化工工藝系統(tǒng)設(shè)計

1、《化工工藝系統(tǒng)設(shè)計》,主講：徐謀源,1 概述1.1 化工工藝系統(tǒng)設(shè)計人員必須具備的基本條件 要建設(shè)一個化工廠，必須具有一批化工工藝專業(yè)技術(shù)人員，同時也必須具有一批化工工藝系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計人員，這些專業(yè)人員必須具備的基本化工專業(yè)知識與工藝專業(yè)基本相同且各有側(cè)重，包括以下幾點： ● 掌握化工基本理論 ● 掌握化工工藝系統(tǒng)設(shè)計方法和技能 ● 熟悉較廣泛的相關(guān)專業(yè)知識 ● 熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準規(guī)范 ● 實

2、際的工程經(jīng)驗,1.2 化工工藝專業(yè)和工藝系統(tǒng)專業(yè)的區(qū)別 工藝系統(tǒng)專業(yè)主要是將工藝專業(yè)提供的PFD發(fā)展成為能指導(dǎo)施工、安裝、正常開車停車、事故停車、滿足生產(chǎn)要求的PID。,2 工藝系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和深度 2.1 管道及儀表流程圖（PID)PID在工藝包階段就開始形成初版，隨著設(shè)計階段的深入，不斷補充完善深化，它分階段和版次分別發(fā)表。PID各個版次的發(fā)表，表明了工程設(shè)計進展情況，為工藝、自控、設(shè)備、電氣、電訊、配管、管機、管材、

3、設(shè)備布置和給排水等專業(yè)及時提供相應(yīng)階段的設(shè)計信息。PID是基礎(chǔ)設(shè)計和詳細設(shè)計中主要成品之一，它反映的是工藝設(shè)計流程、設(shè)備設(shè)計、設(shè)備和管道布置設(shè)計、自控儀表設(shè)計的綜合成果。,2.2 公用工程管道及儀表流程圖(UID)UID包含了： (1)在工藝流程中重要考慮的公用工程配套設(shè)施，如工藝用水、蒸汽、儀表空氣、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空系統(tǒng)等。 (2)與其他專業(yè)密切配合的公用工程，如生產(chǎn)用電、給排水、空調(diào)采暖通風(fēng)等。2.

4、3 化工管道設(shè)計2.4 設(shè)置和選擇必要的安全設(shè)施，如安全閥、爆破片、限流孔板、阻火器等。,2.5 機泵的安裝設(shè)計2.6 確定設(shè)備、管道的布置原則及要求2.7 編制管道數(shù)據(jù)表2.8 進行必要的系統(tǒng)安全分析,3 化工管道設(shè)計 3.1 化工管道設(shè)計的原則 化工裝置的工藝管道設(shè)計應(yīng)在滿足工藝要求和安全生產(chǎn)的前提下，求得最經(jīng)濟的管徑。要求工藝系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)流體力學(xué)知識，從生產(chǎn)裝置的不同工藝要求進行管道工藝設(shè)計，并符合有關(guān)介質(zhì)

5、安全設(shè)計規(guī)定。在管道工藝設(shè)計時，一般應(yīng)考慮以下原則。,3.1.1 經(jīng)濟管徑管徑選擇方法對化工裝置的經(jīng)濟效果十分重要，一個化工裝置的管道投資往往占整個裝置投資的10%?20%，如果任意放大管徑，不僅增大了管壁厚度和管子重量，還增大了相應(yīng)的閥門和關(guān)鍵的尺寸，增加了保溫材料的用量以及管子支吊架的荷重。因此在計算管徑時應(yīng)盡量選用較高的流速，以減小管徑。但是，隨著流速的增大，管內(nèi)摩擦阻力也加大，增加壓縮機和泵的功率消耗和操作費用。因此，需在建設(shè)

6、投資和操作費用之間尋找最佳結(jié)合點，即成本最低，來求得經(jīng)濟管徑。,在初選管徑時，由于條件所限，還無法從建設(shè)投資和操作費用兩者中尋找最佳結(jié)合點的角度來求得經(jīng)濟管徑，但可以采用查取常用流速范圍，（見P606?609,表8.3.2-1）和管道壓力降控制表（見P610?611,表8.3.2-2，表8.3.2-3）的方法，這樣計算得到的管徑比較接近經(jīng)濟管徑。3.1.2 壓力降要求一般情況下，管道是按閥門全開情況下計算壓力降的，否則流量將難以滿足

7、工藝需要。一般對于允許壓力降較小的流體，流量小的流體、粘度較大的流體則應(yīng)選取較低的流速。反之，則應(yīng)選取較高的流速。,3.1.3 工藝控制要求在一般情況下，調(diào)節(jié)閥壓降應(yīng)占整個控制系統(tǒng)總壓力降的30%左右，這樣調(diào)解閥的開大關(guān)小對流量控制就比較明顯，易于調(diào)節(jié)。3.1.4 限制管壁磨損金屬的耐腐蝕性能，在大多數(shù)情況下，主要依靠其接觸腐蝕介質(zhì)表面的一層保護膜，管內(nèi)流速過高會損壞保護膜，引起管道沖蝕和磨損的現(xiàn)象，最終將縮短管道的預(yù)期使用壽命

8、。因此，在進行管道工藝計算時，應(yīng)該注意在下列條件下會使腐蝕速率加快，必須采取限制流速的措施。,（1）腐蝕介質(zhì)會引起管壁脆弱。 （2）軟金屬管（如鉛或銅） （3）工藝介質(zhì)中存在有腐蝕性的固體顆粒 （4）帶有大量管件的管道將導(dǎo)致高的湍流 如遇到上述問題時，應(yīng)采取限制流速的方法，建議液體最大的流速為2m/s,部分腐蝕介質(zhì)的最大流速見下表,3.1.5 滿足介質(zhì)安全輸送的規(guī)定特殊介質(zhì)的流速還應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準，例如：氧氣

9、流速應(yīng)符合（GB50030-1991)氧氣站設(shè)計規(guī)范氫氣流速應(yīng)符合（GB5077-1993)氫氣站設(shè)計規(guī)范乙炔流速應(yīng)符合（GB50031-1991)乙炔站設(shè)計規(guī)范部分流體最大流速可參見下表：,在沒有數(shù)據(jù)情況下，可根據(jù)已有生產(chǎn)裝置的情況，經(jīng)核算，求出有關(guān)流速數(shù)據(jù)。,3.1.6 滿足噪聲控制要求流體在閥門或管道內(nèi)的流速越高，噪聲也越高，降低流速可以減小噪聲。一般氣體管道內(nèi)流速的限制值見下表：,3.2 系統(tǒng)阻力降分析 3.2.1

10、 伯努利方程 3.2.2 管內(nèi)流動的雷諾數(shù) 3.2.3 磨擦產(chǎn)生的壓力損失 3.2.4 摩擦系數(shù)和管道粗糙度的影響 3.2.5 閥門及管件的當(dāng)量長度3.3 管道中可壓縮流體的阻力計算當(dāng)管道末端的壓力小于始端壓力的80%時，應(yīng)按可壓縮流體的計算方法選擇管徑和計算壓力降。 3.3.1 初選管徑 3.3.2 最終確定管徑 按式8.3.2-1校核（P612),3.4 管道中不可壓縮流體的阻力計算液體和進出口端的壓

11、差小于進口端壓力的20%的氣體都可按不可壓縮流體來進行計算。 3.4.1確定流體的流動狀態(tài)和摩擦系數(shù)λ的求取流動狀態(tài)可用流體的雷諾數(shù)Re表示,Re的計算公式: Re=diuρ/μ當(dāng)Re<2000時，流體的流動處于層流狀態(tài)，管道的阻力只與雷諾數(shù)有關(guān)。 即 λ=64/Re,當(dāng)Re>2000時，流體的流動處于湍流狀態(tài)，管道的阻力與Re和管壁粗糙度ε有關(guān)。而湍流的摩擦系數(shù)λ可分為三個區(qū)域，即水

12、力光滑區(qū)、過渡區(qū)和阻力平方區(qū)。水力光滑區(qū)：當(dāng)管道相對粗糙度ε/d<15/Re時，摩擦系數(shù)λ可按光滑管計當(dāng)3*103<Re<105時 λ=0.3164/Re0.25阻力平方區(qū)：當(dāng)管道相對粗糙度ε/d≥ 560/Re時，摩擦系數(shù)λ與Re無關(guān)，而只取決于相對粗糙度，此時 λ=1/（1.74+2log(di/2ε))2過渡區(qū)：當(dāng)15/Re≤ ε/d ≤560/Re時，摩擦系數(shù)λ與Re數(shù)和管道相對粗糙度ε/d

13、 有關(guān)。 λ=1/（1.74-2log(2ε/di+18.7/Re√λ))2,3.4.2 管道壓力降流體在管道中流動的壓力降ΔPp可分為直管壓力降ΔPf和局部壓力降ΔPt 即ΔPp=ΔPf+ΔPt考慮到估算的直管長度和管件數(shù)量的不準確性，計算出ΔPp應(yīng)乘以1.15安全系數(shù)作為設(shè)計值。 （1）直管壓力降單相流（不可壓縮流體）在湍流區(qū)的直管壓力降的計算 ΔPf=6.26*104λLV2fρ/d5

14、i單相流（可壓縮流體）的等溫流動 ΔPf=6.26*103gλLW2G/d5iρm,(2)局部阻力（P615~P617) 1)當(dāng)量長度法 2)局部阻力系數(shù)法3.5 管道、閥門的噪聲控制 根據(jù)國家標(biāo)準《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》（GBJ87-85)的規(guī)定，工人作業(yè)場所的噪聲控制可見表8.3.4（P620)3.5.1 管道的噪聲控制3.5.2 閥門的噪聲控制,3.6 設(shè)備接管要求

15、 設(shè)計、核算設(shè)備的接管時，要格外注意流體通過設(shè)備管口處的流速、壓降是否在合理數(shù)值范圍內(nèi)，尤其在低壓系統(tǒng)。管接頭、管道處的最大推薦流速值見表8.3.5（P622)3.7 機泵壓差要求在確定機泵的壓差要求是： （1）要考慮到管道阻力計算的誤差，運行過程管道的結(jié)垢使管道阻力增大。一般考慮泵揚程的安全系數(shù)為1.1~1.15。,（2）泵選型后，應(yīng)考慮到制造提供泵的性能曲線或性能一般是在常溫常壓下用清水測得的，若我們輸送的液體的物理性

16、質(zhì)與水有較大差異時，則應(yīng)將泵的性能指標(biāo)流量、揚程換算成被輸送液體性質(zhì)的流量、揚程，與所要求的工藝條件比較確定所選泵的性能是否符合工藝要求。3.7.1 揚程的計算機泵所需要的揚程，是由管網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和操作條件決定的。其計算公式： H=(Pd-Ps)/ρg+HD+HS+∑hfs+∑hfd 式中各符號的含意詳見P623),3.7.2 泵的軸功率的校核 離心泵的軸功率計算公式為 N=QHρ/102η

17、 (參見式8.3.6-2 P623)4 安全設(shè)施的設(shè)置4.1 安全設(shè)施設(shè)置的原則（總平面布置、消防設(shè)計、火災(zāi)報警——均牽涉安全問題），嚴格按國家和行業(yè)有關(guān)的標(biāo)準和規(guī)范，特別是一些強制性規(guī)范。,主要規(guī)范有：石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范GB50160-92，1999 修訂版爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB50058-

18、 92 （危險區(qū)的劃分）建筑物防雷擊設(shè)計規(guī)范 GB50057-92，2000年 版建筑設(shè)計防火規(guī)范 GBJ16-87，2001年版工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準 GBZ1-2002以及其它行業(yè)標(biāo)準和規(guī)范。如果用戶有要求，只要不違背上述主要標(biāo)準，也應(yīng)該按用戶要求。,對于化工裝置、儲運中危險物料的安全控

19、制是防火、防爆最有效的措施，因此必須嚴格遵照上述規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。在PID階段中，化工工程師必須和儀表工程師共同合作，設(shè)計必要的安全保護措施。安全泄壓系統(tǒng)就是其中之一。4.2化工裝置安全泄壓系統(tǒng)為保護人身安全和設(shè)備的完好，必須正確選擇、設(shè)計泄壓裝置，同時要符合規(guī)范與法規(guī)的要求。,一般造成安全隱患的因素有：設(shè)備和機泵等出口堵塞火災(zāi)管道破裂控制閥故障熱膨脹公用工程故障,4.3 閥門設(shè)置的原則閥門設(shè)置是在設(shè)計PID時的一項重要工

20、作，在設(shè)置閥門時必須考慮以下諸因素：輸送流體的性質(zhì)閥門的功能閥門的尺寸閥門的阻力損失閥門的工作溫度和壓力閥門的材質(zhì),4.4 安全閥的設(shè)置在石油化工生產(chǎn)過程中，為了防止由于某些生產(chǎn)事故造成生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力超過設(shè)備和管道的設(shè)計壓力，而發(fā)生爆炸事故，應(yīng)在設(shè)備或管路上設(shè)置安全閥。安全閥適用于清潔、無顆粒、低粘度流體。凡必須安裝安全泄壓裝置而又不適合安裝安全閥的場所，應(yīng)安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用。凡屬下列情況之一的容器必須

21、安裝安全閥： （1）獨立的壓力系統(tǒng)（有切斷閥與其他系統(tǒng)分開）。該系統(tǒng)指全氣相、全液相或與氣相連通； （2）反應(yīng)器異常而引起的超壓,（3）容器的物料來源處沒有安全閥的場合（4）設(shè)計壓力小于壓力來源處的壓力的容器管道（5）容積式泵和壓縮機的出口管道（6）由于不凝氣的累積產(chǎn)生超壓的容器（7）加熱爐出口管道上如設(shè)有切斷閥或控制閥時，應(yīng)在該閥的上游設(shè)置安全閥（8）由于工藝事故、自控事故、電力事故、火災(zāi)事故和公用工程事故引

22、起的超壓部位（9）液體因兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位（10）凝氣透平機的蒸汽出口管道（11）某些情況下，由于泵出口止回閥的泄漏，則在泵的入口管道上設(shè)置安全閥安全閥數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標(biāo)準制作填寫或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定(二）”表11.0.1（P40),4.5 爆破片的設(shè)置下列7種情況優(yōu)先選用爆破片：（P630）●壓力有可能迅速上升的?！裥狗沤橘|(zhì)含有顆粒、易沉淀、易結(jié)晶、易聚合和介質(zhì)粘度較大?！襻尫沤橘|(zhì)有強腐蝕性

23、，使用安全閥時其價格很高?！窆に嚱橘|(zhì)十分貴重或有劇毒，在工作過程中不允許有任何泄漏，應(yīng)與安全閥串連使用。●工作壓力很高或很低時，選用安全閥則其制造比較困難?！癞?dāng)使用溫度較低而影響安全閥的工作特性?！裥枰^大的泄放面積。 爆破片數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標(biāo)準制作填寫，或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定（二）”表（P81),4.6 限流孔板的設(shè)置限流孔板設(shè)置在管道中適用于限制流體的流量或降低流體的壓力。限流孔板常應(yīng)用于下列幾種場合：

24、 （1）工藝物料需要降壓且精度要求不高 （2）在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時，為減少流體對閥門的沖蝕，當(dāng)經(jīng)過孔板節(jié)流不會產(chǎn)生汽化時，可在閥門上游串聯(lián)孔板 （3）流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道（低流量保護管道）、分析取樣管等場所。 （4）需要降壓以減少噪聲或磨損的地方，如放空系統(tǒng)。,4.7 阻火器的設(shè)置阻火器是一種能夠通過氣體的，具有許多細小通道或縫隙的材料組成，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，火焰進

25、入安裝在化工裝置上的阻火器后，被阻火元件分成許多細小的火焰流，由于氣體被冷卻的傳熱效應(yīng)和器壁效應(yīng)所致，使火焰淬滅。阻火器按使用場所分有放空阻火器和管道阻火器，其應(yīng)用場合見P632~633,5 機泵的安裝設(shè)計5.1 泵的凈正吸入壓頭（NPSH)（泵的氣蝕余量），引入泵的氣蝕余量的概念，是防止泵產(chǎn)生氣蝕，使泵能安全正常運行。5.1.1 NPSHr、NPSHa定義及其關(guān)系NPSHr:是泵需要的氣蝕余量，是與泵的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，并隨

26、泵的轉(zhuǎn)速和流量而變。 NPSHr越小，泵抗氣蝕能力越強，NPSHr一般由制造廠測定提供。NPSHr的測定條件是按輸送20℃時的清水。NPSHa:是泵吸入系統(tǒng)給予泵的吸入壓頭，稱為泵系統(tǒng)有效的氣蝕余量，它只與裝置系統(tǒng)有關(guān)，而與泵本身特性無關(guān)。,在系統(tǒng)設(shè)計中，NPSHa必須大于NPSHr，一般情況下至少要大于0.3m。5.1.2 NPSHr的計算 當(dāng)泵制造廠沒有提供該泵的NPSHr時，可自行計算。見P634~6355

27、.1.3 NPSHr的校正 當(dāng)泵輸送的流體不同于20 ℃的清水時，NPSHr應(yīng)進行校正。見P6355.1.4 NPSHa的計算及有關(guān)參數(shù)的選擇 （1）離心泵NPSHa的計算,工程設(shè)計中的簡略公式： NPSHa=100*(Ρl-Ρv)/ρ±H1-ΔPf,inlet (詳見P636) （2）往復(fù)泵NPSHa的計算 P637 （3）NPSHa計算注意事項 P638~639

28、 5.1.5 NPSHa的安全裕量 往復(fù)泵不計安全裕量，對一般離心泵的安全裕量取0.3~1.0m。,5.2 設(shè)備的安裝高度 5.2.1 基本要求 （1）管道配置合理，方便生產(chǎn)操作。 （2）系統(tǒng)水力學(xué)要求 5.2.2泵的安裝高度泵的安裝高度要保證泵在指定條件下工作而不產(chǎn)生氣蝕，若已知泵的NPSHr，可根據(jù)式8.5.2-1或8.5.2-2（P640）計算泵的幾何安裝高度，確定實際安裝高度，再核算有效的NPSHa。

29、若已知泵的安裝高度，可運用公式8.5.1-5（P636)或8.5.1-7（P637)，校核計算NPSHa，其值是否超過NPSHr一定的余量。,5.2.3 借重力流動的管道系統(tǒng) P6415.2.4 沒有泵的壓力管道系統(tǒng) P6415.2.5 熱虹吸管道系統(tǒng) P6415.2.6 負壓管道系統(tǒng) P642,6 設(shè)備、管道的布置和設(shè)計 6.1 設(shè)備的布置原則 （1）盡可能采用露天化、集中化

30、 （2）要滿足工藝要求，方便操作、安裝及維修的要求。要考慮設(shè)備檢修時設(shè)備更換內(nèi)件，填料和觸媒的裝卸場地。 （3）設(shè)備間距要考慮防火、安全等要求 （4）要考慮利用液體自流的位差布置上下設(shè)備，以節(jié)省能耗 （5）根據(jù)機泵和塔器的要求，相對集中布置，以利于操作檢修及管理,（6）笨重或運轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生很大震動的設(shè)備，如壓縮機、巨大的通風(fēng)機、破碎機、離心機等盡量布置在底層。 （7）要考慮5.2.2~5.2.6節(jié)對設(shè)備布置的要求

31、（8）設(shè)備布置中要注意到大口徑熱力管道布置時消除熱應(yīng)力的因素 6.2 管道的布置和設(shè)計 6.2.1 管道的布置要求 共22條見P644~646 6.2.2 管道的隔熱（P647） 一般將保溫、保冷、防燙統(tǒng)稱為隔熱。,6.2.2.1 管道及其組成件的保溫設(shè)計原則（P647)6.2.2.2 管道及其組成件的保冷設(shè)計原則 (P647)6.2.3 管道的涂漆和色標(biāo)要求（P647~648)6.2

32、.4 疏水器6.2.4.1 疏水器設(shè)置原則 共7條 （見P648）6.2.4.2 選型要點 共9條 （見P648～649）6.2.4.3 選型注意事項 共10條 （見P649～650）6.2.4.4 排水量的確定（三步）： 計算凝結(jié)水量 確定安全系數(shù)（通常取2—3） 排水量=凝結(jié)水量*安全系數(shù),6.2.4.5 使用壓力的確定——疏水器大小選擇

33、確定最大使用壓力 Pmax 確定入口壓力 P1 確定出口壓力 P2 計算疏水器工作壓差 △P=P1-P2 計算背壓度 背壓度=P2/P1×100% 背壓對排水量的影響：疏水器排水量是按出口為大氣的工況而測得的，有背壓時需校正（按制造廠商文件）。 公稱直徑選取，以排水量和壓差為依據(jù)，對照疏水器排水量曲線選擇之。 核對排水量Gmax

34、×(1-f)≥Gr （見P653） Gmax：疏水器最大排水量 f：背壓使疏水器排水量下降率% Gr:需要排水量,6.2.4.6 疏水系統(tǒng)設(shè)計要求根據(jù)上述方法選擇了疏水器后，還必須考慮系統(tǒng)設(shè)計要求。系統(tǒng)設(shè)計要求有：● 疏水器不允許串聯(lián)使用?！?多臺用汽設(shè)備不能共用一個疏水器?！?對疏水器入口管的要求： a. 入口管在用汽設(shè)備最低點。 b. 蒸汽

35、管道疏水，應(yīng)在管道底部設(shè)一集液包 (比主管徑小2級，最大DN250)。 c . 凝結(jié)水→疏水器入口盡量短。,d.對于靜力型疏水器要留有1m長管段，不設(shè)絕熱層。e.疏水器帶過濾器。f.凝結(jié)水回收系統(tǒng)，疏水器前設(shè)置切斷閥和排污閥，排污閥在最低點，不設(shè)旁路。g.用汽設(shè)備→疏水閥，坡度4%，少用彎頭。h.若疏水器安裝位置比凝結(jié)水出口位置高,則需設(shè)置返水接頭，見圖8.6.11-2（P654）。,● 疏水器出口管的要

36、求：a.出口管少彎曲，少向上立管，管徑按氣液混合流計算，放大1—2級取值。b.出口管允許抬升高度，取決于疏水器最低入口壓力、背壓、出口管道的壓降、回收設(shè)備、界區(qū)要求壓力。c.出口管向上抬升時，應(yīng)該設(shè)止回閥，若選用有止回功能的疏水器就可以不設(shè)止回閥。d.疏水器后安裝凝結(jié)水回收系統(tǒng)，則疏水器后要設(shè)切斷閥，檢查閥或視鏡。,e.若出口管伸入水槽液面下，則需設(shè)置破真空小孔。 見圖8.6.11—4 （P655）。f.為防止水錘

37、現(xiàn)象，集合管應(yīng)坡向回收設(shè)備。 見圖8.6.11—5（P656）。g.為保證凝結(jié)水暢通，支管與集合管宜順流由管上方接45o斜交。 見圖8.6.11—6（P656）。h.若疏水器設(shè)有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管不能合并。若疏水器沒有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管可以合并。 見圖8.6.11—7 （P656） 以上幾點看來是對配管專業(yè)的要求，但對系統(tǒng)設(shè)計也是十分重要的。,6.3 管道數(shù)據(jù)表 此表格格式各公司大致一樣，稍有差別。

38、但起的作用完全一樣。它是PID上所表示的全部管線信息，便于管線的查找和識別，便于管道設(shè)計、安裝以及試車。它是工藝系統(tǒng)設(shè)計中重要的文件。要編制好管道數(shù)據(jù)表必須掌握了解相關(guān)的管道方面的知識。,6.3.1 管道分類● 根據(jù)ASME、ANSI標(biāo)準，化工廠和煉油廠輸送流體的分類分為4類： (1) D類流體 (2) M類流體 (3) 高壓流體 (4)

39、 一般流體 分類規(guī)定見P657?！?我國壓力管道分類、分級規(guī)定見表8.6.12-1 (P658)。,6.3.3 管道壓力等級 按管道壓力和管徑分級6.3.3.1 公稱壓力6.3.3.2 公稱直徑6.3.3.3 管道設(shè)計壓力和溫度 管道設(shè)計壓力是在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定管道壁厚及其它管件尺寸的壓力值，它不應(yīng)小于操作運行中遇到的壓力（內(nèi)壓或外壓）與溫度相組合中最苛刻條件下的壓力值。 管道設(shè)計

40、溫度應(yīng)根據(jù)化工工藝專業(yè)提供的正常操作過程中各種工況的工作溫度，按“最苛刻條件下的壓力溫度組合”來選取管道設(shè)計溫度。,（1）管道設(shè)計壓力的確定原則 1）管道設(shè)計壓力不得低于最大工作壓力 2）裝有安全泄放裝置的管道，其設(shè)計壓力不得低于安全泄放裝置的開啟壓力 3）所有與設(shè)備相連接的管道，其設(shè)計壓力應(yīng)不小于所連接設(shè)備的設(shè)計壓力。 4）輸送制冷劑、液化氣類等低沸點介質(zhì)的管道，按閥被關(guān)閉或介質(zhì)不流動時介質(zhì)可能達到的最

41、大飽和蒸汽壓力作為設(shè)計壓力。 5）管道或管道組成件與超壓泄放裝置間通路可能被堵塞或隔斷時，設(shè)計壓力按不低于可能產(chǎn)生的最大工作壓力來確定。,6）工程設(shè)計規(guī)定需要計算管壁厚度的管道，其“管壁厚度數(shù)據(jù)表”中所列的計算壓力即為該管道的設(shè)計壓力，與計算相對應(yīng)的工作溫度即為該管道的設(shè)計溫度。 （2）管道設(shè)計壓力選取 1）設(shè)有安全閥的壓力管道 管道設(shè)計壓力≥安全閥開啟壓力 2）與未設(shè)安全閥的設(shè)備相連的壓力管道

42、 管道設(shè)計壓力≥設(shè)備設(shè)計壓力 3）離心泵出口管道 管道設(shè)計壓力≥泵的關(guān)閉壓力,4）往復(fù)泵出口管道 管道設(shè)計壓力≥泵出口安全閥開啟壓力 5）壓縮機排出管道 管道設(shè)計壓力≥安全閥開啟壓力+壓縮機出口 至安全閥沿程最大正常流量下的壓力降 6）真空管道 管道設(shè)計壓力=全真空 7）凡不屬上述范圍管道 管道設(shè)計壓力≥工作壓力變動中的最大值（3）管道

43、設(shè)計溫度確定的參考原則 1）以傳熱計算或?qū)崪y得出的正常工作過程介質(zhì)的最高工作溫度下的管壁溫度，作為設(shè)計溫度。,2）不便于傳熱計算或?qū)崪y管壁溫度的情況下，以正常工作過程中介質(zhì)的最高（或最低）工作溫度作為管道設(shè)計溫度。金屬管道a.不保溫管道 介質(zhì)溫度<38℃管道：管道設(shè)計溫度=介質(zhì)最高溫度 介質(zhì)溫度≥38℃管道：管道設(shè)計溫度=95%介質(zhì)最高溫度b.外部保溫管道 管道設(shè)計溫度=介質(zhì)最高溫度c.內(nèi)部保溫管道（用絕熱材料

44、襯里） 管道設(shè)計溫度=傳熱計算管壁溫度或?qū)嶒炇覝y的壁溫,d.介質(zhì)溫度≤0℃時 管道設(shè)計溫度=介質(zhì)最低溫度非金屬管道及非金屬襯里的金屬管道a.無環(huán)境溫度影響的管道 管道設(shè)計溫度=介質(zhì)最高溫度b.安裝在環(huán)境溫度高于介質(zhì)最高溫度的環(huán)境中的管道（除已采取保護措施者以外） 管道設(shè)計溫度=環(huán)境溫度3）以化工工藝專業(yè)提出的正常工作過程中介質(zhì)的正常工作溫度加（或減）一定裕量作為設(shè)計溫度，按下式確定：,介質(zhì)正常工作溫度0~300

45、℃，設(shè)計溫度≥介質(zhì)正常工作溫度+30℃介質(zhì)正常工作溫度大于300 ℃，設(shè)計溫度≥介質(zhì)正常工作溫度+15℃4）當(dāng)流體介質(zhì)溫度接近所選材料允許使用溫度界限時，應(yīng)結(jié)合具體情況慎重選取設(shè)計溫度，以免增加投資或降低安全性。6.3.4 鋼管壁厚,為了使選材合理，減少管壁厚度的分級數(shù)量，便于采購、管理和施工，管壁厚度可采用管表號（Schedule number,簡稱Sch)分級。在化工行業(yè)標(biāo)準《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列》(HG205

46、33-93)和石化標(biāo)準《石油化工企業(yè)鋼管尺寸系列》(SH3405-96)也有采用Sch號表示的鋼管壁厚系列，可供設(shè)計人員選用。管表號僅起到管壁厚度分級排列的作用，沒有其它含義，它是管道設(shè)計壓力P與設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力[σ]t的比值乘以1000后園整的數(shù)值。Sch=P/[σ]t* 1000計算出來的Sch經(jīng)園整即可查到上述兩系列中的鋼管壁厚。,6.3.5 管道材料等級的表示符號管道材料等級是由管材專業(yè)根據(jù)具體項目工程特點和要求編

47、制，并提交給工藝系統(tǒng)專業(yè)進行標(biāo)注，它的表示符號沒有統(tǒng)一規(guī)定。6.3.5 管道數(shù)據(jù)表的內(nèi)容● 管道說明：管道編號、規(guī)格、流體介質(zhì)、管道材料等級、來自/至?！?操作溫度、壓力● 設(shè)計溫度、壓力● 試驗介質(zhì)和壓力● 絕熱（伴熱）類型、厚度● 涂漆● PID圖號,7 系統(tǒng)安全分析 系統(tǒng)安全設(shè)計是工藝系統(tǒng)專業(yè)重要的任務(wù)之一，工藝系統(tǒng)專業(yè)的責(zé)任就是要對系統(tǒng)的安全性和可操作性負責(zé)，可操作性經(jīng)常與安全性聯(lián)系在一起，工藝

48、系統(tǒng)設(shè)計人員必須時時刻刻將系統(tǒng)的安全放在重要位置。 系統(tǒng)安全分析方法，主要有以下四個方面：（1）危險的識別（2）危險的定量（3）定量化的危險與基準值比較（4）提出控制危險的措施,7.1 系統(tǒng)安全分析和評價（通用安全分析方法） 系統(tǒng)安全分析和評價步驟一般分為五個步驟： (1)辨識/發(fā)現(xiàn)新的危險性。 (2)進一步找出危險性導(dǎo)致事故的概率及事故后果的嚴重程度。 前兩步為定性分析，若需要定量分析可繼續(xù)。 (3

49、)確定可接受的概率指標(biāo)。一般取已有的數(shù)據(jù)為依據(jù)。 (4)將計算的危險率與可接受的指標(biāo)比較，確定系統(tǒng)的危險性水平。 (5)對危險性高的系統(tǒng)找出主要危險性并進一步分析，尋求降低危險性的途徑，將其控制在可接受的指標(biāo)之內(nèi)。,7.2 系統(tǒng)安全分析法 7.2.1 經(jīng)驗系統(tǒng)化法 通過以往發(fā)生的各種事故，總結(jié)出系統(tǒng)化經(jīng)驗，用此經(jīng)驗對評價的對象進行檢查，即進行危險性的識別，并解決之。 (1)  列表法 這是3

50、0年代國外就采用的系統(tǒng)安全分析的初步手段。其具體做法是把工程、工藝、設(shè)備、操作中可能存在的不安全因素以提問的方式列出，使用時將實際情況與檢查條款逐項對照，初步明確問題。它具有備忘錄的性質(zhì)，是事先擬定的安全檢查內(nèi)容的清單?？蓞⒁娎?.7.2.1（P662) (2)  預(yù)計危險分析法 Preliminary Hazards Analysis,(3) 蒙德(Mond)法（又稱DOW/ICI，Mond法），此法不僅考慮了

51、火災(zāi)、爆炸危險外，還增加了毒性指數(shù)。 7.3 系統(tǒng)解剖分析法 對于新開發(fā)的工藝沒有足夠的經(jīng)驗可吸取，則采用系統(tǒng)解剖分析法。7.3.1 故障類型和影響分析(Failure Modes and Effects Analysis)7.3.2 危險性可操作性研究(HAZOP)。(Hazards Operability Study)法 主要是在設(shè)計定型審查階段，用它發(fā)現(xiàn)潛在的危險性和操作難點，其理論依據(jù)就是工藝流程的狀態(tài)參數(shù)如

52、溫度、壓力、流量等，一旦與設(shè)計規(guī)定的條件發(fā)生偏差，就會發(fā)生問題或出現(xiàn)危險。,危險性可操作研究的基本過程是以關(guān)鍵詞為引導(dǎo)，找出過程中工藝狀態(tài)的變化（即偏差），然后再繼續(xù)分析造成偏差的原因，后果及可以采取的對策。危險性可操作研究既適用于設(shè)計階段，又適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，管道內(nèi)物料工藝參數(shù)的變化反映了各單元設(shè)備的狀況，因此在連續(xù)過程中分析的對象確定為管道。在間歇生產(chǎn)過程中，分析對象將不再是管道，而應(yīng)該是主體設(shè)備。,其主

53、要分析步驟為：（P-665）(1)充分了解分析對象，準備有關(guān)資料。(2)將分析對象劃分為若干單元，在連續(xù)過程中單元以管道為主，在間歇過程中單元以設(shè)備為主。(3)按關(guān)鍵詞逐一分析每一個單元內(nèi)工藝條件等可能產(chǎn)生的偏差。7.3.3 如果...怎么辦 (What...If)是杜邦公司類同于HAZOP法的系統(tǒng)解剖分析法。,7.4 邏輯推導(dǎo)法7.4.1 事故樹分析法。7.4.2 故障樹分析法。它是采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工

54、作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預(yù)測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。故障樹分析步驟：（1）確定所分析的系統(tǒng)（2）熟悉系統(tǒng)的整個情況（3）調(diào)查系統(tǒng)發(fā)生的事故（4）確定故障樹的頂上事件，所要分析的事件,（5）調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件見例8.7.2.3（P666~667)7.4.3 原因-結(jié)果分析法。(Cause-Con