第四节　化工工艺流程图的设计程序

把各个生产单元按照一定的目的和要求，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，即工艺流程图是一种示意性的图样，它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、管路、附件和仪表自控等，以表达一个化工生产过程中物料能量的变化始末。工艺流程图是工程项目设计的一个指导性文件。生产工艺流程设计最先开始，却最后才完成，它涉及面大，设计周期长，因此一般需分阶段进行。

化工工艺流程图的设计应遵循中华人民共和国行业标准《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》（HG/T 20519—2009）和《管道仪表流程图设计规定》（HG/T 20559—1993）的规定。

流程设计一般由浅入深，由定性到定量进行，根据先后顺序大体上可分为四种流程图：流程框图、方案流程图（流程示意图）、物料流程图（PF或PFD图）和带控制点的工艺流程图（PI或PID图）。

一、流程框图

在前期规划及初步方案确定时，一般采用流程框图来说明技术路线。

流程框图是采用方框及文字表示主要的工艺过程及设备，用箭头表示物料流动方向，把从原料到最终产品所经过的生产步骤以图示的方式表达出来的图纸。

流程框图是一种示意性的展开图，一个方框可以是一个设备、一个工序或工段，也可以是一个车间或系统。在图上可加注必要的文字说明，如原料来源，产品、中间产品、废物去向等，也可在工艺流程线旁标注出物料在流程中的某些参数（如温度、压力、流量等）。

对可以通过多种方案制取的化工产品，可以通过流程框图进行比较，选择较优的生产方案。如前面讨论过的合成氨四种方案的比较。流程框图是化工工艺流程图中最简单、最粗略的一种。

流程框图是工厂设计的基础，也是操作和检修的指南，用流程框图进行各种衡算，既简单、明了、醒目，也很方便。将以上的合成氨D方案展开绘出方框图如图1-7所示。

从净化工序送来的新鲜氢气和氮气，补充在油分离器出口的循环气中，进入冷交换器和氨冷器进一步冷却，使其中的氨绝大部分冷凝为液氨并被分离出去。循环气进入合成塔，发生氨合成反应后，依次经废热锅炉、热交换器和软水预热器回收热量，然后再经水冷却器冷却，使气体中部分氨液化，进到氨分离器分离出液氨。气体则进入循环压缩机补充压力形成循环回路。从冷交换器和氨冷器分离出的液氨与氨分离器分离出的液氨汇合进入液氨贮槽。由于液氨贮槽压力降低，溶于液氨中的气体和部分氨被闪蒸出来，合成弛放气送出另作处理。在氨分离器后放出一部分循环气，称为放空气。从整个系统来看，进入系统的是新鲜氢气和氮气，离开系统的是产品液氨、弛放气和放空气。

二、方案流程图

1.方案流程图简介

方案流程图又称流程示意图或流程简图，是一种示意性的展开图，在流程框图的基础上，自左至右把设备和流程展开在同一平面上，用图例表示出主要工艺设备的位号和名称，用箭头表示出物流方向。

它是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。是工艺设计开始时绘制的，供讨论工艺方案用，是施工流程图设计的依据。图1-8所示的为某石油化工企业裂解气分离的方案流程图。

图1-9、图1-10分别为某企业煤气制造方案流程图和水煤气脱硫工艺流程图。

方案流程图的内容，只需概括地说明以下两个方面：

①由原料转变为产品的来龙去脉——工艺流程线。

②采用的各种机器及设备。

2.工艺流程线的画法

图纸尺寸及线条要求如下。

①按工艺车间或工段，原则上一个主项画一张图，一般采用1～3号图纸，如流程复杂，幅面允许加长，也可分张绘制。

②在方案流程图中一般只画出代表主要工艺管线的流程线。其他辅助管线不必一一画出，流程线应画成水平或垂直，转弯处画成直角。

③绘制流程线时，避免穿过设备或使管路交叉，确实不能避免时，可将其中的一线断开，或曲折绕过设备。一般情况下按照以下原则画出流程线：主物料线不断开，辅物料线可断开；竖线不断开，横线可断开；流程在先的物料线不断开，在后的可断开。

④线条要求。

所有线条要清晰、光滑、均匀，线与线间要有充分的间隔，在同一张图上，同一类线条的宽度应一致，线条的宽度在任何情况下，都不应小于0.25mm。

在工艺流程图中，线条宽度可参照表1-2绘制。

一般情况下流程图上不标尺寸，但有特殊需要注明尺寸时，其尺寸线用细实线表示。

⑤在流程线上应用箭头标明物料流向，并在流程线的起讫点注明物料名称、来源或去向。

总之，要使各设备间流程线的来龙去脉清楚、排列整齐。

3.设备的画法

在图样中，用细实线按流程顺序依次画出设备示意图，一般设备取适当比例，常用比例为1∶50、1∶100和1∶200。但要注意应保持它们的相对大小，允许实际尺寸过大的设备适当缩小比例，实际尺寸过小的设备适当放大比例。使图面视觉美观，饱满匀称，清晰整齐。

设备绘制方法如下。

（1）图中的设备只画出大致轮廓和示意结构，表明该设备的结构特征即可；设备上重要接口管的位置，也只需大致画出。对于流程简单、设备较少的方案流程图，图中的设备也可以不编号，而将名称直接注写在设备的图形上。常用设备的外形画法可参照图例绘制，如附录1所示。

（2）在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平台。设备之间的高低位置及设备上重要接管口的位置，需大致符合实际情况；设备之间应保留适当的距离，以便布置流程线。

（3）流程中若有几台相同设备并联，可以只画一台，其余用细实线方框表示，在方框内注明位号，并画出通往该设备的管线。对于备用设备，一般可省略不画。

（4）设备位号的标注　在流程图的正上方或正下方标注设备的位号及名称，标注时应在同一条水平线。设备的位号包括设备分类号、工段号、同类设备顺序号和相同设备数量尾号等，如图1-11所示。

①设备类别代号　按设备类别编制不同的代号，一般取设备英文名称的第一个字母（大写）作代号。具体规定见表1-3。

②主项编号　主项（或工序）编号采用一位或两位数字顺序表示，即可为1～9或01～99。注意：在一个联合工厂设计中，如果要识别装置，设备位号的主项代号可以由3～4位数字表示。前一位或两位数字表示装置识别号，即可为1～9或01～99，后两位数字顺序表示主项（或工序）代号，即可为01～99。

③设备顺序号　按同类设备在工艺流程中流向的先后顺序编制，采用两位数字，从01开始，最大99。

④相同设备的数量尾号　两台或两台以上相同设备并联时，设备标注的位号前三项完全相同，可用不同的数量尾号予以区别。按数量和排列顺序依次以大写英文字母A、B、C……作为每台设备的尾号；若同一位号的设备数量超过26台时，可用阿拉伯数字序号代替英文字母。

因为方案流程图一般只保留在设计说明书中，因此，方案流程图的图幅一般不作规定，图框、标题栏也可省略。

三、物料流程图（PF或PFD图）

物料流程图是在初步设计阶段，完成物料衡算和热量衡算时绘制的。它是在方案流程图的基础上，采用图形与表格相结合的形式反映设计中物料衡算和热量衡算结果的图样。右图中需要表示出主要工艺设备及部分关键辅助设备和物流方向，标注工艺设备的位号和名称；用表格表示出各物流的流量和含量；在有热量变化的过程或设备旁，标出热量值。

一般情况下，化工设计中应绘制物料流程图。物料流程图为设计审查提供资料，是进一步设计的依据，还可为日后实际生产操作提供参考。图1-12为空压站的物料流程图。从图中可以看出，物料流程图的内容、画法和标注与方案流程图基本一致，只是增加了以下内容。

①设备的位号、名称下方，注明了一些特性数据或参数。如换热器的换热面积、塔设备的直径与高度、贮罐的容积、机器的型号等。

②流程的起始部位和物料产生变化的设备之后，列表注明物料变化前后组分的名称、流量、组成等参数，按项目和具体情况增减。表格线和引线都用细实线绘制。

物料在流程图中的某些工艺参数（如温度、压力等），可以在流程线旁注出。

当物料组分复杂、变化多，或者流程图较长时，可在流程图的下部，按流程图的顺序自左至右列表，并编排顺序号，用或表示，以便对照查阅。

根据所编物料代号的数量及物料所涉及成分的数量在物料流程图的设备引线处列表，或在物料流程图的下方或右方画出物料平衡表。表格内容应包括流量、组成及合计等。如图1-13和图1-14所示。

四、带控制点的工艺流程图（PI或PID图）

1.带控制点的工艺流程图简介

带控制点的工艺流程图又称工艺管道或仪表流程图，是在工艺方案流程图和物料流程图的基础上，借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把化工生产过程所需的设备、仪表、管道、阀门及主要管件，按其各自功能，为满足工艺要求而组合起来，以起到描述工艺装置的结构和功能的作用。

通常以工艺装置的主项（车间或工段）为单元绘制，也可以装置为单元绘制，按工艺流程次序把设备和管道流程自左至右展开画在同一平面上。

带控制点的工艺流程图不仅是设计、施工的依据，也是企业管理、试运转、操作、维修和开停车等方面所需的完整技术资料的一部分。管道仪表流程图有助于简化承担该工艺装置的开发、工程设计、施工、操作和维修等任务的各部门之间的交流。

2.带控制点的工艺流程图包括的内容

（1）图形　用规定的图形符号和文字代号，将各设备的简单形状按工艺流程次序，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表和控制方法等展示在同一平面上。

（2）标注　对上述图形内容进行编号和标注；注写设备位号及名称、必要的参数或尺寸、管道代号、管径、材料、保温、控制点代号等信息。

（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、设计阶段等。有些图中还加入备注栏、详图和表格等项。

带控制点的工艺流程图按管道中物料类别划分，通常分为工艺管道仪表流程图（简称工艺PI图或PID图）、辅助物料和公用物料管道仪表流程图（简称公用物料系统流程图）两类。

3.带控制点的工艺流程图的画法

（1）图纸规格　带控制点的工艺流程图与方案工艺流程图的画法基本相似，可以车间（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。一般均采用A1图幅。特别简单的可采用A2图幅，且不宜加长或加宽。

（2）物料代号　用于管道编号，按物料的名称和状态取其英文名字的字头组成物料代号，一般采用2～3个大写英文字母表示。常用物料代号见表1-4。

根据工程项目具体情况，可以将辅助、公用工程系统物料代号作为工艺物料代号使用；也可以适当增补新的物料代号，但不得与表1-4中规定的物料代号相同。

如以天然气为原料制取合成氨的装置中，其工艺物料代号补充规定见表1-5。

（3）隔热、保温、防火和隔声代号　隔热（绝热）是指借助隔热材料将热（冷）源与环境隔离，它分为热隔离（绝热）和冷隔离（隔冷）；保温（冷）是借助热（冷）介质的热（冷）量传递使物料保持一定的温度，根据热（冷）介质在物料（管）外的存在情况分为伴热管、夹套管、电加热等；防火是指对管道、钢支架、钢结构、设备的支腿、裙座等钢材料作防火处理；隔声是指对发出声音的声源采用隔绝或减少声音传出的措施。

隔热、保温、防火和隔声代号用于工艺流程图等工程设计资料中对管道号的标注；采用一个或两个大写英文印刷体字母表示，两个英文字母大小要相同。

代号分为通用代号和专用代号两类。

①通用代号泛指隔热、保温特性，不特定指明具体类别，优先用于物料流程图（PFD图）和管道仪表流程图（PID图）的A版。

②专用代号是指特定的类别。随工程设计的进展和深化，在管道仪表流程图（PID图）的B版（内审版）及以后各版图中要采用专用代号。

管道仪表流程图上隔热、保温、防火和隔声代号见表1-6。

（4）管道、管件、阀门图形符号　工艺流程图上管道、阀门和管件图例见表1-7。

阀门图例尺寸一般为长6mm，宽3mm或长8mm，宽4mm。

（5）仪表控制点的表示方法　在管道仪表流程图上，应用细实线按标准图例绘制出全部计量仪表（温度计、压力计、流量计、液位计、真空计等）及其检测点，并且表示出全部控制方案。

仪表和控制点应该在有关管路上，大致按照安装位置，以代号、符号表示出来。常用的代号与符号有以下几种。

①仪表控制点的符号和代号列举如下。

a.测量点图形符号。测量点图形符号一般可用细线绘制。检测、显示、控制等仪表图形符号用直径约10mm的细实线圆圈表示，如表1-8所示。仪表的图形符号如图1-15所示。

b.仪表安装位置图形符号。仪表安装位置可以用加在圆圈中的细实线、虚线来示，如表1-9所示。

c.参量代号。部分常用的参量代号如表1-10所示。

d.功能代号。部分常用的仪表功能代号如表1-11所示。

e.被测变量及仪表功能字母组合。部分常用的被测变量及仪表功能字母组合见表1-12。

②工艺流程图上的调节与控制系统。一般由检测仪表、调节阀、执行机构和信号线四部分构成。常见的执行机构有气动执行、电动执行、活塞执行和电磁执行四种方式，如图1-16所示。

控制系统常见的连接信号线的方式有三种，如图1-17所示，连接方式如图1-18所示。

③仪表位号。仪表位号由字母代号组合与阿拉伯数字编号组成：第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能（可一个或多个组合，最多不超过五个），被测变量及仪表功能的字母组合如表1-12所示。用一位或二位数字表示工段号，用二位数字表示仪表符号，不同被测参数的仪表位号不得连续编号。

在管道及仪表流程图中，仪表位号中的字母代号填写在圆圈的上半圆中，数字编号填写在圆圈的下半圆中，如图1-19所示。

（6）图例、标题栏及索引

①图例　图例是在对工艺流程图中常用的化工设备、管路、管件、阀件、仪表等的画法进行的统一规定基础上，将绘图中所采用的图形、符号及代号等用文字给予对照说明。一般地，图例说明多放在图纸的右上方。

②标题栏及索引　在工艺流程中，标题栏位于图纸的右下角，设备位号索引（或设备一览表）可画在标题栏的上方或左侧，其下底边可以和标题栏框线或图下边线重合。

4.化工生产管道仪表流程图

下面列举几个典型化工生产工段的管道仪表流程图，例如空压站管道及仪表工艺流程图、天然气脱硫系统管道仪表流程图和合成氨管道仪表流程图，分别如图1-20、图1-21和图1-22所示。