华南地区首届大学生化工设计创业大赛.docx

1、华南地区首届大学生化工设计创业大赛“道达尔杯”第三届全国大学生化工安全设计大赛题 目完成化工生产装置的工程及安全设计。一、选题1总要求比赛作品应遵守国家现行法律、法规、政策、标准和技术规范，所有数据必须有据可依，项目方案以最终可安全、高效、经济、环境友好地实施为目的。2目标产品目标产品应为国家有重大需求的化学品。3工艺流程工艺流程应包括化学反应、混合物分离、能量交换、流体输送和物料贮存等基本单元，连续生产。计算基准：每年330个工作日。4产量综合考虑产品的社会需求、原料供应、投资规模等因素确定装置的产量。5质量生产过程所使用的所有原料、辅料、催化剂及所制得的产品的质量均应符合相关国家标准、部颁

2、标准或行业标准。6环境保护满足相关国家标准、部颁标准或行业标准。二、作品1初赛作品提交电子版一式一份。格式：文本文件采用PDF，工程图采用AutoCAD。2决赛作品提交电子版一式一份，纸版一式三份。电子版格式：文本文件采用PDF，工程图采用AutoCAD。纸版格式：文本文件以A4纸黑白双面打印，简装成册；工程图按实际图幅提交蓝图，折叠至A4幅面。电子版作品与纸版作品应完全一致。三、工程设计1. 工艺设计说明书；2. 带控制点的工艺流程图（PID）；3. 物料与能量衡算，工艺物料流程图（PFD）；4. 分类设备清单；5. 主要设备（任选一台）装配图、零部件图及设计说明书；6. 设备平面布置图；7

3、. 操作规程。设计文件格式及深度可参考附录，工程图样应满足制图类相关国家标准、部颁标准或行业标准。四、安全内容在工艺过程中选择一个典型的物料储罐，对其进行工艺安全分析和评价。评价专篇至少应包含下列内容：1、工艺安全分析。详细阐明装置可能存在的危险和有害因素，可采用表格形式逐项列出，并提出对应的保护措施；2、安全评价结论与建议。五、其他说明不按本题目要求的作品视为形式审查不合格，超出本题目要求的内容不加分。“道达尔杯”第三届全国大学生化工安全设计大赛竞赛委员会2015年3月10日附 录30万吨/年气体分离装置一、装置概况装置原料系催化裂化装置所产的并经脱H2S、硫醇后的液化气，装置公称设计规模3

4、0万吨/年，年开工8400小时，操作弹性为60120%，占地9929= 2871m2（除管廊外），共用管廊占地9910= 990m2。主要产品是纯度99.6%（mol）的精丙烯，副产品有丙烷馏分、碳四馏分和燃料气。装置按三塔流程设计，即脱丙烷塔、脱乙烷塔和丙烯塔，其中丙烯塔板数较多（200层），为两塔串联。装置采用集散型控制系统（DCS），配电间布置在联合装置配电间内。二、工艺流程简述本装置工艺过程分为脱丙烷部分、脱乙烷部分和精丙烯部分。脱硫后的液化石油气进入本装置，经凝聚脱水器脱除游离水后进入脱丙烷塔进料罐（D001），液化气经脱丙烷塔进料泵（P001）从脱丙烷塔进料罐抽出，经原料-碳四换热

5、器（E008）换热后再经脱丙烷塔进料加热器（E001）加热，以泡点状态进入脱丙烷塔（C001）第34层塔板。E001热源为本装置回收的凝结水。脱丙烷塔采用了69层ADV高效浮阀塔盘，压力控制在1.9MPa（G）。塔顶的C2、C3馏分经脱丙烷塔顶冷凝器（E012）冷凝冷却后，进入脱丙烷塔回流罐（D002）。冷凝液一部分用脱丙烷塔回流泵（P002）抽出作为脱丙烷塔（C001）回流，另一部分用脱乙烷塔进料泵（P003）加压后作为脱乙烷塔（C002）进料。塔底物料碳四馏分经与原料换热后，用碳四冷却器（E009）冷却至40后送至气体分馏装置。脱丙烷塔重沸器（E-002）的热源为0.45MPa蒸汽。脱乙烷

6、塔采用了57层ADV高效浮阀塔盘，压力控制在2.9MPa（G）。塔顶碳二、碳三气体经脱乙烷塔顶冷凝器（E005）部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐（D003），未冷凝的气体主要是乙烷和部分丙烯、丙烷，由回流罐上部经压控阀放至高压瓦斯管网。冷凝液用脱乙烷塔回流泵（P004）送回脱乙烷塔顶全部作为回流。脱乙烷塔底物料自压至精丙烯塔1（C003）第59层塔板，作为精丙烯塔进料。脱乙烷塔重沸器（E003）热源为来自催化裂化装置的103热水。丙烯塔分为两塔串联操作。丙烯塔1（C-003）塔底丙烷馏分经丙烷冷却器（E007）冷却至40后，用丙烷馏分泵（P005）抽出送至罐区。塔顶气体进入丙烯塔2（C004）底

7、部，丙烯塔2底部液体由丙烯塔中间泵（P007）送回丙烯塔1顶部作为回流。丙烯塔2顶气体经丙烯塔塔顶冷凝器（E013）冷凝冷却后，进入丙烯塔回流罐（D004），冷凝液用丙烯塔回流泵（P006）从丙烯塔回流罐抽出后一部分送回丙烯塔2顶部作为回流，另一部分经丙烯冷却器（E006）冷却至40后用丙烯产品泵（P008）送至罐区。丙烯塔1重沸器（E004）热源采用来自催化裂化装置的103热水。装置设停工线，当装置停工时，用泵P005将系统内物料抽出送至罐区。不合格产品也通过此线送至罐区。装置公用工程管线自系统引进。三、主要工艺过程操作条件分馏塔工艺操作条件项目操作温度/操作压力/MPa（G）回流比进料塔顶

8、塔底回流罐塔顶塔底回流罐脱丙烷塔76.348.8107.345.71.91.951.853.3脱乙烷塔45.750.670.240.92.92.952.8562.6丙烯塔170.250.158.91.962.02丙烯塔248.350.146.11.901.961.8518.9四、生产控制设计范围为气体分馏装置界区内的全部现场控制仪表。DCS系统监控操作站控制系统另立单元设计。本装置采用以计算机技术为基础的分散控制系统（下称DCS）。对全装置进行实时控制、实时显示报警、并生成各种生产和管理用的记录和报表。1）分馏塔压力控制分馏塔压力恒定与否，对塔的平稳操作有很大影响，只有在压力稳定的条件下，才能

9、保证分馏塔的产品质量。本装置分馏塔均设有塔顶压力控制，其中脱丙烷塔、丙烯塔采用热旁路控制，增大或降低塔顶气相冷凝量，达到稳定塔顶压力的目的。当脱丙烷塔压力过高时，还可进一步通过不凝气的排放来降低压力。本次设计方案中，采用双调节阀控制，在操作和安装上都更加灵活。脱乙烷塔顶的不凝气较多，直接通过排放不凝气控制塔顶压力。2）物料平衡本装置各工序间采用循向物料平衡控制，即下游随上游的物料的波动而及时变化，从而使进出装置的物料达到总体平衡。为消除上下游物料波动的干扰，采用液位流量串级均匀控制方案。3）热量平衡为保持塔的热量平衡，对加热蒸汽量和塔顶冷回流量进行流量控制，考虑到原料变化的影响，一般构成塔底温

10、度加热蒸汽量、塔顶回流罐液位顶回流量串级调节方式。4）装置自动化控制水平为保证生产装置平稳运行、安全生产、降低能耗，提高产品收率、产品质量和操作水平，本装置采用集散型控制系统（DCS）实现对装置生产的监视和控制，以实现全装置的监视控制和自动保护。DCS应适应工厂集中管理的要求及与上层工厂管理网络连接的可能性。五、物料组成1）原料组成组 分组成（wt%）C2H40.04C2H60.46C3H634.02C3H87.87iC4H1019.06iC4H812.89C4H8-15.93nC4H104.07tC4H88.36cC4H87.26C5H120.04H2O0.0H2S合计100.002）丙烯产

11、品组成组 分组成（mol%）C2H60.02C3H699.62C3H80.36合计100.003）丙烷馏分产品组成组 分组成（mol%）C3H63.93C3H896.00iC4H100.04iC4H80.03合计100.004）碳四馏分产品组成组 分组成（mol%）C3H60.07C3H80.08iC4H1032.34iC4H822.66C4H8-110.43tC4H814.70nC4H106.91cC4H812.76C5H120.05合计100.005）燃料气产品组成组 分组成（mol%）C2H44.67C2H649.61C3H642.24C3H83.48合计100.00六、公用工程（水、电

12、、汽、风等）指标项 目规 格来 源低压电380V（-5%10%）变电所1.0MPa蒸汽压力（1.00.02）MPa，温度230蒸汽管网0.45MPa蒸汽压力（0.450.02）MPa，温度140蒸汽管网循环水压力0.40MPa，温度28循环水场净化风0.7MPa净化风管网非净化风0.7MPa非净化风管网4.0MPa氮气3.8MPa氮气管网0.85MPa氮气0.80MPa氮气管网七、主要操作条件 项 目单位脱丙烷塔脱乙烷塔丙烯塔1丙烯塔2塔顶压力MPa（g）1.902.901.961.90塔顶温度48.850.650.148.3塔底压力MPa（g）1.952.952.021.96塔底温度107.

13、370.258.950.1回流比%3.310518.9八、物料消耗1）原材料、公用工程消耗序号指标名称单位数量备注一主要原料1催化液化气万吨/年30.0二主要产品和副产品1丙烯产品万吨/年9.982丙烷馏分万吨/年2.393碳四馏分万吨/年17.304燃料气万吨/年0.33三消耗指标1液化气万吨/年30.02催化热水t/h4663循环水t/h29844电kW51950.45MPa蒸汽t/h18.86氮气Nm3/h6007仪表空气Nm3/h1208非净化风Nm3/h600四装置占地面积公顷0.6448五三废排放量1废气2废水t/次2.03废渣2）耗水量序号使用地点或用途给水（t/h）排 水（t/

14、h）循环冷水33循环热水41含油污水1脱丙烷塔顶冷凝器 （E012）5665662脱乙烷塔顶冷凝器 （E005）2412413丙烯塔顶冷凝器 （E013）206120614凝结水蒸汽冷凝器 （E011）39395丙烷冷却器 （E007）5.55.56丙烯产品冷却器 （E006）8.28.27碳四馏分冷却器（E009）48488机泵冷却13132.0合计298229822.03）耗电量序号使用地点或用途电压（V）设备台数（台）设备容量（kW）轴功率时数（kW）年工作时数（h）年用电量（万度）操作备用操作备用1脱丙烷塔进料泵 （P001）3801113213274840062.162脱丙烷塔回流泵

15、 （P002）38011757540840033.63脱乙烷塔进料泵 （P003）38011757535840029.44脱乙烷塔回流泵 （P004）38011373719840015.965丙烷馏分泵 （P005）380115.55.5284001.686丙烯塔回流泵（P006）60001125025015084001267丙烯塔中间泵 （P007）60001125025015084001268丙烯产品泵 （P008）38011303015840012.69凝结水回收泵 （P009）380111515984007.5610仪表用电3801084008.411照明用电2201542006.30

16、合计519429.664）蒸汽耗量序号使用地点或用途蒸汽用量 t/h回收凝结水 t/h0.9MPa（g）0.45MPa（g）0.9MPa（g）0.45MPa（g）1脱丙烷塔重沸器 （E002）9.39.3吹扫、消防4.0合计4.09.39.3九、装置物料平衡表序号名称kg/ht/d104 t/a一原料1液化石油气35720857.2830.00合计35720857.2830.00二产品1精丙烯11887.40285.309.982丙烷2846.1268.312.393混合碳四20598.78494.3717.304燃料气387.709.300.33合计35720857.2830.00十、主要设

17、备参数1 概述1）塔类本装置共设4台板式塔。脱丙烷塔板式塔，塔内共设69层塔盘。精馏段、提馏段直径均为2400，塔板间距为500mm。塔盘采用高效浮阀塔盘。精馏段共设31层， 提馏段共设38层.脱乙烷塔板式塔，塔内共设57层塔盘。精馏段直径为1600，进料口以上共17层，塔板间距为450mm；提馏段直径为1800，共40层塔盘，塔板间距为450mm。塔盘采用高效浮阀塔盘。丙烯塔（1）板式塔，塔内共设100层塔盘。直径为4000，精馏段进料口以上共33层，塔板间距为450mm，提馏段67层塔盘，塔板间距为450mm。丙烯塔（2）板式塔，塔内共设100层塔盘。本塔全部为丙烯塔精馏段，直径为4000

18、，塔板间距为450mm。塔盘采用高效浮阀塔盘。2）容器类装置共需立式容器4台，卧式容器5台。3）冷换设备装置共有换热器24台。其中重沸器采用T型翅片管重沸器，部分换热器采用波纹管换热器。4）机泵装置共需泵18台。由于气体分馏装置液化气原料已经过双脱装置，含硫量很低，因此设备材质基本为碳钢。塔板采用高效的 ADV 浮阀塔板，该塔板通量大效率高，已在多套气体分馏装置中使用，效果良好。塔底重沸器采用 T 型槽管，冷凝器采用外螺纹管，以提高传热系数，减小设备尺寸。2 塔数据1）脱丙烷塔设备位号C001设备名称脱丙烷塔需要台数1设备规格工艺操作数据名 称 （或塔板数）1383669单位物料名称液化气操作

19、温度 最高/正常/最低顶48.8/底107.3操作压力 最高/正常/最低2.05/1.90MPa（g）液相 流率10500050500kg/h密度 （操作温度下）462459kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面张力dyne/cm气相 流率8300065500kg/h分子量5545密度 （操作温度下）4444.8kg/m3塔盘数据结构壳体直径 （内径）24002400mm塔板形式ADV高效浮阀塔盘ADV高效浮阀塔盘塔截面开孔率11.20%9.50%塔板间距500/700450/700mm溢流程数双液流双液流降液管总面积百分数25%15%备注：水力学计算由塔盘供应商负责该塔要承受蒸汽吹扫条

20、件：压力1.0MPa（g）， 温度：250（过热），183（饱和）。2）脱乙烷塔设备位号C002设备名称脱乙烷塔设备台数1设备规格1800（1600）33200工艺操作数据名 称 （或塔板数）1404157单位物料名称C2，C3馏分操作温度 最高/正常/最低顶50.6/底70.2操作压力 最高/正常/最低3.05/2.9MPa（g）最高/最低 （真空或负压）MPa（abs）液相 流率5300029000kg/h密度 （操作温度下）425450kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面张力43dyne/cm气相 流率3750032000kg/h分子量3737密度 （操作温度下）6464kg/m

21、3塔盘数据结构壳体直径 （内径）18001600mm塔板形式ADV浮阀塔盘ADV浮阀塔盘塔截面开孔率8.20%7.50%塔板间距450/700450/700mm溢流程数单液流单液流降液管总面积百分数25%15%备注：水力学计算由塔盘供应商负责该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250（过热），183（饱和）。3）丙烯塔（1）设备位号C003设备名称丙烯（1）塔设备台数1设备规格400052000（切）工艺操作数据名 称 （或塔板数）16768100单位物料名称C3馏分操作温度 最高/正常/最低顶50.1/底58.9操作压力 最高/正常/最低2.18/1.96MPa（g）最高

22、/最低 （真空或负压）MPa（abs）液相 流率250000250000kg/h密度 （操作温度下）410410kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面张力3.23.2dyne/cm气相 流率2500025000kg/h分子量4242密度 （操作温度下）4545kg/m3塔盘数据结构壳体直径 （内径）40004000mm塔板形式ADV高效浮阀塔盘ADV高效浮阀塔盘塔截面开孔率12.50%12.50%塔板间距450/700450/700mm溢流程数双液流双液流降液管总面积百分数25%25%备注：水力学计算由塔盘供应商负责该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250（过热），

23、183（饱和）。4）丙烯塔（2）设备位号C004设备名称丙烯（2）塔设备台数1设备规格400053300（切）工艺操作数据名 称 （或塔板数）11001100单位物料名称C3馏分操作温度 最高/正常/最低顶50.1/底58.9操作压力 最高/正常/最低2.18/1.96MPa（g）液相 流率225000225000kg/h密度 （操作温度下）410420kg/m3粘度0.070.07MPa.s表面张力3.23.2dyne/cm气相 流率2500025000kg/h分子量4242密度 （操作温度下）4545kg/m3塔盘数据结构壳体直径 （内径）40004000mm塔板形式ADV高效浮阀塔盘AD

24、V高效浮阀塔盘塔截面开孔率12.50%12.50%塔板间距450/700450/700mm溢流程数双液流双液流降液管总面积百分数25%25%备注：水力学计算由塔盘供应商负责该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250（过热），183（饱和）。3 设备一览表1）塔类设备一览表序号位号设备名称主要规格主要介质操作条件设计条件单重吨温度压力MPa(g）温度压力MPa(g)1C001脱丙烷塔240039980（切线距）内设69层ADV塔盘液化气107.31.951302.3180.68塔内件：21.832C002脱乙烷塔1600/180033250（切线距）内设57层ADV塔盘碳二、碳三70.22.95903.4156.32塔内件：8.243C003丙烯塔（1）400052080（切线距）内设100层ADV塔盘碳三58.92.02802.4238.4塔内件：48.734C004丙烯塔（2）400053380（切线距）内设100层ADV塔盘碳三802.4802.4236.3塔内件：48.31注：材质均为塔壁16MnR、塔盘Q235-B；2）管壳式换热器一览表序号位号设备名称主要规格管程介质壳程介质板间距1E001脱丙烷塔进料加热器AES400-4.0-30-6/25-4IB凝结水液化气300mm2E002脱丙烷塔底重沸器TBJS1100-2.5-335-6/25-2蒸汽