工艺的设计与PFD设计说明

工艺设计及PFD设计

在化工装置设计中，除了工艺系统设计以外，还有管道、设备、机械、建构筑物、公用工程、电气、仪表、安全卫生、消防、分析化验、环境保护等领域的设计工作，还要从全局考虑总平面布置、原料和产品的输送及设计方案的技术经济性，这些都需要在化工工艺系统设计中充分考虑，所以说化工工艺系统设计是一门综合的技术。在各个设计阶段中，作为设计主体的化工工程师，必须与其他各专业密切沟通，相互配合，才能完成整个设计任务。这就要求化工工程师不仅精通、熟悉有关的标准规和设计技能，并能在工程设计项目中恰当地应用、执行它，同时还要具备较广泛的相关专业知识。

国工程设计阶段一般分为初步设计阶段和施工图设计阶段，国际上通行的作法是分为工艺包设计阶段、基础设计阶段和详细设计阶段。

在化工工艺系统设计中，工艺流程设计的各个阶段的设计成果都是通过各种流程图和表格表达出来，按照设计阶段的不同，先后有方框流程图（block flowsheet）、工艺流程草（简）图（simplified flowsheet）、工艺物料流程图（Process Flow Diagram即PFD）和管道仪表流程图（Piping & Instrumentation Diagram 即P&I D）〈也有用“带控制点的工艺流程图(Process and Control Diagram 即PCD”代替P&ID)〉等种类。对于医药行业来说，根据其特有的生产洁净区级别要求，还有人员-物料分流图（Material and Personnel Flow Drawing）、工艺流程及环境区域划分示意图

（Plant Schematic and Process Flow Diagram）等。

下面对工艺设计、工艺包设计容及PFD的设计作简单介绍。

一、工艺设计

1、工艺专业设计和工艺包

从广义上讲工艺设计应包含工艺专业设计和工艺包设计两方面的容。

工艺专业设计的主要任务是对一个化工产品的生产流程先进行基本的计算，在此基础上给有关专业提出条件，在有关专业的参与下以工艺专业为主，完成PFD(工艺物料流程图Process Flow Diagram)的设计任务。这个生产流程可以是工艺专业的设计人员自己开发的，也可是其它专利商提供的技术。

工艺包一个专门的技术名词，它特指包含一个化工产品的生产技术的全部技术文件。这些文件通常应当包含以下的容：生产该产品应该采用的化工生产单元、应该采用的化工设备、应该采用的自动控制方案、所采用的原料以及生产该产品的原料及公用物料的消耗量。

化工工艺设计工程师在进行工艺设计时，需要进行各种设计计算，如物料平衡和热量平衡的计算，这是化工工艺设计中最基本的计算之一，也是使用最频繁的计算。当生产流程基本确定后，只有完成上述计算，才能进行设备设计计算等其它方面的计算。物料平衡和热量平衡的基本计算原则是质量守恒和能量守恒定律。要使工艺包的设计具备先进水平、使产品具备市场竞争能力，在进行流程模拟时就要注意流程的可行性，要使每一股物流都有合理的去处，尽量做到物尽其用；

另外要特别注意热量的综合利用，要考虑把高温的溶剂和蒸汽冷凝液都尽量利用起来，这就需要应用“能量综合设计”的技术。

工艺包设计的依据是已批准的可行性研究报告、总体设计和设计基础资料，据此进行工艺包设计。

工艺包设计应完成的主要任务有：绘制PFD、完成工艺物料平衡计算、编制工艺设备数据表（主要是技术规格要求和负荷）、编制公用物料的设计原则和平衡图、确定环保的设计原则和排出物的基本原则、进行安全分析（Process Safety Review）（或称为风险评价－Risk Assessment）等。

在工艺设计的过程中，工艺专业要和不同专业互提条件。发出条件表的专业是主导专业，条件表是主导专业设计工作的初步成果，是接受条件专业的设计依据，是很重要的技术文件。

这一阶段中，主要工作是由工艺设计人员、其它专业的有关人员和项目管理人员参加并完成的，工艺过程的重大原则和设计方案应该组织有关人员评审后才能确定（寰球公司规定要经过室审和院审），此阶段是整个设计工作全面展开的基础。

2、设计基础

每个设计项目在签订设计合同时，都要在设计合同的技术附件中，用详细的清单列出设计单位要求业主提供的设计基础数据的容，即项目设计数据。项目设计数据是顺利开展设计工作最基本的依据，缺少项目设计数据，设计工作就变成无米之炊，是无法开展的。工程项目只能在此基础上进行设计和建设。

业主根据合同的要求，应按时提出设计单位所需的全部项目设计数据，项目设计数据必须由业主单位的建设项目负责人签名认可，才能正式作为设计基础数据提供给设计人员使用。

工艺和工艺系统专业是从项目经理那里拿到业主认可的项目设计数据，依据这些数据开始设计准备工作。项目设计数据如果有变更，要依据业主的正式通知，由项目经理向有关设计人员发布修改后的项目设计数据，有了设计变更通知设计人员才能修改有关的设计文件。必须重视项目设计数据的变更，它可能会直接影响到工艺流程的改变甚至影响整个项目的合同规定，所以对此应当十分慎重。

工艺及工艺系统专业至少应当得到下列数据，才有条件开展设计工作。

（1）所采用的工艺技术路线及其依据，装置的年设计生产能力，年操作小时数及装置操作弹性、操作制度、设计工况。

（2）原材料、辅助原料、催化剂、化学品的规格要求及界区条件。

（3）产品、中间产品及副产品的规格（产品牌号、规格、性能等）要求。

（4）产品方案及产品性能。

（5）公用物料的各项规格要求及界区条件（温度、压力、水质分析等）。

（6）提出原材料、辅助原材料、催化剂、化学品、工艺过程中公用物料的消耗定额及副产品产出定额（预期值）。

（7）提出工艺过程排出物（气体、液体、固体等）排放源、排放

数量及其组成。

（8）现场数据，气象数据，供电及电信系统等的数据。

（9）设计规和标准。

3、工艺包设计容

工艺包设计文件一般应包括以下容。

●设计围。说明工艺包包括的围及生产规模。

●设计基础。工艺对原材料、催化剂、化学品及公用工程的规格

要求，成品规格，生产能力（收率、转化率），消耗定额，三

废排放量及规格，生产定员，工程保证指标和需要说明的安全

生产要求。

●工艺流程说明。按工艺流程的程序，详细的说明生产过程，包

括有关的化学反应及机理，操作条件，主要设备特点，控制方

案以及工程设计所必须的工艺物料的物化性质数据。

●物料平衡及热量平衡计算结果。全流程典型的物料平衡，应考

虑到负荷的波动及各主要工况，作为工程设计的重要依据。

●PFD。表示工艺生产所有主要设备（包括位号、名称），特殊

阀件设置，物流数据（流量、组成、温度、压力等特性）以及

控制、联锁方案。

●工艺设备表（设备一览表）。应填写设备位号、设备名称、介

质名称、操作压力、操作温度、材质等。

●主要设备工艺数据表（工艺规格书），包括主要机械设备数据

表。主要设备数据表应列出所有工艺规格要求及有关数据、设