工艺流程设计.ppt

化工设计 本章主要内容 2 1生产方法和工艺流程的选择2 2工艺流程设计2 3工艺流程图2 4典型设备的自控方案2 5工艺流程图计算机绘制软件简介 本章重点难点 工艺流程图的类型工艺流程图的表示 绘制和阅读 工艺流程设计 化工设计 工艺流程设计是工艺设计的核心 工艺流程设计的成品通过图解形式 形象 具体 地表示 工艺流程图 它反映了化工生产由原料到产品的全部过程既物料和能量的变化 物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表 工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌 第二章工艺流程设计 化工设计 生产同一化工产品可以采用不同原料 经过不同生产路线而制得 即使采用同一原料 也可采用不同生产路线 同一生产路线中也可以采用不同的工艺流程 选择生产路线也就是选择生产方法 这是决定设计质量的关键 如果某产品只有一种生产方法 就无须选择 若有几种不同的生产方法 就应逐个进行分析研究 通过各方面比较筛选一个最好的生产方法 作为下一步工艺流程设计的依据 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 一 生产方法和工艺流程选择的原则选择生产方法和工艺流程的三项原则 1 先进性先进性是指技术上的先进和经济上的合理可行 具体包括基建投资 产品成本 消耗定额和劳动生产率等方面的内容 应选择物料损耗小 循环量少 能量消耗少和回收利用好的生产方法 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 2 可靠性可靠性是指生产方法和工艺流程是否成熟可靠 如果所选择的生产方法和采用的技术不成熟 就会影响工厂正常生产 甚至不能投产 造成极大的浪费 因此 对于尚在试验阶段的新技术 新工艺 新设备应慎重对待 要防止只考虑新的一面 而忽视不成熟 不稳妥的一面 应坚持一切经过试验的原则 不允许把未来的生产厂当作试验工厂来进行设计 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 3 合理性中国是一个发展中的社会主义国家 在进行工厂设计时 不能单纯从技术观点考虑问题 应从中国的具体情况出发考虑各种具体问题 根据以往的设计工作的体会 化工工艺流程设计中应结合国情认真考虑以下几个方面的问题 中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势 中国化工机械设备及电气仪表的制造能力 中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属材料的供应情况 中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况 劳动就业与化工生产自动化水平的关系 资金筹措和外汇贮备情况 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 上述三项原则必须在技术路线和工艺流程选择中全面衡量 综合考虑 一种技术的应用有长处 也有短处 设计人员必须采取全面分析对比的方法 并根据建设项目的具体要求 选择其中不仅对现在有利 而且对将来也有利的工艺技术 竭力发挥有利的一面 设法减少不利的因素 比较时要仔细领会设计任务书提出的各项原则要求 要对收集到的资料进行加工整理 提炼出能够反映本质的 突出主要优缺点的数据材料 作为比较的依据 要经过全面分析 反复对比后选出优点较多 符合国情 切实可行的技术路线和工艺流程 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 二 生产方法和工艺流程确定的步骤确定生产方法和工艺流程要经过几个阶段 1 资料搜集与项目调研这是确定生产方法和选择工艺流程的准备阶段 在此阶段 要根据建设项目的产品方案及生产规模 有计划 有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料 包括技术路线特点 工艺参数 原材料和公用工程单耗 产品质量 三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资 掌握国内外化工技术经济的资料 仅靠设计人员自己搜集是不够的 还应取得技术信息部门的配合 有时还要向咨询部门提出咨询 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 具体收集的内容主要有以下几个方面 国内外生产情况 各种生产方法及工艺流程 原料来源及产品应用情况 试验研究报告 安全技术及劳动保护措施 综合利用及三废处理 生产技术是否先进 生产连续化 自动化程度 设备的大型化及制造 运输情况 基本建设投资 产品成本 占地面积 水 电 汽 燃料及主要基建材料的用量及供应 厂址 地质 水文 气象等资料 车间 装置 环境与周围的情况 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 2 生产设备类型与制造厂商调研设备是完成生产过程的重要条件 是确定技术路线和工艺流程时必然要涉及到的因素 在搜集资料过程中 必须对设备予以足够重视 对各种生产方法中所用的设备 分清国内已有定型产品的 需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型 并对设计制造单位的技术力量 加工条件 材料供应及设计 制造的进度加以了解 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 3 对调研结果进行全面分析对比全面分析对比的内容很多 主要比较下列几项 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势 产品的质量情况 生产能力及产品规格 原材料 能量消耗情况 建设费用及产品成本 三废的产生及治理情况 其他特殊情况 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 工艺流程设计是在确定原料路线和工艺技术路线的基础上进行的 由于在整个设计中 设备选型 工艺计算 设备置布等工作都与工艺流程有直接关系 只有流程确定后 其他各项工作才能开展 工艺流程设计涉及各个方面 而各个方面的变化又反过来影响工艺流程设计 甚至使流程发生较大的变化 因此 工艺流程设计动手最早 又结束最晚 第二节工艺流程设计 化工设计 一 工艺流程设计的任务工艺流程设计和车间布置设计是决定整个车间 装置 基本面貌的关键性的步骤 对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用 流程设计的主要任务包括两个方面 一是确定生产流程中全部生产过程的具体内容 顺序和组合方式 达到由原料制得所需产品的目的 二是绘制工艺流程图 要求以图解的形式表示生产过程中 当原料经过各个单元操作过程制得产品时 物料和能量发生的变化及其流向 以及采用了哪些化工过程和设备 再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程 第二节工艺流程设计 化工设计 按步骤逐步解决以下问题 1 确定整个流程的组成 应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程 确定每个单元过程的具体任务 以及每个生产过程或工序之间如何连接 2 确定每个过程或工序的组成 应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程 以及各种设备之间应如何连接 弄明确每台设备的作用和它的主要工艺参数 3 确定工艺操作条件 确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件 第二节工艺流程设计 化工设计 4 控制方案的确定 确保各生产工序和每台设备本身的操作条件 及实现各生产过程之间 各设备之间的正确联系 需要确定正确控制方案 选用合适的控制仪表 5 原料与能量的合理利用 计算并确定各个生产过程的效率 得出全装置的最佳总收率 同时合理地做好能量回收与综合利用 降低能耗以确定水 电 蒸汽和燃料的消耗 6 制定 三废 处理方案 对全流程中所排出的三废要尽量综合利用 对于暂时无法回收利用的 则须进行妥善处 7 制定安全生产措施 对设计出来的化工装置在开车 停车 长期运转以及检修过程中 可能存在哪些不安全因素进行认真分析 再遵照国家的各项有关规定 结合以往的经验教训 制订出切实可靠的安全措施 第二节工艺流程设计 化工设计 二 工艺流程设计的方法工艺流程设计方法 首先要看所确定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺 还是待开发的新工艺 前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局部采用新技术 新工艺的问题 后者须针对新技术开发进行概念设计 一个化工过程简化分四大部分 原料预处理过程反应过程产物的处理 分离净化 过程产品 三废 的处理过程 第二节工艺流程设计 化工设计 工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题 1 以反应过程为中心 2 原料预处理过程 3 产物的分离净化 4 产品的后处理 5 未反应原料的循环与利用 6 确定 三废 排出物的处理措施 7 确定公用工程的配套措施 8 确定操作条件和制定控制方案 9 制定切实可靠的安全生产措施 10 保温 防腐的设计 第二节工艺流程设计 化工设计 三 工艺流程设计的基本方法 方案比较法一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中才能产生 进行方案比较首先要明确判据 工程上常用的判据有产物收率 原材料单耗 能量单耗 产品成本 工程投资等 此外 也要考虑环保 安全 占地面积等因素 进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变 这里应强调指出 过程的操作参数如温度 压力 流速 流量等原始信息 设计者是不能变更的 设计者只能采用各种工程手段和方法 保证实现工艺规定的操作参数 方案比较实际是过程优化 可以采用人工比较法和计算机比较法 工艺流程设计的基本方法 流程模拟法 第二节工艺流程设计 化工设计 把各个生产单元按照一定的目的要求 有机地组合在一起 形成一个完整的生产工艺过程 并用图形描绘出来 即是工艺流程图 化工工艺图中 属于工艺流程图性质的图样有若干种 它们都用来表达工艺生产流程 由于它们的要求各不相同 所以在内容 重点和深度方面也不一致 但这些图样之间是有密切联系的 工艺流程图中工艺物料管线为粗实线 辅助物料管线 工艺设备中粗实线 其他如阀门 管件为细实线 第三节工艺流程图 化工设计 一 工艺流程图的种类按设计阶段不同不计如文件方框流程图工艺流程简 草 图 半图解初步设计文件工艺物料流程图带控制点的工艺流程图施工图设计文件管道仪表流程图 第三节工艺流程图 化工设计 方框流程图 第三节工艺流程图 化工设计 1 工艺流程草图工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图 是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样 是一种示意性的从左至右的展开图 它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图 是工艺流程图设计的依据 它只是定性地标出由原料转化成产品的变化 流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备 第三节工艺流程图 图2 1脱硫系统工艺方案流程图1一罗茨鼓风机 2一脱硫塔 3一氨水槽 4 1 4 2一氨水泵 5一空气鼓风机 6一再生塔 7一除尘塔 化工设计 2 工艺物料流程图 PFD 工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制 是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果 它是初步设计阶段的设计成品 是最重要 最本质 最基础的图纸 第三节工艺流程图 化工设计 3 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导性文件 也是各专业开展设计的依据之一 带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备 工艺物料管线 辅助物料管线 主要阀门 以及工艺参数 温度 压力 流量 液位 物料组成 浓度等 的测量点 并表示出自动控制的方案 它是初步设计阶段的设计成品 第三节工艺流程图 化工设计 4 管道仪表流程图 PI 管道仪表流程图 PI图 又称施工流程图是借助统一规定的图形符号和文字代号 用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备 仪表 管道及主要管件 按其各自的功能 为满足工艺要求和安全 经济目的而组合起来 以起到描述工艺装置结构和功能的作用 它是施工图设计阶段的主要成品之一 PI图 第三节工艺流程图 化工设计 二 管道仪表流程图 PI图 管道仪表流程图 PI图 应依据 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 HG20519 92和 管道仪表流程图设计规定 HG20559 93的有关规定进行绘制 PI图在基础工程设计阶段应绘制A版PI图 初版 B版PI图 内审版 C版PI图 用户版 及D版PI图 确认版 在详细工程设计阶段应绘制E版PI图 详1版 F版PI图 详2版 G版PI图 施工版 管道仪表流程图以车间 装置 或工段 分区或工序 为主项进行绘制 原则上一个主项绘一张图样 若流程复杂 一个主项也可以分成数张 或分系统 绘制但仍算一张图样 且需使用同一个图号 但要注明各是该图号图纸总张数的第几张 第三节工艺流程图 化工设计 图样包括如下内容 l 图形 将各设备的简单形状按工艺流程次序 展示在同一平面上 配以连接的主辅管线及管件 阀门 仪表控制点符号等 2 标注 注写设备位号及名称 管段编号 控制点代号 必要的尺寸 数据等 3 图例 代号 符号及其他标注的注明 有时还有设备位号的索引等 4 标题栏 注写图名 图号 设计阶段 设计单位等 一 通用设计规定1 图纸规格与图幅图样采用展开图形式 图纸采用标准规格 并带有设计单位名称的统一标题栏 图幅应采用0号 A0 标准尺寸图纸 也可用1号 Al 标准尺寸图纸 2 线条与比例图上的设备图形及其高低间相对位置大致按l 100或l 200的比例进行绘制 3 文字与字母的标注4 图面布置 第三节工艺流程图 化工设计 二 设备的表示方法1 设备的图形化工设备在图上一般可不按比例 用中线条 按HG 20519 31规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮廓 并表示出设备类别特征以及内部 外部构件 内 外构件亦用中线条 常用设备和机械的图形画法 可参见表2 2 其他设备可参照画出 第三节工艺流程图 化工设计 2 设备的标注 1 标注内容工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称 设备的位号每台设备均有相应的位号 设备位号由两部分组成 前部分用大写英文字母表示设备类别 后部分用阿拉伯数字表示设备所在位置 工序 及同类设备的顺序 一般数字为3 4位 设备位号在整个车间 装置 内不得重复 施工图设计与初步设计中的编号应该一致 例如 图2 3中的 J101 由三部分组成 J为设备类别代号 1为主项代号 01为设备顺序号 2 标注方式PI图上通常要表示两处设备位号 第一处设备位号表示在设备旁 在设备位号线上部注写设备位号 不注设备名称 第二处位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方 在位号线上部注写设备位号 在位号线下部注写设备名称 第三节工艺流程图 化工设计 三 管道的表示方法1 管道的画法图上一般应画出所有工艺管道 阀门 主要管件和辅助物料及公用物料 如蒸汽 冷却水 冷冻盐水等 的管道 l 线型规定工艺物料管道用粗实线 常用b 1 0mm左右 绘制 辅助管道用中实线 o 5mm左右 绘制 仪表管则用细虚线 o 25mm左右 或细实线绘制 有些图样上 保温 伴热等管道除了按规定线型画出外 还示意画出一小段 约IOmm 保温层 有关各种常用管道的常用线型可参见表2一1 第三节工艺流程图 化工设计 2 交叉与转弯 3 放气 排液及液封管道上的取样口 放气口 排液管 液封管等应全部画出 放气口应画在管道的上边 排液管则绘于管道下侧 U型液封管尽可能按实际比例长度表示 4 来向和去向流程图与其他流程图连接的物料管道 即在本图上的始端与末端 应引至近图框处 与其他主项 在不同图号的图纸上 连接者 在管道端部画一个由粗实线构成的2Omm 5mm的矩形框 如图2一4所示 框中写明连接图的图号 上方则注明物料来向或去向的设备位号或管段号 第三节工艺流程图 化工设计 2 管道的标注 1 标注方式每段管道上都要标注管道号 一般横向管线标注在管线的上方 竖向管线则标注在管线的左方 若标注位置不够时 可将标注中的部分内容移至管线下方或右方 不得已时 也可用指引线引出标注 2 标注内容标注内容应包括四个部分 即管道号 管径和管道等级和隔热等级 前两个部分为一组 其间用一短横线隔开 管道等级为另一组 组间应留适当的空隙 如图2 5所示 图中的管径是指公称通径DN 有些标准称之为公称直径 物料代号HG20559 5 93行业标准规定 表2 3 第三节工艺流程图 化工设计 第三节工艺流程图 化工设计 四 阀门与管件的表示方法在管道上需要用细实线画出全部阀门和部分管件 如视镜 阻火器 异径接头 盲板 下水漏斗等 的符号 如图2一3中所示 有关规定可参阅国家标准 管路系统的图形符号 阀 1和控制元件 GB6567 4一86 可参阅表2 7 2 8 管件中的一般连接件 如法兰 三通 弯头 管接头等 若无特殊需要均不予画出 竖管上的阀门在图上的高低位置应大致符合实际高度 第三节工艺流程图 化工设计 第二章工艺流程设计 化工设计 五 仪表控制点的表示方法工艺生产流程中的仪表及控制点大致按安装位置用文字代号 图形符号给以表示 仪表控制点包括图形符号 字母代号和数字编号 其中图形符号和字母代号组合起来 可以表示工业仪表所处理的被测变量和功能 或表示仪表 设备 元件 管线的名称 字母代号和阿拉伯数字编号组合起来 就组成了仪表的位号 仪表控制点按有关部门规定绘制 其代号 符号的含义在图样右上方的 图例 中有所说明 根据国家标准 过程检测和控制流程图图形符号和文字代号 化工有关部门制订了适应化工等行业的具体规定 第三节工艺流程图 化工设计 l 图形符号 仪表 包括检测 显示 控制等 的图形符号在图上用细线表示 如常规仪表图形为圆圈 仪表安装位置的图形符号 表2 11 第三节工艺流程图 表2 11仪表安装位置的图形符号 化工设计 2 字母代号表示仪表功能和仪表的字母代号见表2一9 表2一10 3 仪表位号仪表位号由仪表功能标志和仪表回路两部分 字母组合和阿拉伯数字编号 组成 在检测控制系统中 一个回路中的每一个仪表 或元件 都应标注仪表位号 第一个字母表示被测变量 后继字母表示仪表的功能 读出功能 输出功能 数字编号表示仪表的顺序号 数字编号可按车间或工段进行编制 如PI 801 P为被测变量代号 I为仪表的功能代号 8是工段号 01是顺序号 第三节工艺流程图 化工设计 六 首页图每个单独装置编制一份首页图 主要内容 第三节工艺流程图 化工设计 合成甲醇PI图 第三节工艺流程图 化工设计 第三节工艺流程图 化工设计 自控流程简介顾名思议 自控流程即自动控制流程的简称 而化工自动化是化工类型生产过程自动化的简称 即用自动化装置代替操作人员来管理和控制化工生产过程 一 基本概念1 自动调节系统及组成自动调节系统是在人工调节的基础上产生和发展起来的 如 液体贮槽 从前一工序来的半成品或成品连续不断流入槽中 而槽中液体又送至下一工序 第四节典型设备的自控方案 化工设计 这一岗位的操作 流入量 或流出量 的波动会引起槽内液位的波动 严重的溢出或抽空 克服这个问题的最简单方法 是以贮槽液位为操作指标 改变出口阀门开度为调节手段 操作人员进行工作 人工调节 1 观察液统计的指示值 2 将指示值与规定值比较差值 3 差值 阀门开启的比例关系进行调节至所需规定值 上述调节指标是液位 故叫液位调节 第四节典型设备的自控方案 化工设计 若用一套自动化装置来代替上述人工操作 自动调节 此时 液体贮槽和自动装置一起构成了一个自动调节系统 自动化装置 自动调节 1 测量槽液位并将其值用一种特定的信号 如气压 电流或机械位移等 表示出来的仪器 测量元件或变送器 2 根据变送器送来的信号 与工艺上液位值比较并按设计好的运算结果 将结果用特定的信号发送出去 自动调节器 3 能自动地根据调动器送出来的信号改变阀门的开启度 调节阀 第四节典型设备的自控方案 化工设计 自动调节系统中的生产工艺设备 槽 叫调节对象生产中保持不变的工艺指标 如液位 叫被调参数工艺指标中保持值叫给定值 2 自动调节系统的分类自动调节系统按工艺参数分类 压力调节温度调节流量调节液位调节 第四节典型设备的自控方案 化工设计 按调节规律分类 调节器的输出随输入变化的规律 位式调节比例调节积分调节微分调节按给定值的不同情况分类 定值调节随动调节 自动跟踪系统 程序调节 顺序调节系统 第四节典型设备的自控方案 化工设计 3 过程 调节 控制要求为了达到设计的各项要求 必须对生产装置进行连续的监视或控制 由操作人员和控制设备组成控制系统 共同完成该项任务 控制系统应满足抑制外部扰动的影响和使过程在优化的工况下工作这两项基本要求 1 抑制外部扰动的影响这是化工过程控制的目的 扰动是指外界因素变化对系统影响 这种干扰是客观存在的 不可避免的 因此需引入控制机构 消除对系统可能造成的不良影响 第四节典型设备的自控方案 化工设计 2 使过程在优化的工况下操作如反应器 随反应进行 催化剂失活 需定期切换 变温操作 4 控制系统的设计要求 1 确定为达到设计要求所需测量的参数 产品数量 质量 安全 可操作 经济 2 选择控制变量对于某个测量参数 可能有多个可任意调节的输入变量 需选择一个或多个变量作为控制变量 确定控制方案 第四节典型设备的自控方案 化工设计 二 典型设备的自控方案一 泵类的自控方案1 离心泵离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法 如图2 7 a 也可以使用旁路调节方法 见图2 7 b 旁路调节耗费能量 其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小 第四节典型设备的自控方案 a 控制泵的出口阀门开度 b 控制泵的出口旁路图2 7离心泵的拴制方案 化工设计 二 压缩机的自控方案 第四节典型设备的自控方案 图2 9压缩机分程控制方案图2 10压缩机旁路控制方案 化工设计 三 换热器的自控方案 第四节典型设备的自控方案 a 改变被控物料流量 b 改变物料旁路流量图2 12控制被控物料流量