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(xiàng)目建設(shè)單位在規(guī)劃性選廠和工程性選廠這兩個(gè)最初級階段,往往處于被動狀態(tài),進(jìn)入工程設(shè)計(jì)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(jì)是一項(xiàng)政策性和技術(shù)性很強(qiáng)的工作,除了工程設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范外,建設(shè)單位面對設(shè)計(jì)本身多目標(biāo)優(yōu)化問題,同一項(xiàng)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)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(diǎn)是防止火災(zāi)和爆炸的發(fā)生,并考慮一旦發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)能及時(shí)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(xiàng)基本要求與現(xiàn)實(shí)的差距

上述三項(xiàng)基本要求,在建設(shè)新廠時(shí)工程設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位都是遵從的,尤其對 (1)、(2)兩項(xiàng)要求遵從相對好些。對于第 (3)項(xiàng)要求,則由于土地征用的客觀實(shí)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(xiàng)基本要求的正常實(shí)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)。比較明顯的例子:(1)華東地區(qū)幾個(gè)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(dú)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(gè)園區(qū)的2×100 kt/a的化工裝置,四套裝置相互獨(dú)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(fèi)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(xiàng)目建設(shè)技術(shù)和資金密集,大的產(chǎn)能一次實(shí)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(shí);同時(shí),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(xiàng)目還是要上的。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)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(gè)象限;沿 X/Y軸兩側(cè)相鄰兩個(gè)象限的圖像若相互完全重合則可以互稱為另一個(gè)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(xiàng)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(jì)劃每期100 kt/a,最后形成4×100 kt/a的生產(chǎn)能力。這時(shí)我們不妨這樣布置。

(1)按流程和工序?qū)⒀b置劃分成若干個(gè)“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(gè)島預(yù)計(jì)所占用面積的大約4倍(或略小)設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)系。

(2)第一期工程上馬時(shí),上述各工程島按化工廠總體布局的三項(xiàng)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(shí)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(jì)。

(4)映像和象限布置時(shí)多考慮第 (1)、(2)項(xiàng)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(shí)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(xiǎn)時(shí)能及時(shí)疏散和有效救援。

(5)根據(jù)化工裝置的特點(diǎn)和國內(nèi)多家企業(yè)技改技措經(jīng)驗(yàn),第4套100 kt/a的生產(chǎn)裝置,估計(jì)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(shí)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(diǎn)

2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)多套化工裝置分期分批象限映像布置可實(shí)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(jì)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(dú)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(shí),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(yàn)、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(gè)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(shí)即為二、三、四期預(yù)留足夠位置,或僅在二、三、四期建設(shè)時(shí)適當(dāng)擴(kuò)充,節(jié)省建設(shè)投資。2.2.2 缺點(diǎn)

(1)單套裝置停車檢修、動火時(shí),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(shí),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(fèi),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(xiàng)目時(shí)總平面合理布置作一探討,以節(jié)約占地面積,盡可能實(shí)現(xiàn)有限的資源共享,降低建設(shè)總投資,實(shí)現(xiàn)園區(qū)總體布局整齊有序?yàn)槟康?。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(xiàng)目和做化工園區(qū)總圖規(guī)劃時(shí)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(xiàng)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?yàn)楹罄m(xù)工程留有擴(kuò)建、再建余地,即第(3)項(xiàng)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(shí)2×100 kt/a生產(chǎn)裝置按映像布置也可以獲得各自獨(dú)立布置時(shí)所不具備的優(yōu)勢。