工藝那些事兒

1、工藝那些事兒化工工藝設計是一個大話題，在設計院哪一個專業(yè)都說工藝是龍頭，龍頭自然承擔的就多，因此過硬的知識基礎才是舞龍頭的根本，但是大家總是覺得工藝太復雜，新進的同事覺得這得多長時間能全都學會了啊，我不能給你一個確切的答案，但是我能給你一個相對我認為比較好的方法，化工有個特點，就是任何事情解決的法則是“大事化小，各個擊破”。無論是研發(fā)，設計，生產，銷售都是這樣。因此我們接下來也要“各個擊破”，把以后用到的和將要徘徊猶豫的我們“各個擊破”。為了避免漏項，我采用20570標準作為參考，其間我會穿插一些我在實際設計過程中遇到的例子。第一期  設備設計壓力和設計溫度設計壓力和設計溫

2、度為什么拿出來單獨來說呢？因為我遇到很多設計院的同志，現場的技術人員，設備廠家技術人員，有很多人對設計壓力和設計溫度概念模糊，規(guī)范使用的亂，各持自己的說法，還都各有道理。設備專業(yè)的GB150中對設計壓力和設計溫度的確定原則進行了表述，管道的壓力管道審核人員培訓教材中對設計壓力和設計溫度進行了定義，化工設計手冊中對設計壓力和設計溫度也進行了描寫，但是我認為，應該按照20570.1中規(guī)定的設備和管道系統設計壓力和設計溫度的確定方法來實施，20570.1中明確規(guī)定了：“工藝系統專業(yè)負責確定容器、塔、換熱器的設計壓力”，這個確定方法基本上與GB150中規(guī)定的方法一致，只是從工藝的角度去充分考慮各種工況

3、。是不是所有的設計壓力都高于最高工作壓力呢，不是，在20570.1中規(guī)定了設計壓力不小于最高工作壓力，這說明有等于的時候。但是這本規(guī)范是不是什么時候都適用呢？不是，這本規(guī)范只適用于表壓35MPa以下的工況，但是這就滿足了大多數工況，極特別的另行討論。設備設計溫度，這個基本沒有什么解釋的，就是正常工作過程中，設備達到最高壓力相對應的設備材料達到的溫度。這里注意是材料的溫度，并不是設備里面介質的溫度。下面嘮叨一下具體的選取方法：常壓容器，內壓容器這都正常按照表中規(guī)定的選取，這里有一個需要解釋的，就是當容器位于泵進口且無安全泄放裝置的時候，我們?yōu)槭裁刺嵩O計壓力的時候還要提一個設備的全真空狀態(tài)呢，因為

4、在泵將前面容器內的液體全部抽空的時候，容器內就會產生負壓，這個負壓就是全真空狀態(tài)，設備在設計的時候要考慮這種事故工況。容器位于泵出口測無安全泄放裝置時，取泵關閉壓力。這主要是考慮當容器打滿或者容器出口閥門關閉或堵塞時，泵沒有停還一 直在向容器中注，這時候最大的壓力也就是泵關閉壓力（泵關閉壓力不是泵關閉，是泵的出口閥門關閉泵還在運轉），為什么跟0.1MPa表壓比較，就是因為0.1MPa絕壓就近似于大氣壓。這里還要注意烴類的液化氣體這個版塊規(guī)范中給的壓力值是常溫儲存條件下的，這個新手比較容易犯錯誤，在設計大乙烯裝置的時候，有個設計師就把壓縮機后緩沖罐壓力按照上面的選取的（當時工藝包沒有這個緩沖罐，

5、后來中國人加的），這就錯了，上面說的只是常溫儲存的，要是生產流程中的還要結合容器頂部的最高壓力進行選取。最高壓力的選取方法我在后面會專門拿出一期來說。這期就先說這些，下期我們來說一下管道的設計壓力和設計溫度。第二期  管道設計壓力和設計溫度管道的設計壓力是管道組成件壓力設計時所用的壓力，管道的設計壓力不應低于正常操作時，由內壓（或外壓）與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件是指導致管子及管道組成件最大壁厚或最高壓力等級的條件。選取方法20570中基本都涵蓋了，這里主要解釋一下拿設有安全閥的壓力管道的設計壓力大于等于安全閥開啟壓力來距離，大家可以看出為什么到管道的設計壓力

6、的時候怎么都變成大于等于了？這點為什么呢，跟設備不一樣，設備一般就選取安全閥開啟壓力就可以了，在設備超壓時候，設備會直接通過泄放解除風險，但是管道和管道組成件會在事故發(fā)生的延時其間一 直都承受壓力，因此一般都會比安全閥起跳壓力還要高一些。我總結就是說所有的管道都比與管道相連的設備的設計壓力高一些，真空除外。管道的設計溫度是管道組成件壓力設計時所用的溫度。管道的設計溫度不應低于正常操作時，有壓力和溫度構成的最苛刻條件下的材料溫度。 管道的設計溫度沒有什么特別需要解釋的，最苛刻溫度是多少就選多少就行了，注意那種事故線的溫度，還有事故狀態(tài)下正常工作線的影響，多數情況下，溫度決定材質，壓力決定壁厚，所

7、以設計溫度只能放大，不能有彈性。我們設計過程中經常會遇到這樣一種情況，就是這條管線沒有什么最苛刻溫度，最苛刻溫度也就是正常工作溫度，按設計溫度怎么取呢，取正常的？不是，我們要放余量，尤其是那種材料邊緣的溫度，比如60度的酸腐蝕工況，你說用什么？聚氯乙烯行，沒啥問題，但是我們設計的時候就要把設計溫度提高30度，按照設計溫度90度來做，這樣就不能用普通的u-pvc了，事實證明60度用國產的pvc真不行，很容易軟了。所以規(guī)范規(guī)定的是有道理的，0300度之間加30，300以上加15。另外再次提醒，溫度在使用邊緣的時候要根據工藝情況定，20號鋼我們現場也有用在-35度的，也沒有問題，但是不推薦這樣做。這

8、是特殊情況。這期就說這些，工藝的東西越說越多啊，下期我們單獨來說一下系統的最大壓力，因為大多數設計壓力都來自于系統最大工作壓力。第三期  系統的最大工作壓力先說離心泵系統的最高工作壓力，離心泵系統的最高工作壓力是“泵輸出側最后切斷閥上游設備最高壓力”，這句話我第一次讀的時候是沒看懂（可能是我智商問題，鄙人IQ測試35），后來我的經驗告訴我這樣做有點問題，我理解規(guī)范上說的是泵出口下游設備的最高壓力就是離心泵系統的最高壓力，但是有這種情況，泵出口與出口下游第一臺設備有很長一段距離，尤其是壓力降比較大的時候，那離心泵系統的最高壓力是不是應該等于泵出口壓力才更合適呢？至今我們是這樣

9、來操作的，離心泵出口的第一臺設備壓力，除去規(guī)范a/b說的那兩種情況外我們都是按照泵的出口壓力來定的，一般不做長輸管道的話這樣更保險一點。其實多數時候我們都是有了設備以后再去選泵，但這時候我們就要按照規(guī)范上說的出口壓力減去壓降才能得出下游設備的壓力，不然選的泵一般都會小了。容積泵在開關時泵出口的壓力會波動很大，這個壓力不能作為最高壓力來使用，因此容積泵前后設備的最高壓力有工藝專業(yè)根據流程情況來擬定。冷凍系統的最大工作壓力是比較麻煩的，高壓端沒有什么異議，定多高是多高，主要考慮停車狀態(tài)時冷凍系統的高壓端和低壓端會平衡，因此低壓端的最高工作壓力就會上升，升到什么情況要看冷凍劑來定。壓縮機系統的最高工

10、作壓力，這個跟離心泵的很相似，但是這個我們一般就是按照規(guī)范上規(guī)定的來確定最高工作壓力，為什么不直接按照壓縮機出口壓力呢，這里主要是一般的壓縮機后面都要加換熱器和緩沖罐，換熱器與之相接的介質程的最高工作壓力一般按照壓縮機出口壓力來定，但是后面緩沖罐的不能這樣定，因為換熱器管束的壓力降很大，所以要按照緩沖罐本身的最高壓力工藝自己定。這里面說到安全閥，在壓縮機系統中新手經常犯的錯誤是壓縮機后面直接上一個安全閥（沒錯規(guī)范上是這么寫的，但我覺得應該在壓縮機后面加上“系統”兩個字），除非沒有辦法了這樣做（可燃氣體這樣做），要不都設在系統的最后面，第一個你到現場看看，這種情況的一開車安全閥全部直接起跳，第二

11、個安全閥噴出來的全是高溫物流，很危險，第三個要是壓縮機后面緩沖罐發(fā)生火災怎么辦，蒸汽迅速回流，這樣你壓縮機后面的緩沖罐的設計壓力就得升高才能滿足。因此規(guī)范說的安全閥盡可能設在組內工作溫度最接近常溫的地方，一般設在緩沖罐上（這與容積泵不同，容積泵后面一般加安全閥，不管有沒有脈沖阻尼器，安全閥開啟壓力是泵出口壓力的112%120%，這里面規(guī)范說的是分別根據缸數不同增加不同的量，但是每種壓縮機，每個廠家都不一樣，所以有時候為了方便大家經常會直接選個120的就OK了，這種做法其實很不正確，在后面我們會說到安全閥的選用，安全閥一般只有在火災的情況下才能選120的，無火災最大選到116%，我們在確定設計壓

12、力的時候已經有了余量了，如果再120%開啟的話，那就很危險了，超壓了不起跳）。第四期  系統的最大工作壓力2昨天我們講了離心泵系統的最高工作壓力，今天咱們繼續(xù)接著嘮。塔系統的完全由工藝專業(yè)根據流程需要來定。盛裝液化氣體的容器的最高工作壓力，我建議就是用軟件模擬，然后看50時對應的飽和蒸汽壓力是多少，對應上面表格中的規(guī)定和工藝需要來確定。當我們工藝系統專業(yè)設計完了以后可能整個PFD上有很多種壓力，而且還有很多小數，要最終按照確定原則講其規(guī)整，尤其是安全閥后的設備設計壓力。我們設計流程的時候經常發(fā)現用了很多安全閥和爆破片，為什么？就是對設計壓力沒有真正的領悟，別看一個小的安全閥

13、不怎么樣，在生產現場多加一個安全閥就多了一系列的事，不光是花錢買還要定期送檢，定期較。最重要的是安全閥多了并不安全，盡量能形成系統的就形成系統，公用一個安全閥，能將系統組合的就將多個系統組合到一起，用一個安全閥，這樣減少投資還方便管理。這里舉一個例子，這個例子跟20570塔最高工作壓力舉的那個例子一樣，但這個我說的是安全閥的問題，這個例子一舉就有很多人回憶起自己當初的設計的作品了，看圖中三個安全閥，其實塔頂那個可以取消，3號安全閥可以加，主要考慮火災狀態(tài)蒸汽回流會超壓，解決這個安全閥也有兩個方法，一個是將槽子和換熱器設計壓力加大，包含火災狀態(tài)。一個是將安全閥取消后在罐子與換熱器進口管道之間設置

14、旁路加止回閥，這個跟20570中的例子就相同了，就用一個2號安全閥就行了，所以這個例子就是說能串成系統的就串成系統，盡量減少設備，管件，閥門數量，最經典的工程不是多復雜的工程，而是簡單的配置富含大量的理論。既然這期說到安全閥了，下期就詳細說一下安全閥的設置和選用。第五期  安全閥的設置和選用壓力和溫度的問題終于完事了，嘮叨了4期才搞定，這期終于到了大家備受關注的安全閥問題了，我這期先普及一下，下期再舉例子。我發(fā)現大家很喜歡聽故事，但是之前要是不嘮叨點理論的東西第一我想不起來那些好玩的故事，第二故事有的時候沒有理論依托還是有很多人聽不懂的，所以大家克服一下。呵呵，我們開始今天

15、的課程吧！安全閥主要我們平時用的比較多的就是全啟、微啟、彈簧、背壓平衡和導閥式的。這些安全閥基本上都能從字面理解他們的型式，不理解的到度娘上搜一下，全都了然。下面說一下安全閥的一些壓力，我們參照20570.2中第一個表，這里面就規(guī)定了安全閥的壓力設置的標準，不是所有的安全閥都設置100%開啟的，也不是所有的都設置120%開啟的，但是這里面我強調一點，當我們非火災用安全閥和火災用安全閥共為一個安全閥的時候，取小不取大。就是說一個安全閥，當我們非火災狀態(tài)下泄放時105%，火災時121%，這時我們的設定壓力就為105%。但是彈簧多點可調的除外。安全閥設置的場合在規(guī)范中介紹了很多，我們一般做設計的時候

16、也不能每一個地方都拿出規(guī)范來對照一下，我總結的就分這么兩種情況：第一設備上設安全閥的，有球罐、單獨的帶壓容器和特殊的反應器類的設備。第二種是設在管道上的，加熱爐、透平機、容積泵、壓縮機類設備出口管道和管段（兩切斷閥之間）上有加熱器的或物料熱膨脹的。就這么兩種，但是還有一種情況比較煩人的，大家也都是經常忽略的，單獨我提醒一下大家，就是揚程比較高的離心泵入口管道，這個為什么設我解釋一下，因為揚程比較高的泵的出口管道壓差比較大，當出口的止回閥失靈的時候，物料會回流到泵入口管道，對管道的壓強很大，嚴重時會爆管，這種情況在塔沖洗水管線上和塔頂補水管線上經常出現。在寧波的那個大煉油就出現過，102m的塔頂

17、下來一股液，止回閥沒反應直接把泵進口管道上的彎頭沖裂了。我記得看過一本規(guī)范上面還列出了這么一種情況，凡與鼓風機、離心式壓縮機、離心泵或蒸汽往復泵出口連接的設備不能承受其最高壓力時，上述機泵出口管道需設安全閥。但是就這條規(guī)定我感覺像上面說的這幾種設備的出口連接的設備基本都是按照最高壓力選定的設計壓力。因此，我總結了上面的兩條應用環(huán)境和一條特殊說明。（個人經驗，有不對的大家批評指正）安全閥形式的選擇在20570.2中第六條寫的很好，很簡潔也很實用。規(guī)范中對計算方法講解的比較詳細，這里就不說了，下期我舉一個計算的例子來說明，大家有不明白的盡管提出。第六期  安全閥的設置和選用舉例

18、這是我朋友的一個實例，我覺得挺全的，基本把安全閥泄放量的計算全用到了。乙酸反應系統中的一部分，由甲醇和一氧化碳在反應釜中185和2.9MPa壓力下反應生成乙酸，放熱反應主要由換熱器帶走15%熱量，其余隨產品走?，F計算反應釜頂部安全閥。首先分析反應釜頂部安全閥的功能，也就是什么工況會超壓。這個就直接對照20570來一項一項對照，這跟設計的時候選擇是否裝安全閥不一樣，是否裝安全閥就按照我上面說的方法，先裝上再計算，這里嘮叨的就是裝完了以后計算的過程。第一種超壓，外部火災，反應釜中甲醇、一氧化碳、乙酸都是具有著火的可能，因此這個環(huán)境中要考慮外部火災。第二種超壓，進口調節(jié)閥故障。第三種超壓是公用工程失

19、效時。這里說一下出口切斷閥關閉，這個反應釜的出口閥門關閉了以后會有連鎖直接將進口的閥門關閉，因此這就不考慮出口閥門關閉的狀態(tài)。一般大型的反應器類設備都有此安全連鎖。這三種超壓現象，我們必須單獨計算，再選擇其中泄放量最大的那個選取安全閥。第一種，外部火災，這個反應釜沒有保溫層同時又不能及時排走泄漏物，因此我們選用7.0.10-6的公式（這個事例當時他發(fā)了論文了，我之所以沒有引用他的論文是因為他論文里面這個部分他寫錯了，當時還沒看出來，發(fā)表以后我才發(fā)現的，噓。，呵呵，怕誤導了我們設計人員）W=(2.55*105*F*A0.82)/H，H=401，F=1.0，A=69.98， 算出W=20714kg

20、/h（這單位打起字來真麻煩）。第二種，設備入口管調節(jié)閥關閉。根據20570.2中的公式7.0.5計算，這個沒疑問，不解釋。算出W=201409 kg/h。第三種，公用工程失效。加入停電了，循環(huán)泵就不行了，冷卻水故障了，換熱器就沒做用了，這時循環(huán)帶走的15%的熱量產生的超壓就是我們該泄放掉的部分。這里為了方便給出了Q，（沒給出Q的時候我們就拿換熱器的Q來計算）W=Q/H=23397kg/h。這里注意的是H一定要選取泄壓工況的氣化潛熱。對比三種，最大的是第二種，因此就按照第二種泄放量來提安全閥的計算泄放量。再根據安全閥樣本中提供的C0值計算出喉徑面積，這個安全閥因為放的是可燃氣體，放空口會去火炬系

21、統，因此要做背壓校正。其實現在安全閥的供應商服務都很好，只要有個泄放量他就會幫你選擇一個，甚至你不會算他都幫你算了，但是作為設計人員，會計算才是硬道理，大家根據自己的情況努力吧。大家看到上面的計算過程很復雜，情況很多，因此我推薦大家盡量少的采用安全閥（呵呵，客觀理由，開玩笑的，安全第一），這是個過程，在剛開始設計的時候都是安全閥特別多，然后逐漸的就減少下來了，畢竟對工藝有個理解吸收應用的過程，舉個例子，最早我做一個廢水回用的小項目，設了101個安全閥，那可是管道上也有，設備上也有，進口也有，出口也有。當時沒有個量的概念，也不知道101個是多還是少，后來審核給刪了80多個，后來做項目多了點才認識

22、到，一套苯乙烯裝置也就100個左右，一套乙烯裂解才240個左右吧，所以大家多出來交流交流，讓新人也有個量的概念。這期就嘮叨這些，這期例子中用到了爆破片和安全閥配合，下期說說爆破片。第七期  爆破片上期在實例中我們提到了安全閥與爆破片共同使用（另外插一句，我們安全閥設置時經常在前面設置一個手閥，這在國外是不允許的，國外廠里是備安全閥的或者當安全閥拆下時停產，國內主要是為了拆下時不停產，這跟國情和國家文化有關（社會主義初級階段），在此提醒，當使用手閥的時候別忘記按照規(guī)定鉛封）。安全閥前面串聯一個爆破片這種組合叫做隔離式安全閥，主要的優(yōu)勢是：集中了安全閥和爆破片的各自優(yōu)點和避免了

23、各自缺點。就上面我們舉那個例子而言，首先兩層防護，雙層保險，維護調節(jié)閥的時候，爆破片依然起到泄壓作用，另外乙酸容易結晶會造成安全閥堵塞，起跳后不能復原。還有就是乙酸有強腐蝕性，需要采用鋯材安全閥，如果前面用鋯材爆破片了，后面用個不銹鋼的安全法就OK了，因此很省錢。一般采用組合式的優(yōu)點就是上面舉例中的這些。安全閥和爆破片的組合不單是串聯，在并聯的時候我們應用的也很多，有很多時候容器潤濕面積比較大的時候，安全閥的外部火災工況的泄放量與其他工況超壓泄放量相差很大時，我們就選用安全閥與爆破片并聯，爆破片僅用于火災情況下的超壓泄放。下面我們單說一下爆破片。我看我們公司有很多剛進設計幾年的新人沒去過現場，

24、沒見過爆破片，爆破片通俗來說其實就是一層堵在管道里的膜，當壓力超過額定壓力的時候，膜破裂。所以可想而知，爆破片是不能重復使用的，因此不宜用在經常超壓的場合。爆破片的額定壓力都是對應相應的溫度，因此溫度波動很大的場合不宜設置爆破片。但適合用在什么場合呢，首先壓力有可能迅速上升或溫度壓力極高極低，安全閥來不及反應和難以制造的場合用爆破片；容易結晶、顆粒、聚合、介質粘度較大、有強腐蝕性等能夠對安全閥造成影響的場合使用爆破片，根據物料是否需要回收來決定是否與安全閥組合使用。還有就是需要很大的泄放面積的時候我們直接用爆破片。爆破片的相關計算看20570.3中，寫的很詳細，泄放量的計算跟安全閥的完全一樣。

25、我就不照本宣科了。關于爆破片，以前有個同事給我出了個題目，要是爆破片裝反了怎么辦？Y和L搞混了，我當時蒙了，還不會算呢，但肯定是不容易爆開，后來我想想以前用的爆破片，完全不可能，第一什么形式的爆破片寫得很清楚，另外同一個爆破壓力的正拱形比反拱形的要薄很多，再有就是你一般爆破片都有夾持器，夾持器上面有箭頭的，就像物流方向那樣的東西，不會裝反，你正拱形的爆破片裝反拱形的夾持器根本裝不上。所以有些問題只要到現場看看就有解了，就像有人問我，U型管換熱器，抽芯得很麻煩吧？我納悶為什么呢，原來他認為抽芯是要把換熱管一根一根都抽出來，我暈死又想起一個同學，很早以前了，他畢業(yè)就進設計院了，干配管，是中國工程公司里面差不多管道專業(yè)最好的公司了，干兩年了，有一次吃飯問我“三通”長什么樣？（大家別笑，大設計院就這樣，兩年多沒去過現場很正常）我說你回去看看你家水管上面有分支的地方就用的三通，第二天打電話給我說“回去看了，跟我們模型上的一樣”。所以希望有機會設