石油化工设计手册 第4卷 工艺和系统设计PDF格式文档图书下载

第1章 概述 1

1.1工艺专业在设计各阶段的任务 1

1.1.1设计前期工作阶段的任务 1

1.1.2工艺设计阶段 1

1.1.3基础工程设计阶段 2

1.1.4详细工程设计阶段 2

1.1.5试车及考核阶段的任务 3

1.2工艺系统专业在设计各阶段的任务 3

1.2.1概述 3

1.2.2在设计各阶段的任务 3

1.3设计岗位的职责和任务 4

1.3.1设计岗位的职责及权限 4

1.3.2设计岗位的任务 6

1.4装置运行的组织和保障体系 10

1.4.1生产的组织机构 10

1.4.2生产过程的管理 11

第2章 设计基础 14

2.1概述 14

2.2工厂选址 14

2.2.1厂址选择 14

2.2.2厂址选择的工作阶段 17

2.3自然条件 18

2.3.1一般现场数据 18

2.3.2气象数据 20

2.4装置能力 21

2.5操作制度 21

2.6设计工况 21

2.7装置操作弹性 21

2.8设计规范和标准 22

2.8.1第一种规范分类方法 22

2.8.2第二种规范分类方法 26

2.9原料规格 26

2.9.1原料组成 26

2.9.2原料规格 26

2.10产品、副产品及化学品规格 27

2.10.1产品规格 27

2.10.2副产品及化学品规格 27

2.11公用工程条件 27

2.11.1蒸汽系统 27

2.11.2水系统 29

2.11.3供电及电信系统 30

2.11.4燃料系统 31

2.11.5供氧系统 32

2.12三废排放要求及处理原则 32

2.12.1废气 32

2.12.2废水 33

2.12.3废液 33

2.12.4废渣 33

2.13界区条件 34

2.13.1界区处的原料设计条件 34

2.13.2界区处的产品设计条件 34

2.13.3界区处的副产品及化学品设计条件 34

2.14工艺设计基础 35

第3章 工艺设计及计算 36

3.1工艺包设计 36

3.1.1概述 36

3.1.2工艺的主要内容 37

3.1.3工艺流程说明 42

3.1.4工艺流程图（PFD） 42

3.1.5物料和热量衡算 45

3.1.6工艺设备数据表 50

3.1.7工艺设备表 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 50

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 63

3.1.11公用物料规格 64

3.1.12分析化验要求 65

3.1.13生产装置界区条件表 65

3.1.14三废排放及建议的处理措施 65

3.1.15安全分析 67

3.1.16建议的设备平面布置图 71

3.1.17工艺手册操作指南 73

3.2工艺包设计的工作程序 74

3.2.1工艺包设计阶段的主要工作程序 74

3.2.2工艺专业完成设计条件的步骤 75

3.2.3工艺包阶段工艺专业的条件关系 76

3.3工艺设计的原则和方法 77

3.3.1工艺路线的选择 77

3.3.2工艺流程方案的优化 78

3.3.3反应流程的优化 78

3.3.4精馏流程的优化 79

3.3.5蒸发系统 80

3.3.6工艺设备的选择 80

3.3.7设备材质的选择 86

3.3.8压力容器的设计分类及工艺设备的特殊制造要求 86

3.3.9工艺流程控制方案的设计 87

3.4过程能量综合 94

3.4.1概述 94

3.4.2夹点分析法 96

3.4.3？分析方法 112

3.4.4三环节能量综合策略方法及应用 123

3.4.5全局能量综合优化 148

参考文献 155

第4章 基础工程设计 157

4.1概述 157

4.2工艺管道及仪表流程图（PID） 159

4.2.1基本内容 159

4.2.2工艺管道及仪表流程图（PID）的设计过程 162

4.2.3 PID设计所需资料 166

4.2.4 PID的图面布置和制图要求 166

4.2.5典型设备的PID设计 170

4.2.6 PID校核提纲 194

4.3公用系统管道及仪表流程图（UID） 196

4.3.1基本内容 196

4.3.2图例 196

4.4工艺流程说明 198

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 198

4.5.1设计需知 198

4.5.2基本内容 198

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 201

4.6.1设计需知 201

4.7管道标志 203

4.7.1需要编号的管道范围 203

4.7.2管道标注方法 203

4.7.3管道号的编制 203

4.8管道表 205

4.8.1管道表填写内容 205

4.8.2管道表填写说明 205

4.8.3管道表的出版与修订 206

4.9生产装置界区条件表 206

4.10平面布置图 208

4.10.1装置布置设计的一般要求 209

4.10.2管廊和主要设备的布置 211

4.11工艺设备表 219

4.11.1容器类设备 219

4.11.2换热器类设备 219

4.11.3工业炉类设备 220

4.11.4泵类设备 220

4.11.5压缩机、风机类设备 220

4.11.6机械类设备 220

4.11.7其他类设备 220

4.12工艺设备数据表 284

4.13劳动安全卫生 284

4.13.1建设依据和设计依据 284

4.13.2工程概述 284

4.13.3生产过程中职业危险、危害因素分析 284

4.13.4设计采用的主要安全卫生防范措施 284

4.13.5预期效果与评价 285

4.13.6劳动安全卫生预评价结论 285

4.13.7专用投资概算 285

4.13.8存在问题与建议 285

4.13.9附图 285

4.14人员编制 285

4.15 工艺系统及其他专业的条件关系 285

4.15.1工艺系统在各个设计阶段的条件关系 286

4.15.2工艺系统和仪表专业之间的条件关系 290

第5章 系统设计 294

5.1概述 294

5.2设计压力的确定 294

5.2.1术语 294

5.2.2系统分析 295

5.2.3设备设计压力的确定原则 296

5.2.4管道设计压力的确定原则 296

5.3设计温度的确定 298

5.3.1设备设计温度的确定 298

5.3.2管道设计温度的确定 298

5.4管道水力学的设计 299

5.4.1管道水力学设计步骤 299

5.4.2初选管径的计算 300

5.4.3摩擦压力降的计算 303

5.4.4管网压力降的计算 318

5.4.5单相流（不可压缩流体）的管道压力降计算 319

5.4.6单相流（可压缩流体）的管道压力降计算 335

5.4.7气-液两相流（非闪蒸型）的管道压力降计算 346

5.4.8气-液两相流（闪蒸型）的管道压力降计算 361

5.4.9气-固两相流的管道压力降计算 368

5.4.10真空系统的管道压力降计算 385

5.4.11浆液流的管道压力降计算 396

5.4.12计算机软件的应用 407

5.5安全阀的选择与应用 407

5.5.1概述 407

5.5.2设置安全阀的场合 408

5.5.3安全阀的结构形式及分类 409

5.5.4安全阀的选择 411

5.5.5安全阀的定压、积聚压力和背压的确定 416

5.5.6安全阀需要排放量的计算 419

5.5.7安全阀泄放能力的计算 424

5.5.9安全阀的安装 434

5.5.10安全阀的泄漏试验 440

5.5.11故障原因分析及处置 441

5.6疏水器的计算和选型 442

5.6.1疏水器的设置 442

5.6.2疏水器的种类及主要技术性能 444

5.6.3疏水器的选择 449

5.6.4疏水器系统设计 454

5.7爆破片的设计和选用 458

5.7.1概述 458

5.7.2有关爆破片的名词、术语 459

5.7.3爆破片设置及选用 461

5.7.4爆破片的泄放量和泄放面积的计算及爆破压力 461

5.7.5爆破片的选用 468

5.7.6爆破片与安全阀的组合使用 470

5.7.7爆破片的安装与维护 471

5.8阻火器计算 476

5.8.1概述 476

5.8.2分类 476

5.8.3阻火器的设置 476

5.8.4阻火器的设计 477

5.8.5阻火器压力降的计算 479

5.9蒸汽喷射泵的设计 486

5.9.1蒸汽喷射泵的原理和计算 486

5.9.2安装与操作 494

5.9.3喷射泵计算实例 496

5.10呼吸阀的选用 502

5.10.1呼吸阀的用途和结构 502

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

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

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管道过滤器订货需知 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

5.15 管道限流孔板和盲板的设计 563

5.15.1限流孔板的应用 563

5.15.2限流孔板选型 563

5.15.3限流孔板计算方法和实例 564

5.15.4限流孔板设计附图和附表 567

5.15.5盲板的设置 568

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 575

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 577

5.16.5贮罐内件的设置原则 578

5.16.6常压罐的管口 578

5.16.7带压罐的管口 579

5.17噪声控制的设计 583

5.17.1噪声控制标准 583

5.17.2噪声控制设计原则 584

5.17.3设计内容 584

5.17.4设置隔声罩 587

5.17.5消声器选用实例 592

5.18人身防护系统的设计 593

5.18.1应用范围 593

5.18.2安装位置 593

5.18.3设计要求 593

5.18.4性能数据和产品图示 594

5.19装置内辅助系统的设计 599

5.19.1辅助系统的设计 599

5.19.2蒸汽及冷凝水系统 600

5.19.3冷冻盐水系统 601

5.19.4循环水系统 601

5.19.5仪表空气系统 601

5.19.6氮气、装置空气系统 601

5.19.7燃料气系统 601

5.19.8公用物料站的设计 602

5.20取样系统的设计 603

5.20.1系统的分类 603

5.20.2各类取样系统的设计 604

5.20.3取样器的使用注意事项 605

5.21阀门选用设计 608

5.21.1阀门的选用 609

5.21.2阀门和阀门组的设置 610

5.22气液分离器的计算与选用 618

5.22.1气液分离器 618

5.22.2液液分离器 623

5.23火炬系统 627

5.23.1概述 627

5.23.2火炬气排放管网的设计 631

5.23.3火炬装置的工艺和系统设计及总图布置 636

5.23.4火炬的燃烧特性 640

5.23.5火炬装置主要设备的设计 642

5.23.6火炬气回收 650

5.23.7火炬系统的本质安全 652

第6章 自动控制 655

6.1工业自动化仪表 655

6.1.1概述 655

6.1.2流量测量仪表 656

6.1.3压力测量仪表 665

6.1.4物位测量仪表 667

6.1.5温度测量仪表 670

6.1.6过程分析仪表 674

6.1.7控制室仪表 677

6.1.8控制阀 679

6.1.9变送器 697

6.2自动控制系统的设计 702

6.2.1简单控制系统 702

6.2.2复杂控制系统 704

6.3先进过程控制 725

6.3.1概述 725

6.3.2先进过程控制及预测控制的基本原理 728

6.3.3主要先进控制工具软件包 730

6.3.4先进过程控制应用举例——聚丙烯先进过程控制 736

6.4原油蒸馏过程建模与在线优化控制 749

6.4.1原油蒸馏过程工艺简述 749

6.4.2严格在线过程模型 750

6.4.3过程稳态优化模型 752

6.4.4原油常压塔侧线产品质量多变量智能控制 756

6.4.5原油常压塔质量估计中的软测量仪表 759

第7章 工艺安全 763

7.1概述 763

7.1.1术语与定义 763

7.1.2设计单位的主要安全职责 763

7.1.3安全设计基本程序 764

7.2工艺物料危险性分析 764

7.2.1危险化学品数据 764

7.2.2火灾危险性分析 765

7.2.3爆炸危险区划分 766

7.2.4职业性接触毒物分级及接触限值 766

7.3工艺过程风险评估 768

7.3.1主要的危险化工工艺 768

7.3.2过程危险源分析 768

7.3.3传统的危险源分析方法 770

7.3.4各设计阶段过程危险源分析 772

7.3.5工艺过程危险分析（PHA， ProcessHazard Analysis） 773

7.3.6危险与可操作性研究（HAZOP，HazardAnd Operability Study） 774

7.3.7量化风险评估（QRA， QuantitativeRisk Assessment） 776

7.4安全设计依据及基本原则 777

7.4.1安全设计依据 777

7.4.2国家法律法规体系 777

7.4.3国家标准规范及强制性条文 777

7.4.4国家标准规范实施要点 778

7.4.5安全设计基本原则 779

7.5工艺过程风险控制措施 779

7.5.1安全对策措施与风险控制 779

7.5.2安全对策措施特性及选用原则 780

7.5.3安全设施定义与分类 780

7.5.4工艺本质安全设计 780

7.5.5安全仪表系统与可燃有毒气体检测系统设计 781

7.5.6安全泄放装置及系统 783

7.5.7紧急切断阀（EBV） 784

7.5.8设备和管道材料的选用 785

7.5.9应急措施设计 786

7.5.10抗爆建筑物设计 786

第8章 计算机辅助设计 788

8.1概述 788

8.2流程模拟 789

8.2.1流程模拟软件发展历史 790

8.2.2主要流程模拟软件介绍 792

8.3稳态流程模拟 794

8.3.1稳态流程模拟系统的构成 794

8.3.2物性数据库和物性计算 794

8.3.3参数回归 807

8.3.4单元操作模块 808

8.3.5切割物流和收敛方法 810

8.3.6流程选项 812

8.3.7模型分析 814

8.3.8功能扩展 816

8.3.9稳态模拟示例 825

8.4动态流程模拟 832

8.4.1动态流程模拟的类型 834

8.4.2在Aspen Plus中清理不适用的模块 834

8.4.3在Aspen Plus中完善稳态流程模拟 834

8.4.4在Aspen Plus中估算塔器尺寸 834

8.4.5在Aspen Plus中输入动态模拟所需参数 835

8.4.6在Aspen Plus中运行压力检查器 835

8.4.7在Aspen Plus中导出动态流程模拟文件 835

8.4.8 Aspen Plus Dynamics中的流程 836

8.4.9运行动态流程模拟 837

8.4.10控制方案的完善 837

8.4.11控制器参数的整定 839

第9章 贮罐工艺设计 841

9.1贮罐分类 841

9.1.1概述 841

9.1.2分类 841

9.2常用各种贮罐设计原则及计算 842

9.2.1球罐 842

9.2.2小型贮罐 847

9.2.3低温贮罐 849

9.2.4固定顶贮罐 858

9.2.5外浮顶贮罐 879

9.2.6内浮顶贮罐 890

9.2.7湿式气柜 893

9.2.8干式气柜 904

9.2.9粮仓 908

9.3石油化工贮罐工艺设计及计算 916

9.3.1石油化工产品贮存工艺方法 916

9.3.2容量计算和基本尺寸的选择 921

9.3.3设计压力和设计温度的确定 923

9.3.4惰性气体量的计算 926

9.3.5贮罐液体蒸发损失 928

9.3.6贮罐的加热与冷却 937

9.3.7贮罐保温 948

9.3.8钢贮罐基础的工艺要求 951

9.4石油化工贮罐主要附件的选择与计算 954

9.4.1进料管和出料管的设计 954

9.4.2集水罐的设计 961

9.4.3防涡流挡板 961

9.4.4呼吸装置 970

9.4.5防护装置 983

9.4.6贮罐内物料流动时的静电及防止办法 990

9.4.7贮罐消防的工艺要求 1004

9.5贮罐及管道用钢材 1007

9.5.1基本要求 1007

9.5.2钢板 1007

9.5.3钢管 1013

9.5.4锻件 1015

9.5.5螺柱和螺母 1015

参考文献 1019

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