P&ID圖在窯爐工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

梁善良，梁　清

（1. 廣東中窯窯業(yè)股份有限公司研發(fā)部，廣東 佛山 528226；2. 安徽工業(yè)大學(xué)，安徽 馬鞍山 243002）

P&ID圖在窯爐工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

梁善良1，梁清2

（1. 廣東中窯窯業(yè)股份有限公司研發(fā)部，廣東 佛山 528226；2. 安徽工業(yè)大學(xué)，安徽 馬鞍山 243002）

介紹了P&ID圖在窯爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對(duì)P&ID圖中重點(diǎn)內(nèi)容：窯爐設(shè)備、管道儀表、閥門、法蘭及其它控制規(guī)范作了簡單的介紹。對(duì)輥道窯的P&ID圖設(shè)計(jì)過程、安全設(shè)計(jì)、版本更新的過程也作了必要的闡述。

P&ID圖；窯爐設(shè)備；管道儀表；閥門；安全設(shè)計(jì)；版本更新

0　引　言

管路和儀表流程圖，又稱為P&ID，是PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM的縮寫。P&ID又稱帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。包括工藝中所有的管路，反應(yīng)器，儲(chǔ)罐，泵，換熱器等化工設(shè)備。P&ID的設(shè)計(jì)是在PFD （Process Flow Diagram：即化工設(shè)計(jì)中另一種重要的圖，工藝物料平衡圖）的基礎(chǔ)上完成的。它原是化工廠的工程設(shè)計(jì)中從工藝流程到工程施工設(shè)計(jì)的重要工序；是工廠安裝設(shè)計(jì)、過程控制的依據(jù)；是化工工藝中必不可少的工藝性文件圖。近年來，國外的窯爐公司也將P&ID圖應(yīng)用在窯爐工藝設(shè)計(jì)上。隨著越來越多的窯爐出口，工藝上也與國外工藝接軌。P&ID圖已經(jīng)成為與客戶溝通的不可或缺的重要工藝文件，也是整個(gè)窯爐工藝設(shè)計(jì)和安裝的依據(jù)。一套完整的P&ID圖清楚地標(biāo)出工藝流程對(duì)工廠安裝設(shè)計(jì)中的所有要求，包括所有的設(shè)備、配管、儀表等方面的內(nèi)容和數(shù)據(jù)。下面就我公司在出口窯爐中經(jīng)常使用的P&ID圖作簡單概述。

1　設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1窯爐設(shè)備

設(shè)計(jì)內(nèi)容包括干燥窯、燒成窯爐、窯爐運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)（隧道窯的頂車機(jī)、窯車或輥道窯的輥棒傳動(dòng)、進(jìn)出輥臺(tái)等）、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、儀表、閥門、管道等全部設(shè)備。對(duì)應(yīng)各設(shè)備及窯爐本體的設(shè)備位號(hào)（在PFD設(shè)計(jì)中就要將全部設(shè)計(jì)編寫位號(hào)，位號(hào)編排可根據(jù)《HG/T 20692-2014 化工企業(yè)熱工設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》也就是整個(gè)窯爐設(shè)計(jì)過程中所有的設(shè)備都要有編號(hào)，編號(hào)會(huì)對(duì)應(yīng)窯爐上的零部件，并且是一一對(duì)應(yīng)。P&ID圖上應(yīng)注明設(shè)備位號(hào)和設(shè)備的主要規(guī)格和設(shè)計(jì)參數(shù)，如風(fēng)機(jī)應(yīng)注明流量、壓力、功率、轉(zhuǎn)速、使用溫度、介質(zhì)等設(shè)備參數(shù)。設(shè)備安裝高度等要全部在圖上標(biāo)出。窯爐管道上的法蘭連接時(shí)最好選成對(duì)法蘭，這樣可避免在連接在出現(xiàn)問題，特別是在與業(yè)主對(duì)接時(shí)更要注意，防止到試車時(shí)才注意到，影響了試車時(shí)間和雙方關(guān)系。

圖1　輥道窯主燃?xì)庀到y(tǒng)P&ID圖Fig.1 Main gas system for roller kiln

1.2窯爐儀表

窯爐儀表為窯爐上使用的全部儀表：包括熱電偶、流量計(jì)，液位計(jì)、溫度計(jì)（溫度變送器）、壓力變送器，各在線測試儀表（氧含量測試儀）、控制器等。這些儀表及控制器都在P&ID圖上應(yīng)注明。具體見（《過程測量與控制儀表的功能標(biāo)志及圖形符號(hào)Functional identification and symbols for process measuring and controlling instrumentation》，中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，HG/T 20505· 2014）。在窯爐設(shè)計(jì)過程中由于使用儀表的特殊性可以自行定義一些稀少的儀表，如：帶冷卻水的紅外溫度監(jiān)測儀，代替標(biāo)準(zhǔn)中沒有的儀表。但這要在儀表的首頁中加以說明，保障整個(gè)儀表圖紙的可讀性和完整性。儀表中的各代號(hào)基本上以英文為基礎(chǔ)，配合常用的功能，能夠清晰地表明各儀表的作用或過程。

1.3窯爐管道及閥門

窯爐設(shè)計(jì)中需要用到很多的管道。它不僅數(shù)量上很多，功能上區(qū)分的也很多。如窯爐上常用的排煙管道、余熱管道、急冷管道、緩冷管道、窯尾冷卻管道、燃?xì)夤艿?、測壓管道、廢液管道、吹掃管道、儀表用管道以及管道的變徑、彎頭、三通、法蘭等。閥門包括減壓閥、溢流閥、電磁閥、安全閥、手動(dòng)閥、蝶閥及配套執(zhí)行器等。這些管道和閥門都要在P&ID圖上應(yīng)注明設(shè)備位號(hào)和設(shè)備的主要規(guī)格和設(shè)計(jì)參數(shù)。如風(fēng)機(jī)應(yīng)注明流量、壓力、功率、轉(zhuǎn)速、使用溫度、介質(zhì)等設(shè)備參數(shù)。所有的管道都要注明管徑、管道號(hào)、管道等級(jí)和介質(zhì)流向。管徑一般用公稱直徑（DN）表示，也可以根據(jù)工程的要求，采用公制mm。管道是否要伴熱或保溫也在P&ID圖上應(yīng)注明。特別是窯爐上的排煙管道、余熱管道需要保溫也在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注明（有保溫的管道編號(hào)會(huì)加后綴H）。窯爐管道走向、坡度、轉(zhuǎn)彎都要有標(biāo)注，方便后期的管道設(shè)計(jì)。若同一根管道上使用了不同等級(jí)的材料，應(yīng)在圖上注明管道等級(jí)的分界點(diǎn)。

一般在P&ID圖上管道改變方向處標(biāo)明介質(zhì)流向。如利用余熱風(fēng)的換熱器冷風(fēng)、熱風(fēng)要分別進(jìn)行標(biāo)注。

表1Tab.1

如：表1中的250-AIR-0201-L1E-H（第6行）。

250：管道規(guī)格：管道直徑250mm；

AIR：液體代碼：管道內(nèi)的介質(zhì)為空氣；

0201：管線號(hào)：此段管道在整個(gè)窯爐管道中的編號(hào)；

L1E：管道壓力/材質(zhì)：L為壓力等級(jí)，1E材質(zhì)為304不銹鋼；

H：絕熱符號(hào)：H為管道外層需要保溫。

窯爐常用閥門：所有的閥門（包括儀表閥門）在P&ID圖上都要標(biāo)示，并按圖例表示出閥門的形式；閥門的壓力等級(jí)與管道的壓力等級(jí)不一致時(shí)，要標(biāo)注清楚；如果壓力等級(jí)相同，但法蘭面的形式不同，也要標(biāo)明。以免安裝設(shè)計(jì)時(shí)配錯(cuò)法蘭，導(dǎo)致無法安裝。窯爐上只有燃?xì)庵杏袦p壓閥前后管道內(nèi)壓力差較大，設(shè)計(jì)這部分時(shí)注意區(qū)別。

此外，在P&ID圖上還有信號(hào)線、報(bào)警線、聯(lián)鎖線等這部分會(huì)有專門的線形進(jìn)行標(biāo)注。如圖2為連續(xù)比例調(diào)節(jié)示意圖（空點(diǎn)劃線為信號(hào)聯(lián)鎖線）。

圖2　連續(xù)比例調(diào)節(jié)示意圖Fig.2 Air-fuel ratio valve using for temperature control

2　P&ID的設(shè)計(jì)過程

P&ID的設(shè)計(jì)過程是從PFD（Process Flow Diagram）開始，并不斷完善的過程。P&ID圖確定整個(gè)窯爐管道儀表控制工藝后可避免大的錯(cuò)誤產(chǎn)生或重大返工。充分討論和研究P&ID圖的設(shè)計(jì)過程，有利于不斷提高窯爐的設(shè)計(jì)質(zhì)量，特別是窯爐控制設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

圖3　輥道窯主燃?xì)饪刂七壿媹DFig.3 The control logic diagram of roller kiln main gas system

P&ID圖的設(shè)計(jì)是跨部門、跨工程、跨學(xué)科的綜合工藝過程，整個(gè)設(shè)計(jì)過程復(fù)雜而繁瑣。一般既要和業(yè)主多次討論修改，又要在公司內(nèi)部進(jìn)行跨部門聯(lián)合設(shè)計(jì)及更改。設(shè)計(jì)過程包括初步條件版、設(shè)計(jì)討論版、（與業(yè)主）討論批準(zhǔn)版、初步設(shè)計(jì)版、正式施工版和竣工版等階段后才能完成。版本號(hào)一般為A，B，C，D，E或01，02，03，04，05等。

2.1初步條件版

主要有業(yè)主的燃?xì)夥N類、壓力、管徑；燃?xì)夤艿赖淖呦颍慌艧煿艿雷呦蚣俺隹?；余熱管道走向及利用方式；窯爐在廠房中的布置；與業(yè)主接口位置；接口管道管徑、壓力等。當(dāng)然這個(gè)過程是結(jié)合上述PFD工作完成的。

2.2設(shè)計(jì)討論版

完成了初步條件版，與業(yè)主溝通后設(shè)計(jì)部分就要組織公司內(nèi)部進(jìn)行討論，結(jié)合窯爐設(shè)計(jì)得出燃?xì)庵睆?、壁厚、與業(yè)主接口位置；抽煙管道的直徑、壁厚、排煙口位置；余熱管道直徑、厚度等；這部分工作也是窯爐設(shè)計(jì)工作中熱量計(jì)算、煙氣量、余熱量排出的等設(shè)計(jì)工作的延伸。

上述版本交與業(yè)主后，要充分與業(yè)主進(jìn)行溝通，擺明設(shè)計(jì)思路與計(jì)算目的。與業(yè)主討論后進(jìn)行更改得出：與業(yè)主討論批準(zhǔn)版。

對(duì)照與業(yè)主討論批準(zhǔn)版就可以按討論結(jié)果進(jìn)行工藝的過程設(shè)計(jì)了。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中窯爐設(shè)計(jì)人員、窯爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、窯爐管道設(shè)計(jì)人員、窯爐電氣設(shè)計(jì)人員都須參加，每個(gè)人對(duì)各自部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后由工藝總工進(jìn)行整理和總設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上得出初步設(shè)計(jì)版。

初步設(shè)計(jì)版再遞交窯爐公司的工程施工人員、業(yè)主方的監(jiān)理人員進(jìn)行討論，修改得出正式施工版。正式施工版可由窯爐公司各部門設(shè)計(jì)人員按此圖組織其它系統(tǒng)正式設(shè)計(jì)。如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)、排煙、余熱管道等設(shè)計(jì)，并將此系統(tǒng)提供給DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)。完成整個(gè)窯爐工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)完成后方可進(jìn)行窯爐各單系統(tǒng)設(shè)計(jì)及窯爐窯體等設(shè)計(jì)工作，從而完成整個(gè)窯爐設(shè)計(jì)并組織施工。

項(xiàng)目竣工后雙方還可以組織討論（或設(shè)計(jì)方組織討論），結(jié)合施工過程，最后給出竣工版本，讓業(yè)主存檔保留。

3　P&ID的的安全設(shè)計(jì)

P&ID在窯爐的使用另一個(gè)重要原因就是能夠檢查窯爐設(shè)計(jì)過程中對(duì)安全的設(shè)置。如減壓閥的設(shè)置、電磁閥的設(shè)計(jì)、曝破閥的設(shè)計(jì)、安全及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段要聯(lián)合安全部門、消防部門、電氣控制設(shè)計(jì)部門等進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。施工設(shè)計(jì)時(shí)要有工藝系統(tǒng)人員、安全、電氣控制、儀表、機(jī)械設(shè)計(jì)人員共同完成。此外，安全設(shè)計(jì)控制時(shí)一定要與邏輯控制原理結(jié)合起來，防止遺漏安全的關(guān)鍵項(xiàng)目。P&ID的安全審核也要與業(yè)主一起討論確定。

4　小　結(jié)

P&ID的設(shè)計(jì)是跨部門、跨工程、跨學(xué)科的綜合工藝過程。整個(gè)過程復(fù)雜而繁瑣。設(shè)計(jì)過程從無到有，從簡單到復(fù)雜，修改次數(shù)多且工作量大。近年來，隨著專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件的使用，已經(jīng)將其設(shè)計(jì)過程變得專業(yè)和高效。如：AutoCAD P&ID就可以使用設(shè)計(jì)環(huán)境個(gè)性化，模塊化。對(duì)設(shè)計(jì)過程中的項(xiàng)目創(chuàng)建、繪制圖形、工藝參數(shù)設(shè)置、管道使用等可以簡捷而高效?？傊?，在窯爐工藝設(shè)計(jì)中運(yùn)用P&ID圖，研究P&ID的設(shè)計(jì)過程和特點(diǎn)。有利于提高窯爐工藝過程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少不必要的返工和存在的安全隱患。

［1］ 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.《HG/T 20692-2014 化工企業(yè)熱工設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》［M］. 北京： 化工出版社， 2014.

［2］ 張德泉主編. 儀表工識(shí)圖［M］.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［3］ 謝飛， 王蒙. AutoCAD P&ID自學(xué)筆記［M］. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2015.

Application of P&ID in Kiln Design

LIANG Shanliang1， LIANG Qing2
（1. Guangdong Zhongyao Kiln Stock Co.， Ltd.， Foshan 528226， Guangdong， China； 2. Anhui University of Technology， Ma'anshan 243002， Anhui， china）

This paper briefly introduced the application of P&ID in the design of kiln. It also introduced the key contents of P&ID， for instance， kiln equipment， piping and instrumentation， valve， fange. Furthermore it described the design process， security design， version update of P&ID.

P&ID； kiln equipment； piping and instrumentation； valve； security design； version update

date：2016-05-15.Revised date： 2016-05-18.

TQ174.6+5

A

1006-2874（2016）04-0039-04

10.13958/j.cnki.ztcg.2016.04.008

2016-05-15。

2016-05-18。

通信聯(lián)系人：梁善良，男，工程師。

Correspondent author：LIANG Shanliang， male， Engineer.

E-mail：396938370@qq.com