化工安全工程课程设计.docx
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化工安全工程课程设计
课程设计成果说明书
题目：
炼油厂设计和工艺安全设计
学生姓名：
XXXXX
学号：
XXXXXXXXXX
学院：
石油化工学院
班级：
A10安工
指导教师：
叶继红
浙江海洋学院教务处
2013年1月11日
浙江海洋学院课程设计任务书
2013—2014学年第1学期
学院石化与能源工程学院班级A10安工专业安全工程
学生姓名（学号）
课程名称
化工过程安全工程
设计题目
炼油厂设计及工艺安全设计
完成期限
自2013年12月16日至2013年12月30日共2周
设
计
依
据
根据《化工过程安全》等的相关理论，《化工企业总图运输设计规范GB50489-2009》、《工业企业总平面设计规范GB50187-93》、《石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002》、《建筑设计防火规范GB50016-2006》、《厂矿道路设计规范GBJ22－87》、《压缩机厂房建筑设计规定HG/T20673-2005》、《化工管道设计规范HG/T20695-87》、《化工设备管道外防腐设计规定HG/T20679-90》、《化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定HG/T20561-94》等相关规范要求
设
计
要
求
及
主
要
内
容
设计要求：
1、学生初步掌握化工安全设计的基本原理、程序和方法，能根据所学理论知识，对设计项目的生产工艺进行分析和论证
2、提高工程设计计算、工程绘图、计算机应用、文献检索、运用标准与规范、报告撰写等方面的技能
3、培养严谨的治学态度、务实的工作作风和团队协作精神，综合训练学生应用系统安全工程方法和其他安全知识独立分析和解决化工企业安全生产实际工程技术问题的能力，为毕业设计（论文）及将来从事化工安全工程技术工作奠定基础。
内容包括：
①总平面布置安全设计
包括化工厂选址、总体布局、区域规划、装置和设备的平面布置等设计
②化工工艺基础安全设计
包括生产工艺危险性分析、工艺管道及仪表流程设计、典型化工设备（如加热炉、压缩器、塔、反应器、换热器、容器、泵等）工艺安全设计与分析等
③储存设备的安全设计
储存设备安全容量、安全布置、装卸工艺等的分析与设计
以CAD辅助设计为基础，绘制平面布置图设计图纸1张。
参
考
资
料
[1]翁维勤,孙洪程,过程控制.过程控制系统及工程[M].化学工业出版社,2002.
[2]俞金寿,孙自强.过程自动化及仪表[M].化学工业出版社,2007.
[3]冯倩.异丁烷催化氧化制备叔丁基过氧化氢[D].湘潭大学,2012.
[4]张之平,周文防,肖波,等.l—丁烯产品生产工艺路线的探讨[J].化学工业与工程,2003,20（3）:
178-184.
[5]SeborgDE,埃德加,EdgarTF,etal.过程的动态特性与控制[M].电子工业出版社,2006.
[6]刘国芬.浅谈炼油厂爆炸危险源辨识及防爆措施[J].石油化工安全环保技术,2010,26（002）:
12-14.
[7]鞠林青.新建大型炼油厂设计原油和总加工流程的选择[J].炼油技术与工程,2012,42（9）:
60-64.
[8]汤国莲.炼油厂安全监控系统的建成和应用[J].高桥石化,2003,18
（1）:
46-48.
[9]张怀国.炼油厂油品储运系统检修安全的几个问题[J].油气储运,1996,12:
016.
[10]黄敬元.车间安全管理探讨[J].高桥石化,2002,17
（1）:
50-52.
指导教师签字
日期
浙江海洋学院课程设计成绩评定表
2013—2014学年第1学期
学院石化与能源工程学院班级A10安工专业安全工程
学生姓名（学号）
课程名称
化工过程安全工程
设计题目
炼油厂设计及工艺安全设计
指导教师评语
指导教师签名：
年月日
答辩评语及成绩
答辩小组教师签名：
年月日
摘要:
化工厂的规范设计和安全防范措施直接影响到化工厂功能、作用的发挥及生产运营的安全。
本文根据安全设计标准、部门规章、规范等对化工厂选址、总体布局、区域规划及装置和设备等进行平面布置设计；并对生产工艺进行危险性分析、对工艺管道及仪表进行选型及采用危险性与可操作性研究分析法对化工设备进行安全分析；同时对储罐区的储存设备安全容量、安全布置、装卸工艺等进行分析与设计。
关键词：
化工厂；平面布置；化工工艺；储存设备
Abstract：
Thestandarddesignandsafetymeasuresofchemicalfactorydirectlyaffectthefunctionandthesafetyoperationofthechemicalfactory.Accordingtothesafetydesignstandard,departmentregulations,standardtodesignthechemicalsite,theoveralllayout,regionalplanning,fixturesandequipmentlayout;alsotheproductionprocesseswasperformedriskanalysis,processpipingwascarriedouttheselection,andusedHAZOPtoanalyzethesafetyofchemicalequipment;andthestoragetankareasafetycapacity,safetyarrangements,handlingtechnologywasanalyzedanddesigned.
Keywords:
ChemicalFactory;OverallLayout;ChemicalProcess;StorageTank
前言
目前我国C4利用率不高，在这种情况下，采用简单的工艺流程合理利用C4是我国经济可持续发展中面临的一项重要任务。
因此开发新型的分离方法来综合利用C4将是石油化工行业面临的新的挑战。
本厂是一座年产12万吨异丁烯和7.5万吨1-丁烯的炼油厂，采用乙烯裂解装置副产的C4抽余油为原料，通过前精馏处理除杂后，再通过吸附分离，得到异丁烯和1-丁烯产品。
采用先进的吸附分离工艺，操作简单，自动化程度高，在正常操作时无三废产生，绿色环保，运行成本低，原子利用率高。
1.概述
1.1.安全设计标准、部门规章、规范
（1）化工企业总图运输设计规范GB50489-2009
（2）工业企业总平面设计规范GB50187-93
（3）石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002
（4）建筑设计防火规范GB50016-2006
（5）厂矿道路设计规范GBJ22－87
（6）压缩机厂房建筑设计规定HG/T20673-2005
（7）化工管道设计规范HG/T20695-87
（8）化工设备管道外防腐设计规定HG/T20679-90
（9）化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定HG/T20561-94
（10）化工企业安全卫生设计标准HG20571-1995
（11）工厂企业厂房噪音标准GB2348-1990
（12）爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定GB50058-92
（13）石油化工企业设计防火规范GB50160-2008
（14）石油化工行业标准：
企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002
1.2.化工厂分区及其主要建筑物和构筑物
表11化工厂一览表
序号
分区
区内主要建筑物和构筑物
1
储罐区
原料罐区、成品罐区、仓库（灌装区、装罐站、辅助消防站）、集水设施
2
生产区
精馏车间
精馏塔、冷凝器、换热器、泵、压缩机
吸附车间
精馏塔、泵、换热器、吸附塔
生产过程控制室
3
辅助生产区
变电站、中心控制室、化验室、维修车间、消防站、装卸台
4
行政管理区
行政科研楼、中央化验室、中心控制室、医务室、停车场
1.3.化学物质的性质及火灾、爆炸危险特性
1.3.1.异丁烯的性质
异丁烷（isobutylene）是一种无色、稍有气味的气体，分子式：
C4H10，分子量：
58.12，CAS号：
75-28-5，熔点：
-159.6℃，沸点：
-11.8℃，相对密度（水=1）：
0.56，相对蒸气密度（空气=1）：
2.01，饱和蒸气压（kPa）：
160.09（0℃），1992（100℃），2843（120℃），3363（140℃），燃烧热（kJ/mol）：
2856.6，临界温度（℃）：
135，临界压力（MPa）：
3.65，闪点（℃）：
-82.8，引燃温度（℃）：
460，性质稳定，异丁烷易燃易爆，爆炸极限1.9%-8.4%（体积分数），与氧化剂接触猛烈反应。
异丁烷的蒸气比空气重，会在较低处扩散到相当远的地方，遇火源能着火自燃。
存在于裂化气、天然气和石油气中，也能由正丁烷经异构化而制得。
有不愉快臭味。
主要用于与异丁烯经烃化而制得异辛烷，作为汽油辛烷值的改进剂。
1.3.2.1-丁烯的性质
常态下均为无色气体，不溶于水，溶于有机溶剂。
易燃、易爆。
有微弱芳香气味。
分子量56.1，密度0.5951g/cm3（20/4℃）。
爆炸极限为1.8%～9.6%。
沸点-6.90℃。
1.3.3.危险品性质
表12危险化学品性质
危险物
熔点/℃
沸点/℃
闪点/℃
爆炸极限/V%
毒性
可燃性
上限
下限
异丁烯
-140.3
-6.9
-77
8.8
1.8
低毒
易燃
1-丁烯
-185.3
-6.3
-80
10.0
1.6
低毒
易燃
正丁烷
-138.4
-0.5
-60
8.5
1.5
低毒
易燃
异丁烷
-159.6
-11.8
-82.8
8.5
1.8
低毒
易燃
顺2-丁烯
-138.9
3.7
-73
9.7
1.6
低毒
易燃
反2-丁烯
-105.5
0.88
-80
9.7
1.7
低毒
易燃
2.总平面布置安全设计内容
2.1.化工厂选址
厂址选于南京化学工业园区，地处我国东南部的长江下游，东接富饶的长江三角洲，南靠宁镇丘陵，西倚皖赣山区，北连江淮平原，地理位置十分优越，位于中国沿海和长江两大经济带交汇处。
南京是长江三角洲经济核心区重要城市和长江流域四大中心城市之一，铁路、公路、水运、航空和管道五种运输方式齐全，同时南京化学工业园区确定了要大力发展高新技术产业，政策环境也非常有利。
2.1.1.厂区概括
国家级石油化工基地——南京化学工业园区成立于2001年10月，是南京唯一的一家经国家批准，以发展石油化工为主的化学工业园区。
园区规划面积45平方公里，重点发展石油与天然气化工、基本有机化工原料、精细化工、高分子材料、生命医药、新型化工材料六大领域的系列产品。
南京化学工业园区是江苏沿江开发战略的重要组成部分，也是南京市石化产业重点扶持发展区域。
园区以“外向拓展、区域重组、产业整合、环境优化”为发展战略，按照“产业发展一体化、公用设施一体化、物流输送一体化、环保安全一体化、管理服务一体化”五个一体化的开发方针，通过优化产业结构，提升产业层次，积极发展循环经济，最终将形成以深度加工和高附加值产品为特征，具有国际竞争力的石化生产基地、物流中心和化工研发基地。
2.1.2.园区发展优势
（1）地理位置优势：
南京是中国国家区域中心城市（华东），华东地区第二大城市，江苏省第一大城市，国家历史文化名城，国家综合交通枢纽，副省级城市，江苏省省会，国家重要创新基地和科技创新中心，现代服务中心、现代服务业基地和先进制造业基地，长江航运物流中心，滨江生态宜居城市，长三角辐射带动中西部地区发展的重要门户城市。
目前已成为国家以电子、汽车、化工为主导产业的综合性工业基地，重要的交通枢纽和通讯中心。
（2）交通运输优势：
南京化学工业园区依江临海，位于中国公路、铁路、水路、管道、航空交通枢纽的位置，交通极其便利。
（3）政策优惠的优势：
根据在园区内投资兴办的高新技术生产性企业及区域研发中心的具体情况，南京化学工业园区将在金融服务和财政等方面给予一定的扶持。
（4）环境治理条件优越：
南京化工园区集中建设污水处理厂，固体垃圾处理厂，采用先进的大气，水和噪音处理设备和工艺，加大了环境治理的力度，杜绝各种乱排乱放现象的发生。
（5）气候条件优越：
南京四季分明，无特殊冷热气象和自然灾害，自然条件优越，非常适合建厂和居住。
（6）园区的公用工程：
南京化学工业园区具有完善的公用工程，包括供水、排水、污水处理工程、通信工程、供热、供气工程及运输工程。
（7）园区合理规划：
南京化学工业园区总体发展规划获国家批准，是江苏省政府、南京市政府“沿江开发”战略的重点工程。
（8）产业基础优势：
园区化工产业基础雄厚，尤其以石油化工为甚。
中国石化集团公司在南京地区的多家大型骨干企业均分布在园区内及周边紧邻，逐渐形成了以炼油为龙头的石化产业链——以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等原料为基础，生产合成树脂、有机化工原料，进一步向精细化工产品延伸。
2.1.3.人力资源
（1）人才资源：
南京教育、科研水平居北京、上海之后列全国第三位，拥有各类高等院校，为现代化建设提供了高素质的人力资源。
（2）社会保障和工资待遇：
南京具有较完善的医疗、失业、工伤、生育等各种保险和福利措施。
2.2.总体布局
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，结合厂区自然条件，经技术经济比较后，设计多种方案后择优确定而来的。
厂区布置为矩形，东西方向长为218.5m，南北方向宽为141.89m，总面积为31005m2。
厂区南侧为总厂公路。
厂内可划分为行政管理区、辅助生产区、生产区和储罐区。
根据建筑物的朝向，主导风向的影响（常年主导风向为东北风），设置行政区于本厂的东北侧，辅助区于中部，生产区于南，储罐区于工厂西部。
厂区总体布局时主要的布置理念为：
1.在符合生产流程、操作要求和使用功能的前提下，建构筑物尽量合并、生产设备露天化集中布置，经济合理有效利用土地；
2.根据生产装置的性质，结合自然条件，安全生产要求，按功能合理区分，便于生产管理；
3.根据工艺、运输等要求，结合地形，布置竖向设计必要的工程设施和排水构筑物，合理地进行竖向设计，使厂区雨水能迅速排出，保证场地不受洪水威胁；
4.辅助生产和公用工程设施，在符合其特殊要求条件下，尽量靠近负荷中心或主要用户，以节能降耗；
5.储运设施应根据物料的性质及运输方式等条件，相对集中布置在运输装卸方便的位置，并靠近与其有关的生产装置，形成物流传输一体化；
6.合理组织运输，缩短运输距离，便于相互联系，避免人流、货流交叉，为工厂创造安全的生产环境和作业场所；
7.根据建厂条件和生产发展趋势，尽可能处理好近、远期的发展关系，为工厂留有可持续发展余地。
8.进行厂区的绿化及美化设计。
2.3.区域规划
2.3.1.生产区
生产区包括精馏车间、吸附车间以及生产过程控制室，位于厂区的南部。
吸附车间占地面积384m2，主要装置有精馏塔、泵、换热器、吸附塔。
精馏车间占地面积576m2，主要包括二个精馏塔。
车间外公共区域设有控制室，控制室占地275.2m2。
生产车间厂房内设置多处自动灭火装置。
2.3.2.辅助生产区
（1）变电站
变电站位于厂区北侧边缘，靠近总厂大路，方便电线的进出。
变电站周围设置围栏，构成了一个相对独立的区域，可以确保安全生产。
（2）中心控制室
总控制室设在生产车间的旁边，位于主导风向的上风向，是全场自动控制的中心，实时监控生产区、储罐区及各辅助生产设施的运行情况，同时负责与各部门的联系，调整生产指标。
（3）化验室
化验室设在行政科研楼对面，检测原料、产品质量，保证生产的正常进行，负责日常的检测与化验工作。
（4）维修车间
维修站位于厂区的中部区域靠南侧，占地面积606.62m2，内部间隔有机修、仪修、电修等小车间，分区布置可以避免维修车间之间的相互干扰。
同时，维修站与生产车间保持较远距离，可以防止维修车间产生的火星引起易燃易爆液体发生爆炸。
（5）消防站
主消防站位于厂区中部，对生产车间、行政区、辅助车间的辐射距离均小于100m。
附近设有一蓄水池，道路设置使厂区发生火灾时，车辆可迅速到达现场。
（6）装卸台
装卸台设置在产品正异丁烯储罐旁的空地，靠近工厂北大门。
占地面积1050m2，负责产品的装卸运送，周围道路宽阔，交通便捷。
2.3.3.储罐区
南京化工园区常年主导风向为东北风，故将罐区设在厂区的最西面，处于主导风向的下风侧，罐区地面种植草坪，可以最大程度减少罐区的空气污染；同时罐区四周设有封闭式防火堤，在泄露等意外事故发生时可以阻止液体外渗及火势蔓延。
2.3.4.行政管理区
行政管理区位于厂区的东北侧，处于上风区。
行政科研楼的建筑结构大气，设施全面，环境优美。
大楼前设有一个大型的喷水池，周边有花坛绿地，为工人提供良好的工作环境。
中央化验室和中心控制室设立在行政科研楼的对面，远离生产区和机修车间，可以满足其需要比较洁净，不受震动影响的环境的要求。
同时，在办公楼西侧设置医务室，负责员工的日常体检工作和安全防护宣传监督。
停车场设在大门进口处，用于停放进场员工车辆。
绿化布置：
厂区进行了充分的绿化，在行政科研楼的前专设绿化地，可以美化环境。
在一些建筑物的四周植有草坪，消减生产过程中产生的污染物。
罐区地面植有大量草坪，发展用地上也进行了充分的绿化。
2.4.装置和设备的平面布置
2.4.1.精馏车间布置
1）整体布置
精馏车间采用钢架结构，分两层布置，每层高为6米，楼顶为平台。
车间长为32米，宽为18米。
管廊按照物料进入车间及精馏塔走向设置为“T”形。
①半露天布置
精馏设备生产中不需要经常看管，受气候影响小，精馏车间采用半露天布置，自然采光和通风好，可以降低厂房的耐火等级，方便改扩建。
同时，以楼层平台嵌入精馏塔，可以起到支撑加固作用，使得整体建筑更加稳固，将不同的塔布置在一个塔架上，可减少投资和维修费用。
②平面布置
精馏车间有4个精馏塔，根据流程方向，各精馏塔采用“一”字形布置，自西向东依次为T0101A（d=4m，h=55.25m，整座塔嵌于车间内部），T0101B（d=4m，h=54.5m，整座塔嵌于车间内部），T0102B（d=4m，h=65.1m，整座塔嵌于车间内部），T0102A（d=4m，h=64.4m，整座塔嵌于车间内部）。
精馏塔高出楼层部分在楼顶平台之上每隔5m设有宽度为1m的操作平台。
各塔中心对齐，塔中心据车间楼板边缘3m，留有足够的空间供四座塔的日常检验维修。
2）精馏车间各类设备布置
①精馏塔：
塔设备为半露天设置，用裙座支承安装于基础环上。
与塔设备相关的设备如冷凝器、回流泵等按轴线就近布置，减少管线占地。
四座塔成组布置，位于同一轴线上。
②冷凝器：
精馏塔冷凝器布置在二楼，利用液体的自然重力作用回流进入一层的回流罐，可以降低能耗。
③换热器：
塔顶蒸汽经过压缩机压缩后到一楼与塔釜液体进行换热，换热器靠近精馏塔布置，节约了管道长度。
④泵：
车间内泵的出口轴线对齐，减少管道铺设的难度，备用泵与相应泵之间的距离不小于800mm，方便检修更换。
⑤压缩机：
压缩机统一布置在压缩机房中。
2.4.2.吸附车间布置
1）整体布置
吸附车间采用钢架结构，分4层布置，每层高为6米，楼顶为平台。
车间长为32米，宽为12米。
管廊按照物料进入车间及精馏塔走向设置为“T”形。
①半露天布置
吸附设备生产中不需要经常看管，受气候影响小，吸附车间采用半露天布置，自然采光和通风好，可以降低厂房的耐火等级，方便扩建。
同时，以楼层平台嵌入吸附塔和精馏塔，可以起到支撑加固作用，使得整体建筑更加稳固，将不同的塔布置在一个塔架上，可减少投资和维修费用。
②平面布置
吸附车间有3个吸附塔和3个精馏塔，根据流程方向，各精馏塔采用“L”字形布置，自西向东依次为T0201、T0202、T0203三个吸附塔，大小相同（d=2.2m，h=12.2m，整座塔嵌于车间内部），自北向南依次为T0204（d=0.8m，h=10.4m，整座塔嵌于车间内部），T0205（d=0.4m，h=10.55m，整座塔嵌于车间内部），T0206（d=1m，h=19.25m，整座塔嵌于车间内部）。
精馏塔高出楼层部分在楼顶平台之上每隔5m设有宽度为1m的操作平台。
各塔中心对齐，塔中心据车间楼板边缘3m，留有足够的空间供三座塔的日常检验维修。
2）吸附车间里各类设备布置
①精馏塔：
塔设备为半露天设置，用裙座支承安装于基础环上。
与塔设备相关的设备如冷凝器、回流泵等按轴线就近布置，减少管线占地。
三座塔成组布置，两个组的轴线互相垂直。
②冷凝器：
精馏塔冷凝器布置在四楼，利用液体的自然重力作用回流进入二层的回流罐，可以降低能耗。
③换热器：
流股之间的换热器成群布置，一部分在三楼，另外一部分在四楼，集中布置节约管路。
④泵：
车间内泵的出口轴线对齐，减少管道铺设的难度，备用泵与相应泵之间的距离不小于800mm，方便检修更换。
⑤压缩机：
压缩机统一布置在压缩机房中。
3.化工工艺基础安全设计内容
3.1生产工艺危险性分析
本项目采用C4烯烃精馏-吸附工艺，主要分为精馏预处理工和吸附两个工段。
在精馏预处理工段，通过两个精馏塔将C4抽余油中正丁烷、异丁烷、2-丁烯、C3组分和C2组分基本上除去，得到异丁烯和1-丁烯含量为99.7％的混合物，进入吸附工段。
在三个吸附塔中，以5A分子筛为吸附剂，正己烷为脱附剂，实现正异构烯烃的分离。
吸附塔的三股出料脱附油、吸余油和中间馏分分别进入1-丁烯精制塔、异丁烯精制塔和中间馏分塔，得到优等品异丁烯和正丁烯产品。
所以，本工厂采用的工艺只包括精馏和吸附两种化工分离过程，不涉及反应和其它化工过程，且工艺的操作条件比较温和。
精馏的操作条件为4~5atm，30~50℃；吸附的操作条件为压力：
1atm,温度：
100℃，所以在工艺上的潜在危险很小。
工艺过程危险、有害因素分析：
（1）工艺装置管道泄漏引发中毒、爆炸事故。
（2）工艺装置没设防静电防护引发爆炸事故。
（3）操作违规，引起火灾、机械、淹溺等伤害。
（4）管道阻塞，引发容器爆炸。
（5）操作违章，引发烫伤等伤害事故。
3.2工艺管道及仪表流程设计
3.2.1.仪表选型
除就地控制、指示或特殊仪表外，现场变送器采用电子式智能型仪表（Hart协议）。
控制阀采用气动执行机构。
所有进出控制室的信号都是电信号。
除温度检测元件和特殊测量仪表外，标准的电动信号为4～20mAD.C或1～5VD.C。
除非对气动信号提出更高的压力要求，气动薄膜控制阀一般采用的气动信号为20～100kPa。
安装在爆炸危险区域的仪表采用本安防爆型或隔爆型。
3.
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