間歇操作工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)討論

黃茲奕（惠生工程（中國）有限公司設(shè)計(jì)中心工藝室，上海 201210）

間歇操作工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)討論

黃茲奕
（惠生工程（中國）有限公司設(shè)計(jì)中心工藝室，上海 201210）

結(jié)合作者自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，討論在設(shè)計(jì)間歇操作的化工工藝流程中需要注意的問題。

間歇工藝；化工；工藝；設(shè)計(jì)

間歇生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程同屬于過程系統(tǒng)。但是，由于生產(chǎn)任務(wù)、協(xié)調(diào)方法、操作方式及產(chǎn)品數(shù)量和產(chǎn)量的不同要求，兩種操作方式的特點(diǎn)存在著很大的差別，本文結(jié)合作者經(jīng)驗(yàn)對間歇操作的特點(diǎn)進(jìn)行討論。

1　間歇操作工藝與連續(xù)操作工藝的區(qū)別

與連續(xù)過程相比較，間歇過程主要有如下一些突出的特點(diǎn)：

間歇過程的本質(zhì)是動(dòng)態(tài)的。間歇生產(chǎn)過程中，物料構(gòu)成狀態(tài)、溫度、壓力、需要的熱量和冷量等操作參數(shù)均會(huì)隨著時(shí)間而變化，這是間歇生產(chǎn)過程所具有的共同特性，這種特性就決定了間歇生產(chǎn)過程的安全生產(chǎn)主要依靠作業(yè)人員的操作。而連續(xù)過程的本質(zhì)是穩(wěn)態(tài)操作，其操作條件及產(chǎn)品質(zhì)量都不會(huì)隨時(shí)間而變化，通過詳細(xì)的系統(tǒng)分析，可找到連續(xù)過程的瓶頸問題，而間歇過程的瓶頸問題隨產(chǎn)品及操作策略而改變。

間歇過程中，由于要在有限的時(shí)間內(nèi)，用有限的設(shè)備、原料及公用工程生產(chǎn)多個(gè)產(chǎn)品，就必須對整個(gè)生產(chǎn)過程，進(jìn)行有效的排序或進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)間表安排。由于間歇過程的柔性和彈性，它適合于市場供求不穩(wěn)定的產(chǎn)品的生產(chǎn)，連續(xù)過程則適合于市場供求穩(wěn)定的產(chǎn)品的生產(chǎn)。

間歇工藝過程具有周期性的特點(diǎn)。間歇生產(chǎn)的加工過程不同于連續(xù)生產(chǎn)過程，間歇式生產(chǎn)是周期性生產(chǎn)過程，并且它要求按配方規(guī)定的生產(chǎn)順序、時(shí)間段和操作參數(shù)組織生產(chǎn)。如某間歇反應(yīng)的批量生產(chǎn)由進(jìn)料、預(yù)料、升溫升壓、恒溫恒壓反應(yīng)、降壓冷卻、卸料、清洗操作構(gòu)成。

物料狀態(tài)和操作參數(shù)是動(dòng)態(tài)的。柔性生產(chǎn)能力較強(qiáng)。間歇生產(chǎn)過程中，在一個(gè)定性設(shè)備上，根據(jù)不同的配方，應(yīng)用不同的原料和操作參數(shù)可完成不同的工藝操作過程，有利于多品種小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。這種運(yùn)行特點(diǎn)給安全生產(chǎn)帶來許多隨機(jī)的不穩(wěn)定的因素。

工藝控制要求高。工藝條件的變化顯著，過程復(fù)雜，一些參數(shù)的控制要求較高，并且操作中開關(guān)量應(yīng)用較多，有些參數(shù)的控制需要人工干預(yù)。人機(jī)匹配就成了安全生產(chǎn)的必須條件。

2　間歇操作工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1時(shí)間和頻率在間歇操作工藝的重要性

由于間歇操作工藝周期性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者要時(shí)刻注意時(shí)間和頻率在設(shè)計(jì)間歇操作工藝中的重要性。每一臺(tái)設(shè)備都是動(dòng)態(tài)操作的，每一個(gè)單元的生產(chǎn)過程都可以繪制出時(shí)間軸及寫出時(shí)間軸上的事件。工藝基本的工作中如物料平衡、設(shè)備設(shè)計(jì)、三廢排放、安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容都需要引入時(shí)間和頻率的概念。設(shè)計(jì)者時(shí)刻考慮時(shí)間和頻率的問題是進(jìn)行間歇操作工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2.2設(shè)備及配管布置更需人性化

由于間歇操作工藝大部分流程需要人工在現(xiàn)場操作，設(shè)備及管道布置更需考慮人性化。在進(jìn)行工藝及配管設(shè)計(jì)時(shí)，需要對間歇工藝的每一步進(jìn)行全流程模擬操作。根據(jù)人工操作順序進(jìn)行路徑分析；在進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)中，需要對操作通道、逃生通道、消防通道、洗眼器等進(jìn)行實(shí)體建模；對于框架結(jié)構(gòu)，盡量采用斜梯替代直爬梯；對于在高點(diǎn)需要人工投料的位置設(shè)計(jì)頂部電動(dòng)葫蘆及樓面活動(dòng)蓋板，減少人工往高處運(yùn)料的活動(dòng)；對于需要邊觀察儀表或視鏡邊操作的位置需要考慮操作閥門與儀表視鏡的相對位置；對于某些高溫高壓或高危工藝流程設(shè)備附近，要在現(xiàn)場設(shè)立緊急停車按鈕；對于存在噪音、粉塵污染的位置要采取降噪及強(qiáng)制除塵的措施；對于需要人工調(diào)節(jié)流量的閥門，盡量選用截止閥以方便操作；對于需要經(jīng)?？焖匍_關(guān)操作的閥門，要盡量選用球閥以減少工人開關(guān)閥門的行程時(shí)間?？傊?，由于裝置內(nèi)有更多的工人進(jìn)行更頻繁的工藝操作，間歇操作工藝較連續(xù)操作工藝在設(shè)備布置和配管設(shè)計(jì)時(shí)需考慮更多人性化的內(nèi)容。

2.3設(shè)備疲勞分析

由于間歇操作工藝的周期性的特點(diǎn)，流程中的壓力容器更有可能需要進(jìn)行疲勞容器設(shè)計(jì)（如高壓間歇加氫工藝中的加氫反應(yīng)器）。在進(jìn)行間歇操作工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要對每一個(gè)周期性運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行溫度壓力曲線繪制。對一個(gè)周期內(nèi)的溫壓變化幅度進(jìn)行分析，對于符合要求的設(shè)備須提交設(shè)備專業(yè)進(jìn)行疲勞容器計(jì)算分析。

2.4管徑計(jì)算要點(diǎn)

針對間歇操作工藝不確定性的特點(diǎn)，對于流程中的管徑計(jì)算，需要進(jìn)行工況分析。特別對于存在多條生產(chǎn)線的間歇操作工藝，進(jìn)料總管及產(chǎn)品出料總管的流量不能進(jìn)行簡單的疊加，而是要根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)線的周期性特點(diǎn)進(jìn)行分析后確定。特別對于可以或可能存在錯(cuò)峰進(jìn)出料的管道要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.5減少氮?dú)鈮毫?/p>

對于間歇操作工藝，以前的設(shè)計(jì)中為了減少對泵的頻繁操作，經(jīng)常使用氮?dú)膺M(jìn)行上下游設(shè)備物料的壓料輸送。但在工廠實(shí)際操作中經(jīng)常會(huì)發(fā)生很多問題。一是由于全廠的氮?dú)庥脩酎c(diǎn)較多，在一個(gè)用戶進(jìn)行大面積吹掃操作時(shí)容易造成管網(wǎng)氮?dú)鈮毫ρ杆俳档?。而此時(shí)若某間歇工段正好需要壓料時(shí)往往因壓力不足而輸送緩慢甚至無法輸送。二是由于管道或設(shè)備密封性的原因使用氣體壓料容易造成管道和設(shè)備的物料泄漏甚至由于管道爆裂造成物料大面積噴出，引發(fā)一系列問題。所以對于間歇操作工藝，也應(yīng)盡量采用泵進(jìn)行物料輸送。

2.6注意放空排凈和吹掃設(shè)計(jì)

對于間歇操作工藝，往往一臺(tái)設(shè)備及附屬管道需要進(jìn)行不同產(chǎn)品系列的生產(chǎn)操作切換。放空、排凈及吹掃的操作會(huì)更加頻繁，也需要在設(shè)計(jì)中更注意此點(diǎn)問題。首先不能遺漏需要放空、排凈和吹掃的點(diǎn)。其次在需要進(jìn)行頻繁吹掃的位置盡量采用固定吹掃管線。對于存在可燃或有毒液體排凈的位置，需進(jìn)行密閉排放設(shè)計(jì)或預(yù)留足夠的空間進(jìn)行軟管連接密閉排放。

3　結(jié)束語

以上內(nèi)容是本人針對自身項(xiàng)目對于間歇操作工藝與連續(xù)操作工藝設(shè)計(jì)的區(qū)別討論及要點(diǎn)總結(jié)。有些工程師認(rèn)為間歇操作工藝由于規(guī)模小，設(shè)計(jì)相對簡單。實(shí)際上間歇操作由于人工操作內(nèi)容多、生產(chǎn)不確定因素高，更需要在設(shè)計(jì)中投入更大精力，才能帶給員工安全、穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)環(huán)境。

Intermittent Operation Process Design Main Points of Discussion

Huang Zi-yi

The author's own experience in the design，discussed in the chemical process design in intermittent operation problems that need attention.

batch process；chemical；crafts；design

X703

B

1003-6490（2016）05-0103-02

2016-05-06

黃茲奕（1982—），男，上海人，工程師，主要從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。