化工設備工藝設計

1、天津科技大學天津科技大學海洋科學與工程學院海洋科學與工程學院 化工設備是組成化工裝置的基本單元，是指在化工生產中常用的泵、風機、罐、釜、塔器、換熱器、貯槽(罐)等。化工設備分類標準設備（定型設備）：是成批按系列生產的，并可以從設備生產廠家買到，可以從產品目錄或樣本中查閱其規(guī)格及牌號。例如：泵、風機、離心機等。非標設備（非定型設備）：是化工過程中需要專門設計的特殊設備。例如蒸發(fā)器、塔器等?；ぴO備工藝設計的任務：對于標準設備：根據工藝要求，計算并選擇某種型號，以便訂貨。 對于非標設備：根據根據工藝要求，通過工藝計算，提出型式、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工設備專業(yè)進行機械設計，由有關工廠制造

2、。 化工設備工藝設計的成果：1、設備一覽表；2、設備工藝條件圖或設備總圖。(1)合理性 設備必須滿足工藝一般要求，設備與工藝流程、生產規(guī)模、工藝操作條件、工藝控制水平相適應，又能充分發(fā)揮設備的能力。(2)先進性 要求設備的運轉可靠性、自控水平、生產能力、效率等要盡可能達到先進水平。(3)安全性 要求安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無事故隱患。對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求；工人在操作時，勞動強度小，盡量避免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的附件附料。(4)經濟性 設備投資省，易于加工、維修、更新少，沒有特殊的維護要求，運行費用少 。引進先進設備，考察設備性價比，考慮是否易于被國內消化吸收和

3、改進利用，避免盲目性?；ぴO備選型和工藝設計的原則 3.2.1 泵的選用 (1)確定泵的型式 依據物料的性質如溫度、粘度、揮發(fā)性、毒性、化學腐蝕性、溶解性和物料是否均一等因素來確定泵的基本型式。例如 ：水清水泵，鹵水化工泵。油類油泵等等；流量大而揚程不高時可選用單級離心泵；流量不大而揚程高的宜選往復泵或多級離心泵；輸送有腐蝕性介質，選耐腐蝕泵；輸送昂貴液體、劇毒或具有放射性能的液體選用完全不泄漏、無軸封的屏蔽泵；當要求精確進料時應選用計量泵或柱塞泵等。 (2)確定選泵的流量和揚程 流量的確定和計算 選泵時以最大流量為基礎。如果數據是正常流量，則應在正常流量的基礎上乘以1112的安全系數。 揚程

4、的確定和計算 先計算出所需要的揚程，即用來克服兩端容器的位能差，兩端容器上靜壓力差，兩端全系統的管道、管件和裝置的阻力損失，以及兩端(進口和出口)的速度差引起的動能差。揚程值用柏努利方程計算，用米液柱表示。計算出的揚程一般要放大510。 (3)確定泵的安裝高度。(4)確定泵的臺數和備用。一般只設一臺泵，在特殊情況下，也可采用兩（多）臺泵同時串聯或并聯操作。輸送泥漿或含有固體顆粒及其他雜質的泵和一些重要操作崗位用泵應設有備用泵。對于大型的連續(xù)化流程，可適當提高泵的備用率，而對于間歇操作，泵的維修簡易，操作很成熟的常常不考慮備用泵。(5)校核泵的軸功率。 泵的樣本上給定的功率和效率都是用清水試驗出

5、來的，輸送介質不是清水時，應考慮密度、粘度等對泵的流量、揚程性能的影響。 (6)確定冷卻水或驅動蒸汽的耗用量。(7)選用電動機。(8)填寫選泵規(guī)格表。 3.1.2 貯槽的選型及設計 化工生產中原料、中間物料、產品都需要貯存。用于氣體、液體的容積設備，國內己形成了系列標準。其設計方法如下：（1）匯集工藝設計數據 包括物料衡算和熱量衡算，貯存物料的溫度、壓力、最高使用溫度、最低使用溫度，腐蝕性、毒性、蒸汽壓、壓力，最大使用進出量、貯罐的工藝方案等。 (2)選擇容器材料 對有腐蝕性的物科可選用不銹鋼等金屬材料，在溫度壓力允許時可用非金屬貯罐、搪瓷容器或由鋼制壓力容器襯膠、搪瓷、襯聚四氨乙烯等。 (3

6、)容器型式的選用 我國已有許多化工貯罐實現了系列化和標準化。在貯罐型式選用時，應盡量選擇已經標準化的產品。 (4)容積計算（核心） 單純用于貯存原料和成品的貯罐：全廠性的貯罐一般主張至少有一個月的耗用量貯存；車間的貯罐一般考慮至少半個月的用量貯存。液體產品貯罐一般設計至少有一周的產品產量。液體貯罐的裝載系數通?？蛇_80 。 中間貯罐 ：一般考慮一晝夜的產量或發(fā)生量。計量罐：計量罐的容積一般考慮最少為1015min，多則2h的產量的儲存。計量耀裝載系數一般只考慮6070， 緩沖罐、汽化罐： 緩沖罐的目的是使氣體有一定數量的積累，保持壓力比較穩(wěn)定，從而保證工藝流程中流量穩(wěn)定。其容量通常是下游設備5

7、10min的用量，有時可以超過15min的用量。 汽化罐的物料汽化空間通常是貯罐總容積的一半。汽化空間的容積大小，通常根據物料汽化速度來估計，一般希望汽化空間足夠下游崗位3min以上的使用量，至少在2min左右。 混合、拼料罐：根據工藝條件而定，考慮若干批的產量，裝載系數約70 。 包裝罐：原則上是晝夜罐。對于需要及時包裝的貯罐、定期清洗的貯罐，容積可考慮偏小。裝載系數一般在60-80左右。 (5)確定貯罐基本尺寸(6)選擇標準型號：如沒有則自行設計。(7)開口和支座 在設備上考慮進料、出料、溫度、壓力(真空)、放空、液面計、排液、放凈以及人孔、手孔、吊裝等裝置，并留有一定數目的備用孔。 (8

8、)繪制設備草圖(條件圖) ，提出設計條件和訂貨要求繪制設備容器的外形輪廓，標注一切有關尺寸，包括容器管口的規(guī)格，井填寫“設計條件表”，由設備專業(yè)的人員，進行非標推設備設計。 3.2.3 蒸發(fā)器的選型及設計（補充）3.2.4 固液分離設備的選型及設計（補充）3.2.5 蒸汽冷凝器的選型及設計（補充）3.2.6 真空結晶器及設計（補充） 設備的工藝設計中，標準設備可根據工藝設計條件從有關資料中查出，直接列表，但非定型設備則要求進行設計，設計中的主要工作和程序如下 ：（1）工藝流程上確定設備的類型：例如真空制鹽需要蒸發(fā)設備、固液分離設備等； （2）確定設備材質 （3）匯集設計條件：根據物料衡算和熱量

9、衡算，確定設備負荷、轉化率和效率要求，確立設備的工藝操作條件如溫度、壓力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、工作周期等； （4）選定設備的基本結構型式 根據各類設備的性能、使用特點和適用的范圍，依據各類規(guī)范、樣本和說明書、進行權衡比較，確定該設備的基本結構型式。例如確定是用重力沉降、離心沉降等等（5）設計設備的基本尺寸：確定基本外形尺寸，如外徑、高度、攪拌器主要尺寸等；確定設備的各種工藝附件，如進出料口、排料裝置等； （6）向設備制造設計(機械設計)專業(yè)提出設計條件如材質、溫度、壓力、裝載系數、運轉周期、維修安裝要求和設備開口、支承等等 和設備草圖，由設備設計專業(yè)人員根據各種規(guī)范進

10、行機械設計、強度設計和檢驗，提出施工圖等。（7）匯總列出設備一覽表。 為了能完整、正確、清晰地表達這些化工設備，就必須繪制化工設備圖。常用的化工設備圖有化工設備總圖、裝配圖、部件圖、零件圖、管口方位圖、表格圖及預焊接件圖。作為施工設計文件的還有工程圖、通用圖和標準圖?？倛D及條件圖（包括管口方位圖） (1)總圖 表示化工設備以及附屬裝置的全貌、組成和特性的圖樣。它應表達設備各主要部分的結構特征、裝配連接關系、主要特征尺寸和外形尺寸，并寫明技術要求、技術特性等技術資料。 （CAD例圖） (2)條件圖 為設備設計專業(yè)提供設計依據（CAD例3.4.1 化工設備圖的基本內容（1）標題欄（2）明細表 明細

11、表是說明組成本張圖紙的備部件的詳細情況，一般格式如下：（3）管口表 是將本設備的各管口用英文小寫字母自上而下按順序填入表中，明確各管口的位置和規(guī)格等，具體見下表：（4）技術特性表 ：將設備的設計、制造、使用的主要參數(設計壓力、工作壓力、設計溫度、工作溫度、各部件的材質、焊縫系數、腐蝕裕度、物料名稱、容器類別及專用化工設備的接觸物料的持性等)技術特性以列表方式供施工、檢驗、生產中執(zhí)行。舉例 (5)技術要求 一般以文字對化工設備的技術條件，應該遵守和達到的技術指標等，逐條書寫清楚。舉例 3.4.2 化工設備的基本結構特點 基本形體以回轉體為主；各部結構尺寸大小相差懸殊；殼體上開孔和管口多 ；廣泛

12、采用標準化零部件 ；采用焊接結構多；對材料有特殊要求 ；防泄漏安全結構要求高 。 舉例講舉例講3.4.3 化工設備圖的視圖表達特點(1)視圖配置靈活 由于化工設備的主體結構多為回轉體，其基本視圖常采用兩個視圖。立式設備一般為主、俯視圖；臥式設備一般為主、左(右)視圖，用以表達設備的主體結構。當設備的高(長)較高(長)時，由于圖幅有限，俯、左(右)視圖難于安排在基本視圖位置，可以將其配置在圖面的空白處，注明其視圖名稱，也允許畫在另一張圖紙上，并分別在兩張圖紙注明視圖關系即可。（例）(2)細部結構的表達方法 由于化工設備的各部分結構尺寸相差懸殊，按縮小比例畫出的基本視圖中，很難兼顧到把細部結構也表

13、達清楚。因此，化工設備圖中較多的使用了局部放大圖和夸大畫法來表達這些細部結構并標注尺寸。局部放大圖：局部放大圖： （舉例）夸大畫法：對于化工設備中的折流板、管板、殼體壁厚、墊片及各種管壁厚，在按總體比例縮小后，難以表達其厚度，可作適當的夸大畫出。 斷開畫法、分段畫法及整體圖 （CAD例）： 對于過高或過長的化工設備，如塔、換熱器等，為了采用較大的比例清楚地表達設備結構和合理地使用圖幅，常使用斷開畫法，即用雙點劃線將設備中重復出現的結構或相同結構斷開，使圖形縮短。 多次旋轉的表達方法 （CAD例）：但為了避免混亂，在不同的視圖中同一接管或附件應用相同的小寫英文字母編號。規(guī)格、用途相同的接管或附件

14、可共用同一字母，用阿拉伯字母作腳標，以示個數。應注意被旋轉的接管及其他附件在主視圖上不應相互重疊。 管口方位的表達方法：通常用管口方位圖來代替俯視圖表達出設備的各管口及其他附件 ；（3）簡化畫法： 在繪制化工設備圖時 ，大量地采用了各種簡化畫法。 人孔簡化畫法人孔簡化畫法標準部件外購部件在化工設備圖中可以只畫其外形輪廓簡圖 (例如：循環(huán)泵）對于已有零部件圖、局部放大圖及規(guī)定記號的零部件，或者一些簡單結構，可以采用單線條(粗實線)示意畫法，如封頭；簡體、列管、折流板、擋板、拉桿、定距管、法蘭、人孔、波形膨脹節(jié)及補強圈、各種塔盤等都可用單線條示意表達。 (CAD舉例）化工設備圖中液面計可用點劃線示

15、意表達，并用粗實線畫出符號表示其安裝位置。例 化工設備中出現的有規(guī)律分布的重復結構允許作如下簡化表達：螺紋連接件組：只用點劃線表示其連接位置；按一定規(guī)律排列的管束，可只畫一根，其余的用點劃線表示其安裝位置 ；按一定規(guī)律排列，并且孔徑相同的孔板，如換熱器中的管板、折流板、塔器中的塔板等；設備中(主要是塔器)規(guī)格、材質和堆放方法相同的填料 。3.4.3 化工設備圖的尺寸標注 化工設備圖的尺寸標注，與一般機械裝配圖基本相同。但與一般機械裝配圖比較，化工設備的尺寸數量稍多，有的尺寸較大，尺寸精度要求較低，允許注成封閉尺寸鏈 。 化工設備圖上需要標注的尺寸有如下幾類：規(guī)格性能尺寸，裝配尺寸，外形尺寸，安裝尺寸，其他尺寸（零部件的規(guī)格尺寸、設計計算確定的尺寸 如主體壁厚、攪拌軸直徑等）。例 化工設備圖的尺寸基準設備筒體和封頭的軸線；設備筒體與封頭的環(huán)焊線；設備法蘭的連接面；設備支座、裙座的底面；管軸線與設備表面交點。3.4.4 化工設