蒸发结晶工艺包设计思路解析

蒸发结晶工艺包是化工行业中重要的技术文档，它详细描述了从物性数据的收集到设备布置图编制的整个过程。本文将对这一工艺包的设计流程进行系统化的整理与优化，以期提供一个更为清晰、专业的指导框架。

 

一、物性数据查找与分析

1. 数据获取在启动任何具体的设计工作之前，必须首先确保所有必要的物性数据都已准确无误地被搜集。这一步骤对于后续工作的顺利开展至关重要，因此要求工程师们具备扎实的基础知识，能够高效地识别并处理相关资料。所需的数据类型广泛，包括但不限于：

基本物性参数：如沸点、熔点、凝固点和临界参数等。

热力学特性：特别是与温度相关的汽化热和其他重要属性。

传递性质：例如黏度等，它们随温度变化而改变。

安全信息：MSDS（材料安全数据表）以及火灾风险评估。

相平衡关系：确认是否存在共沸体系等问题。

2. 数据应用通过对上述数据的深入理解和合理运用，为接下来的物料衡算打下坚实的基础。

二、物料衡算

基于收集到的物性数据，利用化学工程原理制定总体设计方案，并通过绘制物料衡算图表来展示装置内各物料流的关系。此阶段需明确每小时及每年的产品产出量及其收率，同时考虑多产品、中间体和副产品的相互作用。

三、热量衡算

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。然后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优化利用。计算每个点的工程消耗做成表格。

四、动量衡算

动量平衡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。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。

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。

五、PFD 流程图绘制

PFD（Process Flow Diagram，工艺流程图）作为直观展示系统内部物料流动情况的重要工具，应当包含但不限于以下要素：

设备名称及编号

关键操作参数（如温度、压力）

物料流量及成分分布

热交换功率

公用工程规格及其用量

控制仪表配置方案

六、设备设计计算

根据PFD中定义的功能需求，分别对压力容器、塔器、换热器等主要组件进行详细的尺寸估算和技术参数设定。此外，还需关注其他辅助性设施如过滤器、真空泵等的设计细节。

1. 压力容器设计计算。

2. 塔器的设计计算

3. 换热器计算。

4. 常压容器计算。

5. 其他设备。主要包括过滤器、真空泵、搅拌器等

七、P&ID 图纸

制作P&ID（Piping and Instrumentation Diagram，管道及仪表流程图）不仅记录了管道布局，还涉及到各类传感器和控制器的具体位置安排。为了保证系统的灵活性与安全性，在正常运行之外也要充分考虑到开停车期间的操作便利性和紧急情况下的应急响应措施。

根据 PFD绘制 P&ID 的过程中，首先根据设备上管道、仪表的复杂程度进行分解，通常设备连接的管道、仪表(尤其是连锁)会比较多的情况下，单独画一张流程图。如果是相对简单的系统放置在一张图上也可。同时，希望有高度布置要求的设备最好在 P&ID 上也尽可能表达出相对位置关系。

(2)设备放置好以后，开始画线。这里需要区分主要、次要管线。主要管道要用颜色鲜明的粗线，通常用 0.7mm的线，这个最显眼。

(3)设备在 P&ID 上摆放时考虑相对高度是一个道理，主要也是说明位置关系。例如，布置在罐靠近下部位置时，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。详细参考工艺系统设计规范HG20570。

(5)控制设计。主要有压力控制、温度控制、液位控制、流量控制等。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。

(7)管道编号。管道编好号后，这一步就是要把管道号、管径先标注到 P&ID 上。

(8)控制、仪表编号。仪表编号最好也跟管道标号一致，方便修改。并形成仪表所以表。

P&ID 设计不仅要考虑正常运行，还要有开车、停车及特殊情况下需要的管线和设备以及控制。开停车及紧急事故的处理是 P&ID 设计必须考虑的重要补充内容。这些管线的设置大大增加了装置的灵活性和可操作性。

、管道材料等级索引表

编制建立完整的材料等级体系，涵盖从管道标识到法兰连接件的所有选材标准，确保符合特定工况下的耐温耐压要求。

一套完整的材料等级表通常包含索引表、等级表、接管表。索引表是详细等级表的目录和总概况。材料等级索引表的内容有以下几项:

(1)管道等级号。此号在《HG-20519.38管道等级号及管道材料等级表》规定使用三位表示。

(2)对应等级的使用操作条件和适用介质。主要是温度和压力。

(3)管径范围。这个是根据管道数据表确定。大管径的管件选用有时会超出通用标准的范围。

(4)法兰、管子材料、垫片、螺栓所采用的材质及标准。

详细的管道材料等级表内容就是把索引表细化。另外还需有阀门及管道分支表等。

九、仪表数据表

编制针对不同的测量与控制系统，创建详尽的仪表清单，区分现场安装与集中控制系统之间的接口规范。

1）编制仪表位号

2)编制各类仪表数据表

3)就地和PLC\DCS控制的仪表进行区分标准。

十、设备布置图绘制

最后，通过合理的空间规划最大限度地提高工厂的整体效能，确保各个单元之间协调一致的同时兼顾操作人员的安全与便捷性。遵循《化工装置设备布置设计规定HG20546》，确保每一项决策都能服务于最终的技术目标。设备布置对整个工程的目标实现、控制投资、操作方便、安全可靠可以说起着决定性的作用。尤其是很多设备布置的高低位置对工艺参数的实现起到决定性的关键作用。可以这样讲:设备布置的水平体现了设计人员对工艺技术的理解水平。

一幅好的设备布置图需要建立在对整个工艺流程非常熟悉、对每台设备功能及设备之间关系非常了解的基础上。因此，完成关键的设备布置非工艺专业莫属。

目前，化工行业设备布置所用的标准是《化工装置设备布置设计规定HG20546。本标准里对化工装置设备布置的内容、深度、布置要点、标高、梯子平台设置、典型设备或单元操作的布置要点分别作了详细论述。

1）跨距和柱距的选择。层高一般不小于5米。常用的跨距有:6米，7.5米，9米，10.5米，12 米，15米。常用的柱距有:4.5米，6米，9米，12米。

2）管廊位置和宽度。可以先选择 6~9米宽的管廊，这个是可以最后根据管道的数量进行调整的，层数也可调整。

3）设备布置。能做成联合装置的就不要做成独立的主项。主项越多，占地就越大，而且增加管道输送的成本，还不方便管理。需要注意的是10000平方米的消防要求须特别注意。围绕工艺主装置，会有很多配套的辅助装置，比如循环水站、冷冻水站、导热油站等。这些辅助装置尽可能与主要的服务点靠近，节省输送费用。在设备布置图上标明人孔的位置和标高。这是将来设置平台、考虑操作、检修方便的主要依据。有特殊工作环境的设备需特别注意其布置的位置。充分发挥好重力的作用。能够利用重力实现的流动要充分发挥。

设备布置的终极目标是在保证安全的情况下，用尽可能少的占地、尽可能低的投来实现工艺技术功能。评价一个设备布置好与坏的标准我认为可从以下三方面:

(1)是否实现工艺技术功能

(2)操作、检修是否方便

(3)占地、投资是否节省

十一、界区条件表

编制界定进出装置边界的物料条件，包括状态、温度、压力、流向、流量及输送方式等，以便于下游环节的设计者能够迅速获取准确的信息。

界区条件表是工艺包内容的一个重要文件。其主要的目的是方便后面基础设计人员准确、快速的为配套装置提供接管条件。《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》对界区条件表的描述原文:列出包括原料、产品、副产品、中间产品、化学品、公用物料、不合格品等所有物料进出界区的条件:状态、温度、压力(进出界区处)、流向、流量、输送方式等。

综上所述，蒸发结晶工艺包的设计是一项复杂而又精细的任务，涉及多个学科领域的交叉融合。希望本文提供的指南能够帮助读者更好地理解这一过程，并在未来的工作中加以应用。