石油化工设计手册

第1章概述

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

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

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

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

4．2．3PID设计所需资料166

4．2．4PID的图面布置和制图要求166

4．2．5典型设备的PID设计170

4．2．6PID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

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

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

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

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

8．4．8Aspen 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

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

《石油化工设计手册·第四卷 工艺和系统设计（修订版）》共分四卷出版。第四卷“工艺和系统设计”内容有设计基础、工艺设计及计算、基础工程设计、系统设计、自动控制、工艺安全、计算机辅助设计、贮罐工艺设计。以指导设计人员正确运用、选取为原则，并列举相应的实际应用实例。
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