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1、弋暑燕三薰三三 2 0 0 6 全国石油化工设备暨机泵年会会刊 化工设备设计技术现状及发展趋势 黄正林 全国化工设备设计技术中心站 1 概述 化工设备是石油、石化和化工生产中使用的机 械及化工工艺设备的总称。 对化工设备的分类，学者或相关著作中几乎没有 做出明确的阐述。在有些著作中，将化工设备定义为 化工生产中静止的或配有少量传动机构的装置，也有 作者把化工机械分为化工设备和化工机器两大类， 化工设备指静止设备，化工机器则指转动设备。八十 年代我国化工部门曾从使用的角度将化工设备分成 1 6 个类别，但未包括一些新出现的系列或门类产品， 如气力输送和粉体设备、压力管道及组件、化工清洗 设备、化
2、学废弃物处理设备等。2 0 0 0 年，国家石油和 化学工业局批准实施化工设备设计文件编制规 定，在附录C “设备设计文件分类办法”中，对设备文 件分类作了详细规定。除0 类为规范和标准外，设备 共分为9 大类，计有容器，换热设备，塔，化工单元设 备，反应设备和化工专用设备，化工机械及应用机械 ( 包括化工成套设备) ，起重运输、称量和包装机械，管 路附件及控制机构，非化工工艺设备。每大类又分为 l O 类，共计9 0 类，这是迄今为止最系统、最明确的一 次分类，虽然是针对设备图纸分类做出的规定，但实 际上可以视作为化工设备的分类标准。 化工设备不仅应用于化工、石油和石油化工生 产中，而且在医
3、药、轻工、食品、冶金、能源、交通等工 业部门也有广泛的应用。据统计，在上述部门的各 类装备中，有相当多的装备属于化工设备。本文所 指的设计技术，主要涉及静止设备的设计问题，静止 设备大约占化工设备总量的8 0 左右。 化工设备在石化生产中具有重要地位。国务院 领导同志曾多次指出，应用先进技术、先进装备武装 国民经济各部门，加强企业的技术进步和技术改造， 是加快国民经济现代化的基本途径。我国化工设备 经历了5 0 多年的发展。特别是改革开放后2 0 多年 的发展，已经发生了根本性的变化，无论从化工设备 的先进程度，设计技术水平和产品制造质量都有很 大的提高。石油及石化工业的快速发展，促进了化 工
4、设备制造业的发展，反之，先进可靠的化工设备也 是石化工业发展的保障和推动力量。目前，我国化 工设备不但在总体上已经能够满足国内石化工业的 需求，并有相当数量的出口。 设计是工程建设的龙头。设计工作对于工程项 目来说，有着基础性、先导性和决定性的作用。没有 现代化的设计，就难于实现现代化的建设。五十年 代末，为改变当时化工设计技术落后的状态，开发我 国自有的化工新技术、新工艺和新装备，提升化工设 计技术和设计水平，化工部决定将化工设计中的共 性技术问题集中起来，委托全国重点化工设计院分 工负责其中一项，加强基础技术工作的开发和指导， 提高该专业的总体设计技术水平，为全行业服务。 1 9 6 0
5、年化工部下文，成立八个设计技术中心站，至 1 9 6 4 年八个专业中心站先后建成，其中化工设备和 总图运输中心站则是最早成立的二个设计技术中心 站。全国化工设备设计技术中心站挂靠在中国石化 集团上海工程有限公司( 原上海化工医药设计院) 。 设备中心站成立后，站在本专业基础技术工作 的前列，根据用户的需要，密切结合工程建设实践， 做了大量的工作。在上级部门的领导和支持下，中 心站组织编制和出版了一大批设计标准、规范、图集 和设计手册，开发出了成套的设计计算应用软件。 至今已向本专业技术人员提供了3 0 0 多种技术资 料，组织开发的工程应用软件覆盖了全国大部分压 力容器设计单位，为我国化工、
6、石油和医药行业设备 设计技术发展做出了积极的贡献。全国化工设备设 计技术中心站的工作得到了设计院专业人员的认可 2 0 0 6 全国石油化工设备暨机泵年会会刊 和肯定，受到了化工设备制造企业的支持和赞誉，深 受广大用户的欢迎和好评。 中心站的技术委员是由各大设计院相应专业的 技术负责人组成的，来自全国化工、石油和医药行业 设计院设备专业( 含机泵专业) 的设计师带来了各 自最新的设计技术和第一手资料。中心站还每年召 开年会，全国同行一年一度就设备专业的最新进展 和设计技术进行交流和研讨，有效地促进了化工设 备专业的业务建设和技术服务水平。2 0 0 0 年以后， 又将交流平台扩大到设备制造企业
7、，形成一个包括 设计、采购、制造和技术管理在内的化工设备设计工 程建设联络网，为化工设备行业的新技术、新产品和 持续发展而致力的同行提供讲坛。 随着我国经济体制的改革开放与国际接轨，化 工设备行业的市场竞争也日趋激烈，国外的新技术、 新产品伴随石化成套装置不断引进，作为行业龙头 的设计部门首先受到严峻的挑战。为了适应市场经 济，全国化工设备设计技术中心站必须加强市场意 识，不断了解和掌握国外化工设备设计的新技术、新 材料、新标准，熟悉国外设备设计、采购程序和管理 模式，做好消化吸收、技术转化和技术开发工作。从 经营管理和服务意识上，要从标准化服务转向工程 建设技术咨询服务，从设备设计技术服务转
8、向工程 设备全过程技术服务( 包括采购服务、监制服务 等) ，做好技术咨询和技术经营服务工作。充分利 用中心站长期积累的图纸资料、数据库、程序库和计 算机应用的熟练经验，发挥中心站在材料、力学、机 械方面的优势，全方位地为生产服务、为工程建设服 务、为企业服务、为全社会服务。 2 化工设备设计技术现状 我国化工设备行业经历了重要的发展阶段。 五、六十年代，是我国化工设备行业蓬勃发展的时 期。由于生产发展和大规模经济建设的需要，各类 化工设备供不应求，成为诸多行业的紧缺产品。化 工设备设计部门不仅需要提供大量的非标图纸和通 用设计，而且急需编制出相关标准和工艺规程，以满 足大量化工设备规范加工和
9、安全生产的目的。七、 八十年代设备加工业转向机械化和自动化电气焊， 化工设备设计上了一个新的台阶，在钢制化工压力 容器结构设计、强度计算、材料选用、制造技术、工程 规定上做了大量工作，在安全监察 突破性的进展。八十年代，世界进人计算机应用的 时代，设备加工进人信息化( 程控) 阶段，至九十年 代，化工设备设计全面进入计算机辅助设计阶段。 发展至目前，总体来说，化工设备设计中计算机辅助 设计的应用已经日趋成熟，并正向着更高的阶段，科 学仿真和模拟设计阶段逐渐过度。 计算机辅助设计( C o m p u t e rA i d e dD e s i g n ) 是以 人作为设计主体，借助计算机的先进
10、技术而构成的 一个高效设计方法。 C A D 的应用已经十分广泛，在许多工业领域都 开发了各自的行业C A D 专用系统，如机械零件C A D 系统、电器设备C A D 系统、管道C A D 系统、锅炉 C A D 系统等，其中化工设备C A D 系统是量大面广， 使用比较广泛的一种。 C A D 是由软件支持的，目前C A D 软件系统有I d e a s 软件、U n i g r a p h i c s ( U G ) 软件、P r o E n g i n e e r 软 件、C A T I A 软件、C A L M A 软件、A u t o C A D 软件等，常 用的如表l 所示。 表
11、1目前常用的C A D 支撑软件 醚l _ d e 船，。，一美国S D R C 公司勃航空、汽车及工业制造等绸 2 U n i g r a p h i c s ( o c ) 美国E D S 公司 航空、汽车及通用机械等 蹩n n E n g i 肿I e r 美国P 】陀公霹：薹疲用于包括管路在内的多种模司 4C A T I A 法国D a s , m u h 公司汽车、航天为主 莲玉蹴嬲亳纛凛霆翻鳜猁灞磊墓塞象焖囊鹭嘲戆潮 A u t o C A D 具有安装简便、占有硬盘空间小、所 需内存小、二维绘图功能强、二次开发功能强等特 点，采用L I S P ( L i s tP r o c
12、e s s i n gL a n g u a g e ) 语言编制而 成，比较适合于化工设备的设计。 由全国化工设备设计技术中心站编制或组织开 发的化工设备设计软件如表2 所示： 表2 化工设备设计常用辅助软件 照。蒺霪誊备强度凹：，S W 6 ，- ，1 9 9 8 篷彝粪备的结构警汁和萋 。2 酱纛荐霍c A D 施工P V C A D V 3蓑孬图设计的综合绘隔 筐鬃霹瓣技采，D s V 2 。嚣+ 提供, m 化m i + 设a 备, m 各m 类m 技, 术a 弱 矗墨孟设备上程图尚在开发试用阶段磊 鳞软件一。 。* m 、编，州伫丌履风用趴觋舶勰凌 技术交遽虱 、謇蒸= = = =
13、 = = = 一 飞：”攀篡= ：= = = = 2 0 0 6 全国石油化工设备暨机泵年会会刊 度计算软件包，是我国当前化 工设备设计中使用最广泛的一款工程设计计算应用 软件。S W 6 依据国家有关安全标准和计算程序的 规定，借助W i n d o w s 为平台，将化工设备的结构设计 和强度计算组成一套完整的辅助设计工具，为广大 工程技术人员提供了巨大的方便，已成为设备设计 人员进行设备设计、方案比较、在役设备强度评定等 工作不可缺少的重要工具。 世界各主要国家对压力容器、化工设备的设计、 制造及检验都有自己国家的标准和规范，因此各国 的压力容器、化工设备C A D 的内容各不相同。S
14、W 6 是根据以下标准所提供的数学模型和计算方法进行 编制的： G B l 5 0 1 9 9 8 钢制压力容器 G B l 5 1 1 9 9 9 钢制管壳式换热器 G B l 2 3 3 7 1 9 9 8 钢制球形储罐 H G 2 0 5 8 2 1 9 9 8 钢化工容器强度计算规定 J B 4 71 0 2 0 0 5 钢制塔式容器 J B 4 7 3 1 2 0 0 5钢制卧式容器 + S W 6 是由有关单位共同开发的，整套软件由1 0 个设备计算程序、1 个零部件计算程序和1 个用户 材料数据库管理系统共1 2 个程序组成。 P V C A D 化工设备施工图软件包( V 3
15、0 版) 是一 套将行业标准、制图标准和常用非标另部件融成一 体，供工程施工图设计的综合软件包，内含容器、塔 器、换热器、反应器、球罐等十四个常用化工设备绘 图软件。 P V D S 压力容器设计技术条件专家系统( V 2 0 版) 是为压力容器设计人员提供实用技术条件的标 准化软件，软件开发人员已经将压力容器安全技 术监察规程、化工设备技术图样要求等各类现 行法规、标准及规范编制在一起，为使用人员带来很 大的方便。 除上述以工程公司为主体开发成功，并在使用 中不断修改完善的实用软件外，我国有关研究单位 和高等院校也做了大量的开发、应用工作。例如，大 连理工大学开发了“压力容器、化工设备C A
16、 D ”软 件；华东理工大学化工机械研究所和合肥通用机械 研究所参加了S W 6 软件的共同研制开发工作。另 外原容委会( 即原全国压力容器标准化技术委员 术交流 会) 计算机应用分会组织评审的3 个压力容器应用 软件如下。 表3 压力容器商业应用软件 醚、薹蓑莽誊设计讨s w 6 9 。8 一v 1 2 。5 。；委器绪毒麓苎设苎篓鲞 2 篝密簿器强度设L A N S Y S ，1 0 兰州石油机械研究所，凄 匿磐仓设藏戚塞兰三密酽赞冀烹圈 移雾薪袭帮有I 嘏元V A S 2 v 一北京飞箭软件有限公甏 浙江大学是我国计算机辅助设计与图形学研究 的重点研究基地，设置在浙江大学计算机科学与技 术学院内的计算机辅助设计与图形学国家重点实验 室是专门从事计算机辅助设计、计算机图形学基础 理论研究的基地，也是我国最具实力的C A D C A M C A E 开发中心之一。浙江大学过程装备及控制工 程专业( 原化工机械专业) 拥有全国同类专业中唯 一的一个博士后流动站，具有
