工藝那些事兒

1、工藝那些事兒化工工藝設(shè)計是一個大話題，在設(shè)計院哪一個專業(yè)都說工藝是龍頭，龍頭自然承擔(dān)的就多，因此過硬的知識基礎(chǔ)才是舞龍頭的根本，但是大家總是覺得工藝太復(fù)雜，新進的同事覺得這得多長時間能全都學(xué)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(shè)計，生產(chǎn)，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(shè)計過程中遇到的例子。第一期  設(shè)備設(shè)計壓力和設(shè)計溫度設(shè)計壓力和設(shè)計溫

2、度為什么拿出來單獨來說呢？因為我遇到很多設(shè)計院的同志，現(xiàn)場的技術(shù)人員，設(shè)備廠家技術(shù)人員，有很多人對設(shè)計壓力和設(shè)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(shè)備專業(yè)的GB150中對設(shè)計壓力和設(shè)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(xùn)教材中對設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進行了定義，化工設(shè)計手冊中對設(shè)計壓力和設(shè)計溫度也進行了描寫，但是我認為，應(yīng)該按照20570.1中規(guī)定的設(shè)備和管道系統(tǒng)設(shè)計壓力和設(shè)計溫度的確定方法來實施，20570.1中明確規(guī)定了：“工藝系統(tǒng)專業(yè)負責(zé)確定容器、塔、換熱器的設(shè)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(shè)計壓力都高于最高工作壓力呢，不是，在20570.1中規(guī)定了設(shè)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(shù)工況，極特別的另行討論。設(shè)備設(shè)計溫度，這個基本沒有什么解釋的，就是正常工作過程中，設(shè)備達到最高壓力相對應(yīng)的設(shè)備材料達到的溫度。這里注意是材料的溫度，并不是設(shè)備里面介質(zhì)的溫度。下面嘮叨一下具體的選取方法：常壓容器，內(nèi)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(shè)計壓力的時候還要提一個設(shè)備的全真空狀態(tài)呢，因為

4、在泵將前面容器內(nèi)的液體全部抽空的時候，容器內(nèi)就會產(chǎn)生負壓，這個負壓就是全真空狀態(tài)，設(shè)備在設(shè)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(guān)閉壓力。這主要是考慮當容器打滿或者容器出口閥門關(guān)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(guān)閉壓力（泵關(guān)閉壓力不是泵關(guān)閉，是泵的出口閥門關(guān)閉泵還在運轉(zhuǎn)），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(shè)計大乙烯裝置的時候，有個設(shè)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(chǎn)流程中的還要結(jié)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(shè)計壓力和設(shè)計溫度。第二期  管道設(shè)計壓力和設(shè)計溫度管道的設(shè)計壓力是管道組成件壓力設(shè)計時所用的壓力，管道的設(shè)計壓力不應(yīng)低于正常操作時，由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件是指導(dǎo)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(shè)有安全閥的壓力管道的設(shè)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(shè)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(shè)備不一樣，設(shè)備一般就選取安全閥開啟壓力就可以了，在設(shè)備超壓時候，設(shè)備會直接通過泄放解除風(fēng)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(jié)就是說所有的管道都比與管道相連的設(shè)備的設(shè)計壓力高一些，真空除外。管道的設(shè)計溫度是管道組成件壓力設(shè)計時所用的溫度。管道的設(shè)計溫度不應(yīng)低于正常操作時，有壓力和溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的材料溫度。 管道的設(shè)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(shù)情況下，溫度決定材質(zhì)，壓力決定壁厚，所

7、以設(shè)計溫度只能放大，不能有彈性。我們設(shè)計過程中經(jīng)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(shè)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(shè)計的時候就要把設(shè)計溫度提高30度，按照設(shè)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(chǎn)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(jù)工藝情況定，20號鋼我們現(xiàn)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(tǒng)的最大壓力，因為大多數(shù)設(shè)計壓力都來自于系統(tǒng)最大工作壓力。第三期  系統(tǒng)的最大工作壓力先說離心泵系統(tǒng)的最高工作壓力，離心泵系統(tǒng)的最高工作壓力是“泵輸出側(cè)最后切斷閥上游設(shè)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(jīng)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(shè)備的最高壓力就是離心泵系統(tǒng)的最高壓力，但是有這種情況，泵出口與出口下游第一臺設(shè)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(tǒng)的最高壓力是不是應(yīng)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(shè)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(shù)時候我們都是有了設(shè)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(shè)備的壓力，不然選的泵一般都會小了。容積泵在開關(guān)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(shè)備的最高壓力有工藝專業(yè)根據(jù)流程情況來擬定。冷凍系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhì)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(tǒng)中新手經(jīng)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(yīng)該在壓縮機后面加上“系統(tǒng)”兩個字），除非沒有辦法了這樣做（可燃氣體這樣做），要不都設(shè)在系統(tǒng)的最后面，第一個你到現(xiàn)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(zāi)怎么辦，蒸汽迅速回流，這樣你壓縮機后面的緩沖罐的設(shè)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(shè)在組內(nèi)工作溫度最接近常溫的地方，一般設(shè)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(jù)缸數(shù)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(jīng)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(zāi)的情況下才能選120的，無火災(zāi)最大選到116%，我們在確定設(shè)計壓

12、力的時候已經(jīng)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(tǒng)的最大工作壓力2昨天我們講了離心泵系統(tǒng)的最高工作壓力，今天咱們繼續(xù)接著嘮。塔系統(tǒng)的完全由工藝專業(yè)根據(jù)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(yīng)的飽和蒸汽壓力是多少，對應(yīng)上面表格中的規(guī)定和工藝需要來確定。當我們工藝系統(tǒng)專業(yè)設(shè)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(shù)，要最終按照確定原則講其規(guī)整，尤其是安全閥后的設(shè)備設(shè)計壓力。我們設(shè)計流程的時候經(jīng)常發(fā)現(xiàn)用了很多安全閥和爆破片，為什么？就是對設(shè)計壓力沒有真正的領(lǐng)悟，別看一個小的安全閥

13、不怎么樣，在生產(chǎn)現(xiàn)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(tǒng)的就形成系統(tǒng)，公用一個安全閥，能將系統(tǒng)組合的就將多個系統(tǒng)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(shè)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(zāi)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(shè)計壓力加大，包含火災(zāi)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(shè)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(tǒng)的就串成系統(tǒng)，盡量減少設(shè)備，管件，閥門數(shù)量，最經(jīng)典的工程不是多復(fù)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(shè)置和選用。第五期  安全閥的設(shè)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(guān)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(xiàn)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(dǎo)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(shè)置的標準，不是所有的安全閥都設(shè)置100%開啟的，也不是所有的都設(shè)置120%開啟的，但是這里面我強調(diào)一點，當我們非火災(zāi)用安全閥和火災(zāi)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(zāi)狀態(tài)下泄放時105%，火災(zāi)時121%，這時我們的設(shè)定壓力就為105%。但是彈簧多點可調(diào)的除外。安全閥設(shè)置的場合在規(guī)范中介紹了很多，我們一般做設(shè)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(jié)的就分這么兩種情況：第一設(shè)備上設(shè)安全閥的，有球罐、單獨的帶壓容器和特殊的反應(yīng)器類的設(shè)備。第二種是設(shè)在管道上的，加熱爐、透平機、容積泵、壓縮機類設(shè)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(jīng)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(shè)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(jīng)常出現(xiàn)。在寧波的那個大煉油就出現(xiàn)過，102m的塔頂

17、下來一股液，止回閥沒反應(yīng)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(fēng)機、離心式壓縮機、離心泵或蒸汽往復(fù)泵出口連接的設(shè)備不能承受其最高壓力時，上述機泵出口管道需設(shè)安全閥。但是就這條規(guī)定我感覺像上面說的這幾種設(shè)備的出口連接的設(shè)備基本都是按照最高壓力選定的設(shè)計壓力。因此，我總結(jié)了上面的兩條應(yīng)用環(huán)境和一條特殊說明。（個人經(jīng)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(shè)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(yīng)系統(tǒng)中的一部分，由甲醇和一氧化碳在反應(yīng)釜中185和2.9MPa壓力下反應(yīng)生成乙酸，放熱反應(yīng)主要由換熱器帶走15%熱量，其余隨產(chǎn)品走。現(xiàn)計算反應(yīng)釜頂部安全閥。首先分析反應(yīng)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(shè)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(zāi)，反應(yīng)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(zāi)。第二種超壓，進口調(diào)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(guān)閉，這個反應(yīng)釜的出口閥門關(guān)閉了以后會有連鎖直接將進口的閥門關(guān)閉，因此這就不考慮出口閥門關(guān)閉的狀態(tài)。一般大型的反應(yīng)器類設(shè)備都有此安全連鎖。這三種超壓現(xiàn)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(zāi)，這個反應(yīng)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(xiàn)的，噓。，呵呵，怕誤導(dǎo)了我們設(shè)計人員）W=(2.55*105*F*A0.82)/H，H=401，F(xiàn)=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(shè)備入口管調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。根據(jù)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(chǎn)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(jù)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(tǒng)，因此要做背壓校正。其實現(xiàn)在安全閥的供應(yīng)商服務(wù)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(shè)計人員，會計算才是硬道理，大家根據(jù)自己的情況努力吧。大家看到上面的計算過程很復(fù)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(shè)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(yīng)用的過程，舉個例子，最早我做一個廢水回用的小項目，設(shè)了101個安全閥，那可是管道上也有，設(shè)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(shè)置時經(jīng)常在前面設(shè)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(chǎn)，國內(nèi)主要是為了拆下時不停產(chǎn)，這跟國情和國家文化有關(guān)（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(lián)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(diào)節(jié)閥的時候，爆破片依然起到泄壓作用，另外乙酸容易結(jié)晶會造成安全閥堵塞，起跳后不能復(fù)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(lián)，在并聯(lián)的時候我們應(yīng)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(zāi)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(lián)，爆破片僅用于火災(zāi)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(shè)計幾年的新人沒去過現(xiàn)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(fù)使用的，因此不宜用在經(jīng)常超壓的場合。爆破片的額定壓力都是對應(yīng)相應(yīng)的溫度，因此溫度波動很大的場合不宜設(shè)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(yīng)和難以制造的場合用爆破片；容易結(jié)晶、顆粒、聚合、介質(zhì)粘度較大、有強腐蝕性等能夠?qū)Π踩y造成影響的場合使用爆破片，根據(jù)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(guān)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(guān)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(xiàn)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(xué)，很早以前了，他畢業(yè)就進設(shè)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(shè)計院就這樣，兩年多沒去過現(xiàn)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(shè)