
化工厂结构
包括：
人、财、物、产、供、销
专业技术人员主要包括五个专业：
工艺、设备、自控、给排水、电气及土建、热工等专业
化工厂组成
生产部门、辅助生产部门和行政、生活部门
5
2.2化工设计的基本内容
2.2.1化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联系与区别
化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。
（1）工厂总图设计；
（2）过程工艺设计；（3）控制过程设计；（4）设备设计；（5）非化工工艺设计（消防、安全、暖通、给排水、土建等）.
化工设计
化工过程设计
（核心）
非工艺部分设计
化工工艺设计
（核心）
公用工程设计、外管设计，…等
化工厂房建筑、结构设计
总图设计，….等
化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。
2.2.2化工过程设计的目标及内容
美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述了化工过程设计的主要目标：
确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。
在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。
化工设计的主要内容：
其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是
针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、
外管设计等进行深入设计和完善。
2.2.3化工设计的发展
化工设计发展方向
复杂大型化工厂的设计柔性化工厂的设计自主创新设计
与国际工程设计的接轨
我国化工设计院，原来的专业部门进行了相应的改革调整。
原来的工艺专业部
工艺专业部（大部分为化学工程与工艺专业人员）
工艺系统专业部（少量化学工程与工艺专业人员，大量其它辅助专业）
工艺专业部：
侧重化工工艺设计
工艺系统专业部：
侧重化工过程设计中除了化工工艺设计以外与工艺有关的内容
工艺专业部：
侧重出PID图、PFD图
工艺系统专业部：
侧重出UID图、UFD图
PFD（ProcessFlowsheetDiagram）工艺流程图（过程物料流程图
PID（pipingandinstrumentdiagram）工艺仪表管道流程图（带控制点的工艺仪表管道流程图）
UID（UtilityInstrumentDiagram）公用工程仪表管道流程图
UFD（UtilityFlowsheetDiagram）公用工程物料流程图
其中，各种图纸随设计的深入，分成多个版本。
大型工程项目设计需要的专业有：
工艺（ChemicalProcess）管道工程（Piping）自动控制（AutomaticControl）设备（Machanical）安装（Installment）土建（Civil）电气（Electricity）
给排水（WaterSupplyandSewage）
环境工程（EnvironmentEngineering）
热力（Thermodynamic）贮运（Storeandtransport）总图（AssemblyDrawing）采暖通风（HeatingandVentilate）
技术经济（TechnologicalEconomy）等专业。
2.3计算机辅助化工过程设计
在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。
在20世纪20年代～60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几
乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。
在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得
到了发展。
为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域开开始
出现计算机辅助化工过程设计呢？
计算机软、硬件技术的发展
化工单元操作等理论的不断成熟数学计算技术的发展
计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：
①、设计工作效率高；
②、规范性好
③、设计水平高（可进行优化设计）效率对比：
一个年产30万吨的乙烯的工程，如果全凭手工计算与绘图，400个设计工程师要花费近1年的时间，才能完成一个流程方案的设计。
而借助计算机辅助化工过程设计系统，200个设计工程师花费8个星期，就能完成一个流程方案。
后者的设计工作效率比前者高出10多倍。
要采用高效的效率工具软件。
计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：
第一代商品化软件系统
Chem.Eng.SimulationSystem
20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。
第二代商品化软件系统
FlowsheetTranslator
20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的
FLOWTRAN软件系统代表。
第三代商品化软件系统
AdvancedSystemforProcessEng.
20世纪80年代，以ASPEN和PROCESSII两大软件系统代表。
我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进
ASPEN软件系统。
现在，国内各设计院基本都已经使用ASPEN或Process
II软件系统进行计算机辅助化工过程设计。
青岛科技大学ECSS，化工之星
计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：
（1）、单元操作模块的种类数；
（2）、物性数据库的大小及数据的估算方法；
（3）、能处理的流股数量和组份数量；
（4）、计算技术方法（求解方法）；
（5）、能处理的流股相态；
（气、液、固、胶体、电解质等）
（6）、软件系统的人性化界面及开放程度；
（7）、流程图形输入及识别技术；
（8）、三维工厂设计软件的普及等等。
2.4化工设计的种类
分类依据：
项目性质、设计性质
2.4.1根据项目性质分类
1.新建项目设计开发研究单位提供基础设计，工
新产品研发设计新工艺或新技术设计
2.重复建设项目设计
程研究部门根据建厂地区的实际情况做出工程设计。
◆由于市场需要，有些产品需要再建生产装置。
◆由于新建厂的具体条件与原厂不同，即使产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。
3.已有装置改造
2.4.2根据设计性质分类
分为两类
新技术开发过程中的设计
工程设计
（1）技术开发
TechnologyDevelping
概念设计（ConceptualDesign）
中试设计（Pilot-plantDesign）基础设计（FoundationDesign）
（2）工程设计
EngineeringDesign
初步设计（PreliminaryDesign）
施工图设计（DetailedDesign）
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1.新技术开发过程的设计
新技术开发过程的设计包括：
概念设计、中试设计和基础设计。
设计单位：
研究单位的工程开发部门、或委托设计单位、或与设计单位合作进行。
（1）概念设计概念设计——应用研究进行到一定阶段，从工程角度，参照常规工程设计方法和步骤，按未来工业生产装置规模进行的一种假想设计。
概念设计
工程研究各级经济评估
基础设计
工程设计
化学试验
小试验
过程研究大型冷模试验
中间试验
概念设计内容：
❑根据基础研究提供的概念和数据，确定工艺流程；
❑对全系统进行物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件、主要设备型式和材质；
❑确定三废治理措施；
❑计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。
概念设计目的：
暴露和提出基础研究中存在的问题，并为解决这
些问题提供方案。
另外，结合技术经济评价，得出该新产品或新技术是否有工业化价值的结论。
（2）中试装置设计中试装置的主要任务：
❑验证基础研究中得到的规律和概念设计中的一些结果和设想；
❑考察从小试到中试的放大效应；
❑研究一些由于各种因素没有条件在实验室进行的课题；
❑进行新设备、新材料、新仪器、新控制方案的试验。
中试装置设计要求：
在设计流程、规模和设备结构型式不一定与工业装置完全相同，但必须在实本质上反映工业装置的特性和规律，为基础设计提供基础数据。
（3）基础设计
Ø基础设计一般在研究内容全部完成，并通过鉴定后进行。
Ø基础设计是新技术开发的最终研究成果，是工程设计的依据。
Ø基础设计包括建设生产装置的一切技术要点。
基础设计主要内容包括：
❑设计基础：
依据、技术来源、生产规模、原材料规格等；
❑工艺流程：
生产工艺、主要特点、反应原理及工艺参数等；
❑物料流程图和物流表：
完成物料衡算；
❑带控制点的管道流程图；
❑设备名称表和设备规格说明书；
❑对工程设计提出要求；
❑设备布置建议图；
❑装置的操作说明；
❑装置三废的排放；
❑自控设计说明；
❑消耗定额；
❑有关的技术资料、物性数据等；
❑安全技术与劳动保护的说明。
2.工程设计
根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度，工程设计分三段设计、两段设计和一段设计，由设计单位负责进行。
一段设计：
技术上比较简单，规模较小的工厂或车间的设计—
—可直接进行施工图设计。
两段设计：
一般技术比较成熟的大型工厂或车间的设计——按
扩大初步设计和施工图设计进行。
三段设计：
重要的大型企业和使用较复杂的技术时——可按初
步设计、扩大设计及施工图设计三阶段进行。
（1）初步设计
☐根据设计任务书，对设计对象进行全面研究，寻求技术上可能、经济上合理、安全适用、三废治理完善的设计方案。
☐确定全厂性的设计原则、标准、方案和水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本，三废治理，项目投
资等重大技术经济问题。
☐初步设计阶段应编写初步设计说明书——设计成品。
（2）扩大初步设计根据批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，
使之更明确、更具体，能够满足控制投资或报价使用的工程概算的要求。
例如：
工艺部分：
应有工艺流程图及工艺流程说明、物料流程图和物料表、管道流程图、各车间主要设备的选择说明和计算依据、较为详细的车间平面布置图、设备一览表等。
☐建筑部分要说明采用的建筑结构、基础工程和施工条件等技术
要求。
☐扩大初步设计阶段应编写扩大初步设计说明书及工程概算书。
（3）施工图设计
☐根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计。
☐根据建筑施工、设备制造及安装工程的需要将初步设计中确定的设计原则和设计方案进一步具体化。
☐此设计阶段的设计成品包括详细的施工图纸，必要的文字说
明和工程预算书。
2.4.3国际通用的设计阶段划分
国外各设计阶段的主要设计内容及成品
工艺设计基础工程设计详细工程设计
1、工艺流程图（PFD）
2、工艺控制图（PCD）
3、工艺说明书
4、物料平衡表
5、工艺设备表
6、工艺数据表
7、安全备忘录
8、慨略布置图
9、主要专业设计条件
1、管道仪表流程图（PID）
2、设备计算及分析草图
3、设计规格说明书
4、材料选择
5、请购文件
6、设备布置图（分区）
7、管道平面图（分区）
8、地下管网图
9、电气单线图
10、各专业设计条件
1、详细配管图
2、管段图（空视图）
3、基础图
4、结构图、建筑图
5、仪表设计图
6、电气设计图
7、设备制造图
8、其他为施工所需的各专业全部设计图
纸、文件
9、各专业施工安装说明
2.5设计程序
工程设计的基本程序
国民经济发展计划
项目建议书
一个化工项目从设想到
建成投产，分三个阶段：
即可行性研究决策阶段、
设计阶段、建设阶段。
可行性研究
可研评审
安全评价、环境评价、节能评估
项目审批
27
28
2.5.1项目建议书
项目建议书——对拟建设项目的一个轮廓设想，主要是从建设
的必要性来衡量，初步分析和说明建设的可能性。
考虑因素：
国民经济发展长远规划、地区规划和行业规划、资
源情况、设计布局.
目的：
报呈各级领导部门审批—汇总平衡，列入规划建设前期
规划。
提出：
部门或企业（跨地区、跨行业建设项目及影响国计民生的
重大项目，由有关部门和地区联合提出项目建议书。
编制：
由建设单位或建设单位委托专业公司（如有资格的工程公司、咨询公司）完成编制。
项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据。
29
1.项目建设的目的和意义；
2.产品需求初步预测;
3.产品方案和拟建规模;
项4.工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）;
目
建5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应;
议
书6.建厂条件和厂址初步方案;
要
主7.环境保护;
容
内8.工厂组织和劳动定员估算;
9.项目实施规划设想;
10.投资效益和社会效益的初步估算;
11.结论与建议。
（参见word）
30
2.5.2可行性研究报告
可行性研究——拟议中的投资项目在决定实施以前，对该项目技
术上的可行性和先进性，及经济上的合理性和获利性进行调查研
究、分析论证好方案选优的工作。
目的：
报上级部门批准——建设银行贷款依据
编制：
以批准的项目建议书为依据，由设计单位组织完成。
1.可行性研究报告的内容
（1）总论
Ø项目编制的依据和原则；
Ø项目的背景、投资的必要性和经济意义；
Ø项目的范围；
Ø研究结果、主要技术经济指标、结论、存在问题和建议。
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（2）需求预测
Ø国内外需求情况的调查与预测；
Ø国内外现有生产能力、产量及销售情况；
Ø产品的销售预测、竞争能力及进入国际市场的前景。
（3）产品的生产方案及生产规模
Ø生产规模和装置组成，确定规模的理由；
Ø产品方案的选择和对比，包括产品、中间产品和副产品。
（4）工艺技术方案
Ø国内外工艺技术概括；
Ø工艺技术的对比和选择，新技术的先进性和可靠性；
Ø引进技术来源、特点及推荐理由，转让费估算，引进方式及消化吸收建议；
32
Ø生产工艺流程说明；
Ø主要设备选择，如需引进技术应提出国内外设备分交方案；
Ø消耗指标。
（5）原材料、燃料及动力供应
（6）建厂条件、厂址选择
Ø厂址自然、经济、社会、交通运输等条件的概述；
Ø几个可供比较方案的比较与论证、选定的理由。
（7）总图、储运、土建和公用工程、辅助设施
（8）环境保护及安全、工业卫生
Ø本项目三废、粉尘、放射性废物排放情况好治理措施;
Ø本项目对环境的影响，并进行评价。
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（9）工厂组织、劳动定员和人员培训
（10）项目实施规划
Ø建设周期的规划，各阶段实施进度及正式投产的时间；
Ø建筑安装工作量及施工组织计划、进度表；
（11）投资估算和资金筹措
Ø投资估算的原则和依据；
Ø单项工程及建设总投资的估算；
Ø资金来源（包括人民币和外汇来源）、筹措方式、利率及计息方法、贷款偿还年限及偿还方式。
（12）经济效益评价及社会效益评价
Ø产品成本估算，销售收入估算;
Ø编制财务计算报表，主要有财务现金流量表、利润表、财务平衡表、借款偿还平衡表；涉外项目还要有外汇流量表和资产负
债表。
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Ø按规定计算主要评价指标，静态指标有投资利润率、投资利税率、投资收益率、投资净产值率、投资回收期等；动态指标有财务内部收益率、财务净现值、财务外汇净现值、净现值率、投资回收期。
Ø清偿能力分析；
Ø不确定性分析，包括盈亏平衡分析、敏感性分析、概率分析；
Ø方案比较指标，有差额投资收益差额投资回收期、差额内部收益率及现值比较法、年费用比较法等；
Ø社会效益评价：
如节能、环境、节汇创汇、合理利用资源、就业等
（13）综合评价及结论
Ø主要方案的选择和推荐意见；
Ø对项目方案从技术和经济、从宏观经济效益与微观经济效益作
出结论。
（参见word）35
（二）可行性研究的步骤
（1）开始筹措
（2）调查研究
（3）优化选择方案（4）详细研究
（5）编写报告（6）资金筹措
（三）可行性研究的依据、作用和注意事项
1.主要依据
（1）项目建议书和委托单位的设想说明；
（2）国家经济建设的方针、政策和长远规划；
（3）经国家正式批准的资源报告、土地开发整治规划等；
（4）可靠的自然、地理、气象、地质、社会经济的基础资料；
（5）有关工程技术方面的标准、规范、指标等；
（6）国家公布的用于进行项目评价的有关参数。
2.主要作用
（1）作为建设项目投资决策和编制设计任务书的依据
（2）作为向银行申请贷款的依据
（3）作为与建设项目有关的各部门商谈合同的依据
（4）作为建设项目开展初步设计的基础
（5）作为安排基本建设计划和开展各项建设前期工作的依据
（6）作为环保部门审查建设项目对环境评价的依据
3.应注意事项
（1）可行性研究应具有科学性和独立性
（2）可行性研究的深度需满足要求
（3）承担可行性研究工作的单位应具备条件
（4）可行性研究报告要进行审批
2.5.3编制设计任务书
可行性研究报告经上级主管部门批准后，即可编写设计任务书—项目设计依据。
（1）项目设计的目的和依据；
（2）生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；
（3）矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、
设运输等协作条件；
计
任（4）资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；
务（5）厂址与占地面积和城市规划的关系；
内
书（6）防空、防震等的要求；
容（7）建设工期与进度计划；
（8）投资控制数；
（9）劳动定员及组织管理制度；
（10）经济效益、资金来源、投资回收年限。
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2.5.4初步设计
任务：
根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在
技术上的可能、经济上合理的最佳方案。
目的：
提供给建设单位和主管部门审查编制：
设计单位项目部组织各专业完成，工艺专业总负责。
工作内容：
Ø确定全厂性的设计原则、标准和方案及水、电、汽供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题
Ø编制初步设计书说明书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。
Ø根据项目的大小，还可能进行扩大初步设计。
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设计任务书
工艺路线与生产方法的确定
扩物料衡算
大
初能量衡算
步
设设备工艺计算及选型号
计
程工艺流程图设计
序
图
车间布置设计
工艺流程方框图
物料平衡图原料用量、消耗定额及三废排放表
能量消耗综合表
设备一览表非定型设备条件表
带控制点工艺流程图
车间平面及装门面布置图
概算概算书、投资额及材料表
编写设计说明书
扩大初步设计说明书
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扩大初步设计的任务：
❑根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。
❑编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。
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2.5.5施工图设计
根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施图设计。
目的：
提供施工用的施工图纸及说明、工程预算书。
编制：
设计单位项目计划部组织各专业完成，一般由工艺和配
管专业总负责。
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施工图设计的工作内容：
在扩大初步设计基础上，完善流程图
设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温防腐设计。
工艺专业在施工图设计的主要工作内容
工工设设非艺艺备备定图流布一型纸程置览设目图图表备录制造
图
设管管设保备道架备温安布管管及装置件口防图图图方腐位设
图计
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2.5.6现场服务
在向施工单位和建设单位进行设计交底之后，工程建设
正式开始，设计工作转入现场服务阶段。
Ø设计代表：
在设计的各阶段，有大量的各专业人才参加；在基本建设和试车阶段，只需少量的各专业设计代表参加。
Ø设计代表的任务：
参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），装置建成后参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。
Ø现场服务：
一般抽调相关专业设计人员组成现场小分队，并由设计单位委任一名设计代表，负责组织处理现场出现的相关问题，必要时向设计单位汇报请示处理方案。
这一阶段最大的工作量是根据现场情况出修改通知单。
试车、考核、验收
工程建成后，要进行吹扫试密、质检验收、投料试车等工作，直到操作正常，生产出合格产品（各项指标满足设计要求），交付建设单位使用，设计工作才告一段落。
工程总结、设计回访
设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。
为了设计工作的精益求精，设计回访也是一项有着重要意义的工作，设计人员可以向一线操作人员学习很多有价
值的知识。
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2.6设计内容
一、化工设计主要内容
工艺设计总图设计设备设计
化工设计是工艺设计人员和非工艺设计人员集体智慧的结晶，各个专业之间紧
化管路设计工土建设计设
计电气设计
自控设计给排水设计采暖通风设计技术经济
非工艺设计
密联系，同时又有不
同的任务和要求。
Ø化工工艺设计是主体；
Ø工艺设计为其他专业提供设计条件和数据；
Ø解决和统一各专业的合理
要求，确保设计质
升级会员 