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山东滨州裕华化工厂有限公司年产8万吨甲基丙烯酸甲酯项目【设计说明书+可行性报告+设备设计选型计算书+CAD图】

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编号:17898794    类型:共享资源    大小:27.63MB    格式:RAR    上传时间:2019-04-19 上传人:hon****an IP属地:江苏
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设计说明书+可行性报告+设备设计选型计算书+CAD图 山东滨州裕华化工厂有限公司 化工有限公司
资源描述:

1.1概述

本项目是为山东省滨州市裕华化工厂新建一座8万吨/年的甲基丙烯酸甲酯生产装置。厂区选址于山东省滨州市化工园区内,此地依河傍海,交通便利,并且有较多的石油化工厂,资源丰富,是政府发展经济的重点地区。

1.2设计依据和准则

1.2.1设计依据

(1)2018年“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛设计任务书》;

(2)《化工工厂初步设计说明书内容和深度规定》(HG/T20688-2000);

(3)《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规;

(4)《石化和化学工业“十三五”发展规划》;

(5)中国石油和化学工业协会文件中石化协产发(2012)115号“关于印发《化工投资项目可行性研究报告编制方法》(2012修订版)、《化工投资项目申请报告编制办法》和《化工投资项目资金申请报告编制办法》(2012修订版)的通知”;

(6)山东省滨州市滨北工业园区有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。

1.2.2设计准则

(1)认真贯彻落实可持续发展战略和国家基本建设的有关政策、法规,合理安排建设周期,严格控制工程建设项目的生产规模和建设投资;

(2)严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范,保障生产安全顺利进行和操作人员的安全;

(3)选用成熟可靠的先进技术,以提高生产效率,降低能耗和生产承办,减少污染,保证装置运行和产品质量的稳定性,增强产品的竞争力;

(4)坚持安全生产与环境保护并重,设计中选用清洁生产工艺,在生产过程中减少“三废”排放,执行国家和地区的有关环保政策,对生产中的“三废”进行处理,并达到国家和地区规定的排放标准;

(5)贯彻工厂规模大型化、布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术与创新相结合的项目建设方针。

(6)坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则,按照国民经济和社会发展的长远规划,行业、地区的发展规划,在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。


内容简介:
山东滨州裕华化工厂有限公司年产8万吨甲基丙烯酸甲酯项目 初步设计说明书山东滨州裕华化工厂有限公司年产8万吨甲基丙烯酸甲酯项目初步设计说明书 目录第一章 项目总论101.1概述101.2设计依据和准则101.2.1设计依据101.2.2设计准则101.3工艺技术111.4原料及产品方案111.4.1原料分析111.4.2产品方案111.5厂址概况121.6主要技术经济指标13第二章 厂址选择和总图运输132.1厂址选择指导132.1.1 选址依据132.1.2选址要求142.2厂址条件142.2.1地理位置142.2.2地形地貌152.2.3气候条件152.2.4交通运输152.2.5建设地工业发展状况152.2.5政策环境162.2.6自身优势162.3厂址概述172.3.1 园区概况172.3.2 周边环境概况172.4厂区总平面布置172.4.1 总平面布置规范172.4.2 总平面布置要求概述182.4.3 生产和使用要求192.4.4安全和环保、卫生要求202.4.5 工厂发展的可能性和工厂分期建设问题212.4.6 节约用地的原则212.4.7 自然条件和周围环境的影响212.4.8 工厂形体组合要求212.4.9 绿化布置要求222.5生产及其他区域232.5.1生产区的布置232.5.2辅助生产区242.5.3 原料及产品储罐区242.5.4行政办公及生活区242.5.5 检修及消防区252.5.6发展用地与三废处理区252.5.7厂区绿化252.5.8 厂区绿化布置262.6其他布置262.6.1停车场的布置262.6.2 厂区出入口的布置262.6.3围墙布置262.7 厂内运输设计272.7.1 厂内运输设计要求272.7.2本厂运输设计27第三章 化工工艺系统283.1设计概述283.1.2装置规模及组成283.1.3主要原料,辅助原料及燃料283.1.4催化剂283.1.5公用物料及能量283.1.6性能指标293.2工艺技术方案选择293.2.1选择原则293.2.2 MMA合成工艺技术方案概述303.2.3 MMA合成方案选择363.2.4 全厂总工艺路线373.3工艺流程详叙373.3.1甲基丙烯醛合成分离工段373.3.2甲基丙烯酸甲酯合成分离工段373.3.3甲基丙烯醛合成工段论证383.3.4甲基丙烯酸甲酯合成工段论证413.4工艺创新443.4.1浆态床反应器443.4.2双溶剂萃取工艺44第四章 产品营销464.1产品销售464.1.1营销理念464.1.2质量保证464.1.3品牌提升464.1.4营销优势464.1.5线上营销47第五章 控制系统及仪表设计485.1工厂简况及控制系统概述485.2自动化内容485.2.1自动检测系统485.2.2信号联锁装置485.2.3自动操纵及自动开停车系统495.2.4自动控制系统495.3仪表基本类型及选型505.3.1化工过程中基本的仪表类型505.3.2仪表选择原则515.3.3仪表电源525.3.4仪表气源525.4控制方案525.4.1泵的基本控制方案535.4.2压缩机的基本控制方案535.4.3换热器的基本控制方案555.4.4精馏塔的自动控制555.4.5反应器的自动控制565.4.6储罐的自动控制575.4.7管道设计的一般要求585.4.8仪表设计的一般要求595.5复杂控制系统605.5.1串级控制615.5.2比值控制615.6紧急停车系统(ESD)625.7有害气体检测系统(FGS)635.8 SIS设计635.8.1 SIS简介635.8.2 SIS设计65第六章 设备设计与选型666.1设备设计依据666.1.1过程设备设计与选型的主要内容666.2设备设计与选型67第七章 布置与配管687.1车间布置687.1.1设计依据687.1.2车间布置原则687.2厂房布置697.2.1平面布置697.2.2立面布置707.2.3设备布置717.2.4车间辅助室和生活室的布置727.2.5安全布置距离737.3单元设备布置747.3.1泵和压缩机747.3.2容器757.3.3换热器767.3.4加热炉777.3.5固定床反应器777.3.6塔设备787.4管路布置797.4.1设计依据797.4.2概述807.4.3管道布置的一般要求807.4.4管路计算817.4.5管路阀门和管件的选择827.4.6管路绝热设计827.4.7管壁厚度837.4.8坡度要求847.4.9管子焊接、隔热层及组成件安装维修要求847.4.10一般阀门的布置原则847.4.11安全措施857.4.12管道编号857.5常见的设备配管887.5.1塔设备887.5.2容器897.5.3 泵907.5.4换热器907.5.5 压缩机917.5.6 疏水阀组的配管917.5.7调节阀组的配管927.5.8管廊的管道布置927.5.9其他管道布置93第八章 储运系统948.1设计依据948.2储存系统948.2.1罐区概况948.2.2罐体附件的设计948.2.3原料及产品的储运系统958.2.4储运系统的安全措施958.3运输系统968.3.1运输方式及工具968.3.2产品装车要求968.3.3原料及产品厂区外运输978.3.4原料及产品厂区内运输97第九章 给排水989.1设计概述989.2设计依据及原则989.2.1设计依据989.2.2设计原则989.3给水系统999.4工艺用水系统999.4.1生活用水系统999.4.2杂用水系统1009.4.3消防用水系统1009.4.4冷却用水系统1009.5排水系统1019.5.1生产排水系统1019.5.2生活排水系统1019.5.3冷却水排放系统1019.5.4雨水排放系统1029.6非正常排水1029.7排水方式1039.8节水措施103第十章 采暖通风及空气调节10410.1设计范围10410.2设计目标10410.3设计标准、规范10410.4厂址所在地气候条件10410.5设计参数10410.6采暖设计方案10510.6.1设计原则10510.6.2采暖设计10510.7通风设计方案10610.7.1通风概述10610.7.2通风方案10610.8空气调节设计方案10710.8.1空气调节概述10710.8.2空气调节方案10710.8.3空气调节冷热源10710.8.4 防爆空调107第十一章 供配电10911.1设计范围10911.2设计标准、规范10911.3设计原则10911.4负荷分级及说明11011.4.1负荷分级11011.4.2本项目各级负荷说明11011.5用电方案11111.5.1 配电所11111.5.2 车间变电所11111.5.3厂区高压配电系统设计11111.5.4电气设备的选择11111.5.5继电保护的选择与整定11211.6照明系统11211.7防护系统11311.7.1防雷系统11311.7.2 防静电接地系统11411.7.3火灾报警系统114第十二章 通信11612.1设计范围11612.2设计标准、规范11612.3 设计原则11612.4设计内容11712.4.1生产调度电话11712.4.2行政管理电话11712.4.3无线通讯11712.4.4广播系统11712.4.5火灾报警系统11712.4.6可燃气、毒气报警系统11812.4.7综合布线系统11812.5 全厂电信网络118第十三章 土建12013.1设计依据12013.2厂区建筑设计范围12013.3建筑工程12013.3.1建筑材料12013.3.2建筑物等级及注意12013.3.3结构设计及相应措施12113.3.4对有特殊要求的建筑物所采取的建筑措施12113.4结构工程12213.4.1结构型式12213.4.2基础方案12313.5抗震设计12313.6安全疏散124第十四章 维修12514.1概述12514.2设计依据及原则12514.2.1设计依据12514.2.2设计原则12514.3设备维护12514.3.1巡回检查12514.3.2同步检修与协同检查12514.4设备检修12614.4.1换热器的检修12614.4.2泵的检修12614.4.3塔设备的检修12614.4.4储罐的检修12714.4.5管道的检修12714.4.6电动机的检修12714.5维修人员管理128第十五章 消防系统12915.1设计依据12915.2火灾危险性分析12915.2.1主要危险物分析12915.2.2事故发生的可能性及危险性分析12915.3建筑的防火等级13015.4消防系统13015.4.1消防站13015.4.2 消防给水系统13115.4.3泡沫灭火系统13115.4.4火灾自动报警系统13215.4.5可燃及有毒气体检测报警系统13215.4.6室内消防栓系统13215.5消防管理工作13215.5.1基础消防措施13215.5.2厂区消防布置13215.5.3紧急事故处理13215.5.4其他措施13315.5.5员工安全管理133第十六章 工厂组织和劳动定员13416.1工厂体制与组织机构13416.1.1管理机制13416.2企业文化13516.3经营管理13516.3.1高科技化13516.3.2研发与创新13516.3.3知识经济13516.4环保与工安13516.5定员原则13616.5.1定员原则13616.5.2生产班次13616.5.3定员和工资136第十七章 劳动安全与工业卫生13817.1设计概述13817.1.1设计依据13817.2职业危险、危害因素分析13817.2.1工业毒性13917.2.2易燃易爆物14017.3工业卫生14017.4 重大危险源分析及相应安全措施14117.4.1 重大危险源物质辨识和分析14117.4.2 重大危险源辨识和分析14217.4.3安全设计145第十八章 环境保护15018.1设计概述15018.2法规与标准15018.2.1法律与法规15018.2.3设计标准15018.3三废排放量表15118.3.1废水15118.3.2废气15118.3.3固废15118.4三废及噪声处理15118.4.1废气处理15118.4.2废液处理15118.4.3废固处理15218.4.4噪声处理15218.5厂区绿化15318.5.1绿化设计15318.5.2生态保护措施15318.6环境影响分析15418.6.1环境分析概述15418.6.2环境风险评价(ERA)15418.6.3环境影响评价(EIA)154第十九章 能耗及节能措施156总述15619.1 设计说明15619.2 过程节能及能耗计算15619.2.1 项目综合能耗及计算表15619.2.2每吨产品的能耗及计算表15719.2.3每吨产品能耗比较表15719.2.4万元产值综合能耗及计算15819.3 能源选择合理性分析15819.4 节能措施15919.4.1 换热网络设计与热集成15923.4.2 采取通风节能措施15919.4.3 其他节能措施15919.5 节水16019.5.1 节水途径16019.5.2 节水措施160第二十章 技术经济161总述16120.1 财务评价依据16120.2 资金筹措情况16120.3 资金使用计划16120.4 主要经济数据16220.5 经济分析表162第一章 项目总论1.1概述本项目是为山东省滨州市裕华化工厂新建一座8万吨/年的甲基丙烯酸甲酯生产装置。厂区选址于山东省滨州市化工园区内,此地依河傍海,交通便利,并且有较多的石油化工厂,资源丰富,是政府发展经济的重点地区。1.2设计依据和准则1.2.1设计依据(1)2018年“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛设计任务书;(2)化工工厂初步设计说明书内容和深度规定(HG/T20688-2000);(3)中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规;(4)石化和化学工业“十三五”发展规划;(5)中国石油和化学工业协会文件中石化协产发(2012)115号“关于印发化工投资项目可行性研究报告编制方法(2012修订版)、化工投资项目申请报告编制办法和化工投资项目资金申请报告编制办法(2012修订版)的通知”;(6)山东省滨州市滨北工业园区有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料。1.2.2设计准则(1)认真贯彻落实可持续发展战略和国家基本建设的有关政策、法规,合理安排建设周期,严格控制工程建设项目的生产规模和建设投资;(2)严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范,保障生产安全顺利进行和操作人员的安全;(3)选用成熟可靠的先进技术,以提高生产效率,降低能耗和生产承办,减少污染,保证装置运行和产品质量的稳定性,增强产品的竞争力;(4)坚持安全生产与环境保护并重,设计中选用清洁生产工艺,在生产过程中减少“三废”排放,执行国家和地区的有关环保政策,对生产中的“三废”进行处理,并达到国家和地区规定的排放标准;(5)贯彻工厂规模大型化、布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术与创新相结合的项目建设方针。(6)坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则,按照国民经济和社会发展的长远规划,行业、地区的发展规划,在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.3工艺技术本设计项目主要包括两个工段:甲基丙烯醛(MAL)合成分离工段,甲基丙烯酸甲酯(MMA)合成分离工段。(1)MAL合成工段:异丁烯与空气发生在反应器内发生氧化反应后依次通过水洗塔、脱水塔后可得MAL共沸物。此流程的主要特点是工艺流程较短,副反应较少。(2)MMA合成工段:MAL与空气、甲醇发生一步氧化酯化反应生成MMA,粗MMA通过萃取操作与精馏操作即可得到纯度为99.9%的高纯MMA。此工艺合成路线短,基建费用低,大幅度的降低生产成本,而且生产过程中没有废酸产生,被公认为典型的清洁工艺技术。1.4原料及产品方案1.4.1原料分析(1)甲醇供应在山东滨州裕华化工厂附近有生产甲醇的滨州大有开发新能源有限公司,本项目使用到的甲醇量较多,因此直接就近采购。也节省大量的运输成本和生产成本。(2)异丁烯本项目采用异丁烯为原料,山东滨州裕华化工有限公司有6万吨/年的异丁烯生产装置,且异丁烯纯度较高,不用进行预处理,可以直接作为原料用来制备甲基丙烯酸甲酯,因此异丁烯由本厂提供,不仅节省了运输、采购成本,更降低了原料的成本。1.4.2产品方案本项目的产品方案以MMA生产能力为基础,根据国家的行业政策和行业的发展规划进行确定,同时充分考虑国内国际的市场前景和市场容量。因此,本项目的产品方案及规格为: MMA的产量年产8万吨,产品质量达到国家优等品要求。对MMA进行化验分析,其中色度(铂-钴色号)10号,密度在0.942-0.946g/cm3之间,酸含量(以甲基丙烯酸计)0.010%,水分0.05%,甲基丙烯酸甲酯含量99.8%。表1-1 国家MMA优等品指标项目指标色度(铂-钴色号),号10密度(20),g/cm30.942-0.946酸含量(以甲基丙烯酸计),%0.010水分,%0.05甲基丙烯酸甲酯含量,%99.81.5厂址概况滨州市是山东省下辖地级市,位于山东省北部、鲁北平原、黄河三角洲腹地,地处黄河三角洲高效生态经济区、山东半岛蓝色经济区和环渤海经济圈、济南省会城市群经济圈“两区两圈”叠加地带,是山东省的北大门。地理坐标为:北纬36413816,东经1171511837,东西最大跨径120千米,南北最大跨径175千米,总面积9453平方千米。滨州区位交通优势明显,具有依河傍海的优势,是连接苏、鲁、京、津的重要通道,是国家级交通运输主枢纽城市。本项目山东滨州裕华化工有限公司分厂位于滨北工业园区,园区以石化产品加工为产业支撑,重点发展和承接石油化工、精细化工及塑料、橡胶加工产业。同时园区内可隔墙供应大量的化工原料,各种物料交换十分便利,共享供热、管廊、环保 、消防等公用工程设施。图 1-1 厂区地理位置1.6主要技术经济指标主要技术经济指标如表1-2所示。表1-2 主要技术经济指标表项目指标项目指标工程总投资(万元/年)16087.30固定资产投资(万元)8507.79总成本(万元/年)121994.16全厂总产值(万元/年)144000盈亏平衡点(万吨/年)34000投资利润率%134.8动态投资回收期(年)3.01投资利税率%136.87投资净现值(万元/年)61912.67内部收益率%83第二章 厂址选择和总图运输2.1厂址选择指导厂址选择是工业基本建设中的一个重要环节,它是实现国家长远规划、工业布局规划、决定生产力布局的一个具体步骤和基本环节,也是具体的工业企业建设和设计的前提,同时涉及到废气源、下游市场、生态环境、社会影响、长远发展等方面。选择厂址时要兼顾工厂现有的污染现状、原料的来源和产品的销售,权衡利弊,做出有利于本项目实施的选择。2.1.1 选址依据(1)石油化工企业总图管理规定中石油文件(2003);(2)石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002;(3)石油化工企业厂区总平面布置设计规SH/T30532002;(4)石油化工储运系统灌区设计规范SH/T30072007;(5)化工企业总图运输设计规范GB50489-2009;(6)化工企业建设节约用地若干规定GB501872012;(7)建筑设计防火规范GB500162010;(8)石油化工企业设计防火规范GB501602008;(9)工业企业总平面设计规范GB501872012;(11) 压缩机厂房建筑设计规定HG/T20673-2005;(11)化工装置设备布置设计工程规定HG/205462009;2.1.2选址要求(1)厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区,并在储运、机修、公用工程和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。(2)厂址应靠近水量充足、水质良好,电力供应充足的地方。(3)厂址应选在有便利交通的地方。(4)选厂应注意节约用地,不占或少占耕地,厂区的面积形状和其它条件应满足工艺流程合理布置的需要,并要予留适当的发展余地。(5)选厂应注意当地的自然环境条件,工厂投产后对周围环境造成的影响作出预评价,工厂的生产区和居民区的建设地点应同时选定。2.2厂址条件厂址初步定于山东省滨州市,其自然及社会条件如下。2.2.1地理位置滨州市是山东省下辖地级市,位于山东省北部、鲁北平原、黄河三角洲腹地,地处黄河三角洲高效生态经济区、山东半岛蓝色经济区和环渤海经济圈、济南省会城市群经济圈“两区两圈”叠加地带,是山东省的北大门。地理坐标为:北纬36413816,东经1171511837,东西最大跨径120千米,南北最大跨径175千米,总面积9453平方千米。滨州区位交通优势明显,具有依河傍海的优势,是连接苏、鲁、京、津的重要通道,是国家级交通运输主枢纽城市。图2.1 厂址地理位置2.2.2地形地貌山东滨州的地形以平原为主,境内地势南高北低,由西南向东北倾斜。长白山脉横贯南部和西南部边沿,其主峰摩诃顶海拔826.8米,为最高点;北部沿海最低处海拔高度仅1.6米,最低点在沾化县境内。以小清河为界,全境呈现南北两种不同类型的地形地貌特征。2.2.3气候条件表2.1为建厂所在地的气候条件。表2.1 气候条件一览表气温温带大陆性季风气候,平均气温12.7年平均降水量564.8毫米平均日照时数2632.0小时风向冬季以偏北风为主,夏季以偏南风为主平均地面温度14.7最大冻土厚度一般50厘米左右(无棣1984年曾达209厘米)年平均最大湿度66%,8月份最大为81%年蒸发量1805.8毫米无霜期205天2.2.4交通运输山东省滨州市位于黄河三角洲腹地,是环渤海经济区的重要发展城市。国道 205 纵贯南北,与滨博高速连接,东依滨州东外环,北依滨塘高速,南邻黄河,国道220横穿东西,长深高速公路穿越境内与青银高速相连,可直接连接京沪、荣乌高速公路;南距省会济南 100公里,1小时内可到达济南机场,当日可往返首都北京;现已开工建设的黄大铁路、德龙烟铁路纵横穿越,国家大型铁路客货站均在园区内。 2.2.5建设地工业发展状况集中推进总投资45.2亿元的10个新建、改扩建工业项目,包括北汽江森自控电池项目、荣华化学、大有新能源、三元生物、安琪酵母、科臻环保、九环石油机械、亚光家纺等。2017年以来,园区坚持“工业兴区”不动摇,围绕区级重点工作和重点项目,持续优化项目服务,大力实施项目带动战略,加快新旧动能转换步伐。集中推进总投资45.2亿元的10个新建、改扩建工业项目。持续强化北汽江森自控电池项目封闭式管理,举园办之力,协调做好水、电、气等配套建设,全力维护好施工秩序。同时,加快推进荣华化学、大有新能源、三元生物、安琪酵母、科臻环保、九环石油机械、亚光家纺等项目步伐,力争以上项目早投产、早见效。工业生产总体平稳。全年规模以上工业增加值增长5.44%,其中,轻工业下降9.46%,重工业增长13.35%;非公有制企业工业增长4.15%。产销衔接良好,工业企业产销率达103.84%。全年重点监测的24种工业产品中,有11种产品产量实现增长,增长率为45.8%。2.2.5政策环境2017年以来,滨北工业园区、滨北街道办事处在区委、区政府的正确领导下,深入学习贯彻党的十八大、十九大和省委十一届、市委区委九届系列全会精神,牢牢把握稳中求进的工作总基调,立足“聚焦争先进位,全面走在前列”工作定位,突出“1+1+5”攻坚性重点工作,以“两学一做”学习教育常态化制度化及“学标杆、争一流、上水平”解放思想大讨论活动为引领,以供给侧结构性改革为主线,以加快新旧动能转换为重点,大力实施生态立区、工业兴区、科技强区“三大战略”,狠抓招商引资、项目建设、基础设施、民生事业、优化环境“五项重点”,全力打造省级一流经济园区,经济社会各项事业健康平稳发展。政府支持建设滨州临港高端石化产业园,打造化工新材料和精细化工产业基地。2.2.6自身优势2005年企业与国家大型石化公司合作,总投资30亿元人民币,建成了100万吨化工工业园项目,形成了原油加工、MTBE、异丁烯、抗氧剂、甲醇等下游产品。2003年5月异丁烯一期工程扩产1.2万吨,2005年11月二期工程扩产2.8万吨,总产量达到4万吨,规模居国内第一。2006年5月异丁烯三期工程扩产6万吨,于2007年5月投产,总产量达10万吨,实现了亚洲第一,产品质量达到了国际先进水平。在医药、农药、香料、抗氧剂等行业树立了良好的信誉。本厂靠近滨州大有开发新能源有限公司,原料甲醇供应得到解决,很大程度上节省了生产成本。2.3厂址概述项目厂址定于滨州市滨北工业园区的裕华化工有限公司,对园区与周边环境介绍如下。2.3.1 园区概况园区交通便利,境内国道205线与省道永莘路、滨孤路纵横交错;通讯发达,全部实现了程控化、数字化,形成了全方位、立体化的现代化通讯网络;水源充足,南距黄河10公里,境内有占地3700多亩容量493万立方的秦台水库,西靠徒骇河,城区有日供水2万立方的水厂;电能源充足,拥有35KV变电站2座,110KV变电站1座,滨州黄河北500KV输变电工程在镇境内,投资1.5亿元人民币的滨北热电厂年底竣工;土地资源丰富,有耕地10.58万亩,其中荒地2万余亩;农牧产品齐全,盛产小麦、玉米、棉花、蔬菜、桑蚕、冬枣,且是以奶牛、波尔山羊著名的畜牧强乡镇;镇城区基础设施配套完善,2.8平方公里的国有土地60%闲置,可供开发利用,具有良好的投资环境和生产、生活条件;城区有资产5.6亿元、全国毛巾行业的骨干、自营进出口企业山东亚光纺织集团;有资产1.6亿元、产值4.9亿元的淀粉加工合资企业滨州金汇玉米开发有限公司;有致力于保健功能性淀粉糖开发利用为主的高科技企业山东天绿原生物工程有限公司等大企业。园区项目投资及资金构成:项目投资额由投资方根据项目自行决定,资金构成由外来投资者投资为主;外商独资、中外合资或BOT方式。本项目既同园区内容息息相关又能助力园区发展,因而十分符=。2.3.2 周边环境概况本厂是利用异丁烯/叔丁醇两步气相直接氧化法,异丁烯发生催化氧化反应生成甲基丙烯醛(MAL),MAL经氧化生成甲基丙烯酸(MAA),MAA经分离后与甲醇发生酯化反应生成MMA。本厂位于滨北工业园东部,厂部东面是滨北热电厂和金立纺织,西面是怡美纺织,南面是三元生物。在水源、运输方面 ,本厂西面、北面和东面为主干公路,可为原料和产品的运输提供方便的交通,东北部为水源提供地。2.4厂区总平面布置本厂的总平面布置,是在总体规划的基础上,根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求,结合场地自然条件,通过技术经济比较后,设计多种方案后择优确定而来的。2.4.1 总平面布置规范(1)化工企业总图运输设计规范GB50489-2009;(2)石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002;(3)压缩机厂房建筑设计规定HG/T20673-2005;(4)化工管道设计规范HG/T20695-87;(5)化工设备管道外防腐设计规定HG/T20679-90;(6)化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定HG/T20688-2000;(7)厂矿道路设计规范GBJ 22-1987;(8)石油化工企业设计防火规范GB 50160-2008;(9)工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002;(10)石化工装置设备布置设计工程规定HG 20546-2009;(11)石油化工储运系统灌区设计规范SH/T 3007-2014;(12)化工企业建设节约用地若干规定GB 50187-2012;(13)建筑设计防火规范GB 50016-2014;(14)工业企业总平面设计规范GB 50187-2012; (15)化工装置设备布置设计规定HG/T 20546-2009;2.4.2 总平面布置要求概述本项目的厂区总平面布置是严格按照设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前,分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性,同时考虑了厂区地形和风向,选择了合理的朝向,使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。根据设计规范的要求,为了节约土地,提高土地利用率,需要按照功能分区集中布置。其中工艺装置,在满足生产、操作、安全和环保的要求许可时,应联合集中布置,集中控制,建筑物宜合并布置。街区需要合理划分,厂区通道宽度需要确定,街区及建筑物、构筑物的布置宜规整。各类仓库,宜按储存货物的性质和要求,宜合并设计为大体量或多层仓库,并提高机械化装卸作业程度,有效地利用空间。生产管理及生活服务设施,宜按使用功能合理组合,设计为多功能综合性建筑。设计规范还规定总平面布置应当防止和减少有害气体、烟、雾、粉尘、振动、噪音对周围环境的污染,污染大的设施应远离对污染敏感的设施,并避免环境重复污染。产生噪音污染的设施,宜相对集中布置,并应远离生产管理设施和有安静要求的场所。在进行总平面布置设计时需要预留发展用地,一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理,并与后期工程合理衔接;另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。在安全第一的前提下,严格参照厂址概况一章设计规范进行设计,采用功能区域集中布置的方式,让物流运输最大化和提高土地利用率,从而将厂区划分为生产区、辅助生产区、原料及产品储罐区、行政办公及生活区、检修及安防区 、发展用地及三废处理区六部分,其中以生产区的工艺装置为核心进行厂区布置 ,而其他方面则尽可能地利用本园区的公共资源。其具体布置情况如下图。图2.2 厂区总图布置图2.4.3 生产和使用要求(1)符合生产工艺流程的合理要求,相联系或较亲密的车间就近布置,使工厂各生产环节具有良好的联系,保证它们间径直和短捷的生产作业线,避免生产流程的迂回、交叉、往返,使各种物料的输送距离为最小。(2)将使用蒸汽、压缩空气、冷冻、冷却等公用工程设施,在注意其对环境影响和厂外管网联系的情况下,尽量相对集中布置,尤其是耗量大的车间尽量集中,以使各种公用系统介质的输送距离为最小。(3)原料、中间体的运输距离尽量小,要求存储设备和车间联系较紧密,人员运动距离尽量小。(4)注意设备的特点,车间布置在主要位置上,注意各设备间的相互影响和干扰,达到设计目标要求。(5)当厂区较为平坦方整时,应该合理选用适宜的布置方式,一般采用矩形街区布置方式,以使布置紧凑,用地节约。2.4.4安全和环保、卫生要求(1)化工厂的防火防爆要求很严,应将产生明火的车间、如锅炉、变电、机修以及各种工业炉车间等火灾危险性较大以及散发大量烟尘或有害气体的生产车间、装置和场所,应布置在厂区边缘或下风向。(2)经常散发可燃气体的场所应远离各类明火源,并应布置在火源的下风向或平行风向和厂区边缘;不散发可燃气体的可燃材料库或堆放场地则应位于火源上风向。(3)烟囱和一些可燃气体的拔风烟囱、拔风管要分开布置,有可能产生火星的烟囱安排于下风向或平风向。(4)对于要求防火防爆的车间应有符合规定的一定的安全距离,队友腐蚀性介质散发、可能油酸雾产生的车间、有粉尘飘散的车间、有污水排放的车间应有防护措施并安排在下风向、下游或侧边等。(5)存储大量可燃液体或比空气重的可燃气体储罐和使用车间,一般不宜布置在人多场所及火源的上坡侧,对由于工艺要求而设在上坡地段的可燃液体灌区,应采取有效安全措施,如设置防火堤、导流墙或导流沟。(6)空压站、空风车间及其吸风口等处理空气介质的设施,应布置在空气较洁净的地段,并应位于散发烟尘或有害气体场所的上风向,否则应采取有效措施。(7)厂区消防道路布置一般宜使机动消防设备能从两个不同方向迅速到达危险车间、危险仓库和罐区等。(8)环境洁净要求较高的的工厂总平面布置,洁净车间应布置在上风向或平行风侧,并与污染源保持较大距离,车道风流、人车分流等。2.4.5 工厂发展的可能性和工厂分期建设问题(1)分期建设时,总平面布置应使前后各期工程项目尽量分别集中,使前期工程尽早投产,后期有适当的合理布局,使后期施工与前期生产之间的相互干扰尽可能小。(2)考虑远期、近期之间的关系应坚持“远近结合,以近为主,近期集中,远期外围,由近及远,自内向外”的布置原则,以达到近期紧凑,远期合理的目的。(3)在预留发展用地时,综合分析工厂和产品发展可能性,在厂房布置上尽量紧凑,留有一定的余地,总平面布置至少应有一个方向可供发展的可能,当分期建设时,方便一期二期三期工程的衔接。2.4.6 节约用地的原则节约用地是我国的基本国策。生产要求、安全卫生要求和发展要求与节约用地是相辅相成的。保证径直和短捷的生产作业线必然要求工厂集中和紧凑的布置,而集中和紧凑的布置不仅节约了能量,也同样节约了土地。在安全卫生要求方面,如能妥善安排不同对象的不同安全间距要求,既可保证必要的安全距离,又可使土地得到充分利用,在对待发展要求方面,坚持“近期集中,远期外围,由近及远,自内而外”的布置原则,可以使近期工程因集中布置而节约近期用地,并为远期工程的发展创造最大的灵活性。2.4.7 自然条件和周围环境的影响(1)重视风向和风向频率对总平面布置的影响,布置建、构筑物位置时要注意它们与主导风向的关系。山区建厂还应考虑山谷风影响和山前山后气流的影响,要避免将厂房建在窝风地段。(2)应注意工程地质条件的影响,厂房应布置在土层均匀,地耐力强的地段。一般挖方地段宜布置厂房,填方地段宜布置道路、地坑、地下构筑物等。地震区、湿陷性黄土区的工厂布置还应遵循有关规范的规定。2.4.8 工厂形体组合要求(1)车间外形各不相同,尽量组合优美。(2)工厂道路、沟渠、管线安排,尽量外形简洁优美,既满足工艺需求,又有形体美。(3)车间道路,厂区布置应该满足相关规定,保有相应的绿化地带、规划绿地和绿化面积。(4)办公楼、建筑雕塑、绿化景点做好安排,使得化工厂有清洁文明花园工厂的感觉。(5)工厂总平面布置应该为施工安装创造有利条件。(6)工厂布置应满足施工和安装(特别是大型设备吊装)机具的作业要求。厂内道路的布置同时应考虑施工安装的使用要求。兼顾施工要求的道路,其技术条件、路面结构和桥涵荷载标准等应满足施工安装的要求。2.4.9 绿化布置要求(1)与总平面布置、竖向布置、管线综合相适应,并与周围环境和建(构)筑物相协调。(2)不得妨碍工艺装置、储运设施等散发的 有害气体的扩散。(3)不得妨碍道路和铁路的行车安全。(4)不得妨碍生产操作、设备检修、消防作业和物料运输。(5)充分利用通道、零星空地及预留地。工厂绿化布置采用“厂区绿化覆盖面积系数”及“厂区绿化用地系数”两项指标。前者反映厂区绿化水平,后者反映厂内绿化用地状况。两项指标的计算公式如下:厂区绿化覆盖面积系数=厂区绿化覆盖总面积/厂区占地总面积100%厂区绿化覆盖总面积(m2)=乔木、灌木平均绿化覆盖面积(m2)+垂直绿化面积(m2)+草坪面积(m2)-花卉面积(m2)表2.2 绿化用地系数建议值绿化类别工厂企业绿化用地系数/%医药制剂厂、胶片厂、感光材料厂、磁带厂及其他洁净工厂30-40原料药厂、塑料制品厂、染料厂、涂料厂等20-30石油化工厂、合成橡胶厂、合成塑料厂、农药厂、氯碱厂12-20根据上表可知,本厂建议绿化系数为12-20%。绿化植物的选择要求(1)根据生产特点、厂区环境污染状况等,选择耐性、抗性或滞尘能力强的植物。(2)根据工厂生产的防火、防爆和卫生要求,选择有利于安全生产和职业卫生的植物。(3)根据环境监测要求选择相应的敏感植物。(4)选择易于成活、病虫害少及养护管理方便的植物。(5)根据当地土壤、气候条件和植物习性,选择乡土植物和苗木来源可靠、产地近、价格适宜的植物。(6)选择常绿植物或常绿树与落叶树相结合,保持四季常青。(7)注意树种配置,宜按多树种、高低、大小搭配,不宜单一树种配置,以达到绿化的多重效果。2.5生产及其他区域2.5.1生产区的布置生产区是工厂布局的核心,其主要包括MAL合成工段、MMA合成工段两部分。根据工厂布局的设计规范要求,对相应工艺段进行功能区域集中布置,同时结合以下因素进行综合分析。1.厂区地形和工艺流程:在园区扩建中,园区对于本厂规划的开发区域地段狭长,同时本项目本身生产工艺路线长,综合考虑生产区本身内部宜情况应呈直线型排布,不仅有利于土地的合理利用也有利于流程的管理与设备的检修和施工,更便于安全防范。2.原料的来源:本项目是以滨州裕华化工有限公司的原料异丁烯采用二步氧化法制备得甲基丙烯酸甲酯,考虑到运输成本的问题,生产区宜靠近原料罐区。3.风向与风速:从玫瑰风向图和滨州历年风向及风速的分布来看,工业园主要以东风为主,东南风为辅,考虑到厂内工作人员的安全及生活生产问题,设计应该尽量将生产区布置在远离办公生活区域的下风头。4.交通运输:厂区东面和北面为公路运输干线,为使生产不对交通产生影响和交通不对生产构成威胁,所以生产区布置在园区北面。2.5.2辅助生产区辅助生产区从功能上是为了保障生产车间正常运行服务和提供相应生产条件的车间,主要包括辅助车间、维修车间、控制中心和检验中心。辅助车间是辅助生产区最大的区域,主要包括空分站、氮气站、公共工程等辅助生产站。考虑到本厂规模较小和园区辅助,相应的辅助设备较少的特点,可以集合在一起管理组合成辅助车间。由于此车间与生产区联系十分紧密,布置不宜远离生产。同时此车间噪音污染较大,不宜靠近人员集中的区域。因此,本设计中辅助生产区位于人员集中地的东面和北面,即生产区的中西部。控制中心主要是对整个厂进行协调控制,又具有人员集中的特点,所以放生产区的南面,便于信息的沟通和生产的控制。2.5.3 原料及产品储罐区原料和产品的罐区在厂区布置中是主体,同时也是物流运输的核心,包括储罐区、装卸区和停车场。本设计中以安全和物流便捷为主要参考指标。综合考虑以下三个因素进行设计。1.风向与风速:(参照生产区布置因素)考虑到储罐的密封问题,以及本生产工艺中的部分挥发性物质会对周围产生安全问题。所以将储罐区布置在下风头,同时保持与生产区的有效距离。2.物流运输:此区域是物料集中区域,也是与外界交流最多的地方,要求方便快捷,同时又不影响厂区内部物流、人流的流动。所以布置在厂区周边且靠近厂外道路,同时装卸台靠近罐区且靠近厂区外沿,特别是和邻厂的物流沟通。3.原料和产品的储存:由于本项目涉及的物料多,并且量大而具有很强爆炸危险性,所有很有必要将原料和产品分开储存,同时罐区布置时有利于物流运输。所以综合考虑以上因素,原料及产品仓罐区宜布置在厂区西面,并且远离生产核心区域,但靠近邻厂原料的来源地。2.5.4行政办公及生活区此区域是人员最集中的区域,也是人流流动中心,不仅是人员自身活动与生活的场所,也是管理全厂有效生产及贸易交流的地点。主要包含办公区、食堂 、活动中心等,但由于本厂规模有限和节约用地的原则,设计中办公楼集合了多项功能,食堂单独布置。布置时受多种因素影响,其中主要有:1.安全因素:由于生产区在生产过程中和罐区使用中会散发一些有害物质,会对人员产生一定的影响,所以必须远离危险,而挥发物随风向的影响较大,所以只能布置在上风头。2.人流流动:全厂人员都是从行政办公及食堂辐射到其他区域,所以其人流核心位置不容忽视,同时在厂区东面是滨北热电厂和金立纺织的办公区,所以两厂的相互交流十分必要,所有综合考虑只有布置在东北角。2.5.5 检修及消防区检修和消防是保障生产正常和生产安全的基础,主要包括维修车间和消防两部分。维修车间:维修车间在保障生产有序性和安全性方面意义重大,所有在厂区布置时一定要靠近生产区域或者设备集中区域,厂区内生产设备和罐设备是主要需要维护对象,其中生产为首要任务,所以本小组以生产区为主体进行考虑对向。同时又要考虑到人员的工作环境,所有不宜离生产区太近而厂区地形狭长,故将其布置在生产区的东面,并利用生产区的凉水塔将其隔离。消防站:本厂位于滨北工业园区,园区有十分完善的系统,有可供依托的消防站,但考虑到紧急情况下会有一定的时差,防止错失最好抢救时间,所以本厂自备有小型消防站做紧急使用,而消防站的主体服务对象是生产区和储罐区,所以必须布置在靠近两者的区域,以便及时抢救,减少经济损失。2.5.6发展用地与三废处理区从可持续发展的角度出发,本小组对发展用地及三废处理区进行了合理布置。本工业园区内的东南角方向建有园区三废集中处理区,但考虑到园区正在不断地扩建中,园区内建厂数目不断增加,而三废集中处理区的处理能力有限,同时秉承污染在源头处理的理念,本设计小组决定在本厂内设置小型三废处理区 。结合本区域的功能特点和厂区环境,本小组将三废处理区规划在厂区东南角。发展用地:本项目是以滨州裕华化工厂的分厂,用原厂生产的异丁烯来生产甲基丙烯酸甲酯项目。本工艺的目标产品 MMA 在国内有很好的市场前景,出于本厂未来的考虑,为其预留了一片发展用地,结合上述区域的布置方位,和安全的角度考虑,我们布置在厂区北面。2.5.7厂区绿化厂区绿化设计,应根据工厂的总图布置、生产特点、消防安全、环境特征,以及当地的土壤情况、气候条件、植物习性等因素综合考虑,合理布置和选择绿化植物,并且需要满足当地建设要求。2.5.8 厂区绿化布置综合考虑厂区绿化布置的基本准则及本厂实际情况,本厂的绿化主要布置在厂前区和围墙四周。各个区域之间保留一定的安全范围,设立绿化隔离带,并留有草坪绿化区域。绿化植物以椰树,樟树等空气净化植物为主考虑到多风影响,因此较小的树种不适宜选择,柳树等大型乔木还有固土防洪的作用。在办公区内,设有多处花坛草地,有效美化厂区环境,为职工提供了优雅的生活环境;在生产区和生活区之间,设计了浓厚的绿化隔离带,防止生产区的噪音、粉尘等对职工的生活、办公造成影响;主要工艺区和生产区由于相关防火的要求,暂不设定绿化,以免发生突发火灾事故时会干扰消防灭火等。因此,在厂区总平面布局中,结合效益优先和以人为本的理念,在不影响车流、人流、管道布置、交通运输、设备维修、排污和采光的前提下,对厂区进行合理绿化,将生产过程中所带来的污染降至最低,是符合可持续发展的战略需要的。2.6其他布置2.6.1停车场的布置设计规范要求自行车棚应布置在职工存取车方便的地方,车棚面积的大小应根据工厂最大班职工人数以及当地交通运输条件确定,同时厂前区应当设置必要的停车场,满足员工用车停放的需要,在设计中,靠近行政楼紧邻厂区东北侧大门入口处设置一处停车场。2.6.2 厂区出入口的布置设计规范要求厂区的出入口不少于两个,并且将人流和物流分开布置,主要人流出入口设置在工厂主干道通往生活区一侧,主要货流入口应位于靠近运输繁忙的仓储区,并与厂外运输线路连接方便,设计中共设置四个主要入口和一个辅助出入。在各个出入口同时设置门卫室,方便人员及时沟通交流。此外,在工厂的货流出入口均设置了电子汽车称,便于称重,还设有相应电子识别出入系统,安全监控系统等。2.6.3围墙布置设计规范要求建筑为与围墙的间距应大于5米,道路与围墙的距离应大于1米(围墙自墙轴线算起,建筑物、构筑物自最外边轴线算起,道路为城市型时自路面边缘算起)。本厂设计中,工厂的四周在绿林外围设置了围墙,相应设置均符合规范需要。2.7 厂内运输设计2.7.1 厂内运输设计要求运输线路的布置,应符合下列要求:(1)满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求,线路短捷,人流、货流组织合理;(2)划分功能分区,并与区内主要建筑物轴线平行或垂直,宜呈环形布置,使厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统;(3)与竖向设计相协调,有利于场地及道路的雨水排除;(4)与厂外道路连接方便、短捷;(5)建设工程施工道路应与永久性道路相结合。2.7.2本厂运输设计本设计中,厂区内道路总体呈网格状布置;主干道设计宽度为12米(双向两车道),次干道设计宽度为6米(双向两车道)。设计规范要求厂区的出入口不少于2个,人流和货流出入。本厂区共有4个出入口,分别位于厂区西部、东部和东北角,其中东门、南门主要服务人流,西门北门主要服务物流,出入口设有门卫室。专用于货物运输车辆的停车场位于装卸台的北侧,卸货后的车辆可以暂时停在这片停车场内。而专属于行政区的车辆拥有独立的停车场,紧靠东门和周围各生产管理部门,交通极为便利。这样的设计有利于人流与货流的分离。厂内所有的道路最窄处不小于3m,可允许检修车辆的通行及确保消防车能够迅速地抵达失火地点。本厂地面全部达到无土化,地面以水泥和柏油两种组成,可以承受最大载重汽车引起的压力,同时利于清洁。第三章 化工工艺系统3.1设计概述本项目为山东滨州裕华化工厂年产8万吨甲基丙烯酸甲酯项目,利用来自6万吨异丁烯装置的高纯异丁烯和滨州大有开发新能源有限公司的甲醇作为主要工业原料,选择异丁烯氧化酯化法工艺路线,经过MAL的生成和分离,MMA的生成和分离与精制达到生产项目要求。本项目以异丁烯和甲醇和一定空气作为主要生产原料,利用氧化酯化法,实现年产甲基丙烯酸甲酯8万吨,工艺设计包括异丁烯氧化酯化法生产甲基丙烯酸甲酯的技术,其他原料由周围公司提供。工艺包括(几个工段)设备及参数确定,工艺包含括反应器的设计选型,分离设备的设计选型和校核,换热器的设计、校核,输送设备的选用。工艺包括能量集成回收利用网络、物料集成网络。3.1.2装置规模及组成80000t/a甲基丙烯酸甲酯生产装置,其中包括:甲基丙烯醛合成精制、甲基丙烯酸甲酯合成精制二个主要工段及工艺装置界区内公用设施等部分。装置运行时间:8000h/a3.1.3主要原料,辅助原料及燃料表3.1 主要原料,辅助原料及燃料一览表项目名称数量来源运输方式原材料异丁烯6*104t总厂提供管道运输甲醇7.392*104t外购公路运输空气7.6*105m3空压站管道运输辅助原料正己烷6.8*104t外购公路运输工艺软水3.2*105t管网自来水厂Mo12Bi1.6Fe1Co8Ce0.4Cs0.4K0.2Sb0.48Ni0.12Ox外购公路运输燃料燃料气8.65*104m3总厂提供管道运输3.1.4催化剂序号名称型号装填量/t寿命/y1MAL合成催化剂Mo-Bi型4.5122MMA合成催化剂Pd-Pb型4.8623.1.5公用物料及能量表3.3 公用物料及能量一览表公用工程名称单位消耗使用方式来源年耗量电kWh1.86*107连续厂区公用动力站循环冷却水t982.4连续厂区公用冷冻站循环冷冻剂t296.8连续厂区公用冷冻站低压蒸汽t59.19连续厂区公用动力站中压蒸汽t134.56连续厂区公用动力站仪表空气Nm32.6*106连续厂区空压系统3.1.6性能指标表3.4 产品性能指标序号产品产量规格(%)备注1甲基丙烯酸甲酯85000吨99.9主产品3.2工艺技术方案选择3.2.1选择原则选择工艺时,必须遵守以下几条基本原则:1. 工艺必须能够稳定可靠,能够保证装置稳定运行。如果贸然采用过新的工艺进行设计,会导致大量设备、控制等方面的问题,甚至导致装置无法正常运行。因此,在选择工艺时,我们应当首先考虑具有一定应用先例,或是中试已经完成的工艺流程。2. 工艺需要能够实现异丁烯的选择性和较高的转化率。如果仅仅选择性高,转化率较低,则会导致需要大量循环,增加设备费用和操作费用,因此在工艺的选择时,我们需要注意转化率和选择性的平衡。3. 工艺技术方案需要具有环境友好性。工艺流程中应当尽量避免产生大量废水废渣等,至少应当有对于废物妥善处理的工段,使得其不会对环境造成影响。这不仅是企业经济效益和社会责任的体现,也符合“建设生态文明”的精神。4. 合法性工业三废治理必须符合国家法律、法规。5. 先进性先进性主要指技术上的先进性和经济上的合理性,应该选择处理能耗小、效率高、管理方便和处理后得到的产物能与总厂形成闭合路线循环利用,且需要适应环境要求越来越高的变化趋势,选择的工艺需要具有一定前瞻性。6. 可靠性选择的处理工艺必须成熟可靠。工程中采用技术有:成熟技术、成熟技术上的延伸技术、不成熟技术和新技术,应避免采用不成熟技术。 7. 安全性对于具有毒性的污染物,在选择工艺时要有较好的补救措施,要防止污染污染物作为毒物扩散,同时还要考虑劳动保护和消防要求。8. 结合具体级的实际情况在选择工艺时需要考虑企业承受能力,管理和操作水平等各个具体问题。9. 简洁和简单性在选择工艺路线时,要选择一个简单和简洁的吃力工艺,同时需要考虑系统中某一个设备出现问题时,不至于对整个系统造成影响。另外,工艺技术方案最好能够具有较低的能耗和较低的设备投资。能耗是操作费用中较为重要的一部分,降低能耗不仅能够降低操作费用,也符合国家所倡导的清洁生产、高效生产的精神。设备投资则直接关系到建厂时的固定资产投资费用,同样影响装置的经济性。因此,一个优秀的工艺技术方案应当能够兼顾设备投资和操作费用。3.2.2 MMA合成工艺技术方案概述MMA生产工艺按其使用原料的碳数不同,可分为C2路线、C3路线和C4路线。目前这三大路线都有工业化装置。C2路线图3.1 C2合成路线图C2路线以乙烯为原料生产MMA,共有3条路线:丙醛路线、丙酸路线和丙酸甲酯路线。合成路线如下图3.1所示。(1)丙醛路线乙烯先经羰基合成生成丙醛,再与甲醛反应生成甲基丙烯醛(MAL),再氧化成甲基丙烯酸(MAA),再与甲醇酯化生成MMA。该路线由BASF公司开发并实现工业化,在路德维希港建有一套3.6万t/a的装置。该路线共有4个工序:羰基合成、羟醛反应、氧化反应和酯化反应。乙烯羰基合成制丙醛与丙烯生产丁醛类似,丙醛和甲醛在缩合反应器中与二甲胺发生反应,在醋酸存在的条件下生成曼尼希盐。该中间体分解成MAL和二甲胺。MAL氧化生成MAA,MAA冷却后与甲醇在离子交换树脂催化下生成MMA,粗MMA总收率为89%。该路线的经济性取决于低成本、大规模丙醛工艺的实现。目前,该路线因催化剂寿命短,生产不够稳定,BASF无扩能之意。2012年,我国河南煤化集团研究院和中国科学院过程工程研究所共同完成的合成气生产MMA工艺技术项目通过省级科技成果鉴定,并拟建中试装置。据悉,该技术基本路线与BASF路线相似。(2)丙酸线路乙烯先经羰基合成生成丙酸,再与甲醛反应生成MAA,进而与甲醇酯化生成MMA。RTI(ResearchTriangleInstitute)与Eastman和Bechtel工程公司共同开发了这一路线,但还未实现工业化。该路线可与合成气生产进一步整合,以CO为羰基化反应原料,同时以CO/H2生产后续缩合和酯化步骤中需要的甲醇和甲醛原料。该路线共包括3个工序:羰基合成、醛酸缩合和酯化反应。RTI-Eastman-Bechtel给出了一项新的羰基合成方法,以乙烯、CO和H2O为原料,采用卤素稳定的Mo(CO)6均质催化剂,可在低温低压条件下实现一步生产丙酸的过程;丙酸与甲醛在气相固定床中反应,在Nb-Si催化剂作用下生成MAA和水;MAA与甲醇酯化生成MMA。该路线的后两步也可以由一个过程完成。该过程以丙酸、甲醇和氧气为原料,在Nb催化剂作用下生成MMA、MAA、二乙酮及丙酸甲酯。(3)丙酸甲酯线路乙烯经羰基合成及酯化反应生成丙酸甲酯,再与甲醛反应生成MMA。该路线主要由Shell公司开发,其他公司如BASF、Monsanto、SD以及Rohm&Haas(现为Dow全资子公司)也进行了相关研究。Shell将该成果通过ICI转移给璐彩特国际公司。璐彩特经过进一步开发,于2006年将该路线实现了工业化,并于2008年在新加坡裕廊岛建设了一套12万t/a的装置,同时计划在沙特新建一套25万t/a的装置。该工艺流程分两步,第一步乙烯与甲醇、CO反应生成丙酸甲酯,采用的钯基均相羰基化催化剂,具有高活性、高选择性(99.9%)和使用寿命长的特点,反应在温和的条件下进行,对装置的腐蚀性较小,从而减少了建设材料的资金投入。第二步丙酸甲酯与甲醛发生羟醛缩合反应,生成MMA和水,采用专有催化剂,甲基丙酸酯的选择性超过96%,甲醛的选择性超过85%;具有较高的MMA选择性。Alpha工艺摆脱了传统ACH法和异丁烯氧化法的不足,无需酸回收装置,不生成MAA中间产物,工艺条件温和,不使用有毒或有腐蚀性的化学品,因而无需采用特殊的制造材料,维护费用低。C3路线C3路线以C3有机物为原料生产MMA,共有5条路线,分别是传统丙酮腈醇(ACH)路线、MGC-ACH路线、赢创ACH路线、丙烯羰基化路线以及丙炔路线。图3.2 C3合成路线图如图3.2所示。(1)传统丙酮腈醇(ACH)路线1934年,由英国ICI公司推出该路线,并于1937年首先实现工业化。最初的工艺会产生大量的硫酸铵副产物,经过改进,现多采用硫酸循环路线,即正常状态无需硫酸亦无副产品,是至今采用最多的技术路线。该工艺路线分为3个工序:第一步原料丙酮和氢氰酸与氢氧化钠(现多用二乙胺)溶液进入液相搅拌釜反应器生产ACH,反应完成后加入硫酸中和稳定,再精馏提纯;第二步ACH与98%浓硫酸按摩尔比1(1.51.8)进入两段连续搅拌釜反应器,ACH分别与水和硫酸发生水合反应,生成-羟基异丁酰胺(AHIBA)和硫酸根合异丁酰胺(IBAS),IBAS发生分子内转位重排后生成甲基丙烯酰胺硫酸盐(MAS),混合物料再次加热后与甲醇混合进入两级串联酯化釜,生成MMA、氨和硫酸氢铵,MMA收率(摩尔分数)达到99%;而后,MMA经过酸性汽提回收硫酸,甲醇回收以及萃取精馏提纯后出成品。该工艺的特点是有效利用了化工副产物氢氰酸,且MMA收率高。但该工艺装置必须采用耐酸设备,且原料氢氰酸具有剧毒,生产过程要严格控制。(2)MGC-ACH路线三菱瓦斯化学(MGC)独家开发的改进型ACH法,于1994年建成6000t/a试验装置,1997年在日本新泻建成其工业化的5万t/a装置。该路线共有4个步骤。第一步,与传统ACH法一样丙酮与氢氰酸反应生成ACH。第二步,ACH在Mn催化剂作用下水合生成-羟基异丁酰胺(AHIBA)。第三步,AHIBA与甲酸甲酯在甲醇钠催化作用下酯交换生产-甲基羟基异丁酸(MAHIB)和甲酰胺,甲酰胺分解为氢氰酸和水,氢氰酸循环使用,MAHIB进入下一步。这一步AHIBA也可以与甲醇而非甲酸甲酯完成酯交换反应。该法最早由Rhm公司(已并入Degussa)于1970年代开发。在MGC的专利中,AHIBA在催化剂四异丙醇钛作用下与甲醇发生酯交换反应,AHIBA转化率可提高30%,释放的氨去氢氰酸制备装置。这种方法氨气移出容易、反应转化率高,氮以氨的形式循环,降低了苛刻度。第四步,MAHIB在Na/Al催化剂、pH9条件下气相水解为MMA。该路线,特别是氨气循环路线,可满足HCN供应不足和废气排放限制的要求。但该路线MMA总收率低、工艺流程长、投资高、能耗高,在一定程度上制约了该路线的进一步推广应用。(3)赢创ACH路线赢创工业集团(Evonik)于2005年开发一种新的ACH路线AveneerR工艺,并于2007年建成中试装置。该路线以氨、丙酮、甲醇和甲烷为原料,不需要硫酸,氮以氨的形式循环至ACH生产装置,反应条件温和,目前还没有获得具体的流程说明,其最大的特点是可同时生产MMA和甲基丙烯酸(MAA)。这两种产品的比例可以在很宽的范围内调整,具有高度的灵活性,收率可达95%,资源利用率更高。丙烯羰基化路线。该路线以丙烯为原料,通过异丁酸生产MMA,主要由Atochem和Rhm公司开发的。该路线一度被认为是ACH路线和异丁烯路线的有力替代路线。但到目前为止,该路线还没有实现工业化,也不是开发热点。该路线共有3个步骤:第一步,丙烯与CO、氢氟酸(HF)发生Gattermann-Koch反应,生成异丁氟化物(IBF),再与H2O反应生成异丁酸和HF,丙烯转化率为96.8%,异丁烯选择性(摩尔分数)70%。第二步异丁烯氧化脱水生成MAA,以Mo-P-V或Fe-P的混合氧化物为催化剂,IBA转化率可达99.8%,MAA选择性(摩尔分数)为74%;第三步MAA与甲醇酯化生成MMA。(4)丙炔路线丙炔可与CO和甲醇发生羰基甲氧基化反应,一步生产MMA。Shell公司成功开发了该过程,其关键催化剂由Pd(II)、可取代的有机磷配位体、强酸和叔胺组成,丙炔转化率可达99%,MMA选择性(摩尔分数)超过99.8%。原料丙炔来自于乙烯生产中的副产C3馏分,以石脑油为裂解原料时,丙炔含量约为乙烯量的3%。该路线具有工艺简单、投资低、产品纯度高、副产品少等优点,因而得到广泛关注。但其丙炔消耗量很大,生产1吨MMA需要0.4吨丙炔。因此,充足稳定的丙炔供应是该工艺能否实现的关键因素,也成为该路线推广的一大障碍。C4路线图3.3 C4路线流程图自1982年,包括旭化成、三井-可乐丽、三菱丽阳以及日本甲基丙烯酸单体公司等多家日本公司相继研发出以C4有机物为原料生产MMA的工艺,原料包括异丁烯(IBi-C4)、叔丁醇(TBA)和异丁烷。C4路线以C4有机物为原料生产MMA,共有4条路线:异丁烯/叔丁醇(i-C4/TBA)氨氧化法(甲基丙烯腈法,MAN法)、异丁烯/叔丁醇两步气相直接氧化法、异丁烯/叔丁醇一步氧化法和异丁烯/叔丁醇氧化酯化法及异丁烷氧化法。如图3.3所示。(1)异丁烯/叔丁醇(i-C4/TBA)氨氧化法(甲基丙烯腈法,MAN法)异丁烯/叔丁醇氨氧化法又叫甲基丙烯腈法,由日本旭化成于1984年开发成功。该路线以异丁烯/叔丁醇为原料,与氨、氧气进行氨氧化反应生成MAN,然后与硫酸水合、与甲醇酯化生成MMA。该工艺虽然不使用剧毒的HCN,但是仍然存在废酸的处理问题,此外MMA的收率也不如直接氧化法高,后来旭化成于1999年将装置改造成了直接甲基化工艺生产MMA。不过MAN法的最新工艺是利用生物酶的催化作用使MAN水解,生成MAA,然后再与甲醇酯化生成MAA。第一步转化率最高达100,但由于成本相对较高,目前还没有规模化生产。()异丁烯/叔丁醇两步气相直接氧化法日本触媒化学公司和三菱人造丝 (现三菱丽阳) 分别开发出异丁烯/叔丁醇直接氧化三步法工艺, 日本触媒化学公司用异丁烯气相氧化法生产MMA 的 1.5 万 t/a 装置于 1982 年投产。 翌年, 日本三菱人造丝公司以叔丁醇为原料投产 MMA, 装置规模为 4 万 t/a。工艺过程如下:第一步,异丁烯/叔丁醇在Mo-Bi催化剂作用下与空气发生气相氧化反应生成MAL,异丁烯转化率超过95%,MAL选择性(摩尔分数)在80%以上;第二步MAL氧化制MAA反应采用磷钼催化剂,并添加碱金属以增加催化剂热稳定性、调节活性及增加表面积,经过多段氧化反应,MAL转化率可达98%;第三步MAA酯化生成MMA,MAA的酯化反应可为液相反应,也可以是气相反应。液相反应主要有三种:一种是MAL与过量甲醇在硫酸存在下反应,MMA收率在8090%;第二种是采用多套强酸离子交换树脂和精馏塔,可实现MAA的高转化率和低甲醇/MAA进料比;第三种,酯化反应发生在有机溶剂中,MAA无需从萃取溶剂中分离,但该过程需要大型反应器。气相反应则采用杂多酸(如Mo-P)为催化剂,MAA转化率和MMA收率均超过98%,而因其甲醇/MAA进料摩尔比高达41,大量甲醇需要循环。直接氧化法避免使用剧毒原料氢氰酸,也避免了废酸生成,但不足之处是流程长、综合收率较低,因此研究更多的转向同宗同源的两段法。(1) 异丁烯/叔丁醇一步氧化法异丁烯一步氧化制备MAA,再酯化为MMA。该工艺工序大为简化,成本也大大降低,但是尚未实现工业化。关键在于找到一种高效催化剂能够使异丁烯一步氧化合成MAA。一旦突破催化剂技术,则是一项开创性的工作,具有非常可观的经济效益。有报道称日本已在异丁烯一步氧化制MMA 上取得重大进展,这无疑给该条路线带来极大的发展机遇。(2) 异丁烯/叔丁醇氧化酯化法。MAL用甲醇与氧气进行氧化酯化反应,直接制得MMA。该工艺共两个工序。第一个工序是将异丁烯、空气和蒸汽送入转换器,加热生成MAL。第二个工序,MAL溶解在过量甲醇中,与气态氧在负载Pd或Pb的固体催化剂下进行氧化酯化反应,最终得到MMA。目前旭化成公司采用该工艺的装置生产能力为10万t/a。该工艺不经过MAA,流程简单、比直接氧化法的MMA收率高,但缺点是采用价格昂贵的贵金属催化剂,初期投资费用较高。此外,虽然与MMA沸点相近的甲基丙烯酸副产减少,但回收过剩甲醇又使公用工程费用有所上升。3.2.3 MMA合成方案选择C2路线是一种在国外技术成熟并且具有良好前景的生产路线,MMA的收率能达到89%,选择性高达95%。而由于该路线原料乙烯在我国严重紧缺,生产工艺技术被BASF公司垄断,因此在我国实现工业化具有困难。C3路线是传统且成熟的甲基丙烯酸甲酯合成工艺,近年来原料之一的HCN因为剧毒性受国家政策限制,并且由于工艺过程中大量使用的H2SO4产生硫酸氢铵副产物,对环境污染严重。C3工艺较其他方法工艺更加成熟,前期投资最少。最终甲基丙烯酸甲酯的转化率接近90%。但是在对环保愈发重视的潮流下,C3路线必定面临着大的改革。C4异丁烯法是一种新兴的甲基丙烯酸甲酯(MMA)合成工艺,其拥有反应原料来源广泛、绿色环保等优点,但其发展受限于现有催化剂的低选择性和贵金属Pd的使用所导致的不经济性,虽然近年来有诸多学者研究的催化剂提高了反应的转化率,但其贵金属的使用使其一段时间内受限,无法扩大工业化。总的来说,在化工行业的大趋势下,传统ACH法将被新ACH法代替。虽然异丁烯法前期投资较大,但是总生产成本差距并不大。异丁烯法是目前生产高附加值MMA比较优异的工艺,原料廉价、无污染,是一条清洁路线,日益受到人们重视,随着我国多套的千万吨炼油、百万吨乙烯的项目建成,以及煤化工MTO的建成,裂解C4资源会极其丰富,异丁烯氧化法生产MMA的优势已逐步体现。而氧化酯化法较直接氧化法又具有流程简短,能耗更低分优势,大大的降低了投资成本。综合考虑在原料消耗、转化率、选择性、技术成熟度、投资成本与发展前景,现阶段氧化酯化法具有较大的优势,故本项目采用异丁烯氧化酯化法工艺作为新建甲基丙烯酸甲酯生产项目的生产工艺路线。3.2.4 全厂总工艺路线本工艺包括MAL合成分离工段和MMA合成分离工段两个工段。MAL合成工段主要是将异丁烯和空气反应进行氧化反应生成MAL。接着将反应器出口的混合物,经过排气,甲醇共沸精馏脱水,脱去99.6%的水,得到MAL与甲醛混合物。MMA合成工段主要是将上一工段最后的混合物加入过量甲醇,与空气反应生成最终产物MMA。接着主要是将合成部分生成的混合物经过冷凝,排气,通过水和正己烷双溶剂萃取工段后部分实现甲醇、水和正己烷、MMA的分离。正己烷和MMA通过普通精馏实现分离,正己烷循环回用。甲醇和水通过普通精馏实现分离后分别进行循环。3.3工艺流程详叙3.3.1甲基丙烯醛合成分离工段来自上游异丁烯装置的异丁烯与空气(79%N2,21O2),水蒸气经过压缩机鼓入混合器,混合比例V异丁烯:V水蒸气:V空气=6:6:88。通过换热器后预热到160,进入列管式固定床反应器进行氧化反应。反应使温度达到380,压力0.1MPa,使用催化剂Mo12Bi1.6Fe1Co8Ce0.4Cs0.4K0.2Sb0.48Ni0.12Ox ,异丁烯转化率97.31%,MAL选择性92.34%。反应出料包含大量未反应空气和生成物MAL、水等,经过换热进入分离阶段。首先水洗塔除去大量空气、未反应异丁烯及反应产物CO、CO2,液体从塔底排除进入脱水塔,由甲醇作共沸剂精馏将MAL与甲醇共沸物从塔顶蒸出,进入下一工段。水分离率99.6%,分离得到的水可重新回收至水洗塔中用于排气,实现循环利用。3.3.2甲基丙烯酸甲酯合成分离工段 甲醇与MAL共沸物与空气及过量甲醇进入浆态床反应器,摩尔比75:1。甲醇作为液相环境,空气作为搅拌,在压力0.04MPa温度50环境下进行反应。使用Pd5Bi2Pb1Fe1/CaCO3催化剂,MAL转化率99.4%,MMA选择性95.7%。反应出料经冷凝增压,回复常压液相。经气液分离器排出剩余空气,液相进入萃取塔。采用水相和有机相双溶剂萃取,水相从塔顶进料,向下萃取出甲醇。正己烷从塔釜进料,向上塔顶得到MMA-正己烷溶液。MMA-正己烷溶液普通精馏分离,塔顶得产品MMA,塔底正己烷循环回萃取塔再利用。甲醇-水溶液普通精馏分离,塔顶采出甲醇,塔底图3.4 项目生产流程总图采出水,分别进入各自循环系统。 3.3.3甲基丙烯醛合成工段论证(1)反应概述该项目反应是异丁烯与氧气反应制备甲基丙烯醛。(2)反应机理该反应对于异丁烯为平行反应,主反应为异丁烯和空气在MoBi复杂催化剂下生成甲基丙烯醛。副反应为部分异丁烯和空气发生反应生成乙醛副产物,各步反应速率不同。具体反应方程如下:主反应生成MAL: 副反应生成CO及CO2: 异丁烯催化氧化反应机理:反应动力学方程:以1/T为横坐标,lnk为纵坐标作图,则直线的截距为lnA,斜率为-E/R,计算即可得反应指前因子A和反应活化能E。最终得到该反应的动力学方程为:其中A :指前因子;CIB :异丁烯浓度 ;E :反应活化能;(3) 催化剂选用论证目前,一些主要MAL的制备工艺一般采用Pd系、Mo系、Bi系以及Er系催化剂。以收率为目标,对组成为Mo12Bi1.6Fe1Co8Ce0.4Cs0.4K0.2Sb0.48Ni0.12Ox的催化剂,在实验范围内它的最优制备条件为,在搅拌速度80rev/min,将硝酸盐的硝酸溶液添加到钼酸铵中的添加方式,焙烧温度 500。在异丁烯:H2O:空气=6:6:88,和 380条件下,异丁烯转化率 97.31%,甲基丙烯醛选择性92.34%。(4)水蒸汽添加论证在反应的原料气中加入水蒸气,考察了反应气氛的变化对催化剂活性的影响。图 3.5和图 3.6分别是水蒸气比例对异丁烯转化率和 MAL 选择性的影响。原料气中加入水蒸气(摩尔比)以后,催化剂对异丁烯的转化率和对甲基丙烯醛的选择性比没有加入水蒸气时有明显提高。这可能是因为水蒸气的存在促进了异丁烯的吸附,其所吸附异丁烯的浓度比没有加水蒸气时的浓度大得多,水蒸气的存在还促进了催化剂表面生成物的脱附,因此异丁烯的转化率提高。加水后产物的选择性明显提高主要是由于一方面水蒸气的热容较大,加入水蒸气避免了催化剂表面的局部过热,从而减少了过氧化等副反应的发生;另一方面在反应的原料气中加入水蒸气后可以使催化剂表面有效的脱氢中心和供O中心变得稀疏,从而抑止 CC 键的断裂及结焦。图3.5水蒸气比例对异丁烯转化率的影响图3.6 水蒸气比例对MAL选择性的影响3.3.4甲基丙烯酸甲酯合成工段论证(1) 反应概述该项目反应是MAL与甲醇和氧气反应制备甲基丙烯酸甲酯。本工段研究吸收塔塔底为含有甲醇的MAL溶液经泵输送至MMA合成反应器中,在催化剂和空气作用下进行酯化反应生成MMA和少量的气体杂质,其中气体杂质同未反应的空气送至火炬系统中。实验结果表明:当反应温度50、氧气流速6 mL/min、甲醇与甲基丙烯醛的摩尔比75、催化剂在反应物中含量2.4%、反应时间60 min时,MAL的转化率可达99.4%, MMA的选择性为95.7%。(2)反应机理主反应为MAL和氧气与甲醇在Pd5PbFe/CaCO3复杂催化剂下生成甲基丙烯酸甲酯。副反应为部分MAL和空气发生反应生成甲基丙烯酸副产物,各步反应速率不同。具体反应方程如下:主反应生成MMA:主反应:MAL+0.5O2+CH3OH MMA+H2O副反生成MAA:副反应:MAL + 0.5O2 MAAMAL氧化催化剂以Pd体系有较好的活性和选择性,工业上具有广泛发展的前景。MAL氧化酯化制备MMA的本征反应动力学方程可用指数形式表达如下:式中:r :反应速率,molL-1h-1K:反应速率常数A:MAL 的反应级数b : MeOH 的反应级数C:O2 的反应级数由于该反应在恒温、恒压、氧气流速不变的条件下进行的,并且O2在反应液中连续供应,可以认为在反应过程中近似为一常数。因此可以简化为:即为:式中x: MAL 转化率 :MAL的初始浓度,mol/L:MeOH的初始浓度,mol/L反应速率常数 k 也可用下式表示:k0:指前因子Ea :反应的活化能,Jmol-1R :摩尔气体常数,Jmol-1k-1最终可得到: E a = 7.24 KJ / mol , k 0 = 0.1727反应速率方程为:(3)催化剂选用论证目前,MMA合成方法中多采用在Pd金属催化剂中添加Pb来提高反应的选择性,而当反应体系中水分含量低于3.5%时,可以防止催化剂活性降低,抑制副产物MAA的生成。此时酯化用的甲醇可循环使用。有代表性的催化剂如下表所示:表3.5 MAL氧化酯化催化剂由表可知MAL氧化酯化的反应温度一般在70一80;碱性条件下(pH=10.0左右)催化剂催化效能高,MAL的转化率和MMA的选择性均比在酸性条件下(pH=5.06.0)要高。所以最后选择催化剂Pd5PbFe/CaCO3,反应温度为70,压力为0.3MPa。第二段反应采用的主催化剂为金属Pd,通过添加Pb,iB,Fe,Zn,Ba,Co,Cu金属元素提高稳定性,载体为CaCO3、ZnO或SiO2-Al2O3-MgO,并对所制备的催化剂进行比较研究。添加Pb可提高选择性,当反应体系中水分含量低于3.5%时,可以防止催化剂活性降低,抑制副产物甲基丙烯酸的生成,酯化用的甲醇还可循环使用。主要研究了反应中原料的摩尔比、反应温度及催化剂的组成对MAL转化率和生成MMA选择性的影响,并对催化剂进行了表征。随着副产物分离技术的发展,有望建立一条经济合理的工艺路线。在其中加入稀土来改变催化剂的组成和结构,调变催化剂的性能。在Pd5Pb1Fe1,催化剂中添加Ln后既提高了MAL的转化率,也提高了生成MMA的选择性。3.4工艺创新3.4.1浆态床反应器浆态床反应器是化工工业中一个很重要的装置,这种反应器主要特点有:浆态床反应器其外壳为以圆筒,内部设有移出热量的蒸汽盘管,整体构造十分简单,而且内部没有活动的构件,热量传递性能也十分突出,物料的温度易于控制,操作运行过程也很简单,又由于其内部有大量的高热容量浆液可以参与热量传递和换热过程,能够适应在各种具有高强放热特性的反应,并且催化剂颗粒减少了磨损和堵塞的情况出现,相比于列管式固定床反应器,浆态床反应器在反应器尺寸、生产能力、操作压力诸多方面并不存在限制,而且具有压降低,传热和温度控制特性较好,产品分布也比较容易控制,容易被放大,可以在线更换催化剂以及改善催化剂的经济性和失活比例。MMA氧化酯化合成处于一个过量甲醇的液相环境,有大量空气作为氧化剂通入,以及固体催化剂颗粒的催化,是一个标准的三相反应。采用浆态床反应器,强化了传质与传热,有助于反应器移除反应热维持50的温度,防止MMA的聚合;反应器无机械搅拌构件,增加了设备的一体性与密闭性,有利于0.04MPa的真空反应条件,同时减少了催化剂与搅拌装置接触的磨损。3.4.2双溶剂萃取工艺MMA反应产物液相流股体系为非均相共沸体系,同时存在有机相和水相。根据萃取剂的种类与共沸物的特殊物化性质,可选择水相萃取或有机相萃取进行分。.通过AspenPlus模拟获得了MMA-MeOH-H2O体系相图,见图3.7。MMA与水部分互溶,同时由于MMA生产过程中存在大量水,为避免外来组分影响产品质量,可选择水相萃取分离流程。正己烷常温下与甲醇部分互溶,但与水不溶,且对MMA溶解良好,因此选择正己烷设计有机萃取分离流程。在此基础上,采用水-正己烷双溶剂进行MMA萃取分离,设计双溶剂萃取分离流程。水萃取的甲醇纯度为62.6wt%,未达到99.0wt%的分离要求.这是由于水与MMA有一定的互溶性,甲醇存在会增加萃取塔塔底水相中MMA的溶解度,导致以水为萃取剂时甲醇回收塔塔顶得到的产品为MMA-甲醇共沸物,甲醇纯度不达标。正己烷萃取工艺的甲醇回收率偏低,为55.4wt%。这是由于正己烷与甲醇有一定的互溶性,导致部分甲醇进入有机相,未能被完全回收。两种工艺都不能满足需求。双溶剂萃取工艺可同时满足MMA和甲醇的产品质量要求,且产品收率高,这是由于水的疏油性、正己烷的亲油性使双溶剂萃取时形成协同效应,极易促进 MMA 远离水相进入油相。图3.7 MMA-MeOH-H2O体系三元相图第四章 产品营销4.1产品销售消费者和生产者都是市场的主体,在市场经济体制下,只有维持两者供需关系平衡,才能产生一个动态稳定的市场环境,但由于信息交流、竞争关系等各方面因素,导致市场是多变的,但在不同行业中,其变化的快慢和变化的幅度并不相同,往往与企业性质和销售环境等方面有关。对于化工行业具有投资大、规模大、建设期长、回收年限长、市场变化缓慢、受产业链影响大等特点。所以对于产品的生产与销售有很大的影响,据此,我们对本厂进行产品营销分析。4.1.1营销理念环保、节能、务实、创新是本厂的口号,当代化工厂不只是要能生产出符合大众消费的产品,更要将可持续发展的概念融入到生产管理以及产品销售中。4.1.2质量保证一个企业要在市场竞争中立于不败之地,优良的产品品质是非常重要的,因此在产品的生产过程中要按照既定的生产方案进行,并且分析化验人员要严格执行分析化验标准,以确保本厂出厂产品符合规范。4.1.3品牌提升品牌提升策略,就是把品牌的宣传推介与企业的建设同步,以形成一种长期稳定而协调发展的具有战略性的工作。通过战略性的推进,改善和提高品牌的各项要素,如品牌的功能、品牌的创新点、品牌的优势、品牌与同类产品的不同之处等,通过各种形式的宣传,提高品牌知名度和美誉度。提升品牌战略,既要求量,同时更要求质。求量,即不断地提高品牌宣传力度;求质,即不断地提高品牌的美誉度。4.1.4营销优势针对原料来源,产品销售市场,交通运输条件等影响因素,选择合理的厂址是降低生产成本的一个很重要方面;调整工艺参数,合理优化工艺流程是实现厂区节能降耗的关键所在;考虑到设备的使用安全和使用年限问题,在允许范围内制定合理的生产产量,是决定企业一年获益多少的先决条件;在保证获利的情况下,根据市场行情制定适当的产品价格,在保质保量的情况下,打好价格战,这是本厂在竞争中的优势,以尽量低的成本,获得更大的回报。多层次营销是一种超过三层佣金支付方式的销售结构,越来越受到各国的重视。从理论上讲它是最能调动人积极性的销售模式。多层次营销的魅力在于,通过层层努力,使企业的队伍越来越强大,这支队伍,就是企业的宝贵资产,只要组织管理好这支队伍,既能带经济效益又能带来更多的社会效益。4.1.5线上营销联网不受时空的限制,可以轻松地完成跨地域性的营销,节约销售渠道的大量人力、物力投入。通过公司自建的网站销售平台,顾客可以从容、全面地介绍公司和产品,让客户更为直观地进行比对,有利于突出企业的优势。在互联网上日益深化的商业化过程中,域名作为企业组织的标识作用日显突出,虽然目前还不能从中获取商业利润,但越来越多企业纷纷注册上网。域名的商业作用和识别功能已引起注重战略发展企业的重视,所以本厂将在网上注册公司的网站,虽然在专业化工网站进行注册可以吸引行业内的客户,但它的影响力和覆盖面都是有限的。百度推广是一种按效果付费的网络推广方式,用少量的投入就可以给企业带来大量的潜在客户,有效提升企业销售额和品牌知名度。它按照给企业带来的潜在客户的访问数量计费,企业可以灵活控制网络推广投入,获得最大回报。因此本厂还需借助百度推广平台来推广产品。除此之外,考虑到本厂产品的海外营销,我们还需借助B2B电子商务平台。目前国内比较出名的是连续五年被评为全球最大B2B网站的阿里巴巴,故本厂借助阿里巴巴网上贸易平台,将进一步扩大产品市场,并与国际市场接轨,更好地完成产品销售。第五章 控制系统及仪表设计5.1工厂简况及控制系统概述本项目为山东滨州裕华化工厂8万吨/年甲基丙烯酸甲酯生产项目,为连续生产、高投资运行的化工项目,应配置可靠、先进的控制设备。选择的控制系统除满足以上要求之外,还应从高纯度MMA生产规模、系统投入、系统性能及实用性等多方位考虑。目前的工业自动控制系统主要由DCS(分布式控制系统)、PLC(可编程逻辑控制器)、FCS(现场总线控制系统)。 DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物,通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站,通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。该集成工厂所有的工艺装置和大部分公用工程、辅助设施等,均采用DCS控制系统进行过程控制和检测,实现分布式集中操作,并建立全厂实时数据库,为全厂计算机信息管理和生产调度建立基础。为了实现化工生产过程自动化,一般要包括自动检测系统、信号连锁系统、自动操纵系统和自动控制系统等方面的内容。5.2自动化内容5.2.1自动检测系统利用各种检测仪表(如热电偶、热电阻、压力传感器等)自动连续地对主要工艺参数(如温度、压力、流量、液位等)进行测量,并将测量结果用仪表(如动圈仪表、电子电位差计等)指示记录下来供操作人员观察、分析或将测量到的“信息”传送给控制系统,作为自动控制的依据。5.2.2信号联锁装置生产过程中,有时由于一些偶然因素的影响,导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常状况时,就有引起事故的可能。为此,常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参数超过了允许范围,在事故即将发生以前,信号系统就自动地发出声光信号,告诫操作人员注意,并及时采取措施。如工况已达到危险状态时,联锁系统立即自动采取紧急措施,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车,以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。5.2.3自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。5.2.4自动控制系统生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工生产,大多数是连续性生产,各设备相互关联着,当其中某一设备的工艺条件发生变化时,都可能引起其他设备中某些参数的波动,偏离了正常的工艺条件,为此,就需要用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地控制而回到规定的数值范围内,为此目的而设置的系统就是自动控制系统。控制系统主要由四个部分组成,即被控对象、测量元件和变送器、控制器和执行器。图5.1 控制系统组成自动控制系统的几个常用术语:.被控对象:需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象,简称对象。.被控变量:对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的物理量称为被控变量。.控制变量(操纵变量):受执行器控制,以使被控变量保持一定数值的物料或能量称控制变量或操纵变量。 .干扰(扰动):除控制变量(操纵变量)以外,作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。.设(给)定值 :工艺规定被控变量所要保持的数值。.偏差 :给定值与被控变量的实际值之差称为偏差。图5.2 自动控制系统方块图自动控制系统中一般用方块图来表示控制系统的组成。每个方块都代表一个具体的装置,表示组成系统的一个环节。两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系,而不是物料联系。自动控制系统的各个组成部分在信号传递关系上都形成一个闭合环路(闭环控制系统)。(1)被控对象 自动控制系统中,工艺变量需要控制的生产设备或机器成为被控对象,简称对象。在化工生产中,各种塔器、反应器、泵、压缩机以及各种容器、贮罐、贮槽,甚至一段输送流体的管道或者复杂塔器的某一部分都可以是被控对象。(2)测量元件与变送器 测量需控制的工艺参数并将其转化为一种特定信号(电流信号或气压信号)的一起,在自动控制系统中起着“眼睛”的作用。(3)自动控制器 它接受变送器送来的信号,与工艺参数给定值信号进行比较,得到偏差信号;根据这个偏差的大小按一定的运算规律计算出控制信号,然后将此控制信号传送给执行器。(4)执行器 接受控制器送来的信号,自动地改变阀门的开度,从而改变输送给被控对象的能量或物料量。最常用的执行器是气动薄膜调节阀。5.3仪表基本类型及选型5.3.1化工过程中基本的仪表类型化工测量仪表主要有有温度、压力、流量和物位测量仪表。 (1)温度测量仪表温度测量仪表有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、热电偶等接触式仪表,也有光学、光电和辐射高温计之类的非接触式仪表。 (2)压力测量仪表 压力测量仪表有液柱式压力表、普通弹簧管式压力表、专用弹簧管式压力表(氨、氧气、氦气、乙炔等气体用)、膜片式压力表、特种压力表(耐酸、耐高温等)。 (3)流量测量仪表 流量测量仪表分为质量流量计和体积流量计。主要有转子式(经常使用的有玻璃转子流量计)和容积式等。 (4)物位测量仪表 物位测量仪表按所使用的物理原理可分为直读式物位仪表、差压式物位仪表(包括压力式)、浮力式物位仪表、电测式(电阻式,电容式与电感式)物位仪表、超声式物位仪表、核辐射式物位仪表等。(5)分析仪表根据工艺要求,采用不同的分析仪表对介质进行在线连续分析,如红外线气体分析仪、磁压式氧分析器、气相色谱仪、pH计、电导仪等自动在线分析仪表,气体分析仪设置在界区内防爆分析小屋内。5.3.2仪表选择原则仪表是自动控制系统的重要组成部分,关系到自动控制系统的控制精度和稳定性,本项目对仪表进行选型时参照的标准如下: (1)现场仪表是采集工艺参数的主要工具,是确保自动控制系统正常运行和科学管理的重要基础保证,因此应选用符合工艺控制精度、灵敏度要求的高性能智能型仪表;(2)为节约人力成本,减少维护强度,应选用高稳定性、免维护或低者维护的智能仪表;(3)现场变送器须选择带现场显示的,以方便现场检修;(4)仪表的选择应考虑环境的适应性。特别是传感器如直接与物料、反应液接触,很容易腐蚀和结垢。因此应尽量选择非接触式的、无阻塞隔膜式、电磁式和可清洗式的传感器(如超声波、电磁式等); (5)尽量选用不断流拆卸式和维护周期较长的仪表,方便维护管理;(6)为降低成本,在满足生产方面的要求的前提下,优先选用节能型产品。(7)在有易燃易爆物质存在的特殊场合,应严格按照有关标准,选择具有防爆性能的产品;5.3.3仪表电源装置控制室的仪表电源为380VAC10%,501Hz交流电源。其电源为两路自动切换的独立供电回路,分别取自不同的电气低压母线段。装置控制室设置不间断电源(UPS)。蓄电池后备时间为30分钟,由UPS对仪表设备供电。辅助装置仪表电源1HVAC10%,501Hz单回路交流电源,取自电气独立供应回路。5.3.4仪表气源仪表空气质量符合仪表供气设计规定(HG/T 20710-2000)的有关要求。仪表空气的露点比工作环境、历史上年(季)极端最低温度至少低10度,含尘粒径不应大于3mm,油分含量应控制在8ppm(重量)以下。仪表气源引自氮氧站。运至用气装置的仪表气源压力不低于0.6MPa(G)。5.4控制方案仔细研究了本工艺的反应条件及工艺要求后,设计了与本工艺相对应的自控方案。考虑到常规单回路反馈控制策略(即PID控制)已在工业现场广泛应用,PID的调节也相对简单,易于让工程师和现场操作人员接受,本工艺过程大部分的控制回路都采用常规单回路PID控制。本工艺由MAL合成精制工段、MMA合成分离工段两个工段组成。为提高过程的动态性能,对于特殊的工序,也采用了一些相对复杂的控制策略,具体如下:单闭环比值控制、前馈-反馈控制、简单均匀控制、分程控制。在本工艺的反应体系中以再沸器为例,被控变量为换热器的出口温度,进料流量为主要干扰,因此该控制系统是一个以进料温度为前馈控制量,出口温度为反馈量的前馈-反馈控制系统。考虑到本工艺流程的多个设备之间存在“承上启下”的现象,各个设备前后联系紧密,前一设备的出料,往往是后一设备的进料,各设备的操作相互关联,相互影响。例如T0201塔的塔底出料就是T0204塔的进料,为了保证塔器的正常运行,要求进入塔的流量变换平缓,同时要求塔釜液位稳定。如果对前面精馏塔采取液位控制,对后面塔采取流量控制,其调节参数都是塔底出料,显然,这两个控制系统工作时是有矛盾的。为了解决前后两塔供求之间的矛盾,本项目采用了均匀控制采用自动调节来模拟中间贮罐的缓冲作用,力图使液位和流量能均匀地变化,本项目采用了简单均匀控制方案。在能量集成方面,本项目采用了三通阀的分流调节,通过调整热交换物料和旁路物料的流量比例,达到控制工艺物料温度和节约能量的目的。5.4.1泵的基本控制方案(1)为了保证维修和开车需要,泵的出口和入口均需设置切断阀,一般采用闸阀,此阀适用于各种介质的切断,流体流经阀门时,不改变介质流量,阻力小。(2)为了防止离心泵未启动时物料的倒流,在泵的出口和第一个切断阀之间,应安装止回阀,且止回阀在靠近出口处安装。(3)在泵的出口处应安装压力表,压力表离泵越近越好,一边观察其工作压力。(4)泵出口管线的管径一般与泵的管口一致或者放大一档,以减少阻力。(5)在泵吸入侧、入口切断阀后、入泵前设置一个Y型过滤器,防止杂物进入泵体。(6)泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀,并将排出物送往合适的排放系统。(7)根据具体情况补加辅助管线,如密封、冲洗、冷却、平衡、保温、防凝等管线。(8)在泵的控制过程中,它的实际工况点应该处在高效区,并且要注意泵的转速控制,避免出现气蚀现象。5.4.2压缩机的基本控制方案压缩机按其工作原理分为两大类:容积型和速度型。容积型压缩机通常有活塞式、螺杆式、水环式;速度型压缩机通常有离心式、轴流式。对于本项目来说,主要使用的压缩机为往复活塞式,故该节主要讲述往复活塞式压缩机的控制方案。工艺进气管:(1)压缩机进气管道要短,弯头要少,弯曲半径宜大,一般大于3倍的管道直径。(2)每台压缩机进气管道上都应设置临时过滤器,通常采用锥形过滤器,过滤面积取大于管道截面积的的2倍,滤网一般为10-30目。管道过滤器应靠近压缩机入口管道处,尽量设置水平管道上便于安装)操作的位置,不宜设在介质自上而下的垂直管道上。(3)压缩机进气管道上设置人孔或可拆短管,用于开机前安装过滤器和清扫管道。(4)进气管直径与压缩机吸入管口不符时,应采用过渡异径管连接,异径管常用底平偏心异径管,严禁采用异径法兰连接。(5)进气管道应设置切断阀,一般为闸阀。(6)压缩机入口设置排气防空管,排气阀应设置快速开)关的切断阀,常用球阀。(7)可燃、易爆或有毒气体压缩机进气管道上设有开停车使用的惰性气体接管口。惰性气体入管口设在压缩机进气切断阀下游,靠近阀门布置以减少死角。置换气体排入排气防空总管。(8)易产生冷凝液的管道应采用伴热管保温。(9)为防止复活塞式压缩机吸入管的喘动,应设有出气管返回进气管的回路。(10)进气管应避免突然缩小管径。工艺排出气管:(1)复活塞式压缩机工艺排出气管道上应设置止回阀,止回阀应设在切断阀上游。(2)在出口阀关闭状态启动压缩机,以及在压缩机正常运行中误操作,关闭出口阀们都会引起压缩机和管道超压。为保护压缩机,出口切断阀上游应设置安全阀,安全阀靠经出口阀设置。当压缩气体为可燃气体时,安全阀设置在出口止回阀上游,安全阀出口管道排放至安全系统,安全阀的排放管不得低于系统的最低点,以防存液而影响安全阀的动作。(3)为防止复活塞式压缩机的喘振,在出口阀上游设置抗喘振回流管。空气压缩机抗喘振管不必返回压缩机入口,应直接放空,放空管至高出房顶,顶端设放空消声器。(4)工艺气体抗喘振回流管的返回气体需经冷却后接至压缩机工艺进气管道上,在回流管道上设置控制阀组。(5)采用大循环方式的回流管道上的控制阀组宜靠近冷却器布置,以缩短管道,减少控制阀组的压力降。(6)段间应设置中间冷却器、气液分离器、缓冲罐及排放管,以减少气体的振动和脉冲。当脉冲衰减器设在段间管道上时,应设在第一段的出口。各段间的气液分离器均应设置安全阀。对可燃气体放空,应集中排放到合适系统。(7)复活塞式压缩机各段应设置回流管路,控制最小回流量(即最小抗喘振流量)。一般多级叶轮的高压机各段最小流量不得低于正常流量的80%;单级叶轮的压缩机各段最小回流量不低于正常流量的50%,复活塞式压缩机抗喘振的回流控制。5.4.3换热器的基本控制方案换热器形式大体分为三种:间壁式换热器、直接混合换热器、蓄热式换热器,对于本项目来说,主要采用的是间壁式换热器。冷热介质的进、出口流向安排,应满足于得到最大的(对数)平均温差的需要,满足于工艺过程的要求。液体介质一般应下进上出,但如果由于规定,要求使其上进下出时,则出口应设置向上的液封管或加控制阀,以避免该介质侧液体留空,不利于传热。列管式换热器易产生污垢的介质(如循环冷却水、悬浮液、易聚合物料)一般走管程;当污垢的介质走壳程时,应当采取措施,例如用正方形排列的浮头式换热器,以便清除污垢。卧式换热器安装时,需要保持1%的坡度,折流板缺口应与水平方位垂直。5.4.4精馏塔的自动控制常规精馏塔的稳定操作需要对塔压、回流罐液位、塔釜液位、塔温等被控变量进行严格控制。精馏塔的控制从以上各个变量的控制加以考虑。压力控制:精馏塔的压力波动对于精馏塔的分离效果有较大的影响,因此需要控制压力。由于系统中精馏塔均为气相出料,选择塔顶气相采出量为操纵变量。温度控制:在塔压一定的情况下,塔顶、塔釜产品的纯度仅取决于温度。因此根据工艺上对塔顶、塔釜产品的纯度要求,采用不同的控制方案:(1)精馏段质量指标控制:若塔顶产品要求高,则采用精馏段控制方案,即通过调节冷却介质的流量来控制塔顶温度,以保证塔顶产品的纯度。(2)提馏段质量指标控制:若塔釜产品要求高,则采用提馏段控制方案,即通过调节加热蒸汽的流量来控制塔釜的温度,以保证塔釜产品的纯度。液位控制:为保证整塔的物料平衡,故需要对塔釜液位及塔顶回流罐液位进行控制。塔釜液位是通过调节塔釜出料量来控制,而塔顶回流罐的液位是通过调节塔顶液体回流量来控制的。再沸器温度控制:本项目主要使用热虹吸再沸器控制温度,通过调节再沸器加热介质流量来实现对塔釜温度的控制。图5.3 精馏塔的自动控制为了了解塔内的操作情况,在必要的地方加装温度、压力测量指示仪表,并将信号送入到计算机系统。以T0102精馏塔为例,该塔的完整控制方案如图5.3所示:5.4.5反应器的自动控制设计要点:1.化学反应器的质量指标一般指反应的转化率或反应生成物的规定浓度,因此必须选择合理的控制变量;2.为使反应正常、转化率高,要求维持进入反应器的各种物料量恒定,配比符合要求。为此,在进入反应器前,往往采取流量定制控制或比值控制。3.为防止工艺变量进入危险区或不正常工况,应当配备一些报警、联锁装置或设置取代控制系统。化学反应器是化工生产中的重要设备,反应器控制的好坏直接关系到生产的产量和质量指标。由于反应器在结构、物料流程、反应机理和传热情况等方面的差异,自控的难以程度差异很大,自控的方案也千差万别。以MAL反应器为例,其控制系统如5.4图所示:图5.4 反应器的自动控制5.4.6储罐的自动控制储罐的自动控制主要包括压力与液位控制。都是液体的储罐主要靠液位控制,液位控制主要通过采出流量控制器进行控制。都是气体的储罐主要靠压力控制,控制进口气体的流量,压力很高时安全阀会开启,不会发生危险。气液混合的储罐既有液位控制也有压力控制。图5.5 储罐的自动控制5.4.7管道设计的一般要求(1)切断阀工艺侧一般不设置切断阀,下列情况除外:设备在生产中需要从流程中切断(停用或在线检修)时,在工艺侧应设置切断阀,并需设旁路。两侧均为工艺流体,需调节的一侧按需要设置控制阀、切断阀和旁路管道。两台互为备用的换热器,需分别在工艺侧设切断阀。非工艺侧的传热介质(水蒸汽、热传导液、冷却水等),在进出换热器处通常需要设置切断阀。一般可选用闸阀或蝶阀;有粗略的调节流量要求时,选用截止阀。(2)安全泄压阀冷介质的进出口均有切断阀时,应在此两个切断阀之间的冷介质出口管上设置安全泄压阀。(3)排气口和排净口化工设备的排气口和排净口的设置见行业标准阀门的设置;(HG/T 20570. 18-95),换热设备(换热器)的排气口和排净口按下述规定。在设计换热器配管时,要使得通过操作管道将气体(开工时的置换气体或过程中产生的气体)及需排净的液体全部置换、排放和排净,在管道上或在其他设备上不能提供排气和排净口时,应在换热器筒体(封头和管箱)上设置排气和排净口,在换热器筒体上的排气和排净口一般用丝堵,并用堵头堵塞,不表示在PID图上,如需装阀门,应表示在PID图上。排气口与排净口设阀门或设丝堵,需根据操作频繁程度及介质种类而定。为了换热设备的顺利排净,在设备或管道的高点也应设排气口。排气口、排净口装阀门后,可能产生冻结或因为阀门价格昂贵(如合金钢阀门),可以取消排气阀,在这种情况下,要指出由于气体没有排净而存在的气(汽)室对换热器引起的腐蚀及热应力的影响。液体走立式换热器壳程时,上管板排气口要装阀。倾斜式(向下倾或向上倾)换热器的壳程走液体,上管板排气口应装阀。如果液体的流向是向下的,装有阀门的排气口,应设在靠近出口接管处的合适高度上。液体流向是向上的换热器,如需装安全阀,则推荐装在液体出口侧。通常不凝气的分子量比水蒸汽要大,因此不凝气将积聚在水蒸汽相的底部,低分子量的不凝气(如在多效蒸发器内),应当设置高点排气口。根据所选用的蒸汽疏水阀类型即疏水阀排放不凝气的能力,来决定是否在疏水阀管道上和蒸汽冷凝水设备上,安装带有阀门的排气口。设备上应在远离蒸汽进口一侧的高点设置装有阀门的排气口。出现冷凝水液面(即调节冷凝水淹没列管高度)的设备,液面计的接口可用于不凝气的排气口。气体冷凝可采用水蒸汽相同一的方法来设置排气口,安装一些装有阀门的排气口。当工艺设计中已经提出合理的不凝气排除措施时,可不另在冷凝设备上设置排气口。进料液体被蒸发的气化器、增浓器、锅炉等应设有一处或几处带阀门的低点排净口,排放沉积物、含大量可溶性物质的液体或难挥发的液体,排净口的大小应与工艺要求相符。立式再沸器顶部封头上不设排气口,如需要设置,通常采用丝堵。5.4.8仪表设计的一般要求检测检测要求首先应根据工艺要求来决定,通常对于每一台工艺换热器(不包括润滑油冷却器和工艺目的,装在设备上的小型公用工程换热器)应设置温差(即对数平均温差)的检测,一般要求如下:蒸汽加热器在供汽管上设置压力指示,冷凝水温度不需检测。蒸汽发生和直接制冷冷却器采用压力指示,液体进料温度不设检测点。共用液体公用工程物料(冷却水、热传导液等)的换热器组,只需在公用工程物料进料总管上检测温度。利用壳程内液体(包括冷凝水)淹没管程高度的不同而引起有效传热面积变化的换热器,应设置液面指示。控制通过换热器进行冷却、加热、蒸发等换热过程的控制,应以工艺物料的要求来选择合适的控制方案,通常采取调节有效传热面或根据工艺物料出口温度来调节冷(热)载体的流量和改变温差等方法来实现温度控制。管壳式换热器(及再沸器),以蒸汽冷凝水为被调参数,采用冷凝水管上节流阀调节有效传热面,通常不用于蒸汽和冷凝水走管程的情况。温度检测、指示冷却器冷却水出口及被冷却的工艺物料出口均应设温度检测,根据重要性分别采用不同的测温措施,例如只设温度计套管、就地温度计,在控制室显示的温度计及可调控其它参数或报警的温度计。温度控制根据被冷却的工艺物料出口温度来调节冷载体(冷却水)的流量。控制方案为比较复杂的温度控制模式,冷却水出口只设测温点,被冷却的工艺物料除流量控制外,工艺物料出口设有温度报警和工艺出口温度对冷却水量调节,这里假定被冷却物料压力高于水侧(例如液化气),当换热器内漏时,水侧压力升高可通过压力(PI)监视,可由(PSA)进行报警并切断冷却水管道,工艺系统专业应根据工艺过程要求,在安全分析过程中,对该控制方案进行控制、指示、检测指标的取舍。蒸发器对于用蒸汽加热的蒸发器,工艺物料侧为在压力下蒸发,采用蒸发压力(蒸发量)来调节加热蒸汽量,如工艺有要求,可在物料侧增加压力和温度报警(PIA,TIA)。若为常压蒸发,则加热的蒸汽量可由工艺物料的出料量来调节,或由液面来调节。对于制冷剂蒸发冷却工艺物料,根据工艺物料所需的温度(出口处温度)来调节制冷剂的蒸发量,确保被冷却的工艺物料出口温度。5.5复杂控制系统单回路简单控制系统能解决化工厂大部分的控制问题,但是它们有一定的局限性。这些局限性主要表现在它们只能完成定值控制,功能单一;对纯滞后较大,出现干扰多而剧烈的对象,控制质量较差;对各个过程变量内部存在相关的过程,控制系统相互之间会出现干扰等。因此在简单控制系统的基础上,又发展了众多的复杂控制系统。针对本工艺特点,主要采用了串级控制、分程控制、前馈控制、均匀控制等复杂控制系统。5.5.1串级控制串级回路是在简单调节系统基础上发展起来的。在结构上,串级回路调节系统有两个闭合回路。主、副调节器串联,主调节器的输出为副调节器的给定值,适用于时间常数及纯滞后较大的对象。系统通过副调节器的输出操纵调节阀动作,实现对主参数的定值调节。所以在串级回路调节系统中,主回路是定值调节系统,副回路是随动系统。串级控制系统的目的主要在于控制主被控变量稳定。图5.6 串级控制系统5.5.2比值控制在比值调节系统中,需要保持比例关系的两种物料,必有一种处于主导地位,这种物料称之为主流量或主动物料。而另一种物料随主流量变化,称之为副流量动物料。它可以控制两个或两个以上的物料流量保持一定的值关系。以异丁烯和空气按一定的比例进料为例,其自动控制如图5.7所示:图5.7 比值控制系统5.6紧急停车系统(ESD)一旦装置发生故障,该系统将起到安全保护作用的原则进行。在系统故障或电源故障情况下,该系统将使关键设备或生产装置处于安全状态下。重要的现场安全仪表至少为两套。ESD紧急停车系统按照完全独立原则要求,独立于DCS集散控制系统,其安全级别高于DCS。在正常情况下,ESD系统是处于静态的,不需要人为干预。作为安全保护系统,凌驾于生产过程控制之上,实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时,不需要经过DCS系统,而直接由ESD发出保护联锁信号,对现场设备进行安全保护,避免危险扩散造成巨大损失。根据有关资料,当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的,当操作人员面临生命危险时,要在60s内作出反应,错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的,这是做好安全生产的重要标准。该动则动,不该动则不懂,这是ESD系统的一个显著特点。当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。那么为何要独立设置ESD系统呢。这是因为较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置,这样做主要有以下几方面原因:(1)降低控制功能和安全功能同时失效的概率,当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统;(2)对于大型装置或旋转机械设备而言,紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备,避免事故扩大;并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息,因此其响应速度难以达到很快;(3)DCS系统是过程控制系统,是动态的,需要人工频繁的干预,这有可能引起人为误动作;而ESD是静态的,不需要人为干预,这样设置ESD可以避免人为误动作。ESD紧急停车装置,在石化行业以及大型钢厂及电厂中都有着广泛的应用。实际上它也是通过高速运算PLC来实现控制的,它与PLC的本质区别在于它的输入输出卡件。它一切为了安全考虑,所以在硬件保护上做得较为完善,而且他要考虑到在事故状态下,现场控制阀位及各个开关的位置。5.7有害气体检测系统(FGS)在生产装置可能有可燃或有毒气体泄漏和积聚的地方设置可燃或有毒气体探测器,通过火灾/有害气体检测系统(FGS)以检测设备泄漏及空气中可燃或有毒气体的浓度。一旦可燃或有毒气体发生泄漏,立即报警,及时处理。可燃气体和有毒气体探测器的检测点,根据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、环境气候、操作巡检路线等条件,选择气体易于积累和便于采样检测之处布置。在每个储罐的防火堤内,设置可燃气体检测探测器。5.8 SIS设计5.8.1 SIS简介在化工生产中,不可避免地存在着各种危险。伴随着社会的发展,环境保护的重视,对安全要求的严苛,认为一直在追求生产过程风险的降低。由此,在工艺流程实现的进程中,设计了不同层级、不同等级的措施,以使必要风险降低,达到社会风险可接受程度,SIS即为其中之一。过程工程工业中典型的风险降低措施与机制如图5.8所示。 图5.8工业典型的安全保护层模型SIS即安全仪表系统,主要是为保护化工过程仪表与设备,降低化工生产中存在的风险而设计的一套完善的保护系统,其已在不同的工艺或设备防护等场合获得广泛应用。SIS包括紧急停车系统(ESD)、燃烧器管理系统(BMS)、火灾和气体安全系统(FGS)、高完整性压力保护系统(HIPPS)等多种安全保护系统。SIS定义为用于执行一个或多个安全仪表功能的仪表系统。常见的SIS由传感器、逻辑控制器,以及最终执行元件三部分组成,如图10-14所示。SIS可以包括、也可以不包括软件。当操作人员的手动操作被视为SIS的有机组成部分时,必须在安全要求规格书中对人员操作动作的有效性和可靠性做出明确规定,包括在SIS的绩效计算中。图5.9 SIS定义SIS执行SIF的绩效考评可通过安全完整性等级(SIL)来反映。SIL定义为在规定的状态和时间周期内,SIS圆满完成SIF的绩效能力和可靠性水平。根据IEC61508规定,SIL共有4个等级,其中SIL1最低,SIL4最高。但在实际工业应用场合中,SIL4极为罕见,SIL3是其最高级。根据安全仪表功能的操作模式(有要求操作模式和连续操作模式)不同,SIL划分标准亦有别。5.8.2 SIS设计工业上SIS设计一般流程如下:对相应项目进行危险和风险分析,撰写危险和风险分析报告;根据危险和分析报告估计所需安全完整性等级;撰写SIS安全要求规格书,包括安全功能要求和完整性要求;根据安全要求规格书进行SIS设计,确定SIS设备的选型和结构等;SIS现场安装、调试和维修,并进行SIS的安全验证。由于SIS设计内容诸多,专业覆盖面广泛,这集流程冗长,本项目的SIS主要对R0301反应器进行了概念性设计,具体工作内容如下:危险和风险分析化工生产中存在各种各样的风险,典型的过程危险有火灾、爆炸和毒气释放。因此,需要对化工生产过程进行危险分析,为SIS设计提供详细的设计依据。常用的过程危险和风险分析技术有HAZOP、ETA和FTA。在本项目中,分析技术选用化工行业较为广泛使用的HAZOP方法,即危险和可操作性分析。HAZOP是一种结构化的系统性分析技术,不仅可以辨识工艺流程中的危险,也可以辨识危及生产能力的可操作性问题。HAZOP分析是一个集思广益、循序渐进的创造性过程。其采用一系列的引导词,系统性地辨识出与设计意图的潜在偏差,围绕这些偏差,小组集体探讨导致偏差的原因及后果。在进行分析中,要将分析对象分割为单元。单元是相对独立的一个节点,能够充分展现其设计意图。根据分析对象的复杂程度和潜在危险的烈度等因素确定单元的大小。一般来说,分析对象越复杂或存在的潜在危险越高,就要考虑将单元分割更细。第六章 设备设计与选型6.1设备设计依据(1)压力容器GB150-2011;(2)锅炉和压力容器用钢板GB713-2008;(3)钢制化工容器设计基础规定HG/T20580-2011;(4)钢制化工容器材料选用规定HG/T20581-2011;(5)钢制化工容器强度计算规定HG/T20582-2011;(6)钢制化工容器制造技术要求HG/T20584-2011;(7)奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG/T20537.1-1992;(8)化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG/T20537.4-1992;(9)工艺系统工程设计技术规定HG/T20570.9-1995;(10)化工设备基础设计规定HG/T20643-2012;(11)承压设备无损检测(合订本)JB/T 4730.16-2005;(12)石油化工塔型设备基础设计规范SH/T 3030-2009;(13)管壳式换热器GB 151-1999;(14)石油、重化学和天然气工业用离心泵GB/T3215-2007;(15)离心泵效率GB/T13007-2011;6.1.1过程设备设计与选型的主要内容(1)确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。(2)确定设备的材质。根据工艺操作条件(温度、压力、介质的性质)和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。(3)确定设备的设计参数。设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对不同的设备,他们有不同的设计参数。对塔设备,需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等,对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等;对换热器,则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。(4)确定定型设备(即标准设备)的型号或牌号以及数量。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备,即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备,确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进,有些本来用于非标设备的化工装置,已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1型浮阀和浮阀塔塔盘系列等,它们已经有了国家标准。(5)对非标设备,向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图,明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求(如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等)。(6)编制工艺设备一览表。在初步设计阶段,根据设备工艺设计的结果,编制工艺设备一览表,可按非定型工艺设备和定性工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。6.2设备设计与选型具体设备设计与选型参见设备计算说明书。第七章 布置与配管7.1车间布置7.1.1设计依据(1)化工工艺设计施工图内容和深度统一规定HG/T 20519-2009;(2)化工装置设备布置设计规定HG/T 20546-2009;(3)圆形塔平台通用图HG/T 21543-2009;(4)建筑设计防火规范GB 50016-2014;(5)石油化工企业设计防火规范GB 50160-2008;(6)工业企业设计卫生标准GBZ1-2010;(7)工业企业噪声控制设计规范GB/T 50087-2013;(8)工业企业厂界环境噪声排放标准GB 12348-2008;(9)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB 50058-2014;(10)石油化工企业非埋地管道抗震设计通则SH/T 3039-2003;(11)石油化工工艺装置布置设计通则SH 3011-2011;(12)石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范SH/T3022-2011;(13)石油化工配管工程设计图例SH/T3052-20147.1.2车间布置原则车间布置是设计中的重要环节,既要符合工艺要求,又要经济实用,合理布局。车间布局直接影响到项目建设的投资,建设后的生产运转正常,设备维修和安全,以及各项经济指标的完成。所以在进行车间布置要做到充分掌握有关资料,全面权衡,在布置时要做到深思熟虑,仔细推敲,以取得一个最佳方案。车间布置设计是以工艺为主导,并在其他专业的密切配合下完成的。因此,在进行车间布置设计时,要集中各方面的意见,最后由工艺人员汇总完成。车间布置主要是设备的布置,工艺人员首先确定设备布置的初步方案,对厂房建筑的大小、平立面结构、跨度、层次、门窗、楼梯等以及与生产操作、设备安装有关的平台、预留孔等向土建专业提出设计要求,待厂房设计完成后,工艺人员再根据厂房建筑图,对设备布置进行修改和补充,最终的设备布置图(施工图)就作为设备安装和管道安装的依据。基础资料(1)工艺和仪表流程图(初步设计阶段)及管道和仪表流程图(施工图设计阶段);(2)物料衡算数据及物料性质(包括原料、成品的数量及性质,三废的数量及处理方法);(3)设备一览表(包括设备外形尺寸、重量、支承形式及保温情况);(4)公用系统耗用量,供排水、供电、供热、冷冻压缩空气、外管资料;(5)车间定员表;(6)厂区总平面布置草图。车间组成一个较大的化工车间通常有:(1)生产设施,包括生产工段、原料和产品仓库、控制室、露天堆场或贮罐区等;(2)生产辅助设施,包括除尘通风室、机修间、化验室等;(3)生活行政设施包括车间办公室、更衣室、浴室、厕所等;(4)其他特殊用室,如劳动保护室,保健室等。7.2厂房布置7.2.1平面布置平面布置是根据生产工艺条件(包括工艺流程、生产特点、生产规模等)以及建筑本身的可能性与合理性(包括建筑形式、结构方案、施工条件和经济条件等)来考虑的。厂房的平面设计应力求简单,这会给设备布置带来更多的可变性和灵活性,同时给建筑的定型化创造有利条件。(1)平面形式车间厂房的平面布置,其外形一般有I型(长方形)、L型T型和型等。长方形厂房是比较常用的形式,一般适用于中小型车间。其优点是施工方便,设备布置有较大灵活性,有利于今后的发展,也有利于采光和通风。但有时由于厂房总长度较长,在总图布置有困难时,为了适应地形的要求或者生产的需要,也有采用L型或T型的,这些形式适用于较复杂的车间,此时应充分考虑采光、通风、交通和立面等各方面的因素。至于型,由于平面形式复杂,用得较少,除了特殊需要外,一般不予采用。厂房的结构形式是由工艺和建筑设计人员密切配合,全面考虑,进行多种方案的比较确定的,由于各厂的地形不完全相同,因此厂房的形式也要与之相适应。(2)柱网布置和跨度厂房的柱网布置,要根据厂房结构而定,生产类别为甲、乙类生产,宜采用框架结,采用的柱网间距一般为6m,当需要大于或小于6m时,宜采用300mm建筑模数的倍数增加或减少。丙、丁、戊类生产可采用混合结构或框架结构,开间采用4.5m或6m等。但不论框架结构或混合结构,在一幢厂房中不宜采用多种柱距。柱距要尽可能符合建筑模数的要求,这样可以充分利用建筑结构上的标准预制构件,节约设计和施工力量,加速基建进度:一般单层、多层厂房宜采用6x6m柱网的布置。(3)厂房的宽度为了尽可能利用自然采光和通风以及建筑经济上的要求,一般单层厂房宽度不宜超过30m,多层厂房宽度不宜超过24m,厂房常用宽度有9m,12m,14.4m,15m,18m,也有用24m的。根据厂房中设备布置及人流和物料的运输要求,单层厂房常为单跨,即跨度等于厂房宽度,厂房内没有柱子。多层厂房若跨度为9m,厂房中间若不立柱子,所用的梁就要很大,因而不经济。所以6m是常用的跨度,例如12m,14.4m,15m,18m宽度的厂房,常分别布置成6-6,6-2.4-6,6-3-6,6-6-6的形式,(6-2.4-6表示三跨,跨度为6m,2.4m,6m,中间的2.4m是内走廊的宽度)。一般车间的短边(即宽度)常为2-3跨,其长边(即长度)则根据生产规模及工艺要求决定。在进行车间布置时,要考虑厂房安全出人口,一般不应少于两个。如车间面积小,生产人数少,可设一个,但应慎重考虑防火安全等问题(具体数值详见建筑设计防火规范)。7.2.2立面布置厂房的高度,主要由工艺设备布置要求所决定。厂房的垂直布置要充分利用空间,每层高度取决于设备的高低、安装的位置、检修要求及安全卫生等条件。一般框架或混合结构的多层厂房,层高多采用5m,6m,最低不得低于4.5m,每层高度尽量相同,不宜变化过多。 在设计厂房的高度时,除设备本身的高度外,还要考虑设备顶部凸出部分,如仪表、阀门和管路以及设备安装和检修的高度,还要考虑设备内取出物的高度(如搅拌器等)。在设计多层厂房时,应考虑承重大梁对净高度的影响。在决定厂房高度时,应尽量符合建筑模数的要求。在有高温及有毒害性气体的厂房中,要适当加高建筑物的层高。有爆炸危险的车间宜采用单层,厂房内设置多层操作台以满足工艺设备位差的要求。如必须设在多层厂房内,则应布置在厂房顶层。如整个厂房均有爆炸危险,则在每层楼板上设置一定面积的泄爆孔。这类厂房还应设置必要的轻质屋面、或增加外墙以及门窗的泄压面积。泄压面积与厂房体积的比值一般采用0.050.1m2/m。泄压面积应布置合理,并应靠近爆炸部位,不应面对人员集中的地方和主要交通道路。车间内防爆区与非防爆区(生活、辅助及控制室等)间应设防火墙分隔。如两个区域需要互通时,中间应设双门斗,即设两道弹簧门隔开。上下层防火墙应设在同一轴线处。防爆区上层不应布置非防爆区;有爆炸危险车间的楼梯间宜采用封闭式楼梯间。7.2.3设备布置中小型化工厂的设备,一般采用室内布置,尤其是气温较低的地区。但生产中一般不需要经常操作的或可用自动化仪表控制的设备,如塔、冷凝器、液体原料贮罐、成品贮罐、气柜等都可布置在室外。需要大气调节温湿度的设备,如凉水塔、空气冷却器等也都露天布置或半露天布置。对于有火灾及爆炸危险的设备,露天布置可降低厂房的耐火等级。(1)生产工艺对设备布置的要求在设备布置时要满足工艺流程的顺序,保证水平方向和垂直方向的连续性。在设备布置时,应充分利用高位差布置有压差的设备。例如通常把计量槽、高位槽布置在最高层,主要设备如反应器等布置在中层,贮槽等布置在底层。这样既可利用位差进出物料,又可减少楼面的荷重,降低造价。在垂直布置时,应避免操作人员在生产过程中过多地往返于楼层之间。 相同设备或同类型的设备应尽可能布置在一起,例如塔体集中布置,热交换器、泵成组布置在一处等。 设备布置时,应留有一定的间隙,有利于操作及检修。 运转设备应考虑其备用设备的位置。 尽可能缩短设备间的管线。 车间内要留有原料、中间体、产品贮存及运输、操作通道。考虑传动设备安装安全防护装置的位置。 考虑物料的防火、防爆、防毒及控制噪声的要求,譬如对噪声大的设备,宜采用封闭式间隔等,生产剧毒物及处理剧毒物料的场所,要和其他部分完全隔开,并单独设置自己的生活辅助用室。 根据生产发展的需要,适当预留扩建余地。 设备之间或设备与墙之间的净间距大小,如表所示,此数据适用于小型工厂,可供一般设备布置时参考。(2)设备安装对设备布置的要求根据设备大小及结构,考虑设备安装、检修、拆卸及更换时所需要的空间、面积及运输通道。 考虑设备安装和更换时能顺利进出车间。设置大门或安装孔,大门宽度比最大设备宽0.5m。不经常检修的设备,可在墙上设置安装孔。 通过楼层的设备,楼面上要设置吊装孔。厂房比较短时,吊装孔设在靠山墙的一端。厂房长度超过36m时,则吊装孔应设在厂房中央。多层楼面的吊装孔应在每一层相同的平面位置。吊装孔不宜开得过大,一般控制在2.7m以内。 考虑设备检修、拆卸等的起重运输设备。(3)厂房建筑对设备布置的要求笨重设备或运转时会产生很大振动的设备如压缩机、真空泵、粉碎机等,应该布置在厂房的底层,并和其他生产部分隔开,以减少厂房楼面的荷载和振动。如由于工艺要求离心机不能布置在底层时,应由土建专业在结构设计中采取有效的减震措施。有剧烈振动的设备,其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起,以免影响建筑物的安全。 布置设备时,要避开建筑物的柱子及主梁,如设备吊装在柱子或梁上,其荷重及吊装方式需事先告知土建专业人员,并与其商议。 操作台必须统一考虑,以防止平台支柱林立。 设备不应布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处。在厂房的大门或楼梯旁布置设备时,要求不影响开门并确保行人出人畅通。 设备应避免布置在窗前,以免影响采光和开窗,如必需布置在窗前时,设备与墙间的净距应大于600mm。 设备布置时应考虑设备的运输线路、安装、检修方式,以决定安装孔、吊钩及设备间距等。7.2.4车间辅助室和生活室的布置(1)生产规模较小的车间,多数是将辅助室、生活室集中布置在车间中的一个区域内。(2)有时辅助房间也有布置在厂房中间的,如配电室及空调室,但这些房间一般都布置在厂房西面房间。(3)生活室中的办公室、化验室、休息室等宜布置在南面房间,更衣室、厕所、浴室等可布置在厂房北面房间。(4)生产规模较大时,辅助室和生活室可根据需要布置在有关的单体建筑物内。(5)有毒的或者对卫生方面有特殊要求的工段必须设置专用的浴室。7.2.5安全布置距离设备最小间距表7.1 设备最小间距表序号项目净安全距离/m1泵与泵的间距不少于0.72泵与墙的距离至少1.23泵列与泵列的距离不小于2.04计量罐间的距离0.40.65贮槽与贮槽之间的距离0.40.66换热器与换热器之间的距离至少1.07塔与塔的距离1.02.08离心机周围通道不小于1.59过滤机周围通道1.01.810反应罐盖上传动装置离天花板距离不小于0.811反应罐底部与人行通道距离不小于1.82.012反应罐卸料口与离心机距离不小于1.01.513起吊物品与设备最高点距离不小于0.414往返运动机械的运动部件与墙的距离不小于1.515回转机械离墙间距不小于0.81.016回转机械相互间距离不小于0.81.217通廊、操作台通行部分的最小净空管道不小于2.02.518不常通行的地方,净高不小于1.919操作台梯子的斜度,一般情况不小于45度操作台梯子的斜度,特殊情况60度20控制室、开关室与炉子之间的距离不小于1.521工艺设备与道路间距不小于1.0道路宽度与净空高度表7.2 道路宽度与净空高度项目宽度(净空高度)/m人行道、狭通道、楼梯、人孔周围的操作台宽度0.75走道、楼梯操作台下的工作场所、管架的净空高度2.2-2.5主要检修道路、车间厂房之间的道路67(4.24.8)次要道路4.8室内主要通道2.4平台到水平人孔0.61.2管束抽出的距离(室外)L+17.3单元设备布置7.3.1泵和压缩机(1)泵的布置小型车间生产用泵多数安装在抽吸设备附近,大中型车间用泵,数量较多,应该尽量集中布置。集中布置的泵应排列成一直线,可单排或双排布置,但要注意操作和检修方便。大型泵通常编组布置在室内,便于生产检修。泵与泵的间距视泵的大小而定,一般不宜小于0.7m,双排泵电机端与电机端之间的间距不宜少于2m,泵与墙间的净间距至少为0.7m,以利通行。成排布置的泵,其配管与阀门应排成一条直线,管道避免跨越泵和电动机。泵应布置在高出地面150mm的基础上。多台泵置于同一基础上时,基础必须有坡度以便泄漏物流出。基础四周要考虑排液沟及冲洗用的排水沟。不经常操作的泵可露天布置,但电动机要设防雨罩,所有配电及仪表设施均应采用户外式的,天冷地区要考虑防冻措施。重量较大的泵和电机应设检修用的起吊设备,建筑物高度要留出必要的净空。(2)压缩机的布置压缩机常是装置中功率最大的关键设备之一,所以在平面布置时应尽可能使压缩机靠近与它相连的主要工艺设备。压缩机的进出口管线应尽可能的短和直。为了有利于压缩机的维护和检修,方便操作人员的巡回检测,压缩机通常布置在专用的压缩机厂房中。厂房内设有吊车装置。压缩机的基础应考虑隔振,并与厂房的基础脱开。中小型压缩机厂房一般采用单层厂房。压缩机基础直接放在地面上,稳定性较好。大型压缩机多采用双层厂房,分上、下两层布置,压缩机基础为框架高基础,主机操作面、指示仪表、阀门组布置在上层,辅助设备和管线布置在下层。多台压缩机布置一般是横向并列,机头都在同侧,便于接管和操作。布置的间距要满足主机和电动机的拆卸检修和其他种种要求,如主机卸除机壳取出叶轮或活塞抽芯等工作。压缩机和电动机的上部不允许布置管道。主要通道的宽度应根据最大部件的尺寸决定,宽度不小于2.5m的压缩机,其通道宽度不小于2.0m。压缩机组散热量大,应有良好的自然通风条件,压缩机厂房的正面最好迎向夏季的主导风向。空气压缩机厂房为使空气压缩机吸人较清洁的空气,必须布置在散发有害气体的设备或散发灰尘场所的主导风向上方位置,并与其保持一定的距离。处理易燃易爆气体压缩机的厂房,应有防火防爆的安全措施,如事故通风、事故照明、安全出入口等。7.3.2容器容器包括立式容器和卧式容器。装置内容器的容量不宜过大。从装置布置设计角度出发,中间储罐尽可能设在装置外作为中间储罐区,这样可以减小装置占地面积,对于安全生产和装置布置有利。大型容器和容器组应布置在专设的容器区内。一般容器按流程顺序与其他设备一起布置。布置在管廊一侧的容器,如不与其他设备中心线或边缘取齐时与管廊立柱的净距可保持1.5m。一、立式容器的布置立式容器的外形与塔类似,只是内部结构没有塔的内部结构复杂,塔和立式容器的布置可合并在一起。立式容器的布置方式和安装高度等可参考塔的布置要求,另外尚应考虑以下诸因素。(1)为了操作方便,立式容器可以安装在地面、楼板或平台上,也可以穿越楼板或平台用支耳支撑在楼板或平台上。(2)立式容器穿越楼板或平台安装时,应尽可能避免容器上的液面指示、控制仪表也穿越楼板或平台。(3)立式容器为了防止粘稠物料的凝固或固体物料的沉降,其内部可能带有大负荷的搅拌器时,为了避免振动影响,应尽可能从地面设置支承结构。(4)对于顶部开口的立式容器,需要人工加料时,加料点的高度不宜高出楼板或平台1m,如高出1m时,应考虑设加料平台或台阶。(5)为了便于装卸电动机和搅拌器,需设吊车梁。(6)应校核取出搅拌器的最小净空。二、卧式容器的布置卧式容器宜成组布置。成组布置的卧式容器宜按支座基础中心线对齐或按封头切线对齐。卧式容器之间的净空可按0.7m考虑。在工艺设计中确定卧式容器尺寸时,尽可能选用相同长度不同直径的容器,以利于设备布置。确定卧式容器的安装高度时,除应满足物料重力流或泵吸入高度等要求外,尚应满足下列要求:(1)容器下有集液包时,应有集液包的操作和检测仪表所需的足够高度;(2)容器下方需设通道时,容器底部配管与地面净空不应小于2.2m;(3)不同直径的卧式容器成组布置在地面或同一层楼板或平台.卜时,直径较小的卧式容器中心线标高需要适当提高,使与直径较大的卧式容器筒体顶面标高一致,以便于设置联合平台。(4)卧式容器在地下坑内布置,应妥善处理坑内的积水和有毒、易爆、可燃介质的积聚,坑内尺寸应满足容器的操作和检修要求。(5)卧式容器的平台的设置要考虑人孔和液面计等操作因素。对于集中布置的卧式容器可设联合平台。顶部平台标高应比顶部管嘴法兰面低150mm。当液面计上部接口高度距地面或操作平台超过3m时,液面计要装在直梯附近。7.3.3换热器化工厂中使用最多的是列管式换热器与再沸器都有定型的系列图可供选用,设备布置是将它们布置在适当的位置,决定支座等安装结构、管口方位等。必要时在不影响工艺要求的条件下,可以调整原换热器的尺寸和安装方式。换热器的布置原则是顺应流程和缩短管道长度,故它的位置取决于与它密切联系的设备的位置。塔的换热器靠近塔布置,再沸器及冷凝器则与塔以大口径的管道连接,故应取近塔布置,通常将它分别布置在塔的两侧。热虹吸式再沸器是直接固定在塔上,采用口对口的直接连接。塔的回流冷凝器除要靠近塔外,还要靠近回流罐与回流泵。从容器(或塔底)经换热器抽出液体时,换热器要靠近容器(或塔底)使泵的吸人管道最短,以改善吸入条件。布置空间受限制时,如原来设计的换热器显得太长,可以换成一个短而粗的换热器以适应布置空间的要求。一般从传热的角度考虑,细而长的换热器较有利。卧式换热器换成立式的以节约占地面积;而立式的也可换成卧式的以降低高度,可根据具体情况各取其长。换热器常采用成组布置,卧式换热器可以重叠布置,串联的。非串联的相同的或大小不同的换热器都可重叠。换热器重叠布置除节约面积外尚可合用上下水管。为便于抽取管束,上层换热器不能太高,一般管壳的顶部高度不能大于3.6m,将进出口管改成弯管可降低安装高度。换热器外壳和配管净空对于不保温外壳最小为50mm,对保温外壳最小为250mm。两个换热器外壳之间有配管,但无操作要求时其最小间距为750mm。塔和立式容器附近的换热器,与塔和立式容器之间应有1m宽的通道。两台换热器之间无配管时最小距离为600mm。换热器间的间距,换热器与其他设备的间距至少要留出1m的水平距离,位置受限制时,最少也不得小于0.6m。7.3.4加热炉一般加热炉被视为明火设备之一,因此加热炉通常布置在装置区的边缘地区,最好在工艺装置常年最小频率风向的下风侧,以免泄漏的可燃物触及明火,发生事故。加热炉应布置在离含油工艺设备15m以外(只有反应器是例外)。从加热炉出来的物料温度较高,往往要用合金钢管道,为了尽量缩短昂贵的合金钢管道,以减少压降和温降,减少投资,常常把加热炉靠近反应器布置。加热炉与其他明火设备应尽可能布置在一起,几座加热炉可按炉中心线对齐成排布置。在经济合理的条件下,几座加热炉可以合用一个烟囱。对于设有蒸汽发生器的加热炉,汽包宜设置在加热炉顶部或邻近的框架上。当加热炉有辅助设备如空气预热器、鼓风机、引风机等时,辅助设备的布置不应妨碍其本身和加热炉的检修。两座加热炉净距不宜小于3m。加热炉外壁与检修道路边缘的间距不应小于3m。当加热炉采用机动维修机具吊装炉管时,应有机动维修机具通行的通道和检修场地,对于带有水平炉管的加热炉,在抽出炉管的一侧,检修场地的长度不应小于炉管长度加2m。加热炉与其附属的燃料气分液罐、燃料气加热器的间距,不应小于6m。7.3.5固定床反应器催化剂可以由反应器的顶部加入或用真空抽入,装料口离操作台800mm左右,超过800mm时要设置工作平台。反应器上部要留出足够净空,供检修或吊装催化剂篮筐用;在反应器顶部可设单轨吊车或吊柱。催化剂如从反应器底部卸料时,应根据催化剂接受设备的高度,留有足够的净空。当底部离地面大于1.5m时,应设置操作平台,底部离地面最小距离不得小于500mm。多台反应器应布置在一条中心线上,周围留有放置催化剂盛器与必要的检修场地。操作阀门与取样口应尽量集中在一侧,并与加料口不在同一侧,以免相互干扰。7.3.6流化床反应器布置要求基本和固定床反应器相同,此外,应同时考虑与其匹配的流体输送设备、附属设备的布置位置。设备间的距离在满足管线连接安装的要求下,应尽可能缩短。催化剂进出反应器的角度,应能使得固体物料流动通畅,有时还应保持足够的料封。对于体积大、反应压力较高的反应器,应该采用坚固的结构支撑。反应器支座(或裙座)应有足够的散热空间,使支座与建筑物或地面的接触面上的温度不致过高。反应器支座或支耳与钢筋混凝土构件和基础接触的温度不得超过100,钢结构上不宜超过150,否则应作隔热处理。7.3.6塔设备大型塔设备多数露天布置,用裙式支座直接安装于基础上。多个塔可按流程一排布置,并尽可能处于一条中心线上。其辅助设备的框架及接管安排于一侧,另一侧作为安装塔的空间。塔上设置平台,互相连接既便于操作又起到结构上互相加强的好处。塔的四周应分几个区进行布置,配管区也称操作区,专门布置各种管道、阀门、仪表。通道区布置走廊、楼梯、人孔等。塔的安装高度必须考虑塔釜泵的净正吸入压头、热虹吸式再沸器的吸人压头。塔顶冷凝器回流罐可置于塔顶靠重力回流。塔的布置形式很多,要求在满足工艺流程的前提下,可把高度相近的塔相邻布置。(1)独立布置单塔或特别高大的塔可采用独立布置,利用塔身设操作平台,供进出人孔、操作、维修仪表及阀门之用,平台的位置由人孔位置与配管情况而定,具体的结构与尺寸可由设计标准中查取。塔或塔群常布置在设备区外侧,其操作侧面对道路,配管侧面对管廊,以便于施工安装、维修与配管、塔的顶部常设有吊杆,用以吊装塔盘等零件。填料塔常在装料人孔的上空设吊车梁,供吊装填料。(2)成列布置将几个塔的中心排成一条直线,并将高度相近的塔相邻布置,通过适当调整安装高度和操作点(适当改变塔板距。内部管道布置及塔裙高度)就可采用联合平台,既方便操作,投资又省。采用联合平台时必须允许各塔有不同的热膨胀。联合平台由分别装在各塔塔身上的平台组成,通过平台间的铰接或留有缝隙来满足不同的伸长量,以免拉坏平台。相邻小塔间的距离一般为塔径的3-4倍。(3)成组布置数量不多、结构与大小相似的塔可成组布置,将多个塔合为一个整体,利用操作台集中布置。如果塔的高度不同,只要求将第一层操作平台取齐,其他各层可另行考虑。这样,几个塔组成一个空间体系,增加了塔群的刚度,塔的壁厚就可以降低。(4)沿建筑物或框架布置将塔安装在高位换热器和容器的建筑物或框架旁,利用容器或换热器的平台作为塔的人孔,仪表和阀门的操作与维修的通道,将塔与其辅助设备布置在一起,也可将细而高的或负压塔的侧面固定在建筑物或框架的适当高度,这样可增加刚度,降低壁厚。(5)室内或框架内布置较小的塔常安装在室内或框架中,平台和管道都支承在建筑物上,冷凝器可装在屋顶上或吊在屋顶梁下,利用位差重力回流。7.4管路布置7.4.1设计依据(1)化工装置管道布置设计规定HG/T20549-1998;(2)化工装置管道材料设计规定HG/T20646-1999;(3)管道仪表流程图设计规定HG20559-93;(4)石油化工给水排水管道设计规范SH3034-2012;(5)石油化工管道布置设计通则SH3011-2011(6)石油化工设备和管道隔热技术规范SH3010-2000;(7)化工装置设备布置设计规定HG/T 20546-2009;(8)圆形塔平台通用图HG/T 21543-2009;(9)建筑设计防火规范GB 50016-2014;(10)化工工艺设计施工图内容和深度统一规定HG/T 20519-2009;7.4.2概述管道在化工厂中,除了在各种公用系统管网中运用外,还广泛利用于许多物料原料、半成品和成品的输送中。因而化工厂内往往有庞大复杂的工程技术管网。由于本项目物流较多,涉及到设备间的输送也较多,为了合理的利用全厂的热量,不同车间之间的换热使整个工厂管网的复杂性进一步增加,故设计好管网有着非常重要的意义。工程技术管网的布置、敷设等会对工厂的总平面布置、竖向布置和工厂建筑群体以及运输设计产生影响。工厂管道布置需要避免各专业管网间的拥挤和冲突,确定合理的间距和相对位置,使之与工厂总体布置协调,并减少生产过程中的动力消耗,节约投资、节约用地、保证安全、方便施工和检修、便于扩建。7.4.3管道布置的一般要求1. 管道直径的设计应满足工艺对管道的要求,其流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑,其最大压力降应不超过工艺允许值,其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速的范围内。2. 综合权衡建设投资和操作费用。一套石油化工装置的管道投资一般占装置投资20%左右。因此,在确定管径时,应综合权衡投资和操作费用两种因素,取其最佳值。3. 操作情况不同流体按其性质、状态和操作要求的不同,应选用不同的流速。粘度较高的液体,摩擦阻力较大,应选较低流速,允许压力降较小的管道。为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象,液体流速一般不宜超过4m/s;气体流速一般不超过其临界速度的85%,真空下最大不超100m/s;含有固体物质的流体,其流速不应过低,以免固体沉积在管内而堵塞管道,但也不宜太高,以免加速管道的磨损或冲蚀。4. 同一介质在不同管径的情况下,虽然流速和管长相同,但管道的压力降却可能相差较大。因此,在设计管道时,如允许压力降相同,小流率介质应选用较小流速,大流率介质可选用较高流速。5. 确定管径后,应选用符合管材的标准规格,对工艺用管道,不推荐选用DN32,DN65 和DN125管子。7.4.4管路计算(1)管径计算对于化工厂一般距离较短,直径较小的管路,其管径在流速选定后,由下式计算:式中:d管道直径(mm); V管路流体的流量(m3/s); u流体选用的流速(m/s)。(2)管路压降计算在工程设计中,根据化工工艺要求,为将系统的总压降控制在合理及经济的范围内,必须计算或校核管路系统的流体阻力。在一般的压力下,压力对液体密度的影响很小,即使在高达35MPa的压力下,密度的变化仍然很小。因此,液体可视为不可压缩流体。气体密度随压力的变化而变化,流体在管路中的压降与下列因素有关:管路形式,即简单管路还是复杂管路;管壁的粗糙度,管壁的粗糙度有绝对粗糙度()和相对粗糙度。粗糙度数据可由手册查得。流体流动形态流体在管内流动可分为滞流或湍流,可由Re数决定,然后选择不同的压降公式进行计算。当量长度法当量长度法是将管件和阀门等折算成相当的管道直管长度,然后将直管长度与当量长度一并计算摩擦压力降。阻力系数法阻力系数法按下式计算:式中:流体流经管件或阀门的压力降,kPa; 阻力系数,无因次。7.4.5管路阀门和管件的选择在化工管路中,为满足生产工艺和安装检修需要,管路上安装的各种阀门、管件都是管路中必不可少的组成部分。阀门及附件选择不当,会使管路发生损坏和泄漏,给化工生产造成严重影响,甚至要进行紧急停车处理。据有关资料统计,管路的检修70%以上是阀门及附件的维修。因此阀门和管件的选择与管子一样重要。选择时的原则为:(1)根据输送介质的温度和压力等工艺条件,确定阀门及管件的温度压力等级。一般为了确保安全生产,阀门与管件要比管道高一等级。(2)根据介质的特点进行选择,如腐蚀性、有无固体、有无结晶析出、粘度以及是否产生相变等。(3)在选择阀门时,要考虑阀门整体的适应性,即要求构成阀门的各部件都要满足工艺要求。(4)选用阀门及管件时,应尽量采用标准件,避免非标准件,以保证质量及供货来源充足。(5)根据工艺要求选择阀门,一般调节流量可选用截止阀;闸阀密封性较好,流体阻力较小,也广泛用于调节流量,尤其是大口径管路更为适用;对含悬浮固体或有结晶析出的、用于一次投料和卸料的,旋塞阀比较合适;针形阀用于仪表和分析仪器的场合。7.4.6管路绝热设计(1)绝热的功能绝热是保温与保冷的统称。为了防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量而进行的绝热工程,已成为生产和建设过程中不可缺少的一项工程。1.用绝热减少设备、管道及其附件的热(冷)量损失。2.保证操作人员安全,改善劳动条件,防止烫伤和减少热量散发到操作区。3.在长距离输送介质时,用绝热来控制热量损失,以满足生产上所需要的温度。4.冬季,用保温来延缓或防止设备、管道内液体的冻结。5.当设备、管道内的介质温度低于周围空气露点温度时,采用绝热可防止设备、管道的表面结露。6.用耐火材料绝热可提高设备的防火等级。7.对工艺设备或炉窑采取绝热措施,不但可减少热量损失,而且可以提高生产能力。(2)绝热结构绝热结构是保温结构和保冷结构的统称。为减少散热损失,在设备或管道表面上覆盖的绝热材料、以绝热层和保护层为主体及其支承、固定的附件构成统一体,称为绝热结构。(3)绝热层绝热层是利用保温材料的优良绝热性能,增加热阻,从而达到减少散热的目的,是绝热结构的主要组成部分。(4)防潮层防潮层的作用是抗蒸汽渗透性好,防潮、防水力强。(5)保护层保护层是利用保护层材料的强度、韧性和致密性等以保护保温层免受外力和雨水的侵袭,从而达到延长保温层的使用年限的目的,并使保温结构外形整洁、美观。7.4.7管壁厚度利用管路公称压力,查管子规格表,从而得到管壁厚度。(1)管材常用的管道有铸铁管、硅铁管、水煤气管、无缝钢管、有色金属管、有衬里的钢管,非金属管等。无缝钢管被广泛应用于很多化工装置中,特点为品质均匀和强度高,可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水及输送燃烧性、爆炸性和有毒物料,极限工作温度435。根据本项目具体情况,我们大多选择无缝钢管。(2)管道连接1.由于管法兰处易泄漏,故生产管道除与设备接口和阀门法兰、特殊管件连接处采用法兰连接外,其他均采用对焊连接住(DN40的用承插焊连接或卡套连接)。2.采用成型无缝管件(弯头、异径管、三通)时,不宜直接与平焊法兰焊接(可与对焊法兰直接焊接),其间要加一段直管,直管长度一般不小于其公称直径。最小不得低于100mm。3.管道对接焊口的中心与弯管起弯点的距离不应小于管外径,且不小于100mm。4.管道上两相邻对接焊缝间的净距应不小于3倍管壁厚,短管净长度应不小于5倍管壁厚,且不小于50mm。对于DN大于或等于50m的管道,两焊缝间的净距离应不小于100mm。5.管道的环焊缝不应在管托范围内。焊缝边缘与支架边缘间的净距离应大于焊缝宽度的5倍,且不小于100mm。不宜在管道焊缝及其边缘上开孔与接管。6.钢板卷焊的管纵向焊缝应置于易检修和观察位置,且不宜在水平管底部。对有加固环或支撑环的管子,加固环或支撑环的对接缝应与管子的纵向焊缝错开,且不小于100mm。7.4.8坡度要求管道平面敷设应有坡度,坡度方向一般均沿着物料流动方向,但也有与物料流动方向相反的(根据工艺要求确定)。坡度一般为1/1005/1000。输送物料粘度越大,其管道坡度也越大。含固体结晶的物料管道的坡度可至5/100左右。埋地管道及敷设在地沟中的管道,在停止生产时,其积存物料不考虑放尽者,可不考虑敷设坡度。常用物料管道的坡度如下:表8.3 常用物料管道坡度要求物料蒸汽蒸汽冷凝水清水冷冻水生产废水压缩空气N2真空坡度5/10003/10003/10003/10001/10004/10003/1000当管道敷设采用低管架时,其管底标高不小于0.3m;采用中管架时,不小于2m;采用高管架时,当排管下不布置机泵,其最下层管道一般不低于3.2m。而布置机泵一般不低于4m。上下两层排管的标高差可取11.4m。当管道通过厂区道路时,一般高度不小于4m;通过厂区铁路时,则不小于6m。7.4.9管子焊接、隔热层及组成件安装维修要求两管道上最突出部分之间的净距,中低压管道不应小于30mm,高压管道不应小于70mm。管道突出部分或管道隔热层外壁的最突出部分,距管架或框架的支柱、建筑物墙壁的净距不应小于100mm。并应考虑拧紧法兰螺栓所需的空间。无法兰不隔热管道间距应满足管道焊接及检修的要求,一般不小于50mm,有侧向位移的管道应道当加大管道间的净距。当管道穿越屋面、楼板、平台及墙壁时,一般应加套管保护,套管直径应不妨碍管道的热胀,并大于保温后的直径或法兰直径;低压常温管道可不加套管。7.4.10一般阀门的布置原则阀门应设在容易操作、便于安装、维修的地方。成排管道(如进出口装置的管道)上的阀门应集中布置,有利于设置操作平台及梯子。消火栓或消防用的阀门,应设在发生火灾时能安全接近的位置。阀门应设在热位移小的地方。阀门上有旁路线或偏置的传动部件时(如齿轮传动阀),应为旁路或偏置部件留有足够的安装和操作空间。埋地管道的阀门要设在阀门井内,并留有维修的空间。立管上阀门的阀杆中心线的安装高度宜在地面或平台以上0.71.6m的范围,DN40及以下阀门可布置在2m高度以下。位置过高过低时应设平台或操纵装置,如链轮或伸长杆等以便于操作。极少数不经常操作的阀,且其操作高度离地面不大于2.5m,又不便另设永久性平台时,应用便携梯或移动式平台使人能够操作。阀门的阀杆不应向下垂直或倾斜安装;布置在操作平台周围的阀门手轮中心距操作平台边缘不宜大于400mm,当阀杆和手轮伸入平台上方且高度小于2m时,应使其不影响操作人员的操作和通行安全。阀门相邻布置时,手轮间的净距不宜小于100mm。安装在管沟或阀门井内经常操作的阀门,当手轮低于盖板以下300mm时,应加装伸长杆,使其在盖板下100mm以内。非金属管道的布置应有足够的管道柔性或有效的热补偿措施,以防因膨胀(或收缩)或管架和管端的位移造成泄漏或损坏,应采取有效的防静电措施;露天敷设时,应有防老化措施;在有火灾危险的区域内,应为其设置适当的安全防护措施。非金属衬里管道的布置应特别注意非金属材料的特性与金属材料之间的差异,使膨胀(或收缩)及其他位移产生的应力降到最小,每一板管线都应在三维坐标系的至少一个方向上设置一个尺寸调整管段,以保证安装准确。非金属衬里管不宜用于真空管道。7.4.11安全措施(1)从主干线上分出的支管上,一般情况下应设置截断阀门,以便当建筑物内部管道系统发生故障时,可进行截断检修,不影响全厂供热、供气;(2)安全阀应直立安装并靠近被保护设备或管道,如不能靠近不止,则从被保护设备或管道到安全阀入口管道总压降,不应超过安全阀定压值3%;(3)易燃、可燃气体管道应有消除由于管道内气体流动与管壁摩擦而产生静电,管道应全部可靠接地,电阻不应大于10欧姆,所有法兰及螺纹连接处应焊有导电的跨线,管道每隔80m接地一次。7.4.12管道编号(1)管道号组成根据管道仪表流程图设计规定(HG 20559-93)的相关规定,对管道号由5部分组成,每个部分之间用一短横线隔开:第一部分:物料代号;第二部分:该管道所在工序(主项)的工程工序(主项)编号和管道顺序号,第二部分简称为管道编号;第三部分:管道的公称直径;第四部分:管道等级;第五部分:隔热、保温、防火和隔声代号。第一部分和第二部分合并组成统称为“基本管道号”,它常用管道在表格文件上的记述,管道仪表流程图中图纸和管道接续关系标注和统一管道不同管道号的分界标注。如下图所示即为典型的编号示意图:图8.1 管道标注示意图(2)管道号各部分含义说明第一部分物料代号:用规定的大写字母表示管内流动的物料介质,物料字母代号参见管道仪表流程图上的物料代号和缩写词(HG 20559.5-93)。工程上需要但在规定中没有列入的物料代号应根据工程要求,由工艺系统专业负责人编制,经设计经理批准后在工程中使用。第二部分工程的工序(主项)编号和管道顺序号:由两个或三个单元组成,一般用数字或带字母(字母要占一位数,大小与数字相同)的数字组成。A.工程的工序编号单元工程的工序(主项)编号是工程项目给定的,由装置内给配给每一个工序(主项)的识别号,用两位数字表示,如01、10等。B.管道顺序号单元顺序号位一个工序(主项)内对一种物料介质按顺序排列的一个特定号码。每一个工序对每一种物料介质,都从01起编号,管道顺序用二或三位数字表示,管道号多于999时,管道顺序号用四位数字表示。C.系列号单元在一个工序(主项)中存在完全相同系统(指各系统的设备、仪表、管道、阀门和管件)完全相同时,这些相同的管道号,除了系列号单元以外,管道号的其他各部分、各单元都 完全相同。系列号采用一位大写英文印刷体字母表示,通常不用O和I。对于护卫备用的设备、管件(如泵、过滤器、仪表、旁路等)和并列、大小相同重叠的设备(如并列换热器等)的接管管道,不属于采用系列号来编号的范围。第三部分管道尺寸:用管道的公称通径表示。A.对公制尺寸管道,如DN100、DN150只表示为100、150,公制尺寸单位“mm”省略。B.对英制尺寸管道,如焊接钢管,亦用公称通径表示,如“2”表示为50,单位“mm”省略。C.管道尺寸的其他表示方法,根据工程特点和要求须经设计经理批准后使用,并表示在管道仪表的流程图首页上。第四部分(1) 第一单元管道的公称压力(MPa)等级代号,用大写英文字母表示。AK用于ANSI标准压力等级代号(其中I、J不用),LZ用于国内标准压力等级代号(其中O、X不用)。常用的国内标准压力等级代号:表8.4 国内标准压力等级代号代号LMNP压力1.0MPa1.6MPa2.5MPa4.0MPa(2)第二单元顺序号用阿拉伯数字表示,从1开始。(3)第三单元管道材质类别,用大写英文字母表示,与顺序号组合使用。表8.5 常用的管道材质与代号对应表代号A1GB2G1E2EH材料铸铁聚丙烯塑料碳钢聚四氟乙烯塑料304不锈钢316L不锈钢衬里及内防腐第五部分隔热、保温、防火、隔声代号,用规定的一位(或两位)大写英文印刷体字母表示,其代号字母键管道仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号(HG20559.6-93)。若管道中没有隔热、保温、防火和隔声要求,则管道号中省略本部分。7.5常见的设备配管7.5.1塔设备(1)塔的管道布置应从塔顶部到底部自上而下进行规划,并且应首先考虑塔顶和大直径的管道的位置和自流管道的走向,再布置压力管道和一般管道,最后考虑塔底和小直径管道。(2)塔上的接管应位于靠管廊一侧布置,沿塔布置的主管应尽量靠近塔,穿过平台处管道保温层不得与平台圈构件相碰。同时也不应与其他平台的梁相碰。(3)塔顶管道一般有塔顶气、放空和安全阀出口管道,塔顶放空管道一般安装在塔顶气管道最高处水平管段的顶部,并应符合防火规范的要求。塔顶气管一般管径较大,应尽可能短的布置,要“步步低”,不宜出现袋形管,且具有一定的柔性。(4)塔顶为两级冷凝时,其管道布置应使冷凝液逐级自流,塔顶气总管与冷凝器入口支管应对称布置。当塔顶压力用热旁路控制时,热旁路管应保温,尽量短,其调节阀安装在回流罐上部,且管道不得出现“袋形”。每一根沿塔管道都需在上部设承重支架,并在适当位置设导向支架,以免管嘴受力过大。(5)塔体侧面管道一般有回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、再沸器入口和返回管道等。为使阀门关闭后无积液,上述管道上的阀门宜直接与塔体管口相接,进(出)料管道在同一角度有两个以上的进(出)料开口时,管道应考虑一定的柔性。(6)塔底的操作温度一般较高,因此在设计塔底管道时,其柔性应满足规范要求;尤其是塔底抽出管道和泵相连时,管道应短且少拐弯,还需有足够的柔性以减少泵嘴受力。塔底抽出线应引至塔裙或底座外,塔裙座内不应设置法兰、阀门、仪表接头等部件。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有“袋形”,应是“步步低”,以免塔底泵产生汽蚀现象。抽出管上的隔断阀应尽量靠近塔体,并便于操作。(7)塔的管口方位应满足塔内件工作原理及结构要求,设计时应考虑设备内件整体结构的相对方位与管口方位同时确定。(8)对于有塔板的塔,人孔宜布置在与塔板溢流堰平行的塔直径上,条件不允许时可以不平行,但人孔与溢流堰在水平方向的净距离应大于50mm。(9)液位计接口可通过根部阀与液位计直接连接,也可通过根部阀与液位计连通管连接。不得把液位计接口布置在进料口的对面,除非进料口有内挡板保护。与塔直连的外浮简式液位控制接管应加挡板。液位计、液位控制浮筒、报警器等设施常位于塔平台内或局部平台端部,以便于维修。(10)压力计接口应布置在塔的气相区内,使压力计读数不受液位压头的影响。气相取样口和测温口应避开塔板降液槽的气相区。液相取样口和测温口应设在降液管区域的塔板持液层内。对于易结晶的液相取样管应坡向塔板。(11)塔顶部吊柱的定位应使旋转时可到达平台外起吊点上方,以及平台内所有人孔的位置,并与梯子的设置统一布置。在事故时,人孔盖板顺利关闭的方向与入疏散的方向应一致,使之不受阻挡。(12)应及早和应力分析工程师一起确定塔上固定支架和导向支架的位置,以便向设备专业工程师提出荷载条件。沿塔敷设的两根或多根管道的承重支架,管径较大时其位置要错开。确定承重架位置时,应使作用在管接口上的荷载最小。7.5.2容器(1)容器底部排出管道沿墙敷设离墙距离可以小些,以节省占地面积,设备间距要求大些,以便操作人员能进入切换阀门。(2)排出管在设备前引出。设备间距离及设备离墙距离均可以小些,排出管通过阀门后一般应立即引至地下,使管道走地沟或楼面下。(3)排出管在设备底中心引出,适用于设备底离地面较高,有足够距离可以安装和操作阀门,这样敷设高度短,占地面积小,布置紧凑,但限于设备直径不宜过大,否则开启阀门不方便。(4)进入容器的管道为对称安装,适用于需设置操作平台、开关阀门的设备。(5)进入容器的管道敷设在设备前部,适用于能站在地(楼)面上操作阀门的设备。(6)站在地面上操作较高设备进入管的敷设方法。(7)卧式槽的进出料口位置应分别在两端,一般进料在顶部、出料在底部。7.5.3 泵(1)泵体不宜承受进出口管道和阀门的重量,故进泵前和出泵后的管道必须设支架,尽可能做到泵移走时不设临时支架。(2)吸入管道应尽可能短,少拐弯,并避免突然缩小管径。(3)吸入管道的直径不应小于能的吸入口。当泵的吸入口为水平方向时,吸入管道上应配置偏心异径管,管顶取平,以免形成气袋。当吸入口为垂直方向时,可配置同心异径管。(4)泵的排出管上均设止回阀,防止泵停时物料倒冲。止回阀应设在切断阀之前,停车后将切断阀关闭,以免止回阀阀板长期受压损坏。(5)悬臂式离心泵的吸入口配管应给予拆修叶轮的方便。(6)往复泵、漩涡泵、齿轮泵一般在排出管上(切断阀前)设安全阀(齿轮泵一般随带安全阀),防止因超压发生事故。安全阀排出管与吸入管连通。(7)蒸汽往复泵的排汽管应少拐弯,不设阀门,在可能积聚冷凝水的部位设排放管,放空量大的还要装设消声器,乏气应排至户外适宜地点,进汽管应在进汽阀前设冷凝水排放管,防止水击汽缸。(8)蒸汽往复泵,计量泵、非金属泵的吸入口须设过滤器,避免杂物进入泵内。7.5.4换热器(1)管壳式换热器的管道布置管壳式换热器工艺管道布置应注意冷热物流的流向,一般被加热介质(冷流)应由上而下,被冷凝或被冷却介质(热流)应由上而下。换热器管道的布置应方便操作和不妨碍设备的检修,并为此创造必要的条件。管道布置不应影响设备的抽芯(管束或内管)。管道和阀门的布置,不应妨碍设备的法兰和阀门自身法兰的拆卸或安装。本厂考虑到管壳式换热器的实际大小、摆放位置、以及相应配管的大小,管程流体管道为左右流向,壳程流体从侧面进出。(2)立式热虹吸再沸器配管再沸器的降液管和升汽管在热胀许用应力范围内,应尽可能短而直,减少弯头数量,以减少压降。为避免系统产生压降,液体就会开始闪蒸,产生气液两相流体流动,影响控制和测量仪表的操作和精度。在布置饱和一体管道时,基本原则是使压力降最小,并在测量或控制仪表前不出现垂直上升管段。本工艺立式热虹吸再沸器被加热介质的流向为由下而上。7.5.5 压缩机(1)离心式压缩机壳体有两种基本形式:垂直剖分型用于高压;水平剖分型用于低压或中压。垂直剖分型压缩机前面不得有管道及其他障碍物,水平剖分型压缩机上部不得有管道和其它障碍物。如果必须设置管道,应采用法兰连接,以便拆卸。(2)进出口管道的布置,在满足热补偿和允许应力的条件下,应尽量减少弯头数量,以减少压降。(3)离心式压缩机、轴流式压缩机进出口管嘴一般朝下,有压缩机壳体中心支撑。机器运行中,自机器中分面至出口法兰向下的热胀量均应由管道上设置的补偿器吸收。(4)管道设计时应首先按自然补偿的方式考虑,当自然补偿无法减少对压缩机管嘴的受力时,方可在管道上设置补偿器。(5)厂房内设置的上进、上出的离心式或轴流式压缩机时,在其进出口管道上必须设置可拆卸短节,以便吊车可以通过,压缩机得以解体检修。(6)轴流式、离心式压缩机进出口均应设置切断阀。(7)轴流式、离心式压缩机出口管道应设置止回阀,以防压缩机切换或事故停机时物流倒回机体内。本工艺采用离心式压缩机水平剖分型,不设置补偿器,上部需设置管道,采用法兰连接。7.5.6 疏水阀组的配管(1)一般疏水阀均要求安装在水平管道上,并直立敷设。液体膨胀式恒温疏水阀可卧放安装。当疏水阔管口是上下方向时,管道应由水平向变为垂直向与其相连。(2)疏水阀入口管宜设置低于设备、管道(包括蒸汽冷凝液收集管)的排液口;恒温式疏水阀的入口管应留有1m长的不保温管段;疏水阀入口管不应有上凸的袋形管。(3)对于压差大的疏水阀,其阀后管道易产生振动,设计中应予特别注意。在加热设备内不会积液的情况下,疏水阀宜尽量靠近闪蒸罐、回收槽的管口;疏水阀出口管与总管相接时,应防止水锤现象发生。(4)疏水阀组出口应设置DN20的检查阀。水平管道上如需变径时。应采用底平的偏心异径管。7.5.7调节阀组的配管(1)调节阀宜直立安装于水平管道上,应布置在地面、楼面、操作平台上或通道两旁,并尽量靠近与其操作有关的现场检测仪表,便于调试、检查和拆卸。(2)一般水平安装的调节阀其管底距地面或平台面的高度最低为450mm;执行机构上方要至少有200mm净空;调节阀膜头与邻近设备或墙壁之间最少净距为200mm,也不应与本阀组的组成件相碰;调节阀组的切断阀手轮或阀杆(对明杆式闸阀按全开考虑)与邻近设备或墙壁之间的最小维修用净距为700mm;相邻两手轮之间的最小净距为75mm。(3)调节阀出、入口处宜选用偏心异径管,并以底平安装;调节阀采用组成件连接时,相邻环焊缝的最小间距应不小于5倍管壁厚,即不小于50mm;在调节阀入口前管道最低处应配置排液口及阀门,排液口距地面或楼面不小于150mm。(4)调节阀组应安装在环境温度不高于60,不低于-40的地方和离振动源较远的地方。7.5.8管廊的管道布置敷设在管廊上管道种类有:公用工程管道、公用管道、仪表管道及电缆。(1)据装置设备布置图和管道仪表流程图(PID),确定管廊上的管道走向及管道根数,并据此进行管廊上的管道布置。(2)在管道总根数、管径、介质等已知的条件下,根据管道走向调整局部通过管廊的管道,合理利用空间,并确定管廊的宽度及层数。(3)在管廊上大直径管道尽量靠近柱子布置,需要热补偿的管道,宜布置在横梁端部,以便设“”形膨胀弯。对设有阀门的管道及需要经常维修的管道,应在适当的位置设置操作平台,并布置在管廊上层。(4)管廊上的冷介质及易燃介质管道应布置在热介质管道的下方;非金属及腐蚀性介质的管道宜布置在下层;仪表电缆及电气电缆槽架宜布置在上层。(5)要求无袋形并带有坡度的管道(如火炬管)应布置在管廊顶层;坡向分液罐或其他设备,坡度宜不小于0.003;该管上所有支管都应从该管的顶部连接,并且应顺着管内气体流动方向倾斜45。(6)在管廊上可利用大管道支吊小管道,以缩小管廊的宽度,并满足小管道的跨距要求;在管道排列布置时,宜留有10%30%的空位,并需要考虑预留空位的荷载。(7)在管廊上集中布置的阀门应错位布置,以保证管道布置紧凑;由总管引出的支管上的阀门应尽量靠近总管布置,并装在水平管道上;管道及阀门采用螺纹连接时,活接头宜靠近阀门,以便拆卸。7.5.9其他管道布置(1)凡管道上的最高点应设置放气阀,最低点应设排空阀,在操作停止时可能产生积液的管道也应设排空阀。(2)取样口应设在操作方便、取样有代表性的地方。气体取样在水平敷设的管道时,取样口应从管顶引出,在垂直敷设的管道时,可设任意侧引出。(3)在某些间歇的化工生产中,当反应进行时如果漏进某种介质有可能引起爆炸、着火或严重的质量事故,则应在该介质的管道上设置双阀,并在两阀间的连接管道上设置放空阀。第八章 储运系统8.1设计依据本设计涉及到异丁烯、瓦斯等易燃、易爆的物质,因此储运的安全及其重要。需要考虑的安全设计有:防爆、防静电、防雷、防火等。储运设计严格按照国家标准进行设计和施工,要参照标准和规范有:(1)石油库设计规范GB50074-2002;(2)固定式压力容器安全技术监察规程TSGR0004-2009;(3)石油化工立式圆筒钢制焊接储罐设计规范SH3046-92;(4)立式圆筒钢制焊接油罐施工安全及验收规范GBJ128-90;(5)钢制焊接常压容器JB/T4735;(6)储罐区防火堤的设计规范GB50351;(7)道路危险货物运输安全技术要求DB11/415-2007;(8)汽车运输危险货物规则JT617-2004;(9)工业企业厂内铁路、道路运输安全规程GB4387-2008;(10)液化石油气储运SY/T6356-2010;(11)危险货物运输包装通用技术条件GB12463-2009;8.2储存系统8.2.1罐区概况罐区由甲基丙烯酸甲酯储罐,正己烷储罐,甲醇储罐,异丁烯储罐,氮气储罐构成。8.2.2罐体附件的设计异丁烯储罐用于储存和转运异丁烯,为防止储罐超压,储罐应设液位计、压力表、安全阀、高液位报警装置或高液位自动连锁切断进料装置、导向防转装置、静电引出线等附件。储罐的安全阀出口管应接至火矩系统,以备一旦发生超压时将气体泄放到安全处理系统。密封装置采用填料式密封。通气孔包括自动通气阀和罐壁通气孔,自动通气阀用于通气孔的自动调节,罐壁通气孔用于提供足够的通风条件和在事故状态下起到罐液溢流。高液位报警器其作用是防止过量充液造成灾害性事故。导向防转装置可兼做量液管。异丁烯储罐附件设计包括梯子平台、水喷淋装置、压力表、安全阀、温度计等。(1)梯子采用旋转梯用于监测检修。(2)水喷淋装置用于消防保温用。(3)压力表用于测量容器内压力。(4)安全阀用于设计防止压力过高,保证球罐内的压力在设计压力之下。(5)温度计用于监测罐体内的温度。8.2.3原料及产品的储运系统对于本厂工艺,采取年开工334天(8000小时)的连续操作,其中一年内的四至五周(约30天)用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。储罐主要用来储存原料和产品,大型储罐均位于储罐区,储罐区主要分为产品储罐区和原料储罐区。(1)产品储罐区:产品甲基丙烯酸甲酯采用储罐储存,用铁桶包装,应贮存于阴凉通风的专用仓库内,远离火源,防止包装容器损坏渗漏,为保证产品的连续供应,产品储罐的容积暂定为两个月的产量。(2)原料储罐区:我厂以异丁烯做为主要原料,反应燃料为瓦斯。原料储罐的设立是为了保证生产的正常运行,本项目设计为两个月的最大原料储量。此外还需设置DMF储罐区。8.2.4储运系统的安全措施本厂内涉及物料大多易燃易爆品,大多属于甲类危险物质,采用的安全措施如下:储罐设冷却水喷淋设施;罐体外部涂刷防止热辐射材料;设施的电器开关设置在远离防火堤外;与储罐有关的管道穿过防火堤时,洞口用不燃材料填实,电缆跨越防火(护)堤铺设,设置可燃气体检测报警装置;罐区防火堤的排水管设置水封井,并在出口管上设置切断阀;原料和产品储存于阴凉、通风仓库内,远离火种、热源;仓温不宜超过30,防止阳光直射;保持容器密封,应与氧化剂分开存放;储存间内的照明、通风等设施都应采用防爆型,开关设在仓外;禁止使用易产生火花的机械设备和工具;灌装时应注意流速不超过3m/s。(1)消防栓的设置在每个罐区附近设有消防栓及冷却水喷淋设施,且罐区的道路分布合理宽敞,便于消防车的出入。(2)防火墙的设置在罐区的周围都设有0.5m宽,2m高的防火墙。(3)防电装置设计中所用储罐都较高,为防止雷击,在每个储罐顶部都设有避雷针。为了防止静电的积累带来的安全隐患,每个储罐都设有静电导出装置。具体储罐的防雷、防静电接地装置,需按照石油库设计规范(GB50074-2002)设置。【1】防雷设计防雷接地措施;罐区中间设置避雷设计,防雷接地电阻小于10。【2】防静电设计甲基丙烯酸甲酯储罐、甲基丙烯酸储罐采取防静电措施,防静电电阻值不宜小于10。【3】防爆设计为防止产品气体积累,整个罐区的布置,应力求做到通风良好,避免死角,避免深坑,以防止可燃气体聚集;防止火星产生,在灌区内建立禁火区,严禁带入火种;在罐区内严禁带电作业。【4】防毒设计原料和甲基丙烯酸都具有一定的毒性,在防火墙外设置防毒衣物放置室;当储罐发生泄漏时,工作人员应往上风向迅速撤离;设置消防通道进行人员的逃生撤离。【5】产品包装采用火车专用罐车进行装运,采用容积计量仪表进行罐体容积计量,并进行温度校核;其包装计量必须对容器进行严格检查,防止容器中的油污、杂质、水分污染产品;灌装完后立即封口,防止泄漏,以免影响产品质量;雨天和大雾时不许装车,必须罐装也要采取特殊的保护措施。8.3运输系统8.3.1运输方式及工具厂区内运输视不同物料使用管道、铲车或手推车运输。8.3.2产品装车要求本厂工艺流程中设计到的液化危险化学品在充装槽车时应使用万向充装管道系统(即所谓的鹤管)。国务院安全生产监督管理委员会办公室2008年9月14日发布的安委办200826号关于进一步加强危险化学品安全生产工作的指导意见第16条指出:“在危险化学品槽车充装环节,推广使用万向充装管道系统代替充装软管,禁止使用软管充装液氯、液氨、液化石油气、液化天然气等液化危险化学品”。8.3.3原料及产品厂区外运输厂区外运输分为铁路运输和公路运输。若进行铁路运输,则应严格按照铁道部危险货物运输规则中的危险货物配装表进行配装;运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备;夏季最好早晚运输;运输时所用的槽(罐)车应有接地链,槽内可设孔隔板以减少震荡产生静电;严禁与氧化剂、酸类、碱类、食用化学品等混装混运;运输途中应防曝晒、雨淋,防高温;中途停留时应远离火种、热源、高温区;装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。若进行公路运输,则要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。此外,对于运输的物质甲基丙烯酸甲酯按化学品和运输部门的相关规定,运输时还有以下要点:1. 运输时的铁路槽车储存量为4050吨。2. 装有产品容器必须涂刷明显标志:生产厂名称、产品名称、净重、标注编号、危险货物包装标志等。3. 每批出厂产品都应附有产品质量合格证书。4. 所涉及的物质易燃,在运输时不允许接近高温火源。5. 运输中禁止猛烈撞击、和滑坡。8.3.4原料及产品厂区内运输异丁烯(1)包装方式工业用异丁烯的包装应执行压力容器安全技术监察规程和使用压力容器的安全规则。(2)运输方式按照相关要求,工业用异丁烯可采用铁路、汽车槽车以及管道输送。用铁路、汽车槽车运输工业用异丁烯产品时,除了执行压力容器安全技术监察规程外,必须遵守液化气体铁路罐车安全监察规程和液化气体汽车罐车安全监察规程。第九章 给排水9.1设计概述给排水设计的任务是解决生产 、生活用水的供应及废水排放两大问题。本项目给排水系统的设计内容是,对全厂范围内进行供水、排水系统设计,包括生产、生活装置区、辅助设施区、消防用水等。而本工程的给水排水的水源,水量、给水处理站和污水处理系统均由海南炼化提供,本项目只需要将本厂的排水系统与总厂的联系在一起,就可以实现给排水的正常运行。9.2设计依据及原则9.2.1设计依据(1)室外排水设计规范GB50014-2006;(2)建筑给水排水制图标准GB50106-2010;(3)给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002;(4)工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007;(5)建筑给水排水设计规范GB50015-2010;(6)建筑中水设计规范GB50336-2002;(7)生活饮用水卫生标准GB5749-2006;(8)居住小区给水排水设计规范CECS:5794;(9)二次供水设施卫生规范GB17051-1997;(10)自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2005;(11)石油化工给水排水管道设计规范SH3034-2012;(12)建筑设计防火规范GB50016-2014;9.2.2设计原则(1)符合国家法律法规的给排水工程,达到防治水污染,改善和保护环境,提高人民生活水平和保障安全的要求。(2)根据当地的总体规划,结合地形特点和水文条件、水体状况、气候状况,原有的给排水设施等综合考虑,全面论证,选择经济合理、安全可靠,适合当地实际情况的给排水方案。(3)做好污水的再生利用,污泥合理处理,设计节能环保的给排水系统。(4)工厂管理模式改革,本着“少投资、少占地、少用人”的原则,提高企业的管理水平。(5)选择技术经济先进和材料可靠的设备,确保长周期安全运行。(6)严格执行国家的设计规范、标准和规定。(7)合理布局,做到流程顺畅,方便日常管理和维护,减少工程占地。(8)尽量降低新鲜水用量,节约水资源,做到一水多用,重复利用,减少排放。(9)排水采用污水、清水分流排放,污水均经过严格的处理后排放。降低污水排放量,降低运行成本。9.3给水系统本厂的生产用水来自总厂或园区水网,给水处理将由总厂或园区代为处理,可为本项目提供充足的工业用水。厂区内铺设完备的自来水管路,可为本项目提供所需的生活用水。本项目给水系统可分为5个主要供水子系统,即工艺用水系统、生活用水系统、杂用水系统、消防供水系统和冷却用水系统。9.4工艺用水系统本厂区中需要较多的蒸汽和普通水。蒸汽由在园区建设的热电联产电厂提供不同压力等级、稳定的汽供应。由于本厂需要大量的冷却水,为了充分利用水资源,提高水的重复利用率,节约新鲜水用量,设置循环冷却水系统,尽量将水进行循环利用,冷却水通过冷却塔降温后循环使用。初次注入水量以及生产过程的新鲜水补充量是由供给的,循环给水温度20,供水压力为0.1MPa;循环回水温度25,回水压力为0.1MPa。工业用水使用后水温上升至30左右,将此热水送至冷却塔与空气换热或蒸发后温度降至25左右,然后用供水泵实现冷却水的循环。9.4.1生活用水系统本厂区内生活用水只限于饮用、洗眼器、安全淋浴、洗手池和厕所,避免与厂区内其他任何水系统相接。同时在工厂内自设净化设备,将引入的城市自来水进行二次净化处理,以达到厂区有关卫生标准的要求,其中主要是对水质中的酸碱度和无机离子处理。水质要求符合现行的国家生活饮用水卫生标准GB5749-2012,装置边界生活用水的供水压力要求不小于,系统在筹备中,如果压力到达装置后达不到供水压力,需另外装置加压泵。对于一般生产用水如系统补给水、洗眼器用水以及生活用水等都有严格标准。生活用水的供水可靠性应不低于城市供水系统,其中,洗眼器和安全淋浴设专门蓄水池,保证24h全天候的供水可靠性。生活用水系统的入口设置带旁路的水流量计以及就地压力指示计(每支路各一支)。装置界区给水管材为球墨承插铸铁管或焊接钢管,室内给水管材采用镀锌钢管丝扣连接。9.4.2杂用水系统杂用水主要用于厂区地面的冲洗、设备内体的清洗、碳钢设备的水压试验。当把杂用水用于不锈钢设备和管线的试压时,本设计中严格限制水中的含氯量。会对厂区出水进行适当加压,并在杂用水进入装置边界线处设过滤器。杂用水系统设计不采用单独长期管线,而采取灵活的水车运输方式,并结合喷水洒水装置。其用量与具体生产周期的时间有关。9.4.3消防用水系统消防用水是正常用水之外的紧急用水,消防紧急用水量比生产和生活用水量的总和大。其管网采用低压制消防系统时可以和普通生产用水或生活用水系统相连接;若采用高压制消防时,需设置单独的消防水系统。本厂采用独立高压制消防系统,通常,管网压力维持1.1MPa。火灾时启动消防主泵灭火,平时通过稳压泵保证。厂内按同时发生火灾一处考虑,消防最大用水量为Q=150L/s,火灾延续时间1.8h,罐区为2.2h。消防采用稳高压消防给水系统。消防储备水体积 V=1200m3。消防水系统由消防水管网、室外消火栓及消火栓箱,固定式消防水泡和水喷雾系统组成。工厂设置独立消防给水管网,管网按环状布置,设“地上式”室外消火栓,消火栓间距不大于60米。建筑物内设置室内消火栓。工艺装置区室内消火栓均采用水/雾两用水枪。工艺装置区设固定式消防水炮保护(采用水/雾两用枪),并在部分工艺装置框架设消防竖管。9.4.4冷却用水系统本厂区中需要较多量的冷却用水,但对冷却用水的水质并无特殊要求,因而主要采用总厂提供的冷却用水。冷却水供应规格如下所示: (1)冷却水在工艺装置边界的供水压力要求0.42MPa,而进冷却装置的水压可适当降低要求; (2)在夏季时,要求冷却水供应温度高出当年夏季空气湿球温度5度以上。 在布置冷却水管时,本厂主要采用地上铺设,并且考虑管道的防冻,一般在换热器的出入口切断阀前设置旁通,并在切断阀内侧设放净阀。供水干管的端部也设置旁通循环阀。在布置冷却水管时,本厂主要采用地上铺设,并且考虑管道的防冻,一般在换热器的出入口切断阀前设置旁通,并在切断阀内侧设放净阀。供水干管的端部也设置旁通循环阀。9.5排水系统排水系统主要包括生产排水、生活排水、雨水排水和非正常排水。生产排污主要包括循环水排污系统,生产设备和管道的排污等。生活排水主要包括日常生活用水。区内排水、排污地下主管网已基本形成,大型项目排污系统已建成投入使用。不同类型高低浓度污水由园区污水处理厂统一处理,达标排放。9.5.1生产排水系统本工艺的生产废水主要是甲基丙烯醛合成工段中的精制分离和甲基丙烯酸甲酯分离精制部分。甲基丙烯醛合成工段的废水主要由甲醇,甲基丙烯醛以及水组成。该工段的废水主要含有99%的水,其余为甲醇。本工程设生产废水排入全厂生产污水干管,最终进入全厂污水处理站进行处理。工艺装置区和罐区围堰内的地面冲洗水和下雨时的初期雨水,经排水地沟收集,然后经全厂地下排水管网送至污水处理站。本工程不设有污水处理站,在污水处理池收集后直接送往总厂进行污水处理。9.5.2生活排水系统生活污水是指厂内生活用水所产生的常规污水和废水,主要来源于卫生间等,比如冲厕水、洗手水;厨房排水经室内汇集通过格栅后排至室外隔油池;此处还有设备清洗水及地面水等,排水量约为0.5m3/人/天。生活污水量取最大用水量的85%95%估算,从而进行管道的铺设。本厂中均通过专用管道送至总厂水处理基地,集中经沉淀池处理,然后排入厂区排水主干沟进入城市污水管网。管径DN300,最终进入园区生活排水管网。9.5.3冷却水排放系统工艺中冷却水通过换热器出口再汇总至冷却水排放管,其中空置冷却水出口一般不高于 35,最高不高于 50,以免造成严重的结垢和对环境造成破坏。 分厂冷却水出口温度并不高,并且也没有引入较多的污垢,可以送至总厂,进行二次冷却水利用和循环水多级利用,最后送回园区冷却水回流系统集中处理。 9.5.4雨水排放系统雨水量可按照下式估算:W=rGF;式中,G为暴雨强度,L/(m2s);F为厂区面积,m2;R为径流系数;排水设计量为雨水量的125%。2018年滨州市6月份降水量73.0mm,7月份降水量172.4mm,8月份降水量135.2mm,9月份降水量45.5mm,10月份降水量32.0mm,11月份降水量14.3mm。根据项目所在地的降雨特点及结合相关设计规范,雨水排放系统设计要求如下:(1)室外道路边适当位置设置平箅式雨水口,收集道路、人行道及屋面雨水;(2)屋面雨水的排水系统采用外排水系统;(3)天沟外排水的流水长度,不宜大于50m,其坡度不宜小于0.003。天沟的排水,应在山墙上或天沟末端设置溢流口。通、直角顺水三通或直角顺水四通等配件;(4)雨水管道的布置,应将雨水以最短距离就近排至室外;(5)屋面雨水由天沟进入雨水排水管道入口处设置雨水斗,雨水斗有整流格栅。雨水斗格栅的进水孔有效面积等于连接管横断面积的22.5倍;(6)雨水的排水系统,采用单斗排水。布置雨水斗时,以伸缩缝或沉降缝作为天沟排水分水线。防火墙处设置雨水斗时在防火墙的两侧各设一个雨水斗;(7)雨水管采用承插式钢筋混凝土,橡胶圈接口,并设混凝土基础;(8)雨水口、雨水检查井均采用砖砌筑。9.6非正常排水在一般情况下,工艺装置开车试运行时,污水处理站先进行调试,以便随时接纳并适应装置排放的污水。各装置废水经处理后回用于工艺系统,即使在装置运行出现波动时,仍可通过污水处理站内的事故纳污池及监护池进行调节。事故池内污水由定量泵送入污水处理站处理,不外排。正常情况下,有极少量污水排往灰渣场用于喷湿抑尘;但如果在装置开车调试期,出现异常波动,所排放的污水与设计值有较大出入时,污水不能进入污水处理站,此时生产污水先排至污水处理站内事故纳污池,稀释后分时段进行处理,处理达标后排放。9.7排水方式对于污染区的雨水,收集和排放污染区初期污染雨水及地面冲洗水,最终汇入装置区内设置的污染雨水收集池。污染雨水收集池内污水经泵提升后排入生产废水排水系统,送综合污水处理厂进行集中处理。对于非污染区的雨水,由另外的清洁雨水排放系统收集和排放装置区非污染区雨水及污染区后期清净雨水。非污染区后期雨水通过雨水管道重力排至污水处理厂的雨水调节池,经雨水处理系统处理后回用作为循环冷却水的水。装置区内非污染区的雨水进入污染区后期雨水管道。9.8节水措施(1)工艺透平等需冷却的设备采用空冷系统,以减少循环水用量,相应减少补充水用量,节约大量用水;(2)对各装置主要工业水、冷却水尽可能采用循环水,实行水的重复利用,节约水资源;(3)优化循环冷却水水质稳定处理方案,提高循环水浓缩倍数,减少补充水量;(4)锅炉定期排放的冷却水以及冲洗水的补充水、道路浇洒水、绿化用水等对水质要求不高,均采用回用水站排放废水;(5)尽量采用气水反冲洗来清洗设备,以便减少水的用量;(6)增强用水管理,配置流量计、水表等计量工具,对各用水装置实行定额管理;(7)对用水分质管理,对生产装置排出的废水经处理后尽可能回用作生产用水;(8)厂区施工、运行中尽量减少给排水地下管网管道的泄漏,以便有效收集无废水、废水,以达到节能的功效;(9)优化循环冷却水处理系统,提高水处理的效率,使可循环利用的水量增加,充分减少水的浪费。(10)开展水平衡测试,计算每个生产单位所需的水量,然后设立查验措施,控制耗水量。第十章 采暖通风及空气调节10.1设计范围本工程设计范围为配电站、消防站、维修楼、中控室、行政楼等各建筑物的采暖、通风、空调的初步设计,按照各个房间空气调节的设计参数,提出对空调的要求;相关空调的设计、安装由空调提供方依据相关行业标准及设计规范进行设计。10.2设计目标(1)保证有足够的室内风速和气流量;(2)房间内要有合理的气流通路,即气流应经过需要换气和降温的地方;(3)要保证有良好的气流质量,即进入厂房的应该是低温洁净的空气。10.3设计标准、规范(1)化工采暖通风与空气调节设计规范HG/T20698-2009;(2)石油化工采暖通风与空气调节设计规范SH/T3004-2011;(3)采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003;(4)通风与空调工程施工质量验收规范GB50234-2002;(5)采暖通风与空气调节术语标准GB50155-92;(6)建筑设计防火标准GB50016-2006;(7)环境空气质量标准GB3095-2001;10.4厂址所在地气候条件本项目厂址选在山东滨州市,滨州市为温带大陆性季风气候特征;多年平均气温12.7,降水量564.8毫米,平均日照时数2632.0小时;风向冬季以偏北风为主,夏季以偏南风为主,年平均风速2.7米/秒;年平均地面温度为14.7,最大冻土深度一般50厘米左右,而无棣1984年曾达209厘米;年平均相对湿度为66%,8月最大为81%;年蒸发量1805.8毫米;无霜期205天。10.5设计参数本项目设置在山东省滨州市滨北工业园区,使本厂生产顺利进行的空气调节的详细参数见表如下:表10.1 空气调节详表房间房间温度()房间相对湿度(%)房间净化等级使用日期日均使用时间(h)控制室24509全年24配电室24509全年24维修站24508全年24锅炉房24508全年24休息室2228408095-9月8行政楼2228408095-9月8食堂2228408095-9月6门卫处2228408095-9月1610.6采暖设计方案10.6.1设计原则(1)设计集中采暖时,生产厂房工作地点的温度和辅助用室的室温应按现行的工业企业设计卫生标准执行;在非工作时间内,如生产厂房的室温必须保持在0以上时,一般按5 考虑值班采暖;当生产对室温有特殊要求时,应按生产要求确定。(2)设置集中采暖的车间,如生产对室温没有要求,且每名工人占用的建筑面积超过100m2时,不宜设置全面采暖系统,但应在固定工作地点和休息地点设局部采暖装置。(3)设置全面采暖的建筑物时,围护结构的热阻应根据技术经济比较结果确定,并应保证室内空气中水分在围护结构内表面不发生结雾现象。(4)采暖热媒的选择应根据厂区供热情况和生产要求等,经技术经济比较后确定,并应最大限度地利用废热。如厂区只有采暖用热或以采暖用热为主时,一般采用高温热水为热媒;当厂区供热以工艺用蒸汽为主,在不违反卫生、技术和节能要求的条件下,也可采用蒸汽作为热媒。(5)按我国规定,凡日平均温度5的天数历年平均在90天以上的地区应该集中采暖。天津市冬天温度较低,历年日平均温度5的天数超过100天,厂区需建设采暖系统,确保员工生产生活能正常进行。10.6.2采暖设计采暖就是在较低的环境温度下,提供热量以调节生产车间或活动室的温度 ,达到生产工艺和卫生标准的要求,使生产能正常进行并保障工作人员的健康。化工厂大多采用集中采暖。按照传热介质可分为热水、蒸汽、热风三中,其中蒸汽采暖最为方便。本厂采暖不仅利用园区自带发电厂电厂产生的蒸汽,还可以利用园区自带发电厂电厂产生的蒸汽,还可以利用换热网络副产的余热,为取暖提供了便利。在工作时间内,生产厂房的室温保持在0以上,按5考虑值班采暖;当生产对室温有特殊要求时,按生产要求而定。生活区的采暖热媒采用热水。热水由厂区提供蒸汽,在生活区设立热交换站供应。热水的平均温度为95,采用单管系统。施工建设及生产工作时,应按以上标准,根据各生产区的面积和人员比例,对不同的生产区采用采暖能力各异的采暖设备,调节适宜的室内温度,在保证良好的工作环境下,尽可能地节约设备及操作成本。10.7通风设计方案10.7.1通风概述为了保证操作人员的正常的环境卫生条件,在有余热、余温、有害气体或蒸汽、粉尘等排出的车间和房间,必须采取通风,以使工作环境的空气达到并保持适宜的温度、湿度以及卫生的要求。通风按使用方法分为自然通风和机械通风两类。为了更好地节约成本,应尽可能地利用自然通风;在不能达到卫生标准下,采用机械通风。厂房内通风的目的排除厂房内余热、余湿、有害气体以及蒸气、粉尘等,维持厂内空气的温度、湿度和卫生要求,以保证员工良好的工作环境和优良的产品质量。通风时,设备布置的几个要求:(1)空气中含有易燃或爆炸危险物质的厂房、库房,其送、排风系统采用防爆型的通风设备,并设有除静电的接地装置。(2)排除有爆炸或燃烧危险的气体、蒸汽的排风管不暗设,直接通道室外的安全处;排除含有比空气轻的可燃气体与空气的混合物时,其排风水平管全长应顺气流方向的向上坡度敷设。(3)当通风、空气调节系统的送、回风管通过贵重设备,如合成塔或火灾危险性大的厂房隔墙和楼板处应设防火阀。(4)通风、空气调节系统的风管采用不燃烧材料制作;风管和设备的保温材料、消声材料及其粘结剂,应采用非燃烧材料或难燃烧材料。10.7.2通风方案本设计项目生产装置中有易燃、易爆、有毒物质,因此有害物质有可能泄露的房间以及有粉尘产生的生产厂房内设置通风机械进行强制通风,预防事故发生。在有危险品及粉尘的生产厂房中,应该使用防爆型的通风设备,送风机设置在单独隔开的通风机房间内,且送风干管上设置有止回阀,同时排风系统设有除静电的接地装置。机械或自然垂直排风管道,且设置止回阀。在材料的选择上,风管采用不燃烧材料制作,接触腐蚀性介质的风管和柔性接头采用难燃烧材料制作。加强和改善厂房的自然通风设计是提高厂房内环境质量的重要环节,组织好厂房内部的进、排气流,使厂房内获得应有的新鲜空气,并带走影响工人健康和产品质量的大量余热、污浊气流和有害气体。维持室内空气的温度、湿度和卫生要求,以保证良好的工作环境和产品质量。10.8空气调节设计方案10.8.1空气调节概述空气调节是用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的技术。可使某些场所获得具有一定温度和一定湿度的空气,以满足操作人员及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件。在设计项目空气调节系统时,应根据车间或房间的不同用途、规模、使用特点、室外气息条件、负荷变化和参数要求进行。控制室、化验室等处有精密仪器的房间,为保证仪表、精密仪器的可靠运行,室内需恒温恒湿,因此上述房间设置空调。现场休息室由于比较分散,故考虑设置空调。10.8.2空气调节方案控制室、车间分析用色谱仪室需恒温恒湿,故设置冷暖两制式空调进行空气调节,现场巡回工休息室设冷暖两制式空调,用于夏季供冷风,冬季供热风,保持室内在适应的温度。10.8.3空气调节冷热源空气调节热源优先考虑厂区余热或城市、区域供热。本项目空调冷负荷较小,冷量需求量相对不高,因此依托海南炼化冷公用工程站供冷。制冷和供热机房内设有良好的通风设施,有温度要求的危险场所使用的空调冷热源都采用备用,保证安全生产要求。冷冻机房内设备布置应满足日常操作和维护要求,主要通道的宽度不小于1.5m,设备距墙不小于1m,设备之间净距不小于1.2m。10.8.4 防爆空调对本项目中的储存车间,应安装防爆空调,并标明防爆等级。空调系统安装的防火阀、调节阀等配件必须符合在防爆场所使用的产品,设备及管道系统均需按规范要求接地。对于处于爆炸危险区域内面积比较小的本身没有易燃易爆物产生的房间,采用防爆空调机组。第十一章 供配电11.1设计范围本设计研究包括生产区、罐区、辅助生产装置和办公生活区的供电方案,以及厂内用电负荷、变电所设置、配电方案、照明、全厂外线、防雷防静电措施等内容。11.2设计标准、规范(1)标准电压GB156-2007;(2)供配电系统设计规范GB50052-95;(3)建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-2002;(4)电力装置防震设计规范GB50260-2013;(5)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-2014;(6)建筑物防雷设计规范GB50057-2010;(7)石油化工静电接地设计规范GBJ28-2000;(8)交流电气装置的接地设计规范GB/T 50065-2011;(9)化工厂电力设计常用计算规定HG20551-1993;(10)化工企业供电设计技术规定HG/T20664-1999;(11)石油化工企业生产装置电信设计规范SH/T3028-2007;(12)20kV及以下变电所设计规范GB50053-2013;(13)通用设备的配电设计规范GB50055-2011;(14)电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062-2008;(15)低压配电设计规范GB50054-2011;(16)供配电系统设计规范GB50052-2009;(17)工业企业照明设计标准GB50034-2004;(18)电力工程电缆设计规范GB50217-2007;(19)石油化工企业防火规范GB50160-2008;(20)工业与民用电力装置接地设计规范GBJ65-83;(21)城市道路照明设计标准CJJ45-2006;11.3设计原则(1)遵守规程、执行政策:必须遵守国家的有关规定及标准.执行国家的有关方针政策,包括节约能源,节约有色金属等技术经济政策。(2)安全可靠、先进合理:应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。(3)近期为主、考虑发展:应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,适当考虑扩建的可能性。(4)全局出发、统筹兼顾:按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员,有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识,以便适应设计工作的需要。11.4负荷分级及说明11.4.1负荷分级化工生产中使用大量的易燃、易爆物料,且多为连续生产,突然停电往往会引起重大的事故或对生产造成严重损失。根据化工生产的工艺特点,其对供电系统有不同的要求。按用电设备对供电可靠性的要求,将电力负荷分成三级。(1)一级负荷:设备要求连续运转,突然停电将造成着火、爆炸或重大设备损毁、人身伤亡或巨大的经济损失时,称一级负荷。一级负荷应有两个独立电源供电,按工艺允许的断电时间间隔,考虑自动或手动投入备用电源。(2)二级负荷:突然停电将产生大量废品、大量原料报废、大减产或将发生重大设备损坏事故,但采用适当措施避免者考虑到6千伏以上的架空输电可靠性高,而且发生故障时修复快,对二级负荷供电允许使用一条架空线供电用电缆供电时,也允许用一条线路供电。但至少分成两根电缆并接上单独的隔离开关。(3)三级负荷:一、二级负荷以外的为三级负荷。三级负荷允许供电部门为检修更换供电系统的故障元件而停电。11.4.2本项目各级负荷说明根据供配电系统设计规范(GB50052-95)和石油化工企业生产装置电力设计技术规定(SH3038-2000)中的有关规定划分,工艺生产装置用电设备大部分为一级、二级用电负荷。一级用电负荷主要包括应急照明、关键仪表负荷、开关柜的控制电源、消防负荷及部分重要的工艺负荷,其余工艺部分为二级用电负荷,行政区域部分为三级用电负荷,但大部分为二级用电负荷。11.5用电方案根据项目所在地山东滨州的气候条件和厂区内的作业环境,变压器采用半户内布置方式,半户内布置方式是一种除主变压器以外的全部配电装置集中布置在一幢主厂房不同楼层的电气布置方式。该种布置方式结合了全户内布置变电所节约占地面积、与周围环境协调美观、设备条件运行好和户外布置变电所工程造价低廉的优点。主变压器户外布置不仅便于安装和维护,而且还有利于散热和消防等特点。此外,由于半户内布置方式将主变压器安装在户外,取消变压器室,即减少土建工程量,缩短建设周期,又降低了对通风散热、消防灭火系统的资金投入,从而降低了变电所的造价,变电所本体投资可降低8%16%。11.5.1 配电所为了便于管理,实现集中控制,尽量提高用户用电的可靠性,在本降压变电所馈电线路不多的条件下,考虑采用放射式配电方式,每个车间变电所由两回电缆路供电,分别接在总降压变电所10KV的两段母线上。各车间变电所与总降压变电所的距离较近,厂区高压配电网络决定采用直埋电缆线路。11.5.2 车间变电所根据装置平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小,本厂拟设置两个车间变电所,由于主要车间的负荷属于类负荷,故每个车间变电所均设两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷的标准来选择。11.5.3厂区高压配电系统设计为了便于管理,实现集中控制,尽量提高用户用电的可靠性,在本降压变电所馈电线路不多的条件下,本厂采用放射式配电方式,每个车间变电所由两回电缆路供电,分别接在总降压变电所10KV的两段母线上。各车间变电所与总降压变电所的距离较近,厂区高压配电网络决定采用直埋电缆线路。11.5.4电气设备的选择工厂总降压变电所的各种高压电气设备,主要指6-10千伏以上的断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、互感器、电抗、母线、电缆支持绝缘子及穿墙套管等。这些电气各自的功能和特点不同,要求的运行条件和装设环境也各不同,但也具有共同遵守的原则。电气设备要能可靠的工作,必须按正常条件进行选择,并且按短路情况进行稳定检验。对于供电系统高压电气设备的选择,除了根据正常运行条件下的额度电压、额度电流等选择条件外,还应该按短路电流所产生的电动力效应及热效应进行校验。11.5.5继电保护的选择与整定继电保护的选择总降压变电所需设置以下继电保护装置:(1)主变压器保护:瓦斯保护:防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号,重瓦斯动作于跳闸。电流速断保护:防御变压器线圈和引出线的多相短路,动作于跳闸。过电流保护:防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护,保护动作于跳闸。过负荷保护,防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载,按具体条件装设。(2)备用电源进线保护。(3)变电所10KV母线保护。(4)10KV馈电线保护。(5)备用电源自动投入装置和绝缘监察装置。当正常供电的工作电源,由于电源本身或供电线路发生故障而失去电源时,依靠备用电源自动投入装置自动投入备用电源,代替工作电源,以提高供电的可靠性。继电保护的整定各个保护的整定:(1)电流速断保护速断保护采用两相不完全星形接发,动作电流应躲过系统最大运行方式时,变压器二次侧三相短路值。(2)过电流保护采用三个电流互感器接成完全星形接线方式,以提高保护动作灵敏度,继电器采用DJ-11型保护动作电流按躲过变压器一次则可能出现的最大负荷电流来整定。11.6照明系统以建筑照明设计标准GB50034-2004的要求为设计原则,在设计中选用高效节能灯具,以节约资金和能源。照明方式采用一般照明。根据工艺要求,个别设备增加局部照明。照明种类主要采用正常照明和应急照明,应急照明由EPS装置供电。光源将根据实际情况,选择高效节能光源。所有灯具将适合于使用场所的环境特征要求。根据环境特征,选择相应的防爆,防护等级。根据建筑照明设计标准GB50034-2004的要求,各作业场所的照明照度见下表:表11.1 作业场所工作面上的照度标准值表序号作业场所一般照明照度范围(lx)1变压器室、高压电容器室502高、低压配电室2003电缆间(夹层)1004主控制室5005一般控制室3006值班室、办公室3007装置区5011.7防护系统11.7.1防雷系统厂区的建筑物包括:泵房、仓库、压缩机房、控制室、化验室和综合楼等。首先不同的建筑物应该按照不同的防雷要求进行防雷分类,再根据国家建筑物防雷设计规范对不同类别的建筑物进行不同雷害防护措施。具体的防雷措施见建筑物防雷设计规范(GB50057-2010)。同时,无论对于哪类建筑,如果建筑物中有计算机、电子信息设备,特别是对于控制室、变电所,对于这些建筑物就要对雷击电磁脉冲进行设防。可以对该类建筑物进行电磁屏蔽。具体的措施是将建筑物墙和屋内的钢筋、金属的门窗等进行等电位连接,并与建筑物的防直击雷装置相连接,使建筑物形成一个“笼式”避雷网,对于防直雷击装置的雷电流及雷电云所形成的电磁干扰,可起到良好的屏蔽效果。引入、引出工厂该类建筑物的电缆需敷设在钢制电缆槽盒内,不同段的槽盒之间要有金属连接,这样雷击形成的电磁脉冲仅在钢制槽盒上的雷电过电压,而对槽盒内的电缆不会形成危害。此外,为了不使电缆槽盒上产生雷电过电压传到室内设备,在电缆槽盒引进时,须与所设置的等电位连接带相连接。若个别仪表电缆未能敷设在槽盒内,则该类电缆须选用屏蔽电缆。厂区的户外装置主要包括储罐、高塔、储槽、换热器和高层构架等,这些设备通过管线连接,特别是高塔、高层框架、放空管之类的布置在较高处的设备,容易受到雷电的伤害。锅炉房、冷冻房及危险品库等采用独立避雷针防雷。厂区内对于这些设备的一些防雷措施主要如下:对高层金属构架、壁厚大于4mm的金属密闭容器(包括:塔、储罐、储槽、换热器)及管道直接接地,接地点不应少于两处,两接地点距离不大于30m,若大于30m增加接地点,冲击接地电阻不应大于10欧姆。对于排放爆炸危险气体、蒸汽放散管,首先考虑接装阻火器,然后把该管与接地装置连接即可避免雷击的伤害。若因故有些部分不能装置阻火器,则要装避雷针或架空避雷网作接闪器,使放散管排出的危险介质不能因雷击而引燃。同时对于户外管道,为防雷电波沿管道引入建筑物,在管道进出建筑物处需进行接地防雷。11.7.2 防静电接地系统在正常生产情况中,各种用电器的外壳金属是不带电的,如果用电设备绝缘体损坏,会使金属导体壳带电,若没有接地装置,会造成人员的伤亡,甚至酿成火灾爆炸。因此需要对各金属设备进行防静电接地保护。电气接地系统包括:工作接地系统,设备保护接地系统,静电接地系统,仪表接地系统,防雷接地系统。该接地系统由直径20的接地极和70 mm2的接地电缆(绿色/黄色)组成的接地网互相连接而构成,其接地电阻不大于4欧姆。按照HGJ28-90化工企业静电接地设计规程,防爆车间和场所的金属管架、设备外壳、钢平台等均作等电位连接,与接地装置、建筑物内钢筋连为一体。11.7.3火灾报警系统火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的,在火灾初期,将燃烧伴随的光、电信号,通过火灾探测器变成电信号,传输到火灾报警控制器,并同时显示出火灾发生的部位、时间等。方便厂区工作人员能够及时发现火灾,并及时采取有效措施。火灾自动报警系统与消防设备之间采用联动控制方式,按防火灭火要求确定报警和联动的逻辑关系。根据建筑设计防火规范和智能建筑防火灭火要求,本厂应设置以下的消防联动设备:(1)火灾警报装置与应急广播,火灾发生时警示或通知人员安全转移;(2)消防专用电话,火灾报警,查询情况,应急指挥,能与“119”直通;(3)非消防电源控制,火灾应急照明和安全疏散指示灯控制;(4)室内消火栓泵和喷淋水泵,火灾时实施灭火;(5)消防电梯运行控制;(6)管网气体灭火系统,泡沫灭火系统和干粉灭火系统,火灾确认后实施灭火;(7)防火门,防火卷帘,防火阀的控制,火灾时实施防火分隔,防止火灾蔓延;(8)防烟排烟风机,空调通风设备,送风阀,排烟阀乖,防止烟气蔓延提供救生保障。第十二章 通信12.1设计范围本分厂需委托当地电信部门安装电信设备以加强企业管理,提高组织调度能力,保证工厂生产的快速有效进行。具体设计内容如下:(1)电话系统(包括行政电话、调度电话)(2)火灾报警系统(FAS)(3)扩音对讲系统(4)闭路电视监视系统(CCTV)(5)信息网络系统(LAN)(6)无线通信系统12.2设计标准、规范(1)石油化工企业电信设计规范SH/T3153-2007;(2)石油化工企业生产装置电信设计规范SH/T 3028-2007;(3)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-2014;(4)火灾自动报警系统设计规范GB 50116-2013;(5)石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范GB 50493-2009;(6)建筑设计防火规范GB50016-2014;(7)工业企业调度电话和会议电话工程设计规范CECS 36-1991;(8)工业企业程控用户交换机工程设计规范CECS 09-1989;(9)工业企业通信工程设计图形及文字符号标准CECS 37-1991;12.3 设计原则(1)网络信息安全的木桶原则(2)网络信息安全的整体性原则(3)安全性评价与平衡原则(4)标准化与一致性(5)技术与管理相结合原则(6)统筹规划,分步实施原则(7)等级性原则(8)动态发展原则(9)易操作性原则12.4设计内容通信系统包括行政管理电话、生产调度电话、无线通讯、火灾自动报警系统、可燃气毒气报警系统、电信外部线路等内容。由于整个厂区可能存在爆炸危险,为安全起见,所有的通信设备均采用防爆装置,另外还增设一套火灾报警系统。于生产岗位、工艺装置区点检部位设置指令扩音电话,扬声器声场覆盖作业区,系统设电话接口和广播接口,具有自动电话接入、火灾等应急广播输出功能。整个分厂指令扩音电话为1个独立系统,系统内划分为组,系统内各组可进行合并及分离操作。于各控制室设自动广播装置,按照事件预设并存储语音内容,由 PLC/DCS等控制系统及火灾报警、气体报警系统提供接口、设置启动条件,并通过指令电话扩音输出至作业区现场,实现自动广播输出。自动广播装置按控制室及控制系统配置1套。12.4.1生产调度电话为了使生产调度人员及时了解生产情况,迅速进行指挥,进行调节生产及监督生产过程等工作,需要在厂区中控室设置一套数字程控调度电话总机。厂区内所有调度电话均接自该调度机。程控调度电话总机设置在中控室内调度室。12.4.2行政管理电话全厂行政管理和对外联络用,拟安置一套数字程控用户交换机,行政电话站设在厂前区的办公楼内,厂区内所有行政电话均接自此交换机。在爆炸危险区需采用防爆型设备。12.4.3无线通讯在生产联系密切的固定或移动岗位,在噪声较大的环境,需要频繁、及时联系处需设置无线对讲机系统。12.4.4广播系统为了便于控制室与现场、维修和安装调试有关岗位联络,设一套扩音呼叫系统及其配套设备。在煤气化装置、甲醇合成装置、聚丙烯装置及罐区等装置设置无主机生产扩音对讲电话系统。本工程设置扩音对讲电话100台。12.4.5火灾报警系统为了防止火灾,拟在厂内各个区块分别各设置一套火灾自动报警系统。该系统由火灾报警控制器、火灾报警复示盘、火灾探测器、手动报警按钮等组成。当发生火灾时,由火灾探测器或手动报警按钮迅速将火警信号报至火灾报警控制器,以便迅速确认火灾,及时采取措施、组织扑救。火灾报警方式为感应报警,自动报警设备与手动报警设备联用,本厂报警系统与119报警系统联用。具体设备由消防部门协助指导安装。生产区和储运区采用A级防爆设置,办公区域采用级防爆设置。安装报警通信采取本质安全电路设备,本电路必须保证正常工作状态下以及系统中存在两起故障时,电路元件不发生燃爆。消防电气联锁控制采用机电连锁,利用接触器辅助触点、继电器触点、复合按钮等,在各种控制环节线路之间相互锁住对方电路。工程火灾报警系统形式为集中报警系统。集中报警系统下设2个区域火灾报警控制器及相应火灾报警探测网点。火灾报警探测点设置在电气室、电缆室、操作室、车间厂房、罐区等火灾危险场所。集中报警控制器设在厂消防中心;区域火灾报警控制器设在区域控制室等24小时有人值班场所。12.4.6可燃气、毒气报警系统工程上设可燃气体、毒气体报警系统。在车间和储罐区均设有甲醇、正己烷等物质的探测器,控制器设在中控室。12.4.7综合布线系统计划在厂内的控制中心、办公室内采用先进的综合布线方式布线,这种布线方式可支持计算机通信和电话通信,从而实现办公自动化和通信自动化。为了节省投资,在中央控制室和办公室以外传输语言信号时,仍采用传统的布线方式。具体方案统一公开招标决定。主要指标为以下几点。(1)系统方案指标:网络结构形式、系统容量、应用性质、计算机系统传输功率;(2)传输距离及传输媒介的选用;(3)系统宽带的要求;(4)对工作区、水平子系统、管理区、干线子系统、设备间的要求;(5)供电方式及接地系统。12.5 全厂电信网络设计内容为上述各类通信方式的综合布置规划。配线制式、主干线路容量及利用率、室内外线路铺设方式将由电信部门指导确定。此外,关于线路传输衰耗以及工业电视信号馈送线路超出距离时有关的补偿问题,我们要考虑到控制系统的模拟信号和数字信号在传输过程中的衰减损耗,我们在厂区布置时减少控制中心与检测点的距离,并将采取相应的信号增益补偿措施。第十三章 土建13.1设计依据(1)建筑设计防火规范GB50016-2006;(2)石油化工企业设计防火规范GB50160-1992;(3)建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001;(4)建筑抗震设计分类标准GB50223;(5)建筑结构荷载规范(2006年版)GB50009-2001;(6)混凝土结构设计规范GB50010-2002;(7)混凝土结构加固设计规范GB50367-2006;(8)砌土结构设计规范GB5003-2001;(9)钢结构设计规范GB50017-2003;13.2厂区建筑设计范围本工程主要设计的建筑物分为生产建筑和附属建筑,细分为:生产车间建筑(MAL 合成工段、MMA 合成工段)、罐区建筑(原料储罐、MMA 储罐、等原料和其他产品储罐)、辅助生产车间建筑、维修车间、建筑、三废处理区建筑、水池建筑、控制检验区建筑、办公生活区建筑等。13.3建筑工程13.3.1建筑材料本项目建设生产中存在有易燃易爆的物质,工艺装置中,连续生产是在高温高压或低温等条件下进行,存在着火灾爆炸危险因素,因此,建筑物的建设要利用防爆墙,将容易发生爆炸的部位进行隔离,一旦发生火灾爆炸可以减少破坏面积,并利用门窗、轻质墙体泄压减少破坏程度。13.3.2建筑物等级及注意在无保温要求的条件下,甲、乙类生产厂房应选用敞开式或半敞开式建筑的厂房,自然通风良好,因而能使管道法兰、设备接口等系统中泄漏出来的可燃液体、可燃气体等随着空气的流动很快地蒸发扩散,不易达到爆炸极限。但对采用敞开或半敞开式建筑中的生产原料及成品遇水发生爆炸的情况,应作好防水设施。气象条件对生产操作人员影响,并妥善合理地解决雨、雪天操作人员垂直交通和安全疏散,操作环境的安全防护等方面的问题;一般情况下,有爆炸危险的厂房宜采用单层建筑,应将有爆炸危险的设备布置在厂房的一端靠外墙的地方;合理布置进、排风口位置,使可燃气体顺畅的排出室外,降低建筑物内可燃气体的浓度;有爆炸危险的生产部位不应设在地下室或半地下室;多层厂房应将有爆炸危险的生产部位布置在顶层厂房一端靠外墙布置;有爆炸危险的设备不应布置在单层和多层厂房梁下及其它承重构件下;乙类厂房内不应设置地沟,工艺管道需设地沟时,地沟应用不燃材料填实封严(干砂)地下管沟穿过防火墙时,应设阻火分割设施;单层厂房和多层甲乙类厂房,车间的配电室、控制室、办公室、更衣室可在厂房外贴建,设置防爆墙与生产车间分隔,以保安全。车间的配电室、控制室且在主导风向的上风向位置,室内外高差600mm,采用机械送风使室内保持正压,防止有害气体进入,避免形成爆炸的条件。送风机的空气吸入口设置在无可燃气体或可燃粉尘处。13.3.3结构设计及相应措施本工程设计中,厂房采用现浇钢筋框架结构,生活辅助用房采用砖混结构。钢柱采用防火保护层。墙体的要求如下:外墙采用承重墙,用普通砖做厂房维护墙,并在檐口设置一道圈梁。屋顶板采用空心板,楼墙板采用空心板或槽型板。为了便于生产以及安全疏散,本设计采用室外楼梯,楼梯采用防火材料,侧窗采用开平窗,大门采用开平门。屋顶采用坡度为5的平面顶刚性防水屋顶,有组织排水;对有爆炸危险的厂房,其墙体的耐火性能根据实际选择。13.3.4对有特殊要求的建筑物所采取的建筑措施(1)设置防爆墙项目中有生产和使用爆炸物品的厂房和车间,应尽量集中到一个区域内,与一般厂房、车间的距离要满足安全距离的要求,这样便于对防火墙等防爆建筑结构统一处理。有爆炸危险的车间,应布置在最上层。将有爆炸危险的生产部位用防爆墙分隔,减少由于爆炸产生的二次破坏,有利于尽快回复生产。为了进入有爆炸危险的区域可采用防爆门斗。本项目中,泵房、压缩车房、锅炉房、控制室、质量检测室等均采用一级防火材料。在建筑里安置避雷针,防止雷电引起的爆炸事故。(2)设置泄压爆炸危险的厂房,应设置轻质屋盖泄压、门窗泄压及轻质外墙泄压。钢板复合的墙板和屋面板重量轻,但在一定长度内应断开搭接,才能达到泄压目的。布置泄压面,应尽可能靠近爆炸部位;侧面泄压应尽量避开室外设备、人员集中场所、主要道路。其泄压比值应达到建筑设计防火规范的要求。本项目中,采用轻质屋盖作为泄压设施,保持顶棚平整,避免产生死角,保持厂房上部空间通风良好。(3)不发火地面由于散发比空气重的可燃性气体,会沉积在地面,当达到爆炸浓度时,由于碰撞、摩擦、静电产生的火花会引起火灾爆炸的危险,应采用不发火地面。不发火无机材料地面,是采用不发火水泥砂浆、细石混凝土、水磨石等无机材料制造。骨料可用不含金属的石灰石、白云石等不发火材料,施工前配置成试块,进行试验,确认不发火后才能正式使用。在使用不发火混凝土制作地面时,应采用摩擦碰撞不发火材料做分格条。采用不产生火花的有机面层、彩色耐磨不发火涂料,施工周期短,易清洁,美观大方,是目前经常采用的做法。本项目中,泵房、压缩车房、锅炉房地面采用绝缘材料作为整体材料紧密填实,并采取防静电措施,所有动设备均使用防爆静电机作为驱动机,保证安全。另外,本设计范围内多采用钢筋框架结构,对钢筋混凝土屋面板、梁、柱基础内的钢筋,宜采用接闪器,引下线和接地装置。(4)设置防爆门斗设置防爆门斗是解决交通和防爆的有力措施,第一道门宜采用防爆门,才能达到防爆的效果。但防爆门均采用特殊钢材制作,其连接转动部件和防止门与门框碰撞产生火花,门铰链应采用青铜轴和垫圈或其他摩擦碰撞不发火材料制作,门扇周边贴橡胶板,防止碰撞产生火花。防爆门斗内要有一定的容积,保证当门打开时瞬时进入的可燃气体浓度降低。防爆门斗也是爆炸危险部位的安全出口,其位置应满足安全疏散距离的要求。13.4结构工程13.4.1结构型式(1)厂房的结构型式有砖混结构、现浇钢筋混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构和钢框架结构等。在选型时,应根据它们的特点,以满足生产与安全的一致性及使用性和节约投资等方面综合考虑。(2)钢结构厂房施工速度快是其一大特点,钢结构厂房的耐爆强度很高,但受热后由于钢材的强度大大下降(如温度升到500时,其强度只有原来的一半),耐火极限低,在高温时将失去载荷能力。钢结构的厂房应根据不同的耐火等级选用防火涂料,也可以在钢构件外报上非燃烧材的覆盖层,被覆的厚度应满足耐火极限的要求,以保证钢构件不致因高温而降低强度。13.4.2基础方案基础的设计根据各建(构)筑物的结构型式、基础类型以及上部结构载荷大小,针对工程地质情况,可分别采用浅基础,甚至桩基。浅基础用于层数不多,负载不大的单层房屋或混合结构,深基础或桩基用于层数较多,负载较大建(构)筑物和大型动力基础等。13.5抗震设计根据中国地震动参数区划图(GB18306-2015)和建设抗震设计规范(GB50011-2010),地震动峰值加速度为0.10g,本项目选址地抗震设防烈度为八度。建筑设计应符合抗震概念设计的要求,尽量采用规则对称的设计方案,保证结构体系具有合理的地震传递路径,在确定建、构筑物结构方案时,应考虑其体系有多道抗震防线,在两个主轴方向的动力特性接近,具备良好的变形能力和消耗地震能量的能力。遵照建筑抗震设计规范,采用二阶段设计方法实现设防要求。第一阶段设计是(小震不坏)按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力,以及在小震作用下验算结构的弹性变形。具体地说是在方案布置符合抗震设计原则的前提下,以众值烈度(小震)下的地震作用值作为设防指标,假定结构和构件处于弹性工作状态,计算结构的地震作用效应(内力和变形),验算结构构件抗震承载力,并采取必要的抗震措施。这样既满足了在第一水准下具有必要的承载力(小震不坏),同时又满足了第二水准的设防要求(损坏可修)。另外,对于框架结构和框架-剪力墙结构等较柔的结构,还要验算众值烈度下的弹性间层位移,以控制其侧向变形在小震作用下不致过大。对大多数的结构,可只进行第一阶段设计,而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。第二阶段设计是(中震可修)弹塑性变形验算,对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构,除进行第一阶段设计外,还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算和采取相应的构造措施,实现第三水准(大震不倒)的设防要求。首先是要根据实际设计截面寻找结构的薄弱层或薄弱部位(层间位移较大的楼层或首先屈服的部位),然后计算和控制其在大震作用下的弹塑性层间位移,并采取提高结构变形能力的构造措施,达到大震不倒的目的。13.6安全疏散布置安全出口要遵照“双向疏散”的原则,即建筑物内常有人员停留在任意地点,均宜保持有两个方向的疏散路线,使疏散的安全性得到充分的保证。安全出口处不得设置门槛、台阶、疏散门应向外开启,不得采用卷帘门、转门、吊门和侧拉门,门不得设置门帘、屏风等影响疏散的遮挡物。公共娱乐场所在营业时必须确保安全出口和疏散通道畅通无阻等等。为了防止在发生事故时,出现照明中断而影响疏散工作的进行,在人员密集的场所、地下建筑等疏散过道和楼梯上均应设置事故照明和安全疏散标志。第十四章 维修14.1概述本项目采用全员生产维修(TPM)体制。该体制是以设备综合效率为目标 ,以设备时间、空间系统为载体,并要求从企业的最高管理层到一线工人,包括所有部门都参加,并以机动的小组自主活动为基础,参与到设备保养、维修的体制。TPM 涉及到设备终生,各部位的维护保养及整个工作环境的改善。因此我们也实行了设备点检制度,展开定人、定点、定量、定周期的检测,以保证设备正常使用。14.2设计依据及原则14.2.1设计依据(1)厂区内各设备的安装标准及相关的维修说明。(2)厂区的平面布置。(3)维修人员的行业标准。14.2.2设计原则根据厂区内各个设备安装和维修的相关说明,以及维修人员的行业标准进行设计。维修不仅仅要恢复工程机械原有的性能,更要改善和提高工程机械的性能,从而提高产品质量。14.3设备维护本厂的设备按照相关设备标准制定维修制度,这里列举出设备的主要维修检修手段,各设备具体规章见相关规定。14.3.1巡回检查操作人员和片区维护检修人员以及现场技术管理人员需每天进行巡回查。主要检查反应工段反应器温度、压力的显示;再生工段再生器温度、压力的显示 ;分离工段各塔、罐的就地仪表;以及公用工程中循环水回水的温度和循环水泵 。化工设备日常维护主要依靠巡回检查、调节与修理。我们还要求进行每周巡检,主要检查各塔顶部安全阀,以及机泵的保养;年检,对于全合成那个进行大规模的巡查和检修,主要检查各设备的控制阀、指示仪表,以及反应工段和分离工段的主要设备。另外,为了保证本厂长期的正常运行,在总系统运行3年之后,实行全面停车。大规模的对于系统内的设备进行维护和检修。14.3.2同步检修与协同检查化工生产的一台设备出现问题,往往就会造成一个操作单元、一个子系统或者整个总系统的停车,这时候就需要实施该单元、子系统或者整个总系统设备的同步、协同检修。同步是指检修时间、周期、类别上的同步。而协同是指在处理某一设备问题的时候,充分利用此停车机会,协同处理同一单元、同一子系统或者整个总系统中其他设备出现的问题。14.4设备检修维修车间根据实际情况放置钳工、管工工作台以及相关的检修设备,电工工具存放于电工工作室,焊工工具存放于焊工工作室,公共工具存放于公共工作室 ,吊滑车位于车间外指定场地。本厂的维护和检修系统主要包括以下六个方面:换热器的检修、泵的检修、塔设备的检修、储罐的检修、管道的检修以及电动机的检修。各个设备的检查和修理按照相关规范和使用说明进行定期、定点的专业检修处理。14.4.1换热器的检修换热器的检修主要包括:拆卸换热器两端封头或者管道,清洁管内表面和壳体上的异物,检查换热器两端盖、管箱是否有腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷 ,对管束和壳体进行试压和试漏,安装完后清理现场。对于换热器主要分为日常检查、保养和定期的拆开检查维修。日常检查、保养包括通过五感观察设备外部是否存在裂纹、砂眼,以及是否存异物和泄漏;使用超声波厚度测定器或者腐蚀测定器测定管箱是否有腐蚀。定期的拆开检查维修是指停止换热器的运转,对于各部件的再测试,以及更换腐蚀或已不能满足运行要求的零件,即对于设备整体的大检修。14.4.2泵的检修泵的检修主要包括:准备配件材料,洗配件、找出叶轮的静平衡,轴瓦刮研处理,润滑冷却部分。在化工厂的生产中,液体输送是主要的生产过程之一。进行液体输送的机械是各种泵。对操作人员来说,首先应该了解泵的作用、原理和构造,其次是在掌握检查和处理故障的知识。这些对泵的高效安全运转和维修保养是必不可少的 。而对于泵的检查一般分为通常检查和精密检查两种。通常检查是靠五感或者使用简单的检查工具,从外观来检查各部分性状有无,异常情况。精密检查是使用检查工具,主要从量上检查各部分有无异常情况。14.4.3塔设备的检修塔设备的检修主要包括:设备停运后,从塔上的人孔进入塔内,对塔体内进行清洗以及检修塔设备内的流体温度、压力以及腐蚀性是相当复杂的,要充分认识其设计条件和材质结构的允许极限,在运转条件下对其进行检查。根据实际经验,我们对于内部腐蚀采用超声波厚度测定器或者腐蚀测定器;对于外部腐蚀直接采用肉眼观察;对于裂痕用渗透探伤检查或者超声波斜角探伤检查;对于内部异常使用听音棒或者60钴射线检查;对于泄漏使用发泡剂或者气体检测器。14.4.4储罐的检修储罐的检修主要包括:罐壁清油,单盘清油,清除罐内沉积物,测罐内瓦斯浓度。对于储罐的修理可分为中修和大修。中修主要是指清洗或更换液面计、修理或更换进、出口及排污阀门、疏通清理冷却水盘管、检查修理安全阀放空阻火器、修补防腐层和绝热层大修主要是指修理储罐内件,对发现有裂纹,严重腐蚀等部位,相应修补或更换筒节、根据内外部检验要求,以及经过修补或更换筒节后,需进行试漏或液压试验、全面除绣保温、对储罐内外部检验中发现的其他问题进行处理。14.4.5管道的检修管道的检修主要包括:拆除保温层和防腐层,排水或者引流;切除原管道 ,清除堵塞物,下料,恢复保温层和防腐层,试压,清理现场。化工生产中的管道用于完成各设备之间介质的传输,其检修管理的一般方法可分为日常检查、精密检查和详细检查。日常检查是指在运转中担任保全的检察院与担任运转的巡视员分别在重要区域检查有无震动、泄露、磨损或支架松动等情况。精密检查是指用五感、超声波壁厚测定器、各种壁厚测定器以测定壁厚为主的使用年限的检查,主要在停车期间进行的检查方法。详细检查是指对装置整体有保全人员、运转人员共同组成检查组按照预先制定的检查表和检查卡,对表上指定的部位进行检查的方法。14.4.6电动机的检修电动机的检修主要包括:轴承和加油。除特殊电动机外,均使用封有润滑脂的密封滚珠轴承,在一般的使用情况下不需要补充润滑脂。但是,使用场所的环境条件不佳时,一年拆洗一次。重要的负载机器都有备用机,因此当电动机发生故障时,即使在生产中也能够停止运转 ,换为备用机工作,此电动机则进行修理。在工作条件特别差的条件下,更加密切注意日常运转状况,发现问题及时采取措施。14.5维修人员管理因为本厂采用的是全员生产维修体制(TPM),该体制对于员工和企业的要求较高,则需要对于员工进行培训,提高(操作、工作)技能;改进(工作、精神)面貌;改善(企业、操作)技能。对于厂区维修工作的基本要求:(1)熟悉本岗位的工作职责和范围,爱护和正确使用各种工具和设备。(2)接到紧急电话召修,应立即奔赴现场,并组织力量进行抢修,事后做好记录以存档保管。(3)一般小修、急修的设备不过夜。修理完毕,做好修理内容与损坏情况记录,报送相关部门存档登记。(4)进到维修现场,必须佩带工作证,文明施工,完后清理现场,保持厂区清洁。(5) 上班期间不能饮酒,且服从安排,听从指挥。第十五章 消防系统15.1设计依据(1)石油化工企业设计防火规范GB50160-2008;(2)建筑设计防火规范GB50016-2014;(3)建筑灭火器配置设计规范GB50140-2005;(4)储罐区防火堤设计规范GB50351-2014;(5)火灾自动报警系统设计规范GB50116-2013;(6)石油化工防火堤设计规范SH3125-2001;(7)泡沫灭火系统设计规范GB50151-2010;(8)石油化工钢结构防火保护技术规范SH3137-2013;(9)石油化工静电接地设计规范SH3097-2000;(10)建筑物防雷设计规范GB50057-2010;(11)自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2005;(12)爆炸和火灾危险环境地理装置和设计规范GB50058-2014;15.2火灾危险性分析15.2.1主要危险物分析本厂为山东滨州裕华化工厂年产8万吨甲基丙烯酸甲酯项目,从异丁烯与空气的混合、产品合成与精制、产品储运涉及到甲醇、正己烷、火炬气等易燃易爆物质,与空气混合后形成爆炸性混合物,对厂区的财产人身安全构成重大危害。具体的危险性分析如下表所示:表15.1 主要物质危险特性危险物熔点/沸点/闪点/爆炸极限%(V/V)毒性可燃等级下限上限异丁烯-140.3-6.9-771.88.8低毒易燃甲醇-95.668.7-25.55.544低毒易燃正己烷-123.17.6-17.81.26.9低毒易燃MMA-50101102.1212.5中毒易燃火炬气-745.033.0微毒易燃15.2.2事故发生的可能性及危险性分析危险性:由于这些物质都具有一个共同的特性:遇明火、高热可燃,甚而有些物质会发生爆炸。另外,由于这些物质存在于整个工艺中,随着管网在整个工厂内输运,而它们又都具有吸入、食入、经皮肤吸收等侵入人体途径,会给人体带来伤害。另一方面,工业生产中的操作条件多在中温范围,尽管生产过程在密闭系统下进行,但在发生事故或者检修时,易燃易爆物质等滴漏于环境中,也会造成安全隐患。燃烧爆炸分析:爆炸按照爆炸性质可以分为物理爆炸和化学爆炸。物理爆炸如蒸汽锅炉或压缩气体等超压引起的爆炸,在这里就不做过多分析。我们主要考虑的还是化学燃烧和爆炸。燃烧爆炸产生的原因可能有:(1)储罐满罐,储罐、容器或管路损坏,阀门关闭不严,输送、灌装甲醇等物质时操作失误,罐车损坏以及检维修等都可能使可燃易爆物的泄漏,引起燃烧爆炸。(2)储罐等容器及管道内混入空气达到爆炸极限,引起爆炸。(3)现场有明火、火星或雷击、静电等都可能引起燃烧爆炸。(4)管道或者阀门泄露导致的燃烧爆炸。15.3建筑的防火等级根据实际的工艺流程、人员操作、维修操作、安全稳健生产等因素对车间要进行合理的布置,生产车间采用敞开式、半露天式布置。同时综合考虑工艺流程固有的危险性及建筑物的承重,根据相关标准对建筑材料和耐火等级进行选择。本厂主要场所的火灾危险等级及耐火等级如表15.2所示:表15.2 主要场所的耐火等级序号场所生产类别耐火等级火灾危险等级1MAL合成车间甲类一级严重危险级2MMA合成车间甲类一级严重危险级3储罐间甲类一级严重危险级4配电站甲类一级严重危险级5三废处理区乙类二级轻度危险级6消防站戊类二级轻度危险级7公用工程站乙类二级轻度危险级8办公区戊类二级轻度危险级9维修车间戊类二级轻度危险级15.4消防系统15.4.1消防站本项目中设置了消防站,位于厂区主干道旁,消防车可迅速到达事故点根据本项目规模及其他因素,确定同一时间火灾次数按二处设计,消防设施用电为一级负荷。本项目拟新建消防水加压及储存设施,室外消防水管网按独立环状布置。管网上设置消防水炮、室外消火栓及室内消火栓。水炮不能保护的危险设备、塔器及储罐设消防冷却水喷淋设备。艺装置设备框架平台设半固定式消防给水竖管,工艺装置内设箱式消火栓。本项目工艺生产装置设泡沫栓泡沫灭火设施:罐区设固定式,半固定式泡沫灭火设施。中央控制室操作间设置IG-541绿色环保型洁净气体全淹没式灭火系统。带有重要负荷的变电所的电缆夹层、高低压配电室等处设置固定式DKL气溶胶自动灭火装置。另外,依据国家现行的有关消防法规的要求,针对不同的对象在本项目范围内配置一定数量的移动式灭火设备和器材。消防站内配备登高消防车(额定工作高度40m)、泡沫消防车(泡沫液储量为12吨,水6吨)、干粉消防车(干粉储量为6吨,水6吨)、泡沫干粉联用消防车(干粉储量为3吨,泡沫液为3吨,水6吨)、抢险救援车、抢险照明车、通讯指挥车、后援消防车、气体防护车。本装置在化工区消防站的保护范围内,可满足本装置的机动消防要求。15.4.2 消防给水系统根据本项目操作规模、占地面积及总图布置,确定同一时间火灾次数按二处来规划设计。消防给水拟采用独立的稳高压消防给水系统,系统压力不小于0.95MPa,其比临时高压系统供水速度快,依靠管网压力自动启动消防水泵,能够及时向火场供水,尽快地将火灾在初期阶段扑灭或有效控制。消防用水量不小于300L/s;火灾延续供给时间:工艺装置3h、罐区4-6h;消防一次用水量不小于4100m3。生产装置区及罐区四周消防管网环状布置。环状管网采用的阀门应分为若干个独立管段,必要处采用支管补充设置消防设施,每个管段上消防设施的设置不超过5个。闸阀选用明杆式,以清楚的表明阀门的启闭状态。为保证管网的供水能力,管网上设置自动排气阀,其设计位置应根据整个管网的实际情况确定,一般在每一管道最高点及长距离或缓升段每隔400m800m处设置。15.4.3泡沫灭火系统生产装置区及甲类危险储罐区四周应设置消防水炮和消火栓等消防设施。消火栓可不设切断阀,消防水炮立管下应设置便于操作的蝶阀,对罐区防火堤外的消防水炮,其安装高度应高于防火堤顶并确保水流能覆盖灌根,必要时选用固定式遥控水炮。15.4.4火灾自动报警系统火灾自动报警系统综合运用计算机网络与各火灾自动报警区域进行连接,以达到及时报警、灭火的目的。本项目自动报警区域包含中控室、仓库、办公楼等多幢楼房,使用星型联网器将它们连接,形成1个主报警区、若干个副报警区的系统。火灾自动报警系统的功能强、灵活性强、可靠性好、抗干扰能力强、实时性高;主副报警系统整体结构简单、容易实现,在各石化厂均已得到广泛应用。15.4.5可燃及有毒气体检测报警系统本项目存在火炬气、甲醇、正丁烷等易燃易爆、有毒有害气体,在反应和传输装置中这些气体一旦泄露或积聚在周围环境中,将可能引起火灾、爆炸或人身中毒等恶性事故。为了保证生产和人身安全,应设置可靠的可燃气体和有毒气体监测报警器,连续监控工艺装置中可燃和有毒气体的泄漏情况,及时发出报警。15.4.6室内消防栓系统在办公楼,仓库等建筑物内设置室内消火栓系统。15.5消防管理工作15.5.1基础消防措施首先要强化消防安全责任体系,强化各级监管责任,严格落实责任制,建立海南炼化消防部门与本项目消防部门的情况通报,联合协作机制。然后,在生产装置、原料储罐、产品储罐、装车台等爆炸火灾危险区域属1区、2区的地方设置可燃气体监测报警装置。选用防爆型电气设备、仪表、开关等,采用可靠的防雷保护及防静电接地措施,通风、空调管道的材质采用不燃型玻璃钢,设备管线保温材料也选用不燃烧型。生产厂房的建筑防火等级为甲级,建筑物的内外装修材料均符合防火规范要求。尽量采用开敞式建筑和设备露天化布置,并在建筑物内设置机械通风。15.5.2厂区消防布置厂区消防管网布置成环状,在环状管网上设有室外地下式消火栓。消火栓间距不大于120m,保护半径不下于150m。室内:在新总控中心,化验室等内,设有室内减压稳压消火栓;其余建筑物内设有手提式磷酸铵盐干粉灭火器,以满足室内消防的要求。室外:厂区消防管网布置成环状,在环状管网上设有室外地下室消火栓。15.5.3紧急事故处理(1)应急策划确定公共场所危险等级,可能发生火灾的地点、区域或装置,火灾的种类以及火灾的后果。(2)应急准备a. 应急组织机构与职责,指挥、员工和消防队员等。b.消防设施、消防器材的配备,紧急疏散通道、应急灯、软梯等;平面图,流程图等。c.培训演练的安排。(3)应急响应a.火起时的报警程序,对内警报、对外通报。b. 组成指挥部,人员疏散的程序,消防与扑救,警戒,泄漏物控制,有害物检测等。c.灭火人员个人防护。(4)应急恢复应急关闭条件要确定谁下令关闭等。15.5.4其他措施(1)总控中心应位于安全区域,并考虑防火、防水、防尘、防雷等安全措施。(2)设置必要的紧急停车和安全连锁系统以及报警系统。(3)安装于爆炸危险区域内的仪表符合防爆要求。(4)在可燃或有毒气体可能泄漏和聚集的场合,设置气体检测报警器。(5)各主要装置的仪表电源由不间断供电电源(UPS)供电。15.5.5员工安全管理认真贯彻中华人民共和国消防法,坚持“预防为主,防治结合”的方针,建立厂区消防系统,落实各个岗位的消防安全责任制。建立健全义务消防队的组织机构,适时更新、补充义务消防队员。加强义务消防队的培训、教育工作,提高队员业务素质。安全部负责队员的业务训练考核及指导。对车间、部门、班组等义务消防员,每季度组织一次消防知识的学习和灭火演练,并记录培训档案。第十六章 工厂组织和劳动定员16.1工厂体制与组织机构本设计项目施行总经理负责制,按照现代企业管理制度设置管理体制,施行全员聘用制和劳动合同制,设置精简、高效、合理的管理机构。公司的管理层次设置公司、职能部门两级,以达到使工厂的生产和经营指挥通畅,管理成本低 、效益高的目的,从而成为一个按现代化企业管理模式运作的工厂。本项目公司组织结构如图16.1所示:图16.1 公司组织结构16.1.1管理机制公司采取总经理负责制,总经理负责日常的工作事宜,并对董事会负责;股东会是公司的最高权力机关,决定公司的发展战略和基本政策;董事会由股东会选举产生,任免总经理,进行公司的资本运营等。其他的部门负责人掌管各自部门的工作。公司成立之初就将确立系统化和制度化的管理原则,建立“产权清晰,职责明确,分工合理”的现代企业制度,借鉴国内外成功的高科技公司的管理模式 ,把高效率和低成本作为工作目标,强调“信誉第一,顾客至上”,一切围绕满足顾客的需求为公司的核心业务,在公司内部从生产管理,财务核算和人事管理等方面逐步建立起完整、有机、科学的管理体系。16.2企业文化公司以“科技、创新、成就”为企业理念,秉承创新、求实、奉献、高效的企业精神,用完善的培训、良好的企业氛围、适当的激励机制培训诚实、正直 、富有团队精神的一流员工,锐意进取、实事求是,合理利用资源,致力于可持续发展。真正实现“一流的员工,一流的技术,一流的服务”。16.3经营管理我国化学工业目前正面临着关键期性的转型期,由早期劳力密集走向高科技产业,高单价,高附加价值产品将成为化学工业发展之主流,化工经营环境变化将更迅速,过去的成功经验法则,将来不一定适用。对于一个化工厂的经营者来说,最重要的就是进行决策,唯有掌握正确形势,且做出正确反应,才能立于不败之地。本厂经营策略至少有下列三个方向可供参考:16.3.1高科技化高科技化的重心除了开发高附加价值,创新产品,以抵御成本低廉,劳力密集国家的竞争。化工产业高科技化,将朝着策略联盟方向进行,让化工制程不是单一制程技术,而是一个整合型的技术与管理。16.3.2研发与创新进入知识经济时代,科技专案产业技术研发从渐进改良式转向发明突破式,需强调创新与研发。加强研究发展,透过在最有利地方取得资源来强化竞争优势,提升竞争力,我国企业早期从材料取得,生产加工到产品行销这一系列价值活动中,以制造加工方面有较佳的成绩,但这部分附加价值太低,现阶段应朝加强研究发展,运用创意开发新产品或改善制程。16.3.3知识经济在知识经济时代,知识将成为将来社会新的关键生产资源。因此,未来成功化工厂经营者是属于掌握关键知识的人。16.4环保与工安本项目是环保项目,随着世界环保潮流的趋势,相关之国际公约陆续制订,化学工业的环保,工安标准日益严苛,可能对化学工业造成一系列影响,亦是促进化学工业升级的原动力,预期化学工业在环保要求下下,必然须在制程的源头,加入环保的设计,以达到减废,减量的目的。大部分的灾害,都是人为的因素为主,因此化工厂的安全措施或管理,是经营化工厂重要工作之一。16.5定员原则劳动定员就是根据企业的产品方向、生产规模和先进合理的劳动定额,按照生产和工作的需要,本着精简机构,节省人员,提高效率的原则,确定企业各类人员的数量,并随着生产的发展和管理水平的提高,进行相应的调整。16.5.1定员原则本集团劳动定员的原则如下:1. 定员标准水平要科学、先进、合理2. 依据要科学3. 方法要先进4. 计算要统一5. 形式要简化16.5.2生产班次仓储、维修、质检、生产安全监督及生产部门采用“四班三倒”,其余行政部门采用一班制。16.5.3定员和工资表16.2员工直接工资估算表部门职务人数基本工资(万元/人/年)小计/万元管理层总经理15050总工程师14040办公室11515财务室11515市场部采购部11313销售部11515人力资源部11313生产区部门主管41560氧化车间1212144酯化车间1212144精制车间1212144储罐区61272辅助生产区废水处理控制中心11212公用工程中心21224锅炉房11210配电站21220机修室11212产品检验楼11212消防站31236技术部31545后勤部31230总计43938第十七章 劳动安全与工业卫生17.1设计概述化工行业具有有毒、有害、易燃、易爆以及连续作业等特点,生产过程中产生的危害因素高达百余种。一旦发生火灾爆炸事故,往往会导致人员伤亡并使国家财产遭受巨大的损失。因此,严格管理厂内的安全状况是非常有必要的,同时一个卫生的环境也对生产工作有着很大的影响。所以要依据实际情况做出针对性的安排。17.1.1设计依据(1)工业企业设计卫生标准GBZ1-2010;(2)工作场所有害因素职业接触限值GBZ2.1-2007;(3)石油化工企业职业安全卫生设计规范SH3047-1993;(4)化工企业安全卫生设计规定HG20571-1995;(5)工业企业噪声控制设计规范GBJ87-85;(6)工业企业采光设计标准GB50033-91;(7)重大危险源辨识GB218218-2003;(8)建筑设计防火规范GB50016-2006;(9)建筑灭火器设置设计规范GB50140-2005;(10)有毒作业分级GB12331-90;(11)石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-1999;(12)爆炸性环境GB3836.1-2010;(13)职业安全卫生术语GB/T15236-2008;(14)危险货物品名表GB12668-2012;(15)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-2014;(16)危险化学品重大危险源辨识GB18218-2014;(17)建设项目环境风险评价技术导则HJT 169-2004;17.2职业危险、危害因素分析职业安全是以防止职工在职业活动中发生各种伤亡事故为目的的工作领域及在法律技术、设备、组织制度和教育方面所采取的相应措施。化工厂易燃、易爆物质很多,一旦发生火灾与爆炸事故,往往导致人员伤亡并使国家财产遭受巨大损失。安全问题包括防火、防爆、防毒、防腐蚀、防化学伤害、防静电、防雷、触电防护、防机械伤害及防坠落等。17.2.1工业毒性毒性是指某种毒物引起机体损伤的能力。毒性大小,一般以毒物引起实验动物某种毒性反应所需的剂量表示,所需的剂量越小,表示毒性越大。常用LD50表示半致死量。下表17.1显示的是本项目中工业毒物可能造成的健康危害。表17.1 项目有毒物一览表物质名称健康危害甲醇对中枢神经系统有麻醉作用;对视神经和视网膜有特殊选择作用,引起病变;可致代谢性酸中毒。急性中毒:短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激症状;经一段时间潜伏期后出现头痛、头晕、乏力、眩晕、酒醉感、意识朦胧神志昏迷。视神经及视网膜病变。慢性影响:神经衰弱综合征,植物神经功能失调,粘膜刺激,视力减退等。异丁烯主要作用是窒息、弱麻醉和弱刺激。急性中毒:出现粘膜刺激症状、嗜睡、血压稍升高,有时脉速。高浓度中毒可引起昏迷。慢性影响:长期接触异丁烯,工人有头痛、头晕、嗜睡或失眠、易兴奋、易疲倦、全身乏力、记忆力减退。甲基丙烯酸甲酯(MMA)人对本品气味感觉阈浓度为85mg/m3,刺激作用阈浓度(暴露1分钟)为285mg/m3。中毒表现为乏力、恶心、反复呕吐、头痛、头晕、胸闷、伴有短暂的意识消失、中性白细胞增多症。慢性中毒:神经系统受损的综合症状占主要地位,个别可发生中毒性脑病。可引起轻度皮炎和结膜炎。接触时间长可致麻醉作用。正己烷本品有麻醉和刺激作用。长期接触可致周围神经炎。急性中毒:吸入高浓度本品出现头痛、头晕、恶心、共济失调等,重者引起神志丧失甚至死亡。对眼和上呼吸道有刺激性。慢性中毒:长期接触出现头痛、头晕、乏力、胃纳减退;其后四肢远端逐渐发展成感觉异常,麻木,触、痛、震动和位置等感觉减退,尤以下肢为甚,上肢较少受累。进一步发展为下肢无力,肌肉疼痛,肌肉萎缩及运动障碍。神经-肌电图检查示感觉神经及运动神经传导速度减慢。中毒事故是化工企业中较易发生的灾害,其对工人身体危害大,且具有扩散性,影响范围广,造成损失大,在职业安全保护中防中毒至关重要。中毒主要防护措施有:(1)生产装置应密闭化、管道化,尽可能实现负压生产,防止有毒物质泄漏、外逸。生产过程机械化、程序化和自动控制可使作业人员不接触或尽可能少接触有毒物质,防止误操作造成的中毒事故。(2)在设备投入生产前,进行严格的试漏作业,投入生产后经常检查,发现有泄漏时及时维修,设备管道本身尽量减少接头和尽量采用焊接,减少法兰连接的形式,减少跑冒滴漏。(3)注意通风,采用自然通风、机械通风、净化装置进行室内外的换气,保证空气质量。使工作场所中有毒物质浓度限制到规定的最高容许浓度值以下。(4)不得不在有毒地点工作时,采取一切有必要的措施,如带防毒面具、轮换工作等。定期进行空气质量分析。(5)对有毒物质泄漏可能造成重大事故的设备和工作场所必须设置可靠的事故处理装置和应急防护设施。设置有毒物质事故安全排放装置、自动检测报警装置、连锁事故排毒装置,以及事故泄漏时的解毒装置。(6)采取防毒教育、定期检测、定期体检、定期检查、监护作业、急性中毒及缺氧窒息抢救训练等管理措施。17.2.2易燃易爆物表17.2 项目易燃易爆物一览表危险物熔点/沸点/闪点/爆炸极限%(V/V)毒性可燃等级下限上限异丁烯-140.3-6.91.88.8低毒易燃甲醇-97.864.8115.544低毒易燃MMA-50101102.1212.5低毒易燃正己烷-95.668.7-25.51.26.9低毒易燃火炬气-745.033.0微毒易燃具体的防火防爆措施可以有以下几条:(1)根据不同工段中的生产火灾危险性等级和特性,对车间、控制室、压缩机房等建筑选用不同的建筑材料,使建筑物达到防火防爆的要求。如压缩机房要采用1m加厚墙壁。(2)将控制室与生产区、储罐区隔离,发生紧急情况时能遥控切断所有电源,实现保护性停车和启动事故通风装置的控制设施。(3)在生产区和储罐区设置自动报警系统,第一时间内掌握火灾情况,及时采取措施。储罐区还设有自动喷淋系统。(4)消防灭火措施:当爆炸事故发生时,一般会引发火灾事故,此时现场工作人员迅速撤离,通知厂区消防部门,在确保自身安全的前提下可现场适当采取灭火措施。17.3工业卫生工业卫生包括防尘、防毒、防暑降温、防寒防潮、防噪声、振动控制及防辐射、辅助用室等,工业卫生除了在工程设计时需要考虑外,生产管理过程更加重要。保证工厂厂区的干净和整洁是树立企业形象,构建良好工作环境的重要体现,因此,要求本厂工作人员做到以下要求:(1)将用过的工厂物品及时整理,并放回规定的地方,对于暂时不用的物品要及时进行清理。(2)定期打扫,清除废物,检查并清洗机器和工具。(3)维持工厂良好的工作纪律。(4)树立职工良好的工作、生活习惯,保持厂区随时整洁。17.4 重大危险源分析及相应安全措施17.4.1 重大危险源物质辨识和分析根据危险化学品重大危险源辨识(GB 18218-2014)进行辨识;本项目使用的甲醇、正己烷和生产产品甲基丙烯酸甲酯属易燃液体危险化学品。(1)生产过程中主要有害物质的理化性质及危险特性生产过程中使用和产生的主要危险有害物质有:甲醇、正己烷、甲基丙烯酸甲酯、火炬气中的CO、H2和混合烃类等。表17.3 危险物主要性质危险物熔点/沸点/闪点/爆炸极限%(V/V)毒性可燃等级下限上限异丁烯-140.3-6.91.88.8低毒易燃甲醇-97.864.8115.544低毒易燃MMA-50101102.1212.5低毒易燃正己烷-95.668.7-25.51.26.9低毒易燃火炬气-745.033.0微毒易燃(2)火灾、爆炸危险从以上有毒有害物质的危险特性可看出,生产过程中使用的物料大多属易燃易爆物质,其中火灾危险性属甲、乙类物质的有:正己烷、甲醇等。燃烧和爆照事故是由爆炸性混合物引起的,若以上可燃气体从工艺设备、管线泄漏到空气中,遇到明火会造成爆炸事故。根据石油化工企业设计防火规范(GB 50160-2008)、建筑设计防火规范(GB50016-2014)以及爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范(GB50058-2014)中的规定,生产过程中设计以上物料的装置,生产危险性较大,生产类别为大多属甲、乙类,属爆炸危险区域2区,为严重危险级建构筑物。(3)毒物危害本项目生产过程中的主要有毒物质是异丁烯、甲醇、MMA和正己烷等,在贮存及生产过程中若操作不当或发生意外事故,都可能发生泄漏或喷溅,造成局部地区有毒物料浓度急剧上升,引起中毒事故的发生。吸入、误食、经皮肤吸收将会对人体造成不同程度的危害。吸入甲醇对中枢神经系统有麻醉作用;短时大量吸入出现轻度眼上呼吸道刺激症状;经一段时间潜伏期后出现头痛、头晕、乏力、眩晕、酒醉感、意识朦胧神志昏迷。异丁烯主要作用是窒息、弱麻醉和弱刺激,高浓度中毒可引起昏迷。甲基丙烯酸甲酯中毒则会出现乏力、恶心、反复呕吐、头痛、头晕、胸闷、伴有短暂的意识消失、中性白细胞增多症等症状。正己烷有麻醉和刺激作用。吸入高浓度本品出现头痛、头晕、恶心、共济失调等,重者引起神志丧失甚至死亡。(4)粉尘危害本工程在仓储区域存在粉尘危害。粉尘通过呼吸道侵入人体,侵害呼吸体统,引起咳嗽、胸痛、气短等。长期吸入粉尘,肺部组织发生纤维化病变、硬化、失去正常的呼吸功能,能引起尘肺病。(5)静电、雷电的危害生产过程中,在有易燃、易爆物质存在的场所,静电放电、雷电放点均可成为引起爆炸的点火源,导致火灾、爆炸事故发生。雷电也容易对带电设备产生危害。由上述分析后可知本项目生产过程中使用和产生的主要危险有害物质有:异丁烯、甲醇、甲基丙烯酸甲酯以及正己烷。17.4.2 重大危险源辨识和分析17.4.2.1危险化学品重大危险源辨识根据危险化学品目录(2015版),本项目的危险化学品主要有甲醇、正己烷,甲基丙烯醛和甲基丙烯酸甲酯。危险化学品重大危险源辨识(GB 18218-2014)中,将“长期地或临时地生产、加工、使用或储存危险化学品,且危险化学品的数量等于或超过临界量的单元”定义为危险化学品重大危险源。采用单元内各种危险化学品实际存在(在线)量与其在危险化学品重大危险源辨识(GB 18218-2014)中规定的临界量比值。经校正系数校正后的比值和R作为分级指标。式中:每种危险化学品实际存在(在线)量(单位:吨);与各危险化学品相对应的临界量(单位:吨);与各危险化学品相对应的校正系数;该危险化学品重大危险源厂区外暴露人员的校正系数。根据危险化学品重大危险源辨识规定,查得危险化学品的临界量,并根据危险化学品重大危险源分级方法中的相关规定确定值,其经验值的选取见下表17.4和表17.5。表17.4 校正系数取值表序号厂区可能暴露人员数量1100人以上2.0250人99人1.5330人49人1.24129人1.050人0.5表17.5 校正系数取值表危险化学品类别毒性气体爆炸品易燃气体其他类危险化学品22021.51由此得到表17.6。表17.6 各物质危险性数据及实际存放量危险化学品名称临界量Q(t)实际存在量q(t)q/Q重大危险源甲醇5007681.536是正己烷500503310.066是MAL10112.75211.28是MMA1000136.80.137否根据危险化学品重大危险源监督管理暂行规定分级,得表17.7如下。表17.7危险化学品重大危险源级别和R值的对应关系危险化学品重大危险源级别R值一级R100二级100R50三级50R10四级R10经过分析,最终确定重大危险源级别,见表17.8。表17.8 本工程重大危险源物质辨识表辨识依据危险物质R重大危险源级别易燃液体甲醇1.512.304四级易燃液体正己烷1.5115.1三级极易燃液体:沸点且闪点的液体;MAL1.5116.92三级当单元内存在的危险化学品为多种时,若,则定义为重大危险源。以车间为单元,重新进行计算。辨识结果如表17.9所示。表17.9本工程重大危险源单元辨识表序号车间工段是否构成重大危险源1MAL合成分离车间MAL合成分离工段构成重大危险源2MMA合成分离车间MMA合成分离工段构成重大危险源3产品罐区甲醇储罐、正己烷储罐构成重大危险源17.4.2.2 设施设备类重大危险源辨识根据国家安监局关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见(安监管协调字200456号)规定的重大危险源申报范围,对该项目压力容器、压力管道进行重大危险源识别,辨识结果见表17.10。表17.10设施、设备重大危险源辨识结果类别判别标准实际情况结果蒸汽锅炉额定蒸汽压力大于2.5MPa,且额定蒸发量大于等于10t/h无否压力管道输送GB5044中,毒性程度极度、高度危害气体,液化气体介质,且公称直径100mm的管道。输送GB5044中极度、高度危害液体介质,GB50160及GB50016中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体,或甲类可燃液体介质,且公称直径100mm,设计压力4MPa的管道。输送其他可燃,有毒流体,且公称直径100mm,设计压力4MPa,设计温度400管道。无否压力容器储存介质毒性程度为极度、高度或中度危害的三类压力容器无否储存易燃介质,最高工作压力0.1MPa,且PV100MPam3的压力容器(群)有是17.4.3安全设计安全是工业生产最重要的考虑因素。本项目贯彻“安全第一,预防为主,综合治理”的指导思想,设计了从上至下的五个安全保护层次。本项目专门设置安全总工程师岗位,负责安全教育与检查工作,在各级生产调度中也指定安全代表,保证安全意识落实到每一个岗位。高级操作员将对生产现场负完全责任,并要对发生在生产现场的任何活动(包括例行维护)进行审批。必须为所有的雇员配备保护装备,必须强制使用安全眼镜和安全帽。控制室内应随时装备尘雾呼吸器和过滤器。将制定监控程序来保证工人对于甲醇等有毒有害物质的暴露量不超过安全标准。相似的规定对于来访者一样适用。在生产中我们使用“海因里希事故法则”(安全金字塔)为原则来消除几乎发生的事故及小事故(两者均需要向上一级汇报并进行记录),他们都有可能导致未来的严重事故。对于全项目安全采用系统安全体系进行指导,系统安全工程是运用科学和工程技术手段辨识、消除或控制系统中的危险源,实现系统安全的工作。系统安全工程包括系统危险源辨识、危险性评价、危险源控制等基本内容。项目组主要采取的系统安全分析方法包括危险与可操作性研究(HAZOP)、故障类型及影响分析(FMFA)、事故树分析法、道化学火灾爆炸危险指数评价法等。此外,我们还设计了设计安全检查表,主要包括:厂址选择和区域规划设计安全检查表、厂区总平面设计安全检查表、装置区设备布置安全检查表、工艺基础原则设计安全检查表、工艺流程图(PFD)设计安全检查表、管道及仪表流程图(PID)设计安全检查表、仪表和自动控制设计安全检查表、电器设计安全检查表、设备设计安全检查表、管道设计安全检查表、建筑结构设计安全检查表、通风设计安全检查表、给水排水检查表、消防设计安全检查表、隔热和耐火保护设计安全检查表。17.4.3.1 HSE管理体系HSE是健康(Health)、安全(Safety)和环境(Environment)三位一体的管理体系。由于安全、环境与健康管理在实际生产活动中,有着密不可分的联系,因而本项目把健康、安全、环境整合在一起形成一个管理体系综合管理。本项目HSE管理方针以人为本,珍惜生命;关爱健康,保护环境;预防为主,强化监督;科学管理,持续改进。公司HSE管理机构图17-1 公司HSE管理机构图职责(1)项目经理职责负责组织项目部HSE管理体系的建立及实施运行,组织制定安全检查和HSE管理工作计划,组织事故的调查、分析和处理,主持召开项目部HSE管理例会,讨论并对HSE工作中的重大事项作出决策。(2)施工负责人职责全面负责日常生产全过程中的HSE管理体系的运行,组织各业务部门履行HSE职责,定期组织有关部门召开HSE现场分析会议,掌握生产过程中的动态信息,及时向项目经理汇报,负责改善劳动、生活卫生条件,落实保障员工健康的措施。(3)HSE监督人职责协助项目经理搞好HSE方针、目标的落实,负责项目内各部门之间的协调,处理相关的HSE方面的问题,负责检查指导HSE的实施,及时解决运行过程中存在的问题。(4)员工职责严格遵守自己的安全承诺,严格遵守各项HSE管理制度及本岗位操作规程,不违章作业,对本岗位的HSE工作负直接责任;积极参加班组每周HSE活动及每日班前讲话,自觉接受HSE教育培训,增强自身HSE意识及防护能力;发生事故,要果断正确处理,及时向上级报告,并保护现场。17.4.3.2 本质安全本质安全的工厂依靠化学和物理学来预防事故,而不是依靠控制系统、互锁、冗长而特殊的操作程序来预防事故。本质安全的工厂是容许有过失的,其通常具有最大的成本效率。不需要复杂的安全联锁系统和详细程序的工艺流程是简单的,操作起来很容易,同时也是比较可靠的。设备小型化,在不太苛刻的温度和压力下操作,需要更少的资金投入和操作维护费用。本质安全常用四个词语来描述:最小化(强化)、代替、缓和(减弱和限制影响)、简化(简化和容错)。本项目的本质安全措施:(1)在原来的已有流程上,本项目精简反应流程,其中反应后分离出的甲基丙烯醛直接循环前一工段的换热器进行降温处理革除了传统工艺中的一个甲基丙烯醛预热器。通过工艺优化减少了尾气的产生,防止了可能出现的尾气爆炸;(2)本项目生产的甲基丙烯酸甲酯直接供想下游PMMA生产厂家,故在国家规定的范围内减少储罐储存的时间;(3)本项目将控制室远离操作区,隔离嘈杂的管线和设备,为控制室和储罐设置防护屏障,从整体厂区布置上减少事故发生的概率;(4)选取市面上具有低故障率的设备,在满足要求的条件下简化控制面板操作使易于理解,给管道涂上标记以便能“巡线”,为容器和控制器贴上标记以增强理解。采用先进的管理理念,每年两次定期进行所有人员安全培训,规范员工的操作,减少设备故障的人为操作发生率。17.4.3.3 工艺控制根据国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知(国家安全生产监督管理总局安监总管三2009116号)和国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管、危险化工工艺中部分典型工艺的通知(安监总管三20133号),本项目生产中涉及危险化工工艺中的氧化反应。本项目的氧化反应过程将严格按照该通知的要求进行控制。(一) 工艺特点(1)本项目的反应原料及产品具有燃爆危险性;(2)反应气相组成容易达到爆炸极限,具有闪爆危险;(3)产物中易生成氧化物,化学稳定性差,受高温、摩擦或撞击作用易分解、燃烧或爆炸。(二) 控制要求(1)重点监控工艺参数MAL合成主反应器或催化剂床层温度和压力;氧化反应釜内搅拌速率;氧化剂流量;反应物料的配比;气相氧含量等。(2)安全控制的基本要求反应釜温度和压力的报警和联锁;反应物料的比例控制和联锁及紧急切断动力系统;紧急断料系统;紧急冷却系统;紧急送入惰性气体的系统;气相氧含量监测、报警和联锁;安全泄放系统;可燃和有毒气体检测报警装置等。(3)宜采用的控制方式将氧化反应釜内温度和压力与反应物的配比和流量、氧化反应釜夹套冷却水进水阀、紧急冷却系统形成联锁关系,在氧化反应釜处设立紧急停车系统,当氧化反应釜内温度超标或搅拌系统发生故障时自动停止加料并紧急停车。配备安全阀、爆破片等安全设施。(三) 控制方法本项目采用DCS分布式控制系统进行全范围动态监测,同时加上SIS安全仪表系统和ESD紧张停车系统进行静态控制。本项目在设计阶段对全范围工艺系统进行HAZOP分析,在此基础上得到工艺控制的重要点。DCS为了控制,SIS为了保护,在整个工艺流程中设立DCS控制系统,主要是为了使整个生产装置可以更加平稳的运行,当出现工艺参数随着干扰出现偏差时,DCS系统就会通过如调节阀门开度等手段来消除干扰,所以在整个流程中,DCS是一直处于动态监测以及调节状态的,但当偏差较大,如反应器床层发生飞温,导致反应速率急剧上升,此时单纯的靠DCS系统以及难以实现控制反应温度的目的,此时SIS作为安全联锁系统就会被启动。因此在工艺控制方面,为了保证安全,首先DCS控制系统应该具有对偏差足够的敏感性,调节信号的应尽量消除滞后,同时应该采用冗余结构,保证不因为硬件问题而导致控制的失效。对于
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