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化工工艺设计涉及计算的软件介绍化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，火炬泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。
这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。
大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。
下面就我的经验来看看常用的一些软件。
1. 工艺流程模拟：ASPEN PlusPro IIHYSYS2. 管道水力学计算：通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。
当然，也可以自己编制，一般来说使用CRANE手册提供的公式就足够了。
两相流的水力学计算相当复杂，自己编制费力不讨好，用公司内部经过验证的表格就可以了。
3. 公用工程管网计算我用过Pipe 2000，肯塔基大学教授的出品，包括Gas 2000, Water 2000, Steam 2000等一系列。
Pipenet也是不错的选择。
有人用SimSCI的InPlant。
没用过，有用过的朋友可以介绍一下。
4. 换热器设计计算HTRIHTFS这两个软件都可以。
常见的介质用HTRI更好，因为它的物性数据是经过实验得到的。
HTFS使用了ASPEN或HYSYS的物性数据，很多都是计算得到的，所以精度可能稍差。
5. 压力容器尺寸计算（长度与内径）工程公司往往使用自制的EXCEL表格来计算容器尺寸。
内构件一般要提交供货商来设计。
计算容器尺寸首先要确定容器的用途：气液分离，液液分离，还是气液液三相分离。
然后要确定容器是卧式还是立式。
最后要根据物料属性，考虑是否使用Wire Mesh或其他内构件来除去微小雾滴。
以上三项是影响计算的主要因素。
6. 塔设备计算塔设备的计算和内构件的计算通常要由主要的供货商来进行。
软件比如说Koch-Glitsch的KG-T ower和Sulzer 的SULCOL。
管径选择与管道压力降计算第一部分管径选择1．应用范围和说明1.0.1本规定适用于化工生产装置中的工艺和公用物料管道，不包括储运系统的长距离输送管道、非牛顿型流体及固体粒子气流输送管道。
1.0.2对于给定的流量，管径的大小与管道系统的一次投资费(材料和安装)、操作费(动力消耗和维修)和折旧费等项有密切的关系，应根据这些费用作出经济比较，以选择适当的管径，此外还应考虑安全流速及其它条件的限制。
本规定介绍推荐的方法和数据是以经验值，即采用预定流速或预定管道压力降值(设定压力降控制值)来选择管径，可用于工程设计中的估算。
1.0.3当按预定介质流速来确定管径时，采用下式以初选管径：d= ρ—1)或 d= —2)式中d——管道的内径，mm；W——管内介质的质量流量，kg／h；——管内介质的体积流量，m3／h；Vρ——介质在工作条件下的密度，kg／m3；u——介质在管内的平均流速，m／s。
1.0.4当按每100m计算管长的压力降控制值(⊿Pf100)来选择管径时，采用下式以初定管径：–—1)d＝ρμ⊿Pf100–—2)或 d＝ρμ⊿Pf100式中μ——介质的动力粘度，Pa·s；——100m计算管长的压力降控制值，kPa。
⊿Pf100推荐的⊿Pf1001.0.5本规定除注明外，压力均为绝对压力。
2．管道内流体常用流速范围和一般工程设计中的压力降控制值3．核定3.0.1初选管径后，应在已确定的工作条件及物料性质的基础上，按不同流动情况的有关公式，准确地作出管道的水力计算，再进一步核定下述各项：3.0.2所计算出的管径应符合工程设计规定；3.0.3满足介质在管道输送时，对流速的安全规定；3.0.4满足噪声控制的要求。
第二部分管道压力降计算1 单相流(不可压缩流体)简述本规定适用于牛顿型单相流体在管道中流动压力降的计算。
在化工工艺专业已基本确定各有关主要设备的工作压力的情况下，进行系统的水力计算。
根据化工工艺要求计算各主要设备之间的管道(包括管段、阀门、控制阀、流量计及管件等)的压力降，使系统总压力降控制在给定的工作压力范围内，在此基础上确定管道尺寸、设备接管口尺寸、控制阀和流量计的允许压力降，以及安全阀和爆破片的泄放压力等。
由于在高温下工作的化工管道不可能在高温下进行压力试验，而是常温下进行的，因此，对于操作温度高于200℃的碳钢管道和操作温度高于350℃的合金管道的液压试验，其试验压力应乘以温度修正系数。
试验压力PS按如下公式计算：(5—7)式中 p——工作压力，MPa；K——压力试验系数。
中、低压管道K=1．25；高压管道K=1．5；——常温下管材的许用应力，按20℃时选取，MPa；——在操作温度下管材的许用应力，MPa。
试验压力PS的值不得小于(p+1)，式中的温度修正系数值最高不超过1．8。
真空操作的石油化工管道，试验压力规定为0．2MPa。
二、管道分级(一)按压力分石油化工管道，有低压、中压、高压、超高压及真空管道之分，压力分级如表5—10。
表5—10 管道压力等级划分工作压力≥9．0MPa，且工作温度≥500℃的蒸汽管道可升级为高压管道。
(二)按压力和介质危害程度分按中国石化总公司《石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范》SHJ 501—85的规定，可分为A、B、C三个级别，见表5—11。
表5—11 管道按介质性质分级(三)按最高工作压力、最高工作温度、介质、材质综合分类。
见表5—12。
表5—12 管道综合分类(1)介质毒性程度为Ⅰ、Ⅱ级的管道按Ⅰ类管道。
(2)穿越铁路干线、公路干线、重要桥梁、住宅区及工厂重要设施的甲、乙类火灾危险物质和介质毒性为Ⅲ级以上的管道，其穿越部分按Ⅰ类管道。
(3)石油气(包括液态烃)、氢气管道和低温系统管道至少按Ⅲ类管道。
(4)甲乙类火灾危险物质、Ⅲ级毒性物质和具有腐蚀性介质的管道，均应升高一个类别。
(5)介质毒性程度参照GB 5044《职业性接触毒物危害程度分级》的规定分为四级，其最高容许浓度分别为：Ⅰ级(极度危害)<0．1mg／m3；Ⅱ级(高度危害)0．1～<1．0mg/m3；Ⅲ级(中度危害)1．0～<10mg／m3；Ⅳ级(轻度危害))10mg／m3。
化工容器关键尺寸的计算
1.工艺尺寸的计算
工艺尺寸主要是指为了满足工艺的需要，容器应该具有的一些基本尺寸。
如容器的长度、直径（内径）、封头的类型及其尺寸，接管的大小、人孔的大小等工艺需求的尺寸。
1.1容器的体积尺寸
一般在设计容器前，就已经知道该容器能够装下的物料的体积V 工艺。
对于用于物料停留的中间储罐的容积，可按照下式计算：
=V G τ⨯工艺
τ——物料在容器中的停留时间，s （原料罐及成品罐的周转时间一般为20天，中间储罐或缓冲罐为20min ） （1） 球形容器的直径
i D η——充装系数，一般为0.85~0.95 （2） 上下均采用平板封头的圆柱形容器
假设长径比为β，经验数据采用2~4
i D
i h （3） 上下均采用标准形椭圆封头的圆柱形容器
假设容器长径比h/D=β，则h=βD i （此h 已包括了封头的直边高度），封头的长轴和筒体直径相同，封头的短轴为长轴的一半。
则整个容器的计算体积为：33=12C i V D ππβ+
i D
i h （4） 上下均采用半球形封头的圆柱形容器
假设容器长径比h/D=β，则h=βD i （此h 不包括封头的高度），封头的直径和筒体直径相同，封头的高度为筒体直径的一半。
则整个容器的计算体积为：323=12C i V D ππβ+
i D
i h
1.2接管大小的计算及位置的确定
（1）如果是有法兰连接的，一般需要100-150mm 以上的接管长度，以便与法兰上的螺栓安装连接；
（2）如果是螺纹连接，则其长度可以稍短；
（3）一般管内为液体的适宜流速应小于3m/s ，气体的适宜流速应小于100m/s 。
（4）安装位置的确定应根据物料进出的方便、设备安装的方便、物料最后排空的方便等诸多因素确定。
如物料的进料管一般在容器的上方，出料管一般在容器的下方，最后的排空管应在容器的最底部。
1.3人孔大小及位置的确定
人孔应根据具体设备的需要设定，尽量选用标准件，应在服从设备强度要求的前提下，方便安装和人员进出。
2有关强度尺寸的计算 2.1内压容器
容器在各种因素如容器中物料产生的静压、物料表面的气压（指存储液体的容器）、物料气体的压力、温差引起的应力等混合作用下，在不同的方向，产生不同的应力，对于内压薄壁容器的回转壳体一般产生3个主要应力，通常第一主应力为周向应力（σθ），第二主应力为径向应力σϕ，第三个主应力是周向应力σZ ，由于σZ 与σθ和σϕ相比可忽略不计，按σZ ≈0计。
2.1.1第一强度理论
1=[]σσ
【σ】——容器壁中三个主应力中最大的一个主应力，是材料的抗拉、抗屈服、抗蠕变极限规定许用应力中最小的一种
当筒体的环向焊缝系数与纵向焊缝系数之比小于0.5时，径向应力成为主要控制应力，此时ϕ取环向焊缝系数。
2.1.2圆筒壁厚的确定
=
2[]i
t
pD t p
σϕ-（计算厚度） 式中：
D i ——容器内直径，mm
[σ]t ——设计温度下材料许用应力，Mpa p ——设计内压力，Mpa
ϕ——焊缝系数（实际圆筒由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于母材） （1） 考虑容器内部介质或周围大气腐蚀
增加一腐蚀裕度C 2
2=
2[]i
d t
pD t C p
σϕ+-（设计厚度） C 2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定：对于碳素钢和合金钢，腐蚀裕量一般大于1mm ；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极小时，腐蚀裕量可取0 （2） 名义厚度（t n ）——图样上标明的厚度
由于供货钢板有可能出现负偏差，实际采用钢材标准规格的厚度是圆整值。
1n d t t C ≥+
C 1——钢板厚度负偏差（厚度超过60mm 的钢板其负偏差取1.5mm ） 2.1.3封头壁厚的确定
封头是容器中除筒体之外的另一个重要组件，封头的厚度设计和筒体相仿。
（1） 球形封头
4[]i
t pD t p
σϕ=-
（2） 标准椭圆形封头
2[]0.5i
t pD t p
σϕ=
-
（3） 球冠形封头
2[]i
t QpD t p
σϕ=-（Q ——和球冠结构和受压有关的系数，其值远大于1）
（4） 蝶形封头
2[]i
t
M pD t p ασϕ=-（其中，1(34
M =，α通常为0.9）
（5） 不带折边锥形封头
1
cos 2[]i
t
pD t p
α
σϕ=⨯-（α——锥形封头的半锥角）
（6） 带折边锥形封头
02[]i
t f pD t p
σϕ=
-（其中，012
(1cos )cos i
D r
f αα
--=
）
2.2外压容器
外压容器的厚度计算取决于容器失稳。
容器应有足够的厚度保证其不会失稳。
[]e
Bt P D =
（许用外压，Mpa ）
其中：
t e ——外压容器筒体的有效厚度，mm
D 0——外压容器筒体的有效外直径，D 0=D i +2t e ，mm
B ——和容器结构形状系数或容器几何系数A 及材料弹性模量E 有关的数，Mpa （23EA B =）
【附录1】
流体在不同管道内的适宜流速。
