某煤制烯烃项目总图运输设计分析

0 引言

煤制烯烃项目定位石油替代, 主要产品为聚乙烯和聚丙烯, 属现代煤化工的一个分支, 该类型工业项目生产流程长, 占地面积大, 总图设计内容丰富, 本文以某煤制烯烃项目的总图设计工作为参照, 对影响煤制烯烃项目的总图设计条件和因素做出梳理, 比较全面地对煤制烯烃项目总图设计工作展开论述。

1 煤制烯烃项目总平面布置组成

煤制烯烃项目主要包括传统化工装置区如空分装置、煤气化装置、甲醇装置, 同时布置有甲醇制烯烃装置、烯烃分离装置、聚丙烯装置、聚乙烯装置等石油化工装置以及为全厂提供服务的动力区包括卸储煤、热电站、总变电所等装置。另外还有循环水、火炬、酸碱站、渣场等配套辅助设施和铁路专用线及汽运装卸设施。

2 影响烯烃项目总图布置的主要因素

(1) 节约用地的原则即使烯烃项目的建厂地点选择在土地资源相对丰富的地区, 由于烯烃项目本身占地面积大, 工业用水量较大, 同时原料煤炭由铁路运输, 能满足这些建厂条件的土地资源仍属稀缺, 总图布置应在满足生产工艺流程、消防、安全、改扩建需要空间的基础上尽可能压缩占地面积, 科学合理规划厂区、有效利用土地。

(2) 顺应生产工艺流程烯烃项目主体装置多, 总图布置应在熟悉生产流程的基础上开展总图设计工作。例如, 在煤气化装置后的物料输送多为管线输送, 这就为上下游装置实现紧凑布局提供了条件, 布局紧凑不但能有效减小装置间管廊的长度, 也能有效降低物料运输过程的动能损耗。

(3) 厂内外运输条件烯烃项目原料及成品运输采用铁路及汽运, 大宗货物运输的卸车、中转储运装置宜确定在工厂边缘地带, 这样布置的优点在于能避开储运生产对其他装置生产的影响, 同时在总平面布置中将主要人流、物流区分开, 方便管理、有利于安全生产。

(4) 工厂给排水及供电系统影响总平面布置。自水源地引供水管线到工厂, 除根据水质情况决定是否设立净水装置外同时还应注意工厂主要用水装置与供水干线走向的总图位置关系, 以避免主要供水干管绕行厂区, 增加工程投资;生产废水处理及排放条件同样对总图布置有很大影响, 其中包括占地面积较大的事故水池的总图布置、与重力流雨污水排放走向关联度很大的竖向设计等。

以某烯烃项目供电系统设计为例:项目生产要求全厂24小时不间断供电, 总图设计以厂外供电客观条件和自身生产特点为依据, 以供电源接近负荷中心、缩短电缆长度、减少能耗为目标, 在厂区西北边缘地带靠近工厂热电站一侧设一座与国家主干电网相接的220k V总变电站, 在各主体装置内设若干个35k V/10k V变电所, 各装置内再根据负荷情况布设车间变电所。所有这些装置的布置都和全厂总图设计密切相关。

(5) 厂区竖向要求厂区竖向标高的设计应尽可能保证全厂内的土石方平衡, 竖向设计宜根据当地地形采用双向坡度、单向平坡或阶梯布置型式。主体厂区的竖向设计不但要适应生产工艺条件同时还应为工厂场地排水、防洪创造条件。在本项目的竖向设计中, 一个重要的影响因素就是原料煤及烯烃产品运输采用铁路运输, 站场长度接近2公里, 同时铁路站场线路坡度为零坡, 这些客观条件不但对全厂标高设计有相当大的限制, 同时还影响着从接轨站到厂区整个线路的竖向标高确定, 对整个项目的土方工程投资有重大影响。

(6) 近期与远期关系在本项目设计中充分考虑了企业发展预留用地面积和位置, 将远期规划项目与已建成装置在生产工艺上的互相联系和依托作为全厂总图布置的重点考虑条件, 同时在细节布置上顾及改扩建装置在后期施工安装时对原有生产造成的影响等。

3 烯烃项目总平面布置方法

(1) 按主要生产装置间的工艺流程布置总图煤制烯烃项目以原料煤运进厂区作为生产流程开始, 通过皮带运输, 将煤运入动力装置、气化单元, 据此应将卸储煤装置就近布置于电站、煤气化装置一侧, 其后再顺次布置净化装置、甲醇、聚烯烃装置等主要生产装置。根据就近设立配套装置的原则, 完善总图布置。

(2) 运输方式的选择和设计铁路运输的接轨条件和适宜的线路路的选择是总平面规划设计的重点考虑内容, 设计应征得当地政府及接轨站所属铁路运输公司的支持和同意, 根据货运量确定铁路建设等级。线路设计标准应按《工业企业标准轨距铁路设计规范》, 最小曲线半径采用一般地段600m, 困难地段350m。到发线有效长度采用到发线有效长度为1050m时, 列车牵引质量为5000t。

4 烯烃项目的总平面布置的特点

(1) 煤制烯烃项目总平面布置特点表现为多装置联合配置、上下游生产工艺联系紧密。输配煤装置是整个工厂生产工序的起点, 依据原煤产地距生产厂距离远近、保障原料供给能力大小配置储量不等的原煤仓, 煤炭运输采用铁路运输, 考虑铁路运输转弯半径大, 竖向坡度变化小的的特点, 卸储煤装置宜集中布置于厂区一侧。在设计中如果考虑工厂配备热电站, 应考虑原料煤和动力煤的分别走向问题, 合理的煤炭物流走向能有效减少皮带通廊的长度及造价, 本项目设计中将热电站、气化装置布置于卸储煤同一侧, 原料煤和燃料煤在进入各装置受煤仓前共用同一皮带通廊。

各主体生产装置应尽量靠近其上、下游装置, 以节能降耗, 降低工程造价, 减少占地面积, 就本文介绍的煤制烯烃项目为例, 其大型空分装置的空压机透平采用锅炉产高压蒸汽驱动, 为保证生产工艺条件及降低工程造价, 总体设计原则要求空分装置与自备电站保持最短间距, 该总图设计的空压机房与热电站汽机房直线距离不大于200米;同时空分装置的原料为空气, 要求空分处于全厂最小风向频率的下风向、在甲醇合成、煤气化、净化装置的主导风向的侧风向, 保证吸风口能吸入洁净空气, 空分装置既要考虑在本厂总图定位同时还要考虑厂区周围有无其他生产装置污染烟气排放对其影响。

煤制烯烃项目为大型联合生产企业, 每一生产单元都自成系统, 各自的生产单元的总图布置同样重要, 设计中均应按照相关装置的总图布置规范进行设计, 例如热电站单元的总图布置就是自煤从热电主厂房固定端接入煤仓间开始, 依次排布锅炉、汽机等生产单元, 并在主厂房的一侧布置有灰库、启动锅炉房、燃油库等建筑物;生产灰渣、石膏及汽运原料均靠近装置出入口, 这样既方便快捷, 又避免了运输中的交叉干扰, 为安全生产创造条件。本项目中热电站选择空冷方式, 其运行受当地气象条件影响较大, 空冷系统平面布置的原则是把夏季的主导风向的迎风面作为空冷平台下的主要进风侧。

(2) 煤制烯烃连续生产的特点要求具备可靠的供电、供水系统。本项目在厂区新建的220k V总变电站, 其位置即要考虑厂外供电线路走向, 同时还要结合厂区总图布置情况, 将厂外高压进线从厂区一侧接入220k V总变电站, 架空线上下两侧应留有足够安全间距, 避免高压架空线穿越整个厂区, 否则宜选择高压电缆隧道方式敷设供电线路, 而其相应的工程费用则相当巨大。

(3) 本烯烃项目充分发挥综合管廊的优势----分层布设管线, 利用厂区上层空间, 节约厂区占地和工程投资。管廊设计执行相关国家及行业规范设计标准, 考虑厂区装置多、布置紧凑的特点, 在管廊的平面位置设计时应要求设计不能对任何一个装置造成全封闭, 否则直接影响到建设及生产检修时装置内设备的运输、吊装作业。

(4) 装置间的安全距离是煤制烯烃企业总平面设计重点考虑内容, 在本项目的烯烃生产装置区的总图布置时应特别注意对爆炸性气体环境危险性区域的划分原则和规定。

生产过程产生的废渣、废水的处理地点或排放点应与生产厂同时进行规划选址, 针对生产过程中排放二氧化碳、尾气、废气等环境污染元素, 厂址位置特别重视与已建成或规划的居住区的距离, 避开人口稠密区。对于厂前区或工人生活区还要重点考虑职业卫生防护距离要求。

(5) 其他辅助设施的总图布置的特点

(1) 本烯烃项目设置了全厂性火炬系统, 负责处理各装置开停车工况、正常工况及事故工况下排放的可燃性气体, 火炬装置的总平面布置要在确保人和装置的安全生产前提下, 做到外部管线短捷、节能降耗并方便管理。各装置排放气火炬集中布置在厂区东南角, 采用捆绑式火炬技术, 体现了装置大型化、集约化的生产特点。

(2) 消防站的位置要符合《石油化工企业设计防火规范》规定, 其服务范围应按行车路程计, 行车路程不宜大于2.5km, 在接火警后消防车到达火场的时间不宜超过5min。本设计将消防站布置在厂区东北角, 以避开厂区的主要人流道路, 同时消防站与全厂区环形道路衔接形成全厂道路交通网, 以便于消防车迅速通往工艺装置区和罐区。

(3) 储运设施根据物料的性质及运输方式等条件, 宜集中布置同时靠近与其相关的生产装置, 形成产品生产传输一体化, 降低液体成品输送管线造价, 并且方便管理。仓库设施在满足生产、防火、安全及卫生要求的前提下, 按储存货物的性质及要求, 设计为大体量仓库, 机械化装卸作业程度高, 有效的利用仓库空间。

(6) 铁路线路的特点是最大坡度不宜超过5‰, 为使线路纵断面线形直顺, 尽量使用较长的坡段。本项目铁路线路性质为工厂专用线, 货运量较小, 行车速度慢, 为减少土方及桥涵工程, 在纵断面设计中, 最小坡段长度一般使用500m, 困难使用400m, 相邻坡度代数差大于3‰时, 采用半径为10000m的圆型竖曲线连接, 且竖曲线不与缓和曲线地段、道岔范围重叠设置。相邻坡段坡度最大代数差不大于8‰。

本烯烃项目中的铁路站场布置于厂区一侧, 站场铁路的轨顶标高设计要求零坡, 所有这些特点都影响着厂区竖向设计。

(7) 厂内道路路面设计特点出于消防的考虑, 在面层的选择上, 可燃液体、液化烃的装卸车场要采用现浇水泥混凝土面层, 液氧罐周围5米范围内, 不应设置沥青路面。厂区道路的设计应适合厂矿企业生产 (包括检修、安装) 和消防及其它交通运输的需要, 经济合理、安全适用, 并应符合消防相关要求。

厂内装置布置紧密, 主次干道的设计行车速度为15km/h, 厂区内的视距可统一按停车视距15米考虑, 厂内道路的纵坡大小关系到厂内运输安全, 厂区道路设计纵坡不应大于《厂矿道路设计规范》中要求的相关规定, 主、次干道的纵坡一般不得大于8%, 经常运送易燃、易爆危险品的专用道路的最大纵坡不得大于6%。

(8) 总图竖向的设计特点场地竖向标高确立的重要性不言而喻, 对于一个一百公顷占地的工厂其地坪标高每增减1厘米, 就带来一万立米的土方量, 总图规范对厂区竖向布置要求是千分之五以下, 但通常实际厂区原始地势都没这么平缓, 如果在竖向设计上能放大场地设计坡度或尽可能适应原始坡度则可以减少土方工程投资。

煤制烯烃厂区范围内绝大部分的工艺物料都是经过管廊进入各个装置的, 管廊是物料运送的载体, 对场地坡度的适应性是很宽泛的, 所以本烯烃项目主体场地的竖向坡度定位5‰, 以尽可能接近自然地形坡度, 节约整个项目的土方工程费用。

针对局部自然地坪标高过高的地区, 布置了与主体装置连续生产性质不相关的厂前区, 厂前区地坪设计标高与该区域自然地坪标高整体吻合, 与生产装置区之间连接的道路竖向设计采用大坡度, 整个平土区域不设置台阶。

在重视大面积地带竖向设计的同时针对单体建筑的总图布置也不能忽视, 长条形建构筑物的布置方向同样影响局部竖向设计, 例如本项目中配套设计的大型组焊厂房, 长度140米, 车间内地坪标高单一, 在该车间总图布置时未考虑地势坡度走向因素, 将厂房长轴与地势等高线垂直布置, 造成厂房与周边区域竖向设计不协调, 个别地段高差达2米, 而不得不采用边坡防护, 增加了单位项目的土方工程量。

5 煤制烯烃企业总图技术经济指标

(1) 占地面积:包括煤化工轮廓尺寸及厂区的概略外形;建筑系数;土地利用系数;厂区绿化率。

(2) 施工基地面积;职工居住区面积。对于这项工作宜根据厂址选择的阶段不同, 及时细化调整、补充, 根据已有资料提出远期占地面积。

(3) 生产时主要货运量。

(4) 煤化工企业的安全、卫生防护距离。在参照《石化企业卫生防护标准》、《石油化工企业设计防火规范》基础上提出要求。

6 煤制烯烃项目的总平面设计工作成果

完成厂区总平面布置图、厂区综合管网布置图、厂区竖向布置图及厂区平土图、厂区绿化图。总图布置通常在基础设计时以1∶1000比例, 施工图阶段设计为1∶500。采用计算机辅助绘图及相关专用软件完成设计。

摘要：某煤制烯烃项目是国家“十一五”期间核准的特大型煤制烯烃工业示范工程。项目包括石油、化工、电力、铁路运输等多类别工业生产单元;本文通过对该项目总平面布置的分析, 归纳了决定烯烃项目总图布置的主要影响因素, 总结了煤制烯烃总平面布置的主要特点, 全面描述了煤制烯烃总图设计的内容及方法, 为其他煤制烯烃项目及相关煤化工总图设计工作提供参考。

关键词：煤制烯烃项目,总体布置,总平面设计,原则,特点,内容,方法