化工设计实训指导书

化学工业（chemical industry）又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位的过程工业。化学工业是从19世纪初开始形成，并发展较快的一个工业部门。该行业对人才始终保持着旺盛的需求。目前开设化工机械相关专业的高校全国有130多所，在读学生数以千计，并且每年都有很多机电专业的毕业生进入到化工设计行业，使得从事化工设计的人员基础不一，起点不同。化工设计是高等学校相关专业人才培养的一个重要环节，使高年级化工机械（过程装备与控制工程）专业学生对化工设计有一个全面和系统的直观认识和理解，对于学生进一步学习专业知识和专业实践具有重要的意义。本书正是针对这一情况，从实习实训角度，拓展了化工机械（过程装备与控制工程）专业和其他专业学生需了解和初步掌握的基本知识，一定程度上实现了对该专业学生知识系统性的完善，为更好地从事化工行业奠定基础。 
《化工设计实训指导书》共分13章，内容丰富，从化工设计相关法律法规，设计相关基础文件，以及工艺设计、强度设计、常规设计、应力分析设计、典型设备控制、制造检验验收、设备工程预算、车间布置、管道设计、辅助工程及设备管理等方面讲解了整个化工系统设计的全过程，可以使化工机械相关专业的学生在本专业知识基础、知识体系上得到更系统的教育，非常符合目前化工行业的实际工程发展方向，具有非常重要的价值和意义。 
本书由王海波教授组织编写团队，高艳副教授、段世铭博士、时龙博士、安世亚太的黄志新博士参与了编写工作，编者均为一线教师或经验丰富的企业高级工程师。其中，王海波教授编写1、7、8、13章和附录4，高艳副教授编写4、5、11章和附录3，段世铭博士编写9、10、12章，时龙博士编写2、3章和附录1、2，黄志新博士编写6章。 
本书在编写过程中，受到了吉林化工学院陈庆教授的诸多指导，在此表示感谢！本书编写过程中参考了行业相关材料，在此向同仁们表示衷心的感谢！ 
由于编者团队的水平有限，加之时间仓促，书中难免出现不妥之处，敬请读者批评指正。 
　　 
编著者 
2021年10月 

《化工设计实训指导书》结合化工设计中的工艺部分、设备部分和辅助工程等系统化知识体系，介绍了化工设计法律法规、工艺设计、设备设计（传统方法、应力分析部分）、设备制造检验、控制设计、设备管理、辅助工程等理论知识及典型案例，使本书更具实用性，非常适合作为实习和实践环节教材。 
本书逻辑清楚、内容详细、实用性强，适合过程装备与控制工程、化工机械等专业高年级本科生使用，也适合刚进入化工行业的从业者和化学工程与工艺专业高年级本科生拓展知识面使用。

第1章 化工设计概论 1 
　1.1 绪言 1 
　1.2 化工设计规范、标准简介 5 
　1.3 我国化工设计的质量保证体系及安全监察 5 

第2章 化工设计基础 8 
　2.1 化工设计的分类 8 
　　2.1.1 根据建设项目性质对化工设计进行分类 8 
　　2.1.2 按项目开发过程对化工设计进行分类 9 
　　2.1.3 根据设计范围对化工设计进行分类 13 
　2.2 化工厂初步设计阶段的工作程序 13 
　2.3 车间设计工作程序及内容 14 
　2.4 国际通用设计程序及内容 16 
　　2.4.1 工艺设计阶段 17 
　　2.4.2 基础工程设计阶段 18 
　　2.4.3 详细工程设计阶段 19 
　　2.4.4 工程设计步骤 19 
　　2.4.5 相应文件要达到的目标 20 
　2.5 我国石油化工装置设计程序及内容 20 
　2.6 化工设计的流程 21 
　2.7 设计文件的组成 23 
　　2.7.1 初步设计文件 24 
　　2.7.2 施工图设计文件 24 
　2.8 设计文件的说明 24 
　2.9 设计图样的说明 25 
　2.10 化工设计图样的基本画法 26 
　　2.10.1 化工设备图的基本内容 27 
　　2.10.2 化工设备图的视图特点 27 
　　2.10.3 化工设备视图的表达特点 28 
　　2.10.4 化工设备图简化画法 29 
　　2.10.5 化工设备图中焊缝的表示 32 
　　2.10.6 化工设备图的绘制步骤及有关要求 35 

第3章 工艺设计 36 
　3.1 物料衡算与能量衡算 36 
　　3.1.1 物料衡算 37 
　　3.1.2 能量衡算 41 
　3.2 化工设备选用概述 44 
　3.3 化工设备选型和工艺计算 45 
　　3.3.1 泵的设计与选型 47 
　　3.3.2 气体输送及压缩设备的设计与选型 55 
　　3.3.3 换热器的设计与选型 60 
　　3.3.4 贮罐容器的设计与选型 66 
　　3.3.5 塔设备的设计与选型 70 
　　3.3.6 反应器的设计与选型 71 
　　3.3.7 液固分离设备的选型 78 
　　3.3.8 干燥设备的设计与选型 83 
　　3.3.9 其他设备和机械的选型 89 

第4章 结构强度设计 91 
　4.1 化工设备的结构特点及选材 91 
　　4.1.1 压力容器结构特点 91 
　　4.1.2 压力容器选材 92 
　4.2 筒体、封头及其连接 102 
　　4.2.1 筒体 102 
　　4.2.2 封头 104 
　4.3 化工设备零部件设计 110 
　　4.3.1 法兰 110 
　　4.3.2 容器支座 124 
　　4.3.3 手孔、人孔和视镜 133 
　　4.3.4 接口管及凸缘 136 
　　4.3.5 开孔补强 137 
　4.4 焊接结构 141 
　　4.4.1 焊接结构的设计原则 141 
　　4.4.2 焊接材料及接头 142 
　　4.4.3 焊接接头坡口形式和尺寸选择 147 
　　4.4.4 坡口和边缘的加工方法及基本技术数据 148 
　4.5 安全阀与爆破片 150 
　　4.5.1 安全阀 151 
　　4.5.2 爆破片 152 

第5章 压力容器常规设计 156 
　5.1 概述 156 
　5.2 压力容器常规设计基础 157 
　　5.2.1 设计压力、设计温度和设计载荷 157 
　　5.2.2 许用应力与安全系数 161 
　　5.2.3 压力容器壁厚 164 
　　5.2.4 压力试验与气密性试验 167 
　5.3 压力容器典型壳体强度计算 170 

第6章 压力容器分析设计 171 
　6.1 定义 171 
　6.2 JB 4732—1995的适用范围 171 
　6.3 分析设计的基本步骤 172 
　6.4 GB 150与JB 4732的对比 172 
　6.5 压力容器分析设计实例—膨胀节强度分析 173 

第7章 压力容器的监造、检验与验收 192 
　7.1 压力容器的监造 192 
　7.2 压力容器的检验与验收 194 
　　7.2.1 检验技术管理 194 
　　7.2.2 产品质量检验 195 
　7.3 无损检测 197 
　　7.3.1 无损检测的特点 197 
　　7.3.2 无损检测分类 198 
　　7.3.3 无损检测方法的选择 199 
　　7.3.4 无损检测比例 200 
　　7.3.5 焊缝无损检测符号 201 
　　7.3.6 无损检测通用标准 202 
　7.4 容器的压力试验 202 
　　7.4.1 压力试验准备和要求 202 
　　7.4.2 水压试验 203 
　　7.4.3 气压试验 205 
　　7.4.4 气密性试验 205 
　　7.4.5 压力试验的安全技术规定 205 
　7.5 板壳式换热器制造过程质量验收检验大纲 206 
　　7.5.1 总则 206 
　　7.5.2 原材料 207 
　　7.5.3 焊接 207 
　　7.5.4 无损检验 208 
　　7.5.5 尺寸检查 209 
　　7.5.6 热处理及试板 209 
　　7.5.7 压力试验及包装发运 210 
　　7.5.8 其他要求 210 

第8章 化工设备控制 211 
　8.1 概述 211 
　8.2 换热器控制 214 
　　8.2.1 换热器的自动控制 214 
　　8.2.2 蒸汽加热器的自动控制 216 
　　8.2.3 冷却器的自动控制 217 
　8.3 精馏塔控制 218 
　　8.3.1 精馏塔的控制目标 218 
　　8.3.2 精馏塔的干扰因素 219 
　　8.3.3 精馏塔生产过程质量指标的选择 220 
　　8.3.4 精馏塔生产过程的自动控制整体方案 224 
　8.4 反应器控制 226 
　　8.4.1 化学反应器的控制要求 226 
　　8.4.2 化学反应器的自动控制 227 
　8.5 泵类控制 231 
　　8.5.1 离心泵的流量控制 231 
　　8.5.2 往复泵运行过程的自动控制 233 
　8.6 压缩机控制 234 
　　8.6.1 往复式压缩机的自动控制 234 
　　8.6.2 离心式压缩机的自动控制 235 

第9章 化工设备安装工程预算 240 
　9.1 基础知识 240 
　　9.1.1 石油化工工业设备及投资 240 
　　9.1.2 工程预算定额及费用定额 244 
　　9.1.3 石油化工设备制作与安装工程施工图预（结）算书的组成及编制 245 
　　9.1.4 施工图预（结）算书的审核 247 
　9.2 化工机械设备安装工程施工图预（结）算书的编制 248 
　　9.2.1 风机 248 
　　9.2.2 泵 252 
　　9.2.3 气体压缩机 262 
　　9.2.4 石油化工工业专用机械设备 272 
　9.3 化工静置设备制作及安装工程施工图预（结）算书的编制 285 
　　9.3.1 容器 285 
　　9.3.2 分离器 286 
　　9.3.3 反应器 290 
　　9.3.4 热交换器 295 
　　9.3.5 塔器 298 
　　9.3.6 橇块 304 

第10章 车间布置设计 306 
　10.1 概述 306 
　10.2 车间设备布置设计 309 
　　10.2.1 化工车间布置的依据 309 
　　10.2.2 车间布置的原则 310 
　　10.2.3 车间布置设计的内容 310 
　　10.2.4 车间布置设计的程序 311 
　10.3 典型设备的布置方案 311 
　　10.3.1 反应器的布置 311 
　　10.3.2 塔的布置 314 
　　10.3.3 容器的布置 315 

第11章 管道布置设计 316 
　11.1 概述 316 
　　11.1.1 化工车间管道布置设计的内容 316 
　　11.1.2 化工车间管道布置设计的要求 317 
　11.2 管架和管道的安装布置 319 
　　11.2.1 管道在管架上的平面布置原则 320 
　　11.2.2 管道和管架的立面布置原则 320 
　11.3 典型设备的管道布置 321 
　　11.3.1 容器的管道布置 321 
　　11.3.2 换热器的管道布置 323 
　　11.3.3 塔的管道布置 325 

第12章 化工设计的辅助要求 329 
　12.1 公用工程 329 
　　12.1.1 给排水 329 
　　12.1.2 供电 331 
　　12.1.3 供热及冷冻工程 333 
　　12.1.4 采暖通风及空气调节 337 
　　12.1.5 土建设计 339 
　　12.1.6 自动控制 341 
　12.2 安全与环境保护 342 
　　12.2.1 燃烧爆炸及防火防爆 342 
　　12.2.2 防雷设计 346 
　　12.2.3 环境污染及其治理 347 

第13章 化工设备管理 349 
　13.1 设备管理的基本内容 350 
　13.2 设备管理标准化 352 
　13.3 我国的设备管理制度 356 

附录 359 
 附录1 物料衡算计算举例 359 
　附录2 热量衡算计算举例 362 
　附录3 压力容器常规设计举例 363 
　附录4 压力容器分析设计举例 378 

参考文献 408 
　

1.本书作者长期从事化工设计的教学工作和学生实训工作，对化工专业的高年级学生和刚步入社会的有意从事化工设计的其他专业的读者的短板比较了解，针对性较强。 
2.内容全面，从化工设计的概论讲起，读者可以对化工设计有一个全面性的了解。全书根据设计流程和设计中主要涉及的各种设备以及计算进行了全面的讲解，对化工设计入门有较好的参考作用。