2019化工设计第一章化工设计课程主要内容和方法2.ppt

1,1 化工厂的特点与分类,四 化工厂概况,化工生产的特点,（1）工艺流程复杂流程很长，如乙烯、合成氨工业 （2）操作状态变化大如原油的二次加工过程 （3）流体输送多管道、输送设备多 （4）腐蚀性管道、设备材质 （5）易燃、易爆、有毒安全卫生 （6）非标设备多反应器、塔等,2,3,化工厂分类,（1）按产品分类 日化厂、石化厂、农药厂、橡胶厂、塑料厂等 （2）按生产规模分类 大型化工厂(100kt/a) 中型化工厂(10100kt/a) 小型化工厂(10kt/a) （3）按生产方式分类 连续操作、间歇操作 （4）按生产技术的先进程度分类,4,化工厂结构 包括：人、财、物、产、供、销 专业技术人员 主要包括五个专业：工艺、设备、自控、给排水、电气及土建、热工等专业 化工厂组成 生产部门、辅助生产部门和行政、生活部门,2 化工厂组成,5,1 立项 国家级大型项目、中型项目、小型项目 2 招标 3 项目建议书的编制 项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据。,五 立项过程(设计前期工作),6,(1)项目建设的目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义 (2)产品需求初步预测； (3)产品方案和拟建规模； (4)工艺技术初步方案(原料路线、生产方法和技术来源)； (5)主要原材料、燃料和动力的供应； (6)建厂条件和厂址初步方案； (7)公用工程及辅助设施初步方案； (8)环境保护； (9)工厂组织和劳动定员估算； (10)项目实施初步规划； (11)投资估算和资金筹措方案； (12)经济效益和社会效益的初步估算 (13)结论与建议。,7,第一节 化工设计的种类,分类依据：项目性质、设计性质,一、根据项目性质分类,1. 新建项目设计,开发研究单位提供基础设计，工程研究部门根据建厂地区的实际情况做出工程设计。,2. 重复建设项目设计,由于市场需要，有些产品需要再建生产装置。 由于新建厂的具体条件与原厂不同，即使产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。,新产品研发设计 新工艺或新技术设计,3. 已有装置改造,8,二、根据设计性质分类,分为两类,新技术开发过程中的设计,工程设计,（1）技术开发 Technology Develping,概念设计（Conceptual Design） 中试设计（Pilot-plant Design） 基础设计（Foundation Design）,（2）工程设计 Engineering Design,可行性研究（Feasibility Study） 初步设计（Preliminary Design） 施工图设计（Detailed Design）,9,第二节 设计程序 工程设计的基本程序,国民经济发展计划,项目建议书,可行性研究,评 审,规划与研究,一个化工项目从设想到建成投产，分三个阶段：即可行性研究决策阶段、设计阶段、建设阶段。,10,设计阶段,初步设计,技术设计,施工图设计,施工,试运转,竣工验收,施工阶段,11,目的：报呈各级领导部门审批汇总平衡，列入规划建设前期规划。 提出：部门或企业(跨地区、跨行业建设项目及影响国计民生的重大项目，由有关部门和地区联合提出项目建议书。 编制：由建设单位或建设单位委托专业公司（如有资格的工程公司、咨询公司）完成编制。 项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据。,项目建议书对拟建设项目的一个轮廓设想，主要是从建设的必要性来衡量，初步分析和说明建设的可能性。 考虑因素：国民经济发展长远规划、地区规划和行业规划、资源情况、设计布局.,项目建议书,12,1. 项目建设的目的和意义；,2. 产品需求初步预测;,3. 产品方案和拟建规模;,4. 工艺技术方案(原料路线、生产方法和技术来源);,6. 建厂条件和厂址初步方案;,7. 环境保护;,8. 工厂组织和劳动定员估算;,9. 项目实施规划设想;,5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应;,10. 投资效益和社会效益的初步估算;,11. 结论与建议。,项目建议书主要内容,13,可行性研究拟议中的投资项目在决定实施以前，对该项目技术上的可行性和先进性，及经济上的合理性和获利性进行调查研究、分析论证好方案选优的工作。,目的：报上级部门批准建设银行贷款依据 编制：以批准的项目建议书为依据，由设计单位组织完成。,1. 可行性研究报告的内容 (1) 总论 项目编制的依据和原则； 项目的背景、投资的必要性和经济意义； 项目的范围； 研究结果、主要技术经济指标、结论、存在问题和建议。,可行性研究报告,14,(2) 需求预测 国内外需求情况的调查与预测； 国内外现有生产能力、产量及销售情况； 产品的销售预测、竞争能力及进入国际市场的前景。,(3) 产品的生产方案及生产规模 生产规模和装置组成，确定规模的理由； 产品方案的选择和对比，包括产品、中间产品和副产品。,(4) 工艺技术方案 国内外工艺技术概括； 工艺技术的对比和选择，新技术的先进性和可靠性； 引进技术来源、特点及推荐理由，转让费估算，引进方式及消化吸收建议；,15,生产工艺流程说明； 主要设备选择，如需引进技术应提出国内外设备分交方案； 消耗指标。,(5) 原材料、燃料及动力供应 (6) 建厂条件、厂址选择 厂址自然、经济、社会、交通运输等条件的概述； 几个可供比较方案的比较与论证、选定的理由。,(7) 总图、储运、土建和公用工程、辅助设施 (8) 环境保护及安全、工业卫生 本项目三废、粉尘、放射性废物排放情况好治理措施; 本项目对环境的影响，并进行评价。,16,(9) 工厂组织、劳动定员和人员培训 (10) 项目实施规划 建设周期的规划，各阶段实施进度及正式投产的时间； 建筑安装工作量及施工组织计划、进度表；,(11) 投资估算和资金筹措 投资估算的原则和依据； 单项工程及建设总投资的估算； 资金来源(包括人民币和外汇来源)、筹措方式、利率及计息方法、贷款偿还年限及偿还方式。,(12) 经济效益评价及社会效益评价 产品成本估算，销售收入估算; 编制财务计算报表，主要有财务现金流量表、利润表、财务平衡表、借款偿还平衡表；涉外项目还要有外汇流量表和资产负债表。,17,按规定计算主要评价指标，静态指标有投资利润率、投资利税率、投资收益率、投资净产值率、投资回收期等；动态指标有财务内部收益率、财务净现值、财务外汇净现值、净现值率、投资回收期。 清偿能力分析； 不确定性分析，包括盈亏平衡分析、敏感性分析、概率分析； 方案比较指标，有差额投资收益差额投资回收期、差额内部收益率及现值比较法、年费用比较法等； 社会效益评价：如节能、环境、节汇创汇、合理利用资源、就业等,(13) 综合评价及结论 主要方案的选择和推荐意见； 对项目方案从技术和经济、从宏观经济效益与微观经济效益作出结论。,18,可行性研究报告经上级主管部门批准后，即可编写设计任务书项目设计依据。,(1) 项目设计的目的和依据； (2) 生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则； (3) 矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件； (4) 资源综合利用、环境保护、三废治理的要求； (5) 厂址与占地面积和城市规划的关系； (6) 防空、防震等的要求； (7) 建设工期与进度计划； (8) 投资控制数； (9) 劳动定员及组织管理制度； (10) 经济效益、资金来源、投资回收年限。,设计任务书内容,编制设计任务书,19,任务：根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上的可能、经济上合理的最佳方案。 目的：提供给建设单位和主管部门审查 编制：设计单位项目部组织各专业完成，工艺专业总负责。,工作内容： 确定全厂性的设计原则、标准和方案及水、电、汽供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题 编制初步设计书说明书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。p10 根据项目的大小，还可能进行扩大初步设计。,初步设计,20,扩大初步设计程序图,21,扩大初步设计的任务： 根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。 编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。,施工图设计,根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施图设计。 目的：提供施工用的施工图纸及说明、工程预算书。 编制：设计单位项目计划部组织各专业完成，一般由工艺和配管专业总负责。,22,施工图设计的工作内容：在扩大初步设计基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温防腐设计。,工艺专业在施工图设计的主要工作内容,工艺图纸目录,工艺流程图,设备布置图,设备一览表,非定型设备制造图,设备安装图,管架管件图,管道布置图,保温及防腐设计,设备管口方位图,23,试车、考核、验收 工程建成后，要进行吹扫试密、质检验收、投料试车等工作，直到操作正常，生产出合格产品(各项指标满足设计要求），交付建设单位使用，设计工作才告一段落。 工程总结、设计回访 设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。为了设计工作的精益求精，设计回访也是一项有着重要意义的工作，设计人员可以向一线操作人员学习很多有价值的知识。,24,第三节 设计内容,化工设计,工艺设计 总图设计 设备设计 管路设计 土建设计 电气设计 自控设计 给排水设计 采暖通风设计 技术经济,非工艺设计,化工设计是工艺设计人员和非工艺设计人员集体智慧的结晶，各个专业之间紧密联系，同时又有不同的任务和要求。,一、化工设计主要内容,化工工艺设计是主体； 工艺设计为其他专业提供设计条件和数据； 解决和统一各专业的合理要求，确保设计质量。,25,二、化工工艺设计内容,(1) 原料路线和技术路线的选择 (2) 工艺流程设计 (3) 物料衡算 (4) 能量衡算 (5) 工艺设备的设计和选型 (6) 车间布置设计 (7) 化工管道设计 (8) 非工艺设计基础数据 (9) 编制设计文件：包括编制设计说明书、附图和附表。,在设计不同阶段，工艺设计的内容和深度各不相同，如物料衡算和能量衡算一般在初步设计阶段进行，管道设计则在施工图阶段才能进行。,26,化工工艺设计中应参考的“四化原则”：,(1) 工厂布置一体化 各生产厂房及辅助厂房尽可能布置在一起，以 节省占地。 (2) 生产装置露天化 化工设备尽量布置在露天，既可改善工作条件，防止有害气体积累，又可节省投资。 (3) 公用工程社会化 水、电、汽供应，铁路进线，机修等尽量利用社会条件，协作进行。 (4) 引进技术国产化 为了降低投资，锻炼国内的技术力量，在引进国外先进技术时，尽量利用国内的人力和物力资源。,27,三、化工车间（装置）的工艺设计,(一) 设计准备工作 1. 熟悉设计任务书 全面、深入、正确领会设计任务书提出的要求，及提供的基础资料和数据设计依据。 2. 了解设计内容、方法、步骤 参照设计进度制订工作计划。 3. 查阅文献资料 根据设计要求，查阅工艺路线、流程及重点设备方面的文献资料。深刻领会资料中的数据，估计资料数据的适用范围和精确程度。 4. 收集第一手资料 深入生产与试验现场调查研究，广泛收集原始数据。,28,(二) 方案设计,方案设计确定生产方法和生产流程，即运用掌握的各种资料，对不同生产方法和生产流程进行对比分析，确定最优方案。,1. 生产方法确定 一个产品可以采用不同的原料和不同的生产方法。例如：合成NH3可用煤、石油、天然气三种原料。 选择时要通过定量的技术经济比较、评价总投资和成本，从而选择一条技术上先进、经济上合理、安全可靠、三废得到处理，而且又是因地制宜可以实施的生产方法（工艺路线）。,29,2. 生产流程 生产流程设计的工作历程比较长，从规划轮廓到完善定型，要经过物料衡算、热量衡算、设备设计和车间布置设计等过程，工作量非常大。目前使用计算机效果较好。,(三) 化工计算,化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。 在计算基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图 经验表明，在化工计算阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。,30,(四) 车间布置设计,车间布置设计是决定车间面貌的一个重要设计项目； 车间布置设计的任务确定整个设计中全部设备的框架在平面上和空间中的具体位置，确定厂房的框架结构形式。 车间布置设计完成之后要绘制平面与立面的车间布置图。,(五) 化工管路设计,管路配置设计是在工艺流程设计与车间布置设计的基础上进行的，是施工图中最大重要的设计内容。 管路配置设计的任务根据工艺生产要求，确定装置全部管线、阀件、管件及各种管架的位置。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。,31,提供其他各专业的设计条件； 设计条件内容包括：总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件。,(六) 提供设计条件,(七) 编制概算书及编制设计文件,概算书是设计阶段编制的车间投资大概预算，是作为银行对基建投资的依据，主要提供车间建筑、安装和设备工程费用。 编制概算可以帮助判断和促进设计的经济合理性。,32,编制设计文件：初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计文件。它是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据。 设计文件内容包括：设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。(具体内容见教材),33,第五节 国家和行业的基本设计政策和规范,一个化工过程，除考虑其技术上的可行性外，还必须符合国家的政治、经济政策方针，遵循国家和行业的设计规范和相关的政策、法规。,1. 化工企业总图运输设计规范 HG/T 206491998 2. 工矿企业总平面设计规范 GB 501871993 3. 石油化工工艺装置布置设计通则 SH3011-2000 4. 石油化工给水排水管道设计图例 SH 3089-1998 5. 石油化工管道器材标准SH 3401-3410 6. 石油化工管道布置设计通则 SH3012-2000 7. 石油化工企业给水排水系统设计规范 SH3015-2003,34,概念设计,应用研究进行到一定阶段，从工程角度，参照常规工程设计方法和步骤，按未来工业生产装置规模进行的一种假想设计。,工 程 研 究,概念设计,基础设计,各级经济评估,工程设计,过 程 研 究,小试验,中间试验,化学试验,35,工作内容:根据研究提供的概念和数据，确定流程和工艺条件及主要设备的形式和材质，三废处理措施等，最终得出基建投资和产品成本等主要技术经济指标。 目的：判断研究的工艺条件是否合理 数据是否充分 提出改进方向。,概念设计是实现设计与研究的早期结合,返回,36,中试设计,又称中试装置设计 工作内容： 与工程设计基本相同，但规模小，一般不出管道、仪表、管架等安装图。 目的： 验证基础研究得到的规律； 考察从小试到中试的放大效应； 进行一些没有条件在实验室进行的研究。,37,基础设计 基础设计一般在研究内容全部完成，并通过鉴定后进行。 工作内容：拟建生产装置的一切技术要点，包括：,详细说明工业生产过程、主要工艺特点、反应原理及工艺参数和操作条件。 提出管道流程和控制方案，并对特殊管道的等级公称直径提出要求。 确定流程中主要控制方案的原则、控制要求、控制点数据表、主要仪表选型及特殊仪表技术条件。 说明装置危险区的划分，列出所处理介质的特性和允许浓度，安全生产、事故处理及劳动保护设置应用的特殊措施。,38,目的： 总结整个技术开发阶段的研究成果； 作为工程设计的依据。,返回,39,可行性研究,是基本建设前期工作的重要内容；是对基本建设项目的必要性和可行性分析预测的一种科学方法；是保证投入的资金发挥最大效益的科学依据。 内容： 对建设项目在技术上和经济上的先进性、合理性进行全面分析论证，通过多方案比较，提出优化方案，给出评价意见。 综述项目实施方案的企业经济效益和社会效益的情况及不确定性因素对项目经济效益的影响与风险程度，对三废治理方案、安全生产、环境保护设施的投资估计及环境质量作出评价。 （可行性研究报告的详细内容见教材P.10) 返回,40,初步设计,以计划任务书为依据，对设计对象作出技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。 计划任务书即将经“可行性研究”论证并落实的具体条件以书面的形式编写出来，作为整个设计工作的依据。 初步设计是确定建设项目的投资额、征用土地、组织主要设备及材料的采购以及编制施工图设计的依据，也是签订建设总承包合同，银行贷款及实行投资包干和控制建设工程拨款的依据。,41,内容：设计说明书和附件 设计说明书（化工部曾有文件规定，详细内容见教材P.1011，共21项) 。 附件（包括附表和附图） 附表：1工艺设备一览表； 2自控仪表一览表； 3公用工程设备材料表。 附图：1物料流程图； 2带控制点工艺流程图； 3车间布置图，（包括平面、剖面图）； 4关键设备总图； 5建筑平面、立面、剖面图。 返回,42,施工图设计,施工图设计是把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据建筑施工、设备制造及安装工程的需要进一步具体化，是施工的依据。 设计内容包括4个方面： （1）工艺设计说明 （施工说明） （2）图 （施工图纸） （3）表 （主要材料汇总） （4）工程预算书 （工程量）,43,（1）工艺设计说明（施工说明）,工艺修改说明； 设备安装说明； 设备防腐及处理要求； 设备安装需进一步落实的问题； 管路安装说明； 管路防腐、处理要求； 管路安装需进一步落实的问题； 施工注意事项； 安装规范。,44,（2）图（施工图纸）,工艺图纸目录； 带控制点的工艺流程图； 公用工程系统图； 管道仪表流程图； 辅助管路系统图； 首页图； 设备布置图； 管路布置图； 管架和非标管件图； 设备管口方位图。,45,（3）表（主要材料汇总）,设备一览表； 管架表； 综合材料表。,（4）工程预算书（工程量）,各工程预算； 全工程预算（总预算）。 返回,