丁腈乳胶生产装置设备与管道布置特点分析

2021-03-24陈琳王亮北京中寰工程项目管理有限公司武汉分公司湖北武汉430000

化工管理 2021年6期

陈琳，王亮(北京中寰工程项目管理有限公司武汉分公司，湖北武汉 430000)

0 引言

丁腈乳胶，属于丙烯腈与丁二烯的合成高分子化合物，目前主要应用于制造一次性手套。丁腈手套具有强度高和耐渗透性好的特点，环境危害性低，安全性高，市场前景看好。笔者根据自己的工程经验，从丁腈乳胶生产装置的工艺、设备及管道布置特点、设备吊装、管道应力等方面进行了特点分析。

1 工艺流程简介

丁腈乳胶生产工艺主要由原料罐区、溶液制备、聚合、回收/浓缩、成品罐区、冷热水系统六个工序组成。

1.1 原料罐区

原料罐区用于储存和制备本装置生产的主要原材料，如甲基丙烯酸、叔十二烷基硫醇、氢氧化钾、抗氧化剂、氨水等原料，用于后续反应和浓缩工序。

1.2 溶液制备工序

包括纯化丁二烯、添加剂的储存和制备、除尘系统。如消泡剂、PH调节剂、抗氧化剂、乳化剂等的制备。该工序中部分辅料产生的挥发性气体直接去尾气焚烧装置处理。。

1.3 聚合工序

聚合：投入的主原料单体、辅原料和添加剂在反应釜内发生化学反应进行乳液聚合，由于该聚合反应为放热反应，所以需要冷冻机产生的冷水对反应釜降温进行温度控制。典型流程如图1所示。

图1 聚合工序典型流程图

1.4 回收/浓缩工序

该工序通过向反应釜顶端输入氮气使反应釜增压。同时真空泵运转使浓缩罐达到一定真空条件。乳胶在压力的推动下，从反应釜进入浓缩罐。浓缩罐的两个作用：一是回收胶乳中残留的未反应单体(挥发性有机化合物)，二是对胶乳进行浓缩。

1.5 成品罐区

用于中间储罐的丁腈乳胶产品通过内联过滤系统将凝聚物去除然后移送至成品储罐。

1.6 冷热水系统

该系统为整个装置提供高压脱盐水、脱盐水、冷却水，冷冻水、密封水。

2 装置布置

2.1 装置布置要点

按照工艺流程顺序和同类设备相对集中布置的原则，可以将NBL装置划分成不同的区域。由于原料罐区和成品罐区，需要装卸车，同时方便巡检维护，因此靠马路相对布置，中间由管廊隔开。溶液制备和聚合浓缩两个甲类工序物料之间联系紧密，相邻布置。冷热水系统主要为溶液制备和聚合浓缩服务，与其相对布置并由管廊隔开，装置内管廊将几个部分连接起来。装置布置方块如图2所示。

图2 装置布置方块图

2.2 设备吊装

(1)本装置四周预留有足够的区域作为吊装区域；(2)布置在框架里的设备，设备为整体吊装，在框架上预留有吊装孔和活动梁；(3)清洗机置于顶层楼板上，在浓缩罐和反应釜之间留有清洗机移动通道，通道上方的电动葫芦用于清洗机清洗浓缩罐和反应釜，当清洗机大修时，通过反应釜，浓缩罐上方的轨道起吊，穿越吊轨方向的相关设备(注：不考虑穿越管道，管道挡住吊装通道的，可以拆除)，吊出框架；(4)浓缩罐顶部冷凝器的平盖，管箱和封头，高压清洗前需要将冷凝器的平盖，管箱和封头拆除，整个作业在楼面上完成，吊装方案：部件上部设吊点，用手动葫芦起吊。

3 设备布置和管道布置要点

3.1 设备布置要点

主要分析原料罐区、聚合浓缩工序的设备布置要点。

3.1.1 原料罐区

(1)本项目两个丙烯腈储罐储存Ⅱ级高毒性液体，不应与其他易燃和可燃液体储罐布置在同一防火堤内，需单独布置在一个防火堤内，单独作为一个罐组。(2)本项目氨水储罐为乙类液体储罐，应设隔堤与其他类可燃液体储罐隔开。氢氧化钠储罐、氢氧化钾储罐为碱性腐蚀性液体储罐，应设隔堤与其他类可燃液体储罐隔开。(3)布置时禁止两个罐组共用一个防火堤，即相邻罐组防火堤的外堤脚线之间应留有宽度不小于7 m的消防空地。(4)本装置有两个丙A类储罐，直径均为3 m，按GB 50160表6.2.8中相邻两丙A类固定顶罐的防火间距是0.4 D，防火间距1.2 m就够了，然而丙B类固定顶罐的防火间距则是一个具体的数值2 m，笔者认为相邻两丙A类固定顶罐应该参照丙B类，则两丙A类固定顶罐的防火间距不应小于2 m。(5)防火规范中没有规定戊类储罐的防火间距要求，戊类介质为不燃烧介质，按照以往设计经验，戊类储罐按照一般装置设置围堰，无需设置防火堤。

3.1.2 聚合及浓缩框架

(1)聚合及浓缩框架共三层，框架顶部设置U型电动葫芦，方便设备的检修和工具的吊装。二层和三层平面分别设置了两个通道，与溶液框架东面连通，方便人员通行。(2)浓缩罐底部出口管、浓缩罐底过滤器、胶乳卸料泵的设备布置都是互相关联，需结合管道应力计算统筹规划这三者的设备布置。(3)第三层平面反应釜和浓缩罐之间预留近4 m宽的空间，供清洗机工作使用。(4)浓缩罐、浓缩罐顶部收集槽、浓缩罐顶部冷凝器、真空泵的设备布置都是互相关联，需结合管道应力计算统筹规划这三者的设备布置。(5)换热器、冷凝器、压缩机、真空泵需按照实际应用考虑检修空间，其中浓缩罐顶部冷凝器并非常规的抽芯清洗，而是利用高压冲洗水管通入列管中冲洗。(6)反应釜、浓缩罐的设备基础高度需综合考虑底部人员检修，相关管道阀门安装检修，设备仪表高度，设备顶部露出平台高度，顶部仪表及配管等。(7)预加热釜安装高度要高于反应釜一定高度，利用高度差造成压力差，可以加快物料从预热罐去反应釜的时间。

3.2 管道布置要点

主要分析原料罐区、聚合浓缩工序的管道布置要点。

3.2.1 原料罐区

(1)进出储罐组的各类管线、电缆应从防火堤顶部跨越或者从地面以下穿过。当必须穿过防火堤时，应设置套管，并采用不燃烧材料严密封闭，或者采用固定短管且两端采用软管密封连接的形式。目前实际工作中很难做到完全密封，设计中管道尽量不穿越防火堤。例如：当储罐排净口标高低于防火堤高度时，(a)可降低防火堤高度(堤高不低于1 m且需满足防火堤内有效容积)；(b)可在合理范围内抬高设备基础。(2)储罐底排净管道布置时注意不要有低带，否则影响储罐底部排净。

3.2.2 聚合及浓缩

(1)整个装置反应釜和浓缩罐分A系列和B系列，考虑物料走向的平衡性，A系列和B系列相关管道对称布置；(2)止回阀布置时注意流向，安装在垂直管道上时，介质流向应自下而上，最好避免使用介质流向自上而下的特殊止回阀；(3)整个框架管道数量偏多，大管道的走向需提前规划，提框架基础时应预先告知结构预留一部分荷载；(4)真空泵、压缩机的进出口配管需符合厂家的最小阻力损失的要求；(5)反应釜的冷冻水进出管线需设置坡度，便于反应釜夹套层排除多余气体；(6)反应釜、浓缩罐的管口方位需结合管道布置，应力计算，清洗检修等各方面的要求后综合考虑；(7)丙烯腈属于高度危害介质，相关管道的放空和排净应设置双阀，当设置单阀时，应加盲板或法兰盖。

4 管道应力

整个装置中，主要的应力管线集中在聚合浓缩工序、冷热水系统。在布置应力管道时应注意：(1)聚合浓缩工序空间比较紧张，应力管线的走向必须尽早规划，要早于土建一次条件的提出和设备管口方位条件的提出。尤其是管道短，且头尾连接的是设备管口，或者是一组管系串联多个设备的情况下。应尽早规划走向并核算应力，管道确定走向时注意预留三个方位的能吸收位移量的直管段长度。(2)安全阀放空管排入密闭系统，需考虑阀门开启时的反向推力和阀后管段的背压，设备或者管道上的安全阀排放管的支撑尽量生根于设备本体或者管道本体上，这样能使相关管道一起产生位移而不会相互牵制。(3)压缩机、真空泵、风机等振动设备进出口管道一般需结合防振设计进行应力计算，并需生产厂家提供设备管口允许的受力大小。(4)在确定应力管道走向时，兼顾管道支架的设置，如支架的形式、位置、所占空间等，特别是设备管口，尽量预留设置支架的位置和空间。