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化工厂系统设计 1 1 化工厂系统设计 蔡尔辅 陈树辉 2004 Page 2 目录 引言 管道仪表流程图的设计及制图要求 配管 仪表和控制 管道仪表流程图的设计 Page 3 1 引言 项目 项目工程师 系统 工艺 配管 设备 仪表 电气 土建 Page 4 1 各专业职责 Page 5 1 各专业职责 把工艺专业设计的工艺流程图发展成管道仪表流程图 根据操作和安全的需要来规定所有的机械部件的要求以保证工厂建成投产后能有效 安全地生产产品 管线尺寸和水力计算 计算意外事故时的工况 决定设备和管道的设计压力和设计温度 安全阀尺寸计算 出席安全检查和设计复查的会议 对仪表专业提供所有必须的仪表工艺数据 校核制造厂的数据 使之和PID上的一致 检查配管模型 确认设计和PID上的设计要求一致 Page 6 1 系统设计的重要性 Page 7 2 管道仪表流程图的制图要求 1 图例和符号遵照公司的规定 首页图 2 已有管线和设备用细实线表示 将来发展的设备一般不表示 或者用虚线表示 3 设备内件用细实线表示 4 图上不表裙座及设备支腿 人孔和手孔只是需要时才表示出来 5 当管线改变管路等级时 应表明分界点位置及管路等级 6 变径管一般应表示出来 7 成套供应的机械设备 其供货范围用细点划线框出 8 工艺管线出入图面要绘出相接图号的空心箭头 并注上必要的说明 公共工程管线要标出介质名称及相接的图号 9 设备位号的表示方法 若同一编号的设备有多台 用后缀A B C等表示 如 P 601A P 601B P 601 设备编号装置分区号或单元号设备类型代号 Page 8 2 管道仪表流程图的制图要求 10 管线号的表示方法 100 P 6012 CIE H 保温伴热代号管路等级代码管线编号装置分区号或代号 公称管径介质代号 11 工程图纸常要缩小复制或缩微储存 所以对图面的要求比较严格 线条的粗细 字体的大小都有规定 12 管线介质流向箭头一般画在管线改变走向处 Page 9 2 管道仪表流程图的布置要求 1 设备在画面上的布置一般是顺流程从左到右 2 塔 反应器 压缩机 储罐 换热器 加热炉等若放在地面上 一般是从图面水平中线往上布置 3 泵布置在图面底部1 4线以下 4 中线以下1 4高度供走管线用 5 其他设备布置在工艺流程要求的位置 6 对于无高度要求的设备 在图面上的位置要符合流程流向 以便管线连接 7 围堰范围也可在管道仪表流程图上表示出来 8 一般工艺管线由图纸左右两侧方向出入 与其他图上的管线连接 Page 10 2 管道仪表流程图的布置要求 9 放空或去泄压系统的管线 在图纸上方离开图纸 10 公共工程管线有两种表示方法 一种表示方法同工艺管道 从左右或底部出入图纸 另一种表示方法是在相关设备附近注上公用工程代号 然后在公用工程分配图上详细示出与该设备相接的管线尺寸 压力等级 管线号 阀门配置等 11 所有出入图纸的管线 除可用介质代号表示公用工程管线的图纸连接外 都要带箭头 并注出连接图号 管线号 介质名称 相接设备的位号等相关内容 Page 11 2 管道仪表流程图的设计内容 管道仪表流程图的设计内容 设备 配管 仪表和仪表配管 Page 12 设备 1 设备的名称和位号 2 快装设备 3 设备规格 4 接管和连接方式 5 零部件 6 标高 7 驱动装置 8 泄放条件 Page 13 配管 1 管线规格 2 间断使用的管线 3 阀件 4 管道的衔接 5 两相流管线 6 管口 7 伴热管 8 埋地管道 9 管件 10 取样点 11 特殊要求 12 快装设备接管 13 扩建管线与原有管线 14 装置内 外管线 15 特殊阀件 16 其他管线 Page 14 仪表和仪表配管 1 在线仪表 2 调节阀 3 安全阀 4 设备附带仪表 5 仪表编号 6 联锁及信号 7 冲洗 吹扫 8 快装设备 Page 15 2 管线号的编制 需要编号的管线 不必编号的管线 1 调节阀的旁通 2 放空阀 放净阀后不接管线 3 直接相接的设备管口 4 仪表管线 5 随成套设备供应的管线 1 工艺管线 公用工程管线的干管 支管和辅助管线 2 放空 放净阀后的放空 放净管线 3 设备管口接有阀门 盲板或仪表 但不接管线时 可把一个设备的所有类似的管口合编一个号 Page 16 管线号编制原则 1 按介质代号 单元号编制流水号 2 按流程自左往右编号 干管上引出的支线可另外编号或仅加后缀 3 分区号或单元号应与管线开始处设备的装置分区号或单元号一致 4 公用工程中的冷却水管线 蒸汽及冷凝液管线 有的公司标相同的号 但介质代号不同 5 公用工程分配图上 设备及装置的位置应与设备布置图及装置布置图一致 2 管线号编制原则及管线表填写原则 管线表填写原则 1 按装置分区号或单元号分别编制管线表 相同的介质代号编在一起 按顺序号和支管号先后排列 2 每变更一个介质代号应另外使用一张管线表 顺序号也从头开始填写 3 一个管线号具有多个管径 管路等级或其他不同数据时 要分行填写 4 一个管线号有多根支管时 要分行填写 5 若要取消图中的某根管线 在管道表上划去即可 6 由一单元去另一单元的管线 只填写在管线起点所在单元的管线表上 Page 17 2 管线表内容 管线走向 图号 保温 公称直径 管线号 管路等级 设计条件 介质密度 试压条件 介质类别 短时间超出正常工况 最高温度 修改号 操作条件 Page 18 3 配管 管道器材 管子 金属管非金属管 管件在管系中起着改变走向 改变标高或改变直径 封闭管端以及引出支管的作用 管件 阀门的种类阀门的选用 阀门 Page 19 3 钢管的尺寸系列 1 钢管的公称直径 DN 系列 2 钢管的外径系列 3 钢管的壁厚系列以管子表号 Sch 表示壁厚系列 以管子重量表示管壁厚度的壁厚系列 以钢管壁厚尺寸表示壁厚系列 Page 20 3 阀门种类 截止阀 用于调节流体流量之处 最大口径为DN150 Page 21 3 阀门的选用 Page 22 3 管道设计考虑要点 1 管道 2 切断措施 3 调节阀 4 放空和放净 5 取样 Page 23 管道 公共工程管线与工艺管线的连接 回转弯头 两相流管线 浆料管线 法兰盖 管帽和丝堵 管道腐蚀检查点 保温 伴热 套管 Page 24 切断措施 1 一般情况 2 特殊情况 1 遥控切断 2 双阀 3 锁与铅封 Page 25 调节阀 1 调节阀前后都要设置阀门 2 调节阀常设有旁通阀 3 调节阀的放净问题 调节阀是气开阀 调节阀前后都要设置放净阀 调节阀是气闭阀 只在调节阀入口处装一个放净阀 PS 放净阀一般采用公称直径DN20的闸阀 Page 26 取样 1 取样点的位置和取样设施的结构应在PID图上表示 2 粘性和易冻介质应设蒸汽伴热或电伴热 3 取样点要专用 不能再设压力表或其他仪表 4 取样点不能直接设在泵 压缩机或其他振动设备上 5 取样管线长度越短越好 6 取样操作应在地面或者操作平台上进行 7 液体取样从管线侧面引出 气体取样从管线顶部引出 8 被取样介质的温度在80 以下时不需冷却 80 以上需冷却 Page 27 4 仪表和控制 为了保证控制系统的正常工作 控制系统的结构需有一定的要求 通常称为控制环路 控制环路一般包含下列部件 1 感应器 2 变送器 3 控制器 4 执行器 Page 28 4 仪表和控制 常用基本控制系统 1 反馈控制系统 2 前馈控制系统 3 串级控制系统 4 比值控制系统 5 自动选择性控制系统 6 分程控制系统 Page 29 Page 30 温度仪表 1 用电器工作原理 2 机械原理 3 辐射式高温温度计 热电偶金属电阻 双金属温度计压力式温度计 Page 31 Page 32 液面仪表 1 玻璃管和玻璃板液面计 2 浮力式液面检测仪表和置换式液面检测仪表 3 压差式液位检测仪表 4 电气式液面检测仪表 5 放射性液面计 6 超声波液位检测仪表 分析仪 色谱仪pH计氧分析仪可燃气体检测仪水分分析仪电导仪 Page 33 控制阀 对流体的流量进行控制或进行减压 选用控制阀考虑的因素 阀门系数调节比阀门的流量调节特性阀门切断后的密闭性能 执行机构 1 薄膜执行机构2 气动活塞执行机构3 电动执行机构 控制阀附件 定位器I P传感器电磁阀手轮位置开关放大器止位器 Page 34 连锁和可编程序控制器 PLC 电气机械连锁用继电器来完成开或关的任务 连锁是一个电气开关系统 当它收到一个或多个从按钮 位置开关 工艺开关等地方来的电气开 关信号 便驱动电气系统内的设备完成一系列预定的动作 预定的动作可能是立即发生 也可能是按程序发生的一系列动作 连锁常用在安全保护的场合 可编程序控制器由固体电路组成 用程序软件来控制动作 Page 35 集中分散控制系统 DCS 1 控制模块2 操作站3 现场总线 Page 36 5 管道仪表流程图的设计 管道仪表流程图的设计步骤 初步考虑 绘制初步的管道仪表流程图初步水力计算工艺流程图的危险和操作分析 HAZOP 确定设计压力和设计温度进行管道仪表流程图设计详细的安全分析事故模式和后果分析 Page 37 管道仪表流程图初步分析考虑要点 工艺设备系统配管人体安全保护 高压介质进入低压区高温介质进入低温区低温介质进入高温区化学反应物料本身的性质 加热炉 压缩机 反应器等的控制方案 开停车和操作程序 连锁等的制定 以及设备异常情况产生的原因分析 在设计中 要考虑到装置的全负荷运行以及低负荷运行 应考虑主要设备 工艺生产的非主要系统或部分生产系统因故障或停车而产生的后果及影响 两相流管线 输送易凝固物料的管线 重力流管线 低压 低流量 大口径管线应特别注意 Page 38 初步管道仪表流程图绘制的准备 管道仪表流程图初步条件版的主要作用 让设计者能对整个工艺流程有进一步的熟悉 供配管设计专业进行主要管道初步设计 为初步水力计算及应力分析提供初步管道空视图 供自控专业完善自控设计 管道仪表流程图初步设计所需资料 工艺流程图 设备资料 自控方案 管路等级 有关的标准规范 类似装置的管道仪表流程图 流程介绍 开停车及装置的操作特点 设备一览表 Page 39 绘制初步管道仪表流程图步骤 根据生产操作的情况 把工艺流程图中的设备分成小组 小组内的设备最好是互相连接的 每组数目可有1 5台设备 根据仪表流程图设计和制图要求的原则布置设备 在空白的管道仪表流程图图纸上布置图面再加入下列内容 设备工艺管道公共工程管线管材阀门泄压系统 安全阀调节阀保温及伴热仪表必要的设计说明供货范围介质流向 Page 40 初步水力计算 确定重要设备的标高找出需要特别注意的管线提供数据给泵和压缩机的制造厂 让他们报价得到初步的调节阀数据 进行调节阀的初步选择在危险和操作分析讨论时提供数据支持 用途 初步水力计算范围 泵的进出口管线压缩机管线大口径管线高温管线蒸馏塔和再沸器间的管线 蒸馏塔顶的冷凝管线真空管线重力流管线两相流管线 Page 41 工艺流程图的危险和操作分析 HAZOP 目的 尽量把生产中的不安全因素找出来 然后在管道仪表流程图开展过程中逐步解决 确认所有的不正常工况 从而计算出管线的设计温度 设计压力 最高设计