化工工艺施工图设计研修班.docx
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化工工艺施工图设计研修班
化工工艺施工图设计技术专题研修班
讲
义
2016年6月
1概述——化工装置设计的特性
1.1介质特性
腐蚀性
易爆、易燃
毒性及污染环境
高温、低温
真空、高压
1.1.1介质流体分类
1．毒性
介质毒性程度参照《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044的规定分为四级，其最高容许浓度分别为：
Ⅰ级（极度危害）小于等于0.1mg/m3，
GB50316中A1类
Ⅱ级（高度危害）0.1~1.0mg/m3，
GB50316中A2类
Ⅲ级（中度危害）1.0~10mg/m3，
GB50316中A2类
Ⅳ级（轻度危害）大于10mg/m3。
GB50316中A2类
毒性危害程度分级依据
指标
分级
Ⅰ
（极度危害）
Ⅱ
（高度危害）
Ⅲ
（中度危害）
Ⅳ
（轻度危害）
急性
毒性
吸入LC50,mg/m3
经皮LC50,mg/kg
经口LC50,mg/kg
﹤200
﹤100
﹤25
200—
100—
25—
2000—
500—
500—
＞20000
＞2500
＞5000
急性中毒发病状况
生产中易发生中毒，后果严重
生产中可发生中毒，愈后良好
偶可发生中毒
迄今未见急性
中毒，但有急
性影响
慢性中毒患病情况
患病率高
（≥5%）
患病率较高（<5%）或症状发生率高（≥20%）
偶有中毒病例发生或症状发生率较高（≥I10%）
无慢性中毒而有慢性影响
慢性中毒后果
脱离接触后，继续进展或不能治愈
脱离接触后，可基本治愈
脱离接触后，可恢复，不致严重后果
脱离接触后，自行恢复，无
不良后果
致癌性
人体致癌物
可疑人体致癌物
实验动物致癌物
无致癌性
最高容许浓度mg/m3
﹤0.1
0.1—
1.0—
＞10
2．可燃易燃性
可燃气体的火灾危险性分类见下表。
可燃气体的火灾危险性分类
类别
可燃气体与空气混合物的爆炸下限
甲
<10%（体积）
乙
≥10%（体积）
GB50160-92《石油化工企业设计防火规范》中对液化烃，可燃液体的火灾危险性如何分类？
液化烃、可燃液体的火灾危险性分类见下表。
液化烃、可燃液体的火灾危险性分类
类别
名称
特征
甲
A
液化烃
15℃时的蒸汽压力>0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体
B
可燃液体
甲A类以外，闪点<28℃
乙
A
闪点≥28℃至≤45℃
B
闪点>45℃至<60℃
丙
A
闪点≥60℃至≤120℃
B
闪点>120℃
3．耐腐蚀性等级分类
酸、碱、尿素、NH3、氢、氧、氯离子、硫化氢汽、CO2汽等在不同温度不同浓度下的腐蚀性。
耐腐蚀等级分类
分类
年腐蚀率
充分耐腐蚀材料
﹤0.05mm/年（可充分利用）
耐腐蚀材料
0.05～0.1mm/年（可使用）
尚耐腐蚀材料
0.1～0.5mm/年（可加大腐蚀裕度）
不耐腐蚀材料
＞0.5mm/年（不能用）
4.GB50316-2000《工业金属管道设计规范》中对流体的分类
A1类流体categoryA1fluid
在本规范内系指剧毒流体，在输送过程中如有极少量的流体泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触时，能造成严重中毒，脱离接触后，不能治愈。
相当于现行国家标准《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044中Ⅰ级（极度危害）的毒物。
A2类流体categoryA1fluid
在本规范内系指有毒流体，接触此类流体后，会有不同程度的中毒，脱离接触后可治愈。
相当于《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044中Ⅱ级及以下（高度、中度、轻度危害）的毒物。
B类流体categoryBfluid
在本规范内系指这些流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体，这些流体能点燃并在空气中连续燃烧。
D类流体categoryDfluid
指不可燃、无毒、设计压力小于或等于1.0MPa和设计温度介于-20~186℃之间的流体。
C类流体categoryCfluid
系指不包括D类流体的不可燃、无毒的流体。
1.2生产特性
要求连续稳定（大型装置一、二年才停车检修），开停车耗时、化钱。
1.3设计特性
要求物料与热量的基本平衡
工艺流程复杂，控制要求很高
各专业、各设计环节都涉及安全因素内容
设备和管道材料种类多、针对性强
1.4众多的标准和规范
2化工厂建设及化工设计的程序
规范的项目建设程序需通过项目建议、可行性研究、初步设计直至施工图设计等几个阶段。
2.1项目建议书
项目建议书是基本建设程序中最初阶段的工作，是对建设项目的轮廓设想和立项的先导，是为建设项目得以立项而提出的建议。
文件内容包括市场初步分析、原材料供应、产品规模、初步厂址、预计投资和效益等内容。
其重点是论述项目建设的必要性。
2.2可行性研究报告
上级部门批准项目建议书、设计单位与建设单位签订委托合同后，便可以进行该建设项目的可行性研究。
在可行性研究报告中，对建设项目的产品品种、工艺路线、生产方法、建设规模市场分析并结合厂址总图布置、交通、水电汽供应、环境保护、安全卫生等进行技术、经济的先进性和合理性的全面分析论证，通过多方案比较，提出评价意见。
此后还需编制单项工程估算及全厂总投资估算。
对投资进行分析，拟定资金筹措方式，进行财务及国民经济评价，提出评价结论。
最终将完成的《可行性研究报告》提交上级主管部门，由上级部门主管人员并邀请相关部门及专家对其进行评估，提出评估意见，最终由上级主管部门对该项目《可行性研究报告》作出批复。
其重点是评价项目建设的可行性。
2.3初步设计
初步设计是根据已批准的可行性研究报告，确定全厂性的设计原则、设计标准、设计方案和重大技术问题，如总工艺流程、生产方法、工厂组成、总图布置、水电汽的供应方式和用量、关键设备和仪表选型、全厂贮运方案、消防、职业安全卫生、环境保护和综合利用以及车间或单项工程的工艺流程和各专业设计方案等，编制出初步设计文件与概算。
初步设计是确定建设项目的投资额、征用土地、组织主要设备及材料采购，进行施工准备、生产准备以及施工图设计的依据；亦是编制施工组织设计、签订建设总承包合同、银行贷款以及实行投资包干和控制建设工程拨款的依据。
引进的化工建设项目，在外国专利商提供的专利技术或基础设计的基础上进行工程化，完成基础工程设计，并应完成初步设计，供主管部门审查。
初步设计文件的组成除了说明书、图纸、表格外，还应该有详细的物料衡算、热量衡算以及重大的、主要的设备计算书。
初步设计完成后，由上级主管部门或其委托单位组织建厂所在地的有关部门（如环保、消防、运输、财政等）人员及专家；建设单位相应专业的各类人员进行审查，提出修改、补充、深化等意见和建议并作出审查意见。
设计单位在进行施工图设计中将考虑、贯彻上述意见并完成施工图设计（详细工程设计）。
2.4若干变通的设计程序
除了上述较规范的设计程序外，也有下列变通的情况和做法：
1、有的重大项目还有预可行性研究阶段。
2、初步设计前增加总体设计，重点解决好总建设规模和多种产品的合理配合、总平面规划、总工艺流程、分装置投资和总投资以及各分包设计单位的设计界区、交接点等重要条件。
3、应建设单位要求，在初设前也可先做一个方案设计，供建设单位审查，为随后的初步设计顺利、合理地完成打下稳妥的基础。
3施工图设计程序
施工图设计的主要任务及施工图设计程序
3.1施工图设计是把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据建筑安装工程或设备制作的需要，进一步具体化。
把工程设计各个组成部分的布置和主要施工方法，以图样及文字的方式加以确定，并编制设备、材料明细表。
3.2施工图设计是为了满足建筑工程施工、设备、仪表、电气及管道等安装、设备的制作及控制工程建设造价的要求。
3.3施工图设计可作为生产准备的依据。
3.4施工图设计程序
目前本公司大多数项目仍按传统的设计模式（老体制）进行施工图设计，也增设了一些新的专业如：
管道材料控制、管道力学、设备布置以及管道布置等专业，以利于设计质量的提高。
整个施工图设计可分为三个主要阶段：
1）准备一次条件及开工报告
2）开展施工图设计，并适时的提出有关专业条件
3）在完成PID、设备布置图、管道布置图、管口方位图、平台梯子图基础上，继续完成管道轴侧图、设备表、管道材料表、综合材料表、管道支架一览表等，并适时提出有关二次条件以及最终就工艺专业提出的条件对其它专业的设计文件会签等。
4）最后编图纸目录、写施工图说明，设计文件经室级院级质保部门审查后入档案室归档及发送。
5）继续将保温、防腐专业条件提出。
（详见《施工图设计程序表》）
4.施工图设计（开工报告前）的技术准备工作
4.1设计基础及设计依据的最终确定
4.1.1对已批准初步设计中的设计基础、总平面布置、主要工艺流程、主要设备选型、建筑型式及规模标准予以确认，并不得随意变更。
4.1.2对初步设计审查中提出的修改意见，认真修改后经室、公司级技术方案论证后确定。
4.1.3对初步设计审查中提出的尚需落实、深化的技术问题需明确专人及时间予以解决。
4.1.4对厂区有关地质、边界及水、电、汽、燃料等公用管道的接点条件及建厂方对化工装置中工艺、设备、自控、电气、给排水、环保等主要专业的具体技术要求要进一步讨论确定，并应形成书面的会议纪要作为开展施工图设计的依据。
4.2最终版的计算书、工艺物料流程图（PFD）和设备数据表
根据最终确定的设计基础和设计依据的数据，重新整理修改计算书以及工艺物料流程图（PFD），以便确定装置管径、设备数据（特别是引进设备）等工艺参数，并要求设备供应商提供例图设备总图、重量及安装条件图以作为施工图设计依据。
详见全厂物料平衡图及工艺物料流程图（PFD）
4.3专业统一规定
为了确保项目各主项施工图设计文件在图面、图签、图形、文字、线条、分层、标注等都一致；为了补充施工图统一规定的不足；也为了对公司工作手册有关技术规定的一些内容需要强调统一做法的诸方面做出规定，通常各专业还向各主项发布专业统一规定。
主要内容如下：
4.3.1应遵守的专业设计标准、规范和规定。
4.3.1.1公司工作手册中有关专业的工程及技术规定。
4.3.1.2各行业协会发布的有关设计规定。
4.3.1.3防火，防爆、安全、卫生及环保方面的规定与标准。
4.3.1.4管道、法兰、管件、垫片、紧固件选用标准。
4.3.1.5管架设计标准。
4.3.1.6装置施工及验收规范。
4.3.2设计中需要统一做法的内容
4.4施工图设计的一次条件
4.4.1设备及机泵条件
施工图开展前最早应提出的是设备条件及机泵选用条件。
这是因为非标设备设计周期较长，而从订货、制造到成品运到现场周期更长。
也因为化工装置设计中的其他条件如设备布置、土建、自控、电气、给排水等专业设计条件都建立在设备专业返回的设备总图及设备安装条件的基础之上。
关于机泵的条件也需及早提交给供应商以便供应商返回合适的机泵数据表并提供土建厂房、设备基础、自控、电气、水汽等专业施工图设计所需的条件。
所以要尽早提出设备和机泵条件。
4.4.1.1塔类设备条件
1）、介质条件：
（1）介质名称、组分、流量、重量、粘度、比重等。
（2）含特殊腐蚀性介质的组分及含量（如H2S,SO2,HCN,Cl-,F-等）。
（3）操作温度、操作压力。
2）、通用设备条件：
（1）塔径、塔高、塔裙高。
（2）推荐材料。
（3）接地板是否保温、保温层厚度和重量。
（4）对重量大、外形高大的高塔，应该要求设备提供土建埋地脚螺栓用的底座模板规格。
3）、管口条件：
（包括人孔、装卸填料触媒孔）
（1）管口符号、管口名称及规格、介质名称及用途
（2）法兰标准、密封面型式、是否需要配对供应法兰及紧固件
（3）管口位置和伸出长度。
4）、塔结构条件
（1）塔板型式、泡罩型式、浮阀形式、开孔率、塔板数、板间距、检修手孔位置和规格或由工艺提出相关条工艺条件给供应商设计、制造。
（2）除沫器形式、液体或气体分布器型式、位置、防冲板、防溢口、取样口
（3）自控检测点位置、规格
5）、特殊条件（根据塔型而有不同内容）：
（1）填料层层数、每层高度、层间距。
填料型式及规格、填料材料、填料堆比重。
（2）触媒层层数、每层高度、层间距。
触媒型式及规格、触媒型号、颗粒大小、堆比重。
触媒层上下部瓷球规格及层高。
（3）气体分布板、测温计接口安装位置及安装型式
6）、塔顶吊装杆
4.4.1.2反应器设备条件（包括脱硫槽、加氢反应槽等）
1）、介质条件
（1）介质名称、组分、流量
（2）操作温度、操作压力
2）、通用条件
（1）反应器直径、高度（直筒段）、裙座高
（2）推荐材料、接地板、吊装杆
（3）保温层厚度
（4）气体进口防冲板
3）、管口条件
（1）管口符号、管口名称、规格（PN、DN）及用途
（2）管口法兰标准、密封面型式、伸出长度
4）、特殊条件
（1）触媒层层数、每层高度、层间距
（2）触媒型号、颗粒大小、堆比重
（3）触媒层上、下部瓷球规格、层高
（4）测温计安装位置及安装型式
4.4.1.3热交换器设备条件
1）、热交换器的分类
（1）按工艺功能分类
①冷却器：
冷却工艺物流的设备。
一般冷却剂多采用水。
若冷却温度较低时，
可采用氨或氟利昂为冷却剂。
②加热器：
加热工艺物流的设备。
一般多采用水蒸汽作为加热介质，当温度要求高时可采用导热油（或道生）、熔盐等作为加热介质。
③再沸器：
用于蒸馏塔底蒸发物料的设备。
其中热虹吸式再沸器被蒸发的物料依靠液位压差自然循环。
动力循环式再沸器，被蒸发物流用泵进行循环。
④冷凝器：
蒸馏塔顶物流的冷凝或者反应器的冷凝循环回流的设备。
分凝器，用于多组分的冷凝。
最终冷凝温度高于混合组分的泡点，仍有一部分组分未冷凝，以达到再一次分离的目的。
另一种含有惰性气体的多组分的冷凝。
排出的气体含有惰性气体和未冷凝组分。
⑤全凝器：
多组分冷凝器的最终冷凝温度等于或低于混合组分的泡点，所有组分全部冷凝。
为了贮存目的可将冷凝液再过冷。
⑥蒸发器：
专门用于蒸发溶液中的水份或者溶剂的设备。
⑦过热器：
对饱和蒸汽再加热升温使之成为过热蒸汽的设备
⑧废热锅炉：
从工艺的高温物流或废气中回收其热量而发生蒸汽的设备。
⑨换热器：
两种不同温位的工艺物流相互进行显热交换能量的设备。
（2）按传热方式和结构分类
①通过间壁传递热量式
间壁式换热器的特性表
分类
名称
特性一览表
管
壳
式
固定管板式
使用广泛，已系列化；壳程不易清洗，管壳两物流温差>60℃时应设置膨胀节，最大使用温差不应大于120℃
浮头式
壳程易清洗；管壳两物流温差>120℃时，内垫片易渗漏
填料函式
优缺点同浮头式，造价高，不宜制造大直径
U型管式
制造、安装方便，造价较低，管程耐高压；但结构不紧凑、管子不宜更换和不宜机械清洗
板
式
板翘式
紧凑、效率高，可多股物流同时热交换，使用温度≯150℃
螺旋板式
制造简单、紧凑，可用于带颗粒物料，温位利用好；不易检修
伞板式
使用简单、紧凑、成本低、易清洗，使用压力≯12kgf/cm2,使用温度≯150℃
波纹板式
紧凑、效率高、易清洗，使用温度≯150℃，使用压力≯15kgf/cm2
管
式
空冷器
投资和操作费用一般较水冷式低，维修容易，但受周围空气温度影响大
套管式
制造方便、不易堵塞，耗金属多，使用面积不宜>20m2
喷淋管式
制造方便，可用海水冷却，造价较套管式低，对周围环境有水雾腐蚀
箱管式
制造简单占地面积大，一般作为出料冷却
液
膜
式
升降膜式
接触时间短、效率高，无内压降。
浓缩比≤5
括板薄膜式
接触时间短，适用于高粘度、易结垢物料。
浓缩比11～20
离心薄膜式
受热时间短、清洗方便，效率高。
浓缩比≤15
其他型式
板壳式
结构紧凑、传热好、成本低、压降小，较难制造
热管
高导热性和导温性，热流密度大，制造要求高
②直接接触传递热量式
木质格栅
纸质油浸蜂窝式
格栅铝质波纹板式
陶质波纹板式
填料塔式拉西环等各种填料
湍球塔
塔式栅板式
孔板式斜板式
直接接触式淋降板式
文丘里式
喷射式管孔喷淋式
管道内的注入式
2）、管壳式换热器条件
（1）介质条件
①冷侧（管程或壳程）：
介质名称、组分，流量，进出口温度、压力。
②热侧（管程或壳程）：
介质名称、组分，流量，进出口温度、压力。
（2）通用条件
①型式、直径、直管段管长、总长、列管规格Φ外×δ（厚度）
②换热面积、热负荷GJ/h、壳程隔板间距、高度
③保温层厚度、鞍座位置（卧式）、支耳位置（立式）
型式分类详见附表《换热器型式代号表》
（3）管口条件
①管口符号、管口位置、管程及壳程介质进出管口规格（DN）、压力等级（PN）
②法兰型式、规格（PN，DN）、密封面型式、伸出长度、法兰标准号
③导淋及放空口、防冲板
（4）附表：
管壳式换热器形式代号表
管壳式换热器及冷却器条件表
管壳式冷凝器条件表
管壳式再沸器（蒸发器）条件表
3）、螺旋板式换热器条件
（1）介质条件
①冷侧：
介质名称、组分、流量、进出口温度、压力
②热侧：
介质名称、组分、流量、进出口温度、压力
（2）通用条件（需附图）
①型式与规格：
Ф×H
螺旋通道的厚度、高度、圈数、通道长度、材料
换热面积、热负荷（GJ/h）
②保温层厚度
（3）管口条件（需附图）
①管口符号、管口位置及伸长长度、管口规格（管径DN/PN）
②法兰压力等级、型式与规格（PN、DN），密封面型式、法兰标准号
③导淋与放空口、位置与规格
4）、再沸器
（1）介质条件
①冷侧：
介质名称、组分、流量、进出口温度压力
②热侧：
加热蒸汽的压力、流量
（2）通用条将（需附图）
①型式与规格：
立式还是卧式，立式与列管还热器同，卧式则要提加热釜直径、切线长及总长，换热管规格与换热面积,热负荷GJ/h。
②保温层厚度
（3）管口条件（需附图）
冷侧进出料管口，热侧蒸汽进口与冷凝液出口，再沸器、加热釜头放气管及导淋，压力温度表接管，液位计安全阀接口，亦有热工艺介质来加热或产生蒸汽的类似再沸器的设备（称低压蒸汽发生器）
4.4.1.4容器类设备条件
1）、容器类设备种类有：
（1）贮存液体物料所用的贮槽（罐）：
有立式、卧式，有的设盘管加热器或加热夹套，有的带搅拌器。
（2）有一定功能的容器：
如过滤器、除沫器、分离器、沉降槽、混合器、缓冲罐。
（3）以混凝土为主结构设有钢盖板的大型容器类设备。
2）、容器类设备的设备条件有：
（1）通用条件：
介质名称，组分，浓度，密度，压力，温度，有效容积，规格尺寸，
含颗粒度情况。
管口条件：
管口符号、名称、位置、规格，连接法兰规格（DN，PN）型式、标准号、自控监测点接管位置、规格，人孔，备用口等。
设备材料，衬里层材料、厚度，防腐保温要求，设备支架。
（2）特别要求：
如过滤部分的开孔率、孔大小、套不锈钢钢丝网的目数、除沫器的型式、规格，搅拌器（包括电机条件），加热盘管或加热夹套条件。
对于以混凝土为主结构的容器类设备应向土建提条件（位置、尺寸、内衬及防腐要求）而钢制顶盖向设备专业，钢制顶盖与土建槽顶的安装设计由设备专业向土建专业提条件。
（3）设备条件应附简图
4.4.1.5机泵条件
1）、泵的类型、各类泵的特性及主要泵的适用范围：
（1）泵的类型、各类泵的特性及主要泵的适用范围。
①泵的类型
根据泵的工作原理和结构，泵的类型有如下几种：
单吸泵、双吸泵
单级泵、多级泵
离心泵 蜗壳式泵、分段式泵
立式泵、卧式泵
屏蔽泵、磁力驱动泵
高速泵
叶片式泵单级泵、多级泵
旋涡泵
离心旋涡泵
混流泵
泵
轴流泵柱塞（活塞）泵、隔膜泵
电动泵计量泵
往复泵蒸汽泵
容积式泵转子泵－齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵
其它类型泵－喷射泵、空气升液泵、电磁泵
②主要泵的适用范围
③各类泵的特性
指标
叶 片 泵
容积式泵
离心泵
轴流泵
旋涡泵
往复泵
转子泵
操
作
与
维
修
流量
调节方法
出口节流
或改变转速
出口节流或改变叶片安装角度
不能用出口阀调节，只能用旁路调节
同旋涡泵，另还可调节转速和行程
同旋涡泵
自吸作用
一般没有
没有
部分型号有
有
有
启动
出口阀关闭
出口阀全开
出口阀全开
维修
简便
麻烦
简便
适用范围
粘度较低的各种介质
特别适用于大流量，低扬程，粘度较低的介质
特别适用于小流量较高压力的低粘度清洁介质
适用于高压力，小流量的清洁介质（含悬浮液或要求完全无泄漏可用隔膜泵）
适用于中低压力，中小流量尤其适用于粘性高的介质
选用举例
首先选 用离心泵根据流量大小选用单吸泵双吸泵或小流量离心泵根据扬程高低，选用单级多级泵或高速离心泵
大流量低扬程时选用
小流量，高扬程汽蚀要求不高时，介质含气量>5%，流量较小，且粘度小于37.4mm2/s时。
小流量高扬程汽蚀要求高时，允许流量有脉动者。
介质粘度大（大于650~1000mm2/s,时）
2）、泵的选用条件
（1）工艺条件
①输送介质的物理化学性能。
介质名称，组分，毒性，腐蚀性。
介质颗粒含量及颗粒大小，是否结晶。
介质的密度，粘度。
②输送介质的操作条件及参数
a）要求泵连续或间歇操作。
b）要求泵的流量：
正常流量:
物料衡算得出的流量m3/h
额定流量（最大流量）：
为正常流量x（1.1~1.15）m3/h
c）要求泵的扬程：
计算扬程：
工艺装置所需的扬程值（m液柱）
额定扬程：
装置所需最大扬程x（1.05~1.10）m液柱
d）泵的进口压力（Ps）和出口压力（Pd）
进出口压力的大小影响到壳体的耐压及轴封的要求。
e）泵的进口介质温度
一般应给出正常，最低和最高温度，此值会影响到泵的净正吸入压头（NPSHa）及泵材料的选用。
f）装置的有效汽蚀余量（净正吸入压头）NPSHa
③现场条件
a）室内或室外，采暖不采暖。
b）爆炸危险区域的划分等级。
c）操作环境中沙尘及水分对泵电机，密封等级的要求
d）环境温度，相对温度，大气压力，大气腐蚀状况等
3）、泵的选用步骤
（1）确定泵的类型
泵的类型应根据装置的工艺参数，输送介质的物理和化学性质，操作周期和泵的结构等同类合理选择。
离心泵具有有结构简单，输液无脉动，流量调节简单等优点，因此应尽可能用离心泵
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