1、工藝設計及PF陽計在化工裝置設計中，除了工藝系統設計以外，還有管道、設備、機械、 建構筑物、公用工程、電氣、儀表、安全衛生、消防、分析化驗、環境保護 等領域的設計工作，還要從全局考慮總平面布置、原料和產品的輸送及設計 方案的技術經濟性，這些都需要在化工工藝系統設計中充分考慮，所以說化 工工藝系統設計是一門綜合的技術。在各個設計階段中，作為設計主體的化 工工程師，必須與其他各專業密切溝通，相互配合，才能完成整個設計任務。 這就要求化工工程師不僅精通、熟悉有關的標準規范和設計技能，并能在工 程設計項目中恰當地應用、執行它，同時還要具備較廣泛的相關專業知識。國內工程設計階段一般分為初步設計階段和施工

2、圖設計階段，國際上通 行的作法是分為工藝包設計階段、基礎設計階段和詳細設計階段。在化工工藝系統設計中，工藝流程設計的各個階段的設計成果都是通過 各種流程圖和表格表達出來，按照設計階段的不同，先后有方框流程圖(block flowsheet )、工藝流程草(簡)圖(simplified flowsheet )、工 藝物料流程圖(Process Flow Diagram即PFD和管道儀表流程圖(Piping & Instrumentation Diagram 即P&I D)也有用“帶控制點的工藝流程圖 (Process and Control Diagram即 PCD 代替 P&a

3、mp;ID)等種類。對于醫藥行業來說，根據其特有的生產潔凈區級別要求，還有人員-物料分流圖(Material and Personnel Flow Drawing )、工藝流程及環境區域劃分示意 圖(Plant Schematic and Process Flow Diagram ) 等。下面對工藝設計、工藝包設計內容及 PFD的設計作簡單介紹。一、工藝設計1、工藝專業設計和工藝包從廣義上講工藝設計應包含工藝專業設計和工藝包設計兩方面的內容。工藝專業設計的主要任務是對一個化工產品的生產流程先進行基本的計 算，在此基礎上給有關專業提出條件，在有關專業的參與下以工藝專業為主， 完成PFD（X藝物料

4、流程圖Process Flow Diagram）的設計任務。這個生產流 程可以是工藝專業的設計人員自己開發的，也可是其它專利商提供的技術。工藝包一個專門的技術名詞，它特指包含一個化工產品的生產技術的全 部技術文件。這些文件通常應當包含以下的內容：生產該產品應該采用的化 工生產單元、應該采用的化工設備、應該采用的自動控制方案、所采用的原 料以及生產該產品的原料及公用物料的消耗量。化工工藝設計工程師在進行工藝設計時，需要進行各種設計計算，如物 料平衡和熱量平衡的計算，這是化工工藝設計中最基本的計算之一，也是使 用最頻繁的計算。當生產流程基本確定后，只有完成上述計算，才能進行設 備設計計算等其它方面

5、的計算。物料平衡和熱量平衡的基本計算原則是質量 守恒和能量守恒定律。要使工藝包的設計具備先進水平、使產品具備市場競 爭能力，在進行流程模擬時就要注意流程的可行性，要使每一股物流都有合 理的去處，盡量做到物盡其用；另外要特別注意熱量的綜合利用，要考慮把 高溫的溶劑和蒸汽冷凝液都盡量利用起來，這就需要應用“能量綜合設計” 的技術。工藝包設計的依據是已批準的可行性研究報告、總體設計和設計基礎資 料，據此進行工藝包設計。工藝包設計應完成的主要任務有： 繪制PFD完成工藝物料平衡計算、編制工藝設備數據表（主要是技術規格要求和負荷）、編制公用物料的設計原 則和平衡圖、確定環保的設計原則和排出物的基本原則、

6、進行安全分析（Process Safety Review ）（或稱為風險評價Risk Assessment ）等。在工藝設計的過程中，工藝專業要和不同專業互提條件。發出條件表的 專業是主導專業，條件表是主導專業設計工作的初步成果，是接受條件專業 的設計依據，是很重要的技術文件。這一階段中，主要工作是由工藝設計人員、其它專業的有關人員和項目 管理人員參加并完成的，工藝過程的重大原則和設計方案應該組織有關人員 評審后才能確定（寰球公司規定要經過室審和院審），此階段是整個設計工 作全面展開的基礎。2、設計基礎每個設計項目在簽訂設計合同時，都要在設計合同的技術附件中，用詳 細的清單列出設計單位要求業主

7、提供的設計基礎數據的內容，即項目設計數據。項目設計數據是順利開展設計工作最基本的依據，缺少項目設計數據， 設計工作就變成無米之炊，是無法開展的。工程項目只能在此基礎上進行設 計和建設。業主根據合同的要求，應按時提出設計單位所需的全部項目設計數據，項目設計數據必須由業主單位的建設項目負責人簽名認可，才能正式作為設計基礎數據提供給設計人員使用。工藝和工藝系統專業是從項目經理那里拿到業主認可的項目設計數據， 依據這些數據開始設計準備工作。項目設計數據如果有變更，要依據業主的 正式通知，由項目經理向有關設計人員發布修改后的項目設計數據，有了設計變更通知設計人員才能修改有關的設計文件。必須重視項目設計數

8、據的變 更，它可能會直接影響到工藝流程的改變甚至影響整個項目的合同規定，所 以對此應當十分慎重。工藝及工藝系統專業至少應當得到下列數據，才有條件開展設計工作。(1)所采用的工藝技術路線及其依據，裝置的年設計生產能力，年操作 小時數及裝置操作彈性、操作制度、設計工況。(2)原材料、輔助原料、催化劑、化學品的規格要求及界區條件。(3)產品、中間產品及副產品的規格(產品牌號、規格、性能等)要求。(4)產品方案及產品性能。(5)公用物料的各項規格要求及界區條件(溫度、壓力、水質分析等)c(6)提出原材料、輔助原材料、催化劑、化學品、工藝過程中公用物料的消耗定額及副產品產出定額(預期值)。(7)提出工藝

9、過程排出物(氣體、液體、固體等)排放源、排放數量及其組成。(8)現場數據，氣象數據，供電及電信系統等的數據。(9)設計規范和標準。3、工藝包設計內容工藝包設計文件一般應包括以下內容。設計范圍。說明工藝包包括的范圍及生產規模。設計基礎。工藝對原材料、催化劑、化學品及公用工程的規格要求，成品規格，生產能力(收率、轉化率)，消耗定額，三廢排放量及規 格，生產定員，工程保證指標和需要說明的安全生產要求。工藝流程說明。按工藝流程的程序，詳細的說明生產過程，包括有關 的化學反應及機理，操作條件，主要設備特點，控制方案以及工程設 計所必須的工藝物料的物化性質數據。物料平衡及熱量平衡計算結果。全流程典型的物料

10、平衡，應考慮到負 荷的波動及各主要工況，作為工程設計的重要依據。PFD表示工藝生產所有主要設備（包括位號、名稱），特殊閥件設置， 物流數據（流量、組成、溫度、壓力等特性）以及控制、聯鎖方案。 工藝設備表（設備一覽表）。應填寫設備位號、設備名稱、介質名稱、 操作壓力、操作溫度、材質等。主要設備工藝數據表（工藝規格書），包括主要機械設備數據表。主 要設備數據表應列出所有工藝規格要求及有關數據、設備的材質要 求、傳動機械要求及必要的設備條件圖。P&I D 0版。表示管道尺寸、材料等級、伴熱、閥門、絕熱（保溫 / 保冷）等級、安全閥系統、管道編號、儀表及控制回路等。儀表數據表、控制原理圖、報警

11、聯鎖表。管道規格書（或者管道材料圖）。包括介質、工藝條件、設計條件、 管道尺寸、管道材料、保溫等。初步布置圖。表示主要設備布置和占地面積。特殊管道材料等級規定。生產操作和安全規格的要求。分析化驗的要求。特殊的檢修要求 界區備件表。操作手冊（操作指南）。二、工藝物料流程圖（PFD的設計PFD的設計是化工廠裝置設計過程的一個重要階段，在 PFD的設計過程 中，要完成生產流程的設計、操作參數和主要控制方案的確定，以及設備尺 寸的計算，是從工藝方案過渡到化工工藝流程設計的重要工序之一。PF渥項目設計的指導性文件之一，在工藝設計階段完成。發布之后有關 專業必須按PFD圖進行工作，并只能由工藝專業解釋和修

12、改。1、PFD的設計內容PFD的主要內容應包括：全部工藝設備及位號，主要設備的名稱、操作溫 度、操作壓力；物流走向及物流號（流股號），同時，應有與流股號對應的 包括物流組成、溫度、壓力、狀態、流量及物性等主要物流計算結果的物料 平衡表，可表示在PFD上，或單獨出版，根據不同的設計工況應分別列出或 出版；主要控制方案的儀表、功能及其信號走向；標出泵的流量和進出口壓 力、塔的實際板數及規格、換熱器的熱負荷等。PFD必須反映出全部工藝物料和產品所經過的設備、主要物料的管道、并表示出進出界區的流向。對于 公用工程，如水、冷凍鹽水、氮氣、工藝用壓縮空氣、蒸汽及冷凝液系統僅 表示工藝設備使用點的進出位置。

13、一般每個工程（或公司）都要發布用于 PFD設計的圖例、符號（規定） 圖（LEAD SHEET, Xt PFD設計中的設備畫法、設備編號、儀表符號、標注 符號、管道符號、物料代號以及縮寫詞等作統一規定（也有在PFD®上簡單F面分別簡述設備、工藝物流和主要控制方案的具體設計內容和畫法(1)設備在PFD中，設備用細實線簡單繪出，如有多臺相同設備并聯時，可以只 畫出一臺，但要標明位號 A/B,而對于需要再生的設備，需全部繪出。主要 設備盡可能按適當比例畫出相對位置、大小，而設備的基礎、裙座和管接頭 不表示。一般在設備附近標注設備位號，并在圖紙上方或下方空白處按設備 重疊情況由上到下分層標注設

14、備位號、設備名稱及規格。一般情況下，靜設 備在圖紙上部、動設備在圖紙下部表示。也有另外一種表示方式：對于容器 類、壓縮機類設備在圖上方標示設備名稱、位號及規格，并在圖中設備附近 標示設備位號，而泵類、換熱器類設備旁邊一般只標位號及規格。標準設備的主要規格和參數通常為：泵應注明正常流量和吸入、排出壓 力；容器應注明直徑和切線長度(或高度)；塔器應注明塔徑和切線高度， 在塔內注明實際板數或填料段數；換熱器要注明換熱器的正常負荷。設備外形表示方法如下；離心泵用圓圈加底座組合表示，進料指向圓心。往復泵以T形與一端不封閉的長方塊表示。換熱設備用圓圈或設備外形表示。壓縮機要表示出具型式，并表示出壓縮機的段

15、數和主要的配套輔助設 備。如型式尚未確定，可用方塊表示。反應器要畫出主要元件，如篩板、催化劑框等。分離器也要表示出內件。梢、罐類設備要畫出隔板、液封。噴射器、其它特殊設備，如造粒塔、電解梢、電石爐、空氣磨等盡可能畫出實物大致外形（2）工藝物流在PFD中，工藝物流用粗實線繪出，并用箭頭標示物流的去向。再生系 統的物流用細實線標出。主要物流應標注流股號（除 PFD#,應有單獨的物 料平衡表），并在物料平衡表中列出 PFD上對應物流的組成、溫度、壓力、 流量狀態和相關物性。在一張圖中，與其它圖相關的物流應標明物流來源和 去向。在PFD中，關鍵物流應標明溫度和壓力（也可表示在塔和容器上）， 進塔裝置的

16、關鍵物流也可標明流量。PFD中對物流的標注至少應包括下列內 容。標識流程圖上的各點物料的編號（流股號）。除有壓力變化的地方要畫上閥門（以表示壓力等級的區別）以及特殊重要的閥門外，其它情況的閥門一律不在圖上畫出。要表示正常生產條件下的放空和排液管道。對于作為熱源或冷卻介質的蒸汽、冷卻水、凝液只標進出流向。具有液封作用的管線，除表示出液封外形外，還要注明液封高度。當 排放口的高度有要求時，要注明排放高度。工藝用蒸汽、凝液、冷卻水、冷凍鹽水、工廠空氣管線以及氮封管線， 一律不畫進出總管。流股號在菱形框內按順序用阿拉伯數字編寫。一般用三位數字表示，第 一位表示單元或工段，后兩位表示序號。設備間的物料流

17、向用帶箭頭的實線表示。進出裝置界區的物料流向以圓圈中的箭頭表示；圖紙之間用長方框（或帶箭頭的長方形)表示物料的來源或去向冷卻水、蒸汽、凝液、工廠空氣等在無特殊要求情況下不標明來源和去 向。(3)主要控制方案在PFD中，應標示出全部的控制回路及其相關儀表和調節閥。例如塔器 的壓力控制回路、靈敏板溫度控制回路、回流控制以及塔釜液位控制回路， 罐的液位控制回路，主要換熱器的液位控制回路或溫度控制回路等。儀表僅 表示出儀表類型，如溫度儀表、壓力儀表等。調節閥應在對應的物流線上標 明，但不用標注調節閥尺寸。在復雜控制回路中，應用箭頭標示信號去向。 對于由組分控制的回路，應標明需要檢測的主要組分。2、單元

18、設備的典型設計化工生產過程中需要使用各種單元設備，每種單元設備對工藝流程圖的 設計均有一定的要求。作為一個工藝流程圖的設計者，只要掌握各種單元設 備的典型設計，再結合工藝流程和工程項目的特殊要求，配以設計者的工程 經驗，就可進行工藝流程圖中單元設備的設計。參見例圖。(1)泵在PFD中，泵一般繪在圖的下部。同時繪出與泵相連的工藝物流即可。 在泵的附近，盡量在泵的正下方，標明泵的位號、吸入壓力、排出壓力和正 常操作時的流量。(2)容器容器分臥式容器和立式容器兩種。容器需根據容器在流程中的相對位置在圖面上布置。在PFD中，應繪出與容器相關的主要工藝物流及與主要控制回路相關的輔助物流。容器的名稱、規格

19、和位號在 PFD中容器正上方靠近頂 部標出，同時在容器的附近也標出容器位號。 容器內的主要部件(如除沫器) 應在PFD中繪出。容器的操作操作壓力應在圖中標出。塔在PFD中，塔一般在圖的中部繪制。同時，應繪出與塔相關的主要工藝 物流及與主要控制回路相關的輔助物流。塔的名稱、規格和位號在PFD中塔正上方靠近頂部標出，同時在塔的附近也標出塔位號。塔內的主要部件應在 PFD中繪出，如塔的實際板數或填料段數、進料板號與側線采出板號。同時 應繪出與塔相關的主要控制回路及控制點的相對位置，如塔的壓力控制回 路、靈敏板溫度回路、回流控制回路和塔釜液位控制回路等，還要標出塔的 操作溫度、操作壓力。塔的周邊設備應

20、根據流程中的相對位置在工藝流程圖 中繪出。(4)換熱器常見的換熱器有管殼式和釜式兩種。在 PFD中，換熱器需要根據其在流 程中的相對位置在圖面上布置。對于管殼式換熱器應標明工藝物流所流經的 是殼側還是管側，對于釜式換熱器也要標明工藝物流所流經的那一側。非工 藝物流僅在圖中表示，并注明介質名稱即可。要表示出主要的控制回路，在 換熱器的附近標明位號。(5)壓縮機在工藝流程圖中，壓縮機一般繪在圖的下部(也有在上部的)。并繪出與 壓縮機相連的工藝物流以及主要的控制回路。在壓縮機的附近，盡量在壓縮 機的正下方，標明壓縮機的位號、吸入壓力、排出壓力和正常操作時的流量。3、PFD的圖面布置和制圖要求各個設計

21、單位在繪制PFD寸所用圖紙的規格不同，一般采用1# (A1)圖紙，以便圖面布置，但應盡量保證在其縮印成 3# (A3)圖后仍舊清晰，便 于工作。(1) PFD的圖面布置設備在圖面上的布置，一般是順流程從左到右。塔、反應器、換熱器等放在地面上的設備，一般是從圖面水平中線往上布置。壓縮機、泵布置在圖面下部1/4線以下。中線以下1/4高度供畫管道用。其它設備布置在PF傻求的位置，如高位冷凝器布置在回流罐的上面， 再沸器靠塔放置。對于無高度要求的設備，在圖面上的位置要符合流程流向，以便與物 流線連接。(2)繪圖要求圖紙編號和圖紙名稱按有關規定。儀表和設備的表示方法要根據工程的 Lead Sheet或有關規定。要改造的設備用蘑菇云圈住。設備內件用細實線表示。工藝物流出入圖面要繪一矩形框或帶箭頭的矩形，內用文字表明相接設備與圖號。設備位號按Lead Sheet或有關規定。物流流向箭頭一般畫在物流線改變方向處。在與PFD相應的物料平衡表中，可按操作工況從每股物流的流股號上， 對應地找到物料平衡表中的流股號從而知道該物股的溫度、壓力、各組分的 含量等數據的內容，要能滿足工藝專業提條件的需要，需