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1第二篇海上油气田工艺设计第七章P&I图设计第一节一般要求一、P&I图的定义P&I图，英文全称为PIPING&INSTRUMENTDIAGRAM(P&ID)，即工艺管线和仪表图。海上油气田开发工程项目在进入到基本设计阶段，工艺专业设计人员要在项目前一阶段所设计的工艺系统流程图(PFD–PROCESSFLOWDIAGRAM)和公用系统流程图(UFD–UTILITYFLOWDIAGRAM)的基础上进行P&I图的设计。P&I图不仅要表达平台工艺或公用系统的流程，还要按正常生产、开工、停产等工艺要求表示出所有的设备、管线、阀门和仪表及控制系统的状态，它是工艺专业和相关专业之间数据和信息传递的载体，是基本设计阶段工艺专业的主要文件，也是工艺及公用系统设备采办、建造、安装、调试及投产的指导性文件，是仪表等其它专业开展具体工作的基础。P&I图的设计由工艺专业人员来完成，但在设计过程中需要与仪表专业人员进行沟通。二、一般要求对P&I图中所表达内容的一般要求如下:1．所有设备及设备的名称和标识、操作和设计条件、处理能力、尺寸或容积、热/电负荷及功率等。2．所有管线及管线的标识、介质流向、保温伴热、压力等级和界面划分等。3．所有阀门（包括手动阀、仪表控制阀、安全阀、自动关断和放空阀）及阀门的标识、尺寸、开/关状态等；管件及代号等。4．所有仪表及仪表的标识（包括就地控制盘）、控制回路和数据采集链路等的信号关系、控制和关断的设定点和报警点的上下限等。三、P&I图图例P&I图图例(P&IDLEGEND)是对P&I图中所表示的所有设备、管线、阀门及仪表等的图形符号和文字(英文字母和数字)代号以及编号方式等的统一规定，它作为图形文件列于P&I图图纸中，也可作为项目的统一规定列于项目的总规格书中，是P&I图的设计规定和设计基础。在P&I图设计之前，首先要进行P&I图图例的设计，P&I图图例又在P&I图的设计过程中不断加以完善。目前，国内海洋石油工程P&I图设计中使用的图例按照国家经贸委于2002年5月28日发布的“海洋石油工程制图规范(SY/T10028-2002)”中的有关规定执行。如果“海洋石油工程制图规范(SY/T10028-2002)”中的图例用于具体项目的P&I图设计有不够用或不够具体的情况出现时，可根据项目的需要，在具体项目的P&I图图例设计中对图例作相应的补充和说明。P&I图图例主要包括以下内容:1．管线图例、管线输送介质及使用代号、管线标识2．设备图例、设备代号、设备标识3．阀门及管件图例、阀门标识4．仪表图例、仪表标识、仪表的字母代号、仪表管线安装详图25．系统代号及配管规格说明下面着重举例说明P&I图中的设备、管线、仪表及阀门的标识：1．设备标识×××-××-×××××/×设备序号及后缀系统代号设备代号单体(或平台)代号举例:CEP–P–2010A/B10号泵两台原油处理系统泵中心平台注:关于系统代号的选择，请参照“海洋石油工程制图规范(SY/T10028-2002)”第132页“表B.1系统代号”中的规定执行。2．管线标识×–××–××××–××–××保温形式管线级别代号管线序号系统代号管线介质(或使用)代号管线尺寸举例：1）4”–CR–1001–B1–HT保温加电伴热管线级别代号管线序号井口原油(介质代号)公称直径4”32)2”–DC–3501–A1–H保温管线级别代号管线序号闭式排放闭式排放(管线使用代号)公称直径2”注：管线级别代号在SY/T10028-2002中未作规定，不同项目的P&I图图例中有不同的规定，它在P&I图图例中的配管规格说明（PipingSpecification）一栏中可以查到，它包含的内容有：管线的压力等级、材质、腐蚀余量以及使用介质或场所，有关更详细的内容要参见项目的配管技术规格书。以上介绍了管线标识的一般规定，在P&I图的具体设计中，管线标识的关键在于系统号的选择。由于平台各系统既独立又互相关联，根据管线介质的流向，对于某系统内部的管线，管线的系统代号应选择本系统的代号，对于系统间的相连管线，为体现前后的逻辑关系，出系统的管线选本系统的系统代号，进系统的管线选上游系统的系统代号。例如：从生产分离器到闭式排放系统的2″闭式排放管线，管线标识为2″-DC-20XX-XX-XX,其中的系统代号20为生产分离器所在的原油处理系统代号，只要看系统代号就知道这条闭排管线来自原油处理系统；闭式排放管汇属闭排系统内部管线，应按闭式排放系统号来编；闭排泵出口2″管线的管线编号为2″-DC-35XX-XX-XX，其中的系统代号35为闭排系统的系统代号。3．仪表标识仪表标识使用的英文字母代号均按美国仪表协会标准ISAS5.1执行。例如PI表示压力指示计，SDV表示紧急关断阀。在P&I图中仪表编码写在仪表图例圆圈内，分上下二行，上行为英文字母，下行为数字表示的系统号和顺序号及后缀。例如:PI1001表示系统代号为10（井口）的、顺序号为01的压力指示计。注：关于仪表标识中使用的英文字母代号，详见“海洋石油工程制图规范(SY/T10028-2002)”第127页的“表A.3仪表标识符号”，这里不再举例说明。4．阀门标识××××××说明端面连接形式管线级别代号阀门类型阀门（以字母V表示）4举例：VBA1RF通径(注1)凸面法兰（注2）管线级别代号为A1球阀（注3）阀门注1：F-通径；R-缩径。注2:F-平面；R-凸面；J–梯形槽面（RTJ法兰）；S–螺纹连接面；Z–承插焊连接面。注3：G-闸阀；B–球阀；L–球芯阀；C–止回阀；N–针型阀；F–蝶阀。四、P&I图的基本要素及确定原则1.设计压力和设计温度平台工艺或公用系统(以下简称系统，它包括管线和与其相连的设备、阀门和法兰等)的设计压力是指设计温度下的最大允许工作压力；设计温度是指正常或紧急操作条件下可能出现的最高温度和最低温度范围。系统的设计压力和设计温度通常按以下原则确定：1）设计压力（1）当系统最高操作压力小于等于3500kPaG时，设计压力为最高操作压力加上350kPa。（2）当系统最高操作压力大于3500kPaG，小于7000kPaG时，设计压力为最高操作压力的1.1倍。（3）当系统最高操作压力大于等于7000kPaG时，设计压力为最高操作压力的1.085倍，但设计压力不应大于最高操作压力以上700kPa。（4）对于泵出口连接的设备，设计压力等于正常的泵吸入口操作压力加1.25倍泵在设计流量下的扬程或泵吸入口压力容器的设计压力加正常流量下泵的扬程，取较大者。（5）井口出油管线的设计压力应等于或大于关井压力；管汇的设计压力可等于或低于关井压力，但后者应有安全阀保护。（6）连接常压设备的管线最低设计压力不能低于150lb的压力温度级别。2）设计温度（1）操作温度高于15℃的情况下，设计温度的上限应不低于最大操作温度以上30℃；设计温度的下限应等于或低于环境温度。（2）操作温度在15℃~-30℃之间的情况下，设计温度的上限应为50℃；设计温度的下限应低于最低操作温度至少5℃或等于环境温度，取较低者。（3）操作温度在-30℃以下时，设计温度的下限应等于或低于最低操作温度。2．压力-温度等级系统内管线的设计压力和温度条件应当与系统内与管线相连接的设备、阀门以及法兰等管件的设计压力和温度条件相一致或匹配，平台工艺系统的设计条件通常用阀门和法兰的压力-温度等级来表示。5按国际通用标准（ANSIB31.3和ANSIB16.5），阀门和法兰常用的压力-温度等级分为ANSI150lb、ANSI300lb、ANSI600lb、ANSI900lb、ANSI1500lb和ANSI2500lb六个等级，每个压力-温度等级都是根据不同的材料在某一温度下（或设计温度条件下）的最大允许工作压力确定的。在P&I图中，系统的设计压力-温度等级一般通过管线或管线和阀门的标识来识别，在管线和阀门的标识中，代表压力-温度等级的字母通常以A表示ANSI150lb；B表示ANSI300lb；D表示ANSI600lb；E表示ANSI900lb；F表示ANSI1500lb；G表示ANSI2500lb。对于碳钢材料，ANSI150lb级的阀门和法兰在设计温度-30℃~38℃的范围内，最大允许工作压力为19barg，在100℃时的最大允许工作压力为16.3barg。对于不同成分的合金钢和不锈钢的阀门和法兰，与碳钢材料相比，在相同的磅级和温度下，最大允许工作压力低于碳钢的阀门和法兰。对于一定材料和一定磅级的阀门和法兰，其最大允许工作压力随使用温度的变化而变化，温度越高，最大允许工作压力越低。表2-7-1列出了碳钢材料的阀门和法兰各压力-温度等级和对应的温度及最大允许工作压力，供参考。表2-7-1碳钢材料的阀门和法兰压力-温度等级压力等级lb15030060090015002500温度℃最大允许工作压力（barg）-30~3819.049.699.2149.0248.3413.85018.349.498.5148.4246.7411.37517.348.797.4146.3243.5406.110016.348.096.0144.5240.2400.612515.447.594.9142.6237.8396.215014.546.894.0141.3235.0392.017513.546.593.1140.0233.1388.420012.646.091.9138.5230.6383.822511.745.190.4135.9226.0377.125010.743.787.8131.7219.2366.027510.041.883.5125.5209.3349.13009.439.679.0119.0198.1330.63258.737.474.5112.0186.8310.93508.134.869.3104.9174.4290.03757.532.163.896.6158.0267.74006.929.158.287.8145.8243.64256.425.551.077.3128.2212.54505.821.442.764.6107.6178.24755.116.833.450.784.2140.35004.012.424.637.261.7103.35253.48.116.024.140.367.25402.65.511.016.528.245.96举例：如果已知系统的设计温度为75℃，设计压力为3000kPag。那么，管线的设计压力等级应选用300lb等级。3．压力等级划分平台上部设施由不同的系统组成，这些系统之间互相关联，但操作压力不可能完全相同，因而系统的设计压力有所不同；即使在同一系统中因流程上的操作压力变化，系统中各流程段的设计压力也应会有所区别。为使工艺系统的设计达到既安全可靠又经济合理，需根据系统的操作压力来划分系统的压力-温度等级，即按高低压力等级对不同的系统或系统内部流程进行分类或高低压力界面划分。在P&I图设计中，对系统进行高低压力等级界面划分的原则是：高低压力等级的分界面要划在距离低压端受安全泄放阀保护的设备或管线最近的那个阀门（锁开阀除外）且靠近被保护的设备或管线的那一侧或那一侧的法兰面。以平湖油气田开发工程项目DPP平台的油/气处理工艺流程为例，说明系统高低压力等级的分类及界面划分，参见图2-7-1。流程简述：DPP平台含高压的气井和低压油井两部分，来自各气井的井流在气井生产管汇汇集后进入一级分离器，经一级分离器分出的湿天然气去天然气脱水系统进行脱水，脱水后的干气直接外输；分出的凝析油和水经节流阀降压后分别去低压的原油处理和生产水处理系统。来自各油井的井流在油井生产管汇汇集后与来自一级分离器的凝析油混合后进入二级分离器，经二级分离器分出的天然气去天然气压缩系统，增压后去天然气脱水系统；分出的水进生产水处理系统；分出的原油和凝析油经降压后再依次进入第三级和第四级分离器进行闪蒸脱气和分水。从三级和四级分离器分出的天然气经压缩机增压后作为燃料气进入燃料气处理系统，供平台的发电机和热介