特大型煤制烯烃工厂总平面布置探究

周家训

摘 要：本文对特大型煤制烯烃工厂总平面布置从功能分区，安全卫生环境，设施场所特性，生产工艺流程，安全防护间距，风向朝向这六个影响因素进行了研究探讨，并提出除这些因素之外还要综合考虑其他因素对工厂总平面布置进行综合分析比较。

关键词：煤制烯烃；工厂；总平面布置

中国煤炭资源比较丰富，主要分布在内蒙古、新疆、山西、陕西、宁夏、河南、安徽、山东等地。目前中国盛产煤炭的地区建设了很多煤制烯烃工厂。下面笔者针对聚烯烃产品生产规模在130万吨/年左右的特大型煤制烯烃工厂总平面布置进行探讨研究。

1 总平面布置应按功能分区布置

该规模的特大型煤制烯烃工厂一般按照功能分区划分为厂前区（生产及行政管理区）、公用工程区、辅助生产区、甲醇装置区、烯烃装置区、液体储罐区、仓库及装卸设施区、火炬设施区、厂外渣场区。

公用工程区包含热电装置、化学水处理装置、净水场、循环水装置、污水处理装置、消防事故水池、废水处理及回用装置、高含盐水处理装置、蒸发塘、换热站、220kv总变电站、消防站。

辅助生产区包含中心化验室、公用工程化驗室、气防站、环境监测站、中央控制室、甲醇控制室、烯烃控制室、机修车间、电仪修车间、维修站。辅助生产区和公用工程区内部的设施根据功能要求分散布置在全厂适当位置。厂前区布置行政办公楼、综合服务楼、培训信息楼、职工餐厅。

甲醇装置区布置空分装置、煤气化装置、净化装置、甲醇合成装置、空压站、硫回收装置。

烯烃装置区布置甲醇制烯烃（S-MTO）装置、烯烃催化裂解（OCC）装置、烯烃公用工程区、聚丙烯装置、聚乙烯装置、MTBE/丁烯-1装置 。其中烯烃公用工程区布置烯烃中间罐区、MTO废水预处理设施、烯烃低压火炬、废碱液焚烧设施。

液体储罐区布置甲醇罐区、烯烃副产品罐区、常压产品罐区、化学品罐区。

仓库及装卸设施区布置固碱库、化学品库、危险品库、综合仓库、备品备件库、全厂润滑油库、射源库、钢瓶库、低温库、催化剂库棚、固体装卸站台、液体装卸系统、烯烃产品储存及装车系统、煤储运系统、灰渣储运系统、天然气调压站。

2 总平面布置应为人员密集场所创造安全卫生环境

工厂内生产管理人员密集区域主要集中在厂前区、中央控制室和中心化验室以及装置区内管理用楼和化验室。厂前区、中央控制室和中心化验室应布置在厂内洁净场所，全年最小风频风向的下风侧；尽可能远离本工厂内散发有毒有害粉尘、气体及液体的生产区域；远离噪音、振动及辐射区域；尽量远离相邻周边工厂污染地段。厂前区应贴近围墙布置，便于发生事故时厂内人员及时疏散。厂前区应进行重点绿化，多种植树木花草，布置建筑小品，以达到净化空气、美化环境、调节工作人员心情和提升工厂视觉形象作用。装置区的综合楼和化验室应尽量布置在装置区洁净场所，远离危险污染区域。

3 总平面布置应考虑厂内设施场所的特性

厂前区为工厂人员集中办公区域，内部应设置小轿车停车场、大型客车停车场及非机动车停车场，在停车场附近围墙设置人员出入口。中心化验室和中央控制室内工作人员密集，应贴邻厂前区布置。维修中心街区内应布置机修车间、电仪修车间、综合仓库、备品备件库、全厂润滑油库和换热站。维修中心产生噪音和明火，可布置在厂前区附近。

空分装置街区内布置6套空分装置、后备系统、专用机柜间和变电所。空分装置要求吸入的空气清洁，不含污染气体和粉尘；同时空分装置产生很大的噪音和振动。空分装置街区应靠围墙布置，不与煤气化装置、净化装置及烯烃装置区等污染地点贴邻布置。

空压站街区内设置空压站及专用机柜间和变电所，应贴近空分装置街区布置。消防站和气防站可合建，消防站内应布置消防训练场地、加压和稳高压消防泵房、消防水池。消防站应靠近围墙布置。

净水场街区内布置消能池、净水车间、污泥处理车间、加药间、生产加压泵房、脱水机房、净水场管理楼。净水场街区比较清洁，不忌噪音和振动（净水场管理楼除外），应靠近工厂围墙布置，便于供水管线接入。净水场街区可布置在空分装置和厂前区之间的地段。220kv总变电站应采用架空电力线接入，应靠近厂外高压线路一侧的围墙布置。220kv总变电站非常危险，四周应设置高度不低于1.8m的固定围栏或围墙。天然气调压站应靠近厂外天然气供应管线一侧的围墙布置。灰渣储运系统靠近围墙和产生灰渣的热电装置布置，附近設置工厂出入口供灰渣运输使用。污水处理装置、消防事故水池、废水处理及回用装置、高含盐水处理装置集中靠近围墙布置在厂区环境较差的地段，并远离厂前区和人员密集场所。液体装卸场用于装卸甲醇罐区、烯烃副产品罐区、常压产品罐区和化学品罐区储罐中的原料和成品。液体装卸场靠工厂围墙布置，液体装卸场为火灾危险性场所，且槽罐车司机多为外公司人员，为防止司机随意进入生产区及工厂内人员随意进入液体装卸场，液体装卸场四周应设置高度不低于1.8m的围墙。液体装卸场内设置两个地中衡，并设置专用的工厂出入口供槽罐车使用。铁道应贴围墙布置，不应布置在厂区中间地段。烯烃产品储存及装车系统、固体装卸站台紧贴厂内铁道布置。烯烃产品储存及装车系统附近设置专用的供大型货车运输的出入口。可燃液体罐区布置在同一区域。固碱库、危险品库、化学品库、射源库、钢瓶库、低温库、催化剂库棚集中布置在仓库区域。煤储运系统应靠近煤矿生产企业布置，缩短输煤栈桥的长度。甲醇装置街区内的煤气化装置、净化装置、甲醇合成装置、硫回收装置布置在厂区中间地段。烯烃装置街区布置在烯烃产品储存及装车系统附近。烯烃装置街区内设施的火灾及爆炸危险性非常大，烯烃装置街区尽可能布置在围墙附近。

全厂设置3个循环水场，布置在甲醇装置街区和烯烃装置街区内适当位置。循环水场水雾大，噪音大，水质忌粉尘及溶于水的有害气体污染。循环水场的布置应减弱水雾对人员密集场所和忌水设施变配电所，机柜间的影响，远离热电装置灰渣场所。多个换热站、维修站、专用变电所和机柜间分散布置在装置街区内适当位置。全厂高架火炬靠近工厂围墙拐角处布置，远离厂前区和释放源。蒸发塘布置在高架火炬旁边的空地，靠近热源便于热量散发。蒸发塘尽可能靠近污水处理场，减少污水管道长度。渣场应在工厂外选择一块劣质的土地进行布置，减少渣场散发出的有害气体对周边环境的影响。

4 总平面布置应考虑生产工艺流程顺畅

生产工艺流程顺畅，可以缩短地下管线、地上管廊及输煤栈桥的长度，节省建设投资以及工厂运行阶段可以降低生产能耗节省运营成本。

煤制烯烃工厂简要生产工艺流程为：原煤经过煤浆制备单元制成合格煤浆后，与空分装置送来的氧气一起进入气化装置的气化炉，生成粗合成气，经激冷和洗涤后送入净化装置。在净化装置中，粗合成气先进入变换单元处理，再进入酸性气体脱除单元脱除硫化氢和二氧化碳。净化装置的甲醇合成气与氢气回收单元返回的氢气经混合压缩后进入甲醇合成系统进行甲醇合成反应，合成后分离出的液相粗甲醇送甲醇精馏单元分离精制。粗甲醇经预塔精馏处理后得到MTO级粗甲醇，直送甲醇制烯烃装置，转化为烯烃混合物，再经烯烃分离装置制得聚合级乙烯、聚合级丙烯、燃料气、丙烷、混合碳四碳五、粗汽油产品。通过聚乙烯和聚丙烯装置聚合反应产出聚乙烯和聚丙烯产品。丙烷和粗汽油送全厂罐区。烯烃催化裂解（OCC）装置采用S-MTO装置副产的混合碳四碳五作为原料，将其转化为粗丙烯返回S-MTO装置，在S-MTO装置中分离出聚合级乙烯、聚合级丙烯。煤气化装置酸性气体脱除单元浓缩的含H2S酸性气，送硫回收装置生产硫磺产品。

考虑生产工艺流程顺畅，空分装置靠近水煤浆气化单元布置，水煤浆气化单元靠近变换单元布置，变换单元靠近酸性气体脱除单元和硫回收装置布置，酸性气体脱除单元靠近甲醇合成装置布置，甲醇合成装置靠近甲醇精馏装置布置，甲醇精馏装置靠近S-MTO装置布置，聚乙烯装置（釜式、管式、气相）和聚丙烯装置（环管、气相）靠近S-MTO装置布置。

5 总平面布置应考虑安全防护间距

工厂内设施之间的间距应满足防火、防爆、安全卫生等要求。防火间距应符合现行《石油化工企业设计防火规范》及《建筑设计防火规范》等规范的规定。

比如消防站及气防站与甲类装置的防火间距不应小于50米；厂前区、中央控制室、中心化验室为第一类全厂性重要设施，与S-MTO装置、烯烃装置区等甲类装置的防火间距不应小于40米，与乙类和丙类装置的防火间距分别不应小于35米和30米，与甲类仓库的防火间距不应小于45米，与汽车装卸站的防火间距不应小于40米，与铁路装卸站的防火间距不应小于45米，与罐区甲乙类泵房的防火间距不应小于45米，与污水处理场（隔油池、污油罐）的防火间距不应小于35米，与全厂高架火炬的防火间距不应小于90米，且在火炬辐射热影响范围之外。

工厂防爆应满足现行《爆炸危险环境电力装置设计规范》规定。全厂性和区域性重要设施均应布置在相邻装置的火灾爆炸危险区域之外。烯烃区地面火炬、维修车间、热电站等明火及散发火花地点、铁路走形线和原料产品运输道路应布置在火灾爆炸危险区域之外。电气设施应布置在相邻装置的火灾爆炸危险区域之外。卫生防护距离应符合《化工企业总图运输设计规范》及《石油化工企业卫生防护距离》等规定。全厂高架火炬及烯烃生产装置区与本工厂内生产管理区及工厂周边敏感区应保持一定的卫生防护距离。全厂高架火炬（采用附壁效应火炬头）与生产管理区的防护距离不应小于500米，与居住区的防护距离不应小于600米，与医院住院部的防护距离不应小于2500米。烯烃生产装置区及污水处理地点与居住区的防护距离与风速有关，当地近五年平均风速在小于2.0m/s，2.0～4.0m/s，大于4.0m/s这三种不同情况下，防护距离分别不应小于900米，600米，500米。

6 总平面布置应考虑风向朝向

总平面布置应考虑风向影响，尽量减弱有害粉尘、气体对人员及设施的影响，减弱全厂高架火炬火雨的影响。热电站、灰渣场、S-MTO装置、烯烃装置区、硫磺回收装置等污染源宜布置在洁净场所（如人员密集场所、变电所、机柜间、空分装置、空压站）全年最小风频风向上风侧。全厂高架火炬宜布置在可能会散发易燃易爆介质场所（如生产装置、液体储罐区、危险品库区）全年最小风频风向上风侧。循环水装置宜布置在相邻变电所、机柜间冬季最小风频风向上风侧。

总平面布置应考慮朝向影响。我国处在地球北纬位置，南向采光比較好，人员居住建筑物（如厂前区内建筑物、装置区内管理楼、化验楼、变配电所、机柜间）应尽量南北向布置，不应朝西布置以避免西晒。将忌光设施布置在建筑物阴暗侧，如空分装置的储气罐布置在空分装置北侧。

7 结束语

此规模的特大型煤制烯烃工厂占地面积较大（400万平方米左右），总平面布置比较复杂。总平面布置不仅要考虑上述因素，还应综合考虑自然条件，运输要求，消防要求，管理操作要求，施工、安装、检修、改扩建及预留发展等要求，对工厂总平面布置进行多方案比较，对工厂建筑系数、容积率、厂前区占全厂用地面积比、绿地率、投资强度等主要技术经济指标进行比较，对建设投资及生产能耗进行比较，对人员健康卫生环境，有害物质影响，工厂安全风险进行分析比较。