P&ID图在窑炉工艺设计中的应用

梁善良，梁　清

（1. 广东中窑窑业股份有限公司研发部，广东 佛山 528226；2. 安徽工业大学，安徽 马鞍山 243002）

P&ID图在窑炉工艺设计中的应用

梁善良1，梁清2

（1. 广东中窑窑业股份有限公司研发部，广东 佛山 528226；2. 安徽工业大学，安徽 马鞍山 243002）

介绍了P&ID图在窑炉设计中的应用。对P&ID图中重点内容：窑炉设备、管道仪表、阀门、法兰及其它控制规范作了简单的介绍。对辊道窑的P&ID图设计过程、安全设计、版本更新的过程也作了必要的阐述。

P&ID图；窑炉设备；管道仪表；阀门；安全设计；版本更新

0　引　言

管路和仪表流程图，又称为P&ID，是PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM的缩写。P&ID又称带控制点的工艺流程图。包括工艺中所有的管路，反应器，储罐，泵，换热器等化工设备。P&ID的设计是在PFD （Process Flow Diagram：即化工设计中另一种重要的图，工艺物料平衡图）的基础上完成的。它原是化工厂的工程设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序；是工厂安装设计、过程控制的依据；是化工工艺中必不可少的工艺性文件图。近年来，国外的窑炉公司也将P&ID图应用在窑炉工艺设计上。随着越来越多的窑炉出口，工艺上也与国外工艺接轨。P&ID图已经成为与客户沟通的不可或缺的重要工艺文件，也是整个窑炉工艺设计和安装的依据。一套完整的P&ID图清楚地标出工艺流程对工厂安装设计中的所有要求，包括所有的设备、配管、仪表等方面的内容和数据。下面就我公司在出口窑炉中经常使用的P&ID图作简单概述。

1　设计内容

1.1窑炉设备

设计内容包括干燥窑、烧成窑炉、窑炉运转设计（隧道窑的顶车机、窑车或辊道窑的辊棒传动、进出辊台等）、压缩机、风机、仪表、阀门、管道等全部设备。对应各设备及窑炉本体的设备位号（在PFD设计中就要将全部设计编写位号，位号编排可根据《HG/T 20692-2014 化工企业热工设计施工图内容和深度统一规定》也就是整个窑炉设计过程中所有的设备都要有编号，编号会对应窑炉上的零部件，并且是一一对应。P&ID图上应注明设备位号和设备的主要规格和设计参数，如风机应注明流量、压力、功率、转速、使用温度、介质等设备参数。设备安装高度等要全部在图上标出。窑炉管道上的法兰连接时最好选成对法兰，这样可避免在连接在出现问题，特别是在与业主对接时更要注意，防止到试车时才注意到，影响了试车时间和双方关系。

图1　辊道窑主燃气系统P&ID图Fig.1 Main gas system for roller kiln

1.2窑炉仪表

窑炉仪表为窑炉上使用的全部仪表：包括热电偶、流量计，液位计、温度计（温度变送器）、压力变送器，各在线测试仪表（氧含量测试仪）、控制器等。这些仪表及控制器都在P&ID图上应注明。具体见（《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号Functional identification and symbols for process measuring and controlling instrumentation》，中华人民共和国化工行业标准，HG/T 20505· 2014）。在窑炉设计过程中由于使用仪表的特殊性可以自行定义一些稀少的仪表，如：带冷却水的红外温度监测仪，代替标准中没有的仪表。但这要在仪表的首页中加以说明，保障整个仪表图纸的可读性和完整性。仪表中的各代号基本上以英文为基础，配合常用的功能，能够清晰地表明各仪表的作用或过程。

1.3窑炉管道及阀门

窑炉设计中需要用到很多的管道。它不仅数量上很多，功能上区分的也很多。如窑炉上常用的排烟管道、余热管道、急冷管道、缓冷管道、窑尾冷却管道、燃气管道、测压管道、废液管道、吹扫管道、仪表用管道以及管道的变径、弯头、三通、法兰等。阀门包括减压阀、溢流阀、电磁阀、安全阀、手动阀、蝶阀及配套执行器等。这些管道和阀门都要在P&ID图上应注明设备位号和设备的主要规格和设计参数。如风机应注明流量、压力、功率、转速、使用温度、介质等设备参数。所有的管道都要注明管径、管道号、管道等级和介质流向。管径一般用公称直径（DN）表示，也可以根据工程的要求，采用公制mm。管道是否要伴热或保温也在P&ID图上应注明。特别是窑炉上的排烟管道、余热管道需要保温也在设计时应加以注明（有保温的管道编号会加后缀H）。窑炉管道走向、坡度、转弯都要有标注，方便后期的管道设计。若同一根管道上使用了不同等级的材料，应在图上注明管道等级的分界点。

一般在P&ID图上管道改变方向处标明介质流向。如利用余热风的换热器冷风、热风要分别进行标注。

表1Tab.1

如：表1中的250-AIR-0201-L1E-H（第6行）。

250：管道规格：管道直径250mm；

AIR：液体代码：管道内的介质为空气；

0201：管线号：此段管道在整个窑炉管道中的编号；

L1E：管道压力/材质：L为压力等级，1E材质为304不锈钢；

H：绝热符号：H为管道外层需要保温。

窑炉常用阀门：所有的阀门（包括仪表阀门）在P&ID图上都要标示，并按图例表示出阀门的形式；阀门的压力等级与管道的压力等级不一致时，要标注清楚；如果压力等级相同，但法兰面的形式不同，也要标明。以免安装设计时配错法兰，导致无法安装。窑炉上只有燃气中有减压阀前后管道内压力差较大，设计这部分时注意区别。

此外，在P&ID图上还有信号线、报警线、联锁线等这部分会有专门的线形进行标注。如图2为连续比例调节示意图（空点划线为信号联锁线）。

图2　连续比例调节示意图Fig.2 Air-fuel ratio valve using for temperature control

2　P&ID的设计过程

P&ID的设计过程是从PFD（Process Flow Diagram）开始，并不断完善的过程。P&ID图确定整个窑炉管道仪表控制工艺后可避免大的错误产生或重大返工。充分讨论和研究P&ID图的设计过程，有利于不断提高窑炉的设计质量，特别是窑炉控制设计的质量。

图3　辊道窑主燃气控制逻辑图Fig.3 The control logic diagram of roller kiln main gas system

P&ID图的设计是跨部门、跨工程、跨学科的综合工艺过程，整个设计过程复杂而繁琐。一般既要和业主多次讨论修改，又要在公司内部进行跨部门联合设计及更改。设计过程包括初步条件版、设计讨论版、（与业主）讨论批准版、初步设计版、正式施工版和竣工版等阶段后才能完成。版本号一般为A，B，C，D，E或01，02，03，04，05等。

2.1初步条件版

主要有业主的燃气种类、压力、管径；燃气管道的走向；排烟管道走向及出口；余热管道走向及利用方式；窑炉在厂房中的布置；与业主接口位置；接口管道管径、压力等。当然这个过程是结合上述PFD工作完成的。

2.2设计讨论版

完成了初步条件版，与业主沟通后设计部分就要组织公司内部进行讨论，结合窑炉设计得出燃气直径、壁厚、与业主接口位置；抽烟管道的直径、壁厚、排烟口位置；余热管道直径、厚度等；这部分工作也是窑炉设计工作中热量计算、烟气量、余热量排出的等设计工作的延伸。

上述版本交与业主后，要充分与业主进行沟通，摆明设计思路与计算目的。与业主讨论后进行更改得出：与业主讨论批准版。

对照与业主讨论批准版就可以按讨论结果进行工艺的过程设计了。整个设计过程中窑炉设计人员、窑炉控制系统设计人员、窑炉管道设计人员、窑炉电气设计人员都须参加，每个人对各自部分进行详细设计，最后由工艺总工进行整理和总设计，在此基础上得出初步设计版。

初步设计版再递交窑炉公司的工程施工人员、业主方的监理人员进行讨论，修改得出正式施工版。正式施工版可由窑炉公司各部门设计人员按此图组织其它系统正式设计。如控制系统设计、燃气管道设计、排烟、余热管道等设计，并将此系统提供给DCS系统设计。完成整个窑炉工艺设计。工艺设计完成后方可进行窑炉各单系统设计及窑炉窑体等设计工作，从而完成整个窑炉设计并组织施工。

项目竣工后双方还可以组织讨论（或设计方组织讨论），结合施工过程，最后给出竣工版本，让业主存档保留。

3　P&ID的的安全设计

P&ID在窑炉的使用另一个重要原因就是能够检查窑炉设计过程中对安全的设置。如减压阀的设置、电磁阀的设计、曝破阀的设计、安全及联锁设计。在设计阶段要联合安全部门、消防部门、电气控制设计部门等进行基础设计。施工设计时要有工艺系统人员、安全、电气控制、仪表、机械设计人员共同完成。此外，安全设计控制时一定要与逻辑控制原理结合起来，防止遗漏安全的关键项目。P&ID的安全审核也要与业主一起讨论确定。

4　小　结

P&ID的设计是跨部门、跨工程、跨学科的综合工艺过程。整个过程复杂而繁琐。设计过程从无到有，从简单到复杂，修改次数多且工作量大。近年来，随着专业的设计软件的使用，已经将其设计过程变得专业和高效。如：AutoCAD P&ID就可以使用设计环境个性化，模块化。对设计过程中的项目创建、绘制图形、工艺参数设置、管道使用等可以简捷而高效。总之，在窑炉工艺设计中运用P&ID图，研究P&ID的设计过程和特点。有利于提高窑炉工艺过程的设计质量，减少不必要的返工和存在的安全隐患。

［1］ 中华人民共和国工业和信息化部.《HG/T 20692-2014 化工企业热工设计施工图内容和深度统一规定》［M］. 北京： 化工出版社， 2014.

［2］ 张德泉主编. 仪表工识图［M］.北京： 化学工业出版社，2006.

［3］ 谢飞， 王蒙. AutoCAD P&ID自学笔记［M］. 北京： 清华大学出版社， 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。

通信联系人：梁善良，男，工程师。

Correspondent author：LIANG Shanliang， male， Engineer.

E-mail：396938370@qq.com