工艺那些事儿

1、工艺那些事儿化工工艺设计是一个大话题，在设计院哪一个专业都说工艺是龙头，龙头自然承担的就多，因此过硬的知识基础才是舞龙头的根本，但是大家总是觉得工艺太复杂，新进的同事觉得这得多长时间能全都学会了啊，我不能给你一个确切的答案，但是我能给你一个相对我认为比较好的方法，化工有个特点，就是任何事情解决的法则是“大事化小，各个击破”。无论是研发，设计，生产，销售都是这样。因此我们接下来也要“各个击破”，把以后用到的和将要徘徊犹豫的我们“各个击破”。为了避免漏项，我采用20570标准作为参考，其间我会穿插一些我在实际设计过程中遇到的例子。第一期  设备设计压力和设计温度设计压力和设计温

2、度为什么拿出来单独来说呢？因为我遇到很多设计院的同志，现场的技术人员，设备厂家技术人员，有很多人对设计压力和设计温度概念模糊，规范使用的乱，各持自己的说法，还都各有道理。设备专业的GB150中对设计压力和设计温度的确定原则进行了表述，管道的压力管道审核人员培训教材中对设计压力和设计温度进行了定义，化工设计手册中对设计压力和设计温度也进行了描写，但是我认为，应该按照20570.1中规定的设备和管道系统设计压力和设计温度的确定方法来实施，20570.1中明确规定了：“工艺系统专业负责确定容器、塔、换热器的设计压力”，这个确定方法基本上与GB150中规定的方法一致，只是从工艺的角度去充分考虑各种工况

3、。是不是所有的设计压力都高于最高工作压力呢，不是，在20570.1中规定了设计压力不小于最高工作压力，这说明有等于的时候。但是这本规范是不是什么时候都适用呢？不是，这本规范只适用于表压35MPa以下的工况，但是这就满足了大多数工况，极特别的另行讨论。设备设计温度，这个基本没有什么解释的，就是正常工作过程中，设备达到最高压力相对应的设备材料达到的温度。这里注意是材料的温度，并不是设备里面介质的温度。下面唠叨一下具体的选取方法：常压容器，内压容器这都正常按照表中规定的选取，这里有一个需要解释的，就是当容器位于泵进口且无安全泄放装置的时候，我们为什么提设计压力的时候还要提一个设备的全真空状态呢，因为

4、在泵将前面容器内的液体全部抽空的时候，容器内就会产生负压，这个负压就是全真空状态，设备在设计的时候要考虑这种事故工况。容器位于泵出口测无安全泄放装置时，取泵关闭压力。这主要是考虑当容器打满或者容器出口阀门关闭或堵塞时，泵没有停还一 直在向容器中注，这时候最大的压力也就是泵关闭压力（泵关闭压力不是泵关闭，是泵的出口阀门关闭泵还在运转），为什么跟0.1MPa表压比较，就是因为0.1MPa绝压就近似于大气压。这里还要注意烃类的液化气体这个版块规范中给的压力值是常温储存条件下的，这个新手比较容易犯错误，在设计大乙烯装置的时候，有个设计师就把压缩机后缓冲罐压力按照上面的选取的（当时工艺包没有这个缓冲罐，

5、后来中国人加的），这就错了，上面说的只是常温储存的，要是生产流程中的还要结合容器顶部的最高压力进行选取。最高压力的选取方法我在后面会专门拿出一期来说。这期就先说这些，下期我们来说一下管道的设计压力和设计温度。第二期  管道设计压力和设计温度管道的设计压力是管道组成件压力设计时所用的压力，管道的设计压力不应低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的压力。最苛刻条件是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高压力等级的条件。选取方法20570中基本都涵盖了，这里主要解释一下拿设有安全阀的压力管道的设计压力大于等于安全阀开启压力来距离，大家可以看出为什么到管道的设计压力

6、的时候怎么都变成大于等于了？这点为什么呢，跟设备不一样，设备一般就选取安全阀开启压力就可以了，在设备超压时候，设备会直接通过泄放解除风险，但是管道和管道组成件会在事故发生的延时其间一 直都承受压力，因此一般都会比安全阀起跳压力还要高一些。我总结就是说所有的管道都比与管道相连的设备的设计压力高一些，真空除外。管道的设计温度是管道组成件压力设计时所用的温度。管道的设计温度不应低于正常操作时，有压力和温度构成的最苛刻条件下的材料温度。 管道的设计温度没有什么特别需要解释的，最苛刻温度是多少就选多少就行了，注意那种事故线的温度，还有事故状态下正常工作线的影响，多数情况下，温度决定材质，压力决定壁厚，所

7、以设计温度只能放大，不能有弹性。我们设计过程中经常会遇到这样一种情况，就是这条管线没有什么最苛刻温度，最苛刻温度也就是正常工作温度，按设计温度怎么取呢，取正常的？不是，我们要放余量，尤其是那种材料边缘的温度，比如60度的酸腐蚀工况，你说用什么？聚氯乙烯行，没啥问题，但是我们设计的时候就要把设计温度提高30度，按照设计温度90度来做，这样就不能用普通的u-pvc了，事实证明60度用国产的pvc真不行，很容易软了。所以规范规定的是有道理的，0300度之间加30，300以上加15。另外再次提醒，温度在使用边缘的时候要根据工艺情况定，20号钢我们现场也有用在-35度的，也没有问题，但是不推荐这样做。这

8、是特殊情况。这期就说这些，工艺的东西越说越多啊，下期我们单独来说一下系统的最大压力，因为大多数设计压力都来自于系统最大工作压力。第三期  系统的最大工作压力先说离心泵系统的最高工作压力，离心泵系统的最高工作压力是“泵输出侧最后切断阀上游设备最高压力”，这句话我第一次读的时候是没看懂（可能是我智商问题，鄙人IQ测试35），后来我的经验告诉我这样做有点问题，我理解规范上说的是泵出口下游设备的最高压力就是离心泵系统的最高压力，但是有这种情况，泵出口与出口下游第一台设备有很长一段距离，尤其是压力降比较大的时候，那离心泵系统的最高压力是不是应该等于泵出口压力才更合适呢？至今我们是这样

9、来操作的，离心泵出口的第一台设备压力，除去规范a/b说的那两种情况外我们都是按照泵的出口压力来定的，一般不做长输管道的话这样更保险一点。其实多数时候我们都是有了设备以后再去选泵，但这时候我们就要按照规范上说的出口压力减去压降才能得出下游设备的压力，不然选的泵一般都会小了。容积泵在开关时泵出口的压力会波动很大，这个压力不能作为最高压力来使用，因此容积泵前后设备的最高压力有工艺专业根据流程情况来拟定。冷冻系统的最大工作压力是比较麻烦的，高压端没有什么异议，定多高是多高，主要考虑停车状态时冷冻系统的高压端和低压端会平衡，因此低压端的最高工作压力就会上升，升到什么情况要看冷冻剂来定。压缩机系统的最高工

10、作压力，这个跟离心泵的很相似，但是这个我们一般就是按照规范上规定的来确定最高工作压力，为什么不直接按照压缩机出口压力呢，这里主要是一般的压缩机后面都要加换热器和缓冲罐，换热器与之相接的介质程的最高工作压力一般按照压缩机出口压力来定，但是后面缓冲罐的不能这样定，因为换热器管束的压力降很大，所以要按照缓冲罐本身的最高压力工艺自己定。这里面说到安全阀，在压缩机系统中新手经常犯的错误是压缩机后面直接上一个安全阀（没错规范上是这么写的，但我觉得应该在压缩机后面加上“系统”两个字），除非没有办法了这样做（可燃气体这样做），要不都设在系统的最后面，第一个你到现场看看，这种情况的一开车安全阀全部直接起跳，第二

11、个安全阀喷出来的全是高温物流，很危险，第三个要是压缩机后面缓冲罐发生火灾怎么办，蒸汽迅速回流，这样你压缩机后面的缓冲罐的设计压力就得升高才能满足。因此规范说的安全阀尽可能设在组内工作温度最接近常温的地方，一般设在缓冲罐上（这与容积泵不同，容积泵后面一般加安全阀，不管有没有脉冲阻尼器，安全阀开启压力是泵出口压力的112%120%，这里面规范说的是分别根据缸数不同增加不同的量，但是每种压缩机，每个厂家都不一样，所以有时候为了方便大家经常会直接选个120的就OK了，这种做法其实很不正确，在后面我们会说到安全阀的选用，安全阀一般只有在火灾的情况下才能选120的，无火灾最大选到116%，我们在确定设计压

12、力的时候已经有了余量了，如果再120%开启的话，那就很危险了，超压了不起跳）。第四期  系统的最大工作压力2昨天我们讲了离心泵系统的最高工作压力，今天咱们继续接着唠。塔系统的完全由工艺专业根据流程需要来定。盛装液化气体的容器的最高工作压力，我建议就是用软件模拟，然后看50时对应的饱和蒸汽压力是多少，对应上面表格中的规定和工艺需要来确定。当我们工艺系统专业设计完了以后可能整个PFD上有很多种压力，而且还有很多小数，要最终按照确定原则讲其规整，尤其是安全阀后的设备设计压力。我们设计流程的时候经常发现用了很多安全阀和爆破片，为什么？就是对设计压力没有真正的领悟，别看一个小的安全阀

13、不怎么样，在生产现场多加一个安全阀就多了一系列的事，不光是花钱买还要定期送检，定期较。最重要的是安全阀多了并不安全，尽量能形成系统的就形成系统，公用一个安全阀，能将系统组合的就将多个系统组合到一起，用一个安全阀，这样减少投资还方便管理。这里举一个例子，这个例子跟20570塔最高工作压力举的那个例子一样，但这个我说的是安全阀的问题，这个例子一举就有很多人回忆起自己当初的设计的作品了，看图中三个安全阀，其实塔顶那个可以取消，3号安全阀可以加，主要考虑火灾状态蒸汽回流会超压，解决这个安全阀也有两个方法，一个是将槽子和换热器设计压力加大，包含火灾状态。一个是将安全阀取消后在罐子与换热器进口管道之间设置

14、旁路加止回阀，这个跟20570中的例子就相同了，就用一个2号安全阀就行了，所以这个例子就是说能串成系统的就串成系统，尽量减少设备，管件，阀门数量，最经典的工程不是多复杂的工程，而是简单的配置富含大量的理论。既然这期说到安全阀了，下期就详细说一下安全阀的设置和选用。第五期  安全阀的设置和选用压力和温度的问题终于完事了，唠叨了4期才搞定，这期终于到了大家备受关注的安全阀问题了，我这期先普及一下，下期再举例子。我发现大家很喜欢听故事，但是之前要是不唠叨点理论的东西第一我想不起来那些好玩的故事，第二故事有的时候没有理论依托还是有很多人听不懂的，所以大家克服一下。呵呵，我们开始今天

15、的课程吧！安全阀主要我们平时用的比较多的就是全启、微启、弹簧、背压平衡和导阀式的。这些安全阀基本上都能从字面理解他们的型式，不理解的到度娘上搜一下，全都了然。下面说一下安全阀的一些压力，我们参照20570.2中第一个表，这里面就规定了安全阀的压力设置的标准，不是所有的安全阀都设置100%开启的，也不是所有的都设置120%开启的，但是这里面我强调一点，当我们非火灾用安全阀和火灾用安全阀共为一个安全阀的时候，取小不取大。就是说一个安全阀，当我们非火灾状态下泄放时105%，火灾时121%，这时我们的设定压力就为105%。但是弹簧多点可调的除外。安全阀设置的场合在规范中介绍了很多，我们一般做设计的时候

16、也不能每一个地方都拿出规范来对照一下，我总结的就分这么两种情况：第一设备上设安全阀的，有球罐、单独的带压容器和特殊的反应器类的设备。第二种是设在管道上的，加热炉、透平机、容积泵、压缩机类设备出口管道和管段（两切断阀之间）上有加热器的或物料热膨胀的。就这么两种，但是还有一种情况比较烦人的，大家也都是经常忽略的，单独我提醒一下大家，就是扬程比较高的离心泵入口管道，这个为什么设我解释一下，因为扬程比较高的泵的出口管道压差比较大，当出口的止回阀失灵的时候，物料会回流到泵入口管道，对管道的压强很大，严重时会爆管，这种情况在塔冲洗水管线上和塔顶补水管线上经常出现。在宁波的那个大炼油就出现过，102m的塔顶

17、下来一股液，止回阀没反应直接把泵进口管道上的弯头冲裂了。我记得看过一本规范上面还列出了这么一种情况，凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时，上述机泵出口管道需设安全阀。但是就这条规定我感觉像上面说的这几种设备的出口连接的设备基本都是按照最高压力选定的设计压力。因此，我总结了上面的两条应用环境和一条特殊说明。（个人经验，有不对的大家批评指正）安全阀形式的选择在20570.2中第六条写的很好，很简洁也很实用。规范中对计算方法讲解的比较详细，这里就不说了，下期我举一个计算的例子来说明，大家有不明白的尽管提出。第六期  安全阀的设置和选用举例

18、这是我朋友的一个实例，我觉得挺全的，基本把安全阀泄放量的计算全用到了。乙酸反应系统中的一部分，由甲醇和一氧化碳在反应釜中185和2.9MPa压力下反应生成乙酸，放热反应主要由换热器带走15%热量，其余随产品走。现计算反应釜顶部安全阀。首先分析反应釜顶部安全阀的功能，也就是什么工况会超压。这个就直接对照20570来一项一项对照，这跟设计的时候选择是否装安全阀不一样，是否装安全阀就按照我上面说的方法，先装上再计算，这里唠叨的就是装完了以后计算的过程。第一种超压，外部火灾，反应釜中甲醇、一氧化碳、乙酸都是具有着火的可能，因此这个环境中要考虑外部火灾。第二种超压，进口调节阀故障。第三种超压是公用工程失

19、效时。这里说一下出口切断阀关闭，这个反应釜的出口阀门关闭了以后会有连锁直接将进口的阀门关闭，因此这就不考虑出口阀门关闭的状态。一般大型的反应器类设备都有此安全连锁。这三种超压现象，我们必须单独计算，再选择其中泄放量最大的那个选取安全阀。第一种，外部火灾，这个反应釜没有保温层同时又不能及时排走泄漏物，因此我们选用7.0.10-6的公式（这个事例当时他发了论文了，我之所以没有引用他的论文是因为他论文里面这个部分他写错了，当时还没看出来，发表以后我才发现的，嘘。，呵呵，怕误导了我们设计人员）W=(2.55*105*F*A0.82)/H，H=401，F=1.0，A=69.98， 算出W=20714kg

20、/h（这单位打起字来真麻烦）。第二种，设备入口管调节阀关闭。根据20570.2中的公式7.0.5计算，这个没疑问，不解释。算出W=201409 kg/h。第三种，公用工程失效。加入停电了，循环泵就不行了，冷却水故障了，换热器就没做用了，这时循环带走的15%的热量产生的超压就是我们该泄放掉的部分。这里为了方便给出了Q，（没给出Q的时候我们就拿换热器的Q来计算）W=Q/H=23397kg/h。这里注意的是H一定要选取泄压工况的气化潜热。对比三种，最大的是第二种，因此就按照第二种泄放量来提安全阀的计算泄放量。再根据安全阀样本中提供的C0值计算出喉径面积，这个安全阀因为放的是可燃气体，放空口会去火炬系

21、统，因此要做背压校正。其实现在安全阀的供应商服务都很好，只要有个泄放量他就会帮你选择一个，甚至你不会算他都帮你算了，但是作为设计人员，会计算才是硬道理，大家根据自己的情况努力吧。大家看到上面的计算过程很复杂，情况很多，因此我推荐大家尽量少的采用安全阀（呵呵，客观理由，开玩笑的，安全第一），这是个过程，在刚开始设计的时候都是安全阀特别多，然后逐渐的就减少下来了，毕竟对工艺有个理解吸收应用的过程，举个例子，最早我做一个废水回用的小项目，设了101个安全阀，那可是管道上也有，设备上也有，进口也有，出口也有。当时没有个量的概念，也不知道101个是多还是少，后来审核给删了80多个，后来做项目多了点才认识

22、到，一套苯乙烯装置也就100个左右，一套乙烯裂解才240个左右吧，所以大家多出来交流交流，让新人也有个量的概念。这期就唠叨这些，这期例子中用到了爆破片和安全阀配合，下期说说爆破片。第七期  爆破片上期在实例中我们提到了安全阀与爆破片共同使用（另外插一句，我们安全阀设置时经常在前面设置一个手阀，这在国外是不允许的，国外厂里是备安全阀的或者当安全阀拆下时停产，国内主要是为了拆下时不停产，这跟国情和国家文化有关（社会主义初级阶段），在此提醒，当使用手阀的时候别忘记按照规定铅封）。安全阀前面串联一个爆破片这种组合叫做隔离式安全阀，主要的优势是：集中了安全阀和爆破片的各自优点和避免了

23、各自缺点。就上面我们举那个例子而言，首先两层防护，双层保险，维护调节阀的时候，爆破片依然起到泄压作用，另外乙酸容易结晶会造成安全阀堵塞，起跳后不能复原。还有就是乙酸有强腐蚀性，需要采用锆材安全阀，如果前面用锆材爆破片了，后面用个不锈钢的安全法就OK了，因此很省钱。一般采用组合式的优点就是上面举例中的这些。安全阀和爆破片的组合不单是串联，在并联的时候我们应用的也很多，有很多时候容器润湿面积比较大的时候，安全阀的外部火灾工况的泄放量与其他工况超压泄放量相差很大时，我们就选用安全阀与爆破片并联，爆破片仅用于火灾情况下的超压泄放。下面我们单说一下爆破片。我看我们公司有很多刚进设计几年的新人没去过现场，

24、没见过爆破片，爆破片通俗来说其实就是一层堵在管道里的膜，当压力超过额定压力的时候，膜破裂。所以可想而知，爆破片是不能重复使用的，因此不宜用在经常超压的场合。爆破片的额定压力都是对应相应的温度，因此温度波动很大的场合不宜设置爆破片。但适合用在什么场合呢，首先压力有可能迅速上升或温度压力极高极低，安全阀来不及反应和难以制造的场合用爆破片；容易结晶、颗粒、聚合、介质粘度较大、有强腐蚀性等能够对安全阀造成影响的场合使用爆破片，根据物料是否需要回收来决定是否与安全阀组合使用。还有就是需要很大的泄放面积的时候我们直接用爆破片。爆破片的相关计算看20570.3中，写的很详细，泄放量的计算跟安全阀的完全一样。

25、我就不照本宣科了。关于爆破片，以前有个同事给我出了个题目，要是爆破片装反了怎么办？Y和L搞混了，我当时蒙了，还不会算呢，但肯定是不容易爆开，后来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写得很清楚，另外同一个爆破压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夹持器，夹持器上面有箭头的，就像物流方向那样的东西，不会装反，你正拱形的爆破片装反拱形的夹持器根本装不上。所以有些问题只要到现场看看就有解了，就像有人问我，U型管换热器，抽芯得很麻烦吧？我纳闷为什么呢，原来他认为抽芯是要把换热管一根一根都抽出来，我晕死又想起一个同学，很早以前了，他毕业就进设计院了，干配管，是中国工程公司里面差不多管道专业最好的公司了，干两年了，有一次吃饭问我“三通”长什么样？（大家别笑，大设计院就这样，两年多没去过现场很正常）我说你回去看看你家水管上面有分支的地方就用的三通，第二天打电话给我说“回去看了，跟我们模型上的一样”。所以希望有机会设