1.2　化工生產(chǎn)工藝流程設(shè)計

化工生產(chǎn)工藝流程設(shè)計各個階段的設(shè)計成果都是用各種工藝流程圖紙和表格表達(dá)出來的，按照設(shè)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，PFD）、帶控制點的工藝流程圖（process and control diagram，PCD）和管道儀表流程圖（piping & instrument diagram，P&ID），也有用PCD來代替PID的情況。對于醫(yī)藥行業(yè)來說，根據(jù)其特有的生產(chǎn)潔凈區(qū)級別要求，還有人員-物料分流圖（material and personnel flow drawing，MPFD）、工藝流程及環(huán)境區(qū)域劃分示意圖（plant schematic and process flow diagram，PS & PFD）等。方框流程圖是在工藝路線選定后對工藝流程進(jìn)行概念性設(shè)計時完成的一種流程圖，不編入設(shè)計文件；工藝流程草（簡）圖是一種半圖解式的工藝流程圖，它實際上只是方框流程圖的一種變體或深入，只帶有示意的性質(zhì)，供設(shè)計計算時使用，也不列入設(shè)計文件中；工藝物料流程圖（PFD）和帶控制點的工藝流程圖（PCD）應(yīng)列入初步設(shè)計階段的設(shè)計文件中；管道儀表流程圖（PID）則應(yīng)列入施工圖設(shè)計階段的設(shè)計文件中。

本節(jié)先介紹流程圖的圖形符號、標(biāo)注方法等規(guī)定，然后介紹作為設(shè)計文件的工藝物料流程圖（PFD）、帶控制點的工藝流程圖（PCD）和管道儀表流程圖（PID）。

1.2.1　工藝流程圖中常見的圖形符號

1.2.1.1　常見設(shè)備圖形符號

工藝流程圖中，常用細(xì)實線畫出設(shè)備的簡略外形和內(nèi)部特征。目前，很多設(shè)備的圖形已有統(tǒng)一的規(guī)定，其圖例可參見表1-1。

工藝流程圖上應(yīng)標(biāo)注設(shè)備的位號及名稱。

（1）標(biāo)注的內(nèi)容

設(shè)備位號標(biāo)注的內(nèi)容如下：

第一個字母是設(shè)備分類代號，用設(shè)備名稱英文單詞的第一個字母表示，各類設(shè)備的分類代號見表1-2。在設(shè)備分類代號之后是設(shè)備編號，一般用四位數(shù)字組成，第1、2位數(shù)字是設(shè)備所在的工段（或車間）代號，第3、4位數(shù)字是設(shè)備的順序編號。例如設(shè)備位號T1218表示第12車間（或工段）的第18號塔。設(shè)備位號在整個系統(tǒng)內(nèi)不得重復(fù)，且在所有工藝圖上設(shè)備位號均需一致，如有數(shù)臺相同設(shè)備，則在其后加大寫英文字母，例如T1218A。

（2）標(biāo)注的方法

設(shè)備位號應(yīng)在兩個地方進(jìn)行標(biāo)注：一是在圖上方或下方，標(biāo)注的位號排列要整齊，盡可能排在相應(yīng)設(shè)備的正上方或正下方，并在設(shè)備位號線下方標(biāo)注設(shè)備的名稱；二是在設(shè)備內(nèi)或其近旁，此處僅注位號，不注名稱。但對于流程簡單、設(shè)備較少的流程圖，也可直接從設(shè)備上用細(xì)實線引出，標(biāo)注設(shè)備號。

1.2.1.2　常用管件和閥門圖形符號

常用管件和閥件圖形符號分別見表1-3和表1-4。由于管件和閥件種類繁多，HG/T 20519—2009并未給出所有的圖例。

1.2.1.3　常用儀表參量代號、儀表功能代號及儀表圖形符號

儀表參量代號見表1-5，儀表功能代號見表1-6，儀表圖形符號見表1-7，常用流量檢測儀表和檢出元件的圖形符號見表1-8，儀表安裝位置的圖形符號見表1-9。圖中圓圈直徑為10mm，用細(xì)實線繪制。

1.2.1.4　物料代號

流程圖中常見物料的代號見表1-10。

1.2.1.5　工藝流程圖中圖線寬度的規(guī)定

工藝流程圖中圖線寬度的規(guī)定見表1-11。

1.2.2　工藝流程設(shè)計

1.2.2.1　方框流程圖和生產(chǎn)工藝流程草圖

為便于進(jìn)行物料衡算、能量衡算及有關(guān)設(shè)備的工藝計算，在設(shè)計的最初階段，首先要繪制方框流程圖（BFD），定性地標(biāo)出物料由原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程、流向以及所采用的各種化工過程及設(shè)備。

方框流程圖和生產(chǎn)工藝流程草圖僅供設(shè)計者使用，不列入設(shè)計文件中。

1.2.2.2　工藝物料流程圖

在完成物熱衡算后便可繪制工藝物料流程圖（PFD），它是以圖形與表格相結(jié)合的形式來表達(dá)物熱衡算的結(jié)果，從而使設(shè)計流程定量化。物料流程圖簡稱物流圖（實際上包括物流與能流，因為物流本身具有能量流），它是初步設(shè)計階段的主要設(shè)計成品，提交設(shè)計主管部門和投資決策者審查，如無變化，在施工圖設(shè)計階段則不必重新繪制。

由于物流圖標(biāo)注了物料衡算和熱量衡算的結(jié)果數(shù)據(jù)，所以它除了為設(shè)計審查提供資料外，還可用作日后生產(chǎn)操作和技術(shù)改造的參考資料，因而是非常有用的設(shè)計檔案資料。

因為在繪制物料流程圖時尚未進(jìn)行設(shè)備設(shè)計，所以物料流程圖中設(shè)備的外形不必精確，常采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備表示方法簡化繪制，有的設(shè)備甚至簡化為符號形式。設(shè)備的大小不要求嚴(yán)格按比例繪制，但外形輪廓應(yīng)盡量做到按相對比例繪出。

物料流程圖中最關(guān)鍵的部分是物流表，它是人們讀圖時最為關(guān)心的內(nèi)容。物流表包括物料名稱、質(zhì)量流量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾流量和摩爾分?jǐn)?shù)，有些物流表中還列出物料的某些參數(shù)（如溫度、壓力、密度等）。

熱量衡算的結(jié)果除了可在物流圖中的物流表內(nèi)列出外，通常是在相應(yīng)的設(shè)備位置附近表示，如在換熱器旁注明其熱負(fù)荷（詳見圖1-1）。

物料流程圖作為初步設(shè)計階段的主要設(shè)計成品，其作用如下：①作為下一步設(shè)計的依據(jù)；②為接受審查提供資料；③可供日后操作參考。

圖1-1是物料流程圖的一個示例。

1.2.2.3　帶控制點的工藝流程圖

在初步設(shè)計階段，除了完成工藝計算、確定工藝流程外，還應(yīng)確定主要工藝參數(shù)的控制方案，所以初步設(shè)計階段在提交物料流程圖的同時，還要提交帶控制點的工藝流程圖（PCD）。在畫工藝流程圖時，工藝物料管道用粗實線，輔助物料管道用中粗線，其他用細(xì)實線。圖紙和表格中的所有文字均采用長仿宋體。

在帶控制點的工藝流程圖中，一般應(yīng)畫出所有工藝設(shè)備、工藝物料管線、輔助管線、閥門、管件以及工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、pH值等）的測量點，并表示出自動控制的方案。它是由工藝專業(yè)人員和自控專業(yè)人員共同合作完成的。

借助帶控制點的工藝流程圖，可以比較清楚地了解設(shè)計的全貌。帶控制點的工藝流程圖應(yīng)包括如下內(nèi)容。

（1）物料流程

物料流程包括：

①設(shè)備示意圖，大致依設(shè)備外形尺寸按比例畫出，標(biāo)明設(shè)備的主要管口，適當(dāng)考慮設(shè)備合理的相對位置；

②設(shè)備流程號；

③物料與動力（水、汽、真空、壓縮機(jī)、冷凍鹽水等）管線及流向（用箭頭線表示）；

④管線上的主要閥門、設(shè)備及管道的必要附件，如疏水器、管道過濾器、阻火器等；

⑤必要的計量、控制儀表，如流量計、液位計、壓力表、真空表及其他測量儀表等；

⑥簡要的文字注釋，如冷卻水、加熱蒸汽來源、熱水及半成品去向等。

（2）圖例

圖例是將物料流程圖中畫的有關(guān)管線、閥門、設(shè)備附件、計量-控制儀表等圖形用文字予以說明。

（3）圖簽

圖簽是寫出圖名、設(shè)計單位、設(shè)計人員、制圖人員、審核人員（簽名）、圖紙比例尺、圖號等項內(nèi)容的一份表格，其位置在流程圖的右下角。

圖1-2是一個帶控制點的工藝流程圖示例。

1.2.2.4　管道儀表流程圖

管道儀表流程圖（PID）是化工裝置工程設(shè)計中最重要的圖紙之一，一般在施工圖設(shè)計階段完成，是該設(shè)計階段的主要設(shè)計成品之一，它反映的是工藝流程設(shè)計、設(shè)備設(shè)計、管道布置設(shè)計、自控儀表設(shè)計的綜合成果。

管道儀表流程圖要求畫出全部設(shè)備、全部工藝物料管線和輔助管線，還包括在工藝流程設(shè)計時考慮為開車、停車、事故、維修、取樣、備用、再生所設(shè)置的管線以及全部的閥門、管件等，還要詳細(xì)標(biāo)注所有的測量、調(diào)節(jié)和控制器的安裝位置和功能代號。因此，它是指導(dǎo)管路安裝、維修和運行的主要檔案性資料。

圖1-3是管道儀表流程圖的一個示例。

1.2.2.5　工藝流程設(shè)計的基本原則

工程設(shè)計本身存在一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，同時又是政策性很強(qiáng)的工作，設(shè)計人員必須有優(yōu)化意識，必須嚴(yán)格遵守國家的有關(guān)政策、法律規(guī)定及行業(yè)規(guī)范，特別是國家的工業(yè)經(jīng)濟(jì)法規(guī)、環(huán)境保護(hù)法規(guī)、安全法規(guī)等。一般來說，設(shè)計者應(yīng)遵守如下一些基本原則。

①技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性　運用先進(jìn)的設(shè)計工具和設(shè)計方法，盡量采用當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的優(yōu)化集成，使其具有較強(qiáng)的市場競爭能力。同時，對所采用的新技術(shù)要進(jìn)行充分的論證，以保證設(shè)計的科學(xué)性和可靠性。

②裝置系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性　在各種可采用方案的分析比較中，技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)往往是關(guān)鍵要素之一，以求得以最小的投資獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

③可持續(xù)及清潔生產(chǎn)　樹立可持續(xù)及清潔生產(chǎn)意識，在所選定的方案中，應(yīng)盡可能重復(fù)利用生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的廢棄物，減少廢棄物的排放，乃至達(dá)到廢棄物的“零排放”，實現(xiàn)“綠色生產(chǎn)工藝”。

④過程的安全性　在設(shè)計中要充分考慮到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的危險事故（燃燒、爆炸、毒物排放等），采取有效安全措施，確保生產(chǎn)裝置的可靠運行及人員健康和人身安全。

⑤過程的可操作性及可控制性　生產(chǎn)裝置應(yīng)便于穩(wěn)定可靠操作。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷或一些操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)波動時，應(yīng)能有效快速地進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

⑥行業(yè)性法規(guī)　如藥品生產(chǎn)裝置的設(shè)計，要符合“藥品生產(chǎn)及質(zhì)量管理規(guī)范”。