本課程內容包括工藝開發、項目可行性研究、環境評價、過程工業生產裝置的繫統設計、機器設備選型、單參數自控設計、壓力管道設計、絕熱、防腐蝕、安裝、試車等生產裝置建設有關領域的基礎知識。

新版教材對管道設計部分進行了全面修訂。引入壓力管道的概念，將壓力管道的基礎知識、材料選擇、零部件、強度計算、柔性分析、結構設計、振動等各項內容全部按*規範、標準進行了改編，與工程實踐完全一致。

本書的編寫宗旨是宣揚知識集成，靈活運用，密切結合工程實踐的理念。新版中增加了綜合自檢習題，供讀者自我檢測對知識掌握的程度和綜合運用所學專業知識解決工程實際問題的能力。綜合自檢習題是根據多年考試、考核的題目整理改編成的，具有很強的可行性和很高的可信度。

本書可供過程裝備與控制工程專業、過程工業工藝類專業本、專科學生作為選修課教材，也可供各行業從事過程工業生產技術管理工作的技術人員參考。

廖傳華，男，湖北洪湖人。浙江大學化工過程機械專業碩士，南京工業大學化學工程專業博士，教授。

主要從事本科生《過程裝備成套技術》、課程設計、畢業設計等環節的教學工作，編寫教材2部。2005年獲江蘇省普通高校優教學成果一等獎。

主要從事以下方向的研究工作：

（ 1 ）高濃度難降解有機廢水深度治理與資源化利用：采用超臨界水氧化技術對高濃度難降解工業廢水和有機污泥進行深度治理，不僅滿足達標排放，還能實現能源的綜合利用。已發表論文10多篇，出版專著4部，申報發明專利15項（獲授權3項）。研究成分果於2011年和2013年分別獲中國石油和化學工業聯合會技術發明三等獎和二等獎各一項。

（ 2 ）天然產物有效成分的高效提取：采用超臨界萃取技術對天然產物中的有效成份進行高效提取，既提高有效成分的提取率，又降低產物中的化學溶劑殘留。已發表論文20多篇，出版專著5部，獲授權發明專利1項。

（ 3 ）超細粉體的制備：采用超臨界膨脹法制備超細粉體。已發表論文多篇，出版專著1部，獲授權發明專利1項。

（ 4 ）熱力干燥：主要從事噴霧干燥、噴霧造粒、半干法噴霧煙氣脫硫等方面的研究工作，已發表論文10多篇，獲授權專利1項。現為中國化工學會化學工程專業委員會干燥專業組理事、中國通用機械干燥協會技術委員會委員、中國通用機械干燥協會標準化委員會委員。

（ 5 ）可再生能源與低碳技術研究：主要從事中硬質秸稈的氣化、生物質超臨界水部分氧化制甲烷、中高溫太陽能熱利用、城市型風機等方面的研究工作，已發表論文10餘篇，出版專著1部，申請發明專利8項。

（ 6 ）工業節水減排技術：針對高耗水行業，采用夾點技術，在對用水節點進行分析的基礎上，進行工藝流程的優化與新型設備的開發，通過循環用水和廢水處理再生回用而實現節約用水。研究成果獲2011年江蘇省水利科技成果二等獎。出版專著《工業節水案例與技術集成》獲中國石油和化學工業優圖書二等獎。

1緒論

1.1工業過程與過程工業1

1.1.1工業過程1

1.1.2過程工業1

1.1.3過程工業的特點2

1.2典型成套裝備示例2

1.3過程裝備成套技術的主要任務和基本要求6



2項目可行性研究與評價

2.1項目審核、審批程序與要求8

2.2可行性研究報告9

2.2.1可行性研究的依據和基本要求9

2.2.2可行性研究報告內容10

2.3工藝路線的選擇12

2.4經濟評價14

2.4.1財務評價15

2.4.2國民經濟評價16

2.4.3不確定性分析與經濟風險分析18

2.4.4方案經濟比選20

2.5節能評估21

2.5.1節能評估類型與方法21

2.5.2節能評估要求22

2.5.3節能評估報告內容23

2.6環境影響評價24

2.6.1環境影響因素與評價方法24

2.6.2環境影響評價程序與要求25

2.6.3環境影響評價報告26

2.7水土保持方案27

2.7.1水土保持方案編制要求28

2.7.2水土保持方案報告28

2.8安全評價29

2.8.1安全評價的分類30

2.8.2安全評價的基本程序與方法30

2.8.3安全評價報告31

2.9職業病危害評價33

2.9.1職業有害因素及職業病危害評價分類33

2.9.2職業病危害評價方法與程序34

2.9.3職業病危害評價報告內容36

學習要點37

參考文獻38



3工藝流程設計

3.1工藝設計的內容及設計文件39

3.1.1工藝設計的內容和程序39

3.1.2初步設計的設計文件39

3.1.3施工圖設計的設計文件42

3.2工藝設計中的全局性問題43

3.2.1廠址的選擇與總圖布置43

3.2.2安全防火與環境保護43

3.2.3公用工程44

3.2.4自動控制45

3.2.5土建設計45

3.3工藝流程設計及工藝流程圖45

3.3.1工藝流程設計45

3.3.2工藝流程圖46

3.3.3工藝流程圖的繪制47

3.4設備布置圖55

學習要求60

參考文獻60



4過程裝備的設計與選型

4.1過程設備的設計與選型61

4.1.1傳熱設備的設計與選型61

4.1.2傳質設備的設計69

4.1.3反應設備的設計72

4.1.4儲運設備的設計74

4.2過程機械的選型75

4.2.1過程機械的選型原則75

4.2.2輸送機械的選型76

4.2.3分離機械的選型85

4.2.4干燥機械的選型88

學習要求91

習題91

參考文獻91



5過程裝備的布置設計

5.1過程裝備布置的一般原則93

5.2過程裝備的布置設計95

5.2.1管廊的布置95

5.2.2過程設備的布置設計97

5.2.3過程機械的布置設計110

學習要求115

參考文獻115



6管道繫統設計

6.1過程工業管道繫統的設計內容116

6.1.1過程工業管道繫統設計的基本要求116

6.1.2過程工業管道設計的任務117

6.1.3過程工業管道設計的一般程序119

6.2過程工業管道繫統的組成與選用120

6.2.1管子120

6.2.2管件121

6.2.3管道附件124

6.3管道布置設計133

6.3.1管廊上管道的布置設計134

6.3.2過程設備的管道布置設計135

6.3.3過程機器的管道布置設計146

6.3.4管道布置計算機輔助設計制圖軟件152

6.4管道布置圖153

6.4.1管道布置平面圖的設計153

6.4.2管道空視圖156

6.5管道應力分析與補償159

6.5.1管道應力分析159

6.5.2管道的柔性設計161

6.5.3管道熱應力補償165

6.5.4管道支弔架168

6.6管道的防振設計173

6.6.1往復式壓縮機管繫的振動173

6.6.2液擊引起的管道振動176

6.6.3氣液兩相流引起的管道振動179

學習要求181

參考文獻181



7過程控制工程設計

7.1過程控制繫統設計183

7.1.1過程控制繫統方案的確定183

7.1.2過程控制繫統設計中的注意事項184

7.1.3單回路控制繫統的設計原則184

7.1.4單回路控制繫統設計舉例186

7.1.5串級控制187

7.2自動化裝置的選型189

7.2.1儀表選型189

7.2.2控制閥的選型193

7.3微機控制繫統設計195

7.3.1繫統分析設計196

7.3.2總體方案設計197

7.3.3硬件設計198

7.3.4軟件設計198

7.3.5繫統聯調199

7.4DCS及FCS199

7.4.1基本概念199

7.4.2用Field Point組成的 FCS繫統201

7.4.3工業自動化組態軟件Lookout203

7.5先進過程控制繫統介紹203

7.5.1自適應控制繫統204

7.5.2預測控制繫統204

7.5.3模糊控制繫統204

7.5.4人工神經網絡控制繫統205

學習要求205

參考文獻205



8絕熱設計

8.1絕熱結構設計207

8.1.1絕熱結構的形式207

8.1.2絕熱層材料的選取208

8.1.3防潮層材料的選取211

8.1.4保護層材料的選取212

8.2絕熱計算212

8.2.1絕熱層厚度的計算212

8.2.2經濟厚度計算213

8.2.3允許熱、冷損失下絕熱層厚度計算方法215

8.3絕熱工程檢驗與驗收216

8.3.1材料的檢驗216

8.3.2施工過程中的檢驗217

8.3.3絕熱工程驗收及交工218

學習要求219

習題219

參考文獻219



9防腐工程

9.1腐蝕的種類220

9.1.1金屬材料腐蝕的分類220

9.1.2非金屬材料腐蝕的分類221

9.2金屬腐蝕的防護方法222

9.2.1改善腐蝕環境222

9.2.2電化學保護法223

9.2.3防腐襯裡法225

9.2.4耐腐蝕材料法226

9.2.5防腐蝕覆蓋層法227

9.3防腐蝕施工與檢驗229

9.3.1施工準備229

9.3.2施工人員責任制和安全防範制度229

9.3.3防腐蝕基體的處理與施工229

9.3.4工程驗收230

學習要求231

參考文獻231



10過程裝備安裝

10.1安裝前的準備232

10.1.1基礎的設計與制作232

10.1.2起弔設備的選擇與就位233

10.2設備安裝234

10.2.1大型重設備的運輸和就位234

10.2.2過程設備的安裝235

10.3機器安裝237

10.3.1離心壓縮機的整體安裝237

10.3.2活塞式壓縮機的現場組裝238

10.4管道安裝240

10.4.1管道的工廠預制240

10.4.2管道的安裝241

10.4.3管道支架的安裝242

學習要求242

習題242

參考文獻242



11試車與驗收

11.1試車基本規定243

11.2預試車244

11.2.1單機試車244

11.2.2工程中間交接245

11.3冷試車246

11.4熱試車246

11.4.1熱試車方案的內容246

11.4.2熱試車條件和要求247

11.5性能考核248

11.6竣工驗收248

學習要求250

參考文獻250



12過程裝備成套設計示例——甲醇制氫

12.1工藝路線的選擇251

12.2工藝設計252

12.3工藝計算252

12.3.1物料衡算252

12.3.2熱量衡算253

12.4設備設計255

12.5機器選型與管道設計255

12.5.1機器選型255

12.5.2管子選型256

12.6設計圖紙259

12.7控制方案設計259

12.8經濟評價259

12.8設備價格估算259

12.8.2總投資估算260

12.8.3總成本費用估算與分析261

12.8.4盈利能力分析262

12.8.5盈虧平衡分析262

12.9安全評價263

12.9.1裝置中存在的潛在危險因素分析263

12.9.2應對措施263

12.10環境影響評價264

12.10.1施工期的主要環境問題及對策264

12.10.2運營期的主要環境問題及對策264

參考文獻265

前言

本書作為“過程裝備與控制工程”專業的一門綜合性專業課教材，第二版出版至今已有10年，書中部分內容已滯後相關標準和工程實踐。為此，於2018年9月，成立了第三版編寫組，經多方意見征集和研究討論，達成共識：第三版仍維持前兩版綜合性強、實踐性鮮明的特點，但針對當前過程工業與學科發展以及教學的需要，尤其是工程教育專業認證的要求，對全書內容重新進行了梳理、調整、更新和補充，對引用的規範、標準也全部進行了更新。

全書共分12章：第1章根據具體過程工業生產流程的特點，提出《過程裝備成套技術》的內容及要求；第2章介紹項目可行性研究與評價，並介紹設計方案對經濟、節能、環境、健康、安全的影響的評價方法和要求；第3章介紹工藝設計及設備布置圖；第4章介紹過程裝備的設計與選型；第5章介紹過程裝備的布置設計；第6章介紹管道繫統設計；第7章介紹過程裝置的控制繫統設計；第8章介紹過程設備及管道的絕熱設計；第9章介紹過程設備的腐蝕與防護方法；第10章介紹過程裝置的安裝；第11章簡要介紹成套過程裝置的試車與驗收；第12章給出了過程裝備成套設計示例。

第三版由南京工業大學廖傳華教授、鄭州大學張軍教授和華南理工大學李靜教授主編，第1、第5、第6、第10、第12章由廖傳華教授修訂，第2章由魏新利教授修訂，第3、第11章由張軍教授修訂，第4章由王銀峰副教授修訂，第7章由靳遵龍教授修訂，第8、9章由李靜教授修訂。全書由黃振仁教授主審。本書的編寫工作得到“江蘇高校品牌專業建設工程資助項目”（PPZY2015A022）和南京工業大學重點教材建設項目的資助。

全書從材料的收集整理、文稿的寫作到修訂等方面都得到了前版主編黃振仁教授、魏新利教授以及原版各章節編寫人員的大力支持。黃振仁教授對全書作了詳細認真的審閱並給出了很多中肯的修改意見。魏新利教授對全書的體繫結構提出了寶貴的建議。此外，西安石油大學樊玉光教授、華陸工程科技有限責任公司郭衛疆教授級高級工程師、中國五環工程有限公司蔡曉峰教授級高級工程師均對本書的修訂提出了很好的建議，並提供了大量的工程資料和標準。本書在編寫過程中，得到了各主編學校相關領導的大力支持，在此一並表示衷心的感謝。盡管我們用心工作，但由於水平有限，書中不妥之處在所難免，熱誠歡迎讀者批評指正。



編者

2019年7月





版前言

“過程裝備成套技術”是過程裝備與控制工程專業的一門綜合性專業課程。隨著現代科學技術的迅速發展和市場經濟體制在我國逐步形成，社會的人纔需求越來越趨向於高素質復合型。為使學生具備更好的社會適應能力，一方面要加強各種基本能力培養，另一方面還要進一步調整知識結構、拓寬知識面，掌握一些相近學科的知識。本課程的設置及內容選取正是基於這樣的出發點。為此，本課程的內容涉及新產品生產工藝開發和項目可行性研究、工藝設計、經濟性評價和環境評價、機器和設備的型式選擇、重要工藝參數的自動控制方案選擇與設計、管道設計、絕熱與防腐蝕設計、裝置的安裝及檢驗、裝置的試車等與過程裝置設計、建設全過程有關的各種工程知識。

本課程以小型過程工業裝置設計、建設所需具備的知識為構架, 以學習工程材料、化工原理、過程設備設計、過程機械和過程裝備控制技術及應用等課程為基礎。凡上述課程中學過的內容本書原則上不再重復。補充上述課程中沒涉及的某些知識，並努力將各自獨立的技術知識貫穿起來。本課程的內容選取和編寫格式更接近工程實際。由於本課程具有很強的綜合性和實踐性，僅靠傳統的課堂教學手段難以達到預期的教學效果。為此,在教學過程中將配合使用一些現代化教學手段，還擬進行一次綜合性專業課課程設計。該課程設計是一個涉及多門專業課程知識的小型工程設計。我們在本課程試行過程中遇到的困難是缺少適合學生課程設計使用的參考書，設計參考資料不全、不多、不新。為此《過程工業成套設備設計指南》(兼作課程設計指導書) 即將出版。該參考資料將以某一過程工業生產裝置的設計全過程為綱，在表達設計過程的同時，摘引所用到全部實用設計資料，鋻於篇幅的關繫，所有表格均為摘要加注出處。希望每個學生按照指南的程序基本上能夠獨立完成一個小型工業生產裝置或其中某個局部的設計，獲得過程工業裝置工程設計的基本訓練。同時，“指南”可以作為本教材的輔助教學資料，起到幫助學生掌握本課程教學內容並拓寬知識面的輔助作用。

本課程大綱於1998年5月首次在由浙江大學、南京工業大學、鄭州大學、北京化工大學、江蘇石油化工學院、青島化工學院、武漢化工學院等十院校組成的《化工機械專業課程體繫與教學內容改革的研究》課題組工作會議上提出並進行了討論。當年12月在南京召開專題研討會後確定編寫大綱，會後編寫工作即全面展開。本書由南京工業大學黃振仁教授和鄭州大學魏新利教授任主編，江蘇石油化工學院卓震教授為本書主審。參加編寫的有：黃振仁(第1、10章)，魏新利、劉宏(第2、3、4章)，顧海明、黃振仁(第5章)，廖傳華、顧海明(第6章)，李瑾(第7章)，王定標(第8章)，尹華傑(第9章)，張新年(第11章)，張鎖龍(第12章)。

本課程是一門新設課程，在正式出版前編印了試用本，在南京工業大學和鄭州大學進行了試用，同時向兄弟院校和企業、研究單位的有關人員廣泛征求意見。雖然得到了很多幫助，但在內容的深廣程度的把握方面仍不敢說十分恰當。又考慮到為了使本書能有較大的使用面，內容偏於全、多一些，而且選取了一些不是很適合教學而工程實踐卻比較有用的資料。本書按本科3學分所需教學內容進行編寫，其他情況可酌情處理。敘述性內容可自學，實踐性內容可現場參觀或看錄像。本書也可以供“過程工業工藝”類專業學生和“過程裝備與控制工程”專業大專學生使用，也可供從事過程工業生產管理的技術人員參考。

本教材編寫過程中得到了有關院校的領導和教學主管部門的關心、支持和指導，許多同行也提供了很多很好的意見和建議。在本書正式出版之時向他們和所有為本書編寫工作予以支持和幫助的同志表示衷心的感謝。

本書的編寫歷時兩年多，雖然我們在編寫過程中反復推敲、反復修改，力求為讀者提供一本有實用價值的教材和參考讀物，但鋻於編者的認識水平和學術水平所限，不妥之處在所難免。敬請使用本書的師生和其他讀者不吝賜教，多提寶貴意見，不勝感謝。



編者

2001.1





第二版前言

本書作為“過程裝備與控制工程”專業的一門新設專業課“過程裝備成套技術”的本教材，自2001年問世以來，得到廣泛的關注。本課程很強的綜合性和實踐性的鮮明特點得到很高的評價。以本教材建設為核心的課程建設成果獲江蘇省教學成果一等獎。本教材被列入*普通高等教育“十一五”規劃教材和江蘇省精品教材建設項目。

鋻於本教材已出版6年，有些內容有了許多新的進展，特別是壓力管道的安全管理，2003年3月11日國務院頒布國務院令（第373號），將壓力管道與鍋爐、壓力容器、電梯、起重機械、客運索道、大型遊樂設施一並列為涉及生命安全、危險性較大的特種設備，制訂出版了一批新規範、新標準。原版本已嚴重脫離工程實踐現狀。這次改版對管道設計部分進行了全面修訂。引入壓力管道的概念，將壓力管道的基礎知識、材料選擇、零部件、強度計算、柔性分析、結構設計、振動等各項內容全部按規範、標準進行了改編，與工程實踐完全一致。

本書的編寫宗旨是宣揚一種理念，即不同課程的知識不是孤立的，而是相互關聯的，隻有將各種自成體繫的知識進行有機集成、靈活運用，纔能解決工程實際問題。本課程的主要任務是將本專業的多門專業基礎課程和專業課程的知識進行關聯、集成，並補充工程實踐中需要的若干其他學科的知識，為學生架構一個與工程實踐相一致的知識體繫，培養全方位分析考慮問題的思維模式。

初版教材使用情況各異，教材本身對學時差別具有較好的適應性，教材中的內容有的與其他課程有聯繫，有的可以自學。教學的核心內容在於培養學生綜合運用所學各種知識解決工程實際問題的能力。為此，這次改版增加了附錄及兩道綜合自檢習題，供學生自我測試對課程知識掌握程度和綜合運用所學專業知識解決工程實際問題的能力。綜合自檢習題是根據南京工業大學該課程教學中多年考試、考核的題目整理改編而成，具有很強的可行性和很高的可信度，希望對讀者切實掌握本教材的核心內容有所幫助。

本次改版基本保持原來的體繫和結構。使用初版教材的師生指出的問題和提出的修改建議，在新版的教材中基本都得到了體現。在此向他們表示衷心的感謝。但這次改編的面有一定的局限性，不妥和不足之處在所難免，懇請使用本教材的同行和讀者批評指正，不勝感謝。



編者

2008.1