多套化工装置分期建设象限映像布置探讨

葛志颖

(鄂尔多斯市蒙华能源有限公司,内蒙古鄂尔多斯 017000)

化工项目建设单位在规划性选厂和工程性选厂这两个最初级阶段,往往处于被动状态,进入工程设计阶段以后主动权才逐渐回到或掌握在企业手中。而随之进行的总体布局设计是一项政策性和技术性很强的工作,除了工程设计单位必须严格遵守国家有关方针政策、法律法规和有关行业设计规范外,建设单位面对设计本身多目标优化问题,同一项目的多种布置方案以及如何在看似相互矛盾的因素中进行判断、选择并作出科学合理的决策?这似乎是一个很难把握的问题,尤其是反映在同一或同类多套化工装置分期分批建设时更加明显。本文拟从化工厂总体布局的基本要求出发,对多套化工装置的分期分批建设的布置问题作一探讨,供业内同行参考。

1 化工厂总体布局基本要求

1.1 规范要求

按有关行业标准规范,化工厂总体布局应该满足以下三个方面的要求。

(1)生产要求。保证装置和各工序间径直和短捷的作业线,尽可能避免管路交叉和迂回,使各种物料的输送距离最小;同时将水、电、汽耗量大的车间尽量集中,形成负荷中心,与供应地靠近,水、电、汽输送距离最小;人流和货流的交通路线径直和短捷,避免交叉重叠。

(2)安全要求。充分考虑安全布局,严格遵守防火、卫生等安全规范和标准的有关规定,重点是防止火灾和爆炸的发生,并考虑一旦发生危险时能及时疏散和有效救援。

(3)发展要求。要求有较大的弹性和发展空间,使其对工厂的发展变化有较大的适应性。也就是说,随着工厂的发展变化、装置的改造扩建增建,厂内的生产布局和安全布局仍合理。

1.2 三项基本要求与现实的差距

上述三项基本要求,在建设新厂时工程设计单位和建设单位都是遵从的,尤其对 (1)、(2)两项要求遵从相对好些。对于第 (3)项要求,则由于土地征用的客观实际、历史原因和考虑相对欠缺一些,或预留发展空间过小等主观原因,进而使企业在不断发展变化的形势下,改建、扩建场地捉襟见肘甚至危及 (1)、(2)两项基本要求的正常实现,导致企业不得不向外扩充重新征地或另行觅址,结果第 (1)项基本要求的大部分内容如各种物料的输送距离为最小,水、电、汽耗量大的车间尽量集中布置的原则无法实现。比较明显的例子:(1)华东地区几个合成氨厂总产能已达300 kt/a以上,跻身为国内大型合成氨企业,但却是多条生产线各自独立,多套装置五脏俱全,大量人力物力不能共享;(2)某集团两个园区的2×100 kt/a的化工装置,四套装置相互独立、各自为政,存在人力、物力尤其是公用工程不能共享等。而随着该集团的发展壮大,面临着后续同类装置上马后仍各自为政的局面。

造成上述同类多套化工装置各自为政、资源浪费的状况,并非企业的本意或缺乏前瞻性,而是由于一方面化工项目建设技术和资金密集,大的产能一次实现、同期建设缺乏资金和技术的支持;另一方面,企业缺乏统筹发展规划的人才和工厂总体布局的理论知识也是不争的事实;同时,现有的总图布置规范又没有多套装置合理布局资源共享的范例可供参考所致。

2 多套化工装置象限映像布置探讨

对某一集团或化工园区来讲,即便不再上马同一装置,同类别的项目还是要上的。根据笔者的经验和思考,提出多套装置象限映像布置的概念并加以探讨,这或许对某一化工集团或新的化工园区建设的总体布局有一定的指导意义。

2.1 多套化工装置象限映像布置的概念和含义

我们知道,笛卡尔坐标系通过 X/Y轴将一平面划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限;沿 X/Y轴两侧相邻两个象限的图像若相互完全重合则可以互称为另一个图像的映像(或镜像)。

假设某集团或园区拟建设400 kt/a的某化工产品的生产装置,根据项目规模、市场预测以及资金或技术支撑压力需要分期分批建设,计划每期100 kt/a,最后形成4×100 kt/a的生产能力。这时我们不妨这样布置。

(1)按流程和工序将装置划分成若干个“工程岛”,如气化转化岛、气体净化岛、压缩岛、合成精馏岛、公用工程岛(或循环水岛、锅炉岛)等,然后以每个岛预计所占用面积的大约4倍(或略小)设置一个坐标系。

(2)第一期工程上马时,上述各工程岛按化工厂总体布局的三项基本要求分别布置在拟设坐标系第Ⅰ象限,二期工程上述各岛占用拟设坐标系第Ⅱ象限,并且原则上与一期工程成镜像布置(或肩并肩或背靠背布置),三期工程占用第Ⅲ象限,原则上与二期工程成镜像布置。

(3)各坐标系 X或Y轴处布置管廊(或总管廊),后续工程各化工岛分别与前期工程对应各岛通过该管廊实现并联联接。为减少总管更换或增加并联管道,可以考虑从第一期工程开始,总管(廊)即按满足四期生产需要设计。

(4)映像和象限布置时多考虑第 (1)、(2)项基本要求,尽可能避免管路交叉和迂回,使各种物料的输送距离为最小;同时将水、电、汽耗量大的车间尽量集中,或围绕公用工程岛形成负荷中心,使其与供应源靠近,水、电、汽输送距离为最小;人流和货流的交通路线径直和短捷,避免交叉和重叠;充分考虑安全布局,严格遵守防火、卫生等安全规范和标准的有关规定以及一旦发生危险时能及时疏散和有效救援。

(5)根据化工装置的特点和国内多家企业技改技措经验,第4套100 kt/a的生产装置,估计不必整套装置全部上马,只需在4×100 kt/a总物料和热量平衡的基础上,在第Ⅳ象限适当添加若干动设备如压缩机、化工泵等及必要的换热设备(填平补齐),静止的塔、罐类设备可以不上或少上,即可迅速形成4×100 kt/a的生产能力。

(6)压缩机、大型化工泵等动设备可以镜像布置,也可以按常规布置,但为后续工程留有余地的思路和原则应该同上述镜像布置,以便于实现人力、物力资源的共享。

2.2 多套装置分期分批象限映像布置的优缺点

2.2.1 优点

(1)多套化工装置分期分批象限映像布置可实现互为备用,一套装置出现故障,其他装置可利用设计裕量和相互之间的联系管道适当分担产能,合理调配、管控各类资源,减少停车损失。

(2)通过采取上述做法,可发挥先期上马装置的最大潜能,降低总投资和单位产能投资。

(3)压缩机、循环水热水泵等动设备可以利用在同一笛卡尔坐标系的优势,减少备用台数。例如,每套装置各自为政、独立设置需4台往复式压缩机,3开1备,4×100 kt/a的生产能力则需压缩机16台套,即开12备4;4套装置象限映像布置时,各系统可互相备用,上14台套完全可以满足生产需要,即开12备2,省掉2台套压缩机,提高设备利用率,降低建设投资。

(4)同一笛卡尔系内操作、维修、分析化验、生产指挥调度等人力、物力资源可共享,提高劳动效率和生产率,降低人工成本和建设投资。

(5)园区总平面布置具有整体美,使整个园区看上去整齐有序,减少零乱感。

(6)同一笛卡尔系内化工介质物理、化学性质相同,安全法规要求的装置之间的安全距离可以大幅降低或不受安全距离的约束,有利于节省土地,减少多套装置总的占地面积。

(7)控制室、仓贮类主体建筑,可以在第一期时即为二、三、四期预留足够位置,或仅在二、三、四期建设时适当扩充,节省建设投资。2.2.2 缺点

(1)单套装置停车检修、动火时,会影响其他装置的正常生产,须定期、合理统筹安排各套装置的停车检修工作。

(2)同一笛卡尔系内人力资源共享,势必导致员工定员减少、单一员工劳动量增加。

(3)工艺各系若不能围绕公用工程系布置而又相对距离较远时,联接公用工程的管道、线缆需要加长,可能会使投资额增加。

(4)第一期建完,后续几期停建或缓建会导致土地、管路、动力等资源浪费,园区内装置总体布局会显得松散。

3 结论与建议

(1)提出镜像和象限布置旨在对化工厂分期分批上马同一或同类项目时总平面合理布置作一探讨,以节约占地面积,尽可能实现有限的资源共享,降低建设总投资,实现园区总体布局整齐有序为目的。仅为一家之言,仅供同业同行参考。希望能对各相关集团和企业在新上项目和做化工园区总图规划时提供某种程度的参考意见。

(2)若某园区各次各年度所上项目不同,但至少公用工程是基本相同的,可以遵从上述映像原则,或为后续工程留有扩建、再建余地,即第(3)项基本要求的原则,使后续工程有公用工程的依托,避免同一园区多处公用工程岛的弊病。

(3)假设4×100 kt/a某产品的生产装置,纯属为说明映像和象限布置建议的方便,其实2×100 kt/a生产装置按映像布置也可以获得各自独立布置时所不具备的优势。