过程装备与成套技术复习和检测资料.docx
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过程装备与成套技术复习和检测资料
第1章概述
过程工业
•概念：
以流程性物料为主要处理对象、完成一系列化学、物理过程以改变物质的状态、结构、性质，并进行物料的传输过程，或其中某种过程的工业生产的总称。
几乎遍及所有现代工业生产领域。
完成的工具：
机器；设备（容器等）；管道（包括管件）动力设备；仪器仪表。
涉及领域：
石油化工、轻工、能源、制药、食品、核工业、制药等。
特点
（1）处理对象：
流程性物料。
很多生产过程处理的物料为流程性物料，如气体、液体、粉体等
（2）有过程性
从原材料到最后产品的生产过程中要进行一系列的化学、物理过程，以改变物质的状态、结构、性质
（3）传输性
生产过程中，原料和中间反应产物往往需要传输。
那么，从原材料怎样得到中间产品，又怎样得到最终产品，即采用什么样的工艺路线的问题，是我们以后要讲的工艺设计；用什么实物传输呢？
管道。
今后我们以要讲管道的问题。
（4）密闭性过程工业中进行的各种化学、物理过程往往在密闭状态下进行。
比如氨的合成，氮、氢气体在合成塔中合成氨是密闭的
（5）连续性生产要求连续运行，除了大检修设备外以及事故停车外，都要连续生产。
（6）广泛性化学工业是最传统、典型的过程工业等生产过程大都处理流程性物料
各种型式的压缩机、泵、换热设备、反应设备、塔设备、干燥设备、分离设备、储罐、炉窑、管子、管件
完整的过程工业的生产系统
在过程工业中过程装备是装置的主体，但只有这些机器、设备还不能完成生产的全过程，它们之间还要用各种管道连接起来才能形成一个完整的系统，为保证各种机器、设备正常运行，在关键部位还要设置各种参数显示和控制装置，如压力表、温度计、流量计、液位计或相应的自动检测、控制装置等.如当压缩机排气压力超标时自动打开安全阀，锅炉、锅筒液位过高、过低自动报警等，具有自控功能，自动调整有关工艺参数。
这样，构成一个完整的过程工业的生产系统，并保持生产正常进行。
三、过程装备成套技术
装置：
为实现特定工艺性能所设计或选定的、并能将具有各种不同性能的众多部分（生产设备）有机结合而成的整体（系统）。
装备：
用以完成某种生产过程所需的生产工具，即机器、设备、及各种辅助设备，配以管道系统的统称。
石化装备：
塔、反应设备、加热炉、热交换器、储罐、管道、压缩机、泵、分离设备、成型设备…
四、过程装备成套技术
成套装置
成套装置是组成过程工业的基础，它通常是一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，创造出人们需要的新的流程性材料产品。
过程装备成套技术
为了获得新的产品，就要进行工艺设计、设备设计或选型，管道、仪表、电气等设计，最后要安装、试车，使一套装置达到预定的技术要求和技术指标后才能投入正常运行。
完成所有这些工作所涉及的各项技术就构成了“过程装备成套技术”。
成套技术包含的内容：
设计：
工艺设计和装备设计，要求合理组合。
安装：
装备的就位，要求符合设计、规范要求。
检验试车：
调试技术性能指标，是正常运行的保证。
正常运行：
运行管理。
选厂址
•矿藏
1.建厂附近矿藏分布及蕴藏量2.矿物特征及其化学分析3.矿层深度，剥离层厚度，掘进深度4.开采地点，开采情况及其与工厂间距离和运输条件5.供给工厂使用的可能性
•地形
1.地理位置地形图：
2.区域位置地形图：
3.厂址地形图：
4.厂外工程地形图：
厂外铁路；道路；供水；排水管线；热力管线；输电线路；原料，成品输送廊道等带状地形图
•气温和温度
1.各年逐月平均最高、最低及平均气温2.各年逐月极端最高、最低气温3.最热月的最高干球与湿球温度4.各年逐月平均最大最小相对湿度和绝对湿度5.严寒期日数（温度在-10℃以下时期）6.采暖期日数（温度在+5℃以下时期）7.不采暖地区连续最冷5天的平均温度8.冬季每一天结冻和春季最后一天解冻的日期9.历年一般及最大冻土深度10.土壤深度在0.7～1m处的最热月平均温度11.最热月份13时平均温度及相对湿度
•降水量
1.当地采用的雨量计算公式2.历年和逐月的平均、最大、最小降雨量3.一昼夜、一小时、十分钟最大强度降雨量4.一次暴雨持续时间及其最大雨量以及连续最长降雨天数5.初、终雪日期、积雪日期、积雪深度、积雪密度
•风
1.历年各风向频率（全年、夏季、冬季），静风频率，风玫瑰图2.历年的年、季、月平均及最大风速、风力3.风的特殊情况，风暴、大风情况及其原因，山区小气候风向变化情况
•气压
1.历年逐月最高、最低平均气压2.历年最热三个月平均气压的平均值
•地面水
1.各年逐月一遇最大、最小、平均流量及相应水位2.各年逐月最大、最小平均含沙量及输砂率、泥沙颗粒级配3.各年逐月最高、最低平均水温4.实测或调查的最高洪水位，百年、五十年一遇洪水位，洪水淹没范围，河道冲淤变化及最大漂浮物5.河床稳定性，河床、河岸变迁情况（冲刷、崩塌、冲积）以及河床特征（泥底、砂底或石底），河床深度及其断面，流速与水流方向
6.河流上下游10～15km环境卫生情况（人口密度、工厂类别、污水量、污水性质、河水污染情况、取水构筑物的分布等）7.有关部门对计划取水、排水地点的协议志批准文件
•滨海1.历史最高、最低潮水位，最大波浪高，近岸海流资料（实测取得）2.涨落潮时海域内泥砂运动数量，方向漂沙带、波浪破碎带的范围3.泥沙颗粒级配及天然容量，海岸变迁情况，水温情况等
•给水
1.地面水、地下水见地面水、地下水要求部分
2.城市上水道供水时：
①城市管网布置与供水可靠性②连接点的管径、座标、标高及保证压力③水的物理、化学和细菌分析，全年水温状况④供水方式，水分，有关部门协议
排水
1.排入污水的容水体除见地面水要求部分外尚需下列资料：
①容水体稀释能力，污水排入适合性②环保部门对排入污水地点及处理程度的意见
③利用污水灌溉和其它用途情况
交通运输：
铁路、公路、空运、水运
1.2典型成套装备示例
1.成套装备为生产某种产品或完成一定任务所必需的整套设备。
机器、设备、各种辅助设备，配以管道系统构成完整的生产装置。
总结
1）过程工业所有的生产过程都以各种机器和设备为基础，伴以不同的输送手段，同时，大多为连续生产。
不同产品使用的机器和设备各不相同，根据它们的作用大致可以分为：
反应设备：
搅拌反应釜、聚合反应釜、氨合成塔、管式反应器等；
塔设备：
吸收塔，气化塔，脱甲烷塔，碳化塔等；
换热设备：
热交换器、冷凝器、蒸发器、空气预热器等；
贮存设备：
贮罐、球罐等；
工业炉：
燃烧炉、工业锅炉；
机器：
离心机、压缩机、过滤机、泵。
2）各种机器、设备之间都用管道连接。
3）现代大型装置都使用自控系统。
第二章工艺开发与工艺设计概述
2.1.1工艺过程开发程序
第一阶段：
方案的提出
•信息研究
内容：
经济方面的调查与预测
方式：
文献、手册、实验
•实验性研究
内容：
工艺方法；工艺条件；物料衡算、能量衡算和成本估算；产品质量；产品应用
方式：
文献、手册、实验
•第一次可行性研究
内容：
技术、经济、环境的三方面的评估
第二阶段：
方案设计与论证
（一）小试
1、制造样品
在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法进研究，对原料、产品进行研究，最终编制初步的物料衡算和能量衡算，提出“三废”治理初步方案。
2、与实验性研究比较
小试
实验性研究
工艺条件
细致、具体
粗略
规模
更大
更小
原料
使用生产时采用的原料
不一定用生产时采用的原料
反应器
使用生产时采用的反应器类型
理论研究
结论：
小试时，要通过不断改变操作条件提高反应的转化率、选择率等；并试验出分离提纯的初步方法。
（二）概念设计
1、目的
把小试成果和工作经验相结合，进行原则流程设计。
2、内容
Ø技术上，确定流程、工艺条件、主要设备型式、三废治理措施；
Ø经济上，计算基本建设投资和产品成本等主要技术经济指标。
•（三）第二次可行性研究小试
第二阶段内容：
制造工艺、制造条件及控制方法
重点：
反应条件、三废处理、物料衡算和能量衡算
方式：
实验室
•概念设计（方案设计）
内容：
生产规模原则流程设计；设备型式；技术指标；投资；三废处理措施
依据：
小试结果，经验
•第二次可行性研究（方案论证）
内容：
技术、经济分析，提出建议，签订合同依据
第三阶段：
方案的审定
（一）模型试验
1、任务
Ø对数学模型法建立数学模型；
Ø对部分解析法找出放大规律。
2、内容
Ø化学反应动力学模型（探讨反应机理，主、副反应）；
Ø流动模型（通过冷模试验进行）
***冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。
（二）中试
1、定义
中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，如果生产规模较大，还需要进行若干逐级放大的中试
2、主要任务
考察从小试到中试的放大效应。
3、最终目的
带控制点的工艺流程图、工艺参数、物料衡算和能量衡算的数据等
（三）初步设计
1、定义
根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，是工程研究的终结，也是开发研究成果的表现形式
2、总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，全厂贮远方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保护及综合利用等。
主要内容
（四）第三次可行性研究——方案审定
第三次可行性研究除了科研人员和行政领导参加外，凡是与工程审批有关的部门（如投资部门、安全部门等）都应参与审定。
审定以后，工程项目被批准，然后转入工程设计。
•第三阶段模型试验
内容：
建立模型，找出放大规律
方式：
实验
•中试
内容：
验证基础实验得到的规律，考察放大规律，绘制带控制点的工艺流程图。
方式：
实验
•初步设计或扩（大）初步设计
内容：
生产规模全面设计
•第三次可行性研究
内容：
设计审定，对投资和效益的详细评价
第四阶段：
方案的实施
（一）施工设计
根据概念设计和初步设计作进一步具体、完善的设计
它包括定型设备的规格，非标设备的结构图、零件图以及设备布置图等。
上述设计完成后还要进行管道配制、电路、控制线路等施工设计。
施工设计图是工程建设的指南
（二）施工
根据施工图，完成工程前期的技术准备、组织准备与物资准备，进行工程中期的设备安装，再进行工程后期的试车。
（三）竣工验收
第四阶段
•工程设计（施工图设计）
内容：
具体、完善、细化的设计
依据：
概念设计和初步设计
•施工
内容：
施工前准备、设备购置、安装、试车、试生产、正式投入生产
•竣工验收
2.1.2工艺路线的选择
第三章经济分析与评价
3.1投资估算与成本分析
3.1.1工程项目的投资估算
小结1
前面讲的四大类费用组成建设投资，投资后就会涉及到税收、利息等问题
小建设投资、税、利就组成了固定资产投资，但没有流动资金，生产仍不能正常运行。
结2
建设投资、税、利就组成了固定资产投资，但没有流动资金，生产仍不能正常运行。
3.1.2工艺装置投资估算的方法
一、指数法
规模指数法：
C1=C2（S1/S2）nf
价格指数法：
C1=C2（F1/F2）
注意：
两种指数法都只适用于拟建设装置和已建成装置的工艺技术路线基本相同，只是生产规模有所不同的工艺装置的投资估算。
一般在工程项目早期的项目建议书阶段，对装置投资进行大致框算。
二、百分比估价法
三、系数连乘
单元设备价格估算
基本方法：
先根据设备的特性参数（容积、传热面积、泵功率）决定设备的基准价格，然后，根据不同的材质、形式、压力等级等因素加以校正。
3.1.3生产成本和费用分析
总成本费用的估算与分析
投资项目预期财务效益的高低最终取决于财务成本费用与财务收益的计算结果，其准确性与科学性如何，直接制约和影响着财务效益评价结论的正确性与科学性。
在对投资项目进行可行性研究和项目评估时，应按照中国新会计制度的有关规定和要求，对项目的直接费用、制造费用、销售费用、管理费用及财务费用分别进行估算，并编制相应的成本费用估算表格。
在投资项目可行性研究和评估工作中，总成本费用的估算和分析，按照完全成本法原理，对构成总成本费用的各项要素分别进行估算和分析，然后汇总的全部工作过程。
（6）固定资产折旧费
指固定资产在使用过程中，通过逐渐损耗而转移到产品成本中去，构成总成本费用的那部分固定资产价值。
在投资项目评价阶段，常用的固定资产折旧费的计算方法有：
直线法，双倍余额递减法、年限总和法，定额法。
在项目评价中采用何种方法计算固定资产折旧额，应依据项目具体情况而定。
3.2经济评价
3.2.2不确定性分析及方案比较
第四章-工艺流程设计及设备布置设计
§4.1工艺流程图
一、工艺流程草图
作用：
定性说明物料的运行方向。
对工艺设计的总体有一个大致基本的轮廓和印象。
主要设备。
注意事项
•图中设备只画出设备大致轮廓和示意结构；设备和设备上重要管口的位置大致符合实际情况；备用设备一般省略不画。
•表示物料去向的流程线，在草图中只画出代表主要工艺管线的流程线，其他辅助管线不必一一画出。
•当流程线或流程线与设备，可能发生交错或重叠而实际上不相连时，应将其中的一线断开，或曲折绕过设备图形。
•设备图形不一定按比例画。
图纸采用3号或2号，允许加长或分张绘制。
二、工艺物料流程图
•工艺物料流程图（PFD）：
作用是为设计审查提供资料，为进一步设计提供依据，为日后生产操作提供参考。
内容以图形和表格的形式反映物料衡算的结果
它是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算结果的。
其作用是为设计审查提供资料，为进一步设计提供依据，为日后生产操作作参考
要求：
以车间或装置（操作单元）为单位；图形不一定按比例，图幅常采用A2或A3；设备图形按统一规定；在图上绘制出位号、名称及特性数据；物料经过设备产生变化时需注明变化前后参数，由流程线引出注出。
三、管道和仪表流程图
•带控制点工艺流程图（PCD）：
设备设计结束，控制方案确定后绘制，并编入设计文件。
内容由物料流程、控制点、图例三部分组成
•管道仪表流程图（PID）（施工流程图）：
设备布置设计和管道布置设计的基本资料，仪表测量点和控制调节器安装的指导性文件，在施工图设计阶段进行。
详细描绘了装置的全部生产过程。
内容着重表达全部设备的管道连接关系、测量、控制及调节的全部手段。
用图示方法把工艺流程和所需的全部设备、机器、管道、阀门及管件和仪表表示出来，它是设计和施工的依据，也是操作运行及检修指南
分为：
工艺管道及仪表流程图；辅助系统管道及仪表流程图。
工艺管道及仪表流程图是以工艺管道及仪表为主的流程图，一般以工艺装置主项或装置为单元绘制，相对示意出设备位置的高低，整个图面协调、美观
辅助系统包括正常生产和开、停过程中需用的仪表空气、工厂空气、加热用燃料、吸脱及置换用惰性气体、机泵的润滑油及密封油、防空系统等，按介质类型分别绘制。
图纸尺寸及线条要求
•采用A1或A2图纸。
•各种设备按相对比例绘制。
•线条要求。
物料管道粗实线，辅助物料管道用中粗实线，
设备轮廓、管道上附件、地平线用细实线
设备的绘制方法
•常用设备的外形画法可参照图例绘制,特殊设备象征性画外形。
•在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平台。
•布置原则按流程图从左至右，要求图面饱满匀称、清晰整齐。
•设备串联，只画一台设备；设备并联可只画一套。
•设备位号与初步设计一致。
增加按顺序增补；取消不再使用。
•地下或半地下设备、机器要表示出相关的地面。
•需伴热与隔热的设备和机器要在相应部位画伴热或隔热图例.
•设备位号编制规则
二个地方标注设备位号：
第一在图的上方或下方，要求排列整齐，并尽可能正对设备，在位号线的下方标注设备名称；
第二在设备内或其近旁，仅注位号不注名称。
图纸名称
在图纸的主标题栏中图纸的名称的书写方法为
×××吨/年×××车间（界区）×××工段
工艺管道及仪表流程图
1、管道标注
需要标注的管道：
所有物料管道、工艺排放系统管道和临时管道。
对于工艺流程简单、管道品种规格不多时，则管道组合号中的第5、6两单元可省略。
第4单元管道尺寸可直接填写管子的外径x壁厚，并标注工程规定的管道材料代号。
PW0311—159×4.5—E2
主要工艺路线管线：
PL0101-25L1B、PL0102-20L1B、PL0103-25L1B、PL0104-25L1B
工艺液相；管道编号分别为：
0101、0102、0103、0104；管径（公称通径）：
25mm、20mm、25mm、25mm；压力等级：
1.0MPa；材质：
碳钢。
PG0101-150M1B-H、PG0102-200M1B-H、PG0103-250M1B、PG0104-200M1B-H、PG0105-150L1B、PG0106-150M1B
工艺气相（H2、CO2）；管道编号分别为：
0101、0102、0103、0104；0105、0106；管径（公称通径）：
150mm、200mm、250mm、200mm、150mm、150mm；压力等级：
1.6MPa；材质：
碳钢；保温。
2、仪表标注
仪表位号由字母组合和阿拉伯数字编号组成。
第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能。
数字编号表示仪表的顺序号，数字编号可按车间或工段进行编制
3、其它
管线的伴热管要全部绘出，隔热管道要在适当部位绘出隔热图例
同一个管道号只是管径不同时，可以只注管径，异径管标注大端公称通径乘小端公称通径，如图4—7（a）、（b）所示
同一管道号而管道等级不同时，应表示出等级的分界线，并注出相应的管道等级。
如图4—7（c）所示
在管道等级与材料选用表未实施前，暂按图4—7（d）所示标注。
•一般以装置为单元，按介质不同进行绘制。
流程简单时各类介质的管道仪表流程图绘在一张图上。
•每一种辅助管道系统绘制一张系统图。
•图上的主管分配、支管连接要与工艺管道仪表流程图相符合。
•设备一般以细实线表示，标注设备位号。
•总管、支管上的全部阀门、异径管及控制点全部表示。
•在工艺管道及仪表流程图中已表示清楚的内容不重复。
•流程简单设备不多的项目，辅助系统管道仪表流程图可不另出图。
§4.2设备布置设计及设备布置图
一、设备布置设计
设计内容：
根据生产流程情况及各种有关因素，把各工艺设备在一定的区域内进行排列
设计依据：
•生产工艺流程及有关物性数据、相关规范标准。
•土建、设备、仪表、电力、给排水等专业和机修、安装、操作等管理方面的要求。
•有关防火、防雷、防爆、防毒和卫生等方面的最新规范。
•基础资料（工艺仪表流程图、设备一览表、物性数据、公用工程系统耗用量、定员等）
•车间（装置）组成
（1）设备布置的原则
1,满足工艺及流程的要求.
设备位置；特殊性质设备布置；结合地形、风向厂房结构特点。
2符合经济原则,管道短而直；整齐美观，相同设备排成一排；优先考虑露天布置。
3符合安全生产要求,设备位置确定；防火间距；环境保护、防污染、噪声
4便于安装和维修操作和交通便利；检修空间和检修道路；,留有一定的发展空间.
5有良好的操作条件,
（2）设备布置设计的步骤
•画出车间建筑平面图。
•按设备数量最大外形尺寸剪成相同比例的硬纸块或用木块、纸板等做成模型。
•将硬纸板或模型按流程布置在相同比例的车间建筑平面图上，选择最佳方案。
•在规定区域集中安排辅助室和生活室。
•绘制车间平立面布置草图，并做调整，交建筑人员设计建筑图。
•绘制设备布置图。
二、设备布置图的功能及绘制
基础工程设计阶段
作用：
设备安装和管道设计的依据和基础
注:
以设备平面布置图表达设备的大致情况，设备管口方位一律不予画出。
详细工程设计阶段
注:
全部设备及设备管口方位在厂房建筑内外安装布置的详图
（2）设备布置图的绘制步骤
绘制步骤：
•选定绘图比例；确定图幅；绘制平面图。
如果分区，画出分区界线并标明；（分区一般不超9个）
确定基准点，画定位轴线、标注定位轴线，尺寸单位；绘制方位标；
从低层平面绘制平面图，逐层绘制。
•相关的厂房建筑基本结构；
•画设备中心线，设备、支架、基础、操作平台等轮廓形状，标注尺寸；
留地以虚线画出
编号及设备位号，名称，
编制设备一览表，注写有关说明，标题栏；
检查、校核、完成。
（3）设备布置图的绘制要求
比例：
1：
100或1：
200和1：
50。
单位：
标高、坐标以m，其余以mm为单位。
图幅：
A1；以装置或独立主项为单元绘制；多层需分层绘制，
并做好标注。
定位尺寸：
以建、构筑物的轴线或管架、管廊柱中心线为基准线
进行标注；
设备标高表示：
中心线标高：
EL；支承点标高POSEL；架顶标
高TOSEL。
标题栏名称：
分两行：
上行，XX设备平面布置图，
下行，ELXX.XX平面。
分区：
以一个主项或操作单元、工段为一个区。
三、典型设备布置的原则与要求
1.换热器的布置
（1）布置原则
（2）布置要求
•卧式换热器避免中心线正对管架或框架柱子的中心。
•换热器之间、支座基础或外壳之间、换热器外壳与管廊柱子之间、法兰周围最小净距，按规定要求确定。
•便于操作。
顶部排气阀、底部放净阀位置便于操作。
•平台支座位置；平台支承点标高；考虑钢结构要求。
•立式浮头式换热器布置在框架上，上方要留有抽出管束的空间，附近留有1m通道。
2.泵的布置
（1）原则：
（2）方法：
①在管廊下布置注意：
②在泵房内布置注意：
③泵数量较少，采用分散布置。
按工艺流程布置在工艺设备附近。
④吸入口标高确定，应满足NPSH要求。
⑤两台相同的泵可布置在同一基础上，突出部位最小间距为400mm。
⑥检修通道、检修设施的确定。
3.塔的布置
原则：
以塔为中心，流程顺、管线短、占地少、操作维修方便
4.加热炉的布置
（1）布置原则
•集中布置在装置一端或一侧；布置成一线，有足够的间距；位于主导风向的上风地带。
•周围有消防设施和一定的消防空间。
•设置适当的防爆措施。
•与建筑物、罐区和各类生产单元或设备的防火间距，按有关规定。
•炉前有足够的操作面积和通道面积。
（2）布置要求
•外壁至道路边缘最小净距为3m。
•看火孔（门）距操作平台的高度一般为1.3～1.4m，最大1.5m。
•炉底安装高度，考虑底部烧嘴的配管及检修所需净空，一般为2.1～2.2m，最小2m。
•两台立式加热炉外壁之间最小距离通常为3m。
•加热炉侧应留有检修通道。
•附近所有地下排水沟、水井、管沟必须封闭；灭火蒸汽总管及燃料总阀距炉
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