{设备管理}设备设计与选择培训讲义

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1、4. 设备设计与选择,本章内容,选择设备的基本要求 设备设计定型设备的选择 设备设计非定型设备的设计与计算,工艺设备的设计与选择的目的,决定车间内所有工艺设备的台数，型式和主要尺寸， 据此，着手进行车间布置设计，并为下一步施工图设计以及其他非工艺设计项目提供足够的相关条件。,化工设备设计与选择的主要任务,标准设备或定型设备选择（规格、型号） 非标准设备或非定型设备的设计（主要尺寸、给设备设计人员提条件） 编制化工设备一览表,表4.1 工艺设备一览表,4.1 选择设备的基本要求,原则：技术先进、操作安全、经济合理 技术经济指标 设备结构的要求,技术先进,设备必须满足工艺的一般要求；与工艺流程、生

2、产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，并充分发挥设备的能力 要求设备运转可靠，控制水平、生产能力、转化率、收率、效益等要尽可能的达到先进水平,操作安全,设备要运转可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求 工人在操作时，劳动强度要小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件辅料,经济合理,设备投资省，易于加工、维修和更新，没有特殊的维护要求，运行费用少 引进设备要考察设备性能及报价，考虑是否易于被国内吸收和改造利用，避免盲目性,4.1.1 技术经济指标,单位生产能力 消耗系数 设备价格 管理费用 产品总成本,单位生产能力,设备在单位体积（单位重量或

3、单位面积）上单位时间内完成的任务。 设备的生产能力要与流程设计的生产能力相适应，且效率高。设备的生产能力越高越好。,消耗系数,指生产单位重量或单位体积产品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、机电等。一般消耗系数越低越好。,设备价格,设备价格直接影响建设工程的投资。在满足生产要求的条件下，一般要选择价格便宜、制造容易、结构简单的设备。,管理费用,设备的管理费用包括劳动工资、维护检修费用。要尽量选择管理费用低的设备，以降低产品的成本。,产品总成本,是化工企业经济效益的综合反映，也是上述各项指标的综合反映。一般要求产品的总成本越低越好。,4.1.2 设备结构的要求,强度：合理的强度，保证设

4、备的安全运行 刚度：设备及其构件在外压的作用下，保持原有状况的能力 耐久性：设备的使用年限，一般化工设备的使用年限为10-12年，高压设备为20-25年 密封性：根据有毒物质在车间内允许的浓度来确定。它对处理易燃易爆及有毒介质非常重要 用材和制造：尽量少用贵重材料，避免复杂的加工工序 操作和检修：考虑操作、安装和日常维修的方便 运输方便：尺寸与形状设计时要注意运输方便与否，设备的直径、长度、重量要符合公路、铁路、水运的运输规定,4.2 设备设计的基本内容,定型设备的选择 非定型设备的设计与计算,定型设备的选择方法及原则,根据设计项目规定的生产能力和生产周期考虑设备台数，设备选型依据有关手册和生

5、产厂家的产品目录 在选用设备同时，要注意设备备件的供应情况，对供应紧张的备件，最好在订货时也订购备件 定型设备的选择，按其生产能力，一般偏高一个等级选用，也可以按工厂的近期发展要求选配,设备的设计与选择,4.2.1 物料输送设备的选择 4.2.2 容器类设备的选择 4.2.3 换热设备的选择 4.2.4 塔器设备的选型与设计 4.2.5 反应器的选型与设计 4.2.6 非定型设备设计的主要程序,4.2.1 物料输送设备的选择,液体物料输送设备：常规的设备为各种泵 气体物料输送、压缩、制冷设备：常规的设备为风机、压缩机、真空泵、制冷机等 固体物料输送设备：常规的设备为各种给料机械设备、气流输送设

6、备 其他：惰性气体压送或真空吸送液体以及气体输送固体等,4.2.1.1 液体物料输送设备-泵的选择,泵按其作用于液体原理的不同，分三类： 容积式流体输送泵 叶片式输送泵 流体动力泵,图4.1 泵的分类,图4.2 几种典型泵的图片,水环式真空泵,高压水泵,污物潜水泵,电子隔膜计量泵,双 缸 隔 膜 泥 浆 泵,容积式流体输送泵,利用泵内活塞或转子运动，使泵内工作室的容积产生周期性变化，对流体产生挤压作用，进而将其吸入或压出。如往复泵、齿轮泵、转子泵,电动往复泵,齿轮泵,转子泵,叶片式输送泵,利用泵内叶片在旋转时产生的离心作用，给流体以离心力或轴向力将液体吸入或压出。如离心泵、轴流泵、旋涡泵,单级

7、离心泵,立式轴流泵系列产品,离心旋涡泵,流体动力泵,依靠另一种所谓“工作流体”作为动力来输送液体。如喷射泵,水喷射泵,大气喷射泵机组,各类泵的特点,离心泵：流量大、扬程低 往复泵、旋流泵：流量较小、扬程较高 转子泵：可输送粘度较高的液体 喷射泵：可用来抽吸液体或气体,表4.2 各种泵的性能对比,表4.2 各种泵的性能对比续1,表4.2 各种泵的性能对比续2,泵的选择,泵的选择依据 选择泵的一般步骤 泵的选择经验 确定泵的台数和备用率,（1）泵的选择依据,生产工艺对液体输送量的要求 装置扬程的高度要求 液体的性质 操作条件 地理位置(装置系统的管路布置条件)等,流量,泵在单位时间抽排液体的体积数

8、。它是泵选择的重要依据之一，与整个装置的生产能力要求相协调 叶片式泵的流量与扬程有关，这种关系叫做离心泵的特征曲线 容积式泵的流量与扬程无关，几乎为常数 泵的操作流量指泵的扬程流量特征曲线与管网系统所需的扬程、流量曲线相交处的流量值,扬程,指泵在输送单位液体时，泵的进口至出口的能量增加值，包括液体静压力、动压头和几何位能的总和。是装置系统所需的扬程，与管路系统的具体布置情况有关 选泵的扬程值应该注意：最低吸入液面和最高送液高度，同时留有余量，一般取系统扬程的1.05-1.1倍作为依据,液体的性质,液体的性质包括物理性质和化学性质 物理性质指温度、重度、粘度、以及介质中固体颗粒的直径和含量、气体

9、的含量等，涉及到泵的类型选择、扬程的确定 化学性质指介质的化学腐蚀性和毒性，是考虑泵的材质和轴封形式的重要依据,系统的管路布置条件,指送液高度、送液路线、送液走向、吸入侧的最低液面、排出侧的最高液面及管道规格、材料、管件规格、数量等 是计算系统扬程的依据，当已经给定系统的扬程时，可以不必进行计算,操作条件,操作条件的内容包括：操作温度、饱和蒸气压、吸入侧容器内的压力、排出侧容器内的压力、环境温度、操作是连续还是间断、泵的地理位置等,（2）选择泵的一般步骤,选择类型 选择系列和材料 确定泵的具体型号 确定泵的台数和备用率,（3）泵的选择经验,流量较大，扬程较低，液体粘度小，液体中气体体积含量低于

10、5%时，宜选用离心泵 流量较小，扬程较高，介质粘度大，且有润滑性可选用转子泵 粘度特别大的液体，应选用高粘度齿轮泵、螺杆泵或往复泵等容积泵 对易燃易爆的液体，应考虑用蒸汽驱动的往复泵或电机防爆的其它类型的泵 对剧毒、有放射性物品、贵重介质，宜用密封性能很好的屏蔽泵,（4）确定泵的台数和备用率,作为正常运行时使用的泵，一般只用一台。 在下列情况时，可以考虑两台泵并联 在流量很大，一台泵达不到所需流量 对于需要50%备用率的大型泵可改用两台泵并联，一台备用（共三台） 对某些更大型的泵，可选用能满足70%流量要求的泵并联工作，不用备用泵。 对于重要场合泵的备用率50-100%；对一般连续操 作的泵3

11、5-50%备用率即可；间歇式操作的泵，一般 不用备用泵,图4.3 各类泵的性能范围,4.2.1.2 气体输送、压缩设备,风机按其作用原理可以分为容积式和透平式两类。前者靠活塞作用在气缸内作往复或旋转运动，使气体体积缩小而提高压力，后者靠高速旋转的叶轮提高气速和压力，然后在扩压器中使速度降下来，把动能转化为压力能。,风机的分类,风机的分类2,按机械所能达到的压力大小分类为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 通风机：排气压力小于0.115MPa,输送气体 鼓风机：排气压力0.115-0.4MPa,输送气体 压缩机：排气压力大于0.4MPa,提高压力 真空泵：排气压力接近0MPa,风机,离心风机,罗茨风

12、机,轴流风机,斜流风机,锅炉引风机,风机的选择,选择风机依据工艺条件、物料特性（腐蚀、爆炸、有无毒性、含尘量）、排气温度、排气量、排气压力等参数选择 在同一型号中，效率最高、能耗最小、价格便宜为最优,风机选择注意事项,选择风机时，风压的计算要考虑从管路的吸入口至排出口的压力降，并加必要的安全系数，3% 风机标牌上标明的风量大小为标准状态下的值，选择是应注意将使用工况下的参数换算成标准状态下的值 风机并联或串联使用时，性能会有所降低，设计时不宜采用，当必须使用时，要选择同型号同性能的风机,风机选择一般经验,一般低压操作，排气压力0.5kg/cm2时采用往复式压缩机，大流量时采用离心式压缩机,4.

13、2.2 容器类设备的选择,立式储罐 平底平盖系列(HG5-1572-85) 立式球形封头系列(HG5-1578-85) 900折边锥形底椭圆形盖系列(HG5-1577-85) 卧式储罐 卧式有折边椭圆封头系列(HG5-1580-85) 立式圆筒形固定顶储罐系列(HG21502.1-92) 低压湿式气柜系列(HG21549-92),储罐设计,设计参数 容积 储罐尺寸的确定 管口方位的确定 确定容器的支撑方式 绘制设备草图（条件图）,设计参数,设计压力，由工艺提出 设计温度，由工艺提出 公称容积，通常根据储存物料的流量及储存时间，加上20%的安全系数 公称直径，参照常规储罐的高径比或查阅已有的储罐

14、系列 腐蚀裕度，根据储罐介质决定 设计载荷，包括风载、雪载荷、灌顶附加载荷及抗震烈度 材质选择，根据介质物性、工艺条件选择碳钢、不锈钢、搪瓷、或非金属材料 储罐形式，根据介质物性、工艺条件及容积确定 储罐台数,容积,确定容积的依据 物料的流量 储存时间 原料的来源与运输方法 储罐使用的场合,不同的工艺要求储罐的容量,储存原料或产品，全厂性的储罐至少一个月的储量；车间储罐至少半个月的储量 液体产品储罐一般设计至少一周的产品量 气柜可以设计两天或多天的产量 中间产品储罐一般考虑一昼夜的储量 计量罐：一般用于间歇生产，容积根据每一批次 物料的存放量及存放时间定 回流罐：一般考虑5-10min左右的液

15、体保存量,做冷凝液封用,储罐尺寸的确定,定型设备：根据计算的容积，手册中查标准化设备的有关尺寸 非定型设备：根据计算容积，考虑装料系数和高径比,装料系数与高径比,装料系数是防止物料溢出的安全系数，与物料种类和操作条件相关。一般储槽、计量槽取0.8-0.9，搅拌反应器取0.7-0.85，对沸腾操作或易发泡的反应器取0.4-0.6。 高径比一般取H:D=1-2,管口方位的确定,储罐的管口方位主要有：进料、出料、温度、压力（真空）、放空、液面计、排液、以及人控、手孔等 根据储罐的大小及进出口流量决定各管口尺寸与数量 管口方位的安排应该有利于工艺管道的布置,确定容器的支撑方式,立式或卧式 裙座、鞍座、

16、三角支座等,绘制设备草图（条件图）,标注尺寸 对非标设备，绘制设备的外形轮廓图，标注一切相关尺寸，填写设计条件表，向设备设计人员提出设计条件 对定型设备，可以选用标准图系列的有关图纸，将工艺要求的管口方位、支座等与标准的管口方位及支座图进行对照，如有不符，按工艺要求的管口方位订货，提出相应的订货要求,4.2.3 换热设备的选择,换热器的分类 换热器设计的基本原则,换热器图示,夹套式换热器,列管式换热器,螺旋板式换热器,套管式换热器,喷淋管式换热器,换热器的分类,按工艺用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、空冷器等 根据冷热流体的热量交换方式分类：间壁式、直接式、蓄热式等三类 间壁式换热器可分为管式换热器（承压能力高）及板式换热器（承压能力低）,换热器设计的基本原则,基本要求 介质流程