做工艺流程图这几年,我最大的体会是:画图这件事,难点从来不在鼠标和软件上,而在脑子里有没有一条清晰的流程主线。最近在整理一个模拟项目X的交付图纸,需要把燃料型原油蒸馏装置的工艺流程图重新画一遍。很多人一听“原油蒸馏”就头大,觉得设备又多又杂,换热器一长串,塔盘一堆,侧线好几条,根本无从下笔。但真把原理掰开看,流程其实非常规整,画起来也能做到又快又不容易错。这篇就把我常用的“先懂后画、分层出图”的方法完整拆一遍,从装置组成到设备符号,从分步绘图到交付自检,全给你捋清楚。
1. 理解燃料型原油蒸馏的主线,先别急着开软件
1.1 燃料型装置到底“蒸馏”什么
“燃料型”这个概念,可能刚入行的人会看得比较懵。原油蒸馏装置其实分两种常见方案,一种以生产燃料为主,就是我们常说的燃料型;另一种要兼顾生产润滑油基础油,流程会更复杂,多了减压深拔、溶剂精制这些下游配套。燃料型的核心目标,是把原油按沸点范围“切割”成不同的馏分:塔顶得到轻烃或轻汽油,侧线依次得到煤油、柴油等燃料组分,塔底是常压渣油,再送去减压塔进一步分出减压蜡油和减压渣油。
搞懂这层逻辑,画面就清楚了一半。原油不是单一物质,而是一个沸点连续的混合物,蒸馏就是利用组分沸点不同,在塔内形成温度梯度,让轻的往上走、重的往下走。常压塔负责把沸点相对较低的组分分离出来,减压塔负责把常压下难以汽化的重组分在低真空条件下蒸出来。整个过程不涉及化学反应,是一个典型的物理分离过程。所以画流程图时,只要抓住“加热—汽化—分馏—冷凝冷却—出产品”这条线,设备再多也不会乱。
1.2 把流程拆成“三段主线”
燃料型常减压装置,主流程可以拆成三段。
第一段是原油预处理和换热。原油进装置后,先经过电脱盐罐脱除溶解盐和水分,然后进入换热网络,和装置里的高温产品、塔底热渣油换热,把原油从常温逐步升到加热炉入口温度。这段路线的特点是换热器多、管线密集,画图时最容易显得杂乱。
第二段是常压蒸馏。原油进常压加热炉,加热到三百多摄氏度后,以气液混合状态进入常压塔。塔顶出轻烃和汽油组分,侧线按沸点范围分别抽出煤油、柴油等产品,塔底得到常压渣油。常压塔的热量来源主要是加热炉出口的高温进料,塔内会设置中段回流取走多余热量,控制塔内温度分布。
第三段是减压蒸馏。常压渣油经过减压加热炉进一步加热到接近四百摄氏度,然后进入减压塔。由于塔顶有抽真空系统,塔内压力远低于大气压,重组分可以在较低温度下汽化,避免高温下发生裂解。减压塔侧线抽出减压蜡油,塔底出减压渣油,作为焦化装置原料或燃料油调和组分。
画图时先画这三段主流程,再把冷却、抽真空、汽提等辅助系统挂上去,图面就不会乱。很多人一上来就画换热器群,结果换热器画了一大片,主塔和加热炉的位置反而被挤到一边,这种图后期几乎都要重来。
1.3 画图前先用方框图搭逻辑骨架
我每次画工艺流程图,习惯在Excel里先列一个简单的物料平衡表,不需要特别精确,但至少要知道处理量多少、塔顶产品多少、各侧线产品多少、塔底渣油多少。这个表的作用不是做设计计算,而是给图纸上的每条物流线一个交代,免得画完线之后不知道产品去哪里。
列完物料平衡表,我会在纸上或者白板上画一个方框图。从原油进装置开始,画一个方块代表电脱盐,接着一个方块代表换热网络,然后是常压加热炉、常压塔,常压塔的每个侧线往下游多画几格,常压渣油再去减压炉、减压塔。这个阶段不用画任何标准符号,也不用管线条好不好看,只要逻辑走通就行。
等方框图逻辑确认没问题,再打开软件。这一步能省掉后面至少一半的返工,因为在一个混乱的草图上改来改去,远比在软件里重新分图层要省时间。有人说这是多此一举,但我见过太多项目交付的图纸,设备旁边明显留着曾经换过位置的痕迹,管线走向也别扭,多半就是跳过了这个环节。
2. 绘图工具与符号规范,决定你后续改图的效率
2.1 常用工具怎么选
画流程图不一定非要用多专业的软件,关键看你的交付目标。
我一般按用途分三种情况。如果是做课程设计、写可研报告、做方案汇报,用Visio足够了,拖拽模具方便,画PFD很快,图面也干净。如果是给工程实施或者给下游专业提条件,图纸要作为设计文件出版,那就直接用AutoCAD,或者用其他专业工程设计软件,线型、图层、图框都能做到规范,方便和管道、仪表、结构等专业配合。如果只是前期方案讨论,多个人同时改图,用在线绘图工具会更方便,打开浏览器就能画,但图面元素多的时候性能会有些吃力。
这里给个简单对比:
| 工具 | 优点 | 缺点 | 适合场景 |
|---|---|---|---|
| Visio | 上手快、模具多、图形整洁 | 图层管理弱、大型图线型精度一般 | PFD、方案汇报、培训材料 |
| AutoCAD | 精度高、图层和图框规范 | 学习成本高、需要建符号库 | PID、工程出版图 |
| 在线绘图工具 | 无需安装、协作方便 | 大图时卡顿、符号库不统一 | 前期草图、临时讨论 |
| 流程模拟软件 | 自带物流数据、可联动出图 | 授权贵、需要模拟基础 | 大型设计、数据联动 |
如果只是画一张“能看的燃料型原油蒸馏图”,Visio基本够了。我第一次画这套图的时候用的就是Visio,一边画一边改,两三天就能出一版像样的总流程图。但后来接触工程出版图之后,发现CAD里图层和块的管理实在太重要,返工成本低很多。建议是:先想清楚这张图的用途,再选工具,不要跟风。
2.2 设备符号约定:不需要美术功底,需要一致性
工艺流程图的设备符号,不同设计院、不同标准会有些差异,但对PFD来说,有一套通用的画法就够了。
换热器一般用一个圆圈或者带壳体的简化符号,热端和冷端分别用箭头示意;塔类设备画成一个竖直的长方形,内部简单画几条横线代表塔盘;加热炉通常用矩形加火焰符号,或者直接用带位号的方块表示;泵用圆形加一个实心三角形箭头,箭头方向就是介质流向;容器用横躺的椭圆或矩形。每个设备旁边要标注标准设备位号,比如常压塔“C-101”、常压加热炉“F-101”、泵“P-101A/B”等等。
不要低估符号一致性的作用。我见过一张图里,同一个换热器一会儿画成圆圈,一会儿画成带壳体的矩形,位置换了几处,图例里也没说明,审图的人看得直摇头。建议建立自己的符号库,或者统一使用软件自带的化工模具模板。画图前先花十分钟把图例画出来,放到图纸的右下角,后续所有符号都按图例来,整张图的气质立刻就不一样。
2.3 图层、线型与文字规则
图层这件事,很多人画流程图的初期根本没概念,全画在一层上,等需要修改或者导图给别的专业时就后悔了。如果用的是CAD,至少分四个层:设备层、管线层、标注层、图框层。设备和设备位号放在设备层,所有工艺管线放在管线层,温度和压力数据标注放在标注层,图框标题栏单独一层。这样后期改线,不会影响到设备,打印的时候也可以选择性关闭不需要的层。
线型方面,主工艺流程物料线用粗实线,辅助物料比如蒸汽、凝结水、循环水,用细实线或者特定的辅助线型区分;仪表信号线用虚线或者点划线。文字方向尽量统一水平,或者沿着图面统一方向,不要一会横一会竖。字号分级:图名最大,设备位号其次,数据标注再小一号。这些规则听起来琐碎,但真正决定了别人拿到你的文件后看得顺不顺。
3. 分步实操:画出一张可以交付的工艺流程总图
3.1 第一步:先布置“两炉两塔”主框架
打开绘图软件,新建一张A3横向图纸,先把图框和标题栏放好,然后开始布置主设备。
燃料型原油蒸馏装置最核心的设备就是两炉两塔:常压加热炉、常压塔、减压加热炉、减压塔。布置顺序建议从左到右按照流程方向:电脱盐罐在最左侧,接着是换热网络,然后是常压加热炉、常压塔;常压塔底出来的常压渣油线往右走,经过减压加热炉到减压塔。加热炉的位置要与塔保持合理距离,因为炉子出口管线很短,高温热油直接进塔底,画得太远会显得管线特别长,也不符合实际布置。
设备间距要适当留宽一些,不要挤在一起。很多人画到后面管线交叉得很厉害,就是因为前期没有留出足够的管廊空间。建议在两塔之间空出一段距离,后续侧线产品和回流管线都要从中间走。
小参数表可以作为参考,但不是固定设计值:
| 位置 | 典型参考范围 |
|---|---|
| 常压加热炉出口温度 | 340~360℃ |
| 常压塔塔顶温度 | 90~110℃ |
| 常压塔侧线抽出温度 | 150~300℃左右,随侧线位置升高 |
| 减压加热炉出口温度 | 380~400℃ |
| 减压塔顶绝压 | 2~8 kPaA |
| 减压侧线抽出温度 | 按沸点范围逐渐升高 |
这些数据在PFD上不一定全部标注,但你自己心里要有数,否则画出来的侧线顺序可能跟温度梯度对不上。
3.2 第二步:把常压塔和减压塔的侧线画完整
常压塔通常有塔顶回流、中段回流和几路侧线抽出。塔顶油气先经过空冷器和水冷器冷却,进入回流罐,一部分作为塔顶回流打回塔顶,一部分作为产品送出。侧线抽出后,一般先进侧线汽提塔,用少量蒸汽把轻组分蒸回去,再用侧线泵抽出,经过换热器和冷却器,最后出装置。
这里有个常见的画法错误,就是把侧线抽出后直接接一个泵送去冷却,中间漏掉了侧线汽提塔。虽然有些简化流程图上可以省略汽提塔,但正规的燃料型常压蒸馏PFD,侧线汽提塔是必须要有的,因为侧线产品质量和闪点要靠汽提来保证。
减压塔也一样。减压塔侧线从塔的中下部抽出,通常有减一线、减二线、减三线等,经过汽提塔和换热冷却后送出装置。减压塔顶的轻组分和不凝气进入抽真空系统,抽真空系统一般由一级或二级蒸汽喷射器加冷凝器组成,后面还可能接液环真空泵。
画侧线时,泵的位置要注意。抽出之后先经过汽提塔,汽提塔底出来需要设泵,再送换热器和冷却器。回流泵的位置在回流罐之后,塔底泵在塔底容器的出料线上,顺序搞反了,后续审图时一眼就能看出来问题。
3.3 第三步:补上换热网络、脱盐和辅助系统
主塔和侧线画完,接下来是最容易让人头疼的换热网络。燃料型装置的原油换热网络很庞大,原油依次经过好几个换热器,与常压塔顶产品、侧线产品、常压渣油、减压侧线产品等换热,回收热量。画图时不需要把所有换热器都精确到每一台,但应该把换热器的串联逻辑表现出来:原油走管程,热物流走壳程,冷热物流方向相反,箭头清晰。
电脱盐要画在原油换热的前段。一般流程是原油先和一部分热物流换热到一定温度,再进入电脱盐罐,脱盐之后继续换热升温,然后进加热炉。如果你把脱盐的位置画到换热网络后面,就与实际操作不匹配了。
辅助系统也不能漏。常压塔顶要画“三注”:注水、注缓蚀剂、注氨,这些注入点在塔顶空冷器前的管线上。减压塔顶要画抽真空系统,包括蒸汽喷射器和冷凝器,还要有蒸汽凝液回收。这些细节是PFD审图的重点,因为漏掉任何一个辅助系统,开车的时候都会出问题。我第一次画减压塔就漏掉了塔顶的增压蒸汽线,审图老师一句话就点出来了:“没有增压蒸汽,减压塔顶的蒸气和喷射器怎么配合?”
3.4 第四步:标注控制点和关键操作数据
工艺流程图的标注不是越多越好,但关键控制点必须清晰。
在PFD层面,不需要像管道仪表流程图PID那样画出每个调节阀、每个仪表的安装位置,但关键的工艺控制回路要用简洁的圆圈或符号标出来。比较典型的有几个:常压加热炉出口温度控制,通常通过燃料气流量调节实现;常压塔顶压力控制,通过塔顶不凝气调节或者空冷冷后温度控制;各塔底液位控制,通过塔底抽出量控制;侧线产品流量控制,通过侧线泵出口流量调节。
温度、压力、流量数据不需要全部标在图上。我的做法是:主物料管线上标注设计流量和设计温度,塔内标注几块关键塔盘的温度压力,换热器旁边标注热负荷大小。数据不要写死太多,否则图纸变成密密麻麻的数字表,失去了流程图“直观表达流程逻辑”的意义。
但一旦标注了数据,就要做好一致性管理。物料平衡表里常压塔塔顶温度是105℃,图上却标成115℃,这种低级错误最容易在交付前被抓住,也最影响图纸信誉。
3.5 第五步:图例、标题栏和版本记录
图纸画完不等于交付。正规的工艺流程图必须有图例和标题栏。图例中要说明所有设备符号、管线线型、控制符号的含义。很多人觉得“我用的是标准符号,不用图例”,实际上一旦跨单位、跨软件,往往会有些差异,没有图例的图就是给自己找麻烦。
标题栏至少要包含:项目名称、装置名称、图名、图号、版本号、设计阶段、设计人、校核人、日期。这里的“设计人”和“校核人”按单位要求填写,如果是个人作品,至少留下一个版本记录位置,方便后续修改。
版本记录也很重要。第一次画可能出个“V0”,评审后改数据出“V1”,再改出“V2”。很多人不习惯维护版本,结果两版图纸混着发出去,别人拿着旧图对工程量,那才是真正的灾难。
4. 交付前自查:我踩过的坑都在这里
4.1 逻辑硬伤:看起来能跑,实际不能开车
图纸上的设备符号画得再漂亮,逻辑不对,开车就出事。
前前后后看了不少图,逻辑硬伤大概这几类。
第一,常压塔画出了再沸器。这是最典型的外行错误。常压塔的热量来源是加热炉出口的高温进料,塔底并不需要再沸器。虽然有些炼厂塔底会有少量汽提蒸汽,但那是汽提,不是再沸器。看到有人给常压塔画一个大再沸器,基本能判断他没真正理解这套蒸馏流程。
第二,侧线汽提塔的蒸汽方向画反。汽提蒸汽是从汽提塔底部进入,从顶部气相返回主塔,如果你画成从顶部进蒸汽,轻组分根本蒸不回去,整个汽提塔就失去了意义。
第三,减压塔抽真空系统漏项。有人把减压塔顶直接画一条线去往火炬或去往冷凝器,中间没有任何抽真空设备。这等于塔内完全没有真空来源,整个减压系统就没法操作。
第四,换热器冷热端接反或者并联串联搞错。原油换热网络是热集成设计,冷热物流方向不对,热量回收效率差,图纸上可能看不出大问题,实际能耗会很难看。
第五,泵和容器的相对位置不对。比如回流罐还没画,泵却已经从回流罐底抽油了,管线连上去才发现泵和罐在图上距离很远,只能折线拉过去,图面很别扭。
自查办法很简单:拿一小段流程从设备入口到出口走一遍,每根管线都有源有汇,每个泵前面都有容器或塔的液相抽出,每个塔都有压力控制或温度控制,全通过再进下一步。
4.2 符号与可读性问题:图纸不是草稿
除了逻辑问题,可读性问题也很常见。
最典型的是同一张图里设备符号不统一。换热器一会儿用圆圈,一会儿用矩形,塔盘一会儿画三条线,一会儿画五条线,设备位号一会儿在左边,一会儿在右边,甚至两个设备共用同一个位号。这种图即使内容没问题,别人也不敢用。
还有就是文字重叠和管线交叉。管线交叉不可避免,但要有规则:尽量少交叉,交叉时用断线处理而不是简单压线;文字标注不能压住管线和符号;介质名称和流向箭头要标在合适位置。最好不要出现五根线汇成一个节点,连箭头方向都分不清的情况。
我踩过的一个坑:侧线冷却器后面接的调节阀,放在了PID图才该出现的位置,PFD上画了一大堆阀门,结果图面乱成一团,后来改了三个版本才清爽。PFD不是PID,控制阀不需要全部画出,只画关键控制回路。
4.3 数据一致性:图纸、物料平衡表、设计说明要对得上
审图最隐蔽的坑是数据不一致。流程图上的常压塔塔顶温度、侧线温度、减压塔真空度,如果和物料平衡表、设计说明里的数字互相矛盾,别人会对整张图的可靠性产生怀疑。
我的习惯是画图前先做数据模板,物料平衡表用Excel表格,然后跟着图同步维护。图形上的数据标注尽量引用同一个Excel格,或者至少在改完数据之后,用检查表逐项核对一遍。检查表可以分两大列,一列是物料平衡表里的关键物流数据,另一列是图纸上的标注值,跑一遍就知道哪里对不上。
图纸、物料平衡表、设计说明“三件套”必须一致,这是交付前的基本要求。哪怕只是把装置处理量从100万吨改成120万吨,所有数据都要重新过一遍,不要偷懒只改几个大数。
5. 从PFD到PID:一次画图工作的完整闭环
5.1 PFD和PID不是一回事
画完工艺流程图,接下来多了一个问题:这张图是PFD还是PID?这个问题很多人会混淆。
PFD,工艺流程图,重点是表达物料流向、主要设备、操作条件、控制方案,是工艺设计的基础文件。PID,管道仪表流程图,是在PFD基础上增加了所有管道、阀门、仪表、保温、伴热、安全阀等工程细节,是施工安装的依据。
如果说PFD是城市公交线路图,重点看线路走向和站点,那么PID就是每辆车的详细机械图,每一个零件都要清楚。画燃料型原油蒸馏PID,比画PFD麻烦得多,光一个常压塔顶的温度控制回路,就可能涉及温度指示、压力调节、联锁等多项仪表逻辑。
交付一张PFD之后,如果项目要继续深化,下一步就是基于PFD绘制PID。这时候PFD上的关键数据会成为每根管线的设计依据,所以前面说的数据一致性,直接影响后续所有专业的配合。我见过有人PFD上塔顶温度写得模棱两可,到了PID阶段,仪表量程都没法选,最后只能回去重新核对工艺包。
5.2 几个让效率翻倍的小习惯
这张图画到最后,我还想留几个自己惯用的小技巧。
第一个习惯,是先在白纸上画小尺寸草图,把每一台设备的位置和主要管线的走向都规划好了,再打开软件。这个习惯看起来老土,但真比直接在软件里拖设备省时间。特别是换热网络,草图阶段能一眼看出哪两条线的交叉是必然的,可以提前调整设备位置。
第二个习惯,是把常用设备符号存成一个单独的模板文件。我自己的模板里,加热炉、塔、换热器、泵、容器、空冷器、蒸汽喷射器这些符号全部固定好图层、颜色和位号格式。画新图的时候直接复制模板,不用每次重新画一遍。磨刀不误砍柴工,看起来前期多花了半小时,后面每一张图都在省时间。
第三个习惯,是用颜色区分辅助系统。我自己约定:主工艺物料线黑色,蒸汽和凝结水系统用红色细线,循环水和工艺水用蓝色细线,化学药剂用绿色细线。打印成黑白图时可能没那么明显,但电子版交流时特别清楚,审图老师一眼就能看出哪些是加热伴随系统,哪些是冷却系统。
第四个习惯,是“每张图都能讲三分钟”。画图的人自己心里要有数,这张图打开之后,你能不能按流程顺序讲清楚:原油从哪里来,经过什么设备,温度压力怎么变,产品去向哪里,辅助系统怎么配合。如果讲不出来,说明图里的逻辑大概率有缺块。
我个人在实际操作里,最容易反复返工的就是换热网络的数据更新。后来我学乖了,把物料平衡表做成带公式的模板,所有图纸上的热量和流量数据都从模板里引用或手工同步,并且每次改完大数,专门留半小时做交叉检查。过程枯燥,但交付前收到审图意见变少,心里就踏实了。画燃料型原油蒸馏流程图这件事,说难不难,说简单也不简单,关键是把主流程逻辑吃得足够透,再养成一套自己的画图规矩,后面所有装置图都会轻松很多。