石油化工设计手册 第4卷 工艺和系统设计PDF电子书下载

1．1 工艺专业在设计各阶段的任务 1

第1章 概述 1

1．1．1 设计前期工作阶段的任务 2

1．1．2 工程设计阶段的任务 2

1．1．3 工艺设计阶段 2

1．1．4 基础工程设计阶段 3

1．1．5 详细工程设计阶段 4

1．1．6 试车及考核阶段的任务 4

1．1．7 项目竣工验收阶段的任务 4

1．2 工艺系统专业在设计各阶段的任务 4

1．2．1 设计前期工作阶段的任务 5

1．2．2 工程设计阶段的任务 5

1．2．3 详细工程设计阶段 5

1．3 设计岗位的职责和任务 6

1．3．1．1 校核人 6

1．3．1 设计岗位的职责及权限 6

1．2．6 其它任务 6

1．2．5 试车考核阶段的任务 6

1．2．4 施工安装阶段的任务 6

1．3．1．2 审核人 7

1．3．1．3 审定人 7

1．3．1．4 校审步骤 7

1．3．1．5 审核步骤 7

1．3．1．6 审定步骤 8

1．3．2 设计岗位的任务 8

1．3．2．1 校审类别和组织分工 8

1．3．2．2 设计条件的校审 8

1．3．2．3 设计文件（包括成品、中间文件）的校审 9

1．3．2．4 设计文件的审核内容 9

1．3．2．5 校审意见处理 10

1．3．2．6 设计文件签署 10

1．3．2．7 大、小项目的划分 10

1．3．2．9 设计文件的具体签署 11

1．3．2．8 设计经理的签署 11

第2章 设计基础 13

2．1 概述 13

2．2 自然条件 13

2．2．1 一般现场数据 14

2．2．2 气象数据 15

2．3 装置能力 16

2．7 设计规范和标准 17

2．7．1 第一种规范分类方法 17

2．5 设计工况 17

2．6 负荷波动范围 17

2．4 操作制度 17

2．7．2 第二种规范分类方法 22

2．8 原料规格 22

2．8．1 原料组成 22

2．8．2 原料规格 22

2．9．2 副产品及化学品规格 23

2．9 产品、副产品及化学品规格 23

2．9．1 产品规格 23

2．10 公用工程条件 24

2．10．1 蒸汽系统 24

2．10．2 水系统 25

2．10．3 供电及电信系统 26

2．10．4 燃料系统 27

2．10．5 供气系统 28

2．11 三废排放要求及处理原则 28

2．11．1 废气 28

2．11．2 废水 29

2．11．3 废液 29

2．11．4 废渣 30

2．12 界区条件 30

2．12．1 界区处的原料设计条件 30

2．12．2 界区处的产品设计条件 30

2．12．3 界区处的副产品及化学品设计条件 30

2．13 工艺设计基础 31

第3章 工艺设计及计算 32

3．1 工艺包的设计内容 32

3．1．1 概述 32

3．1．2 工艺包设计的内容 32

3．1．3 工艺流程说明 33

3．1．4 工艺流程图（PFD） 33

3．1．4．1 PFD图的设计内容 34

3．1．4．2 单元设备的典型设计 35

3．1．4．3 PFD图的图面布置和制图要求 36

3．1．5 物料和热量衡算 37

3．1．5．1 物料衡算的含义及作用 37

3．1．5．2 物料衡算的分类、方法及步骤 37

3．1．5．3 能量衡算的作用、方法及步骤 42

3．1．5．4 物料衡算和能量衡算热力学方法的选择 43

3．1．7 工艺设备表 50

3．1．6 工艺设备数据表 50

3．1．8 原料、催化剂、化学品消耗量及消耗定额和产品、副产品产量 62

3．1．9原料、催化剂、化学品和产品、副产品规格 63

3．1．10 公用物料消耗定额及消耗量 64

3．1．11 公用物料规格 64

3．1．12 分析化验要求 65

3．1．13 生活装置界区条件表 65

3．1．14 三废排放及建议的处理措施 65

3．1．15 安全分析 68

3．1．16 建议的设备平面布置图 70

3．1．17 操作指南 72

3．2 工艺包设计的工作程序 73

3．2．1 工艺包设计阶段的主要工作程序 73

3．2．2 工艺专业完成设计条件的步骤 74

3．2．3 工艺包阶段工艺专业的条件关系 76

3．3 过程能量综合设计 77

3．3．1 概述 77

3．3．2．1 换热网络合成的夹点技术（Pinch Technology） 80

3．3．2夹点分析法及其在过程能量综合中的应用 80

3．3．2．2 过程系统能量集成的夹点分析法 88

3．3．2．3 夹点分析法的优缺点评述 93

3．3．3 ？分析及其在过程能量综合中的应用 94

3．3．3．1 过程能量综合的理论基础 94

3．3．3．2 过程？分析和用能的本质 97

3．3．3．3 ？经济学 101

3．3．4 三环节能量综合策略方法及其应用 105

3．3．4．1 过程系统的能量结构 105

3．3．4．2 基于能量结构的过程系统的能量分析和？经济分析 107

3．3．4．3 子系统？经济优化设计 109

3．3．4．4 能量回收子系统优化设计 118

3．3．4．5 全局能量综合优化的策略方法 127

3．3．4．6 换热网络结构调优-复合措施 129

3．3．4．7 改进措施的？经济评价调优 131

3．3．5 企业和工厂的能量系统优化设计 133

3．3．5．1 工厂内装置（工段）间热联合 134

3．3．5．2 低温热利用-辅助单元用能的全局分配 135

3．3．5．3 燕汽动力系统的能量综合优化设计 136

参考文献 139

第4章 基础工程设计 142

4．1 概述 142

4．2 工艺管道及仪表流程图（PID图） 142

4．2．1 基本内容 142

4．2．1．1 设备 142

4．2．1．2 配管 143

4．2．1．3 仪表与仪表配管 144

4．2．2 工艺管道及仪表流程图（PID）的设计过程 145

4．2．2．1 初步条件版（零版） 145

4．2．2．2 内部审核版（1版） 146

4．2．2．3 供建设单位批准版（2版） 147

4．2．2．4 设计版（3版） 148

4．2．2．5 施工版（4版） 148

4．2．2．6 竣工版（5版） 148

4．2．3 PID图设计所需资料 149

4．2．4 PID图的图面布置和制图要求 152

4．2．5 典型设备的PID图设计 153

4．2．5．1 泵的设计 154

4．2．5．2 容器的设计 157

4．2．5．3 塔的设计 159

4．2．5．4 贮罐的设计 160

4．2．5．5 换热器的设计 166

4．2．5．6 冷箱的设计 166

4．2．5．7 压缩机的设计 169

4．2．5．8 干燥器、反应器的设计 172

4．2．5．9 过滤器的设计 175

4．2．5．10 隔热的设计 175

4．2．6 PID图校核提纲 177

4．3．2 图例 179

4．3．1 基本内容 179

4．3 公用系统管道及仪表流程图（UID图） 179

4．4 工艺流程说明 181

4．5 原料、产品、副产品、燃料、催化剂、化学品及公用物料的技术规格 181

4．5．1 设计需知 181

4．5．2 基本内容 181

4．6 原料、催化剂、化学品、公用物料消耗定额及消耗量和产品、副产品产量表 184

4．6．1 设计需知 184

4．7 管道标志 186

4．7．1 需要编号的管道范围 186

4．7．2 管道标注方法 186

4．7．3 管道号的编制 186

4．8 管道表 188

4．8．1 管道表填写内容 188

4．8．2 管道表填写说明 189

4．8．3 管道表的出版与修订 189

4．9．1 管道仪表流程图安全性的初步分析 190

4．9 装置安全分析 190

4．9．2 管道仪表流程图安全性的详细分析 192

4．9．3 PID图的安全分析提纲 196

4．10 生产装置界区条件表 199

4．11 平面布置图 201

4．11．1 装置布置设计的一般要求 201

4．11．1．1 工艺要求 201

4．11．1．2 安全和环保要求 201

4．11．1．5 管道的热（冷）应力要求 202

4．11．1．6 经济合理要求 202

4．11．1．3 操作要求 202

4．11．1．4 设备的安装和维修要求 202

4．11．1．7 用户要求 203

4．11．1．8 外观要求 203

4．11．2 管廊和主要设备的布置 203

4．11．2．1 管廊的布置 203

4．11．2．4 塔的布置 205

4．11．2．2 加热炉的布置 205

4．11．2．3 压缩机的布置 205

4．11．2．5 反应器的布置 206

4．11．2．6 换热器的布置 208

4．11．2．7 容器的布置 210

4．11．2．8 泵的布置 211

4．12 工艺设备表 211

4．12．1 容器类设备 211

4．12．2 换热器类设备 211

4．12．3 工业炉类设备 212

4．12．4 泵类设备 212

4．12．5 压缩机、风机类设备 212

4．12．6 机械类设备 212

4．12．7 其它类设备 212

4．12 工艺设备数据表 212

4．14．3 生产过程中职业危险、危害因素分析 276

4．14．2 工程概述 276

4．14．4 设计采用的主要安全卫生防范措施 276

4．14 劳动安全卫生 276

4．14．1 建设依据和设计依据 276

4．14．5 预期效果与评价 277

4．14．6 劳动安全卫生预评价结论 277

4．14．7 专用投资概算 277

4．14．8 存在问题与建议 277

4．14．9 附图 277

4．15 人员编制 277

4．16 工艺系统及其它专业的条件关系 277

4．16．1 工艺系统在各个设计阶段的条件关系 277

4．16．1．1 与项目经理或设计经理的条件关系 277

4．16．1．2 与其它专业的条件关系 278

4．16．2 工艺系统和仪表专业之间的条件关系 282

5．2 设计压力的确定 285

5．2．1 术语 285

5．1 概述 285

第5章 系统设计 285

5．2．2 系统分析 286

5．2．3 设备设计压力的确定原则 287

5．2．4 管道设计压力的确定原则 288

5．3 设计温度的确定 289

5．3．1 设备设计温度的确定 289

5．4．1 管道水力学设计步骤 290

5．4 管道水力学的设计 290

5．3．2 管道设计温度的确定 290

5．4．2 初选管径的计算 291

5．4．3 摩擦压力降的计算 296

5．4．3．1 雷诺数的计算 296

5．4．3．2 摩擦系数的计算 296

5．4．4 管网压力降的计算 310

5．4．5 单相流（不可压缩流体）的管道压力降计算 311

5．4．5．1 圆形截面管 311

5．4．5．2 非圆形截面管 320

5．4．5．4 螺旋管 321

5．4．5．3 冷却水管 321

5．4．5．5 计算实例 323

5．4．6 单相流（可压缩流体）的管道压力降计算 327

5．4．6．1 计算方法 327

5．4．6．2 管道压力降计算 329

5．4．6．3 计算步骤及例题 333

5．4．6．4 管道计算表 337

5．4．7 气-液两相流（非闪蒸型）的管道压力降计算 339

5．4．7．1 流型判断 341

5．4．7．2 压力降计算 342

5．4．7．3 管道计算表 352

5．4．8 气-液两相流（闪蒸型）的管道压力降计算 354

5．4．8．1 计算方法一的公式 354

5．4．8．2 计算方法一的计算步骤 355

5．4．8．3 计算方法二的公式 356

5．4．8．4 计算方法二的计算步骤 357

5．4．8．5 计算实例 357

5．4．8．6 管道计算表 361

5．4．9 气-固两相流的管道压力降计算 362

5．4．9．1 概述 362

5．4．9．2 稀相动压气力输送管压力降计算 364

5．4．9．3 密相动压气力输送管压力降计算 370

5．4．9．4 密相静压气力输送管压力降计算 370

5．4．9．5 分流管压力降的计算 371

5．4．9．6 肘形管压力降的计算 371

5．4．9．9 计算实例 372

5．4．9．8 功率计算 372

5．4．9．7 排料压力降的计算 372

5．4．9．10 管道计算表 378

5．4．10 真空系统的管道压力降计算 381

5．4．10．1 一般计算 381

5．4．10．2 压力降计算 385

5．4．10．3 计算步骤及例题 387

5．4．10．4 管道计算表 390

5．5 安全阀的选择与应用 403

5．5．1 概述 403

5．5．2 设置安全阀的场合 404

5．5．3 安全阀的结构形式及分类 405

5．5．4 安全阀的选择 407

5．5．5 安全阀的定压、积聚压力和背压的确定 412

5．5．6 低压安全阀 413

5．5．7 安全阀需要排放量的计算 418

5．5．8 安全阀泄放能力的计算 424

5．5．9 安全阀计算实例 427

5．5．10 安全阀的安装 437

5．5．11 安全阀的泄漏试验 443

5．6 疏水器的计算和选型 444

5．6．1 疏水器的设置 444

5．6．2 疏水器的种类及主要技术性能 446

5．6．2．1 热动力型疏水器 446

5．6．2．2 热静力型疏水器（恒温型） 446

5．6．2．3 机械型疏水器 447

5．6．2．4 其它类型疏水器 449

5．6．3．2 疏水器选型要点 451

5．6．3 疏水器的选择 451

5．6．3．1 疏水器的选型原则 451

5．6．3．3 确定疏水器的规格 452

5．6．4 疏水器系统设计 456

5．6．4．1 疏水器的入口管 456

5．6．4．2 疏水器的出口管 457

5．6．4．3 疏水器的配置 459

5．7 爆破片的设计和选用 461

5．7．1 概述 461

5．7．1．1 适用范围 461

5．7．1．2 相关标准 461

5．7．2 有关爆破片的名词、术语 461

5．7．3 爆破片设置及选用 463

5．7．3．1 爆破片的分类 463

5．7．3．2 爆破片的设置 463

5．7．4．1 泄放量的计算 464

5．7．4 爆破片的泄放量和泄放面积的计算及爆破压力 464

5．7．4．2 泄放面积的计算 465

5．7．4．3 爆破片额定泄放量的核算 466

5．7．4．4 爆破片的设计爆破压力和标定爆破压力 467

5．7．4．5 设计计算举例 469

5．7．5 爆破片的选用 471

5．7．5．1 爆破片形式的确定 471

5．7．5．2 爆破片材料的选择 471

5．7．5．3 爆破片选用程序 472

5．7．6 爆破片与安全阀的组合使用 472

5．7．6．1 爆破片安装在安全阀的入口 472

5．7．6．2 爆破片安装在安全阀的出口 472

5．7．7．1 爆破片的安装 473

5．7．7．2 爆破片与夹持器的标志 473

5．7．7．3 爆破片的维护 473

5．7．7 爆破片的安装与维护 473

5．7．6．3 爆破片与安全阀的并联使用 473

附录 474

5．8 阻火器计算 478

5．8．1 概述 478

5．8．2 分类 478

5．8．3 阻火器的设置 478

5．8．4．1 阻火器设计与火焰速度的关系 479

5．8．4 阻火器的设计 479

5．8．4．2 阻火器阻火层的设计 480

5．8．5 阻火器压力降的计算 481

附录 485

5．9 蒸汽喷射泵的设计 488

5．9．1 蒸汽喷射泵的原理和计算 488

5．9．1．1 工作蒸汽消耗量计算 489

5．9．1．2 喷射泵几何尺寸计算 490

5．9．1．7 级间压力分配计算方法 492

5．9．1．5 末级排放压力的确定 492

5．9．1．6 级间吸入压力和排出压力的确定 492

5．9．1．4 压缩比与分级 492

5．9．1．3 工作蒸汽要求 492

5．9．1．8 计算举例 493

5．9．1．9 级间压降影响 493

5．9．1．10 抽出气体的当量空气量 493

5．9．1．11 抽气量的确定 495

5．9．2 安装与操作 496

5．9．2．1 蒸汽喷射泵的布置与安装 496

5．9．2．2 蒸汽喷射泵的开、停车 497

5．9．3 喷射泵计算实例 498

5．10 呼吸阀的选用 504

5．10．1 呼吸阀的用途和结构 504

5．10．2 呼吸阀的计算 506

5．10．3 呼吸阀的选用及安装 508

5．10．4 呼吸阀的参数表 509

附录 513

5．11 隔热及伴热设计 519

5．11．1 隔热设计 520

5．11．2 伴热的选用 520

5．11．3 蒸汽伴热保温计算 521

5．11．4 电伴热保温计算 529

5．12 管道混合器的计算与选型 531

5．12．1 应用范围 531

5．12．2 静态混合器的类型 532

5．12．3 静态混合器的技术参数及压力降计算 534

5．12．4 主要静态混合器参数表 537

5．12．5 静态混合器的安装 538

5．12．6 选型步骤及例题 539

附录 542

5．13 气封和液封的设计 545

5．13．1 气封的作用 545

5．13．2 气封的设计 545

5．13．3 液封的类型 547

5．13．4 液封的设计 548

5．14 管道过滤器和检流器的设计 550

5．14．1 管道过滤器的分类 551

5．14．2 管道过滤器打货需知 552

5．14．3 管道过滤器的安装 554

5．14．4 检流器的类型 554

5．14．5 检流器的设置 554

5．14．6 检流器的安装 555

附录 555

5．15．2．1 限流孔板的分类 563

5．15．2．2 限流孔板选型要点 563

5．15 管道限流孔板和盲板的设计 563

5．15．2 限流孔板选型 563

5．15．1 限流孔板的应用 563

5．15．2．3 孔数的确定 564

5．15．3 限流孔板计算方法和实例 564

5．15．3．1 单板孔板 564

5．15．3．4 限流作用的孔板计算 565

5．15．3．2 多板孔板 565

5．15．3．3 气-液两相流 565

5．15．3．5 计算实例 566

5．15．4 限流孔板设计附图和附表 568

5．15．5 盲板的设置 569

5．16 贮罐的选型 571

5．16．1 贮罐的分类及其用途 571

5．16．2 名词解释 576

5．16．3 贮罐选型的原则与步骤 577

5．16．4 贮罐容积的计算方法 578

5．16．5 贮罐内件的设置原则 578

5．16．6 常压罐的管口 579

5．16．7 带压罐的管口 579

附录 582

5．17 噪声控制的设计 584

5．17．1 噪声控制标准 584

5．17．3 设计内容 585

5．17．3．1 消除管道噪声 585

5．17．2 噪声控制设计原则 585

5．17．3．2 放空消声的措施 587

5．17．3．3 火炬消声 587

5．17．3．4 排气放空噪声的计算 587

5．17．4 设置隔声罩 589

5．17．5 消声器选用实例 593

5．18 人身防护系统的设计 594

5．18．1 应用范围 594

5．18．2 安装位置 594

5．18．3 设计要求 594

5．18．4 性能数据和产品图示 595

5．19 装置内辅助系统的设计 600

5．19．1 辅助系统的设计 600

5．19．7 燃料气系统 602

5．19．6 氮气、装置空气系统 602

5．19．5 仪表空气系统 602

5．19．3 冷冻盐水系统 602

5．19．2 蒸汽及冷凝水系统 602

5．19．4 循环水系统 602

5．19．8 公用物料站的设计 603

5．19．8．1 公用物料站的物料 603

5．19．8．2 公用物料站的位置 603

5．19．8．7 公用物料站管口的连接方式 604

5．20．1 系统的分类 604

5．20 取样系统的设计 604

5．19．8．8 公用物料站的系统压力 604

5．19．8．5 软管箱的设置 604

5．19．8．6 公用物料站的防冻措施 604

5．19．8．4 公用物料站的安装高度 604

5．19．8．3 管道的排列次序 604

5．20．2 各类取样系统的设计 605

5．20．3 取样器的使用注意事项 606

5．21 阀门选用设计 609

5．21．1 阀门的选用 610

5．21．2 阀门和阀门组的设置 611

5．22 安全泄压系统的设计 619

5．22．1 概述 620

5．22．1．1 安全泄压系统分析的范围 620

5．22．1．2 安全阀的选用 620

5．22．1．3 泄压系统的分析 621

5．22．2 潜在超压范围的划分 622

5．22．2．1 压力容器（最大允许工作压力MAWP>105kPa（G）） 623

5．22．2．2 低压贮罐（最大允许工作压力MAWP<105kPa（G）） 625

5．22．2．3 低压浮顶罐 626

5．22．2．4 吸收塔 627

5．22．2．5 蒸馏系统 627

5．22．2．6 壳管换热器 627

5．22．2．7 空冷器 628

5．22．2．8 加热炉 628

5．22．2．12 离心压缩机 629

5．22．2．11 往复压缩机 629

5．22．2．10 离心泵 629

5．22．2．9 容积泵 629

5．22．2．13 过滤器 630

5．22．2．14 管段 630

5．22．3 安全阀所需泄压排放量的决定 630

5．22．4 泄压总管的分析 630

5．22．4．1 外部火灾 630

5．22．4．2 动力故障 630

5．22．4．3 冷却水故障 631

5．22．4．4 仪表风故障 631

5．22．4．5 蒸汽故障 631

5．22．4．6 燃料气故障 631

5．22．5 扩散分析 631

5．22．6 泄压分离罐分析 631

5．23．1．2 火炬的分类和组成 632

5．23．1 概述 632

5．23．1．1 火炬的作用 632

5．23 火炬系统 632

5．22．7 火炬的辐射分析 632

5．23．1．3 火炬型式的选择 634

5．23．1．4 火炬气排放管网和火炬数目的确定 635

5．23．1．5 设计范围和设计基本原则 636

5．23．1．6 采用的主要标准规范 637

5．23．2 火炬气排放管网的设计 637

5．23．2．1 排放管网的组成 637

5．23．2．2 设计依据及基础数据 638

5．23．2．3 排放管网的系统设计 638

5．23．2．4 排放管网的配管设计 643

5．23．3 火炬装置的工艺和系统设计及总图布置 646

5．23．3．1 火炬装置的工艺流程 646

5．23．3．2 火炬装置的系统设计 647

5．23．3．3 火炬的总图布置 651

5．23．4．2 无烟燃烧 652

5．23．4．1 火炬头火焰的燃烧特性 652

5．23．4 火炬的燃烧特性 652

5．23．4．3 热辐射 654

5．23．4．4 噪声 656

5．23．5 火炬装置主要设备的设计 657

5．23．5．1 火炬头 657

5．23．5．2 火炬简体 663

5．23．5．3 分液罐 670

5．23．5．4 水封罐 673

5．23．5．6 点火设备 676

5．23．5．5 气体密封 676

5．23．5．7 排液泵 677

5．23．5．8 低温液态烃蒸发器和冷火炬气加热 678

5．23．6 火炬系统的自动控制和安全防护 678

5．23．6．1 火炬系统的自动控制 678

5．23．6．2 安全防护 680

5．23．7 火炬气回收 681

5．23．7．1 火炬气回收系统的组成和流程说明 682

5．23．7．1 安全和环保措施 683

第6章 自动控制 685

6．1 工业自动化仪表 685

6．1．1 概述 685

6．1．1．1 自动化仪表的分类 685

6．1．1．2 工业自动化仪表主要品质要求 685

6．1．2 流量测量仪表 686

6．1．2．1 流量仪表的分类 686

6．1．2．2 流量仪表的选用 689

6．1．3 压力测量仪表 695

6．1．3．1 压力测量仪表的分类 695

6．1．3．2 压力测量仪表选择 695

6．1．4 物位测量仪表 697

6．1．4．1 物位测量仪表分类（按测量方法分类） 697

6．1．4．2 物位测量仪表的特征 698

6．1．4．3 物位测量方法的选择 699

6．1．5．2 温度测量方法选择 700

6．1．5．1 温度仪表的分类 700

6．1．5 温度测量仪表 700

6．1．6 过程分析仪表 704

6．1．6．1 过程分析仪表的分类 704

6．1．6．2 过程分析仪表的样品预处理 704

6．1．6．3 过程分析仪的选用 706

6．1．7 控制室仪表 707

6．1．7．1 控制室仪表的分类 707

6．1．7．4 控制室仪表选择 708

6．1．7．3 对控制室仪表的要求 708

6．1．7．2 控制室仪表的功能 708

6．1．8 控制阀 709

6．1．8．1 控制阀的结构形式及分类 709

6．1．8．2 控制阀选择原则 726

6．1．9 变送器 727

6．2 自动控制系统的设计 732

6．2．1 简单控制系统 732

6．2．1．1 流量控制系统 732