工艺包是指包含一个化工产品的生产技术的全部技术文件,化工成套技术的工艺包(Process Package)是化工工艺技术成果的文件表达,是工艺技术对工程设计、采购、建设和生产操作要求的体现,是基础设计的主要依据。
目前国内还没有一个有关编制工艺包的国家标准,行业内采用的是中石化的《石油化工装置工艺设计包(成套技术工艺包)内容规定》(SPMP-STD-EM2001-2015)。国外工程公司对工艺包的内容都有明确的规定,但在各工程公司之间虽然内容大体相同,但并不一致,,有时会根据用户的要求作适当的修改和补充。工艺包内容应该包括以下15个方面。其中前6条是工艺包的主体,当条件不具备时,如果仅完成前6条,可以称为“基本工艺包”。
说明该工艺所包括的范围、生产规模及年操作小时。范围应该是比较具体的,指明工艺的开始和终点,可以包括辅助的工艺在内。生产规模可以是年产或日产,通常以吨、千吨、万吨表示。年操作小时有两种,当生产过程比较成熟时可以定在8000或7920小时,即333天或330。当生产过程不太成熟或受某些条件限制时可以定在7200小时,即300天。上述年操作小时涵盖连续过程和间隙过程两种情况,对于间隙过程要说明间隙周期。
为了保证安全和稳定生产应该说明工艺对原材料、催化剂、化学品及公用工程的规格要求;对成品规格、消耗定额、收率、转化率、三废排放量及组成、以及三废处理的建议;还应说明技术保证指标和对安全生产的要求。在原料、燃料的规格要求中要尽可能详细地列出设计数据和允许的波动范围。在催化剂的规格要求中要列出型号、规格、工艺性能反应器的大小催化剂的装量、生产厂家。主要化学品的规格要求中要列出用途、年消耗量实际使用浓度等;公用工程的规格要求中要列出全部水、电、汽(气)的规格;还要列出包括辅助产品的成品规格;装置能力及操作弹性;列出原材料、催化剂、化学品及公用工程的消耗定额;详细列出三废排放的具体规格、形式和指标;列出车间的生产定员。对安全生产的要求主要是防火、防爆、防毒(化学)、防泄漏等内容
按工艺流程的顺序,详细说明生产过程,包括有关化学反应机理,操作条件,主要设备特点,控制方案以及工艺物料的物化性质数据。包括:(1)工艺方案:详细说明工艺方案,列出主要技术特点和控制方法。特别要说明主要物料的比值设定。(2)工艺原理和流程:包括各工序的有关化学反应机理、反应式和反应热等。(3)主要工艺操作条件:详细描述各工序的操作条件包括各反应器和塔器的入口和出口的温度、压力、主要组分的浓度等指标。(4)主要工艺操作原理:详细说明物料流向的路径,即从某一个设备到另一个设备,列出设备位号。要明确说明物料的温度、压力和相态等重要指标。还要列出重要组分在物料中的浓度,循环物料的比例等参数。这一部分的描述要比较详细,因为它涉及到操作手册的编制。
包括全过程的物料平衡和热量平衡数据,应考虑到负荷的波动及各主要工况的变化。这些数流程模拟是当今化学工程中的成熟技术。流程模拟有两类:通用流程模拟和专用流程模拟。通用流程模拟有:ASPEN PLUS,PRO(Ⅱ),HISYS,DESIGN(Ⅱ)等。它们都是商品化的软件基本上都是在烃分离的基础上发展起来的。目前国内外的主要工程公司都用这类软件。专用流程模拟有两种情况:①在上述软件基础上补充部分单元,使之适用于某一类工艺过程。例如PRO(Ⅱ)中的电解质、胺包、间隙蒸馏等模块,也有用户把自己开发的模块补充进去;②完全由用户自行开发的软件,例如合成氨流程模拟软件SAPROSS 等。工艺包中的“物料平衡和热量平衡”数据应该包括以下内容:(1)工艺流程中(基本上是所有的)物流的温度、压力、组成和流量。(8)回路中返回物料必须与初始假设值契合,误差要在规定范围内(相对误差不宜高于10-4,特殊情况另定)。其中:(1)~(4)应该单独出工艺流程图并将数据标在图上。(5)~(7)应该列表。(5)也可以标在PFD图上。
- 5. 工艺流程图(PFD-Process Flow Diagram)
工艺包中的工艺流程图是表示工艺生产物流走向及其关系的图亦称物料流程图。通常它需要列出主要设备(包括位号和名称)上连接的物流、特殊阀门的位置、物流数据(流量、组成、温度、压力、部分物性、热负荷等特性)以及物流间的互相控制、连锁方案等与工艺有关的信息。
包括主要设备规格书及特殊要求的仪表规格书。主要设备规格书应列出工艺设计和操作参数、材质要求、传动机械要求及必要的特殊、关键设备条件等。应该根据不同种类的设备编制不同的表格,例如机泵、塔器、反应器、换热器、废热锅炉等。比较重要的设备应该附有简图。
从设计步骤上来说,管道仪表流程图或称带控制点流程图(PID-Piping &Instrument Diagram)不属于工艺包的范畴。特别是对于刚刚完成的研究课题,在中试的基础上进行工艺包设计,更没有进行PID 的可能和必要。确切地说,它应该在基础设计(初步设计)中进行。但是,如果进行现有装置的翻板或新装置是在现有技术的基础上稍加改进,这就有可能在工艺包阶段就出PID。有不少引进装置的设计就是这样,因此设计部门在引进技术时就提出需要PID。工艺专业和公用工程专业都有管道仪表流程图,也称UID。公用工程专业包括装置内和装置外两种。在PID 中,应该表示管路尺寸、材料等级、伴管、阀门、保温等级、安全阀系统、管路编号、仪表及控制回路、以及对工程设计有特殊要求的文字说明等。PID 的设计是多版次的,是逐步深入的。例如,可以有初步条件版,内部审核版,报建设单位审批版,设计版,施工版,竣工版等。工艺包所提供的PID只是初步条件版。在PID的基础上,也可以提供仪表选型原则。主要说明工艺包仪表采用的标准和规范、动力供应要求、中央控制室要求、主要仪表选型、分散控制系统DCS 的内容、紧急停车系统ESD、成套仪表设备供应的范围、仪表控制系统的安全保护措施和初步的仪表清单。
在设计压力较高(≥4MPa)、温度较高(≥350℃)或较低(≤-29℃)、管道公称直径较大(≥100mm)、有腐蚀和易燃易爆等介质的条件下需要提供配管规格书。配管规格书的内容包括介质、工艺条件、设计条件、管路尺寸、管路等级、保温等。国内和国外规格是有差别的应该分别提供。特殊管道的等级规定是指:工艺包所采用的管线和连接件材料主要为碳钢、不锈钢、低合金钢、合金钢、铝材和某些非金属管材或衬里管等。对于特殊管道由于工作介质种类较多且工作温度压力各不相同所以有必要对管道的表示方法、工作介质、管线材料等级作出规定。国内和国外的管材等级是不一样的应分别表示。
根据经验和用户的实际情况及需要提供初步设备布置图供工程设计部门参考。初步设备布置图包括:设备布置应遵循的主要规则和通则。
生产操作和安全规定要领是工艺技术的一部分,它是指原则性的基本原理。包括:首次开车、停车、正常开车、正常操作、操作人员的安全和卫生知识。(1)首次开车:主要叙述气密试验、吹扫、工厂首次开车的方法。(2)停车:主要叙述工厂计划和正常停车时的操作程序。(3)正常开车:正常开车程序一般说来与首次开车一样。此处主要为了适应每次停车后装置各系统所处的工况给与适当调整。(4)正常操作:叙述每一个工序的操作原则在工艺技术手册中应该有更完整的说明。(5)操作人员的安全和卫生知识:为了尽可能保证个人安全、减少意想不到的事故和危害使经济损失最小工艺包中要说明操作人员的安全和卫生知识特别是对于易燃易爆、有毒有害的物质的说明。包括:这些物质的性质和特征、贮存条件、技术要求、泄漏的和排放的识别;装有这些物质的容器、设备和管道的维护和清洗;操作人员对于安全和卫生知识的培训、紧急救护系统、对健康的危害和预防措施;个人保护装备;在已经发生安全事故下的紧急处理、初步救护和医疗;测量环境中这些物质的浓度、设立警戒标志等。
化验室根据工艺、公用工程专业提出的分析项目,承担原材料、辅助材料、燃料、半成品和产品等的质量全面分析检验、公用工程日常生产控制分析等。除了常规分析以外,需要比较高级的仪器分析应该作特殊说明,如原子光谱、质谱、核磁共振等。应该列出特殊要求的分析项目和主要分析仪器设备一览表。还应包括受安全部门委托负责检修时安全动火分析等。
工厂生产实践表明,装置的日常维护和检修作为装置管理的重要环节,不但能保证装置的“安、稳、长、满、优”运行而且能有效延长装置的使用寿命。特殊要求的检修要领是指对主要工艺设备、仪表、电气等方面的检修提出了相应特殊要求。包括工业炉、反应器、塔器、各大机组、特殊换热器等主要工艺设备的检修、催化剂的更换以及自控元件的检修等方面内容。(1)设备、管道、仪表和电气检修及验收所需遵守的标准和规范。(4)详细写出特殊要求的检修要领,包括工业炉、反应器、塔器、各大机组、特殊换热器等主要工艺设备的检修催化剂的更换以及自控元件的检修的步骤。
应该提出工艺包中采用的环保标准,并对污染因素进行分析。此处污染是指对人体有害的废气、废液、固体废物、噪音、光辐射、电磁波、放射线等。应该指出污染源及污染物排放部位,并对污染源与污染物排放情况分析,提出污染防治的措施。
应该说明与本工艺有关的国内外专利检索的情况,以及专利一览表,提供专利检索报告。如果与国内外的相关工艺有过联系,订立过合同,则要根据有关合同的保密条款,分析是否侵权或违约。
工艺技术手册的编制主要用于指导生产准备,编制生产、化验、维修等操作规程。是上述生产操作和安全规定要领的具体化,即深入描写上述10~12的内容。这部分的内容为采用工艺包的生产装置提供了一个原则性的操作程序,它对于操作人员培训、开车与操作仅起指导性作用并不需要严格要求。生产企业在进行生产准备时,应该根据工艺技术手册编制更加详细的操作手册,即“实施版”的操作手册指导生产。应该允许生产企业修改一些工艺程序以适合所规定的操作程序,或修改操作程序。“实施版”的操作手册在不断的修改中更加完善。经验表明,成功的开车和操作取决于开车计划和操作人员的培训,操作人员应熟悉该手册中的工艺规程、工厂的布置和设备,以及各种设备的制造商所提供的使用说明。更重要的是应将以往的生产经验补充到“实版”中去形成良性循环。