多套化工裝置分期建設(shè)象限映像布置探討

葛志穎

(鄂爾多斯市蒙華能源有限公司,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

化工項目建設(shè)單位在規(guī)劃性選廠和工程性選廠這兩個最初級階段,往往處于被動狀態(tài),進(jìn)入工程設(shè)計階段以后主動權(quán)才逐漸回到或掌握在企業(yè)手中。而隨之進(jìn)行的總體布局設(shè)計是一項政策性和技術(shù)性很強(qiáng)的工作,除了工程設(shè)計單位必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)方針政策、法律法規(guī)和有關(guān)行業(yè)設(shè)計規(guī)范外,建設(shè)單位面對設(shè)計本身多目標(biāo)優(yōu)化問題,同一項目的多種布置方案以及如何在看似相互矛盾的因素中進(jìn)行判斷、選擇并作出科學(xué)合理的決策?這似乎是一個很難把握的問題,尤其是反映在同一或同類多套化工裝置分期分批建設(shè)時更加明顯。本文擬從化工廠總體布局的基本要求出發(fā),對多套化工裝置的分期分批建設(shè)的布置問題作一探討,供業(yè)內(nèi)同行參考。

1 化工廠總體布局基本要求

1.1 規(guī)范要求

按有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,化工廠總體布局應(yīng)該滿足以下三個方面的要求。

(1)生產(chǎn)要求。保證裝置和各工序間徑直和短捷的作業(yè)線,盡可能避免管路交叉和迂回,使各種物料的輸送距離最小;同時將水、電、汽耗量大的車間盡量集中,形成負(fù)荷中心,與供應(yīng)地靠近,水、電、汽輸送距離最小;人流和貨流的交通路線徑直和短捷,避免交叉重疊。

(2)安全要求。充分考慮安全布局,嚴(yán)格遵守防火、衛(wèi)生等安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定,重點是防止火災(zāi)和爆炸的發(fā)生,并考慮一旦發(fā)生危險時能及時疏散和有效救援。

(3)發(fā)展要求。要求有較大的彈性和發(fā)展空間,使其對工廠的發(fā)展變化有較大的適應(yīng)性。也就是說,隨著工廠的發(fā)展變化、裝置的改造擴(kuò)建增建,廠內(nèi)的生產(chǎn)布局和安全布局仍合理。

1.2 三項基本要求與現(xiàn)實的差距

上述三項基本要求,在建設(shè)新廠時工程設(shè)計單位和建設(shè)單位都是遵從的,尤其對 (1)、(2)兩項要求遵從相對好些。對于第 (3)項要求,則由于土地征用的客觀實際、歷史原因和考慮相對欠缺一些,或預(yù)留發(fā)展空間過小等主觀原因,進(jìn)而使企業(yè)在不斷發(fā)展變化的形勢下,改建、擴(kuò)建場地捉襟見肘甚至危及 (1)、(2)兩項基本要求的正常實現(xiàn),導(dǎo)致企業(yè)不得不向外擴(kuò)充重新征地或另行覓址,結(jié)果第 (1)項基本要求的大部分內(nèi)容如各種物料的輸送距離為最小,水、電、汽耗量大的車間盡量集中布置的原則無法實現(xiàn)。比較明顯的例子:(1)華東地區(qū)幾個合成氨廠總產(chǎn)能已達(dá)300 kt/a以上,躋身為國內(nèi)大型合成氨企業(yè),但卻是多條生產(chǎn)線各自獨立,多套裝置五臟俱全,大量人力物力不能共享;(2)某集團(tuán)兩個園區(qū)的2×100 kt/a的化工裝置,四套裝置相互獨立、各自為政,存在人力、物力尤其是公用工程不能共享等。而隨著該集團(tuán)的發(fā)展壯大,面臨著后續(xù)同類裝置上馬后仍各自為政的局面。

造成上述同類多套化工裝置各自為政、資源浪費的狀況,并非企業(yè)的本意或缺乏前瞻性,而是由于一方面化工項目建設(shè)技術(shù)和資金密集,大的產(chǎn)能一次實現(xiàn)、同期建設(shè)缺乏資金和技術(shù)的支持;另一方面,企業(yè)缺乏統(tǒng)籌發(fā)展規(guī)劃的人才和工廠總體布局的理論知識也是不爭的事實;同時,現(xiàn)有的總圖布置規(guī)范又沒有多套裝置合理布局資源共享的范例可供參考所致。

2 多套化工裝置象限映像布置探討

對某一集團(tuán)或化工園區(qū)來講,即便不再上馬同一裝置,同類別的項目還是要上的。根據(jù)筆者的經(jīng)驗和思考,提出多套裝置象限映像布置的概念并加以探討,這或許對某一化工集團(tuán)或新的化工園區(qū)建設(shè)的總體布局有一定的指導(dǎo)意義。

2.1 多套化工裝置象限映像布置的概念和含義

我們知道,笛卡爾坐標(biāo)系通過 X/Y軸將一平面劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個象限;沿 X/Y軸兩側(cè)相鄰兩個象限的圖像若相互完全重合則可以互稱為另一個圖像的映像(或鏡像)。

假設(shè)某集團(tuán)或園區(qū)擬建設(shè)400 kt/a的某化工產(chǎn)品的生產(chǎn)裝置,根據(jù)項目規(guī)模、市場預(yù)測以及資金或技術(shù)支撐壓力需要分期分批建設(shè),計劃每期100 kt/a,最后形成4×100 kt/a的生產(chǎn)能力。這時我們不妨這樣布置。

(1)按流程和工序?qū)⒀b置劃分成若干個“工程島”,如氣化轉(zhuǎn)化島、氣體凈化島、壓縮島、合成精餾島、公用工程島(或循環(huán)水島、鍋爐島)等,然后以每個島預(yù)計所占用面積的大約4倍(或略小)設(shè)置一個坐標(biāo)系。

(2)第一期工程上馬時,上述各工程島按化工廠總體布局的三項基本要求分別布置在擬設(shè)坐標(biāo)系第Ⅰ象限,二期工程上述各島占用擬設(shè)坐標(biāo)系第Ⅱ象限,并且原則上與一期工程成鏡像布置(或肩并肩或背靠背布置),三期工程占用第Ⅲ象限,原則上與二期工程成鏡像布置。

(3)各坐標(biāo)系 X或Y軸處布置管廊(或總管廊),后續(xù)工程各化工島分別與前期工程對應(yīng)各島通過該管廊實現(xiàn)并聯(lián)聯(lián)接。為減少總管更換或增加并聯(lián)管道,可以考慮從第一期工程開始,總管(廊)即按滿足四期生產(chǎn)需要設(shè)計。

(4)映像和象限布置時多考慮第 (1)、(2)項基本要求,盡可能避免管路交叉和迂回,使各種物料的輸送距離為最小;同時將水、電、汽耗量大的車間盡量集中,或圍繞公用工程島形成負(fù)荷中心,使其與供應(yīng)源靠近,水、電、汽輸送距離為最小;人流和貨流的交通路線徑直和短捷,避免交叉和重疊;充分考慮安全布局,嚴(yán)格遵守防火、衛(wèi)生等安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定以及一旦發(fā)生危險時能及時疏散和有效救援。

(5)根據(jù)化工裝置的特點和國內(nèi)多家企業(yè)技改技措經(jīng)驗,第4套100 kt/a的生產(chǎn)裝置,估計不必整套裝置全部上馬,只需在4×100 kt/a總物料和熱量平衡的基礎(chǔ)上,在第Ⅳ象限適當(dāng)添加若干動設(shè)備如壓縮機(jī)、化工泵等及必要的換熱設(shè)備(填平補(bǔ)齊),靜止的塔、罐類設(shè)備可以不上或少上,即可迅速形成4×100 kt/a的生產(chǎn)能力。

(6)壓縮機(jī)、大型化工泵等動設(shè)備可以鏡像布置,也可以按常規(guī)布置,但為后續(xù)工程留有余地的思路和原則應(yīng)該同上述鏡像布置,以便于實現(xiàn)人力、物力資源的共享。

2.2 多套裝置分期分批象限映像布置的優(yōu)缺點

2.2.1 優(yōu)點

(1)多套化工裝置分期分批象限映像布置可實現(xiàn)互為備用,一套裝置出現(xiàn)故障,其他裝置可利用設(shè)計裕量和相互之間的聯(lián)系管道適當(dāng)分擔(dān)產(chǎn)能,合理調(diào)配、管控各類資源,減少停車損失。

(2)通過采取上述做法,可發(fā)揮先期上馬裝置的最大潛能,降低總投資和單位產(chǎn)能投資。

(3)壓縮機(jī)、循環(huán)水熱水泵等動設(shè)備可以利用在同一笛卡爾坐標(biāo)系的優(yōu)勢,減少備用臺數(shù)。例如,每套裝置各自為政、獨立設(shè)置需4臺往復(fù)式壓縮機(jī),3開1備,4×100 kt/a的生產(chǎn)能力則需壓縮機(jī)16臺套,即開12備4;4套裝置象限映像布置時,各系統(tǒng)可互相備用,上14臺套完全可以滿足生產(chǎn)需要,即開12備2,省掉2臺套壓縮機(jī),提高設(shè)備利用率,降低建設(shè)投資。

(4)同一笛卡爾系內(nèi)操作、維修、分析化驗、生產(chǎn)指揮調(diào)度等人力、物力資源可共享,提高勞動效率和生產(chǎn)率,降低人工成本和建設(shè)投資。

(5)園區(qū)總平面布置具有整體美,使整個園區(qū)看上去整齊有序,減少零亂感。

(6)同一笛卡爾系內(nèi)化工介質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)相同,安全法規(guī)要求的裝置之間的安全距離可以大幅降低或不受安全距離的約束,有利于節(jié)省土地,減少多套裝置總的占地面積。

(7)控制室、倉貯類主體建筑,可以在第一期時即為二、三、四期預(yù)留足夠位置,或僅在二、三、四期建設(shè)時適當(dāng)擴(kuò)充,節(jié)省建設(shè)投資。2.2.2 缺點

(1)單套裝置停車檢修、動火時,會影響其他裝置的正常生產(chǎn),須定期、合理統(tǒng)籌安排各套裝置的停車檢修工作。

(2)同一笛卡爾系內(nèi)人力資源共享,勢必導(dǎo)致員工定員減少、單一員工勞動量增加。

(3)工藝各系若不能圍繞公用工程系布置而又相對距離較遠(yuǎn)時,聯(lián)接公用工程的管道、線纜需要加長,可能會使投資額增加。

(4)第一期建完,后續(xù)幾期停建或緩建會導(dǎo)致土地、管路、動力等資源浪費,園區(qū)內(nèi)裝置總體布局會顯得松散。

3 結(jié)論與建議

(1)提出鏡像和象限布置旨在對化工廠分期分批上馬同一或同類項目時總平面合理布置作一探討,以節(jié)約占地面積,盡可能實現(xiàn)有限的資源共享,降低建設(shè)總投資,實現(xiàn)園區(qū)總體布局整齊有序為目的。僅為一家之言,僅供同業(yè)同行參考。希望能對各相關(guān)集團(tuán)和企業(yè)在新上項目和做化工園區(qū)總圖規(guī)劃時提供某種程度的參考意見。

(2)若某園區(qū)各次各年度所上項目不同,但至少公用工程是基本相同的,可以遵從上述映像原則,或為后續(xù)工程留有擴(kuò)建、再建余地,即第(3)項基本要求的原則,使后續(xù)工程有公用工程的依托,避免同一園區(qū)多處公用工程島的弊病。

(3)假設(shè)4×100 kt/a某產(chǎn)品的生產(chǎn)裝置,純屬為說明映像和象限布置建議的方便,其實2×100 kt/a生產(chǎn)裝置按映像布置也可以獲得各自獨立布置時所不具備的優(yōu)勢。