第二章化工厂设计的内容与程序

西北民族大学《化工设计》教案12第二章化工厂设计的内容与程序2.1化工设计的种类化工设计可根据项目性质分类，也可按设计性质分类。2.1.1根据项目性质分类（一）新建项目设计新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况做出工程设计。（二）重复建设项目设计由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。（三）已有装置的改造设计一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。2.1.2根据设计性质分类（一）新技术开发过程中的设计化工新技术开发的工作框图见图2—1。从图中可以看出，化工新技术开发过程中要进行概念设计、中试设计和基础设计等三种设计。图2—1化工过程开发工作框图（1）概念设计。基础研究结束后，应进行概念设计。概念设计的规模应是工业化时的最佳规模。概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计，其作法可参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计西北民族大学《化工设计》教案13算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。概念设计的作用是暴露和提出基础研究中存在工艺流程、主要操作单元、设备结构及材质、过程控制方案及环保安全等方面存在的问题，并为解决这些问题提供途径或方案。另一方面，概念设计结合技术经济评价，应得出开发的新产品或新技术是否具有工业化价值的结论。（2）中试设计。按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。因此，中试可以不是全流程试验，规模也不是越大越好。中试要进行哪些试验项目，规模多大为宜，均要有概念设计来确定。中试设计的内容基本上与工程设计相同。由于中试装置较小，一般可不画出管道、仪表、管架等安装图纸。（3）基础设计。基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。基础设计中还要运用系统工程的理论和计算机模拟技术对工艺流程和工艺参数进行优化，力求降低定额和产品成本及项目投资，提高项目的经济效益。基础设计中对关键技术应有详尽的技术说明和数据，工程设计单位根据基础设计，结合建厂地区的具体条件即可做出完整的工程设计。（二）工程设计根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。（1）初步设计根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。西北民族大学《化工设计》教案14（2）扩大初步设计根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。（3）施工图设计根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。2.2化工厂设计的工作程序一般的化工设计的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计（见图2—2）。图2—2化工厂设计的工作程序2.2.1项目建议书项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括下列内容。（1）项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；（2）产品需求初步预测；（3）产品方案和拟建规模；（4）工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）；（5）资源、主要原材料、燃料和动力的供应；（6）建厂条件和厂址初步方案；（7）环境保护；西北民族大学《化工设计》教案15（8）工厂组织和劳动定员估算；（9）项目实施规划设想；（10）投资估算和资金筹措设想；（11）经济效益和社会效益的初步估算。2.2.2可行性研究可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设做出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。可行性研究的任务是根据国民经济长期规划的要求，对化工建设项目的技术路线、工艺过程、工程条件和经济效益及社会效益进行深入细致的调查研究。可行性研究的内容包括市场销售情况的研究，原料和技术路线的研究，工程条件的研究，劳动力来源和费用、人员培训、项目实施计划的研究，资金的使用和成本核算的研究，经济评价研究等。根据原化工部对“可行性研究报告”的有关规定，可行性研究报告的内容如下。（1）总论。包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。（2）需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。（3）产品的生产方案及生产规模。（4）工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。（5）原材料、燃料及水电汽的来源与供应。（6）建厂条件和厂址选择布局方案。（7）公用工程和辅助设施方案（8）环境保护及安全卫生。（9）工厂组织、劳动定员和人员培训。（10）项目实施规划。（11）投资估算和资金筹措。（12）经济效益评价及社会效益评价。（13）结论包括综合评价和研究报告的结论等内容。2.2.3编制设计任务书可行性研究呈报给上级主管部门，当被上级主管部门认可后，便可编写设计任务书西北民族大学《化工设计》教案16以作为设计项目的依据。设计任务书的内容主要包括：（1）项目设计的目的和依据；（2）生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；（3）矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；（4）资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；（5）厂址与占地面积和城市规划的关系；（6）防空、防震等的要求；（7）建设工期与进度计划；（8）投资控制数；（9）劳动定员及组织管理制度；（10）经济效益、资金来源、投资回收年限。设计任务书报批时，还应附上如下附件：（1）可行性研究报告；（2）征地和外部协作条件意向书；（3）厂区总平面布置图；（4）资金来源及筹措情况。2.2.4扩大初步设计扩大初步设计的工作程序和内容如图2—3所示。左边表示工作程序，右边方框的内容为设计成品。西北民族大学《化工设计》教案17图2-3扩大初步设计程序2.2.5施工图设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工图设计的内容与扩大初步设计有较大的变动时，应另行编制修正概算，上报原审批单位核准。施工图设计不能随便改变扩大初步设计。在施工图设计的编制过程中，应根据扩大初步设计审批意见加强以基建施工单位的结合，正确贯彻和掌握上级部门的审批精神与原则。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。西北民族大学《化工设计》教案18除施工图外，还应附有各部分施工说明以及各部分安装材料表。为了设备订货与制造、材料贮备和零件加工有依据，应附全厂设备一览表与综合材料汇总表，并做出施工图总预算表。2.2.6设计代表工作在扩大初步设计与施工图设计两个阶段，有大量的各专业人才参加，到设计文件编制完毕，工作转入了基本建设和试车阶段的时候，就只需少量的各专业设计代表参加了。各专业设计代表的任务就是参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），建成化工装置后要参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。当设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。2.3化工车间（装置）工艺设计的程序及设计内容化工车间（装置）设计是化工厂设计的最基本的内容，也是初学者必须首先掌握的。因此，本节着重介绍化工车间（装置）工艺设计内容和程序。下面按工作程序介绍车间工艺设计的内容。2.3.1设计准备工作（l）熟悉设计任务书。全面深入地正确领会设计任务书提出什么要求，又提供了什么情况，这都是设计的依据，必须熟记、贯彻实施。（2）了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，其方法步骤如何。参照设计进度订出个人工作计划。（3）查阅文献资料。按照设计要求，主要查阅与工艺路线、工艺流程和重点设备有关的文献资料，并摘录笔记。此外，还应对资料数据加工处理，对文献资料数据的适用范围和精确程度应有足够的估计。（4）收集第一手资料。深入生产与试验现场调查研究，尽可能广泛地收集齐全可靠的原始数据并进行整理，这对搞好整个设计来说是一项很重要的基础工作。2.3.2方案设计这个阶段的任务是确定生产方法和生产流程，它们是整个工艺设计的基础。要求运用所掌握的各种资料，根据有关的基本理论进行不同生产方法和生产流程的对比分析。这个阶段的工作可以培养分析、归纳和理论联系实际的能力。由于工业生产和科学技术多年的不断发展，一个产品的生产可以用不同的原料和不西北民族大学《化工设计》教案19同的生产方法，所以在设计一个产品的生产时首先的工作就是通过定量的技术经济比较，着重评价总投资和成本，从而选择一条技术上先进，经济上合理，安全上可靠，三废得到处理，而且又是因地制宜可以实施的工艺路线。紧接着就是设计生产流程，这一步骤的工作历程更长，从规划轮廓到完整定型，要经过物料衡算、热量衡算、设备设计和车间布置设计等过程。周期长，涉及面广，需要做细致的分析、计算和比较工作。运用化工系统工程学理论和方法进行生产流程的最优化设计，是一种效果显著的好方法，但目前尚处于研究开发之中，运用时需要先凭设计者的经验，拟定几种流程方案，而后再用最优化设计的方法进行计算和评选。由于这种方法的计算量非常大，手工劳动是无法胜任的，必须使用电子计算机。通常，手工计算进行流程设计，也要先做出几种流程方案，然后进行计算和比较。2.3.3化工计算化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。要完成的任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。经验表明，在化工计算阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。它是理论联系实际，学会发现问题、分析问题和解决问题，进一步锻炼独立思考和独立工作能力的主要阶段。搞好计算的必要条件是概念清楚、方法正确、数据齐全可靠（收集大量实际生产数据是保证计算质量的关键），并且必须按一定步骤进行。强调按一定步骤进行的主要原因是避