第7章非工艺专业设计Convertor

化工设计DesignofChemicalEngineering青岛科技大学化工学院第七部分7非工艺专业设计第一节公用工程第二节安全防火与环境保护第一节公用工程公用工程包括给排水、供电、供热与冷冻以及采暖通风等专业。从设计成果形式分为设计说明书与图纸表格两种；从设计内容上讲，说明书主要包括：所接收的工艺专业对本专业提出的设计条件、界定本专业的设计范围、采用的主要设计标准与规范、经论证与比较选择所确定的本专业技术方案、经分析计算以及选型所得出的有关设备、材料的规格型号、尺寸、数量等结果。在说明书编制过程中及编制结束后，按照工作顺序先后，完成制作相应表格与图纸。《石油化工企业给水排水系统设计规范》SH3015—2003《化工企业给排水设计施工图内容深度统一规定》HG／T20572—2007(一)设计基础条件根据生产、生活对给排水的水量水质要求以及以上条件，确定工程水量平衡方案，并且绘制生产用水排水表(表7-1)、生活用水排水表(表7-2)。(二)给水水源，输送管道设计及水质处理1．建厂地区水源情况包括可提供的地下水(井水、深井水等)、地表水(河水、江水、溪水、湖水、塘水、水库水以及城市市政供水管网等)以及它们的水质、水温和可提供的水量等。这些水源的上游或上风向有无污染源，下游或下风向对排污的要求。按照可供采用的水源具体情况，从工程生产、生活对水质、水温、水量的要求出发，比较各种水源从取水处到提供本工程用水处所需取水、水处理、水输送等基建投资总费用和运行操作维修费用的关系，进行综合考虑各种取水方案的利弊，最终选择确定一种取水方案。注意理解两点：1、分析化学是一种方法学，研究方法、技术及其理论。2、应用这些方法与理论对物质的组成与结构进行分析，并表征物质作用过程的动态行为。2．循环水处理的水质稳定(1)循环使用循环冷却水在周而复始地循环使用过程中，会对管道产生腐蚀并在管壁上结垢。循环水的运行过程中会产生水质变化.(2)循环水的水质稳定处理①排污。补充适当量的新鲜水②防垢处理。软化;阻垢剂③防腐蚀处理。④防止微生物生长。⑤除机械杂质。旁滤器二、供电《化工企业供电设计技术规定》HG／T20664—1999《石油化工企业工厂电力系统设计规范》SH3060—94《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038—2000化工企业电力设计施工图内容统一规定》HG20517—92(一)设计基本知识1．化工生产车间的供电从化工生产用电电压等级而言，一般最高为6000V，中小型电机通常为380V;从输电网引入电源必须经变压后方能使用。一般车间高压电为6000V或3000V，低压电为380V。当高压为6000V时，对于150kW以上电机选用6000V；对于150kW以下电机选用380V。高压为3000V时，100kW以上电机选用3000V，100kW以下电机选用380V。化工生产中常使用易燃、易爆物料，多数为连续化生产，中途不允许突然停电。按照用电要求从高到低分为一级、二级、三级。其中一级负荷要求最高，即用电设备要求连续供电运转，突然停电将造成着火、爆炸或人员机械损坏，或造成巨大经济损失。二级负荷是指，当突然中断供电将产生大量废品，大量减产。三级负荷是指，所有不属于一级和二级负荷的其他负荷。在化工企业的供电中，一级负荷数量不多，大部分为二级负荷，生活区用电属三级负荷。2．供电中的防火防爆《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92关于爆炸性气体环境危险区域划分规定，根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度与持续时间进行分区。对于连续出现或长时期出现爆炸性气体混合物的环境定为0区，对于在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境定为1区，对于在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的情况定为2区。对区域爆炸危险等级确定以后，根据不同情况选择相应防爆电器。属于0区和1区场所都应选用防爆电器，线路应按防爆要求敷设。电器设备的防爆标志由类型、级别和组别构成。类型是指防爆电器的防爆结构，共分6类：防爆安全型(标志A)、隔爆型(标志B)、防爆充油型(标志C)、防爆通风(或充气)型(标志F)、防爆安全火花型(标志H)、防爆特殊型(标志T)。级别和组别是指爆炸及火灾危险物质的分类，按传爆能力分为四级，以1、2、3、4表示；按自然温度分为五组，以a，b，c，d，e表示。类别、级别和组别按主体和部件顺序标出。(二)工艺对电气专业提供设计条件(1)动力包括：①设备布置平面图，图上注明电机位置及进线方向，就地安装的控制按钮位置；②用电设备表(如表7-5所示)；③电加热表(温度、控制精度、热量、工作时间)；④环境特性。(2)照明提出设备平面布置图，标出需照明位置。提出照明四周环境特性(介质、温度、相对湿度、对防爆防雷要求)。(3)弱电指电讯设备、仪表仪器用电位置以及生产联系的讯号。(4)防雷设计按《建筑物防雷设计规范》GB50057—94(2000年版)，工业建筑的防雷等级根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性及后果分为三类。属于第一类防雷等级的是：凡制造使用或储存大量炸药、火药等，因电火花而易引起爆炸，具有0区或10区爆炸危险环境的，具有1区爆炸危险环境因电火花而易引起爆炸的建筑物。属于第二类防雷等级的是：有制造、使用或储存爆炸物质的建筑物且电火花不易引起或不致造成巨大破坏伤害人身的；具有l区爆炸危险环境且电火花不易引起爆炸，具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物；工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐，其他国家级重要建筑物。属于第三类防雷等级的是：根据雷击对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象地形地质及四周环境因素确定需防雷的21区、22区、23区火灾危险环境的建筑物；在平均雷暴日大于15d／年的地区，高度在15m以上的烟囱，水塔等孤立高建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d／年的地区，高度在20m以上的烟囱、水塔等高建筑物；不属于第一、二类等级，但需加保护的木材加工场所和省级重要建筑物。三、供热及冷冻工程(一)供热化工生产中的热源供热作为公用工程在化工生产中普遍应用，比如对吸热化学反应，为加快反应速度和进行蒸发、蒸馏、预热、干燥等各种工序，供热都是必不可少的。化工设计中必须正确选用热源和充分利用热源。作为化工热源可分为直接热源和间接热源。直接热源包括烟道气及电加热。烟道气加热的优点是温度高，可达1000℃，使用方便，经济简单，缺点是温度不易控制、加热不均匀和带有明火及烟尘。电加热的优点是加热均匀、温度高、易于调节控制、清洁卫生，缺点是成本高。间接热源。包括高温载热体及水蒸气。高温载热体加热温度范围可达160—500℃，例如可用于加热温度在160—370℃的常用联苯与联苯醚的混合物，加热温度在350～500℃的常用熔盐混合物HTS(即NaNO240％、KNO353％、NaN037％)，熔点142℃。水蒸气是化工生产中使用最广的热源，其优点是使用方便、加热均匀、速度快及易控制，但温度高时压力过大，不安全，所以多用于200℃以下的场合。下面以蒸汽加热(用燃煤产生蒸汽)为例，说明工艺专业应提供的设计条件。(1)供热系统与用热设备及设备布置设计按表7-6形式，以工艺专业为主填写“蒸汽、冷凝水条件表”。(2)列出全厂热负荷平衡表(如表7-7所示)，必要时绘制各种工况下热负荷曲线。(3)节能技术设计，尽量采用高压蒸汽系统，因为高压蒸汽的能量利用率高，如条件具备应尽量将锅炉与废热锅炉均设计为高压，蒸汽使用过程可设计成逐级利用，如表7-8所示。其次是回收余热，包括回收蒸汽冷凝水余热，回收工艺物料流中余热，回收化工生产废料(通过焚烧)的热量。在设计中要减少热量消耗和提高传热效率，采用节能高效设备等是节能的重要手段。(二)冷冻工程化工生产中的物料温度若需维持在周围环境(比如大气、水等)温度以下，则需要由冷冻系统提供低温冷却介质(称载冷体)，也可直接将制冷剂(如液氨、液态乙烯)送入工艺设备，利用其蒸发吸热获取冷量。通过采用制冷剂蒸发来冷却载冷剂，然后由载冷剂提供生产所需冷量，这种冷冻系统的优点是能集中供应，远距离输送，使用方便，易于管理，比较经济。当冷却物温度≥5℃时选用水，当冷却温度在0～-45℃范围内，可选用盐水，NaCl水溶液适用于0～-15℃，CaCl2水溶液适用于0～-45℃，盐浓度愈高，冰点愈低。当冷却温度更低时，则选用乙醇、乙二醇、丙醇等。全工程各部分(即车间、工段、设备)用冷量、用冷方式、用冷温度等级(或范围)以及全年用冷量变化情况(冬季、夏季、过渡季、最大、最小、平均)按表7-9形式填写。四、采暖通风及空气调节《化工企业安全卫生设计规定》HG20571-1995《化工采暖通风与空气调节设计规定》HG／T20698-2000采暖。工业上采暖系统按蒸汽压力分为低压和高压两种，界线是0.07MPa，通常采用0.05～0.07MPa的低压蒸汽采暖系统。还有的采用热风采暖系统是将空气加热至一定的温度(70℃)送入车间，它除采暖外还兼有通风作用。车间为排除余热、余湿、有害气体及粉尘，需要通风。车间为排除余热、余湿、有害气体及粉尘，需要通风。(一)自然通风利用室内外空气温差引起的相对密度差和风压进行自然换气。(二)机械通风(1)局部通风(2)全面通风(3)有毒气体的净化和高空排放根据具体情况填写采暖通风与空调、局部通风设计条件如表7—10所示。第二节安全防火与环境保护一、燃烧爆炸及防火防爆(一)化工生产中安全防火设计的重要性任何一种违背安全原则的设计方案都不能采用，无论其技术是多么先进、经济效益是多么诱人。对于设计人员应该清楚地认识各种可能引发火灾与爆炸危险的来源和后果。在设计的全过程中必须严格遵守各级政府与主管部门制订的法规、标准及规范，并在各个方面积极采取预防和减少损失的措施。(二)燃烧与爆炸的起因及其危险程度1．燃烧物质的燃烧必须具备三个条件，即物质本身具有可燃烧性、环境中气体含有助燃物(比如：氧气等)、明火(或火花)。而物质的可燃性，即燃烧危险性取决于其闪点、自燃点、爆炸(燃烧)极限及燃烧热四个因素。闪点是液体是否容易着火的标志，它是物质在明火中能点燃的最低温度，液体的闪点如果等于或低于环境温度的则称为易燃液体。自燃点是指物质在没有外界引燃的条件下在空气中能自燃的温度，它标志该物质在空气中能加热的极限温度。爆炸极限是指在常温常压的条件下该物质在空气中能燃烧的最低至最高浓度范围，即在该浓度范围内，火焰能在空气混合物中传播。燃烧热是可燃物质在氧气(或空气)中完全燃烧时所释放的全部热量。2．爆炸它是指由于巨大能量在瞬间的突然释放造成的一种冲击波。一般爆炸是和燃烧紧密相连的，当燃烧非常剧烈时燃烧物释放出大量能量，使周围体积剧烈膨胀而引起爆炸；而由于其他原因引起爆炸时，因为逸出的可燃性气体遇到火种就会燃烧。明火、静电导致的火花、转动电气设备可能造成的火花、设备管道的操作压力超过允许值等都是引起爆炸燃烧的直接原因，而由于反应器加热器的温度上升失去控制使设备遭到破坏，或者由于放热反应速度急剧增加导致爆炸则是其间接原因。下面列出部分液体的闪点、一些气体和粉尘的爆炸极限和部分物质的自燃点(见表7-11～表7-14)。3．燃烧与爆炸的危险程度燃烧和爆炸的危险性可划分第一次危险和第二次危险两种，前者是指系统或设备内潜在的有发生火灾爆炸可能的危险，在正常状态下不会危及安全，但当误操作或外部偶然直接、间接原因会引起燃烧和爆炸。后者是指由第一次危险所引起后果，直接危害人身、设备以及建(构)筑物的危险。例如由第一次危险引起的火灾、爆炸、毒物泄漏以及由此造成人员的跌倒、坠落和碰撞等。表7-15列出了燃烧与爆炸指数计算因子建议值。(三)安全防火设计化工设计中，须严格按照《石油化工企业设计防火规范》GB50160—92(1999年版)和建筑设计防火规范》GBJ16—87(2001年版)及《石油化工静电接地设计规范》SH3097—2000之规定进行设计。在工艺设计中，考虑安全防火的因素较多，诸如在选择工艺操作条件时，对物料配比要避免可燃气体或蒸气同空气的混合物