特大型煤制烯烴工廠總平面布置探究

周家訓(xùn)

摘 要：本文對特大型煤制烯烴工廠總平面布置從功能分區(qū)，安全衛(wèi)生環(huán)境，設(shè)施場所特性，生產(chǎn)工藝流程，安全防護間距，風(fēng)向朝向這六個影響因素進行了研究探討，并提出除這些因素之外還要綜合考慮其他因素對工廠總平面布置進行綜合分析比較。

關(guān)鍵詞：煤制烯烴；工廠；總平面布置

中國煤炭資源比較豐富，主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、山西、陜西、寧夏、河南、安徽、山東等地。目前中國盛產(chǎn)煤炭的地區(qū)建設(shè)了很多煤制烯烴工廠。下面筆者針對聚烯烴產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模在130萬噸/年左右的特大型煤制烯烴工廠總平面布置進行探討研究。

1 總平面布置應(yīng)按功能分區(qū)布置

該規(guī)模的特大型煤制烯烴工廠一般按照功能分區(qū)劃分為廠前區(qū)（生產(chǎn)及行政管理區(qū)）、公用工程區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、甲醇裝置區(qū)、烯烴裝置區(qū)、液體儲罐區(qū)、倉庫及裝卸設(shè)施區(qū)、火炬設(shè)施區(qū)、廠外渣場區(qū)。

公用工程區(qū)包含熱電裝置、化學(xué)水處理裝置、凈水場、循環(huán)水裝置、污水處理裝置、消防事故水池、廢水處理及回用裝置、高含鹽水處理裝置、蒸發(fā)塘、換熱站、220kv總變電站、消防站。

輔助生產(chǎn)區(qū)包含中心化驗室、公用工程化驗室、氣防站、環(huán)境監(jiān)測站、中央控制室、甲醇控制室、烯烴控制室、機修車間、電儀修車間、維修站。輔助生產(chǎn)區(qū)和公用工程區(qū)內(nèi)部的設(shè)施根據(jù)功能要求分散布置在全廠適當(dāng)位置。廠前區(qū)布置行政辦公樓、綜合服務(wù)樓、培訓(xùn)信息樓、職工餐廳。

甲醇裝置區(qū)布置空分裝置、煤氣化裝置、凈化裝置、甲醇合成裝置、空壓站、硫回收裝置。

烯烴裝置區(qū)布置甲醇制烯烴（S-MTO）裝置、烯烴催化裂解（OCC）裝置、烯烴公用工程區(qū)、聚丙烯裝置、聚乙烯裝置、MTBE/丁烯-1裝置 。其中烯烴公用工程區(qū)布置烯烴中間罐區(qū)、MTO廢水預(yù)處理設(shè)施、烯烴低壓火炬、廢堿液焚燒設(shè)施。

液體儲罐區(qū)布置甲醇罐區(qū)、烯烴副產(chǎn)品罐區(qū)、常壓產(chǎn)品罐區(qū)、化學(xué)品罐區(qū)。

倉庫及裝卸設(shè)施區(qū)布置固堿庫、化學(xué)品庫、危險品庫、綜合倉庫、備品備件庫、全廠潤滑油庫、射源庫、鋼瓶庫、低溫庫、催化劑庫棚、固體裝卸站臺、液體裝卸系統(tǒng)、烯烴產(chǎn)品儲存及裝車系統(tǒng)、煤儲運系統(tǒng)、灰渣儲運系統(tǒng)、天然氣調(diào)壓站。

2 總平面布置應(yīng)為人員密集場所創(chuàng)造安全衛(wèi)生環(huán)境

工廠內(nèi)生產(chǎn)管理人員密集區(qū)域主要集中在廠前區(qū)、中央控制室和中心化驗室以及裝置區(qū)內(nèi)管理用樓和化驗室。廠前區(qū)、中央控制室和中心化驗室應(yīng)布置在廠內(nèi)潔凈場所，全年最小風(fēng)頻風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；盡可能遠(yuǎn)離本工廠內(nèi)散發(fā)有毒有害粉塵、氣體及液體的生產(chǎn)區(qū)域；遠(yuǎn)離噪音、振動及輻射區(qū)域；盡量遠(yuǎn)離相鄰周邊工廠污染地段。廠前區(qū)應(yīng)貼近圍墻布置，便于發(fā)生事故時廠內(nèi)人員及時疏散。廠前區(qū)應(yīng)進行重點綠化，多種植樹木花草，布置建筑小品，以達到凈化空氣、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)工作人員心情和提升工廠視覺形象作用。裝置區(qū)的綜合樓和化驗室應(yīng)盡量布置在裝置區(qū)潔凈場所，遠(yuǎn)離危險污染區(qū)域。

3 總平面布置應(yīng)考慮廠內(nèi)設(shè)施場所的特性

廠前區(qū)為工廠人員集中辦公區(qū)域，內(nèi)部應(yīng)設(shè)置小轎車停車場、大型客車停車場及非機動車停車場，在停車場附近圍墻設(shè)置人員出入口。中心化驗室和中央控制室內(nèi)工作人員密集，應(yīng)貼鄰廠前區(qū)布置。維修中心街區(qū)內(nèi)應(yīng)布置機修車間、電儀修車間、綜合倉庫、備品備件庫、全廠潤滑油庫和換熱站。維修中心產(chǎn)生噪音和明火，可布置在廠前區(qū)附近。

空分裝置街區(qū)內(nèi)布置6套空分裝置、后備系統(tǒng)、專用機柜間和變電所?？辗盅b置要求吸入的空氣清潔，不含污染氣體和粉塵；同時空分裝置產(chǎn)生很大的噪音和振動?？辗盅b置街區(qū)應(yīng)靠圍墻布置，不與煤氣化裝置、凈化裝置及烯烴裝置區(qū)等污染地點貼鄰布置。

空壓站街區(qū)內(nèi)設(shè)置空壓站及專用機柜間和變電所，應(yīng)貼近空分裝置街區(qū)布置。消防站和氣防站可合建，消防站內(nèi)應(yīng)布置消防訓(xùn)練場地、加壓和穩(wěn)高壓消防泵房、消防水池。消防站應(yīng)靠近圍墻布置。

凈水場街區(qū)內(nèi)布置消能池、凈水車間、污泥處理車間、加藥間、生產(chǎn)加壓泵房、脫水機房、凈水場管理樓。凈水場街區(qū)比較清潔，不忌噪音和振動（凈水場管理樓除外），應(yīng)靠近工廠圍墻布置，便于供水管線接入。凈水場街區(qū)可布置在空分裝置和廠前區(qū)之間的地段。220kv總變電站應(yīng)采用架空電力線接入，應(yīng)靠近廠外高壓線路一側(cè)的圍墻布置。220kv總變電站非常危險，四周應(yīng)設(shè)置高度不低于1.8m的固定圍欄或圍墻。天然氣調(diào)壓站應(yīng)靠近廠外天然氣供應(yīng)管線一側(cè)的圍墻布置?；以鼉\系統(tǒng)靠近圍墻和產(chǎn)生灰渣的熱電裝置布置，附近設(shè)置工廠出入口供灰渣運輸使用。污水處理裝置、消防事故水池、廢水處理及回用裝置、高含鹽水處理裝置集中靠近圍墻布置在廠區(qū)環(huán)境較差的地段，并遠(yuǎn)離廠前區(qū)和人員密集場所。液體裝卸場用于裝卸甲醇罐區(qū)、烯烴副產(chǎn)品罐區(qū)、常壓產(chǎn)品罐區(qū)和化學(xué)品罐區(qū)儲罐中的原料和成品。液體裝卸場靠工廠圍墻布置，液體裝卸場為火災(zāi)危險性場所，且槽罐車司機多為外公司人員，為防止司機隨意進入生產(chǎn)區(qū)及工廠內(nèi)人員隨意進入液體裝卸場，液體裝卸場四周應(yīng)設(shè)置高度不低于1.8m的圍墻。液體裝卸場內(nèi)設(shè)置兩個地中衡，并設(shè)置專用的工廠出入口供槽罐車使用。鐵道應(yīng)貼圍墻布置，不應(yīng)布置在廠區(qū)中間地段。烯烴產(chǎn)品儲存及裝車系統(tǒng)、固體裝卸站臺緊貼廠內(nèi)鐵道布置。烯烴產(chǎn)品儲存及裝車系統(tǒng)附近設(shè)置專用的供大型貨車運輸?shù)某鋈肟??？扇家后w罐區(qū)布置在同一區(qū)域。固堿庫、危險品庫、化學(xué)品庫、射源庫、鋼瓶庫、低溫庫、催化劑庫棚集中布置在倉庫區(qū)域。煤儲運系統(tǒng)應(yīng)靠近煤礦生產(chǎn)企業(yè)布置，縮短輸煤棧橋的長度。甲醇裝置街區(qū)內(nèi)的煤氣化裝置、凈化裝置、甲醇合成裝置、硫回收裝置布置在廠區(qū)中間地段。烯烴裝置街區(qū)布置在烯烴產(chǎn)品儲存及裝車系統(tǒng)附近。烯烴裝置街區(qū)內(nèi)設(shè)施的火災(zāi)及爆炸危險性非常大，烯烴裝置街區(qū)盡可能布置在圍墻附近。

全廠設(shè)置3個循環(huán)水場，布置在甲醇裝置街區(qū)和烯烴裝置街區(qū)內(nèi)適當(dāng)位置。循環(huán)水場水霧大，噪音大，水質(zhì)忌粉塵及溶于水的有害氣體污染。循環(huán)水場的布置應(yīng)減弱水霧對人員密集場所和忌水設(shè)施變配電所，機柜間的影響，遠(yuǎn)離熱電裝置灰渣場所。多個換熱站、維修站、專用變電所和機柜間分散布置在裝置街區(qū)內(nèi)適當(dāng)位置。全廠高架火炬靠近工廠圍墻拐角處布置，遠(yuǎn)離廠前區(qū)和釋放源。蒸發(fā)塘布置在高架火炬旁邊的空地，靠近熱源便于熱量散發(fā)。蒸發(fā)塘盡可能靠近污水處理場，減少污水管道長度。渣場應(yīng)在工廠外選擇一塊劣質(zhì)的土地進行布置，減少渣場散發(fā)出的有害氣體對周邊環(huán)境的影響。

4 總平面布置應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝流程順暢

生產(chǎn)工藝流程順暢，可以縮短地下管線、地上管廊及輸煤棧橋的長度，節(jié)省建設(shè)投資以及工廠運行階段可以降低生產(chǎn)能耗節(jié)省運營成本。

煤制烯烴工廠簡要生產(chǎn)工藝流程為：原煤經(jīng)過煤漿制備單元制成合格煤漿后，與空分裝置送來的氧氣一起進入氣化裝置的氣化爐，生成粗合成氣，經(jīng)激冷和洗滌后送入凈化裝置。在凈化裝置中，粗合成氣先進入變換單元處理，再進入酸性氣體脫除單元脫除硫化氫和二氧化碳。凈化裝置的甲醇合成氣與氫氣回收單元返回的氫氣經(jīng)混合壓縮后進入甲醇合成系統(tǒng)進行甲醇合成反應(yīng)，合成后分離出的液相粗甲醇送甲醇精餾單元分離精制。粗甲醇經(jīng)預(yù)塔精餾處理后得到MTO級粗甲醇，直送甲醇制烯烴裝置，轉(zhuǎn)化為烯烴混合物，再經(jīng)烯烴分離裝置制得聚合級乙烯、聚合級丙烯、燃料氣、丙烷、混合碳四碳五、粗汽油產(chǎn)品。通過聚乙烯和聚丙烯裝置聚合反應(yīng)產(chǎn)出聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)品。丙烷和粗汽油送全廠罐區(qū)。烯烴催化裂解（OCC）裝置采用S-MTO裝置副產(chǎn)的混合碳四碳五作為原料，將其轉(zhuǎn)化為粗丙烯返回S-MTO裝置，在S-MTO裝置中分離出聚合級乙烯、聚合級丙烯。煤氣化裝置酸性氣體脫除單元濃縮的含H2S酸性氣，送硫回收裝置生產(chǎn)硫磺產(chǎn)品。

考慮生產(chǎn)工藝流程順暢，空分裝置靠近水煤漿氣化單元布置，水煤漿氣化單元靠近變換單元布置，變換單元靠近酸性氣體脫除單元和硫回收裝置布置，酸性氣體脫除單元靠近甲醇合成裝置布置，甲醇合成裝置靠近甲醇精餾裝置布置，甲醇精餾裝置靠近S-MTO裝置布置，聚乙烯裝置（釜式、管式、氣相）和聚丙烯裝置（環(huán)管、氣相）靠近S-MTO裝置布置。

5 總平面布置應(yīng)考慮安全防護間距

工廠內(nèi)設(shè)施之間的間距應(yīng)滿足防火、防爆、安全衛(wèi)生等要求。防火間距應(yīng)符合現(xiàn)行《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》等規(guī)范的規(guī)定。

比如消防站及氣防站與甲類裝置的防火間距不應(yīng)小于50米；廠前區(qū)、中央控制室、中心化驗室為第一類全廠性重要設(shè)施，與S-MTO裝置、烯烴裝置區(qū)等甲類裝置的防火間距不應(yīng)小于40米，與乙類和丙類裝置的防火間距分別不應(yīng)小于35米和30米，與甲類倉庫的防火間距不應(yīng)小于45米，與汽車裝卸站的防火間距不應(yīng)小于40米，與鐵路裝卸站的防火間距不應(yīng)小于45米，與罐區(qū)甲乙類泵房的防火間距不應(yīng)小于45米，與污水處理場（隔油池、污油罐）的防火間距不應(yīng)小于35米，與全廠高架火炬的防火間距不應(yīng)小于90米，且在火炬輻射熱影響范圍之外。

工廠防爆應(yīng)滿足現(xiàn)行《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定。全廠性和區(qū)域性重要設(shè)施均應(yīng)布置在相鄰裝置的火災(zāi)爆炸危險區(qū)域之外。烯烴區(qū)地面火炬、維修車間、熱電站等明火及散發(fā)火花地點、鐵路走形線和原料產(chǎn)品運輸?shù)缆窇?yīng)布置在火災(zāi)爆炸危險區(qū)域之外。電氣設(shè)施應(yīng)布置在相鄰裝置的火災(zāi)爆炸危險區(qū)域之外。衛(wèi)生防護距離應(yīng)符合《化工企業(yè)總圖運輸設(shè)計規(guī)范》及《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》等規(guī)定。全廠高架火炬及烯烴生產(chǎn)裝置區(qū)與本工廠內(nèi)生產(chǎn)管理區(qū)及工廠周邊敏感區(qū)應(yīng)保持一定的衛(wèi)生防護距離。全廠高架火炬（采用附壁效應(yīng)火炬頭）與生產(chǎn)管理區(qū)的防護距離不應(yīng)小于500米，與居住區(qū)的防護距離不應(yīng)小于600米，與醫(yī)院住院部的防護距離不應(yīng)小于2500米。烯烴生產(chǎn)裝置區(qū)及污水處理地點與居住區(qū)的防護距離與風(fēng)速有關(guān)，當(dāng)?shù)亟迥昶骄L(fēng)速在小于2.0m/s，2.0～4.0m/s，大于4.0m/s這三種不同情況下，防護距離分別不應(yīng)小于900米，600米，500米。

6 總平面布置應(yīng)考慮風(fēng)向朝向

總平面布置應(yīng)考慮風(fēng)向影響，盡量減弱有害粉塵、氣體對人員及設(shè)施的影響，減弱全廠高架火炬火雨的影響。熱電站、灰渣場、S-MTO裝置、烯烴裝置區(qū)、硫磺回收裝置等污染源宜布置在潔凈場所（如人員密集場所、變電所、機柜間、空分裝置、空壓站）全年最小風(fēng)頻風(fēng)向上風(fēng)側(cè)。全廠高架火炬宜布置在可能會散發(fā)易燃易爆介質(zhì)場所（如生產(chǎn)裝置、液體儲罐區(qū)、危險品庫區(qū)）全年最小風(fēng)頻風(fēng)向上風(fēng)側(cè)。循環(huán)水裝置宜布置在相鄰變電所、機柜間冬季最小風(fēng)頻風(fēng)向上風(fēng)側(cè)。

總平面布置應(yīng)考慮朝向影響。我國處在地球北緯位置，南向采光比較好，人員居住建筑物（如廠前區(qū)內(nèi)建筑物、裝置區(qū)內(nèi)管理樓、化驗樓、變配電所、機柜間）應(yīng)盡量南北向布置，不應(yīng)朝西布置以避免西曬。將忌光設(shè)施布置在建筑物陰暗側(cè)，如空分裝置的儲氣罐布置在空分裝置北側(cè)。

7 結(jié)束語

此規(guī)模的特大型煤制烯烴工廠占地面積較大（400萬平方米左右），總平面布置比較復(fù)雜。總平面布置不僅要考慮上述因素，還應(yīng)綜合考慮自然條件，運輸要求，消防要求，管理操作要求，施工、安裝、檢修、改擴建及預(yù)留發(fā)展等要求，對工廠總平面布置進行多方案比較，對工廠建筑系數(shù)、容積率、廠前區(qū)占全廠用地面積比、綠地率、投資強度等主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行比較，對建設(shè)投資及生產(chǎn)能耗進行比較，對人員健康衛(wèi)生環(huán)境，有害物質(zhì)影響，工廠安全風(fēng)險進行分析比較。