間歇操作工藝設計要點討論

黃茲奕（惠生工程（中國）有限公司設計中心工藝室，上海 201210）

間歇操作工藝設計要點討論

黃茲奕
（惠生工程（中國）有限公司設計中心工藝室，上海 201210）

結合作者自身設計經驗，討論在設計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；設計

間歇生產過程和連續生產過程同屬于過程系統。但是，由于生產任務、協調方法、操作方式及產品數量和產量的不同要求，兩種操作方式的特點存在著很大的差別，本文結合作者經驗對間歇操作的特點進行討論。

1　間歇操作工藝與連續操作工藝的區別

與連續過程相比較，間歇過程主要有如下一些突出的特點：

間歇過程的本質是動態的。間歇生產過程中，物料構成狀態、溫度、壓力、需要的熱量和冷量等操作參數均會隨著時間而變化，這是間歇生產過程所具有的共同特性，這種特性就決定了間歇生產過程的安全生產主要依靠作業人員的操作。而連續過程的本質是穩態操作，其操作條件及產品質量都不會隨時間而變化，通過詳細的系統分析，可找到連續過程的瓶頸問題，而間歇過程的瓶頸問題隨產品及操作策略而改變。

間歇過程中，由于要在有限的時間內，用有限的設備、原料及公用工程生產多個產品，就必須對整個生產過程，進行有效的排序或進行生產時間表安排。由于間歇過程的柔性和彈性，它適合于市場供求不穩定的產品的生產，連續過程則適合于市場供求穩定的產品的生產。

間歇工藝過程具有周期性的特點。間歇生產的加工過程不同于連續生產過程，間歇式生產是周期性生產過程，并且它要求按配方規定的生產順序、時間段和操作參數組織生產。如某間歇反應的批量生產由進料、預料、升溫升壓、恒溫恒壓反應、降壓冷卻、卸料、清洗操作構成。

物料狀態和操作參數是動態的。柔性生產能力較強。間歇生產過程中，在一個定性設備上，根據不同的配方，應用不同的原料和操作參數可完成不同的工藝操作過程，有利于多品種小批量的產品生產。這種運行特點給安全生產帶來許多隨機的不穩定的因素。

工藝控制要求高。工藝條件的變化顯著，過程復雜，一些參數的控制要求較高，并且操作中開關量應用較多，有些參數的控制需要人工干預。人機匹配就成了安全生產的必須條件。

2　間歇操作工藝設計要點

2.1時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，設計者要時刻注意時間和頻率在設計間歇操作工藝中的重要性。每一臺設備都是動態操作的，每一個單元的生產過程都可以繪制出時間軸及寫出時間軸上的事件。工藝基本的工作中如物料平衡、設備設計、三廢排放、安全系統設計等內容都需要引入時間和頻率的概念。設計者時刻考慮時間和頻率的問題是進行間歇操作工藝設計的基礎。

2.2設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場操作，設備及管道布置更需考慮人性化。在進行工藝及配管設計時，需要對間歇工藝的每一步進行全流程模擬操作。根據人工操作順序進行路徑分析；在進行三維建模設計中，需要對操作通道、逃生通道、消防通道、洗眼器等進行實體建模；對于框架結構，盡量采用斜梯替代直爬梯；對于在高點需要人工投料的位置設計頂部電動葫蘆及樓面活動蓋板，減少人工往高處運料的活動；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備附近，要在現場設立緊急停車按鈕；對于存在噪音、粉塵污染的位置要采取降噪及強制除塵的措施；對于需要人工調節流量的閥門，盡量選用截止閥以方便操作；對于需要經常快速開關操作的閥門，要盡量選用球閥以減少工人開關閥門的行程時間。總之，由于裝置內有更多的工人進行更頻繁的工藝操作，間歇操作工藝較連續操作工藝在設備布置和配管設計時需考慮更多人性化的內容。

2.3設備疲勞分析

由于間歇操作工藝的周期性的特點，流程中的壓力容器更有可能需要進行疲勞容器設計（如高壓間歇加氫工藝中的加氫反應器）。在進行間歇操作工藝設計時，需要對每一個周期性運行的設備進行溫度壓力曲線繪制。對一個周期內的溫壓變化幅度進行分析，對于符合要求的設備須提交設備專業進行疲勞容器計算分析。

2.4管徑計算要點

針對間歇操作工藝不確定性的特點，對于流程中的管徑計算，需要進行工況分析。特別對于存在多條生產線的間歇操作工藝，進料總管及產品出料總管的流量不能進行簡單的疊加，而是要根據各個生產線的周期性特點進行分析后確定。特別對于可以或可能存在錯峰進出料的管道要進行優化設計。

2.5減少氮氣壓料

對于間歇操作工藝，以前的設計中為了減少對泵的頻繁操作，經常使用氮氣進行上下游設備物料的壓料輸送。但在工廠實際操作中經常會發生很多問題。一是由于全廠的氮氣用戶點較多，在一個用戶進行大面積吹掃操作時容易造成管網氮氣壓力迅速降低。而此時若某間歇工段正好需要壓料時往往因壓力不足而輸送緩慢甚至無法輸送。二是由于管道或設備密封性的原因使用氣體壓料容易造成管道和設備的物料泄漏甚至由于管道爆裂造成物料大面積噴出，引發一系列問題。所以對于間歇操作工藝，也應盡量采用泵進行物料輸送。

2.6注意放空排凈和吹掃設計

對于間歇操作工藝，往往一臺設備及附屬管道需要進行不同產品系列的生產操作切換。放空、排凈及吹掃的操作會更加頻繁，也需要在設計中更注意此點問題。首先不能遺漏需要放空、排凈和吹掃的點。其次在需要進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，需進行密閉排放設計或預留足夠的空間進行軟管連接密閉排放。

3　結束語

以上內容是本人針對自身項目對于間歇操作工藝與連續操作工藝設計的區別討論及要點總結。有些工程師認為間歇操作工藝由于規模小，設計相對簡單。實際上間歇操作由于人工操作內容多、生產不確定因素高，更需要在設計中投入更大精力，才能帶給員工安全、穩定、高效的生產環境。

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計工作。