焦化厂六大工段化工原理与理论基础手册

炼焦 · 冷鼓 · 脱硫蒸氨 · 硫铵 · 洗脱苯 · 罐区 —— 面向工艺流程 PID 图设计

编制：化工工艺安全专家版本：V1.0用途：流程理解 / P&ID 设计交底

如何使用本手册

本手册不是操作法，而是「为什么这样设计」的原理底稿。每个工段统一按四层展开：

1. 工段任务 —— 在煤化工全流程中"取什么、去什么"；
2. 核心化工原理 —— 该工段本质是哪一类单元操作（三传一反）；
3. 理论基础与公式 —— 决定设备尺寸与操作参数的规律；
4. 对 P&ID 的映射 —— 由原理推出的测量点、控制回路与联锁。

文中的参数为行业典型工程参考值，实际设计必须以本项目工艺包（PFD/物料平衡表）与设备厂家数据为准，不可直接引用为设计输入。

1. 总纲：三传一反与焦化净化链
2. 炼焦工段
3. 冷鼓工段
4. 脱硫蒸氨工段
5. 硫铵工段
6. 洗脱苯工段
7. 罐区工段
8. 附录 A：单元操作 ? 工段映射总表
9. 附录 B：控制回路与仪表对照表

00总纲：三传一反与焦化净化链

先建立一张"母图"，后面六个工段都只是这张图上的一个节点。

0.1 焦化厂的本质：一个"热解 + 分离 + 回收"的联产系统

焦化厂不是单一反应装置，而是以煤为原料、以焦炭为主产品、以煤气和化产品为副产品的联产体系。输入只有两个：煤、热。输出的三条主线是：

• 固相主线：煤 → 焦炭（约 75%～78% 收率，按干煤计）；
• 气相主线：荒煤气 → 净煤气（回炉加热 / 民用 / 制氢 / 发电）；
• 液相/化产主线：焦油、氨、硫、粗苯 → 分离提纯为化工产品。

整个过程的关键在于：煤在炼焦炉里发生的所有热解产物，都包裹在同一股荒煤气里。所谓"净化链"（冷鼓 → 脱硫蒸氨 → 硫铵 → 洗脱苯），本质就是把这股混合气体按物性差异逐级拆开的一套串联分离系统。

0.2 三传一反：六个工段的共同语言

化工过程的全部单元操作，都可以归到"三传一反"四个门类。理解这一点，就能把六个工段看成同一套方法论的六次应用：

关键判断：一个工段往往不是单一操作，而是"一主一辅"

例如冷鼓工段，主导是传热（降温冷凝）+ 动量传递（输送、沉降）；脱硫蒸氨工段，主导是传质（吸收与汽提），辅以反应（催化氧化）。P&ID 设计时，先定"主导操作"，主设备、主控制回路就随之确定；再叠加辅助操作的仪表。

0.3 分离顺序为什么是固定的？

净化链的顺序不是随意排列，而是被三组约束锁死的：

1. 温度约束：煤气必须先降温，后续所有吸收/冷凝类操作才能在低温下取得高溶解度、低气相分压（冷鼓必须排在前面）。
2. 腐蚀与堵塞约束：焦油雾和萘必须先脱除（电捕焦油器 + 初冷洗萘），否则污染后续填料与传质表面。
3. 价值与物料约束：先回收价值高、含量高的组分（氨 → 硫铵；苯 → 粗苯），并让脱硫与蒸氨之间形成"氨源互补"（脱硫以煤气自带氨为碱源，蒸氨产出氨气回补）。

事实上述三条是行业公认的设计逻辑；推断具体到本项目的顺序调整，需以工艺包为准。

0.4 P&ID 的三问框架

看懂或绘制一张 P&ID，每一条管线上都应该能回答三个问题——这三个问题，正是本手册每个工段结尾"对 P&ID 的映射"要给出的答案：

• 测什么（测量点）：由原理决定"哪个变量会失控"。传热看温度/流量，传质看浓度/液位，动量传递看压力/流量。
• 控什么（控制回路）：由测量点到执行器的闭环。少数关键变量用串级/分程/比值/选择性控制。
• 护什么（安全联锁）：由危险与可操作性（HAZOP）识别出的超限工况，触发切断、泄放、联锁停车。

01炼焦工段

整个工厂的"源头反应器"——煤在这里完成从固体到固+气+液三态的相变。

1.1 工段任务

将配合煤装入炭化室，在隔绝空气的条件下由两侧燃烧室加热至约 1000～1050 ℃，完成高温干馏，产出焦炭与荒煤气；同时通过上升管、桥管、集气管把荒煤气导出并急冷。

1.2 核心化工原理：煤的高温干馏（热解）

煤不是化合物，而是一种复杂有机大分子的混合物。加热时它不熔化、不溶解，而是经历"软化 → 熔融 → 再固化"的连续过程，同时释放挥发性产物。这是炼焦区别于普通燃烧和普通裂解的根本点。

煤热解的六个温度区间

掌握胶质体，就掌握了炼焦

胶质体是煤在 350～480 ℃ 形成的、气液固三相共存的塑性物质。它的数量、黏度、透气性和停留时间，决定了煤能否"把不黏结的惰性颗粒黏在一起"，也就是焦炭的强度。

工程上用两个指标量化它：Y 值（胶质层最大厚度，mm）反映胶质体数量，G 值（黏结指数）反映黏结能力。P&ID 无关，但配煤与焦炉操作的全部逻辑都源于此。

配煤原理：为什么必须混煤？

单一煤种很难同时满足"黏结性足够 + 挥发分适中 + 灰硫低 + 成本可控"。因此按物性线性加和原则配煤，用高黏结煤"拉"低黏结煤：

G_混 ≈ Σ ω_i · G_i   # 黏结指数近似按质量分数加权Vdaf_混 ≈ Σ ω_i · Vdaf_i   # 挥发分线性可加（物料衡算基础）Ad_混 ≈ Σ ω_i · Ad_i   # 灰分线性可加

典型配煤结构以焦煤、肥煤为骨架（保证黏结），配入气煤、1/3 焦煤（降低成本、增加煤气与化产收率），少量瘦煤降低收缩应力。指标通常控制：Vdaf 约 26%～30%，G 值约 75～85，Ad ≤ 10%，St,d ≤ 0.8%。

1.3 理论基础：传热决定生产力

炭化室是一块由两侧炉墙对向加热的、很扁的长方体。炼焦时间本质上由"热量传到中心煤料所需的时间"决定，属于一维非稳态导热问题：

一维非稳态导热（傅里叶第二定律） ?T/?t = a · ?2T/?x2，其中 a = λ /(ρ·cp) 为热扩散率

由该方程可推出两条对设计极其重要的结论：

• 结焦时间 ∝ 炭化室宽度的平方。炉子做宽能提高单孔产量，但结焦时间急剧延长——这就是为什么炭化室宽度长期稳定在 400～600 mm，而不是更宽。
• 提高炉墙温度能缩短结焦时间，但受限。火道温度受耐火材料荷重软化温度与焦炭质量约束，不能无限提高。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：燃烧室火道温度（多点热电偶）、炉顶空间温度、集气管压力、集气管温度、加热煤气流量、烟道吸力（微压）、炭化室压力。
• 控制回路：加热煤气流量—烟道吸力比值控制；集气管压力控制（通过鼓风机吸力或蝶阀）；集气管温度由循环氨水喷淋量控制。
• 安全联锁：集气管压力超高/超低（负压吸空气会导致爆炸）联锁；换向系统与加热煤气切断；上升管放散点火。
• 设计要点：焦炉本体 P&ID 的特点是"点多、量少、联动强"——单点仪表少，但换向、加热、集气三套系统深度联锁。

02冷鼓工段（冷凝鼓风）

荒煤气的"降温—除杂—升压"枢纽：把 80 ℃ 的脏煤气变成 25 ℃ 的干净煤气，并保证全厂煤气系统的压力平衡。

2.1 工段任务

接收集气管来的荒煤气（约 80～85 ℃），经气液分离、初冷降温、除焦油雾、加压输送，同时分离出焦油、氨水、焦油渣并外送。

2.2 核心化工原理（一）：间接冷凝传热

初冷器是间壁式换热器（典型为横管式），煤气走壳程、冷却水走管程。降温过程同时伴随组分冷凝——水蒸气、焦油气、萘蒸气随温度降到各自的露点以下而凝结。

传热基本方程 Q = K · A · ΔTm，ΔT_m 为对数平均温差

这里的关键在于双变量耦合：传热的同时发生相变，而相变又会释放潜热、改变气相组成。所以初冷器通常设计为多段：

• 第一段：循环冷却水，把煤气从 80 ℃ 降到约 45 ℃，脱除大部分水蒸气与高沸点焦油；
• 第二/三段：低温水（制冷水，约 16～18 ℃），继续降到 21～25 ℃，把萘含量压到 ≤0.5 g/m3，为后续电捕与洗苯创造条件。

2.3 核心化工原理（二）：重力沉降分离

焦油、氨水、焦油渣的分离靠密度差。焦油密度约 1.17～1.20 g/cm3，氨水约 1.02 g/cm3，因此焦油下沉、氨水上浮。沉降速率由斯托克斯定律描述：

斯托克斯沉降速度 ut = d2·(ρp ? ρf)·g / (18μ)

从中可直接读出设计要点：沉降速率与液滴直径的平方成正比、与黏度成反比。所以焦油氨水分离槽要停留时间长、温度不能太低（低温黏度升高，沉降变慢、乳化加剧）。实际操作温度通常维持 70～80 ℃。

2.4 核心化工原理（三）：离心式鼓风机与压力平衡

煤气系统是一个串联的压力链：炼焦（正压）→ 初冷（微负压）→ 鼓风机（全厂压力分界点）→ 后续全为正压。

绝热压缩温升 T?/T? = (P?/P?)(k?1)/k  # k 为煤气绝热指数

典型鼓风机进出口：吸力 ?2～?5 kPa，出口约 +18～+25 kPa，煤气温升 15～25 ℃。鼓风机是全厂煤气系统的"心脏"，必须防喘振：低流量工况通过回流（最小流量线）保持流量高于喘振线。

2.5 核心化工原理（四）：电捕焦油器（电除尘）

初冷后煤气中仍残留 0.5～2 g/m3 的焦油雾（粒径约 1～10 μm），机械分离困难，必须用电场捕集。原理分三步：

1. 电晕放电：高压直流（典型 40～60 kV，负极性）在电晕极附近形成强电场，气体电离；
2. 粒子荷电：焦油雾滴在电场中带电（＞1 μm 以场荷电为主，＜1 μm 以扩散荷电为主）；
3. 电场迁移与捕集：带电液滴向沉淀极迁移并沉降。

多伊奇（Deutsch）效率方程 η = 1 ? exp( ?A·w / Q )A：沉淀极总面积   w：粒子迁移速度   Q：处理气量

工程含义很直接：要么加大沉淀面积 A，要么降低气量 Q（即延长停留时间），要么提高电场强度以增大迁移速度 w。典型捕集效率 ≥99%，出口焦油雾含量 ≤20 mg/m3。

安全红线

煤气中氧含量必须严格控制（通常 ≤0.5%～1%），鼓风机前必须维持微负压但不可漏入空气；电捕焦油器的入口温度需在安全区间（约 25～35 ℃）——温度过高会使焦油不成雾而无法捕集，同时增加爆炸风险。这是冷鼓工段最重要的一条设计约束。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：初冷器煤气进出口温度、冷却水进出口温度与流量、鼓风机前吸力、出口压力与温度、电捕焦油器电压/电流、焦油氨水分离槽界面与液位、循环氨水温度与流量、煤气含氧量分析。
• 控制回路：出初冷器煤气温度—低温水流量（回路温度控制）；鼓风机后压力—鼓风机转速/回流阀（分程或选择性控制）；集气管压力—鼓风机吸力（全厂大闭环）；分离槽焦油界面—焦油泵抽出量。
• 安全联锁：煤气含氧超标联锁；鼓风机轴承温度/振动高高联锁停机；鼓风机停机联锁切断加热煤气（防止集气管压力失控）；电捕焦油器绝缘箱温度联锁。

03脱硫蒸氨工段

全厂"硫"与"氨"的交汇点：一边把煤气中的 H?S 变成硫磺，一边把废水中的氨汽提出来回补碱源。

3.1 工段任务

• 脱硫：脱除煤气中 H?S（通常还要脱 HCN），保护后续设备与产品，满足净煤气指标；
• 蒸氨：处理剩余氨水，汽提回收其中的氨，返回脱硫系统作碱源或送硫铵，同时把废水氨氮降到排放限值。

3.2 脱硫原理：湿式氧化法（典型为 HPF 法）

这是"吸收 + 化学反应 + 催化再生"的组合，而不是单纯物理吸收。核心是让 H?S 在碱性液中电离、被氧化成单质硫，再把吸收液再生循环。

# 吸收（碱液中 H?S 电离）H?S + NH?·H?O → NH?HS + H?O# 催化氧化再生（液相，催化剂作用下）NH?HS + ?O?  →  S↓ + NH?·H?O# 总反应：H?S + ?O? → S↓ + H?O（净结果，碱液与催化剂循环）

HPF 催化剂由三部分组成：对苯二酚（H，载氧体）、酞菁钴磺酸盐（P，主催化剂）、硫酸亚铁（F，助催化剂）。这正是该工艺名称的来源。

关键理论基础：H?S 与 CO? 的选择性

煤气中同时含 CO?，而 CO? 也会耗碱。能不能选择性脱除 H?S，是工艺成败的关键。理论依据有三条：

1. 反应速率差异（动力学选择性）：H?S 与碱的反应是瞬时反应（质子传递），CO? 与碱的反应涉及水化步骤，速率慢得多；在气液接触时间有限的吸收塔内，H?S 被优先吸收。
2. 溶解度差异（热力学选择性）：H?S 在液相中的实际溶解度高于 CO?。
3. pH 窗口：pH 升高有利于总吸收量，但会同时提高 CO? 吸收；因此 pH 通常控制在约 8.5～9.0 这一"选择性窗口"。

3.3 传质理论基础：双膜理论

上述吸收过程、以及后面的蒸氨汽提、洗苯吸收，全部共享同一个传质模型——双膜理论（惠特曼，Whitman）。它假设气液界面两侧各存在一层静止的"滞流膜"，传质阻力集中在膜内：

传质速率方程 NA = KG · A · (pA ? pA*)  或  NA = KL · A · (CA* ? CA)K 为总传质系数，A 为相际接触面积，推动力为"实际分压/浓度"与"平衡分压/浓度"之差

由这一方程可以直接推出吸收塔的设计三要素：

• 要提高效率 → 增大相际接触面积 A（填料、喷淋、塔板）；
• 要提高推动力 → 降低液相中溶质浓度（增大液气比、提高再生度）或降低温度（提高溶解度、降低平衡分压）；
• 要减少设备尺寸 → 提高总传质系数 K（强化湍动、选高效填料、加催化剂改善反应吸收）。

反向操作：解吸（汽提）——蒸氨与脱苯共用原理

汽提是吸收的逆过程。既然吸收靠"低温 + 高液相浓度 + 低气相分压"，那么解吸就靠"高温 + 低液相浓度 + 低气相分压"——工程上通过向塔底通入直接蒸汽实现：蒸汽既提供热量，又把气相中溶质的分压"稀释"到接近零，从而把液相溶质"赶"出来。这是蒸氨塔、脱苯塔、脱硫再生塔的同一套逻辑。

3.4 蒸氨原理：汽提 + 化学解离

剩余氨水中的氨以两种形式存在，必须区别对待：

• 挥发氨：以 NH?·H?O 或游离 NH?? 形式存在，加热即可汽提；
• 固定氨：以 NH?Cl、(NH?)?SO?、(NH?)?CO? 等铵盐形式存在，靠加热无法解离。

所以蒸氨必须先加碱（NaOH 或石灰乳），把固定铵转化为游离氨，再进塔汽提：

NH?Cl + NaOH → NaCl + NH?↑ + H?O(NH?)?SO? + 2NaOH → Na?SO? + 2NH?↑ + 2H?O

加碱量由 pH 决定，通常控制塔顶加碱后 pH 约 10.5～11.5。蒸氨塔多为板式塔（20～30 层塔板），塔顶得到含氨约 10%～15% 的氨气，送脱硫或硫铵；塔釜废水氨氮通常控制 ≤150 mg/L，先进指标可达 ≤50 mg/L。

3.5 脱硫蒸氨的"氨平衡"

这两个单元不是并列的，而是互相供料的一个闭环：脱硫消耗氨作碱源 → 蒸氨回收氨补充脱硫。设计时必须做全厂氨平衡（进入量：煤气自带氨 + 外来碱；消耗量：脱硫碱耗 + 硫铵产品带出），否则会出现"碱源不足"或"氨过剩"。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：脱硫塔进出口煤气 H?S 在线分析、循环液 pH、贫富液流量、再生塔空气流量、硫泡沫液位；蒸氨塔各段温度、塔顶氨气压力与温度、加碱流量与 pH、塔釜液位与废水氨氮。
• 控制回路：脱硫液 pH—加碱（或蒸氨氨气）流量；再生塔空气流量—富液流量（比值）；蒸氨塔顶温度—回流量（或直接蒸汽量）；塔釜温度—蒸汽流量。
• 安全联锁：氨气泄漏检测报警与事故通风；煤气 H?S 超标联锁（超指标切气）；蒸氨塔超压泄放；液位低低联锁停蒸汽。
• 材质要点：脱硫液含硫、含盐，腐蚀性强，塔体与管线通常需 316L、玻璃钢或复合涂层。

04硫铵工段

一个"反应 + 结晶"的耦合工段——难点不在化学反应（很快），而在结晶（很难控）。

4.1 工段任务

用硫酸吸收煤气或氨气中的氨，生成硫酸铵结晶，经离心分离、干燥、包装得到产品硫酸铵（氮肥）。主流工艺为饱和器法（喷淋式或泡沸式）。

4.2 核心化工原理（一）：中和反应

2NH? + H?SO? → (NH?)?SO? + Q   # 强放热反应

该反应是瞬时、不可逆、强放热的。工程含义有两点：

• 必须及时移热：母液温度靠循环水冷却维持在 50～55 ℃；温度过高会加剧酸雾挥发与结晶变细。
• 酸度必须精确控制：母液游离酸（以 H?SO? 计）通常控制 4%～6%。酸度太低 → 氨吸收不完全、尾气带氨；酸度太高 → 腐蚀加剧、结晶粒度恶化。

4.3 核心化工原理（二）：结晶

这是硫铵工段真正的技术核心。反应生成硫酸铵后，能否得到粒度均匀、易离心、易干燥的晶体，取决于对过饱和度的控制。结晶分为两个竞争步骤：

成核速率（晶核生成） B? = kb · ΔCb生长速率（晶体长大） G = kg · ΔCgΔC 为过饱和度；b 通常大于 g，即成核对过饱和度的敏感度更高

两条曲线一对比，就得出结晶操作的黄金法则：

控制过饱和度，就是控制晶体质量

• 过饱和度低：以晶体生长为主 → 晶体粗大、均匀、易过滤（这正是生产想要的）；
• 过饱和度过高：成核速率暴涨 → 产生大量细晶，晶体细小、黏稠、难以离心与干燥，甚至堵塞管线。

溶解度—过饱和度关系可用三区描述：

• 稳定区（浓度低于溶解度）：晶体溶解，无法结晶；
• 介稳区（略高于溶解度）：只生长、不成核 —— 硫铵结晶必须工作在这一区；
• 不稳定区（远高于溶解度）：自发成核，细晶泛滥。

工程上通过晶比（母液中晶体体积分数，通常 30%～45%）、循环倍率、搅拌强度、降温速率这四个手段，把体系稳定在介稳区。

4.4 核心化工原理（三）：离心过滤与干燥

• 离心过滤：在离心力场中，滤液穿过滤饼的流动可用达西定律描述 Q ∝ Δp·A/(μ·Rc)。颗粒越大、越均匀，滤饼比阻越小，脱水越快——这也是为什么先要控好结晶。离心后硫铵含水通常 2%～5%。
• 干燥：振动流化床，利用热风与颗粒的对流给热 + 表面汽化。干燥后含水一级品 ≤0.5%。干燥速率受"恒速段（表面汽化控制）→ 降速段（内部扩散控制）"两阶段支配。

安全与腐蚀提示

① 硫酸是强腐蚀介质，稀硫酸更腐蚀，设备材质常用 316L、玻璃钢、浸渍石墨；② 氨的爆炸极限约 15%～28%（体积），饱和器周边必须通风与氨检测；③ 硫铵粉尘在密闭空间存在粉尘爆炸风险，干燥与包装系统需防静电、防尘爆；④ 稀释放热，酸罐区禁止将水直接注入浓硫酸。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：饱和器/结晶槽母液温度、液位、晶比（或密度）、游离酸度（在线 pH/滴定）、硫酸流量、氨气/煤气流量、离心机电流、干燥器热风温度。
• 控制回路：母液温度—循环冷却水量；游离酸度—硫酸加酸量（pH 控制回路）；液位—晶浆抽出量；干燥器出口温度—热风温度（串级）。
• 安全联锁：氨气泄漏检测联锁；酸罐液位高高联锁停进酸；干燥器超温联锁；离心机振动联锁。

05洗脱苯工段

"吸收—解吸"的教科书级组合：先低温把苯吸进洗油，再高温把苯从洗油赶出来。同一套传质理论，正反用两次。

5.1 工段任务

脱除煤气中的苯族烃（苯、甲苯、二甲苯）并回收为粗苯产品，使净煤气满足后续使用要求。流程分两段：洗苯（吸收） 与 脱苯（解吸/蒸馏）。

5.2 核心化工原理（一）：终冷

洗苯前煤气约 45～50 ℃，必须先降到 25～27 ℃。原因由吸收原理直接决定：吸收是放热过程，温度越低，平衡溶解度越高、气相平衡分压越低、传质推动力越大。温度每升高几度，洗苯效率就明显下降。

5.3 核心化工原理（二）：洗苯（物理吸收）

以洗油为溶剂，在逆流填料塔中用贫油自上而下淋洒，煤气自下而上通过，苯族烃被洗油吸收。理论基础是亨利定律：

亨利定律 pA* = E · xA  # E 为亨利系数，温度升高则 E 增大（溶解度下降）

吸收因子（判断吸收难易的核心参数） A = L / (m · V)L：液量  V：气量  m = E/P：相平衡常数A 越大越有利于吸收。降低温度（m 减小）、增大液气比 L/V，都能提高 A。

由此得到洗苯的三个设计手段：① 降温（终冷塔）；② 加大贫油循环量（提高液气比，但受能耗与洗油再生能力限制）；③ 提高贫油质量（贫油含苯越低，塔顶推动力越大）。

洗油的选择也由原理决定：要求对苯族烃溶解度大（"相似相溶"，苯为芳烃，故洗油须富含芳烃）、挥发性小（分子量适中，约 160～180，避免洗油随煤气损失）、黏度低、不易乳化、再生性好。

5.4 核心化工原理（三）：脱苯（解吸 + 蒸馏）

富油经管式炉加热到约 170～180 ℃ 后进入脱苯塔，用直接蒸汽汽提把苯族烃从洗油中解吸出来。这一步的理论基础是汽液相平衡与相对挥发度：

拉乌尔定律（理想溶液近似） pi = Pisat · xi相对挥发度（决定能否用蒸馏分离） αij = (yi/xi) / (yj/xj) = (Pisat·γi) / (Pjsat·γj)

关键判断：苯族烃与洗油的挥发度相差极大（α 远大于 1），所以很容易用汽提分开。与洗苯相反，脱苯要的是"高温 + 低压分压"：温度提高使 P^sat 急剧上升，蒸汽汽提使气相苯分压趋近于零，两者叠加使解吸推动力最大化。

洗苯与脱苯：同一原理的两个方向

此外还有洗油再生器：洗油长期循环会生成聚合物（黏度上升、吸收能力下降），需从富油中抽出部分（约 1%～1.5%）送入再生器，用过热蒸汽蒸馏，把可用的轻馏分回收、重质残渣排出，维持洗油质量。

塔顶粗苯蒸气经冷凝冷却后进入油水分离器（苯密度约 0.87，小于水，故苯上浮），得到粗苯产品。粗苯典型组成：苯约 60%～70%，甲苯 10%～15%，二甲苯及更高沸点组分余量。

安全红线（苯是重点监管危化品）

苯的爆炸极限约 1.2%～8.0%（体积），且是第一类致癌物。洗脱苯区域必须：① 全流程密闭，呼吸气接油气回收；② 电气防爆；③ 可燃气体报警；④ 导静电接地；⑤ 洗油与粗苯泄漏的围堰与收集。P&ID 上对应"氮封 / 油气回收 / 紧急切断 / 可燃气体检测"四件套。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：终冷塔出口煤气温度、洗苯塔液位与阻力降、贫油/富油流量与含苯（在线或化验）、管式炉出口富油温度、脱苯塔顶温度与压力、直接蒸汽流量、粗苯冷凝器出口温度、油水分离器界面。
• 控制回路：终冷塔出口温度—制冷水量；洗苯塔液位—贫油泵（或循环量控制）；脱苯塔顶温度—回流量或蒸汽量（产品质量控制回路）；管式炉出口温度—燃料气/煤气量（串级）；分离器界面—粗苯抽出。
• 安全联锁：管式炉出口超温联锁；脱苯塔超压泄放；可燃气体/苯蒸气检测联锁；洗苯塔液位低低联锁停富油泵（防止泵抽空与窜气）。

06罐区工段

"存储 + 输送 + 计量 + 防护"四合一。它不改变物料，但决定了全厂的物料平衡与安全底线。

6.1 工段任务

接收、储存、输送、计量各工段的产品与原料：粗苯、焦油、洗油、硫酸、液碱、硫铵等；并承担装卸车作业。

6.2 核心化工原理（一）：储存——蒸发损耗与惰化

易挥发液体（尤其是粗苯）在储罐中会因呼吸作用造成损耗与安全风险，分为两类：

• 小呼吸（静止储存损耗）：昼夜温差导致气相膨胀/收缩，气体经呼吸阀呼出/吸入；
• 大呼吸（收发料损耗）：进料时液面上升压缩气相外排，出料时气相被吸入。

损耗量可由瓦廖夫斯基—切尔尼金方程估算，其核心变量是饱和蒸气压、温度变化幅度、气相空间容积、周转次数。由此得出设计对策：

• 采用内浮顶罐（浮盘贴近液面，几乎消除气相空间）—— 苯类储罐的标准做法；
• 氮封：向罐内气相通入氮气维持微正压，把氧含量压到安全线以下（苯类通常要求氧含量 ≤8%，部分项目更严）；
• 设呼吸阀 + 阻火器 + 液压安全阀三重保护。

6.3 核心化工原理（二）：输送——泵与管路特性

罐区输送的核心是泵的选型与调节。泵的工作点由泵特性曲线与管路特性曲线的交点决定：

泵扬程（伯努利方程的应用） H = Δz + Δp/(ρg) + Δv2/(2g) + hfh_f 为管路阻力损失，与流量的平方近似成正比

汽蚀余量（防汽蚀的关键判据） NPSHa > NPSHr  （必需汽蚀余量 + 安全裕量）NPSH_a = (p? ? p_v)/(ρg) + z ? h_f

工程要点：苯类、洗油类介质在常温下有较高蒸气压，吸入口必须保证足够的灌注高度（z），且吸入口阻力要小，否则易汽蚀。调节方式上，变频调速优于节流，可显著节能。

6.4 核心化工原理（三）：计量与安全防护

• 液位计量：雷达/伺服液位计（精度高、非接触）、差压式（常压罐）、静压式。液位是罐区最核心的安全与计量参数，必须高高液位联锁进料切断。
• 静电防护：苯类液体电阻率高，流动与喷溅易积聚静电。进料必须从罐底进入（液下进料），禁止顶部喷溅；罐体与管线做等电位接地。
• 防火防爆：防火间距、围堰（防火堤）、泡沫消防系统、可燃气体检测、防爆电气、事故储罐。
• 硫酸罐特殊性：强腐蚀+稀释放热，需耐酸材质、液位与温度监控，禁止水进入浓硫酸。

P&ID对 P&ID 的映射

• 测量点：各罐液位（雷达/伺服）、温度、气相压力/氮封压力、罐区可燃气体浓度、防雷接地状态；泵进出口压力、流量；卸车鹤管相关检测。
• 控制回路：罐液位—进出料阀/泵（分程或选择性控制）；氮封压力—补氮阀/排气阀（分程）；泵出口流量—变频调速。
• 安全联锁：液位高高联锁切断进料；氮封压力低低联锁停出料（防负压吸空气）；可燃气体高报联锁停装卸作业；火灾联锁启动泡沫消防并切断进出料。
• 设计特点：罐区 P&ID 是"多点位、强联锁、重安全"的典型——仪表密度高、控制回路简单，但联锁逻辑复杂，通常需单独编制罐区联锁逻辑图与安全仪表（SIS）说明。

07附录 A：单元操作 ? 工段映射总表

一张表看清六个工段各自"吃的是哪一类原理"。

08附录 B：控制回路与仪表对照表

P&ID 绘制时的回路与仪表自查清单。

设计自查三句话

1. 每条控制回路的根，都能在原理里找到——找不到，说明这条回路的必要性可疑；
2. 每个安全联锁，都对应一个明确的危险工况——建议用 HAZOP（引导词 + 工艺参数）逐节点过一遍；
3. 涉及危化品（苯、氨、硫酸、H?S）的区域，联锁与防护等级应单独评估（SIL 定级），本手册不做安全完整性等级裁定。