我是怎样做工艺包的.docx

1、我是怎样做工艺包的（18-1）工艺包的内容和深度。一提到工艺包的内容和深度，大家应该都会想到一个规范石油化工装置工艺设计包（成套技术工艺包）内容规定SHSG-052-2003。据我了解，目前对成套工艺包的规定只有这一个成文标准。用过这个标准的朋友可能都有个体会，感觉深度有点深，其内容如果全部具备的话，有些深度基本相当于基础设计的内容了。我也有这样的感觉，其实，我想在国内，按照这个标准在做工艺包的应该大多是工程公司或者设计院，设计院最终的目的是什么？是做详细设计或者施工图设计，这样在做工艺包的时候，就会形成一种思维，感觉深度总是不够，感觉问题都要在工艺包阶段提出。我想这是正常的。因为目前没有其他

2、可利用的工艺包标准。因此，大多数项目涉及到工艺包时都是参照此标准。这个标准虽然褒贬不一，但是就起实用性来说，还是可以的。如果可以，我们海川可以组织编写一个更实用的工艺包内容和深度规定，为行业贡献一份力量所以，为了方便跟大家交流和工作需要，后面的具体工艺包编制过程还是以此标准为主线，然后根据我自己的经验略作调整。尽可能多讲一些实际经验和体会！第一期就是这样了。希望大家多讨论，多提问题！（18-2）开始工作的第一步：收集物性数据化工物性数据（包括平衡数据）的收集是工艺包设计的第一步。能准确地查找、分析、处理和应用相关化工物料的所需数据是化工工艺设计人员的基本功。也是后续工作开展的基础。为了开展后续

3、的三平衡（质量、动量、能量）计算，应该了解或者准备的物性数据至少应包括以下这些数据：（1）基本物性数据，如沸点、熔点、凝固点、临界参数等，也就是温度独立参数。（2）温度相关热力学物性，主要为汽化热等（3）温度相关的传递物性，主要为黏度等（4）MSDS数据和火灾危险性（工程设计必须考虑的）（5）相平衡数据，尤其是要确认需要分离的混合物系中是否有共沸体系等等。以上数据的获取办法：（1）作为工艺包设计，基本的模拟软件应该会用，至少可以作为查询物性数据的工具。Aspen、Pro2都可。这应该是最方便的查询数据的方法。（2）从网络中查找，但这个只能作为基本的数据查找，还需要通过专业的文献或书籍验证。我常

4、用的网站：（3）文献查询：首先查找VIP等期刊数据库对所查物质进行查询，基本能了解到相关的物性。其次是查找专业手册，常用的有：化学工程手册化工物性数据手册等（4）如果上述这些方法都无法查到相关的数据，就需要选用第1条中的模拟软件的一个功能，物性估算来获取数据，这样获取的数据应该可以满足工程设计的要求。（5）对于混合物，可以采用软件、相图等手段来获取物性。如混合物的泡露点可以通过模拟软件技术获得。这对于有些设备的设计压力的选取很有帮助。工作的第一步收集物性数据应该形成的成品文件是项目范围内所涉及介质的物料特性表。做过化工设计的朋友应该都见过这个表，这是后续工作开展的基础。后续分离方案的制定、火灾

5、等级的划分、储存温度和储存量的确定、设备布置的间距、设备的设计压力等都与所设计的介质的物性有直接的关系。因此，在实际化工设计中，物性数据的收集占有相当大的工作比重，有时甚至是整个过程成败的关键步骤。（18-3）确定技术路线，形成第一个平衡物料平衡（质量平衡）不知不觉已经是第三讲了，今天要说的相对于前两讲可能才是大家更感兴趣的，也是更关心的。因为对很多人来讲，今天开始进入可以看到直接工作成果的一步。但是不能急，做工艺包是一个循序渐进的过程，一步一步是不能跳跃进行的，必须有了上一步才能有下一步，否则，就会走弯路。本期我定的题目是：确定技术路线，形成第一个平衡工艺物料平衡。获得了与编制工艺包有关的所

6、有物性数据后，就可以进入这一步了。通常要我们做工艺包时，基本工艺路线、总体方案、重要过程的数据是已经确定的，也就是数据包。（1）拿到研究院或者其他研究单位提供的数据包后，此时要做的就是要利用化学工程的基本原理，梳理技术路线，也就是通常所的总体设计技术方案。对其基本过程熟悉，分析过程，重新进行化工单元操作组合。因为数据包通常会把很多问题和单元操作简化或者复杂化。比如：用一种常温常压下为液体的物质在高温、微正压下进行反应，生产另外的新物质。数据包通常能提供的就是反应过程在什么温度、什么压力下进行，生成物组成是什么。而其对如何实现反应进料控制的温度、压力、反应器如何实现换热（冷却）等都不太关心甚至不

7、提及，而这些正是我们化学工程、工程放大需要解决和考虑的。在这个阶段，我们需要对这些问题的方案有个大致的想法。这些控制要求和要求的条件能否实现，可能会影响到整个工艺方案能否实现。所以，第一步除了分析工艺过程本身外，对辅助过程要做到心里有数。比如某台设备的温度要求超过了250度，那换热介质就要考虑了，是用的热油还是熔岩还是烟道气等类似的问题。（2）有了第一步的分析基础，我们对数据包有了很深的认识，如果数据包对三传问题考虑的很粗的话，估计此时你已经给数据包提供商准备了很多问题和数据包提供商需要完善的数据。不过这没有关系，有很多数据通过我们的工程经验是可以解决的。这时候就需要跟数据包提供商定一些原则了

8、。比如加热介质的选择和参数。比如工艺过程可能达到的最苛刻情况等等。此时可以在数据包提供的PFD的基础上，对其进行完善。完善的内容就是根据上面的分析进行补充。（3）下一步就要上机通流程了。采用流程模拟软件Aapen、Pro2等软件按照流程顺序依次打通。第一次通流程可以简化，先不需要优化。通过第一次流程模拟，你肯定会发现不少问题，这些问题有的是很明显的，可以直接修改，有些是不能一下子解决的，需要与数据包提供商共同谈论确定。这样就形成了原则流程。（4）原则流程确定后，开始进行优化。主要对产品质量、收率等进行优化。此时，可能需要跟数据包专利商做一些探讨，要合理选择设计变量和设计要求，因为有些工艺没有进

9、行流程模拟时，想的结果太理想。比如有时出现共沸物料、大回流比等，这时就需要对设计要求进行相应的调整以使工艺经济合理。（5）形成第一个文件流程图草图（还不能称为PFD）和物料平衡表。用流程模拟软件的另一个优点现在体现出来了，可以直接导出流程图和物料平衡表。在此基础上，修改也是很快的。此时形成的流程图和物料平衡图应达到以下深度：A、包含到目前为止需要具有的所有设备（此时会缺少很多满足热量平衡、动量平衡的设备）B、在作图时，要留出足够的图面空间，因为随着后续其他平衡的完成和方案优化，会增加很多设备。C、有较密切关系的系统（设备组）应集中在一张或几张图纸中。D、物料平衡表中应包含所有组成发生改变的物流

10、（热量平衡、动量平衡最后可以体现在PFD图上）。此表的每股物流至少包括的性质：温度、压力、总流量、每种物料的流量、相态（分率）、黏度、体积流量、密度、比热等。这些物性数据集合需要满足后续所有工作开展的要求。E、统一设备图例和管线等的表达方法（线性、线宽、颜色、进出界区符号等）。此条主要是规范画图，希望引起大家的重视，尤其是八路军（无系统培训）出身的中小型设计院。（经常一个院出来的不同项目图纸，风格各异）。F、设备位号。完成单元划分，编制合适的单元和设备号。在设备位号下方对已经涉及到的每类设备的主要参数进行编写，此时不需追求全，只列出主要的，想到什么列什么，此处主要是考虑图面空间的布置。详细数据

11、需要等设备一览表完成后统一标出。（6）完成上述工作后，针对形成的草图，编写工艺流程说明。在编制工艺流程说明过程中，会发现缺少的部分设备，也可以在此时补充部分。至此，物料平衡（质量平衡）就完成了。已经形成的物流的压力、温度也确定了。这是接下来两步工作（热量平衡、动量平衡）开展的基础。下期讲热量第二个平衡热量平衡。也很重要哦！望我们大家能一直坚持下去。工艺技术形成生产力的桥梁就是成套工艺包。（18-4）：编制第二个平衡热量平衡通过一个周末的了解，我决定调整本系列帖子的发布时间。由原来的周三、周六改为周一、周四。周末大家都有自己的事情，不占用大家的周末了。希望大家周末都过得轻松愉快闲言碎语不多说，步

12、入正题！完成上期的物料平衡后，应该说最关键的一个平衡完成了。本期就需要进行第二个平衡热量平衡计算了。物料平衡完成后，主要工艺控制点的组成、温度、压力都已经确定了，这时需要根据这些工艺关键控制点的要求选择合适的加热、冷却工质，并结合常用工质的条件优化工艺操作条件，最终选择合适的工质并计算出用量。（1）根据上一期完成的物料平衡草图，分析初步确定的工艺温度是否合理。主要从以下方面进行分析：a、需要热量时应考虑：要求通过加热达到的温度、加热工质的最低温度要求、达到需要的温度采用的加热工质是否是通用工质（热水、蒸汽、导热油、熔岩、加热炉等）；b、需要冷量时应考虑：要求通过冷却达到的温度、冷却工质的最低温

13、度要求、达到需要的温度采用的冷却工质是否是通用工质（热水、循环水、冷冻水、氟利昂、更低工质（庚烷、液氮等）；（2）根据第（1）步分析的结果，统计所有需要工质进行能量交换的点的温度和拟选用工质做成表格，进行分析。分析结果如果某些点确定的工质不合适，此时需要回到物料平衡分析是否可以调整，以使工质选用合理。推荐一个项目中选用的工质尽可能少，热工质12种，冷工质12种，太多会导致公用工程配套复杂，不方便管理。（3）能量优化。分析整个过程的换热，初步分析需要工质带走的能量是否可以利用。主要可从以下几方面分析：冷热物流之间的换热，塔顶冷凝器的热量是否可用、多种低品位工质代替单一高品位工质、物料输送的相态选

14、择（此项需要与物料平衡统一考虑，同时还可能涉及到压力平衡）等等。（4）根据第（2、3）步工作成果和形成的表格，计算每个点的工质消耗做成表格，每种工质做一套。此表至少应包含以下内容：序号所用工质工质参数用工质设备/管道工质换热量（KW）计算工质用量1循环水32-40,0.45MpagE-11110002循环水32-40,0.45MpagE-12115003低压蒸汽0.5Mpag，E-1121200.（5）完成所有工质的用量、规格统计，形成表格。这个表可用于向公用工程专业提条件用。完成上述几步后，热量平衡就完成了。特别提醒：在完成第一个平衡的时候，我并没有要求完成原材料消耗的统计。因为物料消耗需要

15、等全部的PID完成后，才是最终的消耗，那是再统计才准确。尤其是像氮气、仪表空气这样的公用工程是在PID完成才具备统计条件。（18-5）：编制第三个平衡动量平衡（压力平衡）通过前面四期，感觉跟帖的人越来越少了，是不是我的进度太慢了？呵呵，不要着急，在PFD形成以前的工作，必须一步一个脚印，完整的PFD不形成，后续的工作会很累。一旦返工的话，设计人员工作的积极性和兴趣就会受到很严重的打击。尤其到了后期，一个小小的改变都会引起大量的设计变更工作，这是我自己的深刻体验。希望各位海友多加注意。在完成了质量平衡、热量平衡之后，该进行三传中的最后一传了，那就是动量平衡，也就是压力的平衡。压力平衡时保证物流流

16、动的动力，所有流动的驱动就是压差。压差小，需要流量大，那就必须设置大管径。反之亦然。大家可以回想一下，我们系统的配电除了在特殊情况需要用电加热用电外，是不是所有的用电都是在围绕如何实现动量平衡而设置的？回答是肯定的。所有动量的损失无非就是通过用泵或者压缩机来补充的。这些设备的驱动动力通常都是电（大型压缩机也可选用蒸汽透平）。（1）动量平衡第一步工作是根据在质量平衡和热量平衡确定的操作压力下，分析在哪些位置需要设置升压设备，液体需要用泵，气体需要用压缩机。这里需要注意：液体的升压相对容易，气体升压相对困难。所以很多地方如果不是消耗很大的代价，为了输送和升压的方便，通常是把气体液化后用泵升压。因为

17、气体输送和升压需要较大的管道和设备，其投资、占地、用电量等都比液体升压要高。但气体液化所需要的冷量以及液体气化所需要的热量也是整个平衡需要综合考虑的。这些都需要与动量平衡和热量平衡综合考虑。（2）综合考虑整个工艺系统的动量平衡。这些也需要与动量平衡和热量平衡综合考虑。此处可能涉及到节能的压力平衡（气相出料、液相出料），这需要与物料平衡、能量平衡综合考虑。举一个典型的例子说明：多组分物系，通过第一个精馏塔除去大部分轻组分，通过第二个塔进行精制脱轻，第二个塔塔顶物流返回第一精馏塔，如果第二塔的压力高于第一塔，那么第二塔塔顶就可选用气相出料的方式直接返回第一塔，这样两个塔的能量就都节省了。第一塔节省

18、加热热量，第二塔节省冷凝冷量，一举两得！（3）根据最终确定的压力平衡和压力设备，计算压力改变设备的参数。主要有泵和压缩机的流量、扬程、选型等。至此，质量、热量、动量三平衡就全部完成了。下一讲，将在三平衡的基础上形成第一版PFD。将重点说一下PFD的深度和应该包含的内容。一副好的PFD图和物料平衡将为后续设计工作提供最最坚实的基础和可靠地保证。PFD的重要性我认为是无可比拟的（18-6）：形成第一个成品PFD经过前面三个平衡的工作，到这一期，是享受成果的时候了，第一个关键的成品文件马上就要出现了。兴奋吧本讲的内容就是把前面的三个平衡以PFD流程图的形式表达，我做PFD的内容和深度控制原则是：PF

19、D文件完成后，后续所有跟工艺有关的数据从PFD上全部能找到。因为除了PFD外，其他的后续文件都是以PFD为基础条件推导出来的。无论是设备数据表还是仪表数据表都是从PFD上获取的。因此，我认为PFD至少应包括以下内容（此处可以拍砖）：1、设备名称和位号。要包含所有在上述三平衡中涉及到的设备。2、设备的关键参数。（通常基本与后面设备一览表中的参数相同）3、在图上至少应标注物流的以下性质：流量、压力、温度，组成数据已EXCLE列成物流数据表。4、设备的操作压力、操作温度。5、设备的热（冷）功率6、公用工程规格和用量7、重要的仪表控制方案。在这里需要说明：在PFD阶段，我并没有把控制方案作为单独的一步

20、内容来做，不是说控制不重要，因为在进行第二个平衡热量平衡过程中，特别提到工艺关键点温度的确定时需要认真考虑，主要目的是节能和易实现自动控制。因此，此时只需要表达出主要的控制方案就可以。主要控制方案补充工作最好有仪表人员共同参与，这样一方面可以让仪表专业早介入以便了解工艺控制的目标，同时可对工艺提出的不合理的控制方案进行调整和优化。8、提一点作图的建议，就是尽量保证紧密关联的单元操作和设备放在一起，这样方便看图的人理解工艺过程。PFD做出来后，应该进行工艺包第一次评审了。这次评审非常重要，直接关系到后续工作是否需要做大的调整。参加评审需要各方、各层次的人员参加，因为此次评审是对整个工艺的最核心进

21、行评审，原则上此次评审后流程就不能再做大的调整了。后续的工作就是按照程序和彼标准、规范进行了。根据经验，建议此次评审参加的人员组成至少应包括：业主、数据包提供商、工艺包编制校对审核人、模拟计算负责人、设备负责人、仪表负责人、材料专家、此行业专家、最好还要有开车专家。共计划18讲的内容，到18-6才完成第一个成品文件PFD，PFD完成占用了1/3的过程，足见其重要性。无论任何时候，希望大家都能高度重视PFD的重要性！（18-7）：设备设计计算，编制设备数据表和设备一览表完成PFD后，工艺包的核心也就是主心骨就有了。下面的工作就是根据PFD开展外围工作了。说到了这里，可能有很多人不太同意我的说法，

22、因为很多人认为PID非常重要。我想说，不能说这是错的，因为对很多不做工艺，只做系统和管道的设计人员来说，可能甚至都不知道PFD长什么样，更不用说了解PFD的内容和作用了。其实这也是现在我们工程公司普遍的问题。无用的话就不说了。转入正题形成PFD后，大多数人估计会选择编制PID。但我要做的下一步工作是先进行设备设计和计算，编制设备数据表和设备一览表。首先，根据PFD确定的设备功能开展设备计算和选型，确定设备的主要尺寸、形式。主要分为以下几类：（1）反应器设计计算。主要依据数据包提供的的内容和要求，反应器通常涉及到内部流动优化、内构件设置等工作。结合最新的流体力学模拟CFD软件的应用进行优化，这些

23、都是提高反应器设计的有效手段；另外，反应器通常都会涉及到传热问题和计算，这时需要根据设备的实际能力和经验数据估算设备的尺寸。反应器设计是最复杂的、也是风险最大的。尤其在放大时要特别注意。（2）塔器的设计。随着流程模拟软件的广泛应用和计算准确度的提高，目前应用Aspen、PRO2等模拟软件进行塔器设计已经非常成熟，计算也非常准确，但对于非理想体系和数据库中物性参数不完整的物性需要特别注意。计算结果也可能会远远偏离正常数据。此步工作主要是根据确定的PFD选择合适的塔内件塔径和填料高度。在此推荐一个值：在没有任何可靠数据的情况下，泛点率推荐取黄金分割点0.618。同时在选择填料等板高度和塔板效率时应

24、选择接近实际的数值。比如250Y填料等板高度不能低于0.5m。这些经验数据在做设计时尤其注意。如果没有经验，应请教有经验的师傅校核。还想说一点，就是我们现在在一个大数据下开展工作，很多时候不自然就会受已有数据的影响，这里我想说：对于任何一个物系，我们最好从基础设计走一遍。具体塔器来说就是先计算出物系分离所需的最小回流比，然后选择合适的最小回流比倍数，并进行灵敏度分析和优化。实际上此步工作与PFD的物料平衡计算有密切的联系。另外在塔内件形式选择时，也要充分考虑各类塔内件的特点，此时也不能忽略像液体分布器、液体收集再分布器等辅助内件的性能。还有一点就是塔裙座高度和塔底液位高度。塔裙座设计的目的主要

25、是保证塔底输送泵有足够的汽蚀余量（NPSA）。所以没有特殊需要，此高度不宜太小。我通常的选择是7.5米。另一个就是塔釜液位，这个液位的高度要与再沸器的尺寸、安装高度一并考虑。（3）换热器计算。这个没什么好说，主要根据PFD中的热量平衡，采用换热器计算软件（HTRI、HTFS）进行设计计算。这里几类换热器的设计需特别注意。一类是塔底的热虹吸再沸器。此类换热器几个参数需特别注意：加热介质与被加热介质温差不宜过低或过高，30-45比较合适，过低和过高都不利于传热。同时，需要选择合适的气化率，我常选用的是1015%。最高不超过20%。第二类是关于汽化和过热的换热器。汽化我们常用的换热器是BKU釜式换热

26、器，用这类换热器所产生的蒸汽是饱和蒸汽，想过热，必须通过在汽化器后串联过热换热器，这个需要注意。（4）容器。这个更没什么好说的。主要考虑一个停留时间。像塔顶回流罐，我常选用卧式的，好布置，停留时间通常是50%液位5-10分钟。用这个数据设计基本不会有什么问题。（5）压缩机和泵。在工艺包阶段压缩机主要提供压缩机采购数据表，主要提供进口组成、温度、压力，出口要求的压力温度。这样压缩机厂家就可根据要求选用合适的压缩机。泵，需要进行系统计算，这个跟设备布置有很大关系，泵数据表需要提供流量、压头、汽蚀余量、推荐形式等参数。（6）其他设备。主要包括过滤器、真空泵、搅拌器等。这些设备需要提供关键的设计参数和

27、工艺要求。过滤器主要参数包括过滤要求、处理量等。真空泵主要参数为抽气量、真空度。像换热器、罐、塔径在计算完成后，需要根据国内制造标准进行圆整。尽可能选用标准的尺寸，这样好采购，可为业主省很多时间和费用。举个例子：换热管我们常用的长度是2，2.5，3，4.5，6，9米，为什么这些常用呢？因为我们国内生产的换热管的基本长度是12米。选用这些尺寸可以不浪费管子。设备设计的成品是设备数据表。设备数据表的主要数据形成设备一览表。其实设备设计中的每类设备如果详细讲述需要很多时间，因为本系列讲座的核心是工艺包如何做，重点是过程的组织。因此，对于一些具体的设计细节不会讲的很详细。我的计划是在以后的论坛中再开一

28、个专门介绍工艺设备计算的专题帖子，专门讨论设备的设计计算。（18-8）：编制PID和管道数据表PFD和设备设计完成后，就可以进入PID编制了。几乎所有人都认为PID是最最重要的文件。这个确实没有错。PID包含的信息量是最大的，也是在理论技术和工业装置间都能看得见的一个文件。因此，此文件的形成要考虑前后的衔接：前面连接着PFD和设备，后面连接着管道、施工、开车。PID是所有参与化工项目的人员都能接触到、都应该理解的一份文件。工艺人员可能不太关心后续的配管、施工，管道、施工人员也可能不太关心前面的工艺（尤其是PFD），但是不管是前面的工艺人员还是后面的管道、施工人员，都会关注关心PID。我设计PI

29、D的过程通常有这样几个过程（1）首先根据预计的流程复杂程度，根据已经形成的PFD进行页面规划和设置。最近两天有个海友还在问，如何才能把PID布局规划好，避免有些地方特别挤，有些又特别疏。我的经验是：根据通常的设备连接管道、仪表的复杂程度对PFD进行重新分割布局。因为PFD只需表示三平衡即可，所以其设备比较紧凑。而PID是管道及仪表流程图，从名字上就可看出，其需要表示的核心信息是管道和仪表，设备是次要的。设备的主要信息是通过上节的设备数据表来体现的。在根据PFD布局PID的过程中，首先根据设备上管道、仪表的复杂程度进行分解，通常反应器连接的管道、仪表（尤其是连锁）会比较多，所以通常情况下，不太复

30、杂的反应器我会单独画一张流程图，如果是稍微复杂点的，还会再留出一张图的位置，因为反应器通常会不断的加入新的管道和控制，因为反应器的安全性是最重要的。其次是塔系统，一般来说，不是太复杂的塔系统，一个塔系（含一个塔、塔底再沸、塔顶冷凝）通常会布置在两张图上，如果是相对简单的塔系布置在一张图上也可。其他的设备像罐、中间换热器根据以上布置的情况，选择合理的位置即可。这里一个要求需要注意一下：相关性比较强的设备最好能布置在一张图上，这样可以避免管线在不同的图中来回流动，这样无形之中会增加工作量。同时，希望有高度布置要求的设备最好在PID上也尽可能表达出相对位置关系。（2）设备布置好以后，开始画线。我的做

31、法是：先把PFD上已经具有的线画到PID上，这里需要区分主要、次要管线。这里的主要次要管线区分原则非常简单：从最主要的原料到最终产品的走向就是主要管线，剩余的所有管线都是次要管线。主要管道要用颜色鲜明的粗线，我通常用0.7mm的红线，这个最显眼。其实这个工作在PFD编制时就进行区分，在讲（18-6）PFD形成的时候忘记说这事了，顺便在这里说一下。这样的区分对于理解工艺非常有帮助。（3）完成上述两步工作后，第3步就是根据设备数据表标注所有设备的管口。PID上的管口位置最好能表达出相对关系。其实这跟第1步说的设备在PID上摆放时考虑相对高度是一个道理，主要也是向说明位置关系。例如，布置在罐靠近下部

32、位置时，通常会认为流体是从下部流出的，如果相对位置标注的不合适的话，容易引起理解上的偏差。（4）根据每个化工单元操作的特点，对每一台设备管道进行完善，这包括放空管线、补氮管线、放净管线等附属管线的设计。这一步需要结合化工单元操作模式来进行。具体不多讲了，详细参考工艺系统设计规范HG20570第三册。（5）进行控制设计。控制方案在PFD设计时已经基本确定，在PID设计阶段主要是完成具体的控制方案：主要有压力控制、温度控制、液位控制、流量控制等等。同时设计温度、压力、流量等测量点。并对是否进DCS进行标注，此步工作需要工艺和仪表人员的共同参与。通常的做法是工艺提出控制方案，最后由仪表完成最终设计。（6）根据PFD的流量，进行管径计算。管径计算基本原理非常简单，选择合适的流速，就可计算出管径。关于具