全書共10章,主要介紹石油化工裝置中的儀表選型,控制室、機柜室,在線分析系統(tǒng)及分析小屋,儀表供電,儀表供氣,儀表防爆、防護(hù)、防雷和接地,儀表控制系統(tǒng),儀表安全相關(guān)系統(tǒng),儀表安裝與安裝材料等。本書資料翔實,內(nèi)容豐富,具有應(yīng)用性強、章節(jié)分明、解釋準(zhǔn)確等特點,既可作為相關(guān)領(lǐng)域工程碩士實踐教學(xué)用書,亦可供從事石油化工建設(shè)項目工程經(jīng)濟(jì)的技術(shù)人員參考。
本教材主要內(nèi)容包括化工裝置設(shè)計中的儀表專業(yè)設(shè)計,主要內(nèi)容是化工連續(xù)流動態(tài)運轉(zhuǎn)的工業(yè)裝置的溫度、壓力、流量、液位控制儀表的選用設(shè)計方法,及常規(guī)控制儀表的一般介紹和選用方法,以及新的數(shù)字系統(tǒng)控制設(shè)備的介紹,單片機內(nèi)外部功能部件的硬件及其軟件程序設(shè)計技術(shù)、半導(dǎo)體存儲器,并行I/O接口,A/D和D/A接口,中斷/定時器系統(tǒng),串行通訊等硬軟件設(shè)計技術(shù)等內(nèi)容。本書可供從事化工裝置儀表設(shè)計、施工和管理的人員參考,也可作為化工自動化儀表工程研究生的學(xué)習(xí)參考書。
中石化上海工程有限公司(以下簡稱上海工程公司)的前身是上海醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計院,創(chuàng)建于1953年。六十多年來,公司不斷發(fā)展壯大的歷程鑄就了企業(yè)深厚的文化底蘊,在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)下了永志史冊的全國首創(chuàng)。眾多創(chuàng)新成就在各個領(lǐng)域躋身先進(jìn)行列,為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。 上海工程公司本次受全國工程碩士教指委、上海市教委和華東理工大學(xué)的委托,負(fù)責(zé)編寫工程碩士實踐教學(xué)用書《石油化工裝置儀表工程設(shè)計》。上海工程公司集六十多年企業(yè)工程建設(shè)實踐與理念為一體,組織多名設(shè)計大師和國家注冊資深設(shè)計專家,融入了多年工程建設(shè)的智慧和經(jīng)驗,吸收了工程技術(shù)人員的新的創(chuàng)新成果,依據(jù)既注重基本理論,更著力實踐應(yīng)用的原則,使教材基于理論,源于實踐,力求將專家、學(xué)者、行家里手在長期工程實踐活動中積累的心得體會和經(jīng)驗介紹給廣大的青年學(xué)子,借此希望能對工程碩士培養(yǎng)教育和工程實踐企業(yè)基地建設(shè)工作有所啟發(fā)、借鑒和指導(dǎo)。 全書共10章,主要介紹石油化工裝置中的儀表選型,控制室、機柜室,在線分析系統(tǒng)及分析小屋,儀表供電,儀表供氣,儀表防爆、防護(hù)、防雷和接地,儀表控制系統(tǒng),儀表安全相關(guān)系統(tǒng),儀表安裝與安裝材料等。本書資料翔實,內(nèi)容豐富,具有應(yīng)用性強、章節(jié)分明、解釋準(zhǔn)確等特點,既可作為相關(guān)領(lǐng)域工程碩士實踐教學(xué)用書,亦可供從事石油化工建設(shè)項目工程經(jīng)濟(jì)的技術(shù)人員參考。 本書的出版獲得全國工程碩士教指委提升實踐教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)社會需求人才課題和上海市教育委員會專業(yè)學(xué)位研究生實踐教學(xué)基地建設(shè)課題立項支持,在此表示感謝。同時,編者在編寫過程中參考了許多文獻(xiàn),引用了一些行業(yè)資料和數(shù)據(jù),亦在此向相關(guān)作者致謝。本書編委會的各位專家在編制過程中付出了辛勤的勞動和努力,在此表示衷心的感謝! 由于石油化工裝置儀表工程設(shè)計博大精深,涉及的知識浩如煙海,且在工程建設(shè)實踐中不斷充實、完善和發(fā)展,因此書中的不足之處在所難免,希望廣大師生、同行專家和其他讀者提出寶貴的意見和建議,以便我們提高水平,不斷改進(jìn)。 編 者 2020年3月
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 自動化儀表在石化裝置中的地位和作用 1
1.2 自動化儀表工程設(shè)計 1
1.2.1 工程設(shè)計的總目標(biāo) 1
1.2.2 工程設(shè)計的內(nèi)容及其用途 2
1.2.3 工程設(shè)計的基本任務(wù) 2
1.2.4 工程設(shè)計的基本職責(zé)范圍 3
1.3 儀表專業(yè)在工程設(shè)計中常用的標(biāo)準(zhǔn) 3
1.4 工程設(shè)計階段與其他相關(guān)專業(yè)的設(shè)計聯(lián)系 4
第2章 儀表選型 5
2.1 總則 5
2.2 溫度儀表 6
2.2.1 一般要求 6
2.2.2 就地溫度計 6
2.2.3 遠(yuǎn)傳溫度檢測 8
2.2.4 溫度計套管 10
2.2.5 溫度變送器 15
2.3 壓力(差壓)儀表 15
2.3.1 一般要求 15
2.3.2 就地壓力表 15
2.3.3 遠(yuǎn)傳壓力(差壓) 17
2.4 流量儀表 18
2.4.1 一般要求 18
2.4.2 差壓式流量計 19
2.4.3 轉(zhuǎn)子流量計 30
2.4.4 速度式流量計 32
2.4.5 容積式流量計 36
2.4.6 質(zhì)量流量計 36
2.4.7 固體流量計和流量開關(guān) 38
2.5 物位儀表 38
2.5.1 一般要求 38
2.5.2 就地物位儀表 38
2.5.3 遠(yuǎn)傳測量物位儀表 41
2.5.4 物位開關(guān) 51
2.6 閥門 52
2.6.1 常用種類 52
2.6.2 調(diào)節(jié)閥 54
2.6.3 開關(guān)閥 68
2.6.4 自力式調(diào)節(jié)閥 68
2.6.5 閥門選型要求 69
2.7 過程分析儀表 75
2.7.1 一般要求 75
2.7.2 氣體分析儀 76
2.7.3 液體分析儀 79
2.8 可燃和有毒氣體檢測器 81
2.8.1 可燃?xì)怏w檢測器 81
2.8.2 有毒氣體檢測器 82
第3章 控制室、機柜室 84
3.1 簡介 84
3.1.1 中心控制室 84
3.1.2 現(xiàn)場控制室 85
3.1.3 現(xiàn)場機柜室 88
3.2 控制室、機柜室設(shè)計要求 89
3.2.1 建筑與結(jié)構(gòu)要求 90
3.2.2 室內(nèi)平面布置和面積 92
3.2.3 采光和照明 93
3.2.4 采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)和環(huán)境條件 94
3.2.5 設(shè)備的安裝和固定 94
3.2.6 健康、安全和環(huán)保 95
3.2.7 通信和電視監(jiān)視系統(tǒng) 96
3.2.8 進(jìn)線方式及保護(hù)措施 96
第4章 在線分析系統(tǒng)及分析小屋 100
4.1 在線分析系統(tǒng) 100
4.1.1 采樣系統(tǒng) 101
4.1.2 采樣預(yù)處理系統(tǒng) 106
4.1.3 回收系統(tǒng) 107
4.1.4 常用在線分析儀系統(tǒng) 109
4.1.5 在線分析系統(tǒng)的工程設(shè)計及實施 113
4.2 分析小屋 116
4.2.1 一般原則 116
4.2.2 結(jié)構(gòu) 117
4.2.3 配電 118
4.2.4 采暖通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng) 118
4.2.5 安全措施 120
4.2.6 公用工程 122
4.2.7 分析小屋的工程設(shè)計及實施 123
4.3 在線分析儀管理系統(tǒng) 126
4.3.1 一般要求 126
4.3.2 系統(tǒng)構(gòu)成 126
4.3.3 單一裝置的分析管理方案 128
第5章 儀表供電 129
5.1 供電范圍和方式 129
5.1.1 儀表及控制系統(tǒng) 129
5.1.2 儀表輔助設(shè)施 129
5.1.3 供電方式 130
5.2 儀表電源種類 130
5.2.1。牵校 131
5.2.2。眨校 131
5.2.3 24V(DC)電源 131
5.3 負(fù)荷等級 132
5.3.1 一級負(fù)荷 132
5.3.2 一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷 132
5.3.3 二級負(fù)荷 132
5.3.4 三級負(fù)荷 132
5.4 供電系統(tǒng)設(shè)計 133
5.4.1 電源配置原則 136
5.4.2 普通交流電源供電系統(tǒng) 136
5.4.3 不間斷交流電源供電系統(tǒng) 136
5.4.4。玻矗郑ǎ模茫╇娫垂╇娤到y(tǒng) 138
5.4.5 供電器材選擇和安裝 140
5.4.6 供電系統(tǒng)的配線 141
第6章 儀表供氣 144
6.1 氣源質(zhì)量要求 145
6.1.1 干燥度要求 145
6.1.2 潔凈度要求 151
6.2 供氣系統(tǒng) 152
6.2.1 氣源壓力 152
6.2.2 耗氣量計算 152
6.2.3 安全供氣設(shè)計 154
6.2.4 供氣方式 155
6.2.5 吹氣測量 157
6.3 供氣管路 157
6.3.1 供氣管路的敷設(shè) 157
6.3.2 氣動閥門供氣連接 158
6.3.3 供氣管路材質(zhì) 159
6.3.4 供氣管徑 159
第7章 儀表防爆、防護(hù)、防雷和接地 160
7.1 儀表防爆 160
7.1.1 爆炸性氣體環(huán)境 160
7.1.2 爆炸性粉塵環(huán)境 162
7.1.3 爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護(hù)級別的選擇 163
7.1.4 爆炸性環(huán)境內(nèi)儀表設(shè)備防爆形式的選擇 164
7.1.5 爆炸性環(huán)境內(nèi)防爆儀表設(shè)備類別和組別的選擇 166
7.1.6 本質(zhì)安全電路的設(shè)計 167
7.1.7 爆炸性環(huán)境內(nèi)防爆儀表工程 169
7.2 儀表防護(hù) 171
7.2.1 儀表防護(hù)等級 171
7.2.2 儀表及其測量管路的防護(hù) 173
7.3 防雷 177
7.3.1 儀表系統(tǒng)防雷的設(shè)計原則和基本內(nèi)容 177
7.3.2 電涌防護(hù)器的設(shè)置 179
7.3.3 儀表設(shè)備及電纜的屏蔽 182
7.3.4 儀表系統(tǒng)的防雷接地 184
7.4 儀表系統(tǒng)接地 187
7.4.1 儀表系統(tǒng)接地類別 187
7.4.2 保護(hù)接地 188
7.4.3 工作接地 188
7.4.4 屏蔽接地 189
7.4.5 本安接地 189
7.4.6 防靜電接地 189
7.4.7 防雷接地 189
7.4.8 接地連接系統(tǒng) 189
7.4.9 接地連接方法 190
第8章 控制系統(tǒng) 192
8.1 DCS 193
8.1.1。模茫拥幕炯軜(gòu) 194
8.1.2。模茫拥墓δ 195
8.1.3。模茫佑布渲 196
8.1.4 DCS軟件配置 198
8.1.5。模茫庸こ淘O(shè)計與集成 198
8.2 IDM 204
8.2.1。桑模 的基本配置 205
8.2.2。桑模 的功能 206
8.2.3 IDM 的工程設(shè)計與集成 210
8.3 PLC 211
8.3.1 基本結(jié)構(gòu) 212
8.3.2 應(yīng)用特點 214
8.3.3 產(chǎn)品分類 215
8.3.4。校蹋霉こ淘O(shè)計 216
8.4 CCS 220
8.4.1。茫茫优渲 221
8.4.2。茫茫拥膬(yōu)點 222
8.4.3 關(guān)鍵控制回路 222
8.4.4。茫茫涌刂颇繕(biāo) 223
8.4.5 CCS工程設(shè)計 223
8.5 現(xiàn)場總線 225
8.5.1 現(xiàn)場總線主要特點 225
8.5.2。疲疲茫、PFCS與DCS 226
8.5.3。疲疲龋爆F(xiàn)場總線設(shè)計 226
8.5.4 PROFIBUS現(xiàn)場總線 237
8.5.5。疲茫庸こ淘O(shè)計及實施 242
第9章 安全相關(guān)系統(tǒng) 243
9.1 SIS 244
9.1.1 簡介 244
9.1.2 SIS基本架構(gòu) 246
9.1.3。樱桑蛹夹g(shù)要求 247
9.1.4 SIS工程設(shè)計與實施 253
9.2 GDS 258
9.2.1 簡介 258
9.2.2。牵模踊九渲 258
9.2.3 GDS功能和技術(shù)要求 261
9.2.4。牵模庸こ淘O(shè)計與實施 261
第10章 儀表安裝與安裝材料 263
10.1 儀表安裝 263
10.1.1 儀表配管 263
10.1.2 儀表配線 270
10.1.3 儀表和電纜的保護(hù) 275
10.1.4 非設(shè)備/管道安裝 275
10.2 安裝材料 277
10.2.1 配管材料 277
10.2.2 配線材料 278
10.2.3 保護(hù)類材料 282
10.2.4 安裝材料統(tǒng)計 283
參考文獻(xiàn) 288
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 自動化儀表在石化裝置中的地位和作用 1
1.2 自動化儀表工程設(shè)計 1
1.2.1 工程設(shè)計的總目標(biāo) 1
1.2.2 工程設(shè)計的內(nèi)容及其用途 2
1.2.3 工程設(shè)計的基本任務(wù) 2
1.2.4 工程設(shè)計的基本職責(zé)范圍 3
1.3 儀表專業(yè)在工程設(shè)計中常用的標(biāo)準(zhǔn) 3
1.4 工程設(shè)計階段與其他相關(guān)專業(yè)的設(shè)計聯(lián)系 4
第2章 儀表選型 5
2.1 總則 5
2.2 溫度儀表 6
2.2.1 一般要求 6
2.2.2 就地溫度計 6
2.2.3 遠(yuǎn)傳溫度檢測 8
2.2.4 溫度計套管 10
2.2.5 溫度變送器 15
2.3 壓力(差壓)儀表 15
2.3.1 一般要求 15
2.3.2 就地壓力表 15
2.3.3 遠(yuǎn)傳壓力(差壓) 17
2.4 流量儀表 18
2.4.1 一般要求 18
2.4.2 差壓式流量計 19
2.4.3 轉(zhuǎn)子流量計 30
2.4.4 速度式流量計 32
2.4.5 容積式流量計 36
2.4.6 質(zhì)量流量計 36
2.4.7 固體流量計和流量開關(guān) 38
2.5 物位儀表 38
2.5.1 一般要求 38
2.5.2 就地物位儀表 38
2.5.3 遠(yuǎn)傳測量物位儀表 41
2.5.4 物位開關(guān) 51
2.6 閥門 52
2.6.1 常用種類 52
2.6.2 調(diào)節(jié)閥 54
2.6.3 開關(guān)閥 68
2.6.4 自力式調(diào)節(jié)閥 68
2.6.5 閥門選型要求 69
2.7 過程分析儀表 75
2.7.1 一般要求 75
2.7.2 氣體分析儀 76
2.7.3 液體分析儀 79
2.8 可燃和有毒氣體檢測器 81
2.8.1 可燃?xì)怏w檢測器 81
2.8.2 有毒氣體檢測器 82
第3章 控制室、機柜室 84
3.1 簡介 84
3.1.1 中心控制室 84
3.1.2 現(xiàn)場控制室 85
3.1.3 現(xiàn)場機柜室 88
3.2 控制室、機柜室設(shè)計要求 89
3.2.1 建筑與結(jié)構(gòu)要求 90
3.2.2 室內(nèi)平面布置和面積 92
3.2.3 采光和照明 93
3.2.4 采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)和環(huán)境條件 94
3.2.5 設(shè)備的安裝和固定 94
3.2.6 健康、安全和環(huán)保 95
3.2.7 通信和電視監(jiān)視系統(tǒng) 96
3.2.8 進(jìn)線方式及保護(hù)措施 96
第4章 在線分析系統(tǒng)及分析小屋 100
4.1 在線分析系統(tǒng) 100
4.1.1 采樣系統(tǒng) 101
4.1.2 采樣預(yù)處理系統(tǒng) 106
4.1.3 回收系統(tǒng) 107
4.1.4 常用在線分析儀系統(tǒng) 109
4.1.5 在線分析系統(tǒng)的工程設(shè)計及實施 113
4.2 分析小屋 116
4.2.1 一般原則 116
4.2.2 結(jié)構(gòu) 117
4.2.3 配電 118
4.2.4 采暖通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng) 118
4.2.5 安全措施 120
4.2.6 公用工程 122
4.2.7 分析小屋的工程設(shè)計及實施 123
4.3 在線分析儀管理系統(tǒng) 126
4.3.1 一般要求 126
4.3.2 系統(tǒng)構(gòu)成 126
4.3.3 單一裝置的分析管理方案 128
第5章 儀表供電 129
5.1 供電范圍和方式 129
5.1.1 儀表及控制系統(tǒng) 129
5.1.2 儀表輔助設(shè)施 129
5.1.3 供電方式 130
5.2 儀表電源種類 130
5.2.1 GPS 131
5.2.2。眨校 131
5.2.3 24V(DC)電源 131
5.3 負(fù)荷等級 132
5.3.1 一級負(fù)荷 132
5.3.2 一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷 132
5.3.3 二級負(fù)荷 132
5.3.4 三級負(fù)荷 132
5.4 供電系統(tǒng)設(shè)計 133
5.4.1 電源配置原則 136
5.4.2 普通交流電源供電系統(tǒng) 136
5.4.3 不間斷交流電源供電系統(tǒng) 136
5.4.4。玻矗郑ǎ模茫╇娫垂╇娤到y(tǒng) 138
5.4.5 供電器材選擇和安裝 140
5.4.6 供電系統(tǒng)的配線 141
第6章 儀表供氣 144
6.1 氣源質(zhì)量要求 145
6.1.1 干燥度要求 145
6.1.2 潔凈度要求 151
6.2 供氣系統(tǒng) 152
6.2.1 氣源壓力 152
6.2.2 耗氣量計算 152
6.2.3 安全供氣設(shè)計 154
6.2.4 供氣方式 155
6.2.5 吹氣測量 157
6.3 供氣管路 157
6.3.1 供氣管路的敷設(shè) 157
6.3.2 氣動閥門供氣連接 158
6.3.3 供氣管路材質(zhì) 159
6.3.4 供氣管徑 159
第7章 儀表防爆、防護(hù)、防雷和接地 160
7.1 儀表防爆 160
7.1.1 爆炸性氣體環(huán)境 160
7.1.2 爆炸性粉塵環(huán)境 162
7.1.3 爆炸性環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備保護(hù)級別的選擇 163
7.1.4 爆炸性環(huán)境內(nèi)儀表設(shè)備防爆形式的選擇 164
7.1.5 爆炸性環(huán)境內(nèi)防爆儀表設(shè)備類別和組別的選擇 166
7.1.6 本質(zhì)安全電路的設(shè)計 167
7.1.7 爆炸性環(huán)境內(nèi)防爆儀表工程 169
7.2 儀表防護(hù) 171
7.2.1 儀表防護(hù)等級 171
7.2.2 儀表及其測量管路的防護(hù) 173
7.3 防雷 177
7.3.1 儀表系統(tǒng)防雷的設(shè)計原則和基本內(nèi)容 177
7.3.2 電涌防護(hù)器的設(shè)置 179
7.3.3 儀表設(shè)備及電纜的屏蔽 182
7.3.4 儀表系統(tǒng)的防雷接地 184
7.4 儀表系統(tǒng)接地 187
7.4.1 儀表系統(tǒng)接地類別 187
7.4.2 保護(hù)接地 188
7.4.3 工作接地 188
7.4.4 屏蔽接地 189
7.4.5 本安接地 189
7.4.6 防靜電接地 189
7.4.7 防雷接地 189
7.4.8 接地連接系統(tǒng) 189
7.4.9 接地連接方法 190
第8章 控制系統(tǒng) 192
8.1 DCS 193
8.1.1。模茫拥幕炯軜(gòu) 194
8.1.2。模茫拥墓δ 195
8.1.3。模茫佑布渲 196
8.1.4 DCS軟件配置 198
8.1.5。模茫庸こ淘O(shè)計與集成 198
8.2 IDM 204
8.2.1 IDM 的基本配置 205
8.2.2。桑模 的功能 206
8.2.3。桑模 的工程設(shè)計與集成 210
8.3 PLC 211
8.3.1 基本結(jié)構(gòu) 212
8.3.2 應(yīng)用特點 214
8.3.3 產(chǎn)品分類 215
8.3.4。校蹋霉こ淘O(shè)計 216
8.4 CCS 220
8.4.1 CCS配置 221
8.4.2。茫茫拥膬(yōu)點 222
8.4.3 關(guān)鍵控制回路 222
8.4.4。茫茫涌刂颇繕(biāo) 223
8.4.5。茫茫庸こ淘O(shè)計 223
8.5 現(xiàn)場總線 225
8.5.1 現(xiàn)場總線主要特點 225
8.5.2 FFCS、PFCS與DCS 226
8.5.3 FFH1現(xiàn)場總線設(shè)計 226
8.5.4。校遥希疲桑拢眨蝇F(xiàn)場總線 237
8.5.5 FCS工程設(shè)計及實施 242
第9章 安全相關(guān)系統(tǒng) 243
9.1 SIS 244
9.1.1 簡介 244
9.1.2。樱桑踊炯軜(gòu) 246
9.1.3。樱桑蛹夹g(shù)要求 247
9.1.4 SIS工程設(shè)計與實施 253
9.2 GDS 258
9.2.1 簡介 258
9.2.2。牵模踊九渲 258
9.2.3 GDS功能和技術(shù)要求 261
9.2.4。牵模庸こ淘O(shè)計與實施 261
第10章 儀表安裝與安裝材料 263
10.1 儀表安裝 263
10.1.1 儀表配管 263
10.1.2 儀表配線 270
10.1.3 儀表和電纜的保護(hù) 275
10.1.4 非設(shè)備/管道安裝 275
10.2 安裝材料 277
10.2.1 配管材料 277
10.2.2 配線材料 278
10.2.3 保護(hù)類材料 282
10.2.4 安裝材料統(tǒng)計 283
參考文獻(xiàn) 288