第四節(jié)　化工工藝流程圖的設(shè)計(jì)程序

把各個(gè)生產(chǎn)單元按照一定的目的和要求，有機(jī)地組合在一起，形成一個(gè)完整的生產(chǎn)工藝過程，并用圖形描繪出來，即工藝流程圖是一種示意性的圖樣，它以形象的圖形、符號(hào)、代號(hào)表示出化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等，以表達(dá)一個(gè)化工生產(chǎn)過程中物料能量的變化始末。工藝流程圖是工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一個(gè)指導(dǎo)性文件。生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)最先開始，卻最后才完成，它涉及面大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，因此一般需分階段進(jìn)行。

化工工藝流程圖的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》（HG/T 20519—2009）和《管道儀表流程圖設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T 20559—1993）的規(guī)定。

流程設(shè)計(jì)一般由淺入深，由定性到定量進(jìn)行，根據(jù)先后順序大體上可分為四種流程圖：流程框圖、方案流程圖（流程示意圖）、物料流程圖（PF或PFD圖）和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（PI或PID圖）。

一、流程框圖

在前期規(guī)劃及初步方案確定時(shí)，一般采用流程框圖來說明技術(shù)路線。

流程框圖是采用方框及文字表示主要的工藝過程及設(shè)備，用箭頭表示物料流動(dòng)方向，把從原料到最終產(chǎn)品所經(jīng)過的生產(chǎn)步驟以圖示的方式表達(dá)出來的圖紙。

流程框圖是一種示意性的展開圖，一個(gè)方框可以是一個(gè)設(shè)備、一個(gè)工序或工段，也可以是一個(gè)車間或系統(tǒng)。在圖上可加注必要的文字說明，如原料來源，產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、廢物去向等，也可在工藝流程線旁標(biāo)注出物料在流程中的某些參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）。

對(duì)可以通過多種方案制取的化工產(chǎn)品，可以通過流程框圖進(jìn)行比較，選擇較優(yōu)的生產(chǎn)方案。如前面討論過的合成氨四種方案的比較。流程框圖是化工工藝流程圖中最簡(jiǎn)單、最粗略的一種。

流程框圖是工廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是操作和檢修的指南，用流程框圖進(jìn)行各種衡算，既簡(jiǎn)單、明了、醒目，也很方便。將以上的合成氨D方案展開繪出方框圖如圖1-7所示。

從凈化工序送來的新鮮氫氣和氮?dú)猓a(bǔ)充在油分離器出口的循環(huán)氣中，進(jìn)入冷交換器和氨冷器進(jìn)一步冷卻，使其中的氨絕大部分冷凝為液氨并被分離出去。循環(huán)氣進(jìn)入合成塔，發(fā)生氨合成反應(yīng)后，依次經(jīng)廢熱鍋爐、熱交換器和軟水預(yù)熱器回收熱量，然后再經(jīng)水冷卻器冷卻，使氣體中部分氨液化，進(jìn)到氨分離器分離出液氨。氣體則進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)補(bǔ)充壓力形成循環(huán)回路。從冷交換器和氨冷器分離出的液氨與氨分離器分離出的液氨匯合進(jìn)入液氨貯槽。由于液氨貯槽壓力降低，溶于液氨中的氣體和部分氨被閃蒸出來，合成弛放氣送出另作處理。在氨分離器后放出一部分循環(huán)氣，稱為放空氣。從整個(gè)系統(tǒng)來看，進(jìn)入系統(tǒng)的是新鮮氫氣和氮?dú)猓x開系統(tǒng)的是產(chǎn)品液氨、弛放氣和放空氣。

二、方案流程圖

1.方案流程圖簡(jiǎn)介

方案流程圖又稱流程示意圖或流程簡(jiǎn)圖，是一種示意性的展開圖，在流程框圖的基礎(chǔ)上，自左至右把設(shè)備和流程展開在同一平面上，用圖例表示出主要工藝設(shè)備的位號(hào)和名稱，用箭頭表示出物流方向。

它是用來表達(dá)整個(gè)工廠或車間生產(chǎn)流程的圖樣。是工藝設(shè)計(jì)開始時(shí)繪制的，供討論工藝方案用，是施工流程圖設(shè)計(jì)的依據(jù)。圖1-8所示的為某石油化工企業(yè)裂解氣分離的方案流程圖。

圖1-9、圖1-10分別為某企業(yè)煤氣制造方案流程圖和水煤氣脫硫工藝流程圖。

方案流程圖的內(nèi)容，只需概括地說明以下兩個(gè)方面：

①由原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的來龍去脈——工藝流程線。

②采用的各種機(jī)器及設(shè)備。

2.工藝流程線的畫法

圖紙尺寸及線條要求如下。

①按工藝車間或工段，原則上一個(gè)主項(xiàng)畫一張圖，一般采用1～3號(hào)圖紙，如流程復(fù)雜，幅面允許加長(zhǎng)，也可分張繪制。

②在方案流程圖中一般只畫出代表主要工藝管線的流程線。其他輔助管線不必一一畫出，流程線應(yīng)畫成水平或垂直，轉(zhuǎn)彎處畫成直角。

③繪制流程線時(shí)，避免穿過設(shè)備或使管路交叉，確實(shí)不能避免時(shí)，可將其中的一線斷開，或曲折繞過設(shè)備。一般情況下按照以下原則畫出流程線：主物料線不斷開，輔物料線可斷開；豎線不斷開，橫線可斷開；流程在先的物料線不斷開，在后的可斷開。

④線條要求。

所有線條要清晰、光滑、均勻，線與線間要有充分的間隔，在同一張圖上，同一類線條的寬度應(yīng)一致，線條的寬度在任何情況下，都不應(yīng)小于0.25mm。

在工藝流程圖中，線條寬度可參照表1-2繪制。

一般情況下流程圖上不標(biāo)尺寸，但有特殊需要注明尺寸時(shí)，其尺寸線用細(xì)實(shí)線表示。

⑤在流程線上應(yīng)用箭頭標(biāo)明物料流向，并在流程線的起訖點(diǎn)注明物料名稱、來源或去向。

總之，要使各設(shè)備間流程線的來龍去脈清楚、排列整齊。

3.設(shè)備的畫法

在圖樣中，用細(xì)實(shí)線按流程順序依次畫出設(shè)備示意圖，一般設(shè)備取適當(dāng)比例，常用比例為1∶50、1∶100和1∶200。但要注意應(yīng)保持它們的相對(duì)大小，允許實(shí)際尺寸過大的設(shè)備適當(dāng)縮小比例，實(shí)際尺寸過小的設(shè)備適當(dāng)放大比例。使圖面視覺美觀，飽滿勻稱，清晰整齊。

設(shè)備繪制方法如下。

（1）圖中的設(shè)備只畫出大致輪廓和示意結(jié)構(gòu)，表明該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征即可；設(shè)備上重要接口管的位置，也只需大致畫出。對(duì)于流程簡(jiǎn)單、設(shè)備較少的方案流程圖，圖中的設(shè)備也可以不編號(hào)，而將名稱直接注寫在設(shè)備的圖形上。常用設(shè)備的外形畫法可參照?qǐng)D例繪制，如附錄1所示。

（2）在流程圖上一律不表示設(shè)備的支腳、支架、基礎(chǔ)和平臺(tái)。設(shè)備之間的高低位置及設(shè)備上重要接管口的位置，需大致符合實(shí)際情況；設(shè)備之間應(yīng)保留適當(dāng)?shù)木嚯x，以便布置流程線。

（3）流程中若有幾臺(tái)相同設(shè)備并聯(lián)，可以只畫一臺(tái)，其余用細(xì)實(shí)線方框表示，在方框內(nèi)注明位號(hào)，并畫出通往該設(shè)備的管線。對(duì)于備用設(shè)備，一般可省略不畫。

（4）設(shè)備位號(hào)的標(biāo)注　在流程圖的正上方或正下方標(biāo)注設(shè)備的位號(hào)及名稱，標(biāo)注時(shí)應(yīng)在同一條水平線。設(shè)備的位號(hào)包括設(shè)備分類號(hào)、工段號(hào)、同類設(shè)備順序號(hào)和相同設(shè)備數(shù)量尾號(hào)等，如圖1-11所示。

①設(shè)備類別代號(hào)　按設(shè)備類別編制不同的代號(hào)，一般取設(shè)備英文名稱的第一個(gè)字母（大寫）作代號(hào)。具體規(guī)定見表1-3。

②主項(xiàng)編號(hào)　主項(xiàng)（或工序）編號(hào)采用一位或兩位數(shù)字順序表示，即可為1～9或01～99。注意：在一個(gè)聯(lián)合工廠設(shè)計(jì)中，如果要識(shí)別裝置，設(shè)備位號(hào)的主項(xiàng)代號(hào)可以由3～4位數(shù)字表示。前一位或兩位數(shù)字表示裝置識(shí)別號(hào)，即可為1～9或01～99，后兩位數(shù)字順序表示主項(xiàng)（或工序）代號(hào)，即可為01～99。

③設(shè)備順序號(hào)　按同類設(shè)備在工藝流程中流向的先后順序編制，采用兩位數(shù)字，從01開始，最大99。

④相同設(shè)備的數(shù)量尾號(hào)　兩臺(tái)或兩臺(tái)以上相同設(shè)備并聯(lián)時(shí)，設(shè)備標(biāo)注的位號(hào)前三項(xiàng)完全相同，可用不同的數(shù)量尾號(hào)予以區(qū)別。按數(shù)量和排列順序依次以大寫英文字母A、B、C……作為每臺(tái)設(shè)備的尾號(hào)；若同一位號(hào)的設(shè)備數(shù)量超過26臺(tái)時(shí)，可用阿拉伯?dāng)?shù)字序號(hào)代替英文字母。

因?yàn)榉桨噶鞒虉D一般只保留在設(shè)計(jì)說明書中，因此，方案流程圖的圖幅一般不作規(guī)定，圖框、標(biāo)題欄也可省略。

三、物料流程圖（PF或PFD圖）

物料流程圖是在初步設(shè)計(jì)階段，完成物料衡算和熱量衡算時(shí)繪制的。它是在方案流程圖的基礎(chǔ)上，采用圖形與表格相結(jié)合的形式反映設(shè)計(jì)中物料衡算和熱量衡算結(jié)果的圖樣。右圖中需要表示出主要工藝設(shè)備及部分關(guān)鍵輔助設(shè)備和物流方向，標(biāo)注工藝設(shè)備的位號(hào)和名稱；用表格表示出各物流的流量和含量；在有熱量變化的過程或設(shè)備旁，標(biāo)出熱量值。

一般情況下，化工設(shè)計(jì)中應(yīng)繪制物料流程圖。物料流程圖為設(shè)計(jì)審查提供資料，是進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)，還可為日后實(shí)際生產(chǎn)操作提供參考。圖1-12為空壓站的物料流程圖。從圖中可以看出，物料流程圖的內(nèi)容、畫法和標(biāo)注與方案流程圖基本一致，只是增加了以下內(nèi)容。

①設(shè)備的位號(hào)、名稱下方，注明了一些特性數(shù)據(jù)或參數(shù)。如換熱器的換熱面積、塔設(shè)備的直徑與高度、貯罐的容積、機(jī)器的型號(hào)等。

②流程的起始部位和物料產(chǎn)生變化的設(shè)備之后，列表注明物料變化前后組分的名稱、流量、組成等參數(shù)，按項(xiàng)目和具體情況增減。表格線和引線都用細(xì)實(shí)線繪制。

物料在流程圖中的某些工藝參數(shù)（如溫度、壓力等），可以在流程線旁注出。

當(dāng)物料組分復(fù)雜、變化多，或者流程圖較長(zhǎng)時(shí)，可在流程圖的下部，按流程圖的順序自左至右列表，并編排順序號(hào)，用或表示，以便對(duì)照查閱。

根據(jù)所編物料代號(hào)的數(shù)量及物料所涉及成分的數(shù)量在物料流程圖的設(shè)備引線處列表，或在物料流程圖的下方或右方畫出物料平衡表。表格內(nèi)容應(yīng)包括流量、組成及合計(jì)等。如圖1-13和圖1-14所示。

四、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（PI或PID圖）

1.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖簡(jiǎn)介

帶控制點(diǎn)的工藝流程圖又稱工藝管道或儀表流程圖，是在工藝方案流程圖和物料流程圖的基礎(chǔ)上，借助統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)和文字代號(hào)，用圖示的方法把化工生產(chǎn)過程所需的設(shè)備、儀表、管道、閥門及主要管件，按其各自功能，為滿足工藝要求而組合起來，以起到描述工藝裝置的結(jié)構(gòu)和功能的作用。

通常以工藝裝置的主項(xiàng)（車間或工段）為單元繪制，也可以裝置為單元繪制，按工藝流程次序把設(shè)備和管道流程自左至右展開畫在同一平面上。

帶控制點(diǎn)的工藝流程圖不僅是設(shè)計(jì)、施工的依據(jù)，也是企業(yè)管理、試運(yùn)轉(zhuǎn)、操作、維修和開停車等方面所需的完整技術(shù)資料的一部分。管道儀表流程圖有助于簡(jiǎn)化承擔(dān)該工藝裝置的開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、施工、操作和維修等任務(wù)的各部門之間的交流。

2.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖包括的內(nèi)容

（1）圖形　用規(guī)定的圖形符號(hào)和文字代號(hào)，將各設(shè)備的簡(jiǎn)單形狀按工藝流程次序，配以連接的主輔管線及管件、閥門、儀表和控制方法等展示在同一平面上。

（2）標(biāo)注　對(duì)上述圖形內(nèi)容進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)注；注寫設(shè)備位號(hào)及名稱、必要的參數(shù)或尺寸、管道代號(hào)、管徑、材料、保溫、控制點(diǎn)代號(hào)等信息。

（3）圖例　代號(hào)、符號(hào)及其他標(biāo)注的注明，有時(shí)還有設(shè)備位號(hào)的索引等。

（4）標(biāo)題欄　注寫圖名、圖號(hào)、設(shè)計(jì)階段等。有些圖中還加入備注欄、詳圖和表格等項(xiàng)。

帶控制點(diǎn)的工藝流程圖按管道中物料類別劃分，通常分為工藝管道儀表流程圖（簡(jiǎn)稱工藝PI圖或PID圖）、輔助物料和公用物料管道儀表流程圖（簡(jiǎn)稱公用物料系統(tǒng)流程圖）兩類。

3.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的畫法

（1）圖紙規(guī)格　帶控制點(diǎn)的工藝流程圖與方案工藝流程圖的畫法基本相似，可以車間（裝置）或工段（分區(qū)或工序）為主項(xiàng)進(jìn)行繪制，原則上一個(gè)主項(xiàng)繪一張圖。一般均采用A1圖幅。特別簡(jiǎn)單的可采用A2圖幅，且不宜加長(zhǎng)或加寬。

（2）物料代號(hào)　用于管道編號(hào)，按物料的名稱和狀態(tài)取其英文名字的字頭組成物料代號(hào)，一般采用2～3個(gè)大寫英文字母表示。常用物料代號(hào)見表1-4。

根據(jù)工程項(xiàng)目具體情況，可以將輔助、公用工程系統(tǒng)物料代號(hào)作為工藝物料代號(hào)使用；也可以適當(dāng)增補(bǔ)新的物料代號(hào)，但不得與表1-4中規(guī)定的物料代號(hào)相同。

如以天然氣為原料制取合成氨的裝置中，其工藝物料代號(hào)補(bǔ)充規(guī)定見表1-5。

（3）隔熱、保溫、防火和隔聲代號(hào)　隔熱（絕熱）是指借助隔熱材料將熱（冷）源與環(huán)境隔離，它分為熱隔離（絕熱）和冷隔離（隔冷）；保溫（冷）是借助熱（冷）介質(zhì)的熱（冷）量傳遞使物料保持一定的溫度，根據(jù)熱（冷）介質(zhì)在物料（管）外的存在情況分為伴熱管、夾套管、電加熱等；防火是指對(duì)管道、鋼支架、鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備的支腿、裙座等鋼材料作防火處理；隔聲是指對(duì)發(fā)出聲音的聲源采用隔絕或減少聲音傳出的措施。

隔熱、保溫、防火和隔聲代號(hào)用于工藝流程圖等工程設(shè)計(jì)資料中對(duì)管道號(hào)的標(biāo)注；采用一個(gè)或兩個(gè)大寫英文印刷體字母表示，兩個(gè)英文字母大小要相同。

代號(hào)分為通用代號(hào)和專用代號(hào)兩類。

①通用代號(hào)泛指隔熱、保溫特性，不特定指明具體類別，優(yōu)先用于物料流程圖（PFD圖）和管道儀表流程圖（PID圖）的A版。

②專用代號(hào)是指特定的類別。隨工程設(shè)計(jì)的進(jìn)展和深化，在管道儀表流程圖（PID圖）的B版（內(nèi)審版）及以后各版圖中要采用專用代號(hào)。

管道儀表流程圖上隔熱、保溫、防火和隔聲代號(hào)見表1-6。

（4）管道、管件、閥門圖形符號(hào)　工藝流程圖上管道、閥門和管件圖例見表1-7。

閥門圖例尺寸一般為長(zhǎng)6mm，寬3mm或長(zhǎng)8mm，寬4mm。

（5）儀表控制點(diǎn)的表示方法　在管道儀表流程圖上，應(yīng)用細(xì)實(shí)線按標(biāo)準(zhǔn)圖例繪制出全部計(jì)量?jī)x表（溫度計(jì)、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、真空計(jì)等）及其檢測(cè)點(diǎn)，并且表示出全部控制方案。

儀表和控制點(diǎn)應(yīng)該在有關(guān)管路上，大致按照安裝位置，以代號(hào)、符號(hào)表示出來。常用的代號(hào)與符號(hào)有以下幾種。

①儀表控制點(diǎn)的符號(hào)和代號(hào)列舉如下。

a.測(cè)量點(diǎn)圖形符號(hào)。測(cè)量點(diǎn)圖形符號(hào)一般可用細(xì)線繪制。檢測(cè)、顯示、控制等儀表圖形符號(hào)用直徑約10mm的細(xì)實(shí)線圓圈表示，如表1-8所示。儀表的圖形符號(hào)如圖1-15所示。

b.儀表安裝位置圖形符號(hào)。儀表安裝位置可以用加在圓圈中的細(xì)實(shí)線、虛線來示，如表1-9所示。

c.參量代號(hào)。部分常用的參量代號(hào)如表1-10所示。

d.功能代號(hào)。部分常用的儀表功能代號(hào)如表1-11所示。

e.被測(cè)變量及儀表功能字母組合。部分常用的被測(cè)變量及儀表功能字母組合見表1-12。

②工藝流程圖上的調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)。一般由檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和信號(hào)線四部分構(gòu)成。常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)執(zhí)行、電動(dòng)執(zhí)行、活塞執(zhí)行和電磁執(zhí)行四種方式，如圖1-16所示。

控制系統(tǒng)常見的連接信號(hào)線的方式有三種，如圖1-17所示，連接方式如圖1-18所示。

③儀表位號(hào)。儀表位號(hào)由字母代號(hào)組合與阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)組成：第一位字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能（可一個(gè)或多個(gè)組合，最多不超過五個(gè)），被測(cè)變量及儀表功能的字母組合如表1-12所示。用一位或二位數(shù)字表示工段號(hào)，用二位數(shù)字表示儀表符號(hào)，不同被測(cè)參數(shù)的儀表位號(hào)不得連續(xù)編號(hào)。

在管道及儀表流程圖中，儀表位號(hào)中的字母代號(hào)填寫在圓圈的上半圓中，數(shù)字編號(hào)填寫在圓圈的下半圓中，如圖1-19所示。

（6）圖例、標(biāo)題欄及索引

①圖例　圖例是在對(duì)工藝流程圖中常用的化工設(shè)備、管路、管件、閥件、儀表等的畫法進(jìn)行的統(tǒng)一規(guī)定基礎(chǔ)上，將繪圖中所采用的圖形、符號(hào)及代號(hào)等用文字給予對(duì)照說明。一般地，圖例說明多放在圖紙的右上方。

②標(biāo)題欄及索引　在工藝流程中，標(biāo)題欄位于圖紙的右下角，設(shè)備位號(hào)索引（或設(shè)備一覽表）可畫在標(biāo)題欄的上方或左側(cè)，其下底邊可以和標(biāo)題欄框線或圖下邊線重合。

4.化工生產(chǎn)管道儀表流程圖

下面列舉幾個(gè)典型化工生產(chǎn)工段的管道儀表流程圖，例如空壓站管道及儀表工藝流程圖、天然氣脫硫系統(tǒng)管道儀表流程圖和合成氨管道儀表流程圖，分別如圖1-20、圖1-21和圖1-22所示。