海島型石油化工基地設(shè)計新思路

張仁坤，陳 勇，王玉華，竺柏康

(浙江海洋大學(xué)石化與能源工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟最重要的基礎(chǔ)工業(yè)原料和消費品提供的源泉之一，石化企業(yè)的分布情況及發(fā)展狀況對當?shù)亟?jīng)濟有著直接影響。我國石油化工基地的發(fā)展布局受多方面因素影響，其中臨近原料地是影響的主要原因[1]。且我國從新中國成立初期至19世紀80年代，石化企業(yè)呈現(xiàn)出的臨近原料與市場布局的雙重特征態(tài)勢也逐漸向產(chǎn)銷一體化格局轉(zhuǎn)換。因此臨近原料地或靠近原油進口貿(mào)易地的石化企業(yè)發(fā)展更有助于我國石化事業(yè)的提升。

目前我國已經(jīng)超過美國成為世界最大的原油進口國，2017年我國原油進口總量第一次超過4億t，2018年中國對外依存度將逼近70%。國內(nèi)原油三分之二靠進口，且主要是通過海上運輸[1]。同時隨著石油儲備、轉(zhuǎn)運設(shè)施不斷完善以及進口石油量的增加和《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)，中國港口對石油貿(mào)易有重大樞紐作用，我國新興大型石油化工園區(qū)都設(shè)立在港口貿(mào)易區(qū)域。但是由于石化企業(yè)原料與產(chǎn)品一般都屬于易燃易爆物品，在運輸、生產(chǎn)及加工過程中可能會發(fā)生泄漏污染甚至爆炸事故，且近年來我國發(fā)生的重大事故中石化企業(yè)占了很大比例[2]。因此，基于我國石化行業(yè)發(fā)展需求與嚴格要求，石油化工基地的選址對原料需求與安全作業(yè)有著重要影響。其中海島地區(qū)一般為四面環(huán)海，與陸地僅通過公路相連且居住人口較少的區(qū)域，因其特殊的地理位置和環(huán)境因素更有助于石化企業(yè)原料的運輸和減少事故危害。因此以靠近海岸的無人島為基地建設(shè)依托，建立海島型石化基地有利于我國石化企業(yè)的蓬勃發(fā)展。本文通過對海島型石化項目發(fā)展進行綜述，提出了關(guān)于海島型石化基地的創(chuàng)新設(shè)計思路與做法，為今后海島型石化項目的設(shè)計與建設(shè)提供參考和建議。

1 海島型石化項目概況

以廠址所處地理位置劃分，石化項目類型可大致分為內(nèi)陸型、臨海（河）型、海島型三大類型。內(nèi)陸型是指四面與大陸接壤，大多建設(shè)在早期，追求靠近原油產(chǎn)地。原料、石化產(chǎn)品的運輸主要通過鐵路、管道等陸路交通方式，如大慶石化、華北石化、獨山子石化；臨海型主要是指建在海（河）邊距離沿海港口較近,能方便地從海外進口原油等石化原料或向外輸出石化產(chǎn)品，便于原油及產(chǎn)品的運輸且產(chǎn)品靠近市場，目前建設(shè)最多且處在發(fā)展中，如鎮(zhèn)海煉化、上海石化、金陵石化、大連石化；海島型是指四面環(huán)海，與陸地僅公路相連。世界上已知的、符合海島型特點的石化項目，特別是大型石化項目并不是很多。已知的有：

（1）新加坡裕廊島

新加坡的裕廊島是目前世界上規(guī)模最大的海島型石化基地，同時也是世界第三大煉油中心，僅此于美國休斯敦和荷蘭鹿特丹。裕廊島經(jīng)過50多年的發(fā)展，形成了總面積達32 km2，集原油及成品油的儲存和集散、石油煉油、石油化工的石化產(chǎn)業(yè)集群，未來可能成為擁有尖端技術(shù)的全球能源化工業(yè)領(lǐng)軍公司[3]。

（2）文萊大摩拉島

恒逸實業(yè)（文萊）有限公司擬在文萊新建的芳烴項目位于文萊大摩拉島，該項目建成后將成為全球最大的芳烴生產(chǎn)制造基地之一，計劃煉油能力為每天20萬桶，采用進口中東原油和詩里亞原油，其目標進軍中國、菲律賓、越南和印尼等市場。

（3）長興島石化園區(qū)

目前國內(nèi)正在建設(shè)的海島型石化基地為大連長興島經(jīng)濟區(qū)中的西中島。該項目以中國石油大連石化分公司等石化企業(yè)的搬遷發(fā)展為創(chuàng)建動力，將石油化工、氯堿化工和碳一化工作為項目支撐，并以芳烴和乙烯等多元化產(chǎn)業(yè)鏈為原料，旨在成為發(fā)展清潔油品、化工新材料和特種化學(xué)品等綠色環(huán)保企業(yè)，形成石油化工產(chǎn)業(yè)深加工群，構(gòu)建煉化一體化格局以此適應(yīng)更多市場需求。園區(qū)規(guī)劃已獲國家批準，部分項目已經(jīng)建成投產(chǎn)。

其它將要或擬建的還有舟山綠色石化基地、馬來西亞的石化項目。

2 海島型石化項目的特點

盡管目前世界上建成的海島型石化項目不多，但近年來由于人們對環(huán)保、安全意識的增強，毗鄰居民的區(qū)域建設(shè)石化項目變得越來越困難，也由于新加坡裕廊島的石化項目集群的建設(shè)及運營獲得的巨大成功，在新的石化項目選址上，特別是在中國，目光逐漸轉(zhuǎn)向了海島。海島型石化的建設(shè)與設(shè)計，既要遵從在內(nèi)陸及臨海區(qū)域建設(shè)的共性特點，也要根據(jù)海島的特點進行設(shè)計。這些特點主要有：

（1）選址：海島型石化原油進廠方便，產(chǎn)品靠近市場，便利的運輸能為島上企業(yè)節(jié)省大量的運輸成本和時間，島上擁有豐富的水資源，可以為企業(yè)生產(chǎn)提供便利的水源，并能避開地震帶，符合國家及地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，最重要的是海島遠離居民區(qū)，具有充足的作業(yè)環(huán)境。

（2）技術(shù)：海島有著得天獨厚的地理和面積優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)原油大型化、煉化一體化以及清潔化生產(chǎn)，更能完成原油的重質(zhì)化及高硫化處理，強化節(jié)能工藝與節(jié)能技術(shù)，在原有生產(chǎn)加工工藝的基礎(chǔ)上優(yōu)化系統(tǒng)控制和加工流程。

（3）注重循環(huán)經(jīng)濟：海島石化嚴格遵循“減量化、再循環(huán)、再利用”的原則，將原料、副產(chǎn)品、甚至煉化廢物與其它行業(yè)的綜合利用聯(lián)合起來，實現(xiàn)資源最大化和污染最小化的經(jīng)濟化生產(chǎn)模式。如煉油的副產(chǎn)品硫磺發(fā)展以硫磺為原料的化工產(chǎn)業(yè)，石油焦用于煉鋼，氣體的綜合利用，廢渣綜合利用，用廢催化劑來提煉貴金屬，低溫熱的綜合應(yīng)用以及將化工廠氨、堿、酸用作石化輔助原料等。但其缺陷在于海島面積有限，難以發(fā)展更多的行業(yè)企業(yè)參與更大的循環(huán)經(jīng)濟[4]。

（4）運輸特點：海島瀕臨大海，擁有水資源豐富的天然海港，可以停泊遠航巨輪，方便原材料的進口和工業(yè)制成品的出口運輸，水路運輸通暢；同時還有發(fā)達的公路、鐵路以及管道運輸方式。

3 設(shè)計思路與做法

3.1 最大限度節(jié)省占地面積

與內(nèi)陸相比，在海島上建立石化項目基本是挖山填海造地，與陸地相比成本較高，因此，在設(shè)計中必須堅持盡量節(jié)省用地、減少占地面積的原則?？刹扇〉脑O(shè)計方法和做法有：

（1）全廠總圖布置中采用流程式布置與集中布置相結(jié)合的方法：一是將有大噸位的重型大型設(shè)備、地耐力要求高的裝置盡量集中布置在挖山區(qū)。傳統(tǒng)石化項目基本采用流程式布置，具有物流流向順、壓力降小、節(jié)省運行成本的優(yōu)點。海島型廠址填海區(qū)地耐力較小，挖山區(qū)地耐力高。因此，從節(jié)省一次建設(shè)投資的角度，要打破流程式布置思路，將有重的大型設(shè)備、地耐力要求高的裝置盡量布置在挖山區(qū)上是合理的。二是將各裝置的加熱爐集中布置。由于防火間距的要求，在有加熱爐的裝置中，加熱爐區(qū)占地面積占整個裝置面積的1/5到1/4。盡量將加熱爐區(qū)集中布置，共用煙囪，可節(jié)省占地面積。三是將大型壓縮機集中布置，節(jié)省占地面積。比如HC、VRDS的循環(huán)氫壓縮機。四是將設(shè)備與管道盡量多層布置，充分利用空間、節(jié)省占地面積。設(shè)備可四層甚至五層布置。地價與構(gòu)建筑物費用轉(zhuǎn)換。五是可將全廠火炬頭直接布置在海面上或山頭上，節(jié)省填海造地成本[6]。

（2）采用先進的設(shè)計方法：可以用3D模型設(shè)計的方法，在保證生產(chǎn)的安全性、可操作性和可施工及檢維修性前提下，可方便進行密集化設(shè)計，以盡量壓縮占地面積，提高空間利用率，節(jié)省裝置占地面積。

3.2 節(jié)水型設(shè)計

海島上一般淡水資源有限，而煉化項目需要大量的淡水，純煉油廠的耗水量在0.5 t水/t原油左右，乙烯項目耗水更多，一個2 000×104t規(guī)模的純煉油廠年耗水量相當于一座小型水庫的容量。因此，節(jié)水設(shè)計是重要的設(shè)計原則。主要可從以下三方面進行節(jié)水設(shè)計。

首先可選用節(jié)水型工藝與技術(shù)，如干式減壓深拔技術(shù),是指不依賴注水以降低油氣分壓的蒸餾方式，采用此技術(shù)不僅避免了傳統(tǒng)的往減壓塔注水蒸汽的方式所帶來的使塔內(nèi)氣相負荷增大、使原油的含油污水量增加等問題，而且能大大降低水的消耗。另外可以減少汽輪機的使用，在加工過程中盡量提高水的綜合利用，多采用空冷少用水冷等；其次，對清理出的污水進行分流處理，逐級利用，也可增設(shè)雨水收集設(shè)施收集雨水，增加淡水來源；最后，強化污水深度處理工藝，提高污水回用率，使之達到80%以上。

3.3 充分利用海水

首先在海水淡化方面：在石化項目建設(shè)規(guī)劃設(shè)計中，海島型石化項目一般要安排海水淡化的設(shè)計方案。工業(yè)上通常采用膜法或蒸發(fā)法進行海水淡化。通過加熱海水至沸騰汽化后，將蒸汽冷凝成淡水的方法成為蒸發(fā)法。蒸發(fā)法具有對原料海水水質(zhì)要求低、裝置的生產(chǎn)能力大等優(yōu)點，另外結(jié)合石化項目有大量多余的低溫熱的特點，蒸發(fā)法海水淡化是降低成本的可行方法。

其次，石化生產(chǎn)工藝流程中有大量需要冷卻的工況，傳統(tǒng)上是采用空冷和循環(huán)水進行冷卻。海島型石化項目可利用豐富的海水資源，代替循環(huán)水進行工藝介質(zhì)的冷卻，以節(jié)省淡水資源。

此外，沿海石油化工企業(yè)根據(jù)得天獨厚的地理優(yōu)勢，有著豐富的海水資源。若能因地制宜，將海水運用在企業(yè)消防，可節(jié)約大量的淡水資源、降低成本，也響應(yīng)了目前石化企業(yè)的節(jié)能減排政策。同時海水有著導(dǎo)熱性能好、傳熱快等優(yōu)點，可大量穩(wěn)定的使用，從而提高消防的可靠性。因此，將海水作為消防水對企業(yè)的綠色環(huán)保、經(jīng)濟發(fā)展均有著重要意義。國內(nèi)有許多企業(yè)已成功使用的案例[5]。

3.4 有針對性的環(huán)保設(shè)計

（1）強化防滲設(shè)計：由于填海區(qū)的土質(zhì)滲透性強，為防止事故狀態(tài)有害品泄漏滲入地下，進而污染海域，要調(diào)整陸上傳統(tǒng)防滲的做法，強化對填海區(qū)防滲的設(shè)計，比如填海區(qū)應(yīng)全部提高防滲等級，確保不污染地下。

（2）加大事故水池的容量：海島上事故水如果收集池容量不夠，污水溢出，將直接污染海洋，相對于陸地沒有任何回旋的余地，環(huán)保壓力更大。因此，海島型石化項目應(yīng)適當加大事故水池的容量。

（3）管道盡量采用地上敷設(shè)：由于填海區(qū)與開山區(qū)的沉降速度不同，為避免對埋地管道的破壞，造成污染，同時便于對管道實時監(jiān)測，應(yīng)采用管道盡量地面或管架敷設(shè)的設(shè)計，降低污染風險。

（4）深海放流：處理合格的污水應(yīng)選擇適宜的地點采取深海放流的方式進行排放，減輕溫度及介質(zhì)不同對海域的影響。

（5）廢固（液）處置：廢固的處置應(yīng)遵循如下原則進行設(shè)計：一是選擇產(chǎn)生廢固（液）少的工藝技術(shù)；二是工廠內(nèi)盡量再生利用，比如廢堿的再生利用與處理；三是運出島外進行專業(yè)化回收。如廢催化劑；四是設(shè)廢固填埋場。對于確實需要填埋的廢固，先要進行無害化處理，再行填埋。填埋場要注意選擇合適的位置，經(jīng)專業(yè)化設(shè)計及建設(shè)[7]。

（6）風能日光能的利用：海島上一般風速高，陽光足，對風能光能適當利用也是一項節(jié)能環(huán)保措施。比如全廠道路照明，可以考慮采用與風能日光能組合的燈具。

3.5 有針對性的安全設(shè)計

（1）適當加大消防設(shè)施的能力：由于海島社會依托性差，社會消防力量及時支援能力相對不足，因此在消防設(shè)施的能力設(shè)計中，較社會依托條件好的陸地石化項目，要適當加大。

（2）埋地管道要采取抗鹽腐蝕措施：與一般陸地相比，填海區(qū)地層中含鹽高，因此，埋地管道的設(shè)計與選材要進行有針對性的抗鹽腐蝕設(shè)計。同樣，對基礎(chǔ)、樁基等地下設(shè)施要采用防腐混凝土進行設(shè)計。

（3）充分考慮人的安全：在緊急情況下海島上人員的疏散相對困難，因此，人員集中的操作點位置設(shè)置要盡量便于疏散。生活及辦公的位置選擇應(yīng)盡量布置在上風向，且便于疏散。

與此同時，臺風作為全球發(fā)生頻率高、破壞影響力極大的自然災(zāi)害之一。中國位于太平洋西岸，受臺風影響相當嚴重，因此進行防臺風及海浪設(shè)計顯得十分必要。在防臺風方面可以從設(shè)備及構(gòu)建物的設(shè)計中考慮，采用抗風強度高的材料[8]。在在島的周邊設(shè)施的設(shè)計、設(shè)置、地面排水等方面，要充分考慮防海浪設(shè)計。防波堤、排洪渠的設(shè)置等。

4 總結(jié)

海島及其周圍海域是人類的隱形財富，有著豐富的水產(chǎn)、礦產(chǎn)、海洋空間和海洋能資源，同時海島作為海洋和內(nèi)陸的連接中樞，是海洋開發(fā)的“橋頭堡”和海中基地，經(jīng)濟地位和戰(zhàn)略地位都十分重要。因此,建設(shè)海島型石化項目,促成石油化工產(chǎn)業(yè)集聚的形成和發(fā)展，對石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展和完善有及其重要的意義。但由于海島面積有限所帶來的難以發(fā)展更多的行業(yè)企業(yè)參與，實現(xiàn)更大的循環(huán)經(jīng)濟等問題，有待進一步的研究。

參考文獻：

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