第四節　化工工藝流程圖的設計程序

把各個生產單元按照一定的目的和要求，有機地組合在一起，形成一個完整的生產工藝過程，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、代號表示出化工設備、管路、附件和儀表自控等，以表達一個化工生產過程中物料能量的變化始末。工藝流程圖是工程項目設計的一個指導性文件。生產工藝流程設計最先開始，卻最后才完成，它涉及面大，設計周期長，因此一般需分階段進行。

化工工藝流程圖的設計應遵循中華人民共和國行業標準《化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定》（HG/T 20519—2009）和《管道儀表流程圖設計規定》（HG/T 20559—1993）的規定。

流程設計一般由淺入深，由定性到定量進行，根據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）和帶控制點的工藝流程圖（PI或PID圖）。

一、流程框圖

在前期規劃及初步方案確定時，一般采用流程框圖來說明技術路線。

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

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

對可以通過多種方案制取的化工產品，可以通過流程框圖進行比較，選擇較優的生產方案。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單、最粗略的一種。

流程框圖是工廠設計的基礎，也是操作和檢修的指南，用流程框圖進行各種衡算，既簡單、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氣，補充在油分離器出口的循環氣中，進入冷交換器和氨冷器進一步冷卻，使其中的氨絕大部分冷凝為液氨并被分離出去。循環氣進入合成塔，發生氨合成反應后，依次經廢熱鍋爐、熱交換器和軟水預熱器回收熱量，然后再經水冷卻器冷卻，使氣體中部分氨液化，進到氨分離器分離出液氨。氣體則進入循環壓縮機補充壓力形成循環回路。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氣，稱為放空氣。從整個系統來看，進入系統的是新鮮氫氣和氮氣，離開系統的是產品液氨、弛放氣和放空氣。

二、方案流程圖

1.方案流程圖簡介

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

它是用來表達整個工廠或車間生產流程的圖樣。是工藝設計開始時繪制的，供討論工藝方案用，是施工流程圖設計的依據。圖1-8所示的為某石油化工企業裂解氣分離的方案流程圖。

圖1-9、圖1-10分別為某企業煤氣制造方案流程圖和水煤氣脫硫工藝流程圖。

方案流程圖的內容，只需概括地說明以下兩個方面：

①由原料轉變為產品的來龍去脈——工藝流程線。

②采用的各種機器及設備。

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，原則上一個主項畫一張圖，一般采用1～3號圖紙，如流程復雜，幅面允許加長，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，流程線應畫成水平或垂直，轉彎處畫成直角。

③繪制流程線時，避免穿過設備或使管路交叉，確實不能避免時，可將其中的一線斷開，或曲折繞過設備。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一致，線條的寬度在任何情況下，都不應小于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尺寸，但有特殊需要注明尺寸時，其尺寸線用細實線表示。

⑤在流程線上應用箭頭標明物料流向，并在流程線的起訖點注明物料名稱、來源或去向。

總之，要使各設備間流程線的來龍去脈清楚、排列整齊。

3.設備的畫法

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

設備繪制方法如下。

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

（2）在流程圖上一律不表示設備的支腳、支架、基礎和平臺。設備之間的高低位置及設備上重要接管口的位置，需大致符合實際情況；設備之間應保留適當的距離，以便布置流程線。

（3）流程中若有幾臺相同設備并聯，可以只畫一臺，其余用細實線方框表示，在方框內注明位號，并畫出通往該設備的管線。對于備用設備，一般可省略不畫。

（4）設備位號的標注　在流程圖的正上方或正下方標注設備的位號及名稱，標注時應在同一條水平線。設備的位號包括設備分類號、工段號、同類設備順序號和相同設備數量尾號等，如圖1-11所示。

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

②主項編號　主項（或工序）編號采用一位或兩位數字順序表示，即可為1～9或01～99。注意：在一個聯合工廠設計中，如果要識別裝置，設備位號的主項代號可以由3～4位數字表示。前一位或兩位數字表示裝置識別號，即可為1～9或01～99，后兩位數字順序表示主項（或工序）代號，即可為01～99。

③設備順序號　按同類設備在工藝流程中流向的先后順序編制，采用兩位數字，從01開始，最大99。

④相同設備的數量尾號　兩臺或兩臺以上相同設備并聯時，設備標注的位號前三項完全相同，可用不同的數量尾號予以區別。按數量和排列順序依次以大寫英文字母A、B、C……作為每臺設備的尾號；若同一位號的設備數量超過26臺時，可用阿拉伯數字序號代替英文字母。

因為方案流程圖一般只保留在設計說明書中，因此，方案流程圖的圖幅一般不作規定，圖框、標題欄也可省略。

三、物料流程圖（PF或PFD圖）

物料流程圖是在初步設計階段，完成物料衡算和熱量衡算時繪制的。它是在方案流程圖的基礎上，采用圖形與表格相結合的形式反映設計中物料衡算和熱量衡算結果的圖樣。右圖中需要表示出主要工藝設備及部分關鍵輔助設備和物流方向，標注工藝設備的位號和名稱；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備旁，標出熱量值。

一般情況下，化工設計中應繪制物料流程圖。物料流程圖為設計審查提供資料，是進一步設計的依據，還可為日后實際生產操作提供參考。圖1-12為空壓站的物料流程圖。從圖中可以看出，物料流程圖的內容、畫法和標注與方案流程圖基本一致，只是增加了以下內容。

①設備的位號、名稱下方，注明了一些特性數據或參數。如換熱器的換熱面積、塔設備的直徑與高度、貯罐的容積、機器的型號等。

②流程的起始部位和物料產生變化的設備之后，列表注明物料變化前后組分的名稱、流量、組成等參數，按項目和具體情況增減。表格線和引線都用細實線繪制。

物料在流程圖中的某些工藝參數（如溫度、壓力等），可以在流程線旁注出。

當物料組分復雜、變化多，或者流程圖較長時，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，用或表示，以便對照查閱。

根據所編物料代號的數量及物料所涉及成分的數量在物料流程圖的設備引線處列表，或在物料流程圖的下方或右方畫出物料平衡表。表格內容應包括流量、組成及合計等。如圖1-13和圖1-14所示。

四、帶控制點的工藝流程圖（PI或PID圖）

1.帶控制點的工藝流程圖簡介

帶控制點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上，借助統一規定的圖形符號和文字代號，用圖示的方法把化工生產過程所需的設備、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構和功能的作用。

通常以工藝裝置的主項（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備和管道流程自左至右展開畫在同一平面上。

帶控制點的工藝流程圖不僅是設計、施工的依據，也是企業管理、試運轉、操作、維修和開停車等方面所需的完整技術資料的一部分。管道儀表流程圖有助于簡化承擔該工藝裝置的開發、工程設計、施工、操作和維修等任務的各部門之間的交流。

2.帶控制點的工藝流程圖包括的內容

（1）圖形　用規定的圖形符號和文字代號，將各設備的簡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）標注　對上述圖形內容進行編號和標注；注寫設備位號及名稱、必要的參數或尺寸、管道代號、管徑、材料、保溫、控制點代號等信息。

（3）圖例　代號、符號及其他標注的注明，有時還有設備位號的索引等。

（4）標題欄　注寫圖名、圖號、設計階段等。有些圖中還加入備注欄、詳圖和表格等項。

帶控制點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（簡稱公用物料系統流程圖）兩類。

3.帶控制點的工藝流程圖的畫法

（1）圖紙規格　帶控制點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（分區或工序）為主項進行繪制，原則上一個主項繪一張圖。一般均采用A1圖幅。特別簡單的可采用A2圖幅，且不宜加長或加寬。

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

根據工程項目具體情況，可以將輔助、公用工程系統物料代號作為工藝物料代號使用；也可以適當增補新的物料代號，但不得與表1-4中規定的物料代號相同。

如以天然氣為原料制取合成氨的裝置中，其工藝物料代號補充規定見表1-5。

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

隔熱、保溫、防火和隔聲代號用于工藝流程圖等工程設計資料中對管道號的標注；采用一個或兩個大寫英文印刷體字母表示，兩個英文字母大小要相同。

代號分為通用代號和專用代號兩類。

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

②專用代號是指特定的類別。隨工程設計的進展和深化，在管道儀表流程圖（PID圖）的B版（內審版）及以后各版圖中要采用專用代號。

管道儀表流程圖上隔熱、保溫、防火和隔聲代號見表1-6。

（4）管道、管件、閥門圖形符號　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6mm，寬3mm或長8mm，寬4mm。

（5）儀表控制點的表示方法　在管道儀表流程圖上，應用細實線按標準圖例繪制出全部計量儀表（溫度計、壓力計、流量計、液位計、真空計等）及其檢測點，并且表示出全部控制方案。

儀表和控制點應該在有關管路上，大致按照安裝位置，以代號、符號表示出來。常用的代號與符號有以下幾種。

①儀表控制點的符號和代號列舉如下。

a.測量點圖形符號。測量點圖形符號一般可用細線繪制。檢測、顯示、控制等儀表圖形符號用直徑約10mm的細實線圓圈表示，如表1-8所示。儀表的圖形符號如圖1-15所示。

b.儀表安裝位置圖形符號。儀表安裝位置可以用加在圓圈中的細實線、虛線來示，如表1-9所示。

c.參量代號。部分常用的參量代號如表1-10所示。

d.功能代號。部分常用的儀表功能代號如表1-11所示。

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

②工藝流程圖上的調節與控制系統。一般由檢測儀表、調節閥、執行機構和信號線四部分構成。常見的執行機構有氣動執行、電動執行、活塞執行和電磁執行四種方式，如圖1-16所示。

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

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

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

（6）圖例、標題欄及索引

①圖例　圖例是在對工藝流程圖中常用的化工設備、管路、管件、閥件、儀表等的畫法進行的統一規定基礎上，將繪圖中所采用的圖形、符號及代號等用文字給予對照說明。一般地，圖例說明多放在圖紙的右上方。

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

4.化工生產管道儀表流程圖

下面列舉幾個典型化工生產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。