第四章_设备设计.ppt
2023/2/23,化工设计,1,第四章 设备的工艺设计及化工设备图,教学内容：化工设备选用原则 设备图的绘制及表示方法 设备工艺及设备图的计算机辅助设计 教学重点：设备的选择教学难点：非定型设备设计教学时数：学时,2023/2/23,化工设计,2,第一节 化工设备选用的一般原则,教学内容：理解化工设备选型和工艺设计的一般原则。重点和难点：重点应理解设备选型和工艺设计的合理性和安全性的要求。,2023/2/23,化工设计,3,第一节 化工设备选用的一般原则,化工设备一般分为两类：标准设备或定型设备非定型标准设备,2023/2/23,化工设计,4,1.标准设备或定型设备，是成批系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。2.非定型标准设备，需专门设计和特殊设备。非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化的图纸。,2023/2/23,化工设计,5,造型和工艺设计的原则：综合考虑合理性、先进性、安全性、经济性和系统性的原则，审慎研究，认真设计。合理性：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。先进性：要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。,2023/2/23,化工设计,6,安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件附料。经济性：设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，并易于被国内消化吸收改进利用，避免盲目性。系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。,2023/2/23,化工设计,7,第二节 非定型设备设计的主要程序,教学内容：结合具体实例，理解非定型设备设计的主要内容和工作程序。重点和难点重点应掌握非定型设备基本设计的内容和方法，正确选择并填写非定型设备设计条件单。难点是确定合适的设备基本结构形式和基本尺寸、主要工艺参数，以及正确选择并填写非定型设备设计条件单。,2023/2/23,化工设计,8,第二节 非定型设备设计的主要程序,设备的工艺设计，是化工工程设计中的一项繁重、量大、技术要求高的工作，下表（设计文件编制、校审签署规定表）列出了设备设计主要工作内容和相应的文件，以及各个环节校审要求。标准设备和定型设备可根据工艺设计条件从有关资料中查出，直接列表，但非定型设备则要求进行设计。,2023/2/23,化工设计,9,2023/2/23,化工设计,10,2023/2/23,化工设计,11,2023/2/23,化工设计,12,第三节 化工设备图,教学内容：结合具体实例，理解化工设备图的基本知识，化工设备图的基本内容和表格形式、化工设备图的表达特点，化工设备图的件号和尺寸标注内容和方法，化工设备图的绘制方法和步骤，化工设备图的阅读方法和步骤。重点和难点重点应掌握化工设备图的有关规范、相关表格填写，化工设备图的视图表达特点，化工设备图尺寸标注内容和标注基准，阅读化工设备图的方法和步骤。难点是如何确定化工设备的主、辅视图，化工设备图的尺寸标注内容、标注基准和方法。,2023/2/23,化工设计,13,第三节 化工设备图,一、化工设备图的基本知识,(1)工程图表示设备的化工工艺特性、使用特性、制造要求的图纸。它依据工艺数据表编成，用于基础设计审核、设备询价、订货和制造，以及向相关专业提出设计条件。图纸布置见图4-1.,2023/2/23,化工设计,14,图4-1 工程图的布置,2023/2/23,化工设计,15,图4-2 装配图的布置,2023/2/23,化工设计,16,(2)施工图供设备制造、安装、生产使用的图纸(最终使用为竣工图)，施工图由下列部分组成：a.装配图 表示设备的全貌、组成和特性的图样，它表达设备各主要部分的结构特征、装配和连接关系、特征尺寸、外形尺寸、安装尺寸及对外连接尺寸、技术要求等。b.部件图 表示可拆或不可拆部件的结构、尺寸，以及所属零部件之间的关系、技术特性和技术要求等资料的图样。,2023/2/23,化工设计,17,（a）,（b）,图4-3 部件图的布置,2023/2/23,化工设计,18,c.零件图 表示零件的形状、尺寸、加工，以及热处理和检验等资料的图样。,图4-4 零件图的布置,（a）,（b）,2023/2/23,化工设计,19,d.零部件图 由零件图、部件图组成的图样。,图4-5 零部件图的布置图4-6 特殊工具图的布置,2023/2/23,化工设计,20,e.表格图 用表格表示多个形状相同尺寸不同的零件的图样。f.特殊工具图 表示设备安装、试压和维修时使用的特殊工具的图样。,2023/2/23,化工设计,21,g.标准图(或通用图)指国家部门和各设计单位编制的化工设备上常用零部件的标准图和通用图。,图4-7 标准图的布置,2023/2/23,化工设计,22,h.梯子平台图 支承于设备外壁上的梯子、平台结构的图样。,图4-8 梯子平台图和预焊件图的布置,2023/2/23,化工设计,23,i.预焊件图 设备外壁上保温、梯子、平台、管线支架等安装前在设备外壁上需预先焊接的零件的图样。j.管口方位图 设备上管口、支耳、吊耳、人孔吊柱、板式塔降液波板、换热器折流板缺口位置；地脚螺栓、接地板、梯子及铭牌等方位的图样。k.技术要求 设备在制造、试验、验收时应遵守的条款和文件。,2023/2/23,化工设计,24,l.计算书 设备强度、刚度等的计算文件。当用计算机计算时，应将输入数据和计算结果作为计算文件。m.说明书 设备结构原理、技术特性、制造、安装、运输、使用、维护、检修及其它需说明的文件。n.图纸目录 每个设备的图纸及技术文件的全套设计文件的清单。,2023/2/23,化工设计,25,(3)图纸的幅面和文字,工程图一般为A2或A3；施工图一般为A1，A1、A2、A3、A4的加长或加宽幅面尽量不用。A3幅面不允许单独竖放，A4幅面不允许横放，A5幅面不允许单独存在。字体应符合GB/T 14691规定，采用下列字体。a文字、汉字为仿宋体，拉丁字母(英文字母)为B型直体。b阿拉伯数字为B型直体1、2、3。c放大图序号为B型直体罗马数字I、II、III。d焊缝序号为阿拉伯数字。e.焊缝符号及代号按国标或行业标准。f标题放大图用汉字表示。g剖视图、向视图符号以大写英文字母表示：如A向、AA、BB等。,2023/2/23,化工设计,26,表4-6 常用管口符号,h管口符号以大写的英文字母A、B、C表示。常用管口符号推荐按表所示。同一用途、规格的管口，数量以下标1、2、3表示如TI12、LG12等。,2023/2/23,化工设计,27,二、化工设备图的基本内容,一份完整的化工设备图，除绘有设备本身的各种视图外，应有如下基本内容:1.标题栏 2.明细栏 3.管口表 4.设计数据表 5.技术要求 6.签署栏 7.注 8.其他,2023/2/23,化工设计,28,1标题栏,本栏主要为说明本张图纸的主题，包括：设计单位名称，设备(项目)名称，本张图纸名称，图号，资质等级，比例，图纸张数(共 张、第 张)等，可分为4种。,图4-9（a）标题栏1的内容和尺寸,标题栏1（又名图纸标题栏）。,2023/2/23,化工设计,29,b.标题栏2（又名技术文件标题栏），用于技术文件(专用技术要求、计算书、说明书、图纸目录等)的首页。,图4-9（b）标题栏2的内容和尺寸,2023/2/23,化工设计,30,c.标题栏3(又名工程图标题栏)，用于工程图。,图4-9（c）标题栏3的内容和尺寸,2023/2/23,化工设计,31,d.标题栏4(又名标准图标题栏)，用于标准图(复用图)。,图4-9（d）标题栏4的内容和尺寸,2023/2/23,化工设计,32,2.明细栏 明细表是说明组成本张图纸的各部件的详细情况，分为3种。,明细栏1，用于装配图及零件图。,2023/2/23,化工设计,33,b.明细栏2，用于零部件图。,c.明细栏3，用于管口零件明细栏。,2023/2/23,化工设计,34,3.管口表管口表是将本设备的各管口用英文小写字母从上至下按顺序填入表中，以明确各管的位置和规格等，具体见下表（两个尺寸中，小尺寸用于工程图，大尺寸用于施工图，下同）：,2023/2/23,化工设计,35,4.设计数据表,设计数据表是化工设备图的一个重要组成部分，补充替代了以往“技术特性表”。它将设备的主要设计、制造、使用的主要参数(设计压力、工作压力、设计温度、工作温度、各部件的材质、焊缝系数、腐蚀裕度、物料名称、容器类别及专用化工设备的接触物料的特性等)技术特性以以列表供施工、检验、生产中执行。又分为工程图用和施工图用设计数据表。,2023/2/23,化工设计,36,2023/2/23,化工设计,37,5.技术要求(1)通用技术条件通用技术条件是同类化工设备在加工、制造、焊接、装配、检验、包装、防腐、运输等方面的技术规范，已形成标准，在技术要求中直接引用。在书写时，只需注写“本设备按(具体写上某标准的名称及代号)制造、试验和验收”即可。(2)焊接要求化工设备的焊接工艺十分广泛，在技术要求中，通常对焊接接头型式，焊接方法，焊条(焊丝)、焊剂等提出要求。(3)设备的检验一般有对主体设备的水压和气密性进行试验，对焊缝的射线探伤，超声波探伤、磁粉探伤等，这些项目都有相应的试验规范和技术指标。(4)其它要求a.机械加工和装配方面的规定和要求。b.设备的油漆、防腐、保温(冷)、运输和安装、填料等要求。,2023/2/23,化工设计,38,6.签署栏,2023/2/23,化工设计,39,7.注 常写在技术要求的下方。用来补充说明技术要求范围外，但又必须作出交待的问题。8.其他(1)一些图纸中列有修改表和选用表，供在设备修改及选用时填写，以便随时掌握设备变更和选用的情况。(2)相关的图纸简单目录，方便检索。(3)为明确责任，便于联系多数图纸还在图左上侧内外轮廓线间，列出描图、校核、及会签签字栏。(4)具体细节请参照GB 4457-84、GB 4458-84、GB 4459-84、GB 4460-84（机械制图和技术制图相关的国家标准）和HG/T 20668-2000（化工设备设计文件编制规定）。,2023/2/23,化工设计,40,三、化工设备图的表达特点,(一)化工设备的基本结构特点,1.基本形体以回转体为主2.各部结构尺寸大小相差悬殊3.壳体上开孔和管口多4.广泛采用标准化零部件5.采用焊接结构多6.对材料有特殊要求7.防泄漏安全结构要求高,2023/2/23,化工设计,41,(二)化工设备图的视图表达特点,1.视图配置灵活2.需注意细部结构的表达(1)局部放大图(也称“节点详图”)(2)夸大画法3.管口和开口数量多4.设备长宽比例悬殊的可采用断开画法5.简化画法使用多6.化工设备表面普遍采用镀涂层或衬里加以保护7.部分设备和零件不需单独绘制图样,2023/2/23,化工设计,42,1.视图配置灵活,设备的主体结构表达：立式设备一般为主、俯视图；卧式设备一般为主、左(右)视图；在明确表示物体的前提下，使视图数量为最少；避免使用虚线表示物体的轮廓及棱线，避免重复；结构形状简单，易于表达的零件，其零件图可直接画在装配图中适当位置。,2023/2/23,化工设计,43,2.需注意细部结构的表达,使用局部放大图和夸大画法来表达这些细部结构并标注尺寸。(1)局部放大图(也称“节点详图”)表达细部结构时，可画成局部视图、剖视或剖面等形式。放大比例可按规定比例，也可不按比例作适当放大，但都要标注清楚。(2)夸大画法 对于折流板、管板、壳体壁厚、垫片及各种管壁厚，在按总体比例缩小。难以表达其厚度，可作适当的夸大画出。,2023/2/23,化工设计,44,3.断开和分层画法,塔、换热器及贮罐等设备，使用断开画法如内部结构仍未表达清楚，可将某塔节(层)用局部放大的方法表达。如设备总体形象表达不完整时，可用缩小比例、单线条画出设备的整体外形图或剖视图。在整体图上，应标注总高尺寸、各主要零部件的定位尺寸及各管口的标高尺寸。塔盘应按顺序从下至上编号，且应注明塔盘间距尺寸。,2023/2/23,化工设计,45,简化塔和断开画法,2023/2/23,化工设计,46,4.多次旋转的表达方法,管口、开口及其它附件，使用多次旋转的表达方法。将设备周向分布的接管及其它附件，分别按不同方向旋转到与正投影面平行的位置，得到反映它们实形的视图。在不同的视图中同一接管或附件应用相同的大写英文字母编号。被旋转的接管及其它附件在主视图上不应相互重叠。,2023/2/23,化工设计,47,5.管口方位的表达方法,化工设备壳体上众多的管口和附件方位的确定，在安装、制造等方面都至关重要。（各管口的方位表达参看章末附图）用基本视图和一些辅助视图可表达清楚化工设备的基本结构形状的，可用管口方位图来表达设备的各管口及其它附件如地脚螺栓等的分布的情况，并注写管口方位见图号管口方位图。,2023/2/23,化工设计,48,6.简化画法,采用了各种简化画法可减少绘图工作量，提高绘图效率,法兰连接面型式的画法,2023/2/23,化工设计,49,带薄衬层的接管法兰（以局部剖视图表示）,法兰连接的螺栓、螺母和垫片的画法,2023/2/23,化工设计,50,(2)标准化零部件 已有标准图，不必详细画出，可按比例画出反映其特征外形的简图。在明细表中注写其名称、规格、标准号等。(3)外购部件 只画其外形轮廓简图。要求在明细表中注写名称、规格、主要性能参数和“外购”字样等。,2023/2/23,化工设计,51,液面计的画法和标注,(4)液面计 可用点划线示意表达，并用粗实线画出“”符号表示其安装位置。,2023/2/23,化工设计,52,(5)有规律分布的重复结构,按同心圆排列的管板、折流板或塔板的孔眼画法,按规则排列的孔眼画法,2023/2/23,化工设计,53,对孔数要求不严格的多孔板画法（必须用局部放大图表示孔眼的排列和大小）,2023/2/23,化工设计,54,填料、填充物的画法（a、b为同一规格和堆放方法，c为不同规格或堆放方法）,2023/2/23,化工设计,55,7.化工设备镀涂层和衬里剖面的画法,(1)薄涂层,(2)薄衬层,2023/2/23,化工设计,56,(3)厚涂层,(4)厚衬层,2023/2/23,化工设计,57,8.不需单独绘制图样的部分设备和零件,采用国家标准、专业标准等标准的零部件和外购件；铆焊件、浇铸件、胶合件等；需要一起备模划线、分块铸造的蓖子板和分块焊接的蓖子板等铸件，在部件上表示出为制造零件所需的一切资料。尺寸符合标准的螺栓、螺母、垫圈、法兰等连接零件，在明细栏中注明规格和材料，并在备注栏内注明“尺寸按xxx标准”字样。两个简单的对称零件，在不致造成施工错误的情况下，可以只画出其中一个。形状相同、结构简单可用同一图样表示清楚的，一般不超过10个不同可变参数的零件，可用表格图绘制；,2023/2/23,化工设计,58,(三)化工设备单线图,1.单线图中壳体厚度标注,2023/2/23,化工设计,59,2.法兰连接、接管补强板等的单线图,2023/2/23,化工设计,60,3、法兰、法兰盖、螺栓、螺母、垫片的单线图,2023/2/23,化工设计,61,4、吊耳、环首螺丝、顶丝,2023/2/23,化工设计,62,5.吊柱,2023/2/23,化工设计,63,6.支座、接地板,2023/2/23,化工设计,64,7、换热器,2023/2/23,化工设计,65,U形管的表达和列表格式,2023/2/23,化工设计,66,U形管装配图的侧视图,2023/2/23,化工设计,67,8.塔器,塔盘简化法,进料管画法,梯子简化法,2023/2/23,化工设计,68,气囱简化法,塔底引出管话支撑筋的简化法,地脚螺栓座的简化法,2023/2/23,化工设计,69,三、化工设备图的件号和尺寸,件号和尺寸标注标注应符合国标机械制图规定(GB 4458.2和GB 4458.4),件号:应尽量编排在主视图上，并由其左下方开始，按件号顺序顺时针整齐地沿垂直方向或水平排列；可布满四周，但应尽量编排在图形的左方和上方，并安排在外形尺寸线的内侧。若有遗漏或增添的件号应在外圈编排补足。,2023/2/23,化工设计,70,尺寸标注,化工设备标注尺寸类型,2023/2/23,化工设计,71,厚度尺寸标注方法,接管伸出长度的尺寸标注,倾斜设备的尺寸标注,2023/2/23,化工设计,72,四、化工设备图的绘制,(一)化工设备图的视图选择1.选择主视图2.确定其他基本视图3.选择辅助视图和各种表达方法,2023/2/23,化工设计,73,(二)化工设备图的绘制方法及步骤,1.确定绘图比例、选择图幅、布图2.画图3.尺寸和焊缝代号标注4.编写零部件序号和管口符号5.填写明细栏和管口表6.填写设计数据表、标题栏等。,2023/2/23,化工设计,74,五、化工设备图的阅读,（一）化工设备图阅读的基本要求了解设备的性能，作用和工作原理；了解设备的总体结构、局部结构及各零件之间的装配关系和安装要求；了解设备各零部件的主要形状、材料、结构尺寸及强度尺寸和制造要求；了解设备在设计、制造、检验和安装等方面的技术要求。,2023/2/23,化工设计,75,（二）阅读化工设备图的方法和步骤1.概括了解 通过标题栏，了解设备名称、规格、材料、重量、绘图比例等内容。通过明细栏、管口表、设计数据表及技术要求等，了解设备零部件和接管的名称、数量，了解设备在设计、施工方面的要求。对照零部件序号和管口符号在设备图上查找到其所在位置。2.视图分析 对视图进行分析了解表达设备所采用的视图数量和表达方法，找出各视图、剖视等的位置及各自的表达重点。从设备图的主视图入手，结合其他基本视图、详细了解设备的装配关系、形状、结构、各接管及零部件方位。并结合辅助视图了解各局部相应部位的形状、结构的细节。,2023/2/23,化工设计,76,3零部件分析 按明细表中的序号，将零部件逐一从视图中找出，了解其主要结构、形状、尺寸、与主体或其他零部件的装配关系等。对组合体应从其部件装配图中了解其结构。4设备分析 通过对视图和零部件的分析、对设备的总体结构全面了解，并结合有关技术资料，进一步了解设备的结构特点、工作原理和操作过程等内容。,化工设备图阅读举例,2023/2/23,化工设计,77,2023/2/23,化工设计,78,第四节 设备工艺及设备图的计算机辅助设计,教学内容：有条件的院校应采用案例教学方式，或用多媒体演示方式，用计算机进行设备选型与计算的方法与步骤，用PVCAD绘制化工设备图的方法与步骤。重点和难点重点是用多媒体演示或学生通过实际操作，掌握用PVCAD绘制化工设备图的方法与步骤。难点是如何正确选择各种标准和规范，填写标准零部件的尺寸数据。,2023/2/23,化工设计,79,设备工艺和选型设计计算,流程模拟和设计软件产品：Aspenplus、Pro/II、Hysys、ChemCADSuperPro Designer 等。,2023/2/23,化工设计,80,SailorCAM 介绍：,杭州万航数据工程有限公司 采用可视化IDE(集成开发环境)，支持用户定义符合自己需求的化工计算流程。拥有100多个表格的物化数据库和270多个化工计算流程，数据库可根据需要扩充，基本满足一般的工程物化数据要求。支持表达式(初等数学构成的公式)、数值算法(高等数学、线形代数构成的数值计算方法)、查表(二维表格数据的查询)和查图(多维输入的因子图查询分析)四大类型节点输入。适用于设备组成不太复杂的工艺计算和设备选型。计算书的输出格式支持Ms Word、图形、Web Html。,2023/2/23,化工设计,81,SailorCAM可实现的计算包括：,物性计算：临界温度、体积膨胀系数及压缩系数、蒸发潜热、导热系数、粘度、扩散系数、表面张力、爆炸极限搅拌器计算：搅拌转速、搅拌功率、桨叶的功率准数换热器计算：传热量、管壳式换热器的计算、螺旋板式换热器计算管路及流体计算：管路阻力计算、管道流体计算、减压阀和安全阀的选用和计算化工用泵计算：功率和效率、必需汽蚀余量计算、比转数、扬程计算、真空泵计算设备及管道绝热设计：常用绝热材料的性能、保温计算参数求取、保温层厚度计算干燥器计算：湿空气性质、干燥过程的物料衡算与热量衡算、干燥速率、干燥器的特性与计算固液分离：离心机计算压缩与膨胀：理想气体的热力学计算、压缩机的种类和选型（往复式压缩机、螺杆压缩机、罗茨鼓风机）,2023/2/23,化工设计,82,设备图绘制和计算机辅助设计,二次开发的化工设备和压力容器绘图软件：PVCAD3.10（全国化工设备设计技术中心站）CMCAD2004（山东大学）、EPDRAW2000（南化设计院,2023/2/23,化工设计,83,PVCAD的使用（以卧式容器的绘制为例）,启动-建立新文件，用来存放用户所输入的所有数据。输入了必要的数据之后，“总图”菜单项会点亮，单击该项就可以形成设备总图。而当形成过一次总图后，“零部件图”项会随之点亮，允许用户画零部件图。卧式容器程序的数据输入分为两大类：主体数据：图签、技术条件、筒体和封头、鞍座、管法兰连接件、设备法兰、焊接节点图归入；零件数据：人、手孔、液面计、视镜等其它零部件归入。完成了数据输入后，点取“运行”中的“总图”选项就可以在AutoCAD中得到完整的卧式容器的设备总图。,2023/2/23,化工设计,84,主体(筒体和封头)数据输入,2023/2/23,化工设计,85,输入零部件数据,进料管公称尺寸、标准号、材料数据输入,进料管安装尺寸数据输入,2023/2/23,化工设计,86,出料管结构选择和法兰、补强圈数据输入,出料管结构和安装尺寸数据输入,
