石油化工設計手冊·第四卷 工藝和系統(tǒng)設計（修訂版）

第1章概述
1．1工藝專業(yè)在設計各階段的任務1
1．1．1設計前期工作階段的任務1
1．1．2工藝設計階段1
1．1．3基礎工程設計階段2
1．1．4詳細工程設計階段2
1．1．5試車及考核階段的任務3
1．2工藝系統(tǒng)專業(yè)在設計各階段的任務3
1．2．1概述3
1．2．2在設計各階段的任務3
1．3設計崗位的職責和任務4
1．3．1設計崗位的職責及權限4
1．3．2設計崗位的任務6
1．4 裝置運行的組織和保障體系10
1．4．1 生產(chǎn)的組織機構10
1．4．2生產(chǎn)過程的管理11
第2章設計基礎
2．1概述14
2．2 工廠選址14
2．2．1 廠址選擇14
2．2．2 廠址選擇的工作階段17
2．3自然條件18
2．3．1一般現(xiàn)場數(shù)據(jù)18
2．3．2氣象數(shù)據(jù)20
2．4裝置能力21
2．5操作制度21
2．6設計工況21
2．7裝置操作彈性21
2．8設計規(guī)范和標準22
2．8．1第一種規(guī)范分類方法22
2．8．2第二種規(guī)范分類方法26
2．9原料規(guī)格26
2．9．1原料組成26
2．9．2原料規(guī)格26
2．10產(chǎn)品、副產(chǎn)品及化學品規(guī)格27
2．10．1產(chǎn)品規(guī)格27
2．10．2副產(chǎn)品及化學品規(guī)格27
2．11公用工程條件27
2．11．1蒸汽系統(tǒng)27
2．11．2水系統(tǒng)29
2．11．3供電及電信系統(tǒng)30
2．11．4燃料系統(tǒng)31
2．11．5供氧系統(tǒng)32
2．12三廢排放要求及處理原則32
2．12．1廢氣32
2．12．2廢水33
2．12．3廢液33
2．12．4廢渣33
2．13界區(qū)條件34
2．13．1界區(qū)處的原料設計條件34
2．13．2界區(qū)處的產(chǎn)品設計條件34
2．13．3界區(qū)處的副產(chǎn)品及化學品設計條件34
2．14工藝設計基礎35
第3章工藝設計及計算
3．1工藝包設計36
3．1．1概述36
3．1．2工藝的主要內容37
3．1．3工藝流程說明42
3．1．4工藝流程圖(PFD)42
3．1．5物料和熱量衡算45
3．1．6工藝設備數(shù)據(jù)表50
3．1．7工藝設備表50
3．1．8原料、催化劑、化學品消耗量及消耗定額和產(chǎn)品、副產(chǎn)品產(chǎn)量50
3．1．9原料、催化劑、化學品和產(chǎn)品、副產(chǎn)品規(guī)格63
3．1．10公用物料消耗定額及消耗量63
3．1．11公用物料規(guī)格64
3．1．12分析化驗要求65
3．1．13生產(chǎn)裝置界區(qū)條件表65
3．1．14三廢排放及建議的處理措施65
3．1．15安全分析67
3．1．16建議的設備平面布置圖71
3．1．17工藝手冊操作指南73
3．2工藝包設計的工作程序74
3．2．1工藝包設計階段的主要工作程序74
3．2．2工藝專業(yè)完成設計條件的步驟75
3．2．3工藝包階段工藝專業(yè)的條件關系76
3．3工藝設計的原則和方法77
3．3．1工藝路線的選擇77
3．3．2工藝流程方案的優(yōu)化78
3．3．3反應流程的優(yōu)化78
3．3．4精餾流程的優(yōu)化79
3．3．5 蒸發(fā)系統(tǒng)80
3．3．6工藝設備的選擇80
3．3．7設備材質的選擇86
3．3．8壓力容器的設計分類及工藝設備的特殊制造要求86
3．3．9 工藝流程控制方案的設計87
3．4過程能量綜合94
3．4．1概述94
3．4．2夾點分析法96
3．4．3分析方法112
3．4．4三環(huán)節(jié)能量綜合策略方法及應用123
3．4．5全局能量綜合優(yōu)化148
參考文獻155
第4章基礎工程設計
4．1概述157
4．2工藝管道及儀表流程圖(PID)159
4．2．1基本內容159
4．2．2工藝管道及儀表流程圖(PID)
的設計過程162
4．2．3PID設計所需資料166
4．2．4PID的圖面布置和制圖要求166
4．2．5典型設備的PID設計170
4．2．6PID校核提綱194
4．3公用系統(tǒng)管道及儀表流程圖(UID)196
4．3．1基本內容196
4．3．2圖例196
4．4工藝流程說明198
4．5原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、燃料、催化劑、化學品及公用物料的技術規(guī)格198
4．5．1設計需知198
4．5．2基本內容198
4．6原料、催化劑、化學品、公用物料消耗定額及消耗量和產(chǎn)品、副產(chǎn)品產(chǎn)量表201
4．6．1設計需知201
4．7管道標志203
4．7．1需要編號的管道范圍203
4．7．2管道標注方法203
4．7．3管道號的編制203
4．8管道表205
4．8．1管道表填寫內容205
4．8．2管道表填寫說明205
4．8．3管道表的出版與修訂206
4．9生產(chǎn)裝置界區(qū)條件表206
4．10平面布置圖208
4．10．1裝置布置設計的一般要求209
4．10．2管廊和主要設備的布置211
4．11工藝設備表219
4．11．1容器類設備219
4．11．2換熱器類設備219
4．11．3工業(yè)爐類設備220
4．11．4泵類設備220
4．11．5壓縮機、風機類設備220
4．11．6機械類設備220
4．11．7其他類設備220
4．12工藝設備數(shù)據(jù)表284
4．13勞動安全衛(wèi)生284
4．13．1建設依據(jù)和設計依據(jù)284
4．13．2工程概述284
4．13．3生產(chǎn)過程中職業(yè)危險、危害因素分析284
4．13．4設計采用的主要安全衛(wèi)生防范措施284
4．13．5預期效果與評價285
4．13．6勞動安全衛(wèi)生預評價結論285
4．13．7專用投資概算285
4．13．8存在問題與建議285
4．13．9附圖285
4．14人員編制285
4．15工藝系統(tǒng)及其他專業(yè)的條件關系285
4．15．1工藝系統(tǒng)在各個設計階段的條件關系286
4．15．2工藝系統(tǒng)和儀表專業(yè)之間的條件關系290
第5章系統(tǒng)設計
5．1概述294
5．2設計壓力的確定294
5．2．1術語294
5．2．2系統(tǒng)分析295
5．2．3設備設計壓力的確定原則296
5．2．4管道設計壓力的確定原則296
5．3設計溫度的確定298
5．3．1設備設計溫度的確定298
5．3．2管道設計溫度的確定298
5．4管道水力學的設計299
5．4．1管道水力學設計步驟299
5．4．2初選管徑的計算300
5．4．3摩擦壓力降的計算303
5．4．4管網(wǎng)壓力降的計算318
5．4．5單相流(不可壓縮流體)的管道壓力降計算319
5．4．6單相流(可壓縮流體)的管道壓力降計算335
5．4．7氣?液兩相流(非閃蒸型)的管道壓力降計算346
5．4．8氣?液兩相流(閃蒸型)的管道壓力降計算361
5．4．9氣?固兩相流的管道壓力降計算368
5．4．10真空系統(tǒng)的管道壓力降計算385
5．4．11漿液流的管道壓力降計算396
5．4．12計算機軟件的應用407
5．5安全閥的選擇與應用407
5．5．1概述407
5．5．2設置安全閥的場合408
5．5．3安全閥的結構形式及分類409
5．5．4安全閥的選擇411
5．5．5安全閥的定壓、積聚壓力和背壓的確定416
5．5．6安全閥需要排放量的計算419
5．5．7安全閥泄放能力的計算424
5．5．9安全閥的安裝434
5．5．10安全閥的泄漏試驗440
5．5．11故障原因分析及處置441
5．6疏水器的計算和選型442
5．6．1疏水器的設置442
5．6．2疏水器的種類及主要技術性能444
5．6．3疏水器的選擇449
5．6．4疏水器系統(tǒng)設計454
5．7爆破片的設計和選用458
5．7．1概述458
5．7．2有關爆破片的名詞、術語459
5．7．3爆破片設置及選用461
5．7．4爆破片的泄放量和泄放面積的計算及爆破壓力461
5．7．5爆破片的選用468
5．7．6爆破片與安全閥的組合使用470
5．7．7爆破片的安裝與維護471
5．8阻火器計算476
5．8．1概述476
5．8．2分類476
5．8．3阻火器的設置476
5．8．4阻火器的設計477
5．8．5阻火器壓力降的計算479
5．9蒸汽噴射泵的設計486
5．9．1蒸汽噴射泵的原理和計算486
5．9．2安裝與操作494
5．9．3噴射泵計算實例496
5．10呼吸閥的選用502
5．10．1呼吸閥的用途和結構502
5．10．2呼吸閥的計算506
5．10．3呼吸閥的選用及安裝508
5．10．4呼吸閥的參數(shù)表509
5．11隔熱及伴熱設計519
5．11．1隔熱設計520
5．11．2伴熱的選用520
5．11．3蒸汽伴熱保溫計算521
5．11．4電伴熱保溫計算529
5．12管道混合器的計算與選型531
5．12．1應用范圍531
5．12．2靜態(tài)混合器的類型532
5．12．3靜態(tài)混合器的技術參數(shù)及壓力降計算534
5．12．4主要靜態(tài)混合器參數(shù)表537
5．12．5靜態(tài)混合器的安裝538
5．12．6選型步驟及例題539
5．13氣封和液封的設計545
5．13．1氣封的作用545
5．13．2氣封的設計545
5．13．3液封的類型547
5．13．4液封的設計548
5．14管道過濾器和檢流器的設計550
5．14．1管道過濾器的分類551
5．14．2管道過濾器訂貨需知552
5．14．3管道過濾器的安裝554
5．14．4檢流器的類型554
5．14．5檢流器的設置554
5．14．6檢流器的安裝555
5．15管道限流孔板和盲板的設計563
5．15．1限流孔板的應用563
5．15．2限流孔板選型563
5．15．3限流孔板計算方法和實例564
5．15．4限流孔板設計附圖和附表567
5．15．5盲板的設置568
5．16貯罐的選型571
5．16．1貯罐的分類及其用途571
5．16．2名詞解釋575
5．16．3貯罐選型的原則與步驟577
5．16．4貯罐容積的計算方法577
5．16．5貯罐內件的設置原則578
5．16．6常壓罐的管口578
5．16．7帶壓罐的管口579
5．17噪聲控制的設計583
5．17．1噪聲控制標準583
5．17．2噪聲控制設計原則584
5．17．3設計內容584
5．17．4設置隔聲罩587
5．17．5消聲器選用實例592
5．18人身防護系統(tǒng)的設計593
5．18．1應用范圍593
5．18．2安裝位置593
5．18．3設計要求593
5．18．4性能數(shù)據(jù)和產(chǎn)品圖示594
5．19裝置內輔助系統(tǒng)的設計599
5．19．1輔助系統(tǒng)的設計599
5．19．2蒸汽及冷凝水系統(tǒng)600
5．19．3冷凍鹽水系統(tǒng)601
5．19．4循環(huán)水系統(tǒng)601
5．19．5儀表空氣系統(tǒng)601
5．19．6氮氣、裝置空氣系統(tǒng)601
5．19．7燃料氣系統(tǒng)601
5．19．8公用物料站的設計602
5．20取樣系統(tǒng)的設計603
5．20．1系統(tǒng)的分類603
5．20．2各類取樣系統(tǒng)的設計604
5．20．3取樣器的使用注意事項605
5．21閥門選用設計608
5．21．1閥門的選用609
5．21．2閥門和閥門組的設置610
5．22氣液分離器的計算與選用618
5．22．1氣液分離器618
5．22．2液液分離器623
5．23火炬系統(tǒng)627
5．23．1概述627
5．23．2火炬氣排放管網(wǎng)的設計631
5．23．3火炬裝置的工藝和系統(tǒng)設計及總圖布置636
5．23．4火炬的燃燒特性640
5．23．5火炬裝置主要設備的設計642
5．23．6火炬氣回收650
5．23．7火炬系統(tǒng)的本質安全652
第6章自動控制
6．1工業(yè)自動化儀表655
6．1．1概述655
6．1．2流量測量儀表656
6．1．3壓力測量儀表665
6．1．4物位測量儀表667
6．1．5溫度測量儀表670
6．1．6過程分析儀表674
6．1．7控制室儀表677
6．1．8控制閥679
6．1．9變送器697
6．2自動控制系統(tǒng)的設計702
6．2．1簡單控制系統(tǒng)702
6．2．2復雜控制系統(tǒng)704
6．3先進過程控制725
6．3．1概述725
6．3．2先進過程控制及預測控制的基本原理728
6．3．3主要先進控制工具軟件包730
6．3．4先進過程控制應用舉例――聚丙烯先進過程控制736
6．4原油蒸餾過程建模與在線優(yōu)化控制749
6．4．1原油蒸餾過程工藝簡述749
6．4．2嚴格在線過程模型750
6．4．3過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型752
6．4．4原油常壓塔側線產(chǎn)品質量多變量智能控制756
6．4．5原油常壓塔質量估計中的軟測量儀表759
第7章工藝安全
7．1概述763
7．1．1術語與定義763
7．1．2設計單位的主要安全職責763
7．1．3安全設計基本程序764
7．2工藝物料危險性分析764
7．2．1危險化學品數(shù)據(jù)764
7．2．2火災危險性分析765
7．2．3爆炸危險區(qū)劃分766
7．2．4職業(yè)性接觸毒物分級及接觸限值766
7．3工藝過程風險評估768
7．3．1主要的危險化工工藝768
7．3．2過程危險源分析768
7．3．3傳統(tǒng)的危險源分析方法770
7．3．4各設計階段過程危險源分析772
7．3．5工藝過程危險分析(PHA，ProcessHazard Analysis)773
7．3．6危險與可操作性研究(HAZOP，HazardAnd Operability Study)774
7．3．7量化風險評估(QRA，QuantitativeRisk Assessment)776
7．4安全設計依據(jù)及基本原則777
7．4．1安全設計依據(jù)777
7．4．2國家法律法規(guī)體系777
7．4．3國家標準規(guī)范及強制性條文777
7．4．4國家標準規(guī)范實施要點778
7．4．5安全設計基本原則779
7．5工藝過程風險控制措施779
7．5．1安全對策措施與風險控制779
7．5．2安全對策措施特性及選用原則780
7．5．3安全設施定義與分類780
7．5．4工藝本質安全設計780
7．5．5安全儀表系統(tǒng)與可燃有毒氣體檢測系統(tǒng)設計781
7．5．6安全泄放裝置及系統(tǒng)783
7．5．7緊急切斷閥(EBV)784
7．5．8設備和管道材料的選用785
7．5．9應急措施設計786
7．5．10抗爆建筑物設計786
第8章計算機輔助設計
8．1概述788
8．2流程模擬789
8．2．1流程模擬軟件發(fā)展歷史790
8．2．2主要流程模擬軟件介紹792
8．3穩(wěn)態(tài)流程模擬794
8．3．1穩(wěn)態(tài)流程模擬系統(tǒng)的構成794
8．3．2物性數(shù)據(jù)庫和物性計算794
8．3．3參數(shù)回歸807
8．3．４單元操作模塊808
8．3．5切割物流和收斂方法810
8．3．6流程選項812
8．3．7模型分析814
8．3．8功能擴展816
8．3．9穩(wěn)態(tài)模擬示例825
8．4動態(tài)流程模擬832
8．4．1動態(tài)流程模擬的類型834
8．4．2在Aspen Plus中清理不適用的模塊834
8．4．3在Aspen Plus中完善穩(wěn)態(tài)流程模擬834
8．4．4在Aspen Plus中估算塔器尺寸834
8．4．5在Aspen Plus中輸入動態(tài)模擬所需參數(shù)835
8．4．6在Aspen Plus中運行壓力檢查器835
8．4．7在Aspen Plus中導出動態(tài)流程模擬文件835
8．4．8Aspen Plus Dynamics中的流程836
8．4．9運行動態(tài)流程模擬837
8．4．10控制方案的完善837
8．4．11控制器參數(shù)的整定839
第9章貯罐工藝設計
9．1貯罐分類841
9．1．1概述841
9．1．2分類841
9．2常用各種貯罐設計原則及計算842
9．2．1球罐842
9．2．2小型貯罐847
9．2．3低溫貯罐849
9．2．4固定頂貯罐858
9．2．5外浮頂貯罐879
9．2．6內浮頂貯罐890
9．2．7濕式氣柜893
9．2．8干式氣柜904
9．2．9糧倉908
9．3石油化工貯罐工藝設計及計算916
9．3．1石油化工產(chǎn)品貯存工藝方法916
9．3．2容量計算和基本尺寸的選擇921
9．3．3設計壓力和設計溫度的確定923
9．3．4惰性氣體量的計算926
9．3．5貯罐液體蒸發(fā)損失928
9．3．6貯罐的加熱與冷卻937
9．3．7貯罐保溫948
9．3．8鋼貯罐基礎的工藝要求951
9．4石油化工貯罐主要附件的選擇與計算954
9．4．1進料管和出料管的設計954
9．4．2集水罐的設計961
9．4．3防渦流擋板961
9．4．4呼吸裝置970
9．4．5防護裝置983
9．4．6貯罐內物料流動時的靜電及防止辦法990
9．4．7貯罐消防的工藝要求1004
9．5貯罐及管道用鋼材1007
9．5．1基本要求1007
9．5．2鋼板1007
9．5．3鋼管1013
9．5．4鍛件1015
9．5．5螺柱和螺母1015
參考文獻1019