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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, 经过工艺计算提出、 材料、 尺寸和 其它一些具体要求。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, 亦应重复对比报价, 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、 化工设备图的表示特点, 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示特点, 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 表示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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( b)
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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 上常见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。 常见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 常见管口符号
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.其它
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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, 一般对焊接接头型 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.其它 ? (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 - ( 化工设备设计文件编 制规定) 。
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三、 化工设备图的表示特点 (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示特点 1.视图配置灵活 2.需注意细部结构的表示
(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
设备的主体结构表示: 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, 易于表示的零件, 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示
使用局部放大图和夸大画法来表示这些细部结 构并标注尺寸。 ? (1)局部放大图(也称”节点详图”) 表示细部结构时, 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。 难以表示其厚度, 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 ? 如内部结构仍未表示清楚, 可将某塔节(层)用 局部放大的方法表示。 ? 如设备总体形象表示不完整时, 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.多次旋转的表示方法
管口、 开口及其它附件, 使用多次旋转的表示 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.管口方位的表示方法
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。 ( 各管口的方位表示参看章末附图) ? 用基本视图和一些辅助视图可表示清楚化工设 备的基本结构形状的, 可用管口方位图来表示 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
可用点划线示意表示, 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, 能够只画出其中一个。 ? 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形管的表示和列表格式
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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.确定其它基本视图 3.选择辅助视图和各种表示方法
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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 经过标题栏, 了解设备名称、 规格、 材料、 重 量、 绘图比例等内容。 经过明细栏、 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示设备所采用的视图数 量和表示方法, 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, 结合其它基本视图、 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 体或其它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 经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经过实际操作, 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。 ? 支持表示式(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、 必须汽蚀余量计算、 比转数、 扬程计 算、 真空泵计算 ? 设备及管道绝热设计: 常见绝热材料的性能、 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) ? CMCAD ( 山东大学) 、 EPDRAW ( 南化设计院
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PVCAD的使用
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( 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, 单击该项就能够形成 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”选项就能够在 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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化工设计
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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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化工设计
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