某氯碱化工有限公司离子膜烧碱项目可行性研究报告

某 氯 碱 化 工 有 限 公 司 离 子 膜 烧 碱 工 程 可行性研究报告 I 目 录 第一章 概 述 . - 1 - 1-1 项目名称、项目单位、项目负责人 - 1 - 1-2 可行性研究报告编制的依据和原则 - 1 - 1-3 项目提出的背景和经济意义 - 1 - 1-4 可行性研究的范围 - 2 - 第二章 市场预测 . - 2 - 2-1 国内外市场情况预测 - 3 - 2-1-1 外部环境对我国氯碱工业的影响 - 3 - 2-1-2 世界和我国氯碱生产概况 - 3 - 2-1-3 国内情况 - 3 - 第三章 生产规模和产品方案 . - 7 - 3-1 生产规模 - 7 - 3-2 产品方案及质量指标 - 7 - 3-2-1 烧碱 - 7 - 3-2-2 氢气 - 8 - 3-2-3 合成盐酸 - 8 - 3-2-4 高纯盐酸 - 9 - 3-2-5 液氯 - 9 - 第四章 工艺技术方案 . - 10 - 4-1 工艺技术方案的选择 - 10 - II 4-2 原料路线的确定和依据 - 10 - 4-3 工艺流程 - 11 - 4-3-1 盐水车间工艺流程叙述 - 11 - 4-3-2 电解车间的工艺流程叙述 - 12 - 4-3-3 氯氢车间的工艺流程叙述 - 12 - 4-3-4 液氯车间的工艺流程叙述 - 13 - 4-3-5 盐酸车间的工艺流程叙述 - 14 - 4-3-6 蒸发车间的工艺流程叙述 - 15 - 4-4 主要设备选型及单元生产装置 - 15 - 4-5 自动化控制 - 17 - 4-5-1 采用标准规范 - 17 - 4-5-2 设计范围 - 17 - 4-5-3 DCS自动化程度概述 - 17 - 4-5-4 自动控制方案确定及仪表选型 - 18 - 4-5-5 仪表动力供应和能源消耗 - 23 - 4-5-6 接地系统及可靠性 - 24 - 第五章 原料、辅助材料及燃料的供应 . - 25 - 5-1 主要原料消耗 - 25 - 5-2 主要燃料及动力消耗定额： - 25 - 5-3 原料的规格与质量指标 - 26 - 第六章 建厂条件和厂址方案 . - 29 - III 6-1 建厂条件 - 29 - 6-2 公用工程情况 - 31 - 第七章 公用工程和辅助设施方案 . - 33 - 7-1 总图平面布置方案 - 33 - 7-2 工厂运输量及运输方案 - 33 - 7-3 供电及通讯： - 33 - 7-4 贮运设施： - 38 - 第八章 技术进步与节能 . - 39 - 8-1 技术先进 - 39 - 8-2 能源消耗低： - 39 - 8-3 环境污染少： - 40 - 8-4 继续加工易： - 40 - 第九章 环境保护 . - 41 - 9-1 概述 - 41 - 9-2 设计采用的环境保护标准 - 41 - 9-3 “ 三废 ” 排放情况及处理措施 - 42 - 第十章 劳动保护与安全卫生及消防 . - 43 - 10-1 劳动 安全和工业卫生 - 43 - 10-2 消防 - 44 - 十一章 工厂组织和劳动定员 . - 49 - IV 11-1 工厂体制及组织结构 - 49 - 第十二章 项目实施计划 . - 51 - 12-1 建设计划 - 51 - 第十三章 投资估算和资金筹措 . - 52 - 13-1 编制说明 - 52 - 13-2 投资估算 - 52 - 13-3 资金筹措 - 52 - 第十四章 财务评价 . - 53 - 14-1 基本数据 - 53 - 14.2 财务评价 - 53 - - 1 - 第一章 概 述 1-1 项目名称、项目单位、 项目负责人 项目名称： 12万吨年离子膜烧碱工程 项目单位： 某 氯碱化工有限公司 项目负责人： 1-2 可行性研究报告编制的依据和原则 1 国家产业政策纲要。 2 化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定。 3 投资项目可行性研究指南。 4 国家现行有关设计规范、标准。 5 业主提供的相关资料及设计委托合同。 1-3 项目提出的背景和经济意义 烧碱是基础化工原料，在国民经济中有着广泛的应用。其传统消费领域主要有轻工、纺织和化工行业，其次有医药、冶金、稀土金属、石油、电力、水处理和军 工行业。近几年随着各行业产品结构的调整，轻工行业消费呈明显的下降趋势，化工、金属冶金和纺织行业需求保持上升。 氯气 ,我国氯产品以液氯、盐酸和聚氯乙烯为主，此外，环氧化合物、甲烷氯化物和含氯农药也是国内目前耗氯最大的产品。目前，我国的氯产品中无机氯产品比例 53 55 (主要是液氯和盐酸，其次为无机氯化物 )，农药用氯约占 10，而有机氯化物的比重只有 35%37 (其中 PVC22 23%、环氧丙烷 5% 6%、甲烷氯化物 3%4%，大大低于世界 - 2 - 发达国家的水平。这充分说明我国有机氯产品的发展水平还很低，产品的研 究开发和市场开拓还远远落后于发达国家和世界著名的跨国公司。 某某 氯碱化工有限公司拥有自己的热电厂，可与本项目配套平衡装置用电、用汽；并且本地拥有地下盐矿，可取得价格低廉的卤水。因此，其电价、蒸汽费、原料盐供应均具有较强的竞争优势。 12 万吨年离子膜烧碱装置的氯气除一部分用于生产高纯度盐酸自用外，还可用于造纸、氯化聚氯乙烯等吃氯产品。氢气可作为本地区用于加氢产品的原料。其中，氯气作为主要的化工原料，目前属于市场的短缺产品。 本方案拟采用国内先进的工艺路线和设备及控制技术，以地下卤水为原料全卤水生产烧 碱，同时带动本公司卤水开采项目及卤水生产原盐项目的启动，以及烧碱相关行业的发展，为企业创造新的利润增长点。12万吨年离子膜烧碱装置建成后，将使得企业更具市场竞争力，经济效益明显提高。因此， 某某 氯碱化工有限公司上马 12 万吨年离子膜烧碱工程是非常必要的。 1-4 可行性研究的范围 可行性研究的范围包括总图运输、生产工艺、生产设备、公用工程、仪表及自动化控制、电信工程、土建工程、原辅材料及产品贮运、工业安全卫生及三废治理、环境保护等。生产过程包括化盐及盐水、电解（含淡盐水脱氯）、蒸发、氯氢处理、氯气液化、合 成盐酸及机电修理、化验室和办公室。 第二章 市场预测 - 3 - 2-1 国内外市场情况预测 2-1-1 外部环境对我国氯碱工业的影响 世界经济 (工业 )发展的不平衡和对资源的需求，推动着化学工业向全球化方向发展。在发达国家，石油化工产品的市场趋于饱和，大宗化学品的利润迅速降低，而发展中国家石油化工产品的需求呈快速增长势头，特别在亚太地区，人口众多，经济发展速度较快，化学品消费市场潜力巨大。由于环保、运输和劳动力价格等因素，发达国家的初级化工产品的生产，正向拥有广阔市场、原料丰富和廉价劳动力的发展中国家转移。因此， 亚洲成为国外大公司转移的首选地区，特别是我国，将逐步成为世界性的化工制造中心。而氯碱工业，作为基础原料工业，必将获得强劲的需求。 2-1-2 世界和我国氯碱生产概况 目前世界氯碱产量约为 5200 余万吨 /年，其氯气的消费量为 4590万吨 /年。氯气用途大致如下：聚氯乙烯占 32；其它有机氯产品占 19；无机氯产品占 31；氯中间体占 7：水处理占 7；造纸工业占 4。最大的氯和氯产品的市场在亚洲，占氯消费总量的 39：其次为北美占27；西欧为 20。随着发展中国家对氯产品需求的增加 (例 如：聚氯乙烯 等产品 )，其氯碱的需求量必然会快速发展。 2-1-3 国内情况 我国 2004 年烧碱的生产能力已达到大约 1250 万吨 /年，美国约为1600 万 t a，我国占世界第二位，其中离子膜法烧碱的生产能力约占50，由于目前离子膜法技术和设备的不断进步，其电耗也有所下降， - 4 - 生产成本也随之降低，并逐渐与隔膜法接近。 山东省是氯碱生产大省，产量居全国首位，约占全国氯碱产量的 25%左右。山东的氯碱生产能力统计 (2004年 )，见下表： 表 2 1 山东省氯碱生产能力一览表 序 号 生产厂家 生产能力 (万吨 /年 ) 合计 隔膜法 离子膜法 1 齐鲁氯碱厂 20 5+25* 50 2 山东大成农药厂 6 6 12 3 山东桓台博汇福利化工厂 3 17 20 4 山东东岳联邦公司 6+6* 12 5 山东铝业公司 5 5 6 济南润源化工公司 8.5 8.5 7 德州石油化工总厂 12 12 8 青岛海晶化工公司 6 6 12 9 青岛天元化工公司 6 6 10 高密康丰农化公司 6 6 11 山东华阳农药公司 2 6 8 12 山东瑞泰化工公司 13 济宁中银电化公司 6 9 15 14 牟平恒邦化工有限公司 3 3 15 济宁金威煤电公司 6* 6 16 东营胜利电化公司 4 4 - 5 - 17 东营市化工厂 3 2+6* 11 18 山东金岭集团 2.5 10 12.5 19 潍坊亚星化学公司 6 6+6* 18 20 寿光新龙电化集团 5 5 21 山东诸城化工公司 1 1 22 山东滨化集团公司 5 12 17 23 山东沾化电厂 3* 3 24 鲁北企业集团公司 3 6 9 25 滨州海明化工厂 3 3 26 烟台氯碱厂 5 3 8 27 烟台牟平东方化工厂 1 1 28 山东龙口氯碱厂 1.5 1.5 29 文登市航天发泡剂厂 3 3 30 山东恒通化工公司 20 20 31 山东沂州水泥集团化工公司 2.5 2.5 32 山东临沂市造纸厂 6 6 33 山东华远公司 3 3 34 聊城兰威化工公司 4 10* 14 147 171 318 注：带“ *”者为在建工程。 聊城氯碱生产和需求概况与其它地区的差距： 在聊城己形成生产规模的厂家，只有聊城兰威化工有限公司一家。 - 6 - 该公司现有产量为 4万 t a隔膜法烧 碱，并正在东阿县建设 10万 t a隔膜法烧碱 (一期工程为 7 万 t a)，预计在 2005 年下半年可新增隔膜法烧碱 7万吨 /年，总生产能力为 11万 t a。仅占山东烧碱生产能力的3 53，并且离子膜法烧碱仍为空白。目前聊城地区均从其它地区供货。然而，在鲁西南地区 (例如：荷泽、枣庄地区 )，目前，尚无形成生产规模的生产厂家。因此，若是 某某 氯碱化工有限公司，能抓住机遇，必然可以在鲁西南地区，独树一帜，尽快填补空白，占领市场，并不断开发下游产品，为建设大型化工企业打好基础。聊城地区氯、碱需求预测表（表 2 2）。 表 2 2 聊城地区氯、碱需求预测表 序号 厂家名称 需求能力（万吨 /年） 氯气（万吨 /年） 1 高唐泉林纸业公司 3 2 2 临清银河纸业公司 3 2 3 茌平铝业公司 10 2 4 某县 四强化工 3 5 其他 3 2 - 7 - 第三章 生产规模和产品方案 3-1 生产规模 生产规模及分期情况见表 3-1。 表 3-1 生产规模一览表 名 称 生产规模 (吨年 ) 备 注 烧 碱 120000 其 中 30% 9 万吨 /年（折百） 48% 3 万吨 /年（折百） 氯 气 100000 原氯与液氯产量根据市场调整 氢 气 3000 盐 酸 20000 3-2 产品方案及质量指标 3-2-1 烧碱 符合 GB T11199-1989一级 I型，如表 3-2-1所示。 表 3-2-1 烧碱产品规格和质量标准表 指标名称 指标 氢氧化钠（ NaOH）含量 30%（ wt） 三氧化二铁（ Fe2O3）含量 0.0005%（ wt） 碳酸钠（ Na2C O3）含量 0.006%（ wt） 氯酸钠（ NaCl O3）含量 0.002%（ wt） 氯化钙（ CaCl2）含量 0.0005%（ wt） 三氧化二铝（ Al2O3）含量 0.0006%（ wt） 二氧化硅（ SiO2）含量 0.002%（ wt） - 8 - 硫酸钠（ Na2SO4）含量 0.002%（ wt） 氯化钠（ NaCl）含量 0.007%（ wt） 3-2-2 氢气 氢气符合 GB/T3634-1995-，如表 3-2-2所示。 表 3-2-2 氢气产品规格和质量标准表 指标名称 指标 氢气（ H2）含量 98%（ v v） 氧气（ O2）含量 0. 5%（ v v） 氮气（ N2）含量 1.5%（ v v） 水份（ H2O）含 量 无游离水 3-2-3 合成盐酸 合成盐酸符合 GB320-1993型，如表 3-2-3所示。 表 3-2-3 合成盐酸产品规格和质量标准表 指标名称 指标 外观 无色或微黄色透明液体 总酸度（以 HCl计） 31% 铁（以 Fe计） 0.001% 硫酸盐（以 SO42-计） 0.007% As 0.0001% 灼烧残渣 0.10% 氧化物 0.008% - 9 - 3-2-4 高纯盐酸 符合 HG T2778-1996，如表 3-2-4所示。 表 3-2-4 高纯盐酸产品规格和质量标准表 指标 名称 指标 外观 无色或微黄色透明液体 总酸度（以 HCl计） 31% 铁（以 Fe计） 3-0mg L 钙（以 Ca计） 0.5mg L 镁（以计 Mg 计） 0.2mg L 游离氯 60.0mg L 蒸发残渣 50.0mg L 3-2-5 液氯 液氯符合 GB/T5138-1996，如表 3-2-5所示。 表 3-2-5 液氯产品规格和质量标准表 指标名称 指标 氯气（ Cl2）含量 99.6%（ v v） 水份（ H2O）含量 0.05%（ wt） - 10 - 第四章 工艺技术方案 4-1 工艺技术方案的选择 氯碱工业生产技术正朝着先进化和高新化方向发展，在离子膜法、隔膜法、水银法和苛化法的 4种氯碱生产方法中，离子膜法脱颖而出成为目前世界公认的最先进的烧碱生产技术。自 20 世纪 70年代实现工业化以来，发展相当迅速，世界离子膜法烧碱产能的比例， 1982年占 2%、 1986年占 7.9%、 1993年占 20%， 2000年占 35%，2004达到了 50%强，而日本的这一比例更是高达 90%。 因此本装置选用离子膜法生产工艺，槽型选用复极式自然循环电解槽。该工艺是目前世界烧碱行业最先进的工艺技术。离子膜烧碱与 隔膜法烧碱比较，有以下优点：离子膜法烧碱质量高，其生产方法获得高纯度液碱，其中含盐量可小于 40ppm，出槽碱浓度高，达到 30以上。离子膜法烧碱能耗低，与隔膜法比，每吨碱节电 200kwh以上，节约蒸汽 3吨以上，离子膜法烧碱生产环境好。离子膜电解技术先进，寿命长，操作维修简单。离子膜技术符合氯碱行业技术进步、发展的方向，符合国家节能降耗、保护环境的产业政策。 4-2 原料路线的确定和依据 因本工程建设在山东省 某县 古云镇岩盐矿区，有丰富的盐矿资源，故本装置拟采用全部卤水制碱，电能力来自本公司自备电厂华祥热电， 其它辅助材料外购（详见第五章）。 - 11 - 4-3 工艺流程 4-3-1 盐水车间工艺流程叙述 4-3-1-1 化盐 来自卤水站的卤水进入卤水储罐，然后用泵送入化盐池底部进行化盐；粗盐水由化盐池顶部流出，进入粗盐水缓冲池，粗盐水用粗盐水泵送入溶气罐中，溶解部分空气后进入浮上澄清桶，浮上澄清桶顶部流出的清液经 Na2CO3反应槽进入一次反应罐，反应完全的的盐水从顶部溢流到中间罐，用过滤盐水泵打入过滤器中，过滤盐水进入一次盐水贮罐，由一次盐水泵经盐水换热器进入螯合树脂塔中进行离子交换，去除盐水中微量的钙、镁等离子，进 入去离子盐水罐，用去离子盐水泵将去离子盐水送往电解车间使用。 4-3-1-2 精制 1 氢氧化纳：在 NaOH 反应槽中加入氢氧化钠，并根据粗盐水中的pH值，调节加入量。 2 碳酸钠：粗盐水在出浮上澄清桶后，在 Na2CO3 反应槽中加入碳酸钠，根据反应罐粗盐水中碳酸钠的含量，调节加入量。 3 氯化钡：在脱氯后盐水进入硫酸钡澄清桶的入口处，加入氯化钡，根据粗盐水中硫酸根的含量，调节加入量。 4 三氯化铁：在粗盐水进入浮上澄清捅的文丘里混合器处，加入三氯化铁，并根据工艺控制要求，调节加入量。 5 采泥：浮 上澄清桶、 BaSO4澄清桶、过滤器中的盐泥，汇集到泥浆池中，被采泥泵采出后，送入板框压滤机，进行固液分离，清液流回卤水 - 12 - 储罐，滤饼外运。 4-3-2 电解车间的工艺流程叙述 4-3-2-1 盐水系统 由去离子盐水泵送来的去离子盐水，经流量计控制进入电解槽的阳极室，在电场的作用下，盐水中的钠离子和水一起透过离子膜向阴极迁移，同时 Cl-失去电子变成氯气。氯气进入氯气总管，经氯气水封，氯气洗涤塔进入氯氢处理车间；出槽淡盐水加入盐酸调节 pH 值，进入淡盐水罐，由淡盐水泵打出后分成两路，一路送入真空脱氯器，脱氯后再加 入适量的氢氧化钠和亚硫酸钠，除去微量游离氯，用泵送回盐水车间的卤水罐中，用来化盐，另一路循环进入电解槽。 4-3-2-1 阴极液系统 阴极液由阴极液泵打出后分成两路，一路加入高纯水稀释后，经阴极液换热器（阴极液换热器，开车时用来加热阴极液，正常生产过程中用来冷却阴极液），进入电槽阴极室，在阴极室内， H+得到电子生成氢气，出槽后进入氢气总管，经氢气水封后去氯氢处理，多余的氢气排空。阴极液被从阳极迁移过来的 Na+增浓后流出电槽，进入阴极液罐，由阴极液泵打出后分成两路，一路循环使用，一路经成品碱冷却器送入成品碱 罐，配碱待售。 4-3-3 氯氢车间的工艺流程叙述 4-3-3-1 氯气处理 1 氯气系统：电解车间来的湿氯气，经氯气洗涤塔后，进入钛管冷却器被 5水冷却，然后经过氯气水雾扑集器除掉氯气中的水雾，通过填 - 13 - 料塔和泡罩塔被浓硫酸干燥，在氯气扑雾器中脱除酸雾后，进入氯气压缩机，压缩到 0.15 0.30Mpa后，变成原氯送到液氯车间。 2 硫酸系统：由硫酸泵从硫酸贮罐中打入氯压机作为液环使用，从氯压机出来后，经气液分离罐，进入硫酸冷却器，再进入氯压机，循环使用，当浓度 93时，用 98%的硫酸换出，进入泵酸罐 用来干燥氯气。泵酸用泵打入硫酸高位槽，流入泡罩塔被氯气中的水份稀释后进入填料塔循环使用，逐渐被氯气中的水份稀释至浓度为 72 78后成为废酸，溢流到废酸罐外销。 4-3-3-2 氢气处理 电解车间来的氢气从氢气干燥塔底部进入，被从上喷淋而下的氢气冷凝水冷凝其中的水份后，出塔顶与氢压机循环液一起，进入氢压机加压，依次经过气液分离器、换热器、水雾扑集器进入氢气分配台，分别送往各氢气用户。从分离器底部出来的循环液，经冷却器被循环水降温，进入氢压机循环使用。 4-3-3-3 废水处理 湿氯气在冷却过程中的冷凝下 来的水含一定量的氯，俗称氯水。氯水呈酸性，数量不大，经过脱氯处理后回盐水车间。 4-3-4 液氯车间的工艺流程叙述 4-3-4-1 氯气系统 由氯氢处理车间来的原氯经过扑雾器，经原氯分配台，送液化槽。 4-3-4-2 冷冻系统 液态氟利昂由液态氟利昂贮罐经节流阀进入氯气液化槽，氟利昂在液 - 14 - 化槽内蒸发吸收原氯的热量使氯气液化。蒸发后的气态氟利昂进入冷冻机吸入口，被压缩机压缩后，经油分离器，冷凝器冷凝后，又变成液态氟利昂进入液态氟利昂贮罐，进行一个蒸发、压缩、冷凝、再蒸发的循环过程。 4-3-4-3 液氯 包装 钢瓶在充装液氯前应先进行抽空处理，抽出的氯气送次氯酸钠。液氯经贮罐进入液下泵缓冲罐中，然后用液下泵加压后，通过管道充装到液氯钢瓶或液氯罐车中。 4-3-4-4 次氯酸钠 由尾气分配台来的废氯，进入尾气吸收塔的底部，被从上喷淋而下的液碱吸收，液碱出塔底流入循环池中，被泵打出进入尾气吸收塔的顶部循环使用，浓度饱和后，打入次氯酸钠贮罐待售。 4-3-5 盐酸车间的工艺流程叙述 4-3-5-1 合成盐酸 从氯氢处理车间送来的纯度 98%的氢气，经氢气缓冲罐、水封、防爆水封、气液分离器、阻火器后进入氯化氢 合成炉底部，由液氯送来的纯度 75%的氯气经氯气缓冲罐、阻火器从氯化氢合成炉底部进入，在炉内氯气与氢气混合燃烧生成氯化氢气体，经冷后却，顺序进入一、二级石墨降膜吸收器，被水吸收成盐酸，进入盐酸储罐。 4-3-5-2 高纯盐酸 从氯氢车间送来的纯度 98%的氢气，通过氢气缓冲罐、水封、防爆水封、气液分离器、阻火器点燃后进入三合一合成炉顶部，由液氯车间来的纯度 75%的氯气经氯气缓冲罐、阻火器由三合一合成炉顶部进入，在 - 15 - 炉内的合成段氢气与氯气混合燃烧生成氯化氢气体，在炉内的冷却吸收段被循环水冷却的同时，被从降膜 吸收器送来的稀酸吸收，生成高纯盐酸从炉底流出，进入高纯酸贮罐，少量未被吸收的尾气由降膜吸收器的顶部进入被高纯水吸收变成稀酸。 4-3-6 蒸发车间的工艺流程叙述 自电解来的出槽碱进入淡碱高位槽，淡碱由高位槽经流量计进入薄膜蒸发器，淡碱在蒸发器中被浓缩，蒸汽从蒸发器顶进入喷射泵被循环水冷凝带走。浓碱从蒸发器底部排出 ，经冷却器进入浓碱受槽中。 4-4 主要设备选型及单元生产装置 主要设备选型，见（表 4-1）。 表 4-1 主要设备一览表 序 号 名 称 单 位 数 量 总价 备 注 (万元 ) 1 配水罐 台 2 43.92 2 浮上澄清桶 台 1 54.72 3 凯膜过滤器 台 4 356.40 4 板框压滤机 台 4 72.00 5 复极式电解槽 台 8 9648.00 进口设备 6 盐水预热器 台 2 30.00 7 树脂塔装置 套 2 600.00 进口设备 8 滤后盐水罐 台 2 30.00 9 阴极液循环槽 台 1 35.00 - 16 - 10 阳极液循环槽 台 1 40.00 11 脱氯塔 台 1 40.00 12 进槽盐水加热器（板 式） 台 2 36.00 13 填料塔 台 2 30.00 14 泡罩塔 台 2 32.00 15 钛管冷却器 台 2 160.00 16 5度水机组 套 2 60.00 17 冷冻机 台 3 225.00 18 液化槽 台 3 228.00 19 氯气液分离罐 台 3 90.00 20 液氯储罐 台 8 160.00 21 液氯液下泵 台 2 50.00 22 二合一盐酸合成炉 台 2 36.00 23 盐酸储罐 台 5 35.00 24 反渗透装置 套 4 200.00 25 离子交换装置 套 2 80.00 26 纯水储罐 台 2 40.00 27 空气压缩机 台 3 60.00 28 循环水池 个 3 45.00 29 凉水塔 台 4 84.00 30 其他生产设备 2336.12 31 总计 14937.16 - 17 - 4-5 自动化控制 4-5-1 采用标准规范 1化工装置自控工程设计 规定 HG/T 2063620637-1998（上、下卷）。 2石油化工自动控制设计手册 ISBN 7-5025-2696-X/TP第三版。 3爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50058-94 及条文说明。 4石油化工仪表配管配线设计规范（ SH3019-1997） 5仪表符号和标志（ SHB-Z02-95） 6自动喷水灭火系统设计规范（ GB50084-2001） 4-5-2 设计范围 某某 氯碱化工有限公司 12 万吨年离子膜烧碱工程盐水车间、电解车间、氯氢车间、液氯车间、盐酸 车间、蒸发车间等的全部工艺参数的检测、显示、报警和手 /自动控制等。 盐水车间、氯氢车间、液氯车间、盐酸车间、蒸发车间各设一分站，在电解车间设一主控室，作为主站。各分站的所有检测、控制的工艺参数不仅在分站显示，而且通过 bus通讯总线可上传到主控室，作为总控。电解车间的主控室操作员站不仅对本车间的工艺参数进行检测、显示、报警和手 /自动控制等，而且还可对其它车间的工艺参数进行检测、显示、报警和手 /自动控制等，从而实现整个项目的统一调控。 4-5-3 DCS自动化程度概述 某某 氯碱化 工有限公司 12 万吨年离子膜烧碱工程的控制以集中自 - 18 - 动控制为主，整个生产过程的操作及工艺参数的状态显示、主要设备的运行状态都可在控制室内完成。生产过程中需要监控的工艺参数均可在 DCS（分散控制系统）内进行显示、记录、积算、报警等，以及通过控制回路进行定值调节、上下限联锁控制和报警。对不重要或不需要经常监视的工艺参数可采用就地显示仪表进行显示。 在本设计系统中，整个项目的自动控制全部采用 DCS（分散控制系统），主控室设在电解车间，盐水车间、氯氢车间、液氯车间、盐酸车间、蒸发车间各设一分站，作为下位机，各自对本车 间的工艺参数进行显示、记录、积算、报警等。 DCS（分散控制系统）控制系统采集各生产装置的现场一次仪表（热电阻、热电偶、压力变送器、液位变送器、流量计等）的信号，在 DCS（分散控制系统）控制系统内部进行数据处理，在画面中进行显示、记录、报警等。需要进行控制的工艺参数，通过在 DCS（分散控制系统）控制系统内部的 PID回路进行调节。需要进行上、下限控制的工艺参数，通过在 DCS（分散控制系统）控制系统内部的联锁控制和报警电路进行控制。 通过组态、编程，可实现电机设备的启动和停止，手、自动控制以及运行状态和故障情况的 显示记录，实现各工艺参数的历史记录的存储、历史数据、历史曲线的显示、查询。并形成日报表、月报表和超限报警记录打印输出。实现了数据的集中管理。 4-5-4 自动控制方案确定及仪表选型 离子膜烧碱工程的现场情况较复杂，既需要考虑腐蚀的问题，又需要考虑防爆的问题。 - 19 - 在腐蚀性的环境，所有的一次仪表和执行机构都必须作相应的防腐处理，选择防腐材质时，兼顾防腐性能和价格的考虑，选择合适的性价比。 在爆炸性的环境，所有的一次仪表和执行机构都必须为本安或隔爆型的仪表，控制室都必须位于爆炸危险区域之外，当控制室位于爆炸危险区域之内时，控制室必须为正压控制室或控制柜为防爆控制柜。防爆仪表安装、维修、使用时根据标准安装固定，必须严格按照国家规定的防爆规程进行，更换时必须先断开电源。所有的现场检测仪表、变送器、执行机构等都必须加安全栅隔离后，接控制室内的终端监控装置。所有一次、二次仪表的安装，必须严格按照国家规定的相关标准图册执行。 4-5-4-1 DCS（分散控制系统）系统 全集成自动化（ Totally Integraded Automation）是面向通用控制系统的一种控制理念，西门子公司自九十年代中期提出以后，在现代自动化控 制领域所占地位日渐上升，已逐步取代传统的控制理念。传统的控制系统，根据被控对象的不同，可分为两类：针对逻辑控制的电气控制和面向连续生产的过程控制，电气控制处理的是各离散量之间的逻辑关系，一般采用可编程控制器（ PLC）实现控制，而过程控制主要是各模拟量的检测与控制，一般采用各种气动仪表和电动仪表，随着计算机技术及大规模集成电路的普及，比较大的控制系统采用集散控制系统（ DCS）。这两类控制之间有不同的控制思路和技术内容，在控制系统要求既有逻辑控制，又有模拟控制的情况下，两者不能很好的协调，不能实现各种数据之间的 统一通讯。组态软件在全集成自动化控制系统（ TIA）中是一个功能强大的全面开放的监控系统，此软件支持 Microsoft公司的 Windows环境，具有 - 20 - ODBC、 OLE、 OPC 等标准接口，数据库采用 SyBASE，兼容性好，适合应用于汽车、化工、冶金、环保、轻工、食品、制药等行业。 某某 氯碱化工有限公司 12 万吨年离子膜烧碱工程的控制采用 DCS（分散控制系统）方案。 DCS控制系统因控制集中、控制参数精确、配比准确、监控数据可存储和报警显示等优点，在现代自动控制系统中应用越来越普及。 1）控制系统的结构必须将数据采集 功能和数据控制功能分布在不同的模块上，可有效的降低系统发生故障和被迫停车的危险。控制回路的PID参数必须能够自整定。 2) 操作站的功能 工艺参数的实时指示 控制回路的显示、操作，包括设定值的修改、手 /自动切换等 实时报表、历史报表显示及记录 实时曲线、历史曲线显示及记录 报警及其显示 工艺运转设备的状态及操作 工艺阀门的手 /自动操作 过程流程图动态画面显示 系统诊断报告 其它需要的功能 3) 控制功能集中在操作站中完成，硬件冗余为 1： 1，各分站与主站的通讯冗 余为 1： 1。 DCS（分散控制系统）内部的通讯是充分冗余的。 - 21 - 4) DCS（分散控制系统）控制设置一套紧急手动操作台，在 DCS（分散控制系统）出现完全故障时，可暂时手动操作，在故障排除后，再切入DCS（分散控制系统）控制系统。 5) DCS（分散控制系统）必须有不间断系统电源（ UPS），输入电源为220VAC 50Hz，输出电源为 220VAC 50Hz、 24VDC。工作时间为 30 分钟，具有自诊断及报警、工作状态显示 、电源电压指示功能。 4-5-4-2 测量仪表 1）温度仪表 根据不同的工艺要求，需要集中 检测的温度参数，当温度低于 500时，采用 RTD.Pt100 热电阻，保护套管材质采用不锈钢或 316L 或钢管外衬聚四氟乙烯。温度为 5001300时，采用分度号为 K的镍铬 -镍硅热电偶以及少量的铂铑 10-铂热电偶，保护套管材质采用 316L，大于 800时，采用高铝管。温度就地指示选用抽芯式双金属温度计。 2）压力仪表 压力变送器精度要求为 0.5级，少部分的精度要求为 0.2级。压力变送器和压力表尽量选用法兰安装形式，适应介质防腐、防爆的要求。在爆炸性的环境，所有的压力变送器都必须为本安或隔爆型，在腐蚀性的环境 ，所有的压力变送器都必须作相应的防腐处理，选择防腐材质时，兼顾防腐性能和价格的考虑，选择合适的性价比。一般介质采用不锈钢压力表和普通压力变送器进行测量。 3）物位仪表 液位变送器精度要求为 0.5级，少部分的精度要求为 0.2级。在爆炸 - 22 - 性的环境，所有的液位变送器都必须为本安或隔爆型，在腐蚀性的环境，所有的液位变送器都必须作相应的防腐处理，选择防腐材质时，兼顾防腐性能和价格的考虑，选择合适的性价比。在存在液氯的情况下，可考虑选用超声波液位计或雷达液位计。 4）流量仪表 测量介质为酸、碱、盐、污水等导电介质选用电磁 流量计。根据腐蚀性的不同和结垢的难易情况，选择不同的电极和衬里材料。流量测量以电磁流量计为主，对非腐蚀性液体介质、气体和蒸汽流量选用涡街流量计。 5）分析仪表 酸度测量使用 PH 酸度计，其传感器和变送器由供应商提供技术上的指导安装。可燃气体报警仪和有毒、氯气气体报警仪的设置可根据设备布置设置。 6）调节阀 在爆炸性的环境，调节阀全部采用气动调节阀，在非爆炸性的环境，调节阀可采用电动调节阀，实现工艺参数的调节。调节阀的阀位信号和限位开关，可在 DCS（分散控制系统）实现阀状态监视和故障保护。小口径以单座阀为主，大 口径选用蝶阀，高温高压介质采用套筒阀。根据工艺介质的不同状态，选用不同的密封填料。阀体的材质一般为不锈钢。用于腐蚀性介质的调节阀的材质选用特殊合金或采用聚四氟乙烯衬里。 7）开关阀 在爆炸性的环境，开关阀全部采用气动开关阀，在非爆炸性的环境，开关阀可采用电动开关阀，实现工艺参数的调节。开关阀的限位开关，可 - 23 - 在 DCS（分散控制系统）实现阀状态监视和故障保护。小口径以单座阀为主，大口径选用蝶阀，高温高压介质采用套筒阀。根据工艺介质的不同状态，选用不同的密封填料。阀体的材质一般为不锈钢。用于腐蚀性介质的调节阀的材质 选用特殊合金或采用聚四氟乙烯衬里。 4-5-5 仪表动力供应和能源消耗 突然停电对设备及生产造成很大的影响， DCS（分散控制系统）控制系统也要求电源必须可靠、稳定，所以必须设置 UPS系统电源，提供系统约 30 分钟的备用电源，以便于由于故障引起突然断电的检修恢复，或提供系统安全停车用调节联锁用电负荷。 控制系统电源来自电气专业，通过不间断电源提供仪表所需的 220V和 24V的电源，供控制系统、分析仪表以及其它仪表用电设备使用。 电源 电解车间、盐水车间、氯氢车间、液氯车间、盐酸车间、蒸发车间控制室各需一路独 立电源，各设置一 UPS系统电源，其主要参数如下： 电源电压： 220VAC 10% 电源频率：（ 50 1） HZ 电源功率：根据用电负荷而定 2）蒸汽 用于仪表及测量管线保温。基本上仪表需要保温的地方，工艺或设备均有保温要求，现场均有保温蒸汽口。因此，所用蒸汽均在现场就近取用。 3）仪表气源 气动调节阀和开关阀所用气源由公用工程提供，必须经过净化、除水、 - 24 - 除锈等处理过程，经过缓冲罐缓冲、压力稳定后，由气源管路敷设到气动调节阀和开关阀附近。 4-5-6 接地系统及可靠性 仪表的保护接地（以表、盘、柜 的外壳接地）接至电气专业的接地系统，仪表的系统接地（信号的屏蔽接地）需单独设置接地系统。 DCS的接地设置应按照 DCS系统厂家的要求进行，设置单独的接地极。 - 25 - 第五章 原料、辅助材料及燃料的供应 5-1 主要原料消耗 主要原料消耗一览表如表 5-1所示。 表 5-1 主要原料消耗一览表 序号 物料名称 物料规格 用量（以 1t100%NaOH计） 来源 运输条件 单位 单耗 年耗 1 卤水 305g/l m3 11 1320000 外购 管道输送 2 纯碱 合格 kg 12 1440 外购 公 路运输 3 氯化钡 一等品 kg 20 2400 外购 公路运输 4 亚硫酸钠 一等品 kg 2.0 240 外购 公路运输 5 硫酸 98% kg 25 3000 外购 公路运输 6 烧碱 30% kg 30 3600 自产 管道输送 7 离子膜 m2 0.006 720 外购 5-2 主要燃料及动力消耗定额： 主要燃料 及动力 消耗定额如表 5-2所示。 表 5-2 主要燃料 及动力 消耗定额 序号 名称 物料规格 用量（以 1t100%NaOH计） 来源 运输条件 单位 单耗 年耗 1 自来水 t 12 1440000 外购 管道输送 2 高纯水 t 5 600000 自产 管道输送 3 动力电 kwh 250 30000000 外购 高压线路 4 电解电 kwh 2150 258000000 外购 高压线路 - 26 - 5-3 原料的规格与质量指标 5-3-1 卤水 5-3-2 卤水质量标准 指标名称 指标要求 氯化钠 305g/l a2+ 48.14mg/l g2+ 63.32mg/l SO42- 4.05g/l 无机胺 6.21mg/l 5-3-2 碳 酸钠质量指标 符合 GB210-92，如表 5-3-3所示。 表 5-3-3 碳酸钠质量指标 指标名称 指标要求 外 观 白色结晶粉末 总碱量（以 Na2CO3计） 98.0% 水不溶物 0.15% 氯化物（以 NaCl计） 1.20% 铁（ Fe） 0.01% 5-3-3 工业氯化钡质量指标 符合 GB1617一等品 ，如表 5-3-4所示。 表 5-3-4 工业氯化钡质量指标 - 27 - 指标名称 指标要求 氯化钡（ BaCl2 2H2O） 98.0% 硫化物（以 S计） 0.008% 铁（以 Fe计） 0.003% 水不溶物含量 0.10 外观 白色片状或粉状结晶 5-3-4 工业用聚丙烯酸钠质量标准 符合 GB10534-89，如表 5-3-5所示。 5-3-5 工业用聚丙烯酸钠质量标准 指标名称 指标要求 固体含量 30.0% 游 离 单 体 （ 以CH2=CH-COOH计） 1.25% pH 6.0-8.0 密度（ 20） 1.15 g cm3 极限粘度（ 30） 0.055-0.1dl g 5-3-5 亚硫酸钠质量标准 符合 GB9005-88，如表 5-3-6所示。 5-3-6 工业用聚丙烯酸钠质量标准 指标名称 指标要求 亚硫酸钠（ Na2SO3） 96.0 - 28 - 铁（ Fe） 0.005 水不溶物 0.03 游离（以 Na2CO3计） 0.40 5-3-6 工业硫酸 符合 GB9005-88，如表 5-3-7所示。 5-3-7 工业硫酸质量标准 指标名称 指标要求 硫酸（ H2SO4） 98.0% 灰分 0.03% 铁（ Fe） 0.010% 砷（ As） 0.005% 透明度 50 mm 色度 2.0 ml - 29 - 第六章 建厂条件和厂址方案 6-1 建厂条件 6-1-1 厂址的地理位置、地形、地貌概况交通运输 厂址选定在山东省 某县 古云镇矿区。厂区占地面 240667 平方米。厂区东、西、南三面均为公路，北面为农田。公司自备电厂就在厂区西南方向，相隔数百米。 一、 某县 地区简介 地理位置： 某县 位于山东省西部，黄河北岸，冀鲁豫三省交界处。地理坐标，北纬 35 度 46 分 36 度 25 分，东经 115 度 20 分 I15 度 44分。南北长 68 公里，东西宽 32 公里，总面积 1387 74 平方公里。北与冠县、聊城相连，东和阳谷县以金线河为界，南与河南省濮阳市接壤，西与河北首邯郸市毗邻。 区划人口： 某县 辖 22 个乡镇， 11 54个行政村， 24万户人家， 96.3万人口。农村人口 86 万，占总人口的 89.77。农村劳动力 38 万人，占农村总人口的 44.2。城镇人口 1 0.3万人，占总人口的 1 0.7。全县有