1.2　化工生产工艺流程设计

化工生产工艺流程设计各个阶段的设计成果都是用各种工艺流程图纸和表格表达出来的，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，PFD）、带控制点的工艺流程图（process and control diagram，PCD）和管道仪表流程图（piping & instrument diagram，P&ID），也有用PCD来代替PID的情况。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，MPFD）、工艺流程及环境区域划分示意图（plant schematic and process flow diagram，PS & PFD）等。方框流程图是在工艺路线选定后对工艺流程进行概念性设计时完成的一种流程图，不编入设计文件；工艺流程草（简）图是一种半图解式的工艺流程图，它实际上只是方框流程图的一种变体或深入，只带有示意的性质，供设计计算时使用，也不列入设计文件中；工艺物料流程图（PFD）和带控制点的工艺流程图（PCD）应列入初步设计阶段的设计文件中；管道仪表流程图（PID）则应列入施工图设计阶段的设计文件中。

本节先介绍流程图的图形符号、标注方法等规定，然后介绍作为设计文件的工艺物料流程图（PFD）、带控制点的工艺流程图（PCD）和管道仪表流程图（PID）。

1.2.1　工艺流程图中常见的图形符号

1.2.1.1　常见设备图形符号

工艺流程图中，常用细实线画出设备的简略外形和内部特征。目前，很多设备的图形已有统一的规定，其图例可参见表1-1。

工艺流程图上应标注设备的位号及名称。

（1）标注的内容

设备位号标注的内容如下：

第一个字母是设备分类代号，用设备名称英文单词的第一个字母表示，各类设备的分类代号见表1-2。在设备分类代号之后是设备编号，一般用四位数字组成，第1、2位数字是设备所在的工段（或车间）代号，第3、4位数字是设备的顺序编号。例如设备位号T1218表示第12车间（或工段）的第18号塔。设备位号在整个系统内不得重复，且在所有工艺图上设备位号均需一致，如有数台相同设备，则在其后加大写英文字母，例如T1218A。

（2）标注的方法

设备位号应在两个地方进行标注：一是在图上方或下方，标注的位号排列要整齐，尽可能排在相应设备的正上方或正下方，并在设备位号线下方标注设备的名称；二是在设备内或其近旁，此处仅注位号，不注名称。但对于流程简单、设备较少的流程图，也可直接从设备上用细实线引出，标注设备号。

1.2.1.2　常用管件和阀门图形符号

常用管件和阀件图形符号分别见表1-3和表1-4。由于管件和阀件种类繁多，HG/T 20519—2009并未给出所有的图例。

1.2.1.3　常用仪表参量代号、仪表功能代号及仪表图形符号

仪表参量代号见表1-5，仪表功能代号见表1-6，仪表图形符号见表1-7，常用流量检测仪表和检出元件的图形符号见表1-8，仪表安装位置的图形符号见表1-9。图中圆圈直径为10mm，用细实线绘制。

1.2.1.4　物料代号

流程图中常见物料的代号见表1-10。

1.2.1.5　工艺流程图中图线宽度的规定

工艺流程图中图线宽度的规定见表1-11。

1.2.2　工艺流程设计

1.2.2.1　方框流程图和生产工艺流程草图

为便于进行物料衡算、能量衡算及有关设备的工艺计算，在设计的最初阶段，首先要绘制方框流程图（BFD），定性地标出物料由原料转化为产品的过程、流向以及所采用的各种化工过程及设备。

方框流程图和生产工艺流程草图仅供设计者使用，不列入设计文件中。

1.2.2.2　工艺物料流程图

在完成物热衡算后便可绘制工艺物料流程图（PFD），它是以图形与表格相结合的形式来表达物热衡算的结果，从而使设计流程定量化。物料流程图简称物流图（实际上包括物流与能流，因为物流本身具有能量流），它是初步设计阶段的主要设计成品，提交设计主管部门和投资决策者审查，如无变化，在施工图设计阶段则不必重新绘制。

由于物流图标注了物料衡算和热量衡算的结果数据，所以它除了为设计审查提供资料外，还可用作日后生产操作和技术改造的参考资料，因而是非常有用的设计档案资料。

因为在绘制物料流程图时尚未进行设备设计，所以物料流程图中设备的外形不必精确，常采用标准规定的设备表示方法简化绘制，有的设备甚至简化为符号形式。设备的大小不要求严格按比例绘制，但外形轮廓应尽量做到按相对比例绘出。

物料流程图中最关键的部分是物流表，它是人们读图时最为关心的内容。物流表包括物料名称、质量流量、质量分数、摩尔流量和摩尔分数，有些物流表中还列出物料的某些参数（如温度、压力、密度等）。

热量衡算的结果除了可在物流图中的物流表内列出外，通常是在相应的设备位置附近表示，如在换热器旁注明其热负荷（详见图1-1）。

物料流程图作为初步设计阶段的主要设计成品，其作用如下：①作为下一步设计的依据；②为接受审查提供资料；③可供日后操作参考。

图1-1是物料流程图的一个示例。

1.2.2.3　带控制点的工艺流程图

在初步设计阶段，除了完成工艺计算、确定工艺流程外，还应确定主要工艺参数的控制方案，所以初步设计阶段在提交物料流程图的同时，还要提交带控制点的工艺流程图（PCD）。在画工艺流程图时，工艺物料管道用粗实线，辅助物料管道用中粗线，其他用细实线。图纸和表格中的所有文字均采用长仿宋体。

在带控制点的工艺流程图中，一般应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助管线、阀门、管件以及工艺参数（温度、压力、流量、物位、pH值等）的测量点，并表示出自动控制的方案。它是由工艺专业人员和自控专业人员共同合作完成的。

借助带控制点的工艺流程图，可以比较清楚地了解设计的全貌。带控制点的工艺流程图应包括如下内容。

（1）物料流程

物料流程包括：

①设备示意图，大致依设备外形尺寸按比例画出，标明设备的主要管口，适当考虑设备合理的相对位置；

②设备流程号；

③物料与动力（水、汽、真空、压缩机、冷冻盐水等）管线及流向（用箭头线表示）；

④管线上的主要阀门、设备及管道的必要附件，如疏水器、管道过滤器、阻火器等；

⑤必要的计量、控制仪表，如流量计、液位计、压力表、真空表及其他测量仪表等；

⑥简要的文字注释，如冷却水、加热蒸汽来源、热水及半成品去向等。

（2）图例

图例是将物料流程图中画的有关管线、阀门、设备附件、计量-控制仪表等图形用文字予以说明。

（3）图签

图签是写出图名、设计单位、设计人员、制图人员、审核人员（签名）、图纸比例尺、图号等项内容的一份表格，其位置在流程图的右下角。

图1-2是一个带控制点的工艺流程图示例。

1.2.2.4　管道仪表流程图

管道仪表流程图（PID）是化工装置工程设计中最重要的图纸之一，一般在施工图设计阶段完成，是该设计阶段的主要设计成品之一，它反映的是工艺流程设计、设备设计、管道布置设计、自控仪表设计的综合成果。

管道仪表流程图要求画出全部设备、全部工艺物料管线和辅助管线，还包括在工艺流程设计时考虑为开车、停车、事故、维修、取样、备用、再生所设置的管线以及全部的阀门、管件等，还要详细标注所有的测量、调节和控制器的安装位置和功能代号。因此，它是指导管路安装、维修和运行的主要档案性资料。

图1-3是管道仪表流程图的一个示例。

1.2.2.5　工艺流程设计的基本原则

工程设计本身存在一个多目标优化问题，同时又是政策性很强的工作，设计人员必须有优化意识，必须严格遵守国家的有关政策、法律规定及行业规范，特别是国家的工业经济法规、环境保护法规、安全法规等。一般来说，设计者应遵守如下一些基本原则。

①技术的先进性和可靠性　运用先进的设计工具和设计方法，尽量采用当前的先进技术，实现生产装置的优化集成，使其具有较强的市场竞争能力。同时，对所采用的新技术要进行充分的论证，以保证设计的科学性和可靠性。

②装置系统的经济性　在各种可采用方案的分析比较中，技术经济评价指标往往是关键要素之一，以求得以最小的投资获得最大的经济效益。

③可持续及清洁生产　树立可持续及清洁生产意识，在所选定的方案中，应尽可能重复利用生产装置产生的废弃物，减少废弃物的排放，乃至达到废弃物的“零排放”，实现“绿色生产工艺”。

④过程的安全性　在设计中要充分考虑到各个生产环节可能出现的危险事故（燃烧、爆炸、毒物排放等），采取有效安全措施，确保生产装置的可靠运行及人员健康和人身安全。

⑤过程的可操作性及可控制性　生产装置应便于稳定可靠操作。当生产负荷或一些操作参数在一定范围内波动时，应能有效快速地进行调节和控制。

⑥行业性法规　如药品生产装置的设计，要符合“药品生产及质量管理规范”。