第四章设备的工艺设计及化工设备图.doc

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第四章 设备的工艺设计及化工设备图
教学内容: 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： 教学重点:设备的选择 教学难点： 教学难点：非定型设备设计
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第一节
化工设备选用的一 般原则
教学内容： 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。
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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
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1.标准设备或定型设备 标准设备或定型设备，是成批系列生产的设备， 标准设备或定型设备 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 非定型标准设备，需专门设计和特殊设备.非 非定型标准设备 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.
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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 先进性： 水平、生产能力、转化率、收率、效率 要尽可能达到先进水平。
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安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故 安全性： 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， 经济性： 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 系统性： 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".
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第二节
非定型设备设计的主要 程序
教学内容： 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。
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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。
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序 号 1
设计文件名称
专业负责人
专业组长
设计
校核
审核
审定
初步设计文件
（编制）√
（校核)√
√
2
工程设计规定
（编制)√
（校核)√
√
总图及详图 3 设备简图(设备工程图 计算书
√
√
√
√
√
√
总图
√
√
√
（注1)√
零部件图 4 三类容器和复杂关键特殊设备 计算书
√
√
√
（注2）√
√
√
√
(注1）√
说明书
√
√
√
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总图
√
√
√
5
一、二类特殊设备
零部件图
√
√
√
计算书
√
√
√
总图
√
√
√
6
一般特殊设备
零部件图
√
√
√
计算书
√
√
√
7
工程标准、程序说明书
(编制）√
（校核）√
√
（注2）√
8
标准图、通用图
√
√
√
（注2)√
9
设备通用技术规定
(编制）√
(校核）√
√
（注2）√
10
采购(询价)技术规格书或请购 单
(校核）√
（审核)√
(注3)√
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注: 1。超标准的压力容器总图和计算书以及新开 发设计的复杂关键特殊设备的总图和计算 书，也需经压力容器技术负责人审定和签 署。 2。 重要或关键部件图和工程标准、标准图等 才需审定。 3. 当几台设备组成一个采购包时,该文件由 指定工程师编制.
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第三节 化工设备图
教学内容： 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.
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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.
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图4—1 工程图的布置
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图4-2 装配图的布置
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（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.
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（a） 图4—3 部件图的布置
（b)
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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.
(a） 图4-4 零件图的布置
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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
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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。
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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
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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
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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.
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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。
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(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、A—A、 B-B等。
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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TI1~2、LG1～2 等。 表4-6 常用管口符号
手 孔 液位 计口 液位开 关口 液位变 送器口 压力 计口 压力变 送器口 在线分 析口 安全阀 接口 温度 计口 温度计口 （现场) 裙座排 气口 裙座 入口
管口名称或 用途
人孔
管口符号
H
W
LS
LT
M
PI
PT
QE
SV
TE
TI
VS
W
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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
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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。
a。标题栏1(又名图纸标题栏）。
图4—9（a） 标题栏1的内容和尺寸
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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
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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
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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
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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。
a.明细栏1，用于装配图及零件图。
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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。
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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）：
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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。
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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。
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6。签署栏
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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）。
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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
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（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
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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。
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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.
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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。
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简 化 塔 和 断 开 画 法
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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。
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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.
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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
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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
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(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.
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(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.
液面计的画法和标注
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(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
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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）
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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）
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7。 化工设备镀涂层和衬里剖面的画法 ? (1)薄涂层 （2）薄衬层
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(3)厚涂层
（4)厚衬层
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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；
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（三)化工设备单线图
1. 单线图中壳体厚度标注
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2。法兰连接、接管补强板等的单线图
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3、法兰、法兰盖、螺栓、螺母、垫片的单线图
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4、吊耳、环首螺丝、顶丝
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5. 吊柱
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6.支座、接地板
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7、换热器
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U形管的表达和列表格式
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U形管装配图的侧视图
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8。 塔器
塔盘简化法
进料管画法
梯子简化法
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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
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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 件号: 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。
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尺寸标注
化工设备标注尺寸类型
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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
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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
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（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.
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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。
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(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。
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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
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第四节 设备工艺及设备图的计算机 辅助设计
教学内容: 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.
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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、 ChemCAD SuperPro Designer 等.
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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。
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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）
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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 PVCAD3。10 心站） ？ CMCAD2004(山东大学）、 EPDRAW2000(南化设计院
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化工设计
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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。
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化工设计
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主体（筒体和封头）数据输入
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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
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化工设计
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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
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