工藝包是指包含一個化工產品的生產技術的全部技術文件,化工成套技術的工藝包(Process Package)是化工工藝技術成果的文件表達,是工藝技術對工程設計、采購、建設和生產操作要求的體現,是基礎設計的主要依據。
目前國內還沒有一個有關編制工藝包的國家標準,行業內采用的是中石化的《石油化工裝置工藝設計包(成套技術工藝包)內容規定》(SPMP-STD-EM2001-2015)。?國外工程公司對工藝包的內容都有明確的規定,但在各工程公司之間雖然內容大體相同,但并不一致,,有時會根據用戶的要求作適當的修改和補充。工藝包內容應該包括以下15個方面。其中前6條是工藝包的主體,當條件不具備時,如果僅完成前6條,可以稱為“基本工藝包”。
說明該工藝所包括的范圍、生產規模及年操作小時。范圍應該是比較具體的,指明工藝的開始和終點,可以包括輔助的工藝在內。生產規模可以是年產或日產,通常以噸、千噸、萬噸表示。年操作小時有兩種,當生產過程比較成熟時可以定在8000或7920小時,即333天或330。當生產過程不太成熟或受某些條件限制時?可以定在7200小時,即300天。上述年操作小時涵蓋連續過程和間隙過程兩種情況,對于間隙過程要說明間隙周期。
為了保證安全和穩定生產?應該說明工藝對原材料、催化劑、化學品及公用工程的規格要求;對成品規格、消耗定額、收率、轉化率、三廢排放量及組成、以及三廢處理的建議;還應說明技術保證指標和對安全生產的要求。在原料、燃料的規格要求中?要盡可能詳細地列出設計數據和允許的波動范圍。在催化劑的規格要求中?要列出型號、規格、工藝性能?反應器的大小?催化劑的裝量、生產廠家。主要化學品的規格要求中?要列出用途、年消耗量?實際使用濃度等;公用工程的規格要求中要列出全部水、電、汽(氣)的規格;還要列出包括輔助產品的成品規格;裝置能力及操作彈性;列出原材料、催化劑、化學品及公用工程的消耗定額;詳細列出三廢排放的具體規格、形式和指標;列出車間的生產定員。對安全生產的要求主要是防火、防爆、防毒(化學)、防泄漏等內容
按工藝流程的順序,詳細說明生產過程,包括有關化學反應機理,操作條件,主要設備特點,控制方案以及工藝物料的物化性質數據。包括:(1)工藝方案:詳細說明工藝方案,列出主要技術特點和控制方法。特別要說明主要物料的比值設定。(2)工藝原理和流程:包括各工序的有關化學反應機理、反應式和反應熱等。(3)主要工藝操作條件:詳細描述各工序的操作條件?包括各反應器和塔器的入口和出口的溫度、壓力、主要組分的濃度等指標。(4)主要工藝操作原理:詳細說明物料流向的路徑,即從某一個設備到另一個設備,列出設備位號。要明確說明物料的溫度、壓力和相態等重要指標。還要列出重要組分在物料中的濃度,循環物料的比例等參數。這一部分的描述要比較詳細,因為它涉及到操作手冊的編制。
包括全過程的物料平衡和熱量平衡數據,應考慮到負荷的波動及各主要工況的變化。這些數流程模擬是當今化學工程中的成熟技術。流程模擬有兩類:通用流程模擬和專用流程模擬。通用流程模擬有:ASPEN PLUS,PRO(Ⅱ),HISYS,DESIGN(Ⅱ)等。它們都是商品化的軟件?基本上都是在烴分離的基礎上發展起來的。目前國內外的主要工程公司都用這類軟件。專用流程模擬有兩種情況:①在上述軟件基礎上補充部分單元,使之適用于某一類工藝過程。例如PRO(Ⅱ)中的電解質、胺包、間隙蒸餾等模塊,也有用戶把自己開發的模塊補充進去;②完全由用戶自行開發的軟件,例如合成氨流程模擬軟件SAPROSS 等。工藝包中的“物料平衡和熱量平衡”數據應該包括以下內容:(1)工藝流程中(基本上是所有的)物流的溫度、壓力、組成和流量。(8)回路中返回物料必須與初始假設值契合,誤差要在規定范圍內(相對誤差不宜高于10-4,特殊情況另定)。其中:(1)~(4)應該單獨出工藝流程圖?并將數據標在圖上。(5)~(7)應該列表。(5)也可以標在PFD圖上。
- 5. 工藝流程圖(PFD-Process Flow Diagram)
工藝包中的工藝流程圖是表示工藝生產物流走向及其關系的圖?亦稱物料流程圖。通常它需要列出主要設備(包括位號和名稱)上連接的物流、特殊閥門的位置、物流數據(流量、組成、溫度、壓力、部分物性、熱負荷等特性)以及物流間的互相控制、連鎖方案等與工藝有關的信息。
包括主要設備規格書及特殊要求的儀表規格書。主要設備規格書應列出工藝設計和操作參數、材質要求、傳動機械要求及必要的特殊、關鍵設備條件等。應該根據不同種類的設備編制不同的表格,例如機泵、塔器、反應器、換熱器、廢熱鍋爐等。比較重要的設備應該附有簡圖。
從設計步驟上來說,管道儀表流程圖或稱帶控制點流程圖(PID-Piping &Instrument Diagram)不屬于工藝包的范疇。特別是對于剛剛完成的研究課題,在中試的基礎上進行工藝包設計,更沒有進行PID 的可能和必要。確切地說,它應該在基礎設計(初步設計)中進行。但是,如果進行現有裝置的翻板或新裝置是在現有技術的基礎上稍加改進,這就有可能在工藝包階段就出PID。有不少引進裝置的設計就是這樣,因此設計部門在引進技術時就提出需要PID。工藝專業和公用工程專業都有管道儀表流程圖,也稱UID。公用工程專業包括裝置內和裝置外兩種。在PID 中,應該表示管路尺寸、材料等級、伴管、閥門、保溫等級、安全閥系統、管路編號、儀表及控制回路、以及對工程設計有特殊要求的文字說明等。PID 的設計是多版次的,是逐步深入的。例如,可以有初步條件版,內部審核版,報建設單位審批版,設計版,施工版,竣工版等。工藝包所提供的PID只是初步條件版。在PID的基礎上,也可以提供儀表選型原則。主要說明工藝包儀表采用的標準和規范、動力供應要求、中央控制室要求、主要儀表選型、分散控制系統DCS 的內容、緊急停車系統ESD、成套儀表設備供應的范圍、儀表控制系統的安全保護措施和初步的儀表清單。
在設計壓力較高(≥4MPa)、溫度較高(≥350℃)或較低(≤-29℃)、管道公稱直徑較大(≥100mm)、有腐蝕和易燃易爆等介質的條件下?需要提供配管規格書。配管規格書的內容包括介質、工藝條件、設計條件、管路尺寸、管路等級、保溫等。國內和國外規格是有差別的?應該分別提供。特殊管道的等級規定是指:工藝包所采用的管線和連接件材料主要為碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、合金鋼、鋁材和某些非金屬管材或襯里管等。對于特殊管道?由于工作介質種類較多?且工作溫度壓力各不相同?所以有必要對管道的表示方法、工作介質、管線材料等級作出規定。國內和國外的管材等級是不一樣的?應分別表示。
根據經驗和用戶的實際情況及需要?提供初步設備布置圖供工程設計部門參考。初步設備布置圖包括:設備布置應遵循的主要規則和通則。
生產操作和安全規定要領是工藝技術的一部分,它是指原則性的基本原理。包括:首次開車、停車、正常開車、正常操作、操作人員的安全和衛生知識。(1)首次開車:主要敘述氣密試驗、吹掃、工廠首次開車的方法。(2)停車:主要敘述工廠計劃和正常停車時的操作程序。(3)正常開車:正常開車程序一般說來與首次開車一樣。此處主要為了適應每次停車后裝置各系統所處的工況?給與適當調整。(4)正常操作:敘述每一個工序的操作原則?在工藝技術手冊中應該有更完整的說明。(5)操作人員的安全和衛生知識:為了盡可能保證個人安全、減少意想不到的事故和危害?使經濟損失最小?工藝包中要說明操作人員的安全和衛生知識?特別是對于易燃易爆、有毒有害的物質的說明。包括:這些物質的性質和特征、貯存條件、技術要求、泄漏的和排放的識別;裝有這些物質的容器、設備和管道的維護和清洗;操作人員對于安全和衛生知識的培訓、緊急救護系統、對健康的危害和預防措施;個人保護裝備;在已經發生安全事故下的緊急處理、初步救護和醫療;測量環境中這些物質的濃度、設立警戒標志等。
化驗室根據工藝、公用工程專業提出的分析項目,承擔原材料、輔助材料、燃料、半成品和產品等的質量全面分析檢驗、公用工程日常生產控制分析等。除了常規分析以外,需要比較高級的儀器分析應該作特殊說明,如原子光譜、質譜、核磁共振等。應該列出特殊要求的分析項目和主要分析儀器設備一覽表。還應包括受安全部門委托負責檢修時安全動火分析等。
工廠生產實踐表明,裝置的日常維護和檢修作為裝置管理的重要環節,不但能保證裝置的“安、穩、長、滿、優”運行?而且能有效延長裝置的使用壽命。特殊要求的檢修要領是指對主要工藝設備、儀表、電氣等方面的檢修提出了相應特殊要求。包括工業爐、反應器、塔器、各大機組、特殊換熱器等主要工藝設備的檢修、催化劑的更換以及自控元件的檢修等方面內容。(1)設備、管道、儀表和電氣檢修及驗收所需遵守的標準和規范。(4)詳細寫出特殊要求的檢修要領,包括工業爐、反應器、塔器、各大機組、特殊換熱器等主要工藝設備的檢修?催化劑的更換以及自控元件的檢修的步驟。
應該提出工藝包中采用的環保標準,并對污染因素進行分析。此處污染是指對人體有害的廢氣、廢液、固體廢物、噪音、光輻射、電磁波、放射線等。應該指出污染源及污染物排放部位,并對污染源與污染物排放情況分析,提出污染防治的措施。
應該說明與本工藝有關的國內外專利檢索的情況,以及專利一覽表,提供專利檢索報告。如果與國內外的相關工藝有過聯系,訂立過合同,則要根據有關合同的保密條款,分析是否侵權或違約。
工藝技術手冊的編制主要用于指導生產準備,編制生產、化驗、維修等操作規程。是上述生產操作和安全規定要領的具體化,即深入描寫上述10~12的內容。這部分的內容為采用工藝包的生產裝置提供了一個原則性的操作程序,它對于操作人員培訓、開車與操作僅起指導性作用?并不需要嚴格要求。生產企業在進行生產準備時,應該根據工藝技術手冊編制更加詳細的操作手冊,即“實施版”的操作手冊指導生產。應該允許生產企業修改一些工藝程序以適合所規定的操作程序,或修改操作程序。“實施版”的操作手冊在不斷的修改中更加完善。經驗表明,成功的開車和操作取決于開車計劃和操作人員的培訓,操作人員應熟悉該手冊中的工藝規程、工廠的布置和設備,以及各種設備的制造商所提供的使用說明。更重要的是應將以往的生產經驗補充到“實版”中去?形成良性循環。