年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目初步设计说明书

XX公司年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目.5.2换热器设计说明设计原则在进行换热设备选型时必须先提取工艺流程中的热物流和冷物流的信息，明确各股物流的冷热负荷，以此为根据选择公用工程中合适的加热剂和冷却剂，计算所需的传热面积，从而确定满足要求的换热器类型。换热器的种类有许多种，可分为直接传热式、间壁传热式和蓄热式换热器等几大类。根据本项目的工艺特点，这里主要采用管壳式换热器类型，管壳式换热器主要：固定管板式换热器、U型管壳式换热器、浮头式换热器、填料函式式换热器、滑动管板式换热器等。固定管板式换热器当冷热流体温差不大时，可采用固定管板式换热器，即两块管板和壳体是连在一起的。特点是结构简单、制造成本低，但由于壳程不易清洗或检修，壳程必须走洁净且不易结垢的流体。当两流体温差较大时，可采用具有膨胀节的壳体。但是不宜用于两流体温差过大和壳程压力过高的场合。U形管式换热器这种换热器壳程易于清洗，但清洗管子困难，损坏管子难以调换，且管板的有效利用率低。浮头式换热器两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。对于固定管板、列管、套管式换热器每一外壳容积为1m3时，其传热面积约为30～40m2。对U型管壳式换热器、浮头式换热器每一外壳容积为1m3时，其传热面积为70m2左右。根据工艺物流的换热要求，选择浮头式换热器。进行换热器选型时需要考虑以下因素：温度冷却水出口温度一般不高于50℃，避免结垢严重，高温端的温差不应小于20℃，低温端的温差不应小于5℃。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应小于20℃。当采用多管程、单壳程的管壳式换热器，并用水作为冷却剂时，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。换热器的设计温度应高于最大使用温度，一般高15℃。压力降增加工艺物流流速，可增加传热系数，使换热器结构紧凑，但增加流速将关系到换热器的压力降，使磨蚀和振动破坏加剧等。压力降将使动力消耗加剧，因此通常有一个允许的压力降范围。表7.14合理压降运行情况运行压力（绝压）P/bar合理压降ΔP/bar负压运行0～1P/10低压运行1～1.7P/21.7～110.35P中压运行11～31（0.35～1.80）P较高压运行31～81（表压）（0.7～2.5）P物流为了节省保温层和减少壳体厚度，高温物流一般走管程，但如为了物料的冷却，也可使高温物流走壳程。换热管为了使传热效果好些，通常选用ф19mm的管子；对于易结垢的物料，为方便清洗，采用外径ф25mm的管子；对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。表7.15换热管常用直径规格低碳合金钢Φ19×2mmΦ25×2.5mmΦ32×3mmΦ38×3mm不锈钢Φ19×2mmΦ25×2mmΦ32×2.5mmΦ38×2.5mm管心距为管径的1.25～1.5倍。表7.16常用换热管间距换热管外径（mm）1214192532384557换热管中心距（mm）1619253240485772管程数增加，管内流速增加，传热系数增加，但不选用过高的管程数，以免压力降过大，一般选在1～2。换热面积有些物流所需的换热面积大，采用多个换热器并联，而不采用串联，避免压力降过高，影响传热系数。裕量为保证换热器操作的稳定性，一般要留有15～20%的裕量。换热器命名方法以BES325-2.5-4.2-1.5/19-2I为例进行命名各符号表示的意义示例说明如下：（1）B表示前端管箱形式为平盖管箱；（2）E表示壳体形式为单进单出冷凝器壳体；（3）S表示后端结构型式为浮头式；（4）2.5表示公称压力2.5MPa；（5）4.2表示公称换热面积为4.2m2；（6）1.5表示公称长度为1.5m；（7）19表示换热管外径为19mm；（8）2表示管程数为2；（9）I表示管束为I级，采用较高级冷拔钢管。换热器具体设计利用AspenPlus模拟体系环境，导出换热器两端两股物流的冷热曲线，保存为sum文件，再经由AspenPlusSimulationEngine转化为dat文件，便可将数据直接导入到HTRI中，结合依据《化工机械手册》和《化工工艺手册》相关参数设置说明后即可开始换热器设计。以E315为例进行换热器设计，由HTRI设计换热器分两步进行，先在“Design”模式下进行设计，以得到比较初步的数据，换热器参数；之后再在“Rating“模式下进行校核，如有报错则需要不断调整设置参数，直到设置参数较为合理之后，软件可以顺畅运行模拟说明换热器参数设计已经相对合理了，最后再进行人工校验和评定确保设计无误后，该换热器才算是真正设计成果了。以下是一些HTRI导出的E315换热器结构图：图7.1换热器筒体二维示意图图7.2换热器筒体三维示意图图7.3换热器横截面结构图图7.4换热器尺寸图第八章自动控制系统设置8.1设计依据HG20519.38—1992管道等级号及管道材料等级表HG20559.5—1993管道仪表流程图上的物料代号和缩写词HG20559.6—1993管道仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号GB2625—1981过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号陈洪全,岳智主编.仪表工程施工手册.北京:化学工业出版社,2011王树青,乐嘉谦主编.自动化与仪表工程师手册.北京:化学工业出版社,2011D.E.Seborg,T.F.Edgar,D.A.Mellichamp.Processdynamicsandcontrol.NewYork:Wiley,20048.2概述自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制的目标是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效的目的，它是化学工业生产的重要组成部分，是工业生产得以稳定有效进行的基础和保障。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。一套好的流程控制系统可以实现各种技术经济指标，起到提高经济效益和劳动生产率、降低成本、节约能源等作用。8.2.1自动控制系统的选择本工艺为双氧水直接氧化丙烯制环氧丙烷的工艺（HPPO法制环氧丙烷艺），涉及到较多的分离及较为复杂的反应装置，包括环氧化反应器、双效精馏塔、萃取精馏塔、共沸精馏塔、离子交换树脂塔、多级闪蒸装置等等，压力温度要求各不相同，因此相对应的控制系统要求也较高。工艺中换热器、泵等其他设备较多，管线较长，需要完善的控制策略以及相应的计算机控制系统。（1）控制策略的选择a.简单控制系统简单控制系统是由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成的单回路控制系统。按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分五种控制系统。b.复杂控制系统复杂控制系统有串级控制、均匀控制、分程控制、采用模拟计算单元的控制系统、自动选择性控制系统、前馈控制系统、非线性控制系统等。（2）计算机控制系统的选择a.可编程控制系统（PLC）PLC最初是为适应机器制造业以顺序控制为主的各种控制任务而设计的，用以解决工业生产中大量的开关控制间题。与继电器组成的逻辑控制系统相比，PLC的最大特点在于通过重新编程即可改变控制方式和逻辑规律，使其成为灵活的控制工具、在报警、联锁、马达自动开停定时计数、安全保护事故切断、顺序操作、配料、批量控制、根据约束条件进行平况的选定和切断等逻辑控制领域得到广泛的应用。b.集散控制系统（DCS）DCS以微处理机为核心，综合了控制、计算机、通讯三大技术，是一种组件化、积木化、数模结合的自动化技术工具。一般由现场控制站、操作站、通讯总线三大部分组成。各个部分均采用微处理机，都具有记忆、逻辑、判断和数据运算等功能。DCS以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视、操作和管理来达到掌管全局的目的。c.现场总线控制系统（FCS）FCS是指现场总线技术与智能仪表管控一体化的现场总线控制系统，在主要控制器上采用带芯片处理器的智能仪表。通过使用现场总线，可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同生产装置间可以完全交互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。本工艺总体上采用流程工业中广泛应用的DCS控制系统，其特点是利用多级计算机系统，分散控制集中操作，达到确保工段的监测、控制和管理，满足生产最优化控制的目的。在设置控制点时，为了节约成本，简化工艺，在满足生产质量及安全要求的前提下，采取尽量简单的控制方案。监控终端位于监控中心，根据厂区总平面布置，监控中心可以有效地对生产车间、公用工程及辅助生产设施进行集中控制与管理。监控中心内设数量足够的机柜，常备数名操作人员，并安排工程师定期检修。8.2.2仪表的选择仪表的选用一般遵循以下原则：（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、免维护或低维护的智能仪表；（3）关键工艺参数需要安装现场显示仪表，以方便现场巡视及检修；（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）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；（7）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。8.3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。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：（1）单闭环比值控制（2）双闭环比值控制（3）前馈-反馈控制（4）串级控制（5）均匀控制（串级均匀控制）（6）安全联锁控制以下对这些控制策略作简要说明：在本工艺的反应体系中，以双氧水作为限制反应物。为保证双氧水完全转化，本项目用3mol当量的丙烯进行反应。此外，为保证反应物的充分接触，提高反应效率，本工艺采用了13mol当量的甲醇作为反应体系的溶剂。因此，反应后续工段需回收剩余的丙烯和甲醇，循环使用，同时，有新鲜原料加入反应器，作为补充。基于上述特点，在设计反应器的原料配比控制方案时，本项目拟用了两个双闭环比值控制及前馈-反馈控制相结合的控制方案。其中双闭环比值控制系统减少了生产负荷的波动，可确保各个反应物料的总量基本不变，前馈-反馈控制系统能有效地克服扰动。具体控制方案详见。在本工艺流程中，涉及到氧气与丙烯的共存与分离。众所周知，丙烯为易燃易爆物质，因此对本工艺的安全性提出了严格的控制要求。针对本工艺的特定除氧体系，本项目拟用安全联锁控制系统，以保证生产过程的安全性。具体控制方案详见8.4。鉴于本工艺分离体系的不同，本工艺所涉及的精馏塔类型较多，与之相对应的控制方案各有其特点。对于萃取精馏塔和共沸精馏塔而言，萃取剂和共沸剂用量与工艺物料流量需对应成固定比值，用量不可有太大波动，以免影响产品质量。考虑到工艺物料来源于上一工序，其流量不可控制，因此，本项目拟用单闭环比值控制系统，精确控制萃取剂或共沸剂进入精馏塔的流量。针对双效精馏塔高度耦合的特点，本项目设计了一套双效精馏控制方案，以实现对高压塔和常压塔关键工艺参数的有效控制，同时，实现两塔能量的热集成。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。例如塔釜液位和流量存在着供求矛盾，为达到前后兼顾协调操作的目的，本项目拟用了串级均匀控制方案。在能量集成方面，本项目拟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的目的。各设备或工序的详细控制方案在以下章节详细介绍。8.3.1反应器的基本控制方案反应器操作控制方案该操作控制系统通过电磁阀间歇控制1-35号阀门的开关来改变原料进料口，产品出料口，换热器进料口和再生液进出料口，从而达到催化剂生产再生一体化，逐层外取热的目的（具体操作控制方案可参见反应器初步设计说明书），保证反应器的高效生产。原料配比系统的控制方案在双氧水与丙烯直接氧化制环氧丙烷的反应体系中，为保证双氧水的高转化率，需要过量丙烯，且为保证反应物之间的充分接触，以提高反应效率，需要用大量甲醇作为溶剂。因此在预分离工段分离出的丙烯和重组分回收工段分离出的甲醇需循环回反应器，以重复利用。然而，对于本工艺而言，一旦有配料波动，将会影响全流程的稳定性，即本HPPO反应体系对原料配比及流量波动非常敏感。为了维持系统稳定性，需要对原料的流量及其配比进行精确控制，本项目的原料配比控制方案采用了双闭环比值控制及前馈-反馈控制相结合的控制方案。双闭环比值控制能够实现各个反应物料的比值恒定，又能使进入系统的总负荷保持平稳。双闭环是在单闭环比值控制基础上，增设主流量控制回路构成的。双闭环比值控制系统原理图如图8.1所示，控制结构方块图如图8.2所示：图8.1双闭环比值控制系统原理图图8.2双闭环比值控制系统方框图本工艺原料预混罐（V101）的双闭环比值控制具体的控制过程为：主物料（双氧水）流量采用定值控制系统，同时双氧水流量检测器将流量大小信号输送给比值控制器，然后，比值控制器计算出其他两股物料（混合甲醇流股和混合丙烯流股）的流量设定值，实现双闭环比值控制。此外，原料的流量控制还采用了前馈-反馈控制方案。其中，前馈控制具有克服主要干扰的优点，反馈控制具有克服其它多种干扰的优点。从而使该控制系统具有超前控制、闭环控制、适应性强的特点。前馈-反馈控制能够及时克服循环物料流量的干扰和其它干扰，实现各股原料流量的精确控制。前馈控制与反馈控制方案比较如表8.1所示：表8.1前馈控制与反馈控制方案比较表前馈控制反馈控制扰动可测，但不要求被控量可测被控量要直接可测超前控制，可实现系统输出的不变性按偏差控制，存在偏差才能控制，（滞后调节）开环控制，无稳定性问题闭环控制，存在稳定性问题系统仅能感受有限个可测扰动系统可感受所有影响输出的扰动对于干扰与控制通道的动态模型要求已知而且准确对通道模型要求弱，大多数情况无需对象模型对时变、非线性对象的适应性弱对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强扰动可测，但不要求被控量可测被控量要直接可测分析本工艺可知，原料预混储罐有三股进料，分别为：新鲜甲醇与循环甲醇的混合物料、新鲜丙烯与循环丙烯的混合物料、新鲜双氧水。要保证罐内的各股原料配比为一定值，必须同时控制三股物流的流量，使两股副物料始终与主物料（双氧水）保持一定比例进料。因此，丙烯和甲醇均采用双闭环定比值控制系统，同时，甲醇和丙烯的两股循环物料流量分别用于前馈控制，用混合物流量对新鲜流股进行反馈控制，以达到精确控制进入反应器的原料流量的目的。原料预混储罐的具体控制方案如图8.3所示：图8.3原料预混罐控制方案图8.3.2换热器的基本控制方案本系统的换热器有工艺物流与公用工程换热器、工艺物流间换热器、冷凝器和再沸器四种。冷凝器和再沸器将在精馏塔控制中叙述。（1）物料流股与公用工程流股换热该类换热器的作用是将工艺物流加热或冷却到工艺所需的目标值。常见的干扰包括：蒸汽压力、冷却水流量及温度，环境温度，换热器的传热系数等。在本工艺中对换热器的温度控制主要是通过简单的反馈系统，测取出口物料的温度，反馈给蒸汽或冷却水的流量控制阀，进行控制。具体控制方案以E304换热器为例，如图8.4所示：图8.4E304换热器温度控制方案（2）工艺物流间换热器分析本工艺的换热网络，可发现工艺物流间换热器有两种情况：工艺物流A经过与一系列工艺物流换热后仍未达到目标温度，工艺物流的流量均不能作为操纵变量进行调节，必须串联一个与公用工程换热的换热器，才能达到目标温度；工艺物流A经过与一系列工艺物流换热后可以达到目标温度。下面将针对这两种情况分别进行分析；对于第一种情况，工艺物流的流量均不能作为操纵变量进行调节，通过控制公用工程载热体物流即能完成换热任务，因此只需在各工艺物流进出口设有温度、流量检测仪表。具体控制方案详见物料流股与公用工程流股换热。对于第二种换热器，由于干扰作用，可能会出现物流A温度偏高或偏低的情形，由于物料流股间换热时，两支流股流量均不可改变，故使用分流调节进行控制。一部分进入换热器与塔釜液换热，另一部分走旁路后与从换热器出来的部分混合，通过调节三通阀来控制再沸器换热。该控制方案迅速及时，但传热面积要有余量。工艺物流间换热器的具体控制方案以换热器E110为例，如图8.5所示：图8.5换热器E110温度控制方案8.3.3塔设备的控制方案本工艺过程的塔设备主要包括8个精馏塔和两个吸附塔。其中8个精馏塔分别为：预分离塔、萃取精馏塔、环氧丙烷提纯塔、环氧丙烷回收塔、甲醇双效精馏高压塔、甲醇双效精馏常压塔、共沸精馏塔、重组分回收塔。根据分离工艺的不同，我们将其分成了常规精馏塔、双效精馏塔、萃取精馏塔、共沸精馏塔、离子交换树脂塔五类。(1)常规精馏塔压力控制：由于本工艺中的塔并非均在常压下操作，故控制压力显得尤为重要。根据塔顶出料的形式采用不同的控制方案：气相出料，则选择塔顶气相采出量为操纵变量（主要应用于双效精馏的高压塔）。具体控制方案如图8.6所示：图8.6双效精馏高压塔T301塔顶压力控制方案图液相出料，则选择冷凝器冷却量为操纵变量。通过改变操纵变量可以控制塔压稳定。具体控制方案如图8.7所示：图8.7萃取精馏塔T201塔顶压力控制方案图温度控制：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：a.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，即通过调节回流液的流量来控制塔顶温度，以保证塔顶产品的纯度。具体控制方案应用如甲醇双效精馏常压塔（T302）塔顶温度的控制；b.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。具体控制方案应用如环氧丙烷提纯塔（T203）塔釜温度的控制；c.两端质量指标控制：若塔顶及塔釜产品要求均比较高，则同时采用精馏段控制方案和提留段控制方案。即通过调节回流液的流量来控制塔顶温度，以保证塔顶产品的纯度，同时，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。具体控制方案应用如重组分分离塔（T304）塔顶塔釜温度的控制。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馏出液量来控制的。为达到节能的目的，塔釜出料量通过变频，调节泵的转速。(2)萃取精馏塔萃取精馏是向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分离的一种特殊精馏方法。针对本工艺的分离体系，本项目选取水作为萃取剂，使甲醇与环氧丙烷的相对挥发度增大，更易分离。在此水作为萃取剂，流量控制极为关键，若过少则萃取效果不佳，会影响环氧丙烷出口质量；若用量过高，则环氧丙烷出口组成中水的含量会急剧增加。由于主流量来源于上一工序，不可控制，因此我们对萃取精馏塔的进料采用了单闭环比值控制方案，精确控制进入萃取精馏塔的水量和工艺物料之间的配比。单闭环比值控制系统原理图如图8.8所示：图8.8单闭环比值控制系统原理图单闭环比值控制系统方块图如图8.9所示：图8.9单闭环比值控制系统方框图该控制系统的优点是：(1)是对进入副流量回路的干扰都有较好的抑制作用；(2)结构简单，在生产中得到广泛应用。单闭环比值控制系统在本工艺中的具体控制方案如图8.10所示：图8.10萃取精馏塔(T201)进料控制方案图此外，由于本工艺中的萃取精馏塔塔釜流出物料直接进入下一工段的甲醇双效精馏工序，而双效精馏操作条件较为严格，进料流量稍有波动就会影响甲醇的质量，因此需要控制双效精馏塔的进料流量。然而对前一塔来说，为了稳定操作必须保持塔釜液位稳定，为此必须频繁改变塔底排出量，导致后一塔的进料频繁波动，严重影响操作工况。基于上述特点，本项目拟用串级均匀控制系统，即当塔釜液位（塔釜出料流量）变化时，塔釜出料流量（塔釜液位）也相应地发生变化，通过这种变化使塔釜起到缓冲的作用，缓解供求之间的矛盾。其中控制器不含微分作用，需通过P或PI控制器参数整定达到均匀控制效果。具体控制示例如图8.11所示：图8.11萃取精馏塔塔釜串级均匀控制方案图(3)双效精馏塔双效精馏实质是两个不同压力的精馏塔之间的能量集成，两塔之间具有高耦合度。高压塔塔顶以气相出料，作为低压塔塔釜再沸器的热源，换热后经分流，一部分冷凝液回到高压塔内，另一部分作为高压塔塔顶出料。同理，低压塔塔釜出料经加热后，气相回到塔内，液相出料。鉴于高压塔塔顶出料为气相，因此选择高压塔塔顶气相采出量为操纵变量，来控制高压塔塔顶压力。此外由于高压塔塔顶气相采出量的波动较为频繁，因此对低压塔塔釜温度影响较大，从而会影响低压塔塔釜出料的组成。鉴于上述考虑，本项目拟用通过控制高压塔塔釜的蒸汽流量来间接控制常压塔塔釜组成的控制方案。具体控制方案如图8.12，此外，高压塔塔釜还采用了串级均匀控制方案，调节塔釜液位及出料流量的稳定。高压塔和常压塔的塔顶采用精馏段质量指标控制方案，即通过调节回流液的流量来控制塔顶温度，以保证塔顶产品的纯度。图8.12双效精馏塔T301塔釜控制方案图(4)共沸精馏塔共沸精馏塔采用苯作为共沸剂，分离水与重组分，由于共沸剂苯需要循环利用，为保证新鲜补充的苯与循环的苯总流量保持稳定，因此，本项目拟用了前馈-反馈控制系统，其原理详见，在此不再赘述。此外，共沸精馏与萃取精馏具有相似性，在工艺物料组成稳定的前提下，共沸剂流量需与工艺物料流量成固定比值，因此，本项目拟用单闭环比值控制系统控制苯的流量。具体控制方案如图8.13所示：图8.13共沸精馏塔进料控制方案图(5)离子交换树脂塔两个离子交换树脂塔之间的切换通过电磁阀开关在DCS计算机控制系统上实现。由于本工艺中吸附除醛实质是化学反应，有热量放出，为控制工艺的最优操作条件，本项目拟用列管式填料塔的形式进行反应，塔内通有冷却水。具体控制方案如图8.14所示：图8.14离子交换树脂除醛塔控制方案图8.3.4储罐的控制系统 以环氧丙烷产品储罐为例，其中液位控制主要通过采出流量控制器进行控制。由于环氧丙烷沸点较低（34℃），且属于易燃易爆物料，因此储罐上方配有消防泡沫喷淋系统及冷却喷淋水的自控系统。当储罐温度过高时（如夏季），则打开冷却喷淋水的进口阀，对储罐进行喷淋并降温。具体控制方案如图8.15所示：图8.15环氧丙烷产品储罐控制方案图8.3.5泵的基本控制方案设计要求：（1）泵的入口和出口一般要设置切断阀；（2）为防止离心泵未启动时物料的倒流，在其出口处要安装止回阀。由于止回阀易容易损坏，应靠近泵的出口安装，以便切断后检修；（3）在泵的出口处要安装压力表，以便监测泵的运行状态；（4）泵出口管线的管径一般与泵管口相同。本工厂选用的大多数泵为离心泵，离心泵的流量控制有三种方法。现将三种方法对比，如表8.2所示：表8.2离心泵流量控制方案的比较方案改变出口阀开度改变旁路阀开度改变泵的转速优点调节过程快速简便，流量连续调节控制阀的尺寸较小能量消耗低，机械效率高缺点经济性低于改变泵转速的方法能量消耗大，总机械效率低调速机构复杂昂贵，难以做到流量连续调节应用情况应用十分广泛很少采用较少采用，多用于蒸汽透平驱动离心泵比较结果选择醉成用的改变出口阀开度的控制方法本厂离心泵的流量控制方案主要是以下两种：通过改变泵的转速来调节泵的流量方案。这种控制方式在液体输送管道上不需安装调节阀，阻力损失小，能量消耗低，机械效率高。泵的出口设有压力指示仪表。具体控制方案如图8.16所示：图8.16P310控制方案图通过改变出口阀开度来调节泵的流量方案。控制阀位于离心泵出口管线上，控制信号来自相应单元设备的温度、液位、压力等传感器。具体控制方案如图8.17所示：图8.17调节出口阀开度流量控制方案图8.4安全联锁控制系统本工艺的反应及预分离工段涉及氧气与丙烯的分离工序，由于二者的混合物是易燃易爆物质，因此对工艺的安全控制尤为重要。本工艺通过“冷凝-加热-冷凝”的气液分离方案除去丙烯中的氧气，用以回收丙烯，重复利用。为保证工艺安全性，需保证每股气相物流的丙烯含量在爆炸极限范围之外。基于上述特点，本项目拟用安全联锁系统来控制氧气出口物料的氧含量。具体控制方案如图8.18所示：图8.18安全联锁控制方案图图中显示：在氧气出口的物流管道上安有在线检测分析系统。将测得的信号传送至执行联锁器，执行联锁器分别连接三个闪蒸管入口处的电磁执行机构，以闪蒸罐V104为例，当罐内压力一定时，温度与物料组成一一对应。通过测取各闪蒸罐进口处的物料温度，控制加热器E117的蒸汽流量。若温度过高，则闪蒸罐气相出口物料的氧含量会随之升高，三个闪蒸罐气相物料出口都设有高限报警系统。当氧含量达到上限时，安全联锁系统立刻将信号传送至三个温度控制器，经电气转换后，通过气信号关闭加热器阀门开度，同时自动将冷却水阀门开到最大，从而减少蒸汽进量，实现温度控制，降低氧气出口物料的氧含量。8.5有害气体检测系统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，以检测设备泄漏及空气中可燃或有毒气体浓度。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，设可燃气体检测探测器。8.6计算机控制系统构建8.6.1测控点统计根据工艺要求，系统测控点统计如下表所示(详细统计见作品所附测量控制点统计表)。表8.3系统测控点统计一览表序号系统输入输出信号类型数量1模拟量输入Pt100514-20mA692模拟量输出4-20mA69开关量输出0-144总计：2338.6.2计算机控制系统构建从本工艺过程规模及控制系统的经济实用性、安全性、实时性、稳定性等方面考虑，该计算机控制系统采用浙江中控技术股份有限公司SUPCONWebField系列控制系统（ECS-100），ECS-100控制系统已在加氢精制、催化裂化、焦化、聚丙烯、环乙酮、合成氨、PVC聚合等对DCS系统可靠性稳定性要求很高的高危险石化和化工装置上取得了成功应用。系统由现场测控仪表、下位机（DCS）及上位机（IPC）三部分组成，为三层体系结构，最下层为现场控制层，由在线测量仪表、控制阀、流体输送设备等构成，主要负责现场状态的检测及控制命令的执行；第二层由DCS为过程控制层；第三层为上位监控层，主要由上位计算机系统构成。该系统具有模块化组合结构、配置灵活、使用方便、性能稳定等特点。计算机控制系统整体结构示意图如图8.19所示：图8.19系统整体结构示意图下位机DCS下位机主要实现对现场检测仪表进行实时信号采集、处理、运算及通过执行机构实施控制，并负责将现场数据传送到上位监控层进行集中监控，同时将上位监控层的命令发送到现场执行机构，该功能的实现分别由相应的软硬件来实现。下位机硬件采用ECS100系统，系统数据的实时采集、运算及复杂控制策略的实施等具体程序均通过DCS下位机运行。根据本项目的具体工艺及控制要求，系统共有99个模拟量输入点、69个模拟量输出点、44个数字量输出点。DCS下位机硬件具体配置如表8.4所示：表8.4DCS下位机硬件配置一览表序号卡件型号/名称安装位置单位数量备注1FW243X/主控卡控制柜块2冗余2FW233/数据转发卡控制柜块4冗余3FW351（B）/标准信号输入卡控制柜块98路输入/块4FW353（B）/热电阻信号输入卡控制柜根78路输入/块5FW367（B）/数字信号输出卡控制柜块316路输出/块6FW372（B）/电流信号输出卡控制柜块98路输出/块上位机上位机在控制系统中主要完成现场数据的轮询记录与集中监控，设备状态的监视，工艺参数的设定与实时控制，报表的生成，系统故障诊断及报警等功能。ECS100的系统软件采用AdvanTrol-Pro软件包，该软件包是基于Windows操作系统的自动控制应用软件平台，在ECS-100系统中完成系统组态、数据服务和实时监控等功能。上位机的配置如表8.5所示：表8.5上位机配置一览表序号产品名称安装位置单位数量1AdvanTrol-Pro组态软件工控机套12操作台（1200*600）控制室台43研华工控机IPC610H（配22寸液晶显示器）控制室台44工程师软件狗工控机个15操作员软件狗工控机个3总的来说，ECS-100系统具有数据采集、控制运算、控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事故顺序识别、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算，以及所有这些信息的组态、调试、打印、下载、诊断等功能，能够保证本项目工艺过程安全、稳定和有效地运行。第九章危险性分析与可操作性研究（HAZOP）9.1概述HAZOP分析法，即危险与可操作性分析法是按照科学的程序和方法，从系统的角度出发对工程项目或生产装置中潜在的危险进行预先的识别、分析和评价，识别出生产装置设计及操作和维修程序，并提出改进意见和建议，以提高装置工艺过程的安全性和可操作性，为制定基本防灾措施和应急预案进行决策提供依据。HAZOP的主要目的是对装置的安全性和操作性进行设计审查.HAZOP分析由生产管理、工艺、安全、设备、电气、仪表、环保、经济等工种的专家进行共同研究；这种分析方法包括辨识潜在的偏离设计目的的偏差、分析其可能的原因并评估相应的后果。它采用标准引导词，结合相关工艺参数等，按流程进行系统分析。并分析正常/非正常时可能出现的问题、产生的原因、可能导致的后果以及应采取的措施。HAZOP分析方法具有三大特点：首先是确立了系统安全的观点，而不是单个设备安全的观点；其次是系统性、完善性好，有利于发现各种可能的潜在危险；再次是结构性好，易于掌握。9.2HAZOP分析步骤（1）明确分析的对象与范围；（2）将要分析的工艺系统划分为子系统（节点划分）；（3）对于每一个节点分为以下7步：a.确定工艺指标上下限b.造成超标原因c.确定有意义的偏差d.分析偏差机理和后果e.后果风险等级f.比较现有措施是否足够保障g.提出改进措施和方案（4）验证。9.3HAZOP研究节点的划分连续工艺操作过程的HAZOP研究节点为工艺单元，而间歇工艺操作过程的HAZOP研究节点为操作步骤。工艺单元是指具有确定边界的设备单元和两个设备之间管线；操作步骤是指间歇过程的不连续动作。对于连续的工艺操作过程，节点划分的原则为：从原料进入的工艺管道和仪表流程图PID开始，按PID流程进行直至设计思路的改变或继续直至工艺条件的改变或继续直至下一个设备。一个节点的结束就是新的一个节点开始。常见节点类型，见表所示：表9.1常见节点类型序号节点序号节点1管线10控制阀门2泵11热交换器3分批反应器12软管4连续反应器13操作步骤5罐/槽/容器14作业程序6塔器15公用工程和辅助设施7压缩机16其他8鼓风机17以上节点的合理组合9炉9.4HAZOP研究的工艺引导词对于每个节点，HAZOP研究需要分析生产过程中工艺参数变动引起的偏差。确定偏差通常采用引导词法，即：偏差=引导词+工艺参数。引导词的名称和含义，见表所示：表9.2引导词名称和含义引导词意义NONE（空白）设计或操作要求的指标和事件完全不发生；如无流量，无催化剂MORE（过量）同标准值相比，数值偏大；如温度，压力，流量等数值偏高LESS（减量）同标准值相比，数值偏小；如温度，压力，流量等数值偏低ASWELLAS（伴随）在完成既定功能的同时，伴随多余的事件发生；如物料在输送过程中发生的组分及相变化PARTOF（部分）只完成既定功能的一部分；如组分的比例发生变化，无某些组分REVERSE（相逆）出现和设计要求相反的事或物；如液体反向流动，加热而不是冷却，反应向相反的方向进行OTHERTHAN（异常）出现和设计要求不相同的事或物；如发生异常事件或状态，开停车，维修，改变操作模式9.5工艺HAZOP研究分析表9.3反应器节点一：逐级取热模拟移动床反应器引导词偏差原因后果措施NONE无冷却水1，冷却系统破坏2，换热器管道堵塞1，副反应器急剧增多2，飞温造成安全隐患1，反应器设置高温报警装置2，定时检查冷却系统正常操作MORE温度过高1，停留时间过长2，冷却水流量过小1，副反应增多2，飞温造成安全隐患1，反应器设置高温报警装置2，定时检查冷却系统正常操作压力过高1，反应器催化剂床层堵塞2，部分气体逸出1，反应选择性降低2，催化剂磨损加剧1，反应器设置压力警报系统2，定期起开泄压阀LESS温度过低1，冷却水流量过大2，反应停留时间短1，反应速度过低2，产品质量下降1，反应器内设置温度与冷却水联动控制系统2，调节原料在反应器内停留时间压力过低1，泄压过大2，装置气密性不好1，液相分层，反应原料之间混合不充分导致产率急剧下降1，反应器设置压力警报系统2，设置流量调节阀ASWELLAS辅助系统故障1，各个阀门之间切换混乱1，生成不稳定，床层流量冲突2，产率急剧下降1，完善阀门控制系统完善性副反应增多1，温度过高2，停留时间过长1，产品质量下降1，反应器温度控制系统2，控制反应物料停留时间PRATOF反应进行不完全1，温度过低2，停留时间过短3，催化剂活性过低1，产品质量下降2，反应速率过低1，反应器温度控制系统2，严格控制反应物料停留时间REVERSE反应原料进口与出口反应1，控制系统紊乱1，前几个催化剂床层飞温2，产品质量下降1，完善阀门控制系统完善性OTHERTHAN底座不稳固裙座不牢固反应器不稳固，造成安全隐患加强底座强度表9.4预分离塔节点二：预分离塔引导词偏差原因后果措施MOREE102-OUT的流量过大流量阀开度过大塔板馏出液过多，中间再沸器附近的塔板操作参数不稳定，出现漏液，雾沫夹带等现象控制中间再沸器流量阀的开度LESSE102-OUT的流量过小流量阀开度过小无法将热量分散到塔体，无法达到降低蒸汽品质要求的目的控制中间再沸器流量阀的开度表9.5萃取精馏塔节点三：萃取精馏塔引导词偏差原因后果措施MORE萃取剂水量过大流量阀开度过大塔内水分大量增加，产品质量将达不到要求控制萃取剂流量阀的开度LESS萃取剂水量过小流量阀开度过小萃取效果不佳，塔顶甲醇含量过高，产品质量不达标控制萃取剂流量阀的开度表9.6甲醇双效精馏塔节点四：甲醇双效精馏塔高压塔引导词偏差原因后果措施MORE塔顶压力过高物料流量过大1，甲醇中含水量过大2，对塔釜能耗要求过大反应器压力控制系统LESS塔顶压力过低物料流量过小高压塔塔顶与常压塔塔釜温差过小，热交换效率降低反应器压力控制系统表9.7储罐区节点五：储罐区引导词偏差原因后果措施NONE密封失效1，排放阀或排污阀泄露2，高压3，材料缺陷4，垫片或密封阀失效5，外部火灾，碰撞造成泄露1，设置防爆膜2，安装遥控或手动隔离反应器的控制系统3，合理设计垫片和密封阀4，按要求操作维护MORE液位过高1，流量控制阀失效2，进料流速大3，出料流速小储罐压力过高安装液位指示器和警报仪储罐温度过高1，上游温度过高2，温度控制系统失效储罐压力过高安装温度指示器，高温报警器储罐压力过高1，液位过高2，温度过高3，出料管堵塞1，造成泄露2，可能引发爆炸1，压力指示器2，高温报警器LESS液位过低1，流量控制阀失效2，进料流速小3，出料流速大影响后续工段的物料供应安装液位指示器和警报仪温度过低1，环境温度过低2，保温措施失效储罐压力过低安装温度指示器，低温报警器第十章给排水工程10.1设计概述10.1.1设计范围对全系统范围内进行供水、排水系统设计，包括生产区、生活区、辅助设施区、公用工程用水、消防供水等。其中：室内给水管道与室外生活给水管道交接点为距简直外墙1.0米处。室内生活污水管道与室外污水检查井的井中心交接点为距建筑外墙2.0～3.0米处。仓库生产废水管道与室外污水检查井的井中心交接点为距建筑外墙2.0～3.0米处。10.1.2设计原则本系统使用总厂已投入使用的长江源引水工程建设进行供水。给水方案以节约用水为原则，合理利用水资源。生产冷却水全部使用循环水，其他用水使用回用的二次水，以尽量减少新鲜水。排水系统的划分以清污分流为原则，生产污水和初期雨水均需进行生化处理。10.2设计规定10.2.1设计专业标准规范表10.1设计专业标准规范名称标准号《室外给水设计规范》GB50013-2006《室外排水设计规范》GB50014-2006《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007《工业循环冷却水设计规范》GB50050—2007《化工企业冷却水处理设计技术规定》HGT20524—2006《污水综合排放标准》GB18918-200210.2.2专业相关规定各种水量的计量要求、管材选择、管道连接方式、地下管道基础措施、防腐措施、井类选用等。10.3给水系统总厂给水水源由长江源引水工程建设系统供水，日供水能力66万吨，可以满足总厂与本系统生产生活需要。本系统所需水由总厂的公共管廊输送。本项目消防水系统部分总厂共用。本系统装置供水有3个系统：独立的生产、生活供水系统和循环水系统。生产、生活供水系统：本系统用水主要是生活用水和各生产装置工艺用水、地坪冲洗、循环水补充水等。由XX石化统一供给，供水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。生产生活供水管网呈校状布置，交接点处的供水压力规划不低于3bar，可满足本项目用水压力要求。生活饮水由总厂区内饮水中心提供桶装纯净水。循环水系统：本工厂循环冷却水量为1436.6万吨/年，主要供给精馏、反应、换热器等工艺装置。10.4排水系统本着清污分流的划分原则，结合厂外排水条件和满足环保要求，厂区排水系统划分为：生产污水，生活污水，雨水生产净下水等。10.4.1生活污水排水系统生活污水是指园区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，经管道汇集后排至室外检查井。生活污水取最大用水量的85~95%估算，从而进行管道的铺设。本系统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，泵到排海管道，待退潮时，用扩散器深水排放。10.4.2生产污水排水系统各工艺装置产生的污水主要为酸性废液，经过所设碱洗塔后进入总厂水处理基地集中处理。10.4.3冷却水排放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。系统冷却水出口温度并不高，一般为20-30℃，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，最后送回本本系统冷却水回流系统集中处理。10.4.4雨水排放系统雨水排放系统设计要求如下：（1）在室外的道路旁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）本工程范围内的雨水管设一根排出管，排入园区雨水管道；（3）雨水管采用承插式钢筋混凝土管，橡胶圈接口，并设混凝土基础；（4）雨水口、雨水检查井均采用砖砌筑。10.5消防用水系统10.5.1总述总厂的消防水源来自湄洲湾南岸引水工程建设管网，消防水主干管按环形布置。考虑到本系统为一个子车间，其的消防设施部分与总厂共用。总厂水系统为本项目以下区域提供消防水：反应框架、装车区、产品贮存区。下面介绍本系统自设的消防建设情况。10.5.2系统概述根据《石油化工企业设计防火规范》，本工程消防水设计按全厂一处着火考虑。最大一次灭火用水量为414m3/h，火灾延续时间为3个小时。（根据《石油化工企业设计防火规范》第7.3.6条）消防水系统采用稳高压消防系统并独立于其他系统，通常，管网压力维持在11bar。火灾时启动消防主泵灭火，平时通过稳压泵保证。消防水系统消防水管网、室外消火栓及消火栓箱，固定式消防水泡和水喷雾系统。10.5.3消防水管网消防水主管沿道路设置，主干道管径为12mm，并按照环形布置。环形管道上设置地上式SS50-16型室外消火栓，布置间距为60mm，共计20套。在每个室外消火栓处的地坪上设置消火栓箱一个，内设口径65mm，30m长的水龙带两根，19mm雾化直流水枪一支。环形官道上设切断阀，两切断阀之间布置消火栓不超过5个。本系统共设4个固定式消防水炮，水炮底部均设控制阀。每架消防水炮：Q=1900L/min，射程≥58m。管道采用焊接钢管，焊接连接，并做加强级防腐处理。第十一章供电配电工程11.1说明11.1.1概述电能作为整个生产的主要能源和动力来源，在整个化工生产中起着重要的作用。而石油化工企业由于其行业的特殊性，对供配电的要求有其独有的特点。由于连续生产的需要，企业对电力系统的供电质量的可靠性以及运行的连续性提出了更高的要求。本工程对子系统范围内进行供电系统设计，包括生产、生活装置区、辅助设施区等。11.1.2原则本系统每年约消耗电能7000000千瓦时，全部由XXXXX石油化工有限公司供给。11.2国家标准表11.1采用的专业标准规范名称标准号《供配电系统设计规范》GB50052—2009《35、110kV及以下设计规范》GB50059—2011《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062—2008《通用用电设备配电设计规范》GB50055—2011《工业企业照明设计规范》GB50034—2004《低压配电设计规范》GB50054—2011《化工企业静电接地设计技术规定》HGJ28—1990《化工企业腐蚀场所电力设计技术规定》HG/T20666—1999《石油化工企业工厂电力系统设计规范》SH3060—1994《石油化工企业生产装置电力设计技术规定》SH3038—2000《化工企业电缆线路设计技术规定》DL/T5221—2005《石油化工企业电气设备抗震鉴定标准》SH3071—199511.3供电方案11.3.1系统用电负荷及负荷等级本工厂主要为二级负荷，少量为一级和三级负荷。根据《供配电系统设计规范》（GB50052-95）的要求，本工程用电负荷大部分为二类负荷，消防泵、气化系统内部分设备约50kW为一类负荷，少部分为三类负荷。11.3.2全厂供电方案XX石化有限公司热电厂是中国石化集团XX公司重要公用工程之一，现有九炉六机，承担公司全部电力与蒸汽以及部分二级除盐水供应，日发电量约700万kW•h，供热量50000GJ。XX热电厂为高温高压抽汽供热式火力发电厂，总装机容量360MW，包括6台额定功率为60MW的抽汽发电机组，8台额定蒸发量为220t/h高温高压燃煤锅炉，1台额定蒸发量为410t/h的高温高压燃煤炉，锅炉蒸发量达到500MW发电能力。热电厂通过两条110kV长约20km的架空线接入六合变电所与华东电网相联，在南京市电力供应紧张时，送电上网，支援本市的工农业生产。11.4配电设计11.4.1装置环境特征本系统的许多装置内有爆炸性介质，相应的建筑物处在甲、乙类火灾危险场所中，属于火灾场所，因此应根据不同的防爆区域，选用不同防爆等级的仪表，以防爆炸、火灾现象出现。11.4.2选型和敷设方式要求在化工行业易燃、易爆环境中，生产工艺及控制要求较复杂，且多是连续化生产，对电气（防爆）设备要求较高，做好电气设计，首要应根据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验等，对生产厂进行防爆区域划分。关于配电设计，不仅要参照工业与民用配电设计规范，而且要根据实际的易燃易爆环境的生产工艺及安全要求对负荷进行分级，正常情况下，这类负荷都划分为一级负荷。因此，此类环境的配电设计应由两个独立电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源应能持续供电，保证安全停电，对于特殊重要的负荷，还必须增设应急电源。常用的应急电源有发电机组、干电池、蓄电池以及专用的馈电线路等，应根据产品的生产工艺允许的中断供电的时间来选择。易燃易爆环境车间的配电线路的设计一般都是以桥架为主，钢管与电缆沟敷设为辅。正常情况下，在±0.00平面，先有室外桥架引来，进入室内后沿墙（或柱）引下至电缆沟（敷设完毕后封死，以防白蚁和进水），然后穿钢管沿地面敷设至电动机旁，再用防爆挠接管接至电动机接线口，而在其他高于±0.00平面上，电气线路基本上都是由桥架架空引入，然后由桥架穿钢管架空敷设至电动机旁，再有防爆挠接管引入电动机接线口。11.4.3电动机防爆电动机：接线口为卡套式。11.4.4大型电动机的启动方式本系统大型电动机的启动方式采用电抗器启动方法：即在电动机启动期间，把电抗器引入电路内以降低启动电流和在电网上的压降。启动电流将随留在电动机两端的电压线性减小。在启动期间，电动机转矩将随电动机两端的电压的平方降低。11.5照明系统照明网络电压选用380/220V中性电接地系统，根据生产要求及技术经济性，照明设计应遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，进行设计。具体的设计方案由电气专业人员负责，下面针对光源选择方面提出几点工程上的要求，供设计人员参考：（1）常用照明采用中性点直接接地的380/220V网络，灯电压为220V：移动照明为36V以下，事故照明为220V;（2）在照明开闭频繁、需要调光或因效应影响视觉效果以及需要防止电磁波干扰的场所，选用白炽灯或卤钨灯;（3）在需识别颜色要求较高、视看条件较好的场所，选用日光色荧光灯、白炽灯和卤钨灯;（4）在需耐震的场所选用外镇流式高压水银灯或高压钠灯;（5）在烟雾、粉尘较多的场所和生产设备内部视察照明，选用钠灯;（6）道路、广场、室外生产装置或室外电气装置，选用钠灯。此外，选择的光源应考虑灯具的安装及节能要求，照明最低悬挂要求参考表。当用一种光源光色较差时，可考虑两种或多种光源混光加以改善。选择好照明光源后，对于白炽灯和荧光灯采用单位容量法计算照度；对于灯具布置均匀及利用墙和天花板作反射面时可采用利用系数法计算照度；对于直射灯具采用逐点法计算。

第十二章防雷、防静电工程12.1说明雷击对建筑物、设备、人、畜危害甚大，特别对于化工企业来说，化工装置是存在易燃易爆介质的危险场所，其操作压力高、装置规模大，更增加了其危险程度，因此化工企业的防雷显得特别重要。建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求可分三类。按照《建筑物防雷设计规范》，设置防雷保护系统，防雷保护系统由避雷网(带)、引下线、测试卡和接地极等组成。不同类别的防雷建筑物有不同的防雷措施。12.2标准表12.1采用的规范和标准名称标准号《电子产品防静电放电控制手册》GJB/Z105—1998《电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南》GJB/Z25—1991《石油与石油设施雷电安全规范》GB15599—2009《防止静电事故通用导则》GB12158—200612.3系统普通建筑物防雷系统的普通建筑物包括：仓库、压缩机房、控制室等。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》对不同类别的建筑进行不同雷害防护措施。为防止电磁感应产生火花，第一级和第二级建、构筑物内平行敷设的长金属物，如管道、构架和电缆外皮等，其净距小于100mm时，应每隔30m用金属线跨接，交叉净距小于100mm时，其交叉处也应跨接。当管道连接处，如弯头、阀门、法兰盘等不能保持良好的金属接触时（过渡电阻>0.03Ω），在连接处应用金属线跨接。用丝扣紧密连接（不少于5根螺栓）接头和法兰盘，在非腐蚀环境下可不跨接。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、变电所等建筑，要对其雷击电磁脉冲进行防护，可以采取电磁屏蔽的方式。12.4系统户外装置的防雷 系统的户外装置主要包括储罐、高塔、储槽、换热器和高层构架等，这些设备通过管线联接。特别是高塔、高层框架之类的布置在较高处的设备，容易受到雷电的伤害。系统内对于这些设备的一些防雷措施主要如下：12.4.1露天储罐装设有爆炸危险的金属封闭气罐和工艺装置的防雷当这些设施的壁厚大于4mm时，一般不装接闪器。但应接地且接地点不应少于两处，两接地点间距离不宜大于30m。冲击接地电阻要求不大于30Ω，其放散管和呼吸阀宜在管口或其附近装设避雷针，高出管顶不应小于3m，管口上方1m应在保护范围内。罐区内可能引起燃烧、爆炸的静电火源主要来自物料输送、人员行走、穿脱衣服以及其它物体摩擦产生的静电。因此，与罐区安全设计密切相关的则是防止和减少物料输送产生的静电，其主要内容包括：（1）控制物料流速：液体物料在管道中的流速越高，接近管壁处的速度梯度就越高，因而产生的静电量也越大。《石油库设计规范》对煤、汽、柴等成品油的罐装流速有明确的规定（≤415m/s），且对鹤管进油口未浸没前的流速也进行了限制（≤1m/s）；（2）控制进料方式：可燃液体经管道进入储罐时应设防冲击档板。如甲醇从顶部进入储罐，进料管应伸至罐底部，距底不大于100mm，以减少静电产生；（3）防止水等杂质混入可燃液体物料：由于不同物质间的相对运动要产生静电。因此，应尽力防止水等杂质进入物料系统；（4）管道、储罐等的接地与跨接：静电荷的产生并不危险，实际的危险在于电荷的积聚，一旦储备到足够的能量，就会放电产生火花将可燃气体引燃引爆。故为了加速静电荷的释放，罐区内的管道、储罐上的导电不连续处应采用金属导体跨接，并进行静电接地处理；（5）其它防静电设施：除采取上述措施外，对大型罐区，在物料管线上还可设置静电缓和器、静电消除器等防止和减少静电荷积聚的设施。12.4.2输送管道的防雷防雷户外输送易爆气体和可燃液体的管道，可在管道的始端终端、分支处、转处及直线部分每隔100m处作接地，每处接地电阻不应大于30Ω。上述管道与有爆炸危险厂房平行敷设而间距小于10m，在接近厂房的一段，其两端及每隔30～40m处作接地，每处接地电阻不大于20Ω；平行敷设间距小于100mm的管道，每隔20～30m用金属线跨接；较差距离小于100mm处亦应作跨接。当上述管道连接点（弯头、阀门、法兰盘等）不能保持良好的电气接触时，应采用金属线跨接。接地引下线可利用金属支架，若是活支架，在管道与支持物之间必须增加跨接线；若是非金属支架，必须另作引下线。12.5静电装置和接地12.5.1设备接地装置在正常情况下，各种用电器的外壳金属壳体是不带电的，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。因此需要对各个金属设备进行防静电接地保护。对于本系统的中压电气设备的接地是中性点不接地工作制，三相三线制也就是IT系统。IT系统的特点是，变压器中性点不接地，当某相第一次绝缘损坏碰壳时，或某相对地短路时，故障电流是通过其余未碰壳或未接地二相的对地电容而形成回路，相对来说，故障电流一般是比较小的，继电保护或其他保护电器不会立即动作切断故障电流，而是继续保持一段时间运行。在这段时间内，设备外壳或故障相碰触的金属构件均带电，人畜触及时是非常危险的。因此对该系统的金属外壳和相连的金属构件必须采用可靠的接地保护，接地体一般是独立设置，接地电阻≤4Ω，如果条件许可，多设置一些接地体，接地电阻越小，危险性越小。另外，要按照规定每年定期检查一次接地线是否符合要求。12.5.2储罐区防静电装置罐区内可能引起燃烧、爆炸的静电火源主要来自物料输送、人员行走、穿脱衣服以及其它物体摩擦产生的静电。因此，与罐区安全设计密切相关的则是防止和减少物料输送产生的静电，其主要内容包括：（1）控制物料流速液体物料在管道中的流速越高，接近管壁处的速度梯度就越高，因而产生的静电量也越大。《石油库设计规范》对煤、汽、柴等成品油的罐装流速有明确的规定（≤415m/s），且对鹤管进油口未浸没前的流速也进行了限制（≤1m/s）。（2）控制进料方式可燃液体经管道进入储罐时应设防冲击档板。如ETBE生产工段乙醇从顶部进入储罐，进料管应伸至罐底部，距底不大于100mm，以减少静电产生。（3）防止水等杂质混入可燃液体物料由于不同物质间的相对运动要产生静电。因此，应尽力防止水等杂质进入物料系统。（4）管道、储罐等的接地与跨接静电荷的产生并不危险，实际的危险在于电荷的积聚，一旦储备到足够的能量，就会放电产生火花将可燃气体引燃引爆。故为了加速静电荷的释放，罐区内的管道、储罐上的导电不连续处应采用金属导体跨接，并进行静电接地处理。（5）其它防静电设施除采取上述措施外，对大型罐区，在物料管线上还可设置静电缓和器、静电消除器等防止和减少静电荷积聚的设施。第十三章电信工程13.1概述为了加强系统的管理，提高生产效率，增加组织和调度能力，保证集成工厂生产的快速有效的进行，厂内部安装有电信设备。本系统电信设施主要包括：行政管理电话、生产调度电话、无线通讯、火灾自动报警系统、广播系统等内容。13.2原则采用网络安全防范体系设计准则：（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）标准化与一致性原则（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13.3电信方案（1）行政管理电话为了全系统行政管理和对外联络的需要，考虑用户数量和分布情况。在前区办公室内设一个电话总机站，系统内需要行政电话约20门。（2）生产调度电话由于生产管理机构设置情况，需要生产适度电话约8门，拟设30门程控电话交换机及其配套设备一套，作为全系统调度使用。（3）扩音呼叫/通话系统控制室为了和现场通讯联络，巡回检查时对通讯的要求，维修和安装调试有关岗位联络等要求，拟设扩音呼叫/通话系统及其配套设备一套，由2个呼叫通话站组成。（4）无线对讲电话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、及时联系工作之处，拟设4对无线对讲电话机。（5）火灾自动报警系统为了防止火灾在厂内发生，能及时报告火灾信号，拟在全厂设置一套火灾自动报警系统，由火灾报警控制器、火灾自动探测器、手动报警按钮、线路等组成。（6）电信电路敷设均采用电信电缆桥架或埋地敷设。

第十四章土建工程14.1设计范围本设计包括厂内主要建筑物：三废预处理车间、变电站、工艺装置区、质量检测分析室、产品罐区、防火墙、行政办公和生活设施等。14.2设计依据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068—2001)《建筑结构荷载规范》(GB50009--2012)《混凝土结构设计规范》(GB50010—2011)《砌体结构设计规范》(GB50003—2011)《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)《多孔砖砌体结构技术规范》(JGJ137--200l)《钢结构设计规范》(GB50017—2003)《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)《木结构设计规范》（2005年版）(GB50005—2003)《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138—2001)《无粘结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ92—2004)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149—2006)《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—1998)《网架结构设计与施工规程》(JGJ7—199l)《网壳结构技术规程》（JGJ61—2003）《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145—2004）《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223—2008《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ140—2004)《建筑抗震加固技术规程》(JGJ116—2009)14.3建筑工程14.3.1设计原则（1）根据工艺生产的特点，并遵照装置露天化、建筑结构轻型化和标准化的原则，本系统新建（构）筑物在满足工艺需求，功能要求的前提下，设计主要采用钢筋混凝土框架结构、框排架结构、钢结构（包括轻型钢结构）和混合结构，建筑物上贯彻能露天则露天，能敞开则敞开的原则，为节省资金，利于抗震，平、立面布置应尽量均匀、规则和对称，简洁大方，且力求与整体风格一致，尽可能体现现代化工企业的风貌特征。（2）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。（3）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。（4）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。（5）有爆炸危险的生产部位不应设在地下室或半地下室。（6）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。（7）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。（8）甲、乙类厂房内不应设置地沟，工艺管道需设地沟时，地沟应用不然材料填实封严（干砂），地下管沟穿过防火墙时，应设阻火分割设施。（9）无论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。14.3.2设计标准本工程设计范围内，各主要辅助生产厂房、动力用厂房、贮存设施以及行政管理房和生活卫生设施等各类建筑物的设计原则，严格按照《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）等相关国家法规以及地方法规执行。建筑所用材料，其燃料性能和耐火极限均达到各单位建筑物的要求。14.3.3设计方案（1）建筑材料本项目建设生产中存在有具有易燃易爆的物质，工艺装置集中、连续，生产是在高温、高压或低温、化学腐蚀等条件下进行，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、轻质屋面、轻质墙体泄压减少破坏程度。（2）结构设计及相应措施本工程设计中，单层和多层厂房采用现浇钢筋框架结构，厂房下采用现浇注下单独基础，生活辅助用房采用砖混结构，并采用砖柱刚性基础。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，楼墙板采用空心板活槽形板。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‰的平面顶刚性放水屋顶，有组织排水；对有爆炸危险的厂房，设置轻质屋顶，作为泄压面积。因为本工程生产区中厂房有爆炸危险，因此要对其设置一定的泄压面，并用防火墙体隔开，厂房的梁重等承重构件需采用防火措施。对安置有重要贵重仪器设备的厂房，其墙体的耐火行能根据实际选择。（3）对有特殊要求的建、构筑物所采取的建筑措施a.设置防爆墙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，有利于尽快恢复生产。为了进入有爆炸危险的区域可采用防爆门斗。本系统中，泵房、生产车间、控制室、质量检测室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；b.设置泄压有爆炸危险的厂房，应设置轻质屋盖泄压、门窗泄压及轻质外墙泄压。彩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。本系统中，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。c.不发火地面由于散发比空气重的可燃气体，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危险，应采用不发火的地面。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。骨料可选用不含金属的石灰石、白云石等不发火材料，施工前配料制成试块，进行试验，确认为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，是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。本系统中，泵房、生产车间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。d.设置防爆门斗设置防爆门斗是解决交通和防爆有利措施，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，其连接转动部件为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它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门斗的可燃气体浓度降低，两门布置应在不同方位上，间距200ft以上。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。14.4结构工程14.4.1设计原则根据工艺生产的特征，对有较大设备负载的承重结构、框排架结构或钢框架结构；对高大且负载较大的构筑物，采用现浇钢筋混凝土结构或钢架结构，对规模不大、负载较轻的辅助设施等可采用混合结构。14.4.2设计标准根据国家标淮《建筑抗震设防分类标准》（GB50223—2008）的规定，我国建筑抗震设防分类和设防标准如下：建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列具体要求：（1）甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6～8度，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。（2）乙类建筑，地震作用应符台本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。（3）丙类建筑，地震作用和抗震措施均应符台本地区抗震设防烈度的要求。（4）丁类建筑，一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。14.4.3设计方案一、结构型式的选择（1）有爆炸危险的甲、乙类厂房，应采用钢筋混凝土框、排架结构；（2）钢结构厂房施工速度快的特点，但受热后由于钢材的强度大大下降，在高温时将失去载荷能力。钢结构的厂房则应根据不同的耐火等级选用防火涂料，也可以在钢构件上外包上非燃烧材的覆盖层，其厚度应保证构件的耐火时间。二、基础方案的选择基础的设计根据各建（构）筑物的结构形式、基础类型及上部结构荷载大小，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。三、特殊的结构措施设计中合理选择建筑各部位的构造是满足建筑功能要求的保证。应从设计和使用的角度考虑泄爆与抗爆建筑构造。对于有防爆要求的各类厂房、仓库等要着重处理好泄压屋盖、泄压外墙、泄压窗、不发