10万吨年丙烯腈分厂投建项目初步设计说明书.docx

1、10万吨年丙烯腈分厂投建项目初步设计说明书10万吨/年丙烯腈分厂投建项目初步设计说明书 第一章 总论1.1 项目概论 该项目是采用丙烯、氨和空气为原料借助流化床反应器生产丙烯腈的化工工艺技术，满足了我国对丙烯腈的下游产品的需求。经营体制及管理机制采用现代企业机制，按公司制进行经营和管理.1.2 设计依据 化工工程设计相关规定 国家经济、建筑、环保等相关政策 2013年“三井化学杯”大学生化工设计大赛指导书 本组编制的可行性研究报告1.3 设计原则由于化工厂的投资建设,要考虑到环境、国家标准、技术可行性、人员等各方面的因素,所以参照以下设计原则。1.3.1 国家环境保护条例地面水环境质量标准GB

2、3838-88大气环境质量标准GB3095-82城市区域环境噪声标准GB3096-82污水综合排放标准GB8978-88工业“三废”排放试行标准GBJ4-73锅炉烟尘排放标准GB3841-831.3.2 其它原则1) 认真贯彻党的艰苦奋斗、勤俭建国、厉行节约、反对浪费的方针。通过改革和科学管理,以实事求是为原则,在保证质量的前提下,降低浪费,从而达到节约投资的目的。在生活设施建立上,结合我国国情,按相关标准规定进行建设;2) 注意采用符合我国国情的先进适度的技术。除了在个别项目与关键部分采用最先进技术,使我们在某些领域处于领先的地位外。一般地讲,应该更多地采用符合我国国情的先进适度的技术,做到

3、投资省、效益高;3) 适应化工生产特点,优化配套专业设计。特别是要加强节能、环保、安全、消防、抗震、防噪音、工业卫生及劳动保护等方面的配套设计。配套设计的标准要适当,既要讲求实效,有利生产,又要防止要求过高,超越国情;4) 尽量采用标准设备,设备仪表尽量在国内解决,以节省投资;5) 厂区布置合理,在满足有关安全、防火的标准和规范条件下,尽可能降低浪费,并考虑今后项目的发展建设要求,进一步贯彻“工厂布置一体化、生产装置露天化、建筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化”五化的设计原则;6) 加强经济观点,处理好技术与经济的关系。做设计必须以效益(经济效益、社会效益和环境效益)为中心。设计工作必

4、须加强经济论证,做多方案的技术经济比较,以求得良好的经济效益。不需一次建设的项目,应“统一规划、分期建设”,做到分期建设,分期投资,分期受益。生产上必要的备用设备,要合理的备用,提高投资效果。1.4 项目背景及建设意义 丙烯腈是一种重要的化工原料，主要用来合成聚丙烯腈纤维、ABS/SAN树脂、已二腈、丙烯酰胺、碳纤维等。但到20世纪40年代丙烯腈才开始工业化生产。1960年，INEOS/BP(sohio)成功地开创了又丙烯、氨和空气在多相催化下于流化床反应器中直接氨氧化及相关学科的全面发展。从丙烯、异丁烯等为原料。选择性氧化反应制备丙烯醛（酸）、甲基丙烯醛（酸）、甲基丙烯腈等都已经得到广泛工业

5、化，由于Sodio工艺具有过程简单、操作方便、原料易得、成本低等优点，该工艺自研发成功后迅速在世界范围内推广。随着国内新建ABSSAN树脂及腈纶等，丙烯腈下游装置的陆续投产。丙烯腈的需求也将进入一个快速发展的阶段预计2016年我国对丙烯腈的表观消费量将达到约230.0万t。其中用于生产腈纶的丙烯腈比例将逐渐下降。而ABSSAN所占比例却将不断增加。第二章 总图设计2.1 布置原则1、节约用地2、符合生产流程及工艺流程3、生产管理、生产方便4、安全、卫生5、符合环保要求2.2 参照要求及规范1.工业企业总平面设计规范GB50187-932.厂矿道路设计规范 GBJ22-873、建筑设计防火规范G

6、B50016-2006 2.3 布局情况介绍 2.3.1 总述 本厂设计地址位于广西钦州市灵山县，总体形状为长方形，长296米，宽210米，共占地面积62160平方米。总平面布置如下：1、行政管理区和生活区布置于厂区西北部，北临厂外道路，位于全年主导方向的上风侧，环境条件好，交通以及对外联络方便。2、辅助生产区布置在工艺装置区东南部，位于全年最小频率风向的下风侧。紧临生产装置区，可以缩短物料的管道运输距离。3、生产区集中布置于西边，靠近厂区西边围墙，减少与厂区内运输交叉干扰。工艺装置集中布置，可以使流程顺畅，衔接短截与相邻设施协调，有利于生产管理和安全防护。4、产品储罐区集中布置在厂区东南部，

7、紧临生产装置区，同时靠近厂区南门，便于运输。2.3.2 区域面积 表2-1 各区域面积名称面积/平方米公寓楼（两栋）1400食堂500医院50办公楼400综合楼200喷泉10配电房150游泳馆300运动体育馆45000控制室100消防间200反应车间3000分离车间3000预处理车间1500原料仓库1000成品仓库1000油罐车队500三废处理1500停车厂1500门卫室（三个）60总面积20870待开发用地50002.3.3 局域系数项目单位数据厂区占地面积平方米62160建筑物、构筑物建筑面积平方米20040绿化面积平方米12390道路占地面积平方米11004建筑系数%49.94绿化系数%

8、20厂区利用系数%69.942.4 厂区总体布局概述 图 2-1厂区总体布局平面图 本厂区按照功能分区集中布置,即厂前区、生产区、辅助区、待开发用地等。（1）厂前区为生活区，位于西面跟北面，主要包括行政管理和后勤职能部门。行政管理部门包括有办公楼、综合楼、门卫室和停车场。后勤职能部门包括食堂、宿舍楼、运动场、游泳池、医院、自行车棚等。 图2-2 生活区分布图（2）生产区生产区布置图 图2-3 生产区布置图 生产区位于厂区的东南方向，主要考虑到灵山县为西北风，这样可以避免影响到生活区保证员工的健康。生产区布置以满足工艺流程要求为前途，我们主要是原料从东门远近原料仓库，然后由南门把产品重成品仓库运

9、出。兼具考虑了缩短原材料和成品运输路程为原则进行布置，结构紧凑，同时又减少运输路程，还能减少能量散失。生产区包括反应车间、仓库、以及辅助车间和公共工程。（3）发展用地 发展用地面积占地面积为5000平方米，靠近反应生成车间，可以方便于日后改、扩建。先阶段暂时用于绿化，提高增大绿工厂化面积。2.5 其他布局说明 2.5.1工艺装置设施 设计规范要求生产设施的布置,应根据工艺流程、生产的火灾危险性类别、安全、卫生、施工、安装、检修及生产操作等要求,以及物料输送与储存方式等条件确定;生产上有密切联系的建筑物、构筑物、露天设备、生产装置,应布置在一个街区或相邻的街区内;本设计中所有工艺装置集中在几个街

10、区内,有利于生产管理、安全防护和检修。 对可能散发可燃气体的设施,宜布置在明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧,在山区或丘陵地区时,应避免布置在窝风地段。可能泄漏、散发有毒或腐蚀性气体、粉尘的设施,应避开人员集中活动场所,并应布置在该场所及其他主要生产设备区全年最小频率风向的上风侧。 装置内的设备、建筑物、构筑物布置应满足防火、安全、施王安装、检修的要求。控制室、变配电室、化验室、办公室等宜布置在装置外,生产装置中所使用化学品的装卸和存放设施,应布置在装置边缘、便于运输和消防的地带。装置区内的可燃气体、液化烃和可燃液体的中间储罐或装置储罐的布置,宜集中并毗邻主要服务对象布置,也可布置在

11、毗邻主要服务对象的单独地段内;宜布置在明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧,并应满足防火、防爆要求。有爆炸危险的甲、乙类生产装置的全厂性控制室应独立布置,本设计的控制室即单独布置在生产装置爆炸危险区范围以外,并位于可燃气体、液化烃和甲、乙类设备以及可能泄漏、散发毒性气体、腐蚀性气体、粉尘及大量水雾设施的全年最小频率风向的下风侧。2.5.2 总变电所的布置设计规范要求总变电所应靠近厂区边缘、进出线方便的独立地段。不宜布置在易泄漏、散发液化烃及比空气重的可燃气体、腐蚀性气体和粉尘的设施全年最小频率风向的上风侧和有水雾场所冬季盛行风向的下风侧。本设计中总变电所的位置位于厂区的一侧,相对独立,

12、远离强烈振动源,且总变电所的最外构架边缘与易泄漏、散发腐蚀性气体和粉尘的设施边缘之间的间距大于50 m。2.5.3 污水处理场的布置设计规范要求污水处理场宜位于厂区边缘或厂区外的单独地段,且地势及地下水位较低处。本设计的污水厂位于厂区的西侧,相对独立,同时靠近工艺装置区,并且在厂区全年最小频率风向的上风侧,可避免其对周围环境的影响。2.5.6 仓储设施设计规范要求原料、燃料、材料、成品及半成品的仓库、堆场及储罐,应根据其储存物料的性质、数量、包装及运输方式等条件,按不同类别相对集中布置并宜靠近相关装置和运输路线,且应符合防火、防爆、安全、卫生的规定。2.5.6.1 散装固体原料、燃料仓库的布置

13、仓库宜邻近主要用户,并应方便运输及适应机械化装卸作业。本设计仓库位于东北方向,靠近装卸车间、罐区以及厂区的主干道,符合各项要求。2.5.6.2 可燃液体和液化烃储罐区布置 设计规范要求,罐区应集中布置在厂区边缘,且运输方便的安全地带。本设计罐区位于厂区东门和南门处,运输条件良好,且低于相邻装置、车间、全厂性重要设施及人员集中活动场所的场地上。2.6 厂内运输设计2.6.1 设计要求 化工企业的运输设计,应根据货物性质、流向、年运输量、到发作业条件和地运输系统的现状与规划,以及当地自然条件和协作条件等因素,进行运输方案的比较,选择能适应生产要求、投资省、运营费低、效率高、连续性强和安全可靠的运输

14、方式。运输设计应与化工区总体布置和工厂总平面布置及竖向设计紧密结合,并应做到运行通畅、布局合理、避免货物流向的迂回或折返。厂区运输线路与作业货位布置应相互适应、运转协调,并宜接近固体物料的送入或产出部位,同时宜按储运货物类别划分作业区、带,应避免倒运和相互干扰,且应便于作业环境的管理。运输、装卸、储存设施应相互配套,并应减少倒运作业环节。运输设施及其维修宜社会化。对于运输量大、作业复杂或有特殊要求的货物,在需要配置专用运输设备、设施时,应依据充分、数量适当、选型合理、方便维修、减少定员。2.6.2 本场运输设计本设计中,厂区内道路总体呈网格状布置,主干道设计宽度为26 m(双向四车道),次干道

15、设计宽度为9 m(双向两车道),货运入口道路加宽为12 m(双向两车道)。整个厂区的道路及建筑物都进过严格规划,布置规整。同时,人流与货流分离,并留有消防安全通道。本设计中,装卸区设置在厂区的东南方向,紧邻东南货运出入口(主要货流运输出入口),同时远离人流较多的道路和可能产生明火和散发火花的地点。而行政办公区的车辆拥有独立的停车场,紧靠人流入口,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6 m,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。第三章车间布置3.1 设计依据建筑物设计防火规范GB50016-2006石油化工企业设计防火规定GB 50160-

16、2008化工企业安全卫生设计标准GBZ 1-2002工厂企业厂房噪音控制设计规范GBJ 87-1985爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定GB 50058-1992中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程(试行)(1987)石油化工管道布置设计通则SH 3011-2000化工、石油化工管架、管墩设计规定HG 20670-20003.2 车间布置3.2.1 车间组成车间组成包括生产、辅助、生活三部分。其中生产部门包括原料工段、生产工段、成品工段和回收工段;辅助部门包括压缩空气、真空泵房、变电配电室、水处理系统、通风空调室、车间化验室、维修室和仓库;生活部门包括办公室、工人休息室、更衣室、浴室和厕所。

17、3.2.2 车间布置原则(1)从经济和压降观点出发,车间布置应顺从工艺流程,但若与安全、维修和施工有矛盾时,允许有所调整。(2)根据地形、主导风向等条件进行车间布置,有效利用车间有效面积和土地。(3)明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧,并集中布置在装置边缘。(4)控制室和配电室应布置在生产区的中心部位,并在危险区之外。控制室还应远离振动设备。(5)充分考虑本车间与其他部门在总平面布置图上的位置,力求紧凑、联系方便、缩短输送管道,达到节省棺材费用及运行费用。(6)留有发展余地。(7)所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范要求(8)有毒,有腐蚀性介

18、质的设备应分别集中布置,并设置围堰,以便集中处理。围堰高度为150-200mm。(9)设置安全通道,人流、物流方向应该错开。 (10)设备布置应整齐,尽量使主要管架布置与管道走向一致。(11)综合考虑工艺管道、公用工程总管、仪表、电器电缆桥架、消防水管、排液管、污水管、管沟、阴井等设置位置及其要求。3.2.3 车间布置方案 工厂的车间主要由三个部分组成:丙烯腈合成部分、产品和副产品的回收部分、及精制部分。车间的平面形式主要有长方形、L 形、T 形等,其中长方形厂房具有结构单、施工方便、设备布置灵活、采光和通风效果好等优点,是最常应用的厂房形式尤其适用于中小型车间。化工厂的设备布置优先考虑露天布

19、置,在气温较低或有特殊要求者,可将设备布置于室内,一般情况下可采用室内与露天联合布置。设置露天布置有下列优点:1.可以节约建筑面积,节约基建投资;2.可节约土地,减少土建施工工程量,加快基建进度;3.有火灾爆炸危险性的设备,露天布置可以减低厂房耐火等级,降低厂房造价;4.有利于化工生产的防火、防爆和防毒;5.对厂房的扩建、改建具有较大的灵活性。缺点是受气候影响较大,操作环境差,自控要求高。本厂为小型化工企业,采用长方形半露天布置。3.3 车间布置分区说明3.3.1 丙烯腈合成单元车间布置3.3.1.1 车间整体布置丙烯腈合成单元车间为半露天布置反应车间设备主要有一个原料缓冲罐，两个蒸发器，一个

20、压塑机，三个泵，三个换热器，两个流化床 反应器。泵震动较大，换热器较多，和缓冲罐均布置在一层。共设六层,每一层的间距均为6 米。宽12000mm,长33000 mm,每60006000 为一个单元。本车间主要用于丙烯氨氧化制丙烯腈反应阶段。为保证良好的通风及散热效果,同时节约建筑面积,减少建筑投资,厂房仅由支柱及楼板构成。在厂房一侧设置楼梯,供维修人员通行。3.3.1.2反应器反应器一共有2个，反应器需要经常操作，为有效利用空间，节约钢材，在本项目中采取集中布置，和冷却管补给水加热器一起搭建联合操作台，流化床反应器和冷却管补给水加热器之间跨度6 米，2个流化床反应器之间跨度12 米，中心线在一

21、条线上。这样布置同时也便于集中管理，节约人力资源。3.3.1.3 泵丙烯腈合成车间只有两个泵，中心线对齐，相隔1.5 米，放置在储罐的出口处，方便管道连接，缩短管线。3.3.1.4 换热器换热器有5 个，我们选择的是立式换热器，中心线对齐，集中布置在反应器架子后面，方便检修抽束。其布置原则是：封头距设备的间距不得小于1000mm，有管道相连的卧式换热器之间最小间距不小于700mm，没有操作关系的立式换热器之间最小间距不小于600mm，本次设计其间距都在3米左右，满足安全距离，方便操作检修。3.3.1.5反应车间布置图3.3.2 产品和副产品的回收车间3.3.2.1 整体布置 产品和副产品的回收

22、车间，主要有两个塔，六个个换热器、五个泵。泵震动较大，换热器较多，和缓冲罐均布置在一层。3.3.2.2 换热器 换热器都放在一层，其中两个出口冷却器都长5.2 米，直径1.4 米的，为留有充足的检修抽束空间，轴向跨度定为8 米。3.3.2.3 塔器 产品和副产品的回收车间的塔器有氨中和塔、水吸收塔等组成。丙烯腈精制塔等塔器较大,为了安装及检修方便,将其按照工艺流程布置在框架的边缘。考虑到流体输送的需要,将冷凝器和回流罐其安装在框架内相应楼层。各塔塔体间距=2000mm,人孔朝向一致,设置有检修平台。为了便于检修和日常巡检,检修平台除有直梯连接外还将用斜梯与主体框架相连。3.3.2.4 机泵设备

23、由于泵属于震动较大的设备,且数量多,所以我们将其按流程分散布置到底层并加以200mm 的基础。泵需要经常检修,周围留有足够大的空间,为控制仪表和流量计留出足够的安装空间。为了保证工艺生产的连续进行,所有的泵都留有备用的泵。3.3.3 精制车间布置3.3.3.1 整体布置 精制车间是本项目设备最多的一个车间,按照工艺流程特点,充分利用高低液位压差输送流体,在符合各布置规范的前提下进行半露天化布置。3.3.3.2 塔器 精制分离车间的塔器有萃取精馏塔、乙腈塔、脱氢塔和丙烯腈精制塔等组成。丙烯腈精制塔等塔器较大,为了安装及检修方便,将其按照工艺流程布置在框架的边缘。考虑到流体输送的需要,将冷凝器和回

24、流罐其安装在框架内相应楼层。各塔塔体间距=2000mm,人孔朝向一致,设置有检修平台。为了便于检修和日常巡检,检修平台除有直梯连接外还将用斜梯与主体框架相连。3.3.3.3换热器 根据工艺需要,此车间共有换热器12个,根据相应的工艺要求,塔顶冷凝器布置在相应楼层并使其管嘴中心与塔中心线对齐,以减少管线和弯头,便于接管和流体的输送。塔底再沸器均布置在地面,靠近相应塔体,并按照工艺及接管需要设置标高及基础。其他换热器则根据工艺及接管便利的需求布置在相应的楼层。地面设备合理设置基础。各换热器尽量整齐布置,相距=1000mm,并留出相应的检修空间。由于本车间换热器比较多且大小不一,使得某些地方车间布局

25、略显宽松。3.3.3.4 机泵设备 由于泵属于震动较大的设备,且数量多,所以我们将其按流程分散布置到底层并加以200mm 的基础。泵需要经常检修,周围留有足够大的空间,为控制仪表和流量计留出足够的安装空间。为了保证工艺生产的连续进行,所有的泵都留有备用的泵。3.3.3.4罐设备 本车间罐设备较多,均采用球形罐,将其合理布置到相应的楼层上,以符合工艺和规范要求,节约占地面积,充分利用高低液位差输送流体的原则。 第四章 自动控制及仪表4.1 设计依据HG 20519.38-92 管道等级号及管道材料等级表HG 20559.5-93 管道仪表流程图上的物料代号和缩写词HG 20559.6-93 管道

26、仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号GB2625-81 过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号过程控制系统及工程第三版孙洪程等化学工业出版社过程自动化及仪表第二版俞金寿等化学工业出版社过程的动态特性与控制第二版Dale E. Seborg 等电子工业出版社4.2 控制基本原理在控制系统中,检测元件和变送器将被控变量(温度、压力、温度、流量等)检测和转换为标准信号,当系统受到扰动影响时,检测信号与设定值之间就有偏差,检测变送信号在控制器中与设定值比较,其偏差值按一定的控制规律运算,并输出信号驱动执行机构改变操作变量,使被控变量回复到设定值。控制系统由检测变送单元、控制器执行器和被控对象组成。基

27、本的控制框图如图4-1所示。 图4-1 基本控制框图4.3 流体传送设备的控制4.3.1 泵的控制设计要求:(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,以便观察压力;(4)泵出口管线的管径一般与泵管口相同;(5)流量的调节是通过其他参数,如塔底液位等来控制调节。我们采用直接改变节流法实现泵的控制。直接节流法直接改变节流阀的开度,即改变了管路特性,从而改变了平衡工作点的位置。以下是带有备用泵的吸收塔离心泵的模型,其中控制自由度FCN =1。图中表示出了

28、切断阀,止回阀,压力表,流量控制装置的相对位置。 图4-2 泵的控制示意图4.3.2 压缩机的控制设计要求:(1)所有压缩机的出口都必须至少设有就地指示压力表,其位置应在泵出口和第一阀门之间。(2)因为不需要频繁调节改变流量,故安装测定流量装置即可,不需要安装调节阀,阻力损失小,机械效率高。需要在出口测定流量。我们选用离心式防腐蚀压缩机,其具有体积小,重量轻,流量大,运行效率高,易损件少,经济性能好等优点。虽然离心式压缩机有很多优点,但受其本身结构特性制约,也有一些固有的缺点,例如喘振大等。因此必须为离心式压缩机设立防喘振自控系统。下图反应气压缩机的防喘振控制方案。在压缩机的吸入气量Q1极限流

29、量Qp时,旁路阀关死,当Q1Qp时，旁路阀打开，压缩机出口气体部分经旁路返回到入口处。这样,使通过压缩机的气量增大到大于值QP,实际向管网系统的供气量减少了,既满足工艺的要求,有防止了喘振现象的出现。压缩机控制的其中控制自由度NFC=1 图4-3 压缩机的控制4.3.3 换热器的控制设计要求:(1)冷却时,冷流由下部进入,上部排出。(2)加热时,蒸汽从上部引入,蒸汽冷凝水由下部排出。(3)被冷却的介质应该设置测温设施,以便控制物料的加热冷却温度。(4)冷却回水一般要设置疏水阀,以便冷却回水的疏通。换热器分载热体无相变和有相变两种,下面就两种情况分别说明。(一)载热体无相变 以下是反应气冷却器的

30、控制示意图,其中控制自由度NFC =1。冷却介质为空气,被冷却介质为反应生成的混合气体,通过温度的指示与调节来控制空气的用量,从而达到所需的温度。 图4-4 载热体不发生相变货流量波动不大时换热器控制示意图(二) 载热体发生相变 以下是冷却管补给水加热器的控制示意图,其中控制自由度NFC =1。加热介质为低压蒸汽,补给水经加热后进入加热器,冷却的蒸汽出口设有疏水阀,利于液态水的排出。图4-5载热体发生相变且压力或流量波动较大时换热器的控制示意图4.4 反应器的控制 反应器控制的示意图见图4-6,其中控制自由度NFC =3。反应器内温度控制通过检测反应器内温度控制冷却水流速来实现。反应器内的压力

31、通过控制出料速率实现。反应器的进料流量控制采用定值控制。 图4-6 反应器控制示意图4.5储罐的控制设计要求:(1)要有两套不同的液位计来测量液位,以防止一套液位计的失灵而造成液位的变化。(2)储罐内的液位通过进料或者出料泵的的流量来调节。(3)塔顶设有放空阀和安全阀。(4)塔内设有温度计及压力计及报警装置等。本项目的储罐有液体储罐和气体储罐,以下分别讨论。4.5.1 液体储罐 丙烯储罐控制的示意图见图4-7,其控制自由度NFC =1。丙烷通过进料泵进入,液位通过出料量控制,塔内设有两个液位计。 图4-7 丙烯储罐的控制示意图4.5.2 气体储槽 氨气储槽的示意图见图4-8,其控制自由度NFC =1。我们所采用的储槽是升降的气柜,图中表示出了温度,压力,流量,及安全阀的相对位置。气柜内压力的调节是通过出口的流量