过程装备成套技术 主讲人：刘雁 13927559986@163.com

《过程装备成套技术》课程简介

一、问题的提出 （一）认识实习回忆 高压聚乙烯装置或其它装置为例 设备 机器 管道 控制 联接起来，最后形成成套装置。

(二)专业改革——从“化机” 到“过控” 化工机械 过程装备与控制工程 专业课 《化工容器设计》 《化工机器》 《过程设备设计》 《过程流体机械》 《过程装备成套技术》 侧重点 单个容器、机器的设计，科研与设计能力较强 在单个容器、机器的设计的基础上，与化工厂、机械厂的生产实际相结合，工程训练加强。 毕业分配 高校、设计院或大中型企业 以企业为主 专业 比较

（三）开设本门课程的目的 多数毕业生分配到过程工业企业，所从事的工作主要是成套装置的管理工作、工程建设工作。 仅仅强调单个容器、机器的设计，显然是不能适应目前市场经济的要求，还需要广泛的工程实践知识，才可能在企业中对整个装置的技术进行管理。 成套装置这门课程，正好弥补了以前学生知识的不足。课程从过程工业的产品开发到装置投产全过程各个阶段所涉及的主要技术问题的基本知识都作了介绍，使学过本课程的学生，到企业后适应能力会更强。

二、课程内容 第一章 概论 第二章 工艺开发与工艺设计概述——工艺专业 第三章 经济分析与评价——财务专业 第四章 工艺流程设计及设备布置设计——工艺、设备专业 第五章 过程装置的设计与选型——设备专业（略） 第六章 管道设计——管道专业 第七章 过程控制工程设计——仪表专业（略） 第八章 绝热设计——暖通专业 第九章 防腐工程——防腐专业（略） 第十章 过程装备安装——设备专业为主 第十一章 试车——各专业 第十二章 成套装置举例

三、课程的特点 （一）综合性与实践性强 从工艺、设备、电气、仪表、财务、土建、管路、暖通、防腐，直到安装试车，覆盖了在工厂作为高层技术管理人员必须掌握的基本知识，横跨学科大，知识面广，是对今后作高级工程技术管理人员的基本训练。

（二）涉及的专业课多 涉及过控专业的《过程设备设计》、《过程流体机械》、《过程装备腐蚀与防护》专业课程；涉及工科中的其它各专业，如工艺、电气、仪表、暖通、防腐等专业的专业课程，还涉及到财务方面的课程，几乎每一章展开，就是一个专业。

（三）涉及的工程建设中的标准、规范多 比如：仅就第十（安装）、十一章（试车）来讲，就涉及到： HGJ209-83 中低压化工设备施工及验收规范； HGJ203-83 化工机器设备安装施工及验收规范（通用规定）； HGJ207-83 化工用泵安装工程施工及验收规范； HGJ235-82 化工管道施工及验收规范 ； GB50237-97 工业金属管道工程施工及验收规范 等设备、机器、管路安装与验收规范。

主要任务： 学习目的 ： 基本要求： 了解过程装置如何进行工程构架; 了解工程设计的基本程序; 了解过程装置各相关专业之间的关系。 树立大工程、全面管理的理念。 基本要求： 以了解为主，获取全面知识，做好知识储备。

本课程学习分成六部分： 第一部分 概述 第二部分 工艺过程开发与工艺设计概述 第三部分 经济性评价、环境评价 第四部分 设计(工艺路线、设备布置、管道设计、绝热设计） 第五部分 设备安装 第六部分 设备试车、投产

四、学习中注意的几个问题 理论与实践相结合 多看参考书与上网 树立“工程观念”，全局考虑

第1章 概述 1.1 过程工业与过程装备成套技术 1.2 典型成套装备示例 1.3 过程装备成套技术的主要任务和 基本要求

§1.1 过程工业与过程装备成套技术

通常，硬件和流程性材料是有形产品，而软件或服务是无形产品。 一 、 产品的分类 硬件产品 （如：发动机机械零件） 软件产品 产品 （如：计算机程序） 流程性材料产品 （如：润滑油） 服务产品 （如：运输） 通常，硬件和流程性材料是有形产品，而软件或服务是无形产品。

二、过程工业 概念：以流程性物料为主要处理对象、完成一系列化学、物理过程以改变物质的状态、结构、性质，并进行物料的传输过程，或其中某种过程的工业生产的总称。几乎遍及所有现代工业生产领域。 完成的工具：机器；设备（容器等）；管道（包括管件）动力设备；仪器仪表。 涉及领域：石油化工、轻工、能源、制药、食品、 核工业、制药等。

（1）处理对象：流程性物料。 （2）有过程性 很多生产过程处理的物料为流程性物料，如气体、液体、粉体等 从原材料到最后产品的生产过程中要进行一系列的化学、物理过程，以改变物质的状态、结构、性质

（3）传输性 生产过程中，原料和中间反应产物往往需要传输。那么，从原材料怎样得到中间产品，又怎样得到最终产品，即采用什么样的工艺路线的问题，是我们以后要讲的工艺设计；用什么实物传输呢？管道。今后我们以要讲管道的问题。 （4）密闭性 过程工业中进行的各种化学、物理过程往往在密闭状态下进行。比如氨的合成，氮、氢气体在合成塔中合成氨是密闭的。

（5）连续性 生产要求连续运行，除了大检修设备外以及事故停车外，都要连续生产。 五班三倒 四班三倒 三班二倒 对倒

（6）广泛性 化学工业是最传统、典型的过程工业，化肥、石油化工、生物化工、制药、农药、染料、食品、炼油、轻工、热电、核工业、公用工程、湿法冶金、环保等生产过程大都处理流程性物料，处理过程中几乎都包含改变物质的状态、结构、性质的生产过程。 在这些过程中都需要使用多种机器、设备、管道，如各种型式的压缩机、泵、换热设备、反应设备、塔设备、干燥设备、分离设备、储罐、炉窑、管子、管件等，以完成生产过程中的各种化学反应、热交换、不同成分的分离、各种原料（包括中间产物）的传输、气体压缩、原料和产品的储存等。

完整的过程工业的生产系统 在过程工业中过程装备是装置的主体，但只有这些机器、设备还不能完成生产的全过程，它们之间还要用各种管道连接起来才能形成一个完整的系统，为保证各种机器、设备正常运行，在关键部位还要设置各种参数显示和控制装置，如压力表、温度计、流量计、液位计或相应的自动检测、控制装置等.如当压缩机排气压力超标时自动打开安全阀，锅炉、锅筒液位过高、过低自动报警等，具有自控功能，自动调整有关工艺参数。 这样，构成一个完整的过程工业的生产系统，并保持生产正常进行。

 “十一五”期间广东石化工业投资1800亿元，按照基地化、大型化、一体化方向，建设5个石化基地，新建、扩建5个炼油项目、5个乙烯项目以及一大批下游化工项目。在广东省建设石化基地中有大亚湾石化基地、茂湛石化基地、广州石化基地和汕潮揭沿海石化基地。 广东省十一届人大四次会议审议通过的广东经济和社会发展十二五规划，勾画了今后五年广东石化产业发展蓝图，确定十二五期间形成每年炼油能力1亿吨、乙烯产能400万吨的沿海石化产业带，茂名石化炼油改扩建被列为广东十二五规划的重大项目。

根据“十二五”规划，广东重点建设湛江中科合资广东炼化一体化、揭阳中委合资超重油加工、惠州中海油炼化扩建、茂名石化改扩建四大炼化项目，围绕炼化项目打造世界级先进水平的特大型石化基地，并集聚延伸发展产业链，使茂湛石化基地、广州石化基地、大亚湾石化基地、汕潮揭石化基地自西而东连点成片，形成具有国际经济规模的沿海石化产业带。

广东地区石化行业及项目： 茂名：1350万吨/年炼油；2013年改扩建至2000万吨。 100万吨乙烯 广州：炼油1300万吨；乙烯22万吨 茂名：1350万吨/年炼油；2013年改扩建至2000万吨。 100万吨乙烯 广州：炼油1300万吨；乙烯22万吨 惠州：1200万吨炼油；80万吨乙烯。二期石化项目1000万吨/年炼油和100万吨/年乙烯 揭阳：中石油2000万吨超重油炼油，2014年全面投产 湛江：东兴800万吨炼油；中科合资1500万吨炼油项目；100万吨乙烯

周边地区石化行业及项目： 北海：20万吨/年聚丙烯项目、涠洲岛30万吨原油码头及配套工程、北海320万立方米原油商业储备基地工程、北海至南宁成品油管道工程等4个项目；二期将建设千万吨级炼化项目 钦州：炼油1000万吨 海南：炼油800万吨 福建：炼油1200万吨；乙烯80万吨

炼油化工生产装置种类 三、过程装备成套技术 装置：为实现特定工艺性能所设计或选定的、并能将具有各种不同性能的众多部分（生产设备）有机结合而成的整体（系统）。 炼油化工生产装置种类

装备：用以完成某种生产过程所需的生产工具，即机器、设备、及各种辅助设备，配以管道系统的统称。 石化装备：塔、反应设备、加热炉、热交换器、储罐、管道、压缩机、泵、分离设备、成型设备…

中海壳牌南海石化项目乙烯裂解装置急冷油分馏塔 长６２米、最大直径１１米、重９５０吨

加氢反应器

大港石化加氢裂化反应器吊装

加热炉

管式裂解炉

活塞式压缩机

活塞式压缩机

螺杆式压缩机

离心式压缩机

风 机

聚乙烯挤压机

硫磺成型机

转鼓真空过滤机

四、过程装备成套技术 成套装置 成套装置是组成过程工业的基础，它通常是一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，创造出人们需要的新的流程性材料产品。 过程装备成套技术 为了获得新的产品，就要进行工艺设计、设备设计或选型，管道、仪表、电气等设计，最后要安装、试车，使一套装置达到预定的技术要求和技术指标后才能投入正常运行。完成所有这些工作所涉及的各项技术就构成了“过程装备成套技术”。

成套技术包含的内容： 设计：工艺设计和装备设计，要求合理组合。 安装：装备的就位，要求符合设计、规范要求。 检验试车： 调试技术性能指标，是正常运行的保证。 正常运行：运行管理。

选厂址

矿藏 1. 建厂附近矿藏分布及蕴藏量 2. 矿物特征及其化学分析 3. 矿层深度，剥离层厚度，掘进深度 4. 开采地点，开采情况及其与工厂间距离和运输条件 5. 供给工厂使用的可能性

地形 气温和温度 1. 地理位置地形图： 2. 区域位置地形图： 3. 厂址地形图： 1. 地理位置地形图： 2. 区域位置地形图： 3. 厂址地形图： 4. 厂外工程地形图：厂外铁路；道路；供水；排水管线；热力管线；输电线路；原料，成品输送廊道等带状地形图 气温和温度 1. 各年逐月平均最高、最低及平均气温 2. 各年逐月极端最高、最低气温 3. 最热月的最高干球与湿球温度 4. 各年逐月平均最大最小相对湿度和绝对湿度 5. 严寒期日数（温度在 -10 ℃ 以下时期） 6. 采暖期日数（温度在 + 5 ℃ 以下时期） 7. 不采暖地区连续最冷 5 天的平均温度 8. 冬季每一天结冻和春季最后一天解冻的日期 9. 历年一般及最大冻土深度 10. 土壤深度在 0.7 ～ 1m 处的最热月平均温度 11. 最热月份 13 时平均温度及相对湿度

降 水 量 1. 当地采用的雨量计算公式 2. 历年和逐月的平均、最大、最小降雨量 3. 一昼夜、一小时、十分钟最大强度降雨量 4 降 水 量 1. 当地采用的雨量计算公式 2. 历年和逐月的平均、最大、最小降雨量 3. 一昼夜、一小时、十分钟最大强度降雨量 4. 一次暴雨持续时间及其最大雨量以及连续最长降雨天数 5. 初、终雪日期、积雪日期、积雪深度、积雪密度 风 1. 历年各风向频率（全年、夏季、冬季），静风频率，风玫瑰图 2. 历年的年、季、月平均及最大风速、风力 3. 风的特殊情况，风暴、大风情况及其原因，山区小气候风向变化情况 气压 1. 历年逐月最高、最低平均气压 2. 历年最热三个月平均气压的平均值

地面水 1. 各年逐月一遇最大、最小、平均流量及相应水位 2. 各年逐月最大、最小平均含沙量及输砂率、泥沙颗粒级配 3. 各年逐月最高、最低平均水温 4. 实测或调查的最高洪水位，百年、五十年一遇洪水位，洪 水淹没范围，河道冲淤变化及最大漂浮物 5. 河床稳定性，河床、河岸变迁情况（冲刷、崩塌、冲积）以及河床特征（泥底、砂底或石底），河床深度及其断面，流速与水流方向 6. 河流上下游 10 ～ 15km 环境卫生情况（人口密度、工厂类别、污水量、污水性质、河水污染情况、取水构筑物的分布等） 7. 有关部门对计划取水、排水地点的协议志批准文件 滨海 1. 历史最高、最低潮水位，最大波浪高，近岸海流资料（实测取得） 2. 涨落潮时海域内泥砂运动数量，方向漂沙带、波浪破碎带的范围 3. 泥沙颗粒级配及天然容量，海岸变迁情况，水温情况等

给水 1. 地面水、地下水见地面水、地下水要求部分 2. 城市上水道供水时： ① 城市管网布置与供水可靠性 ② 连接点的管径、座标、标高及保证压力 ③ 水的物理、化学和细菌分析，全年水温状况 ④ 供水方式，水分，有关部门协议 排水 1. 排入污水的容水体除见地面水要求部分外尚需下列资料： ① 容水体稀释能力，污水排入适合性 ② 环保部门对排入污水地点及处理程度的意见 ③ 利用污水灌溉和其它用途情况 交通运输：铁路、公路、空运、水运

三通一平

大型设备运输

乙烯乙二醇装置反应器吊装

1.2 典型成套装备示例 1.成套装备 为生产某种产品或完成一定任务所必需的整套设备。机器、设备、各种辅助设备，配以管道系统构成完整的生产装置。

工程实例 （一）合成氨

合成塔、冷凝塔、水冷凝器、氨蒸发器、氨分离器、过滤器 原料 N2 , H2 产品 NH3 生产原理 流程说明 主要设备 合成塔、冷凝塔、水冷凝器、氨蒸发器、氨分离器、过滤器 成套装置 主要机器 循环压缩机 连接 管子、阀门、弯头、三通等 控制

问题：①原料、产品、生产原理？②主工艺流程？ （二）制碱 问题：①原料、产品、生产原理？②主工艺流程？

提问：①原料、产品、生产原理？②主工艺流程？ （二）制碱 提问：①原料、产品、生产原理？②主工艺流程？

（二）制碱

（三）管式炉乙烷裂解制乙烯生产流程图 图1-3是管式炉乙烷裂解制乙烯生产流程。乙烯是重要的石油化工基础原料，主要用于生产聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、乙丙橡胶、乙醇、乙醛、环氧乙烷、乙二醇等。 原料乙烷和循环乙烷经热水预热后，到裂解炉对流层，加入一定比例的稀释蒸气进一步预热，然后进入裂解炉辐射段裂解，裂解气到余热锅炉迅速冷却，再进入聚冷塔进一步冷却，其中水和重质成分冷凝成液体从塔底分出。 冷却后裂解气经离心式压缩机压缩（三段压缩）送碱洗塔除去酸性气体。 再进乙炔转换塔除去乙炔，再经压缩机四段增压后到干燥塔除去水分，接着到乙烯/丙烯冷却系统，烃类物质降温冷凝，分出氢气。冷凝液先分出甲烷，再在碳二分馏塔得乙烯产品，乙烯循环使用。碳三以上成为燃料。流程中机器有离心式压缩机，设备有裂解炉、余热锅炉和各种塔。 所有机器、设备之间全部用管子、管件、阀门等连接。

（四）氨苄青霉素的生产 制药工业所用生产装置其实也是以一些机器、设备为主体，配以管道、管件和一些固体输送机械构成一个完整的生产装置，如图。缩合锅、脱色锅、成盐结晶锅都是带搅拌的反应釜，离心机、筛粉机都是机器。分离器、压滤器、干燥箱则是完成某种特定要求的设备。

（五）分散红3B 生产流程图 图1.5 是颜料分散红3B 的生产流程，主要生产工序为溴化、水解、缩合和后处理，主要设备是搅拌反应釜、喷雾干燥和干燥箱、吸收塔、拼混机，压滤机等。

（六）废有机氯化物中盐酸的回收 废有机氯化物中盐酸回收工艺流程包括燃烧、急冷、吸收和除害等工序。所用的设备归结起来就是燃烧炉、塔设备、换热设备和泵。这些设备也是用管子、管件等连接起来。

总 结 1）过程工业所有的生产过程都以各种机器和设备为基础，伴以不同的输送手段，同时，大多为连续生产。不同产品使用的机器和设备各不相同，根据它们的作用大致可以分为： 反应设备：搅拌反应釜、聚合反应釜、氨合成塔、管式反应器等； 塔设备：吸收塔，气化塔，脱甲烷塔，碳化塔等； 换热设备：热交换器、冷凝器、蒸发器、空气预热器等； 贮存设备：贮罐、球罐等； 工业炉：燃烧炉、工业锅炉； 机器：离心机、压缩机、过滤机、泵。 2）各种机器、设备之间都用管道连接。 3）现代大型装置都使用自控系统。

本部分学习要求： 1.掌握过程工业的特点； 2.对过程装置有一概括性认识。 处理对象： 流程性物料 有过程性： 物化过程 传输性： 工艺设计 密闭性 连续性 广泛性

课外作业： 了解一种过程工业装置，及典型的成套设备（例如炼油装置、化工装置、制药装置等）。