石化管道装置设备布置设计需符合项目的规范和规定要求。按工艺流程顺序确定工艺单元的相对位置,然后根据项目所采用的防火规范(例如,我国通常按GB 50160《石油化工企业设计防火规范》,美国通常按NFPA等)要求确定间距,对于防火、防爆、防腐要求相近的适当集中布置,还应考虑与全厂总平面的衔接。根据风向条件确定设备、设施与建筑物的相对位置。根据气温、降水量、风沙等气候条件和生产过程或某些设备的特殊要求,决定是否采用室内或篷内布置。根据装置竖向布置,确定装置地面零点标高与绝对标高的关系。根据地质条件,合理布置重载荷和有振动的设备。在满足生产要求和安全防火、防爆的条件下,应做到节省用地、降低能耗、节约投资、有利于环境保护。设备、建筑物、构筑物宜布置在同一地平面上。当受地形限制时,应将控制室、变配电室、化验室、生活间等布置在较高的地平面上;装置储罐宜布置在较低的地平面上。装置设备布置一般包括以下具体要求。


1. 满足工艺流程的要求


 ①. 装置的生产是由工艺设计确定的,它主要体现在工艺流程图和设备汇总表(容器类、换热器类、工业炉类、机泵类、机械类等)及其数据表上。


 ②. 在这些图表中表示出工艺设备和管道的操作条件、规格型号、外形尺寸等以及设备与管道的连接关系。装置设备布置设计将以此为依据进行。一般按照生产流程顺序和同类设备适当集中的方式进行布置。


 ③. 对于处理有腐蚀性、有毒和易凝物料的设备宜全部按流程顺序紧凑地布置在一起,以便对这类特殊物料采取统一的措施,如设置围堰、敷设防蚀地面等。为防止结焦、堵塞、控制温降、压降、避免发生副反应等有工艺要求的相关设备,也要靠近布置,对于在生产过程中设备之间有高差要求的,如塔顶冷凝冷却器的凝液到回流罐,塔底或容器内流体到机泵,依靠重力流动的流体由高到低,固体物料的装卸要求等都需要按工艺设计要求使各种设备布置在合适的层高位置。必要时需设置厂房、框架或利用管廊的上部空间布置设备。


 ④. 如有预留用地要求,项目组或工艺通常需要给配管专业提出条件。根据工厂总图布置的要求、生产过程性质和设备特点确定预留区域的位置。


 ⑤. 工艺设备的竖向布置,应按下列原则考虑。


   a. 工艺设计不要求架高的设备,尤其是重型设备,应落地布置。


   b. 由泵抽吸的塔和容器以及真空、重力流、固体卸料等设备,应满足工艺流程的要求,布置在合适的高层位置。


   c. 当装置的面积受限制或经济上更为合理时,可将设备布置在构架上。


   d.设备基础标高和地下受液容器的位置及标高,应结合装置的竖向布置和管道布置确定。


 ⑥. 输送介质对距离、角度、高度等有特殊要求的管道以及高温、大口径管道的布置,应在设备布置时统筹规划。



2. 安全、健康和环境的要求


 ①. 设备间距满足防火、防爆规范要求。


 ②. 常散发大量油气、有毒气体和粉尘的设备,宜布置在装置的全年最小频率风向的上风侧。


 ③. 利用电力驱动的设备和电气设备的布置,应符合有关防爆的规定(在我国通常需遵循GB 50058的规定)。


 ④. 根据对设备的噪声规范要求,高噪声级设备宜相对集中,并尽量布置在厂房的一隅。石油化工装置的转动设备(包括泵、压缩机等)、空冷器、加热炉以及向大气放空等都可能产生很大的噪声。产生噪声的设备宜远离人员集中的场所布置,噪声的控制应符合所在国家的标准规范,在我国,有GB/T 50087《工业企业噪声控制设计规范》、SH/T 3146《石油化工噪声控制设计规范》等。表1.5为我国装置内各工作区域噪声限值。


表 5.jpg


 噪声限值为室内背景声级,系在室内无声源发声的条件下,从室外经由墙、门、窗(门窗启闭状况为常规状况)传入室内的室内平均噪声级。


 装置内各操作区域的噪声强度不得超过表1.5所列限值。操作人员每天接触噪声不足8小时的场合,可根据实际接触噪声的时间,按接触时减半、噪声限制值增加3dB确定其噪声限制值;凡是操作人员接触区域的噪声值无论接触噪声时间长短,操作人员接触的区域噪声值均不得超过115dB。上述噪声级,应按现行的国家标准测量方法确定。


⑤. 设备宜露天或半露天布置,毒性程度为极度危害和高度危害介质设备宜布置在装置边缘,并设置相应防护设施和警示标志。露天或半露天设备布置,不仅是为了节省投资,更重要的是为了安全,因为露天或半露天布置,便于可燃气体扩散。对于爆炸危险区域范围应符合有关防爆的规定(在我国通常需遵循GB50058的规定),设备布置设计需注意以下内容。


   a. 将不同等级的爆炸危险介质和非爆炸危险区、明火设备分别布置在各自的界区内,以减小爆炸危险区域。


   b. 设备尽可能采用露天或半露天式布置。对于必须布置在厂房内的设备,应采用通风设施,使厂房内空气流通,以便将释放出的爆炸危险物质迅速稀释到爆炸下限以下。


   c. 对于可能释放和容易积聚爆炸气体或蒸气的地点,设置检测和报警装置,当气体浓度接近爆炸下限的25%时,能可靠地发出报警信号,以便及时处理。


   d. 在爆炸危险区内的不应布置明火设备、散发火花的设备或设施。



3. 装置设备布置分区要求


 按道路或防护要求分成下列装置区。


   ①. 工艺装置区 主要工艺装置、产品储存、控制楼(控制室、实验室和开关室)。


   ②. 辅助装置区 公用工程系统设施如空分、空压、循环水、脱盐水、蒸汽锅炉房等,污水处理,废物焚烧,装车装置(产品),全厂管廊,其他。一些工程公司,装置区的划分,由总图专业负责,装置区内的设备布置由压力管道专业来完成。



4. 满足操作、检修和施工的要求


 ①. 装置设备布置设计必须为操作管理提供方便。主要包括:必要的操作通道和平台;楼梯与安全出入口要符合规范要求;合理安排设备间距和净空高度。对于主要操作点和巡回检查路线,提供较宽的通道平台过桥、梯子等,经常上下的梯子应尽量采用斜梯。控制室的位置应避开危险区,远离振动设备,以免影响操作人员的工作环境和人身安全以及仪表的运行。


 ②. 一个装置的施工和设备的安装,虽然是在较短时间完成的,但也需要在装置设备布置设计中提供必要的条件,如吊装主要设备和现场组装大型设备需要的场地、空间和通道。


 ③. 在装置设备布置设计时应将上述操作、检修、施工所需要的通道、场地、空间结合起来综合考虑。


  检修工作应尽量采用移动式的机动设备。将需要检修的设备或部件运走并同时运来备用的同样设备或部件,这样可以缩短检修时间。对于没有备用部件的大型设备,需要就地检修时,则需要提供必要的检修场地和通道。在厂房内布置的设备检修时,还需要为大部件的起吊、搬运设置必要的吊车、吊装孔、出入口、通道和场地。


 为装置维修所安装的起重梁下绝对不许布置任何管道、电缆等设施。生产过程需要中间清洗或机械维护的设备上方,不应布置管道、电缆等设施。需要进行上述工作的设备示例如下。


    热交换器、具有满径大盖的容器:需要生产过程中间清扫。


   泵和压缩机、搅拌容器、离心机、生产专用机械、管式蒸发器、小型粉碎机:需要机械维护,在起吊时可能要有一定净空。



5. 满足全厂总体规划的要求,合理用地和减少能耗


 全厂总体规划包括全厂总体建设规划、全厂总流程和全厂总平面布置设计。


  ①. 根据全厂总体建设规划要求,在装置设备布置设计时,应使后期施工的工程不影响或尽量少地影响前期工程的生产。


  ②. 根据全厂总流程设计要求,为了合理利用能源将一些装置合并在一起组成联合装置,或者为了集中管理将联系不太密切甚至不相干的装置排列在一起合用一个仪表控制室,即合理化集中装置,亦称联合装置。


  ③. 在全厂总平面布置图上确定装置的位置和占地之后,要了解原料、成品、半成品的储罐区,装置外管带、道路及有关相邻装置等的相对位置,以便确定本装置的管廊位置和设备、建筑物的布置,使原料、产品的储运系统和公用工程系统管道的布置合理,并与相邻装置在布置风格方面相互协调。


  ④. 在确定设备和构筑物的位置时,应使其地下部分的基础不超出装置边界线。有的项目的地下部分的结构基础超出了装置边界线,造成与临近装置地下管线的碰撞。


  ⑤. 设备的间距除应满足防火、防爆规范外,还应满足以下要求:操作、检修、装卸、吊装所需的场地和通道;构筑物(包括平台、梯子等)的布置;设备基础、地下埋设的管道、管沟、电缆沟和排水井的布置;管道和仪表安装。



6. 适应所在地区的自然条件


  ①. 根据气温、降水量、风沙等气候条件和生产过程或某些设备的特殊要求,决定是否采用室内布置。


  ②. 结合所在地区的地形特点,在一般情况下,装置设备布置在宽度约60m以上的长方形平整地段上,以便把管廊设在与长边平行的中心地带,设备布置在管廊两侧。然而,有时总平面布置已经确定装置处于坡度较大的地段,可通过竖向设计,使装置占地平坦。


  ③. 装置设备布置设计应结合地质条件,应考虑将地质条件好的地段,布置重载荷设备和有振动的设备,使其基础牢固可靠。


  ④. 在我国根据全年最小频率风向确定设备、设施与建筑物的相对位置。


  装置设备布置采用全年频率风向概念的原则是:避免生产装置中的一些单元,产生的危害性较大的有害气体、烟、雾、粉尘等对人员集中场所、明火或散发火花地点产生危害。常年最小频率风向是指最小值的风向,亦即风向玫瑰图中最靠近坐标原点的风向。建筑物的位置朝向和当地主导风向有密切关系,如一般把清洁的建筑物布置在主导风向的上风向,把污染建筑布置在主导风向的下风向,最小风频的上方向。表1.6所列为全年最小频率风向确定设备、设施与建筑物的相对位置。


表 6.jpg


  风玫瑰图用来简单描述某一地区风向、风速的分布,可分为“风向玫瑰图”和“风速玫瑰图”。在风玫瑰图的极坐标系上,每一部分的长度表示该风向出现的频率,最长的部分表示该风向出现的频率最高。风玫瑰图通常分16个方向,也有的再细分为32个方向。“风向玫瑰图”也叫风向频率玫瑰图,根据各方向风的出现频率,以相应的比例长度,按风向从外向中心吹,描在用8个方位表示的图上,然后将各相邻方向的端点用直线连接起来,绘成一个形状宛如玫瑰的闭合折线,故名“风向玫瑰图”。


  风向玫瑰图在气象统计、城市规划、工业布局等方面有着十分广泛的应用。例如,把居民区布置在主导风向的上风向,空气清新,环境优美;把污染大气的工厂布置在主导风向的下风向,最小风频的上方向;在季风气候区,污染大气的工厂应布局在与季风风向垂直的郊外,以减轻大气对城市的污染。


  风玫瑰图一般都反映着两个重要信息:风向、风频。线段最长者,即外面到中心的距离越大,表示风频越大,其为当地主导风向;外面到中心的距离越小,表示风频越小,其为当地最小频率风向。



7. 力求经济合理


  ①. 节约占地、减少能耗,装置设备布置应在遵守国家法令、贯彻执行国家标准规范和满足各项要求的前提下,尽可能缩小占地面积,避免管道不必要的往返,减少能耗,节省投资和钢材。


  ②. 经济合理的典型布置。经济合理的典型布置是:中央架空管廊,管廊下方布置泵及其检修通道,管廊上方布置空气冷却器或其他换热设备,容器、管廊两侧按流程顺序布置塔、容器、换热器等,控制室、变配电室、办公室或压缩机房等成排布置。



8. 满足用户要求


  设计是为用户服务的。有的用户由于国情不同,或当地习惯不同,或为了操作方便,往往提出特殊要求,如建筑物类型、铺砌范围、楼梯、升降设备、净空高度、搬运工具等,应做好解释工作,在不增加过多投资的前提下使用户满意。



9. 注意外观美


  装置设备布置的外观美,能给常年在装置内工作的人员以美好印象。外观美也是设计人员、设计单位的实物广告。装置设备布置的外观美表现在以下几个方面。


   ①. 设备排列整齐,成条成块。


   ②. 塔群高低排列协调,人孔尽可能排齐,并都朝向检修道路侧。


   ③. 框架、管廊主柱对齐纵横成行。


   ④. 建筑物轴线对齐,立面高矮适当。


   ⑤. 管道横平竖直,避免不必要的偏置歪斜。


   ⑥. 检修道路与工厂系统对齐成环形通道。


   ⑦. 与相邻装置设备布置格局协调。