工厂设计之工艺流程设计和工艺计算1.ppt

第二章 工艺流程设计与工艺计算 （工艺流程设计）,第三节 工艺流程图 所有各步骤的工艺流程设计，都是用各种工艺流程图和表格表达出来的。 一、方框图和工艺流程草(简)图 1、方框流程图(block flowsheet)； 方框流程图是在工艺路线选择确定之后，工艺流程进行概念性设计时完成的一种流程图，它的编制，没有严格明确的规则，也不编入设计文件，通常是给投资者阅读的。对于设计工作来说，该图为工艺计算提供一个可资计算的概念。,不论方框图的格式如何，简化程度如何，它必须说明一个既定工艺流程所包含的每一个主要工艺步骤。这些工艺步骤或单元操作，用一方框表示，注明方框序号、名称和主要操作条件，同时用主要的物流将各方框连接起来。 对于各种公用工程例如燃料、上下水、冷冻盐水、氮气、蒸汽、压缩空气等，通常不在方框图中作为一个独立的体系加以表达，有时只表明某一方框单元中，要求供应某种公用工程等。,j101,r101,r102,r103,r104,r105,h101,f201,j201,r201,j301,j302,2、简化工艺流程图(simplified flowsheet) 这是一种半图解式的工艺流程图，它实际上是方框图的一种变体，是供工艺计算和设备订货及计算使用的。只绘制的设备外形，只带有示意性质、并无准确的大小比例，有些附属设备也可忽略。 简化工艺流程图要标明设备位号和代号。用文字注明设备名称、物料名称，用线条和箭头表水主要物料管线和流向。设备用细实线画出外形、形状不要求准确，接管口位置也不要求准确。物料线用粗实线绘制。,流程图还要求附有图例和设备一览表，设备一览表一般只写出设备的位号、名称及规格数量等。 设备流程图或方框图，常通称为流程草图。流程草图绘制的目的是为表达概念性设计或方案设计的成果，也是工艺计算的基础。,二、工艺物料流程图(简称物流图，国外称工艺流程图pfd，process flowsheet) 工艺流程草图不仅表达了方案设计的成果，而且是进行工艺计算的图解标本。当工艺计算即物料衡算和热量衡算完成后，应绘制工艺物料流程图，简称物流图。物流图作为初步设计阶段的设计文件之一，提交设计主管部门和投资决策者审查。 物流图主要反映工艺计算的成果，使设计流程定量化。有时由于物料衡算成果庞杂，常按工段(工序)分别绘制流程图。其主要内容是设备图形、物料表和标题栏。,1、设备图形和流程线 设备图形按设备外形绘制，由于此时尚未进行设备设计，无法决定设备的详细尺寸、外形和接管口等，因此设备的外形不必精确，常采用标准规定的设备表示方法，简化绘制。有的设备甚至简化为符号形式。 设备之间用流程线连接起来，设备外形用细实线，设备之间的流程线用粗实线表示。 在图上要标注设备位号及名称，设备名称用中文写，设备位号是由设备代号和设备编号两部分组成。设备代号按设备的功能和类型不同而分类，分别用英文字母即英文单词的第一个字母表示。,设备分类代号,设备编号是由三位或四位数字组成，第一、二位数字表示设备所在的工段(车间)，第三、四位表示设备的顺序编号。,2、物料变化和物流表 对于物料发生变化的设备，要从物料管线上画一个引出线，并于引出线端用列表的形式表示物料的组成、名称、质量流量(kg/hr)、质量百分数、摩尔流量(kmolhr)。 流程中产生的“三废”，亦应在有关管线中注明其组分、含量、排放量等等。 物料的某些工艺参数，例如物料温度、压力等可在流程线旁注明。 通常，热量衡算的成果，也表示在相应的设备附近。如在换热器简图旁注明其热负荷。,3、标题栏及其它 标题栏按图纸常规，注明图号，设计阶段，以备查考。 三、全厂、全界区物料平衡图 对于比较大型的工程，除了具备各车间、品种的物料流程图和工艺流程图之外，应有全厂的总的工艺流程图。,四、带控制点的工艺流程图(process and control flowsheet) 在初步设计阶段，除了完成工艺计算之外，还应确定工艺参数的控制方案、工艺设备的布置，以及基本完成工艺设备计算，有些设备已开始订货和加工，大体确定管道的一些特殊要求和阀门。 带控制点的工艺流程图，反映这一阶段的主要设计成果，有时也通称管道和仪表流程图。这是初步设计中最典型的图纸资料，审查者可以通过它比较清楚地知道设计的面貌、设备的外形和基本尺才、管道、仪表和有关项目。,该图一般以一个车间或工段为主进行绘制，尽量有一个流程的“全貌”感。采用的图纸通常都是一号图纸，以阅读方便为主。 带控制点的工艺流程图常常是生产厂家的经典流程图。某些单位甚至把它简化后复制到控制室内，供操作人员熟悉或供参观。 其主要内容一般是设备图形、管线、控制点和必要数据、图例、标题等。,1、设备图形 设备图形用细实线绘出，并且要求大小略按比例，位置按比例、外形和主要轮廓接近实物，显示设备的主要特征，有时其内部结构及具有工艺特征的内部构件也应画出。 设备可不按绝对比例绘制，只按相对比例将设备的大小表示出来。尤其过大或过小的设备。设备间的相对位置也不要求按绝对位置绘制。目前的趋势是除了有很重要的位差要求的设备之外，其余设备一律画在一个水平线上。,设备横向间距，通常亦无定规，以不疏不密为宜，既美观又便于标注。 相同的设备或两级以上的切换备用的系统，通常也应画出全部设备，有时为了省略也可以只画一套，其余数套装置应当用双点划线勾出方框，表示其位置，并有相应的管道与之连通（图14-6 p274）。当这部分系统和切换备用系统较复杂时，可以将这部分系统另外画在一张图上加以表达。,2、管线和管件阀门： 在初步设计阶段，对于管道的基本参数，如管道的大体走向，管道材质基本尺寸，一般已产生轮廓和概念，而对于管道中的一些管件、附件相阀门，一般在完善和丰富工艺流程时，已经进入设计程序。 对于管道设计，在初步设计阶段，往往要优先考虑的是一些关系此工艺操作和安全操作的元件。,(1)放空管：一般密闭容器部有放空管和管口装置。 (2)排放管：在流程中或设备上，考虑要排净、清洗用的管道。 (3)取样管和管口：根据取样的条件，可以设计在容器上或管路上。 (4)防爆泄压管：用于高压容器和管线，防止发生意外事故的安全管线。 (5)管道视镜：为了观察物料流动而设置的管件。,(6)管路中的阻火器：有些易燃、易爆物料的放空管或与大气可能接触的管道要安装阻火器，防止事故发生。 (7)其它特殊管件：如下水漏斗，蒸汽疏水阀，管道盲板，异径管，管线翅片，保护性滤网等。要根据工艺流程和工艺需要加以设计。 (8)管道保温、保冷和防腐：根据物料和介质的温度以及生产工艺要求，决定管道的保温保冷，以及保温的形式，如蒸汽伴管，蒸汽夹套，热物料伴管或保温材料保温等。根据管内介质和管道工作环境，设计管道内外材质和防腐要求等。,在工艺流程和初步设计中，还有一项不容忽视而繁琐的工作就是选用管道阀。 要根据工艺条件和生产厂关于各类阀门的样本，使用条件。决定选用。通常考虑阀门要适应工艺条件的要求，从材质、开启程度、开启和关闭操作、开关的速度、承受的温度、压力、尺寸的大小以及经济性考虑。 常见的阀门有：闸伐、球阀、截止阀、节流阀、针形(芯)阀、止回阀、旋塞(常称为“考克”)、蝶阀、隔膜阀、安全阀、减压阀等，其选用依据和阀门特点，可参阅管道手册。,图上一般应画出所有的工艺物料管线、工程和辅助管线、管件、阀门。个别阀门和管件集中的地方，允许省略去一些次要的阀门管件。 当辅助管线比较复杂时，辅助管线和主物料管线分开，画成单独的辅助管线流程图，辅助管线控制流程图。如果整个公用工程系统略显复杂也可单独绘制公用工程系统控制流程图。公用工程系统也可以按水、蒸汽、冷冻系统绘制各自的控制点系统图。,在画管道时，主要工艺物料管道用粗实线表示，辅助物料管道用中粗实线表示，仪表管道用细实线表示。详细管道表示，可参考（图14-10 p275） 。 工艺流程管道，应尽量减少交叉、拐弯，以免图样零乱。实在避免不了，交叉管道应将其中一条管道断开一截，断开处约为线宽度5倍，一般采取“竖断横不断”的原则（图14-11 p275） 。 管道上的取样、放空、排液、放气口等都要画出（图14-12 p276） 。物料进出工艺界区都要有文字说明，注明物料的来龙去脉或续接上(下)一张图纸的某一设备（图14-13 p276） 。,3、控制点： 在初步设计阶段，根据工艺的操作控制要求，工艺设计人员和自控设计人员合作，确定全流程的控制点和需用的仪表，基本确定仪表的检测、显示、控制等功能，绘制“带控制点的工艺流程图”反映这一设计成果。 仪表控制点应在有关的管道或设备引出的管线上，用图形符号、字母符号、数字编号表示，用细实线绘制在安装位置上。,(1) 图形符号 用细实线画一个直径10mm的圆圈，表示控制仪表。一般仪表的信号线均以细实线绘制，有时也可以根据不同类别来表示。 仪表的安装位置也有不同的符号，一般有就地安装、集中安装和控制室仪表盘面集中安装，其表示方法如图。 仪表的执行器图形符号由执行机构和调节机构组成执行机构图形见图，调节机构般为调节阀，画法和管道阀门相同。,(2)字母代号： 在仪表图形的位置上，注明控制点代号及其功能代号，用第一个字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能，控制点及其功能写在圆圈的上半部分。,表示功能的符号,常用参量的代号,(3)数字编号 用阿拉伯数字表示控制点的位号，通常由三位数或四位数表示，前一位(两位)为工段代号，后两位为仪表顺序号，数字写在圆圈的下半部分。,4、标注和数据 (1)设备标注 设备位号和名称，标注原则与物料流程图相同，并且要求同一设备的位号在两种图中保持致。设备位号在整个车间内不得重复，并将这个设备位号一直保持到施工图设计阶段，不得随意更改(宁可保留空位号)。 设备位号标注在相应的设备图形上方或下方，各设备位号排列在一条线上，使图纸美观整齐，同时在设备图形中(或旁边)标注设备位号，以免设备太多，引起差错。,(2)管段标注 在带控制点工艺流程图上，管道一般标注物料代号、管段号、管道尺寸、管道材质等。物料代号详见附录.3，p340。 习惯上，在初步设计阶段的带控制点工艺流程图管道标注从简，常用管材代号加管径、壁厚尺寸标注。如b 323，b为管材代号，表示不锈钢，有时直接写管材名，如：cr19ni9ti 323或pvc 385，此类表示方法图例中必须注明。 有时，管道标注要求较深时，还要标注保温（保冷）、隔音等级。,5、图例和标题 工艺流程图上，图例是必不可少的，一般绘制了第一张图纸的右上方，通常包括管段标注、物料代号、控制点标注等，使阅图者不用查阅手册通过图例即可看懂图中的各种文字、字母、数字符号。即使是那些有规定的图例、凡本图出现的符号，均要一一列出。 标题拦位于图纸的右下角，在标题栏中要填写设计项目、设计阶段、图号等，便于图纸统一管理。,五、公用工程流程图、辅助管道流程图 公用工程流程图，也叫公用工程系统(流程)图。当公用工程系统比较复杂，管线较多时，不便于都工艺流程图绘制在一张图上时，一般将公用工程系统单独绘制一张图纸，实际上，公用工程系统图就是表达某系统的蒸汽、蒸汽凝水、上水、下水、生活水、循环水、冷冻水等的流程。 同样，对于某些辅助管道复杂，如分支过多、变径多、参数多等，也可单独绘制。,这些单独绘制的流程图，仍然属于工艺流程图的一部分，与带控制点工艺流程图互为补充。图上设备外形可以简化，也可按设备外形绘制，但管道必须认真、详细绘制，从总管引向各用户的支管，必须根据实际需要按顺序绘制，管件、阀门、控制点均按规定绘制，并附带图例说明。,六、管道仪表流程图(或称管道仪表施工流程图、机械流程图或pi图 piping and instrument diagram),这是一份在施工图设计阶段最重要的资料之一。它反映的是工艺流程设计、设备设计、管道设施设计和配管布置设计、自控仪表设计的综合成果，是在初步设计阶段带控制点工艺流程图的基础上，根据各专业设计时工艺的协调和反馈修定后形成的一个完善的管道和仪表布置的流程图。,该图反映了生产装置的操作性能和工艺工程全貌，是描绘全部装置包括细小设备、管件的图纸，而且也是指导配管、安装、维修、运行的主要档案性、资料性材料。pi图有时也将公用工程和辅助管道单独绘制(如带控制点工艺流程图)，但在工艺pi图上，也要标明公用工程与工艺设备管道连接的部位。,l、设备图样及标注 原则上同带控制点工艺流程图要求一致，设备位号的标注要求与初步设计保持一致。 设备的绘制，仍按图例绘制但要求设备齐全，包括计量、回流、缓冲、混合、稳流装置等，看似对流程无大影响，但是某些操作所必需的装置，都全部画出。给出工艺装置的全貌。,2、管道及标注 原则要求同带控制点工艺流程图，要求画出全部管道，包括在工艺流程设计时考虑开车、停车、事故、维修、取样、备用、再生等管道、管件、阀门要无一遗漏地画出。管道、管件、阀门图例与带控制点工艺流程图相同。,(1)管道编号：在pi图上要求将管道连接关系划分为管段。通常按工艺的流向，依次将管段按顺序编号01，02，管道编号由设计者自编。 (2)管道标注：在pi图上要求管道标注包括三部分内容，即管道代号、管径、管道等级。,3、控制点及标注 pi图的控制点标注同带控制点工艺流程图，在pi图上要标注所有的测量、调节、控制器的安装位置和功能代号。 通常自控仪表部分是由自控设计人员和工艺设计人员齐心合作完成，工艺设计人员根据工艺要求确定测量参数和位置，自控设计人员在pi图上完成仪表的编号并选型。,4、图例和标题 pi图使用的图例较多，对于小型装置，图例一般编制在第一张图纸的右面，其余图纸省略。对于比较复