道达尔杯首届全国大学生化工安全设计大赛解读.docx
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道达尔杯首届全国大学生化工安全设计大赛解读
“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛
题目
完成30万吨/年气体分离装置工艺设计及安全预评价。
作品应包括以下内容：
1.工艺设计部分
（1）30万吨/年气体分离装置带控制点的工艺流程图（PipingandInstrumentationDiagram，PID），给出详细的控制方案并以文字说明；
（2）30万吨/年气体分离装置设备平面布置图（EquipmentFloorplan）；
（3）完成换热器、机泵、安全阀和容器的选型，以清单形式列出；
（4）计算装置能耗。
2.安全预评价部分
（1）概述
①预评价的目的；
②预评价范围；
③预评价工作重点。
（2）危险有害因素分析
①主要危险、有害物质分析；
②工艺过程中的危险及有害因素分析；
③生产过程危险及有害因素分析；
④其他危险及有害因素分析。
（3）生产装置系统定性分析评价
①采用预先危险分析法，对系统内设备进行定性安全分析评价，格式见下表（注：
每台设备一表）；
预先危险分析表
设备名：
设备位号：
序号
危险/意外事故
起因
影响/事故后果
危险分类
对策
1
2
3
注：
a.危险/意外事故——填写危险/意外事故或潜在意外事故的名称；
b.起因——填写危险/意外事故或潜在意外事故发生的原因；
c.影响/事故后果——填写危险/意外事故或潜在意外事故对人和设备的影响或事故后果；
d.危险分类——填写危险/意外事故或潜在意外事故的类别，见下表：
危险严重度分类
严重度分类
影响程度
可能造成的危险及损失
IV
致命的
可能造成人员死亡或系统损失
III
严重的
可能造成人员严重伤害、严重职业病、主要系统损坏
II
临界的
可能造成人员轻伤、职业病或主要系统损坏
I
可忽略的
不会造成人员轻伤、职业病，系统也不会受损
e.对策——填写消除危险/意外事故或潜在意外事故的措施。
②安全设备清单。
（4）安全对策措施与建议
①建筑场地及布置方面的对策措施；
②工艺及设备等方面的对策措施；
③管理方面的对策措施。
（5）结论
作品以可工程实施为原则。
附录供选手参考，如给定的条件不足，可自行设定。
作品载体要求：
（1）采用MicrosoftOffice进行文字、数据文本建档，以PDF格式提交。
（2）采用AutoCAD绘图，图幅根据需要自行选定。
（3）决赛作品纸质版以A4纸双面打印，图纸为蓝图。
首届全国大学生化工安全设计大赛评审委员会
2013年7月20日
附录1
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30万吨/年，年开工8400小时，操作弹性为60～120%，占地99×29=2871m2（除管廊外），共用管廊占地99×10=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蒸汽凝结水。
脱丙烷塔采用了69层ADV高效浮阀塔盘，塔顶压力控制在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。
塔底物料碳四馏分通过E008与原料换热后，再用碳四循环水冷却器（E009）冷却至40℃后送至罐区。
脱丙烷塔重沸器（E-002）的热源为0.45MPa蒸汽。
脱乙烷塔采用了57层ADV高效浮阀塔盘，塔顶压力控制在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98℃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98℃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、分馏塔压力控制方案
项目
操作压力/MPa（G）
塔顶
塔底
脱丙烷塔
1.9
1.95
脱乙烷塔
2.9
2.95
丙烯塔1
1.96
2.02
丙烯塔2
1.90
1.96
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%）
C2H4
0.04
C2H6
0.46
C3H6
34.02
C3H8
7.87
iC4H10
19.06
iC4H8
12.89
C4H8-1
5.93
nC4H10
4.07
tC4H8
8.36
cC4H8
7.26
C5H12
0.04
H2O
0.0
H2S
合计
100.00
2）丙烯产品组成
组分
组成（mol%）
C2H6
0.02
C3H6
99.62
C3H8
0.36
合计
100.00
3）丙烷馏分产品组成
组分
组成（mol%）
C3H6
3.93
C3H8
96.00
iC4H10
0.04
iC4H8
0.03
合计
100.00
4）碳四馏分产品组成
组分
组成（mol%）
C3H6
0.07
C3H8
0.08
iC4H10
32.34
iC4H8
22.66
C4H8-1
10.43
tC4H8
14.70
nC4H10
6.91
cC4H8
12.76
C5H12
0.05
合计
100.00
5）燃料气产品组成
组分
组成（mol%）
C2H4
4.67
C2H6
49.61
C3H6
42.24
C3H8
3.48
合计
100.00
六、公用工程（水、电、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（1.0±0.02）MPa，温度≮230℃
蒸汽管网
0.45MPa蒸汽
压力（0.45±0.02）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、装置物料平衡表
序号
名称
流量
kg/h
t/d
104t/a
一
原料
1
液化石油气
35720
857.28
30.00
合计
35720
857.28
30.00
二
产品
1
精丙烯
11887.40
285.30
9.98
2
丙烷
2846.12
68.31
2.39
3
混合碳四
20598.78
494.37
17.30
4
燃料气
387.70
9.30
0.33
合计
35720
857.28
30.00
八、主要设备参数
1．概述
1）塔类
本装置共设4台板式塔。
①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φ2400，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.
②脱乙烷塔
板式塔，塔内共设57层塔盘。
精馏段直径为φ1600，进料口以上共17层，塔板间距为450mm；提馏段直径为φ1800，共40层塔盘，塔板间距为450mm。
塔盘采用高效浮阀塔盘。
③丙烯塔
（1）
板式塔，塔内共设100层塔盘。
直径为φ4000，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。
④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φ4000，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
塔盘结构数据
壳体直径（内径）
2400
2400
mm
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
500/700
450/700
mm
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
Φ1800（1600）×33200
塔盘结构数据
壳体直径（内径）
1800
1600
mm
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
450/700
450/700
mm
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
Φ4000×52000（切）
塔盘结构数据
壳体直径（内径）
4000
4000
mm
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
450/700
450/700
mm
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）。
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
Φ4000×53300（切）
塔盘结构数据
壳体直径（内径）
4000
4000
mm
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
450/700
450/700
mm
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）。
附录2
安全预评价部分参考文献
1.李美庆.安全评价员实用手册.北京：
化学工业出版社，2007.5
2.徐国财等.化工安全导论.北京：
化学工业出版社，2010.9
3.陈海群等.化工生产安全技术.北京：
中国石化出版社，2012.1
4.许文，张毅民.化工安全生产工程概论.北京：
化学工业出版社，2011.1
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