第三章(第二节)

一、工艺系统设计的基本技术要求
从工艺系统专业的职责范围及主要设计内容中可 以看出，系统设计的内容是通过图纸和表格说明的形 式表现出来的。 图纸就是管道仪表流程图PID ，它是在工艺流程 图的基础上，根据工艺要求和各有关专业提供的条件， 从各个角度和各个方面进行综合分析和判断后设计出 的。其中包含了单元操作系统对管道仪表流程图的要 求、自动控制检测系统、公用工程系统、分析检验系 统、安全保护系统、开车停车系统、化学清洗及检修 系统、以及各工艺装置之间系统设计的衔接等。其目 的就是要满足各种情况下的生产需要和安全需要。
19.需经常拆卸的设备管口应有可拆卸的短管。
20.在工艺生产过程中的某些设备和管线按要求需 要进行保温和伴热，而某些温度高于60℃（可按工程 要求定）的管线和设备，需进行防烫保温。水管线等 要进行防冻保温。
21.一些设备和管线通常要设置高点放空和低点放 净，对于不能直接排放的放空、放净管，要将其接到 合适的位置和系统上。 22.对于有液封要求的设备和管道，经计算后，把 液封高度标注在图上，并考虑采取措施防止液封可能 被吹掉或吸干。 23.需锁住或铅封的阀门要注明。注意，处理事故 用的阀门只能铅封，而不能锁住。
（3）用蒸汽加热的再沸器，可在蒸汽入口管上设 调节阀，控制蒸汽流量。
2.精馏塔
（1）为了便于调节，塔上通常设有几个进料 口。每个进料口处应设置阀门，直接与塔的管口相 接。
（2）塔顶馏出管上一般不设阀门，直接接往 塔顶冷凝器。 （3）在重力回流式冷凝系统中设置液封管可 以防止冷凝器出口管线中的气相倒流（见图3－2－ 5、图3－2－6）。 （4）温度计管口一般开在塔的液相区。温度 计套管应与塔板下的流体接触，所以在布置温度计 套管时，应密切注意塔内构件的布置。
6.在有杂物可能进入泵的系统，为防止杂物 进入泵体损坏叶轮，应在泵吸入口设过滤器。 过滤器的安装位置应在泵吸入口和入口切断阀 之间的大法兰一侧。
7.止回阀上方应加装一泄液阀，以便于止回 阀拆卸前的泄压。为了节省安装位置，可以在 止回阀和切断阀之间加装一泄液环，而把泄液 阀装在泄液环上，如图3－2－1（a）所示(P56)；
化工生产过程中需要使用Fra Baidu bibliotek种设备。每种 单元设备对管道仪表流程图的设计均有一定的 要求。作为一个管道仪表流程图的设计者，要 掌握各种单元设备的典型设计，再结合工艺流 程和工程项目的特殊要求，配以设计者的经验， 就可进行管道仪表流程图中单元设备的设计。 需要指出的是，这里的单元设备的设计并不是 指设备的整体设计，即不包括设备的工艺计算 和结构设计等内容，而只是系统专业任务中所 规定的那些内容。在此介绍一些常用单元设备 的典型系统设计。
15.换热器配管的连接要合适。当循环水系统发生 故障时，要求仍有一部分循环水留在换热器内而不致 倒空。所以，换热器的冷却水配管以下进上出为好。 16.循环水温度太高会造成换热器内部结垢，所以 用循环水作冷却介质的换热器，其循环水出口处应安 装温度计。在循环水回水管的高处应设置取样阀，以 便于取样，检查水中是否含有被冷却介质，从而判断 换热器是否有泄漏。 17.非埋地的循环水供水、回水管，在冰冻地区应 设旁通阀。在装置边界切断阀前应设一DN50的旁通阀， 在换热器切断阀前应设一DN25的旁通阀。 18.冷却器或冷凝器的低温侧（壳侧）配管上应设 置有安全阀。
35.除有特殊需要外，不宜选用DN32、 DN65、DN125、DN175的管道。
除了管道仪表流程图的设计外，系统 专业还向其它有关专业以表格的形式提出 设计条件，如设备的设计压力；容器及设 备接管的确定；泵的NPSH及泵计算表；管 道命名表等（见系统专业的设计内容）。
二、常见工艺装置的典型系统设计
4.对每根管子进行编号，并选择合适的管道等级。 当不同管道等级的管线连接时，管道压力等级的分界 点应在正确的位置上，如下图所示。
高压
低压
高压
低压
5.管内的介质如有可能产生倒流，应在适当的地 方加止回阀。 6.离心泵、压缩机出口应有止回阀。
7.几个换热设备（包括加热炉、空冷器）并联时， 应考虑管路的对称布置，特别是在有相变的情况下， 对称配管尤其重要。 8.有两相流时，可能引起管道的振动，因此，在 管道流程图上应注明，以利配管设计人员在处理这些 管线时作一些必要的特殊考虑。
第二节
工艺系统设计
工艺系统设计内容主要体现在管道仪表流程图PID的设计上。 管道仪表流程图的设计是化工厂设计中从化工工艺的流程设计 过渡到工程施工设计的重要工序。由于管道仪表流程图的设计 千变万化，即使同一工艺流程的装置，也往往a由于其它因素的 影响（如用户要求、地理环境的不同，仪表控制水平的不同， 材料水平的不同以及操作生产人员经验的差异等），需要在管 道仪表流程图设计时作出相应的调整；再加上b设计者处理方法 的不同，同一工艺流程在不同的工程项目中，其管道仪表流程 图不可能完全一致，但是，如果设计人对系统设计内容及方法 掌握得深，又有丰富的处理工程问题的经验和能力，同时又具 备较广泛的其它专业的知识，则完全可以设计出一高水平的PID。 重点介绍系统设计中带有共性的基本技术问题和常见的工 艺装置的典型系统设计（了解）。
（二）容器
1.容器的物料入口管口处，不一定设切断阀；与容 器相接的空气、蒸气、水等公用工程管线，在靠近容 器管口处应设切断阀，并在切断阀前设止回阀。输送 高粘度介质的管线要坡向收料容器。一般情况下，只 在容器液相出口处设置切断阀。 2.容器与连接管线之间的切断阀应尽量直接安装在 容器管口。
3.容器底部一般设有放净阀（常用截止阀）。容器 顶部设放空阀（常用闸阀），供容器开停工吹扫及放 空用。阀门应直接与容器管口相接。若可以利用管线 上的阀门对容器进行放空或放净，容器可免设放空或 放净阀。
系统设计应保证各种操作状况及操作程序的可行 性及正确性，并在管道仪表流程图上表示以上所必须 的全部设施。
2.对于可能发生的事故要有相应完备、妥善 的处理手段。如停电、停水时怎么处理，后果 怎样。仪表压缩空气停止供应后，是否所有的 仪表都在合适的位置上等。 3.出现误操作（如某些阀门出现操作失误） 时会发生什么问题，怎样防止误操作。对误操 作后可能带来灾难性事故的阀门，应在管道仪 表流程图上注明，提醒配管设计人员注意。同 时，应采取特殊措施把误操作后易产生严重事 故的阀门分开布置。
8.常在容器底部附近设一DN50的公用工程接 口，以便检修时对容器进行清洗和吹扫。 如图3－2－3所示为常用卧式容器的管道仪表 流程图。就地液位计和高位报警器使用一个液位计 总管与容器相接；容器顶部的安全阀设有一铅封闭 的旁通阀；进料管口处无切断阀。图中示出容器的 最小安装标高为H。
如图3－2－4所示为装有搅拌装置的立式容器。 容器内的液态物料由泵抽出，所以容器上除了玻璃 液位计外还设有低液位报警器，以免介质被抽空。 容器底部液位出口虽接往泵吸入口，但因罐内装有 搅拌装置，故可免设防涡流板。该容器有安装标高 要求。
4.若容器需要设置两个或两个以上的液位计 （玻璃管液位计、液位变送器、液位警报器等） 时，应设液位计总管（DN50或DN80）。所有的 液位计接在液位计总管上，总管再与容器相接。 这样，可使容器筒体上的开口数目减到最少。 5.容器下部流体出口管与泵吸入口相接时， 容器内靠近此管口处应设防涡流板。 6.容器需要设置安全阀时，可把安全阀设在 容器顶部气相部分或气相管线上。当容器内有 捕沫网时安全阀应装在捕沫网下方。 7.当容器对安装标高有具体要求时，应标出 最低标高。
（三）塔
塔是容器的一种，容器对管道仪表流程图的种种 要求也适用于塔。但塔又有一些与一般容器不同的要 求。 1.再生塔（可参见图例3－3－5中CO2再生塔） （1）一般立式再沸器的出口管与塔的返回管口直 接连接；卧式热虹吸再沸器的管线在热膨胀允许的条 件下，就尽量短而直。
（2）卧式再沸器常有两个出口。为使其流量相等， 管线最好对称布置。
30.系统设计时还需考虑装置维修的需要。如维修 时装置的操作状态是正常运行时进行维修，还是部分 停车或全部停车时才能维修；维修程序，包括装置的 减压、减温、排放、吹扫、清洗等；进行维修必须的 设施要求齐全，如切断管线用的阀门、盲板、放空、 放净，拆卸用的法兰、吹扫接口；维修后准备开车所 需的设施，如充氮、试压所需的阀门、仪表及其它设 备等。
24.根据建厂现场的气象条件，决定整个装置 的管线需要设置必要的防冻措施（如设旁通、放 净、保温和伴热等），并尽量避免管线有“盲肠” 部位。 25.所有可能超压处均要有安全阀或其它压力 保护措施，安全阀的规格、尺寸应注明；安全阀 后应接往火炬系统或排往合适的地点。 注意：在排往火炬系统时，不会发生冷凝的 气体物料应接往干气系统，管线无坡度要求；而 可能产生冷凝液的气体则应排往湿气系统，管线 应往分离罐下坡，无袋形，经分离罐分离液滴后 再进入火炬燃烧处理，以免凝液进入火炬产生 “火雨”。
（一）离心泵
1.泵的入口和出口处均需设置切断阀。
2.为了防止离心泵未启动时物料的倒流，在其出 口处应安装止回阀。由于止回阀容易损坏，应靠近泵 的出口安装，以便切断后检修。 3.在泵的出口处应安装压力表，以便观察压力。 4.在进行泵吸入管线的水力计算时，要校核泵的 净正吸入压头，以免产生汽蚀现象。若净正吸入压头 不能满足要求时，可以将泵吸入管线的管径放大一级。 5.泵出口管线的管径一般与泵管口相同。但当压 力降超过允许范围时，可将泵出口管径放大一级或二 级。
9.当公用工程的蒸汽、压缩空气、水及氮气管线 与工艺物料管线或设备相接时，要设一止回阀，以防 止工艺物料倒入公用系统，且止回阀和切断阀间设一 检查阀。
10.有高度要求的设备的标高在管道仪表流程 图上要标注清楚。 11.对需要加热的设备应注意要有适当的温度 控制，载热体的温度要适当，以免物料过热而产生 高压或者分解。 12.取样点位置要合适，注意使试样不受环境 污染。 13.汽轮机的蒸汽入口管和汽轮机的壳体内不 允许积聚蒸汽冷凝液，因此必须采取疏水措施。 14.压缩机在低流量下工作时，应设旁通管。 同时，注意在旁通管上设冷却器，以免压缩机入口 温度过高。
26.装置运行中，要有足够的仪表来指示生 产工况和报警。温度、压力和液面的报警、联 锁切断应满足生产要求。 27.所有调节阀都应标注“气开”、“气 闭”。 28.要考虑发生重大事故时装置应如何停车， 其停车系统要设计适当。
29.对非定型生产的管件，应在管道仪表流 程图上逐个编号，并绘制特殊管件表、特殊管 件图。
下面简要介绍管道仪表流程图设计过程中应考虑 的基本技术问题。
1.除正常生产的主物料管线外，还要考虑非正常操 作情况（开车、停车、催化剂再生、蒸气吹扫、设备 除垢等）下所需的管线和阀门。比如装置建成后的原 始开车。包括系统的试压、试车、清洗、吹扫，以及 吹干等；装置正常开车，包括系统加温、加压（或减 温、减压）、点火、开车、卸料、蒸气吹扫、对不合 格产品的处理等。
31.应避免水或工艺介质从某一点漏到另一点而产 生危险。若任意两个系统输送的介质混合时，如可能 产生危险，这两个系统最好不要接在一个公用工程系 统上。若无法避免，应采用双切断阀，并在中间加检 查阀，或采用其它安全方法。
32.若泵的出口无止回阀，而泵又有备用，且泵入 口管上亦无其它的保护措施，则泵入口管的设计可能 要按泵出口管考虑。 33.对危险性物料放净时，要设双阀。 34.由于管道仪表流程图上的每一符号都代表某个 设备、管件或仪表，因此，管道仪表流程图上符号的 多少和系统的复杂程度，都会与装置的投资成一定的 比例关系，即装置投资的多少直接受管道仪表流程图 设计的影响。要控制装置的投资，必须在设计管道仪 表流程图时考虑装置的经济性，寻找最廉价而又有效 的方法来达到预定的技术要求。
对DN50以上止回阀，亦可考虑在止回阀的 阀盖上钻孔安装放净阀，如图3－2－1（b）所 示。
8.泵体放空应接往合适的系统。
9.图3－2－2为离心泵的典型配管，泵体和 泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀，并将 排出物送往合适的排放系统。 10.在某些情况下，离心泵需要设置保护管 线。如暖泵管线、小流量旁通管线、平衡管线、 高扬程旁通管线、防凝管线。