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1、8 化工工艺系统设计8.1 复习要点8.1.1 化工工艺系统设计的主要内容和深度，它包含了系统设计、化工管道设计、安全泄压设施设计、机泵的安装设计、设备管道的布置设计、系统安全分析等。8.1.2 工艺管道及仪表流程图在工程设计过程的重要性和它所应包含的主要设计内容。8.1.3 在化工管道设计中伯努利方程的应用，采用常用流速和管道压力降控制求取经济管径的方法。8.1.4 可压缩流体和不可压缩流体的管道阻力计算，局部阻力计算的方法；管道、阀门噪声控制的手段和方法，设备的接管要求，机泵的压差要求。8.1.5 化工装置安全设施的设计原则，造成安全隐患的因素。阀门、安全阀、爆破片、限流孔板、阻火器、疏水
2、器等的设置原则和适用场所。8.1.6 设备安装高度，机泵安装设计，泵所需气蚀余量 NPSHr 和泵系统有效气蚀余量 NPSHa 的概念及其具体计算和要求。8.1.7 化工厂设备管道布置原则和设计要求，设备管道隔热设计原则和涂漆要求。8.1.8 熟悉通用安全分析方法中的 HAZOP（危险与可操作）分析、故障树形图分析和列表法。8.2 习题8-1 化工工艺系统专业应负的主要责任（ ）？（1）应对系统的安全性和可操作性负责； （2）应对生产技术的可靠性负责；（3）应对项目如期完成负责； （4）应对项目的经济效益负责。答案：（1）8-2 以下哪些是化工工艺系统设计的主要内容？（多选题）（1）管道及仪表
3、流程图（PID） ；（2）确定管道压力等级、编制管道数据表；（3）提出设备设计温度； （4）划分装置危险区域。答案：（1） （2） 。题中(3) 、(4) 是工艺专业的工作内容。8-3 流体在管道内的流动，存在着流速的限制，可选用较高流速的是哪个（ ）？（1）粘度较高； （2）不允许产生较大的噪声； （3）对管壁磨损有限制； （4）允许阻力降较大。答案：（4） ，其它几条都希望选用较低的流速。8-4 以下有关管道及仪表流程图的叙述不正确的是（ ） 。（1）管道及仪表流程图（PID）是在工艺设计的基础上开展工作的工程设计的一个重要工作环节，亦是工程设计中各有关专业开展工作的主要依据；（2）管道及
4、仪表流程图（PID）一般在基础工程设计阶段开展初版工作，随着设计阶段的深入，不断补充完善，直至详细工程设计阶段完成；（3）管道及仪表流程图应表示出全部设备、机械、驱动机及备机，但对于开车时所用的临时设备不需要表示；（4）管道及仪表流程图反映了工艺设计流程、设备设计、管道布置设计和自控仪表设计的综合成果。答案：（2） 。PID 的 A 版,一般在工艺包阶段就已开始形成。8-5 有关管道仪表流程图的设计阶段和版次的叙述，以下错误的是（ ） 。（1）工程设计分为两个阶段：基础工程设计和详细工程设计；（2）通常在基础工程设计阶段完成三个版次的设计：A 版（初版） ，B 版（内审版）和D版（设计确认版）
5、 ；（3）在详细工程设计阶段完成三个版次的设计：E版（详细设计1版） ，F版（详细设计2版） ，G版（施工版） ；（4）对于小型或成熟工艺装置的管道仪表流程图，最少应完成A 版（初版） 、D版（设计确认版）和G版（施工版）三个版次。答案：（2） 。通常在基础工程设计阶段完成四个版次的设计：A 版（初版） 、B 版（内审版） 、C 版（用户版）和 D 版（设计版） 。8-6 以下不属于管道及仪表流程图A版（初步版）包括的内容的是（ ） 。（1）列出全部有位号的设备、机械、驱动机及备台，应初步标注出主要技术数据、结构材料；（2）应标注对工艺生产起控制、调节作用的主要阀门，管道上的次要阀门、管件、特
6、殊管（阀） 件可暂不表示；（3）应标注主要安全阀和爆破片，但不注尺寸和编号；（4）确定全部取样、分析点，并进行标注和编号。答案：（4）不是 A 版的内容, 是 B 版的设计内容。8-7 下述对管道及仪表流程图G版（施工版） 的内容和深度所需注意的问题，不合适的是（ ） 。（1）应符合制造厂的图纸及资料的要求； （2）管道上的放空、放净应标注齐全；（3）将图上所有表示修改的修改符号和修改范围线均应擦去；（4）全部“待定” 问题整理后，转交施工经理进行处理。答案：（4）全部“待定”问题和需要说明的问题要提出处理意见。8-8 在管道及仪表流程图上，管道无需编号的是（ ） 。 工艺管道和公用工程管道的
7、干管、支管和辅助管线； 直接相接的设备管口（如叠放的换热器、塔和再沸器） ； 放空、放净管道； 调节阀、安全阀等管件的旁路。（1） （2） （3） （4）答案：（2） （4） 。因为（2）是设备管口直接相接的；（4）的旁路管的管号与主管相同，不需另外编号。8-9 公用工程管道及仪表流程图（UID）中不应标识出的内容是（ ） 。（1）UID中包括了工艺流程中必须使用的工艺用水、蒸汽、仪表空气、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空等公用工程；（2）与公用工程管道有关的设备和管线的设计参数；（3）与公用工程管道有关的仪表控制方案；（4）在PID中已标识的公用物料仪表。答案：（4）已在 PID 中标识的公用
8、工程物料仪表，在 UID 中就不需标识。8-10 下述对于管道及相应的阀门设计不合适的是（ ）？（多选题）（1）离心泵进出管上都应设切断阀；（2）离心泵出口管上应设止回阀，位置应在切断阀的下游；（3）废热锅炉和汽包之间的上升管和下降管处，都不能设置阀门；（4）往复式压缩机用于调节流量设在旁路管上的手动阀门，可采用蝶阀、截止阀和闸阀等。答案：（2） （4） 。8-11 以下哪些是造成安全隐患的主要因素？（多选题）（1）设备出口堵塞； （2）自然灾害；（3）原料质量太差； （4）管道存在裂纹。答案：（1） （4）8-12 阀门设置需要考虑的主要因素是（ ）？（多选题）（1）流体的性质； （2）阀门
9、的功能；（3）与阀门相连的设备类型； （4）管道及其附件的阻力损失。答案：（1） （2）8-13 在哪些情况下不需设置安全阀（ ）？（1）易引起超压的反应器设备； （2）易累积不凝性气体的容器； （3）离心泵出口阀前管道上； （4）加热炉出口切断阀的阀前管道。答案：（3）8-14 某一容器释放气体，已知分子量 M86，设计温度 t 设 135 ，背压对释放能力修正系数 Kb1，安全阀整定压力 PS 0.4 MPa（表） ，气体释放量WV 2770 kghr-1。则在选用安全阀时，安全阀喷嘴喉部直径 do 应不小于（ ） 。安全阀气体泄放能力计算公式为： AKTWb5V1023式中：W V为气体
10、泄放（释放）量， kghr-1；A为安全阀有效流通面积，cm 2；PS为安全阀整定压力， Pa（表） ；T为气体释放温度， K；M为气体相对分子质量；Kb为背压对释放蒸汽和气体能力修正系数。（1）2.2 cm （2）2.52 cm （3）2.59 cm （4）3.49 cm答案：（3）解：代入题目已知条件 cm 59.278.0/578.0/ cm 25.14086104.327123 00 256b5SVb5SV AdKTMPWA安 全 阀 喷 嘴 喉 部 直 径 得由8-15 在哪些情况下应优先选用爆破片？（多选题）（1）压力有可能迅速上升的场合；（2）工作压力 1.6 MPa（a）的压力
11、容器；（3）泄放介质含有结晶的容器；（4）压缩机出口管道上。答案：（1） （3）8-16 下列哪些场合可采用限流孔板？（多选题）（1）工艺物料需要降压，且精度要求较高；（2）泵的冲洗管道；（3）压力较高的放空管道；（4）须减压的气体管路,由于压差太大，在减压阀后设置限流孔板，以减少减压阀的前后压差。答案：（2） （3）8-17 有一股压力为 10.3MPa 的尾气，经限流孔板降压至 1.6MPa 去燃料管网，试计算要满足上述要求最少需几块限流孔板，各块孔板后的压力分别是多少？请选择下列最接近的答案（ ） 。限流孔板后的压力（MPa）板数 第 1 块 第 2 块 第 3 块 第 4 块 第 5
12、块（1） 2 4.06 1.60（2） 3 5.54 2.98 1.60（3） 4 6.47 4.06 2.55 1.60（4） 5 7.30 5.03 3.47 2.39 1.60答案：（3）解：已知 P1=10.3MPa P2=1.6MPa根据使用限流孔板避免管路出现噎塞流的要求，限流孔板后的压力（P 2）不能小于板前压力（P 1）的 55%，由于本题（P 2）远小于（P 1）55%的值，所以必须选择多块板。则要求：P 1 =0.55 P1 P2 =0.55 P1 P3 =0.55 P2 ；P n=0.55Pn-1 可归纳为：P 2=(0.55)nP1由上式可得：(0.55) n= P2/
13、 P1；即：n=log( P2/1)/log0.55=log(1.6/10.3)/log0.55=3.11经圆整，取 n=4，即至少需 4 块限流孔板。因此，上述公式可转换为，若取第 m 块板，则该板前后的压力之比为：P m/P m1=(P2/ P1)1/4 则：第 1 块板板后压力： P1 =(1.6/10.3)1/410.3=6.47 MPa第 2 块板板后压力： P2 =(1.6/10.3)1/46.47=4.06 MPa第 3 块板板后压力： P3 =(1.6/10.3)1/44.06=2.55 MPa第 4 块板板后压力： P4 =(1.6/10.3)1/42.55=1.6 MPa8
14、-18 已知限流孔板的孔径 d0=120mm，通过孔板的压降为 1.2MPa，液体相对密度为 1.20，则限流孔板流量为（ ） 。流量计算公式：Q=128.45Cd 02(P/ )0.5式中：Q 工作状态下体积流量，m 3hr-1；C 孔板流量系数，已知 C=0.5；d0 孔板孔径，mm；P通过孔板的压降，Pa； 工作状态下的相对密度。（1）924840 m 3hr-1 （2）924.84 m3hr-1（3）7707 m 3hr-1 （4）1849.7 m3hr-1答案：（2）解：计算流量 Q=128.450.50.122（1.210 6/1.2） 0.5=924.84 m3hr-1所以，答案
15、（2）正确。8-19 下述场合哪些应选用放空阻火器（ ）？（多选题）（1）储存闪点 40的油品槽车；（2）输送有可能产生爆炸性混合气体的管道中；（3）火炬排放气进入火炬头前；（4）进入爆炸危险场所的小汽车内燃发动机排气口管道上。答案：（1） （4） 。其中（2）和（3）应该采用管道阻火器。8-20 下述哪种情况不需要设置疏水阀（ ）？（1）蒸汽管最低处的末端； （2）蒸汽管上减压阀的阀前；（3）蒸汽加热器冷凝水出口； （4）蒸汽过热器入口蒸汽管。答案：（4）蒸汽过热器入口的蒸汽，即使有少量冷凝液，进入过热器也就汽化了，没有必要设疏水阀。8-21 以下哪个是不符合疏水阀系统的设计要求的（ ）？（1）疏水阀的入口管应设在用汽设备的最低点；（2）疏水阀不允许并联使用，可以串联使用；（3）多台用汽设备不能共用一只疏水阀，以防短路；（4）疏水阀的出口管应少弯曲，尽量减少向上的立管。答案： （2
