1、第三章设计原则 第三章 设计原则3.1 非标设备设计原则本节所包含的非标设备有：压力容器、常压容器、塔设备、换热器、加热炉等。3.1.1 设计原则本装置中的非标设备均在国内制造，应遵循国内相关的标准规范进行设计、制造、检验与验收。设备的操作/设计压力、操作/设计温度、工艺尺寸、主要结构尺寸应按工艺专业提供的设备条件图上的要求。在设备的设计方面，将根据本项目的具体情况，力求做到操作可靠、技术先进、经济合理。非标设备的进口缓冲板、出口防涡流挡板、气体出口挡板，应按HG20583-1998钢制化工容器结构设计规定中的要求予以设置，塔釜处的就地液位计应设置防冲挡板。设备吊耳按HG/T21574-199
2、4设备吊耳选用。对于塔器类设备，应考虑设置内件吊装用的吊柱。本项目中的非标设备均设有0Cr18Ni9的接地板。铭牌座应突出保温层，其材质宜同焊接处壳体材质。为延长设备使用寿命，防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致的厚度削弱减薄而考虑的元件厚度附加量，现具体规定如下：碳素钢（含低合金钢）制设备的腐蚀裕量取3mm；不锈钢制设备的腐蚀裕量为0mm。大型贮罐的腐蚀裕量，可按有关的规定或要求执行。非标设备壳体加工成形后，不包括腐蚀裕量的最小厚度现具体规定如下：碳素钢、低合金钢制设备，不小于 3mm；高合金钢制设备，不小于 2mm。在保证焊接质量的前提下，焊接接头型式的选择应遵循如下原则：焊缝填充金属尽量
3、少；焊接工作量尽可能少，且操作方便；合理选择结构尺寸，以利于坡口加工及焊透，减少焊接缺陷；有利于施焊防护（即尽量改善劳动条件）；复合钢板的坡口应有利于降低过渡层焊缝金属的稀释率，尽量减少复层的焊接量；按等强度原则，焊条或焊丝强度应不低于母材强度；焊缝外形应尽量连续、圆滑，减少应力集中。本装置的介质有甲醇等易燃、易爆、中度危害物质，设计中应对盛有这类介质的反应或储存设备要求进行相应的氨渗漏试验。设备的油漆、包装与运输按JB/T4711-2003标准执行。如属于下列情况的非标设备，考虑采取分段制造、运输，现场组焊、检验。设备内径3800mm，设备长度15.9m；3000mm设备内径3600mm，设
4、备长度20.8m；设备内径3000mm，设备长度26m。当设备内径3800mm时，则考虑采取分片制造、运输，现场组焊、检验。此外，设备的制造可根据运输条件协商决定。需焊后热处理的设备，其所有预焊件应在制造厂组焊完毕，并在焊后热处理后方能交付使用。3.1.2 材料的选择材料的选择是根据该设备的工艺条件及所接触介质的特性和材料的加工性能等因素综合考虑，按有关规定选用相应材料，使其安全、可靠、经济、合理。国内制作的非标设备材料应符合国内相关标准的要求，引进设备的材料应符合ASME/ASTM标准中要求。本项目中非标设备的主要材料为压力容器用碳素钢（Q235-B等）、低合金高强度钢（16MnR、18Mn
5、MoNbR等）、中温抗氢钢（15CrMoR等）、不锈钢（0Cr18Ni9）和不锈钢复合板（16MnR0Cr18Ni9、18MnMoNbR0Cr18Ni9）等。换热器的换热管一般采用252.5、192和142的20#或奥氏体不锈钢钢管。碳素镇静钢板的适用范围规定如下：Q235-B 钢板:容器设计压力： P1.6MPa；钢板使用温度： 0350用于设备壳体时，钢板厚度不大于20mm；不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器。Q235-C 钢板:容器设计压力： P2.5MPa；钢板使用温度： 0400用于设备壳体时，钢板厚度不大于30mm，采用此种钢板，应考虑市场的供货来源；塔器类设备的裙座材
6、料的选择按受压元件考虑。符合下列条件的碳素钢和低合金钢板，应在正火状态下使用：1）用于壳体厚度大于30mm的20R和16MnR；2）用于其他受压元件（法兰、平盖等）的厚度大于50mm的20R和16MnR（标准件如人孔法兰（盖）等按相关进行）。国内的相关材料标准如下：钢板材料按下列标准：GB3274 碳素结构钢和低合金结构钢热扎厚钢板和钢带GB6654 压力容器用钢板GB4237 不锈钢热扎钢板JB4733 压力容器用爆炸不锈钢复合钢板换热管材料按下列标准：GB/T8163 输送流体用无缝钢管GB9948 石油裂化用无缝钢管GB13296 锅炉、热交换器用不锈无缝钢管GB/T14976 流体输送
7、用不锈钢无缝钢管锻件材料符合下列标准：JB4726 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB4728 压力容器用不锈钢锻件3.2 机泵设计原则3.2.1 设计原则在机泵设备的设计、选型方面，根据本项目的具体情况，在总结以往成功装置中的工程经验和消化吸收现行先进技术的基础上，力求做到运行安全可靠。本项目所采用的机泵设备将是全新制造的，且应满足以下技术要求的设备。选型原则按技术先进、安全可靠、经济合理、便于操作进行选择。为提高机泵设备的零部件和易损件的互换性，本工程中泵的类型和型号尽可能地减少。机泵设备机组周围1米内声压级不应超过相关环保规定的要求。对于离心泵，当实际输送的介质因含有气体或固体颗粒，并因
8、此对泵的性能影响较大时，将对泵的清水试验性能曲线做出修正。3.2.2 驱动透平由于离心式合成气压缩机、空分为单机运行，其驱动透平应执行API612-1995特殊用途蒸汽汽轮机标准；对于有备机的机组（如循环水泵），其驱动透平遵循API611-1995一般用途蒸汽汽轮机标准即可。驱动透平由主机制造商成套配置，并保证油系统、控制及仪表、联轴器、相关的辅助设备和管道系统等与主机间的合理匹配。3.2.3 驱动电机除合成气压缩机、空分内机组以及1台循环水泵的驱动机为汽轮机外，其它机泵设备的驱动机均为电动机。将由机泵设备制造厂配套提供，原则上与机泵设备一起安装在共同底座上。电动机应能满足电气防爆区域分类的要
9、求。选配电动机时，驱动电机功率应至少为机泵设备额定轴功率乘以裕量系数或为泵在使用叶轮时的最大功率。电机铭牌额定功率电动机裕量系数N35 kW125%35N110 kW115%N110 kW110%户外工作的电动机防护等级至少为：IP54，绝缘等级为：F级；户内工作的电动机防护等级为：IP44，绝缘等级为：F级；在防爆区域内的电动机防爆等级为：dIIBT4、dIICT4或采用增安型防爆电机； 户外工作的电动机要求为户外型；电机电压额定值的划定原则： 电机功率在250kW及以上的选用10kV，3Ph，50Hz电压等级，带空间加热器、绕组测温元件、电机轴承测温元件和轴承就地温度计。 250kW以下的
10、电机选用380V，3Ph，50Hz电压等级。3.3 工艺系统设计原则3.3.1 工艺设计原则（1）贯彻执行国家基本建设的方针政策，使设计做到切合实际、技术先进、经济合理、安全适用。（2）本工程的生产原料多属易燃、易爆物料，设计中特别注意防火防爆，坚决贯彻“安全第一、预防为主”的方针。（3）执行国家环境保护政策、法规，采用先进的清洁生产工艺，降低单耗，减少三废的排放。外排“三废”达到国家和当地环保排放的要求。（4）工程设计认真贯彻化工建设项目“五化”的原则，同时注意与周围建筑风格的协调，创造一个安全、清洁、文明的生产环境。（5）充分依托和利用临涣焦化装置已建设或拟建设的公用工程，辅助设施和生活办
11、公设施，以节省投资，加快建设进度。（6）采用先进的控制技术，并结合国内的生产水平，讲究实效，以改善生产劳动条件，提高产品质量和生产效率。（7）充分考虑能源的合理利用，以降低能耗，提高经济效益。（8）本着技术先进、适用、稳妥可靠，确定最佳方案，根据国内机械设备制造能力、经验和使用业绩，合理确定设备和技术引进范围。3.3.2 装置布置设计规定为了保证装置布置符合国家有关规定，同时保证装置布置的实用性、经济性和外观美，对本项目的布置设计作如下规定：（1）对于主要操作点和巡回检查路线，设置较宽的通道平台、过桥、梯子等，经常上下的梯子尽量采用斜梯。对于必要的设备检修，大型设备内件的起吊、搬运，设置必要的
12、吊装孔、出入口、通道和场地。（2）装置内各种通道的宽度和净空要求如下：序号通道名称最小宽度（m）最小净高(m)1消防通道4.04.52主要车行通道4.04.53次要车行通道3.03.04管廊下泵区检修通道3.03.05操作通道0.82.2（3）主装置与辅助装置之间的间距严格按照有关标准规范执行。（4）塔的布置：一般采用单排布置，二个或二个以上的塔设置联合平台时，采用中心线对齐。塔的人孔、手孔朝向检修区一侧。无特殊要求的塔，一般设备基础标高为0.3米。（5）合成塔的布置：合成塔布置在框架内，设置装卸催化剂和检修用的平台，检修区内设有堆放和运输催化剂所需的场地和通道。（6）换热设备的布置：换热设备
13、一般按照工艺流程顺序布置，其间距为在管道布置后净间距不小于800mm，同时留有抽管束或检修列管的场地。卧式设备的安装高度一般要求基础标高为0.7米。（7）卧式容器的布置，一般采用成组布置，按支座基础中心线对齐，除有特殊要求外，基础标高为0.7米。（8）泵的布置，采用露天布置，泵的出口管中心线对齐，泵端对着框架，设置统一的排水沟，泵的基础标高除特殊要求外，一般为0.3米。3.3.3 装置、设备布置原则根据本装置的特点和工艺要求，充分利用现有的场地，同时又能考虑到工厂安装和今后的生产操作检修，同时结合本装置一体化、连续化、自动化程度高的特点，进行装置和设备布置。具有如下特点：（1） 设备布置按照生
14、产流程顺序和同类设备集中布置相结合的原则，对整个装置的设备进行优化布置。（2）设备布置露天化，优点是节省占地，减少建筑物，有利于防爆，便于消防。（3）流程化，各工段按工艺流程顺序依次布置，尽可能地使工段间管线最短，布置紧凑。（4）集中化，将防爆的生产区和不防爆的辅助生产区和办公区分开。（5）定型化，装置的定型设备采用定型布置，如泵、风机及其附属设备采用定型布置，配管也实行定型布置。（6）通道的布置，结合本装置的施工、维修、操作和消防的需要，综合考虑，设置了必要的行车、消防、检修通道和场地。并在设备的框架和平台上设置了必要的安全疏散通道。（7）装置的放空和防火堤的设置，主装置的放空统一汇总后，用
15、管道送往火炬燃烧；罐区按照有关规定设计防火堤。3.4管道设计原则3.4.1管道的布置原则（1）管道布置应符合有关的规范标准和规定，应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、整齐美观，满足施工、操作和维修等方面的要求； （2）管道布置设计应符合管道及仪表流程图的要求； （3）在确定进出装置的管道的方位与敷设方式时，应做到内外协调；（4）装置内的管道敷设方式通常分为架空敷设和埋地敷设。架空敷设具有施工、操作、检查和维修方便等优点，因此，装置内管道以架空为主，部分水管采用埋地敷设。具体分类如下： 保温管道（蒸汽管、蒸汽冷凝液管、工艺介质管）采用架空敷设； 输送腐蚀介质的管道采用架空敷设； 除盐水管、仪表空
16、气管、工厂空气管、氮气管采用架空敷设； 界区内的新鲜水管、循环水管、消防水管、污水管埋地敷设。（5）装置内的全厂性管道的敷设，应与装置内的生产装置、道路、建筑物、构筑物等协调，尽量减少管道与道路的交叉；（6）管道布置不应妨碍设备、机泵及其内部构件的安装、检修和消防车辆的通行；（7）管道布置应使管道系统具有必要的柔性。在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少。（8）根据工艺要求，将设置膨胀节、阻火器、洗眼器等特殊管件与部件。 （9）管道应力分析甲醇装置中高温工艺管线较多，尤其是加氢脱硫工段、转化工段以及合成工段的工艺气管道，不仅温度高，而且口
17、径大，因此，在设计中要对相关管道的应力进行分析，设置必要的膨胀节和弹簧支吊架，以避免设备和管道因高温产生的应力而损坏，导致漏气、串气影响转化率或污染环境。3.4.2管道材料（1）材料选择1）除非工艺要求或与设备管口相连，下列公称直径系列的管子将不推荐使用：DN32、DN65、DN125、DN550等。2) 配管用无缝钢管及焊接钢管选用公制管。3) DN300及以下的碳钢及合金钢工艺管道和直径DN350及以下的中压蒸汽管道采用无缝钢管；直径DN600及以下的中/高压、高温含氢气的工艺管道采用无缝钢管，更大的采用焊接钢管。4) DN300及以下的冷却水管道、压缩空气管道及其它公用物料管道采用无缝钢
18、管，更大的采用焊接钢管。5) DN300及以下的不锈钢管道采用无缝钢管，更大的采用焊接钢管。6) 公称直径小于等于DN40时采用承插焊或螺纹管件，DN50及以上采用对焊管件。7) 当一根管子与另一根材质或压力不同的管子相连时,连接两根管道的阀门或法兰按其中较高等级的管子规格或压力等级选用。3.4.3 配管方案配管将考虑到下列因素：工艺要求、操作方便、维修和更换及管子内无超限应力。管道布置将考虑到生产特点，工艺用管道皆架空敷设。对于正常开车、操作和停车时需要操作和维护的手动阀、控制阀、安全阀、仪表及其它设施等，将安装在地面、楼面和操作平台附近易于接近的地方。3.4.4 管间距配管将充分考虑到绝热
19、、法兰、阀门及热膨胀等，平行管道将满足管道间距规定，架空管道将按照有关规定根据不同场合充分考虑净空规定。3.4.5 控制阀在切断阀之间将设置导淋或放空，以使在控制阀工作前能够泄放压力。在蒸汽、冷凝液管道上的调节阀（包括疏水器），前后必须设置切断阀，并设有旁路。其它管路上的调节阀根据需要设置旁路以保证检修或拆除调节阀时不影响正常运行，特殊易锈死部位除外。3.4.6 安全阀容器与安全阀之间的距离将考虑尽可能短。3.4.7 管道支架所有管道将根据需要设置适当的支撑，管架材料采用碳钢；支架的设计将考虑到设备的保护，使其免受来自管道、介质、阀门和仪表等的荷载；所有管道支架的跨度将满足刚度、强度和振动方面
20、的要求，并考虑20%强度余量满足备用。管道的支承选用管架标准图HG/T21629-1999。 3.5 仪表设计原则3.5.1 概述仪表设计将提供目前先进的、经过现场考验是可靠的分散型控制系统及现场仪表，对甲醇装置所有工序工艺过程参数进行测量、控制和监视（成套单元除外），确保单元装置的安全、可靠、稳定运行，方便操作和维护。随设备成套提供的控制系统与中央控制系统DCS之间部分信号进行数据通讯，部分关键信号采用硬接线连接。仪表设备及安装形式的选择将有利于延长其使用寿命，且易于维护。安装在现场的仪表的防护等级不低于IP55。仪表工程设计文件中的单位均采用SI单位制。3.5.2 设计范围仪表设计包括甲醇
21、装置所有工序工艺过程单元的参数测量、控制和监视系统。焦炉气压缩机、合成气压缩机、空分和火炬等单元的现场仪表和控制系统均随设备成套提供。3.5.3 自动化水平根据合同工厂的实际情况，为满足各单元的高效、安全、方便操作，在甲醇主装置区内设全厂集中控制室，集中控制室包括操作室、机柜室等。压缩机透平成套带控制系统，安装在压缩机房内；循环水泵透平成套带控制系统，安装在循环水泵房内。操作室、机柜室设有空调，确保仪表设备具有正常运行环境。机柜室的地面铺设防静电活动地板，操作室铺设防滑大理石。装置监控采用分散型控制系统（DCS），DCS安装在集中控制室内，通过DCS人机接口在操作室对全厂各单元的运行进行控制和
22、监视。采用1套安全联锁系统（SIS）对装置中的纯氧转化炉、合成反应器等设备和生产过程进行安全联锁保护，确保装置安全、稳定、长期高效运行。保证有关生产人员的安全。操作站配备以太网接口，便于用户在自己的管理机上能实时监视全厂各单元的运行。重要的工艺过程变量、电机运行状况以及机械、设备的电气测量参数均引入中央控制室的DCS。对于要求连续安全操作的工艺变量设置必要的越限报警，以提醒、指导操作人员进行必要的操作。联锁系统能够实现各单元在事故工况时对关键设备和机械的安全保护。对于现场巡视、开停车必须现场观察的工艺过程变量设就地指示。3.5.4 主要控制回路进装置的焦炉煤气、除盐水、中压蒸汽、新鲜水和出装置
23、的仪表空气、工厂空气、氮气均设有流量累积显示，加强工厂的生产管理。进纯氧转化炉的中压蒸汽设有水碳比流量调节回路，以控制转化炉出口气体中甲烷的摩尔含量；进纯氧转化炉的氧气设有流量调节回路，以控制转化炉内燃烧温度。转化汽包出口、低压废锅均设有压力调节回路，保证废锅系统的正常工作。3.6 电气设计原则电气设计的标准，见第二章相关章节3.6.1 电气计量本装置由总降引四回10kV主电源，在装置区内新建一座10kV变配电所，在10kV进线柜上装设多功能测量表，用于计量10kV有功电能、无功电能；变压器和高压电动机10kV回路计量由微机综合保护测控单元完成。低压采用动力和照明分开计量的方式，在低压配电室的
24、总照明回路及一些辅助设施的380/220V馈线回路装设有功电度表。3.6.2 控制、信号及测量（1）10kV配电设备10kV配电设备中的电源进线柜、母线分段柜、变压器柜及电容器柜，均在高压配电柜上直接控制；10kV电动机则采用现场单机控制及控制室联锁控制的方式。各个高压开关柜上的微机综合保护测控单元的测量数据、事故信号、预告信号及保护状况以及高压开关柜的状态信号均通过微机综合保护测控单元的通讯接口引入微机监控后台。（2）380/220V低压配电设备每台用电设备的控制电路都使用独立的控制电源。每个配电抽屉设置可观察状态的信号系统（运行停止故障）。热继电器直接接入或通过电流互感器接入电机控制回路。
25、参与联锁或可远距离操作电气设备，设在现场的停车开关具有闭锁功能。接线端子留有10%备用端子。对于不能直接起动或有特殊起动要求的电动机采用软启动方式起动；有调速要求的用电设备采用变频调速。3.6.3 保护及备自投装置（1）10kV配电装置采用微机型综合保护装置，具体设置为：10kV电源进线保护，设有带时限电流速断保护、单相接地保护、定时限过流保护。10kV配电变压器保护，设有电流速断、定时限过流、单相接地保护、温度等保护。10kV电动机保护，设有电流速断、过负荷保护、低电压及单相接地等保护。（2）低压用电设备的保护低压用电设备采用短路保护、过负荷保护以及断相保护。短路保护由低压断路器的瞬时脱扣器
26、实现，过负荷及断相保护由热继电器实现。（3）电力设备过电压保护为防止高压配电装置和变压器的雷电侵入波过电压， 10kV母线侧装设氧化锌避雷器；为防止系统单相接地时容易产生间歇性弧光接地过电压，10kV母线侧装设微机消弧消谐选线综合装置；为防止真空断路器的操作过电压，采用装设三相组合式过电压保护器。低压母线段及控制电源上装设防雷保护。3.6.4 操作、信号电压及直流系统高压用电设备的操作电压采用直流220V，低压用电设备的操作电压采用交流220V。 在电气主控室内设一套直流屏60AH、220V，配免维护铅酸蓄电池组。3.6.5主要设备选型10kV配电设备选用中置式高压开关柜，配置国产高压真空断路
27、器及国产微机综合保护测控装置。高压电容补偿柜选用国产电容器组。低压配电设备选用MNS型抽屉柜，配备国产一流低压断路器。变压器选用干式变压器，2000KVA 10/0.4KV。直流屏60AH、220V，配免维护铅酸蓄电池组。低压软动器选用ABB产品。3.6.6 照明系统本装置的照明种类根据需要设置正常照明、应急照明和检修照明三种。正常照明采用380/220V电压，在低压配电柜上设有专用照明配电抽屉，本装置各个工段、设施所需的照明用电均由照明配电回路供给。照明用电采用就地控制方式，由设在进出通道处的照明开关控制。照明使用新型、高效灯具，并根据各生产岗位环境特征、安装方式和防护要求配置合适的照明灯具
28、和相应的光源。在爆炸危险装置区域内选用国产防爆工厂灯，配置金属卤素灯；一般装置区域内选用国产三防工厂灯，配置金属卤素灯；办公室、配电室、控制室等场所采用荧光灯。3.6.7 防雷、接地及静电接地为了防止直接雷击，在需要防雷击的建、构筑物顶上装设避雷带。为了防雷电感应及防静电，各主要金属物，如设备、管道、构架等，应与接地装置相连。变配电所10/0.4kV变压器低压侧中性点直接接地并设接地体，各工艺生产场所均设安全接地装置并与变压器中性点接地体相连，380V接地系统采用TN-S系统，利用镀锌扁钢把全厂的防雷接地装置、防静电接地装置和安全接地装置相接在一起，构成全厂接地网，冲击接地电阻值不大于4欧姆。
29、10kV系统为中性点不接地系统。3.7 土建设计原则3.7.1 建筑设计原则（1）建筑设计应尽量满足生产工艺对建筑防火防爆、防尘洁净、采光通风、隔热遮阳、抗震设防、防腐蚀、防噪声等技术要求。（2）建筑设计应符合环境保护、节约用地、节约能源的原则。（3）厂房布置力求联合露天一体化，合理组织内外空间使其达到节约用地，缩短管线降低能耗，减少投资的目的。（4）建筑材料贯彻节约的原则，尽量利用地方材料，选用价廉、高效的防腐材料满足各类防腐要求。（5）根据工艺生产的不同需要对各类建（构）筑物采取分区、分类、不同级别的防腐措施。（6）防火防爆措施：厂房尽可能露天敞开，改善厂房的通风条件；屋盖设计和开窗大小考
30、虑必要的泄爆面积；楼地面选用不易发火的材料；满足消防要求，并采用相应耐火等级的建筑物配件。（6）建筑装饰：建筑立面处理尽可能简洁、明快，以浅色为主、深色线条为辅；内墙刷白色内墙涂料，配电、办公、控制用房为白色乳胶漆墙面。（7）控制室地面作防静电地板和吊顶。3.7.2 结构设计原则（1）结构设计所遵循的标准、规范见本建议书第二章。（2）结构设计应认真贯彻执行国家现行技术经济政策、规范及有关地方标准、规定，遵循我国现行规范、标准、规程和规定，符合我国有关法律和法规。必须保证建、构物筑具有足够强度、刚度、稳定性、耐久性。做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量。（3）结构设计应满足合同要求，满足工
31、艺流程需要，方便施工、方便生产操作与安装检修。（4）结构设计应注重环保和可持续发展。（5）结构设计应根据化工生产特点，充分考虑市场上新材料，合理、经济选用行之有效的防火、防爆、防腐等材料与措施。（6）努力优化设计、结合施工，充分考虑地方人力、物力资源。设计既考虑地方施工的技术水平又反映当前国内技术发展，钢筋混凝土预制与现浇结合、预应力与非预应力结合，以较低的投资完成工程建设任务。（7）重视概念设计和结构选型、结构计算、结构构造四个环节。（8）优先采用国家现行标准图及地区、本公司标准图、通用图，结构设计计量单位统一采用我国法定计量单位。3.7.3 钢结构设计原则钢结构的设计工作中，必须遵循技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的设计原则。所有钢结构的设计、施工及安装均应严格遵守国家有关规范、规程。3.8 总图设计原则（1）充分考虑现有场地地形、地质特点，合理利用土地，节约用地。
