精細(xì)化工廠房的管道平面布置

劉長(zhǎng)江

(福斯特惠勒(河北)工程設(shè)計(jì)有限公司上海分公司，上海 200235)

1 引言

精細(xì)化工廠房的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，所使用的上游原料涉及多種危險(xiǎn)化學(xué)品，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大。同時(shí)一個(gè)完整的精細(xì)化工裝置除了生產(chǎn)區(qū)域外，還包含公用機(jī)房，配電室，機(jī)柜間和辦公區(qū)域等。因此廠房的平面布置和管道路徑規(guī)劃非常關(guān)鍵。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面規(guī)劃功能分區(qū)，在符合規(guī)范的前提下，優(yōu)先考慮安全因素，按照工藝流程的要求，在滿足生產(chǎn)操作要求的同時(shí)，盡可能的整合廠房?jī)?nèi)的空間布置，做到布局合理、緊湊。

與傳統(tǒng)露天的石化裝置不同，精細(xì)化工廠房的平面布置除了要考慮工藝需要的設(shè)備、管道之外，還應(yīng)對(duì)其他專業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行綜合規(guī)劃。精細(xì)化工廠房?jī)?nèi)各設(shè)計(jì)專業(yè)的平面布置列表見(jiàn)表1。

表1 精細(xì)化工廠房平面布置列表

表1(續(xù))

2 廠房平面布置

廠房的總平面布置應(yīng)滿足規(guī)范要求，其中甲類廠房設(shè)置室外設(shè)備區(qū)或者雨棚的，設(shè)備外壁或者雨棚外邊沿，距離其他廠房的外邊緣應(yīng)大于12m[1]。甲類多層廠房的總層高不高于24m。在此基礎(chǔ)上根據(jù)工藝流程，合理規(guī)劃廠房的層數(shù)和柱網(wǎng)跨距，本文中的廠房為3層，總層高為22m。多層廠房的布局占地面積小，能建立豎直方向的生產(chǎn)聯(lián)系，滿足不同生產(chǎn)工藝要求，在不同樓層組織生產(chǎn)。廠房平面布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 廠房平面布置示意圖

如圖1所示，廠房分為防爆生產(chǎn)區(qū)域和非防爆辦公區(qū)域，兩者以防爆墻分隔。廠房共有2個(gè)防火分區(qū)，單個(gè)防火分區(qū)面積小于3000m2。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014，3.7.2條的規(guī)定，廠房設(shè)置2個(gè)樓梯間，1個(gè)電梯間。根據(jù)廠房?jī)?nèi)任一點(diǎn)到最近安全出口的距離小于25米的規(guī)定，確定樓梯間的位置。電梯間的位置，要綜合考慮廠房?jī)?nèi)物流線路的合理性，電梯間前方預(yù)留足夠的空間和轉(zhuǎn)彎半徑，方便叉車通行。廠房的平面布置初步確定以后，應(yīng)與建筑專業(yè)核對(duì)廠房的泄壓面積是否滿足規(guī)范要求。不同項(xiàng)目的廠房，其長(zhǎng)徑比存在差異，長(zhǎng)徑比大于3時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算泄壓面積。泄壓面積計(jì)算公式如下：

A=10CV2/3

A——泄壓面積，m2；V——廠房的容積，m3；C——廠房容積為1000m3時(shí)的泄壓比，m2mil/m3；

注：長(zhǎng)徑比為建筑平面幾何外形尺寸中的最長(zhǎng)尺寸與其橫截面周長(zhǎng)的積和4.0倍的該建筑橫截面積之比[1]。

在實(shí)踐中，會(huì)有泄壓面積不滿足規(guī)范要求的情況出現(xiàn)。此時(shí)是否可以采取樓板開(kāi)孔，或者采取梁、柱脫開(kāi)外墻的措施補(bǔ)充泄壓面積？如果可以，樓板開(kāi)孔率和脫開(kāi)距離應(yīng)采用何種計(jì)算方法？目前規(guī)范對(duì)于此種情況尚無(wú)明確的定義。

生產(chǎn)區(qū)域的兩側(cè)為功能房間，中間為走廊通道。按照工藝流程，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，三層布置反應(yīng)器，二層為物料分離裝置，一層布置凝液接收罐。反應(yīng)器房間內(nèi)兩側(cè)分別為物流門(mén)和人流門(mén)，符合人、物流分流的原則，避免交叉污染。反應(yīng)器靠近中間管廊一側(cè)為管道側(cè)，方便接入中間管廊管架。另一側(cè)為操作通道，操作通道的寬度大于2.5m，操作通道兩側(cè)應(yīng)設(shè)置防撞柱。辦公區(qū)域內(nèi)布置機(jī)柜間、配電室、中控室和消防閥室。

設(shè)備布置時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)備吊裝。帶有攪拌裝置的反應(yīng)器，宜在頂部梁下設(shè)置吊車梁。反應(yīng)器的安裝高度既要滿足工藝要求；還要考慮管口高度，方便人員操作管口直連的閥門(mén)；同時(shí)要保證吊裝、檢修空間。房間內(nèi)靠近人流門(mén)的一側(cè)，布置緊急沖淋設(shè)施和洗手池。公用工程站、儀表空氣分配器和儀表操作柱等應(yīng)靠墻布置在管道側(cè)，方便人員就近操作。

3 管道路徑研究

圖2 總管路徑規(guī)劃示意圖

主管廊的管道進(jìn)入廠房有兩種形式：如圖2 所示，當(dāng)廠房無(wú)防火/防爆墻時(shí)，總管進(jìn)入廠房后，可在各樓層內(nèi)進(jìn)行分配，接出支管。圖2 為廠房?jī)?nèi)存在防火/防爆墻的情況。按照規(guī)范要求，可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的管道嚴(yán)禁穿過(guò)防火墻。其它管道不宜穿過(guò)防火墻[1]。此時(shí)為保護(hù)墻體的完整性，預(yù)防火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)擴(kuò)散，總管宜沿著廠房的外墻升高至屋頂，利用屋頂?shù)墓芗芸缭椒阑饓?防爆墻。各樓層內(nèi)支管通過(guò)屋頂?shù)臍獯埃M(jìn)入廠房?jī)?nèi)不同的防火/防爆分區(qū)。氣窗的作用是為了避免管道直穿屋頂樓板，破壞屋頂?shù)姆浪畬印９艿姥貜S房外墻敷設(shè)時(shí)，盡量集中布置，同時(shí)應(yīng)注意避讓廠房的外窗，避免遮擋。

圖3 中間走廊剖面示意圖

工藝/公用工程管道和風(fēng)管從側(cè)面進(jìn)入屋頂氣窗，向下至各層中間走廊的管架。精細(xì)化工裝置的管道直徑較小，用于切換和倒料的管道較多，因此廠房?jī)?nèi)的管道應(yīng)盡量集中布置、共架支撐，以便節(jié)約空間。管道穿越樓板時(shí)，樓板開(kāi)孔的周圍應(yīng)設(shè)置泛水，防止上層樓面的積水流至下一層。如圖3所示，中間走廊設(shè)置3層管架，管道沿管架分配支管至各個(gè)房間。規(guī)劃中間走廊管架時(shí)，同時(shí)考慮儀表/電氣橋架和噴淋總管的布置，橋架和噴淋總管沿管架敷設(shè)，橋架距可燃性氣體管道間距不小于500mm，與其它工藝管道間距不小于400mm。消防噴頭支管在管架上方，緊貼梁底布置。為滿足檢維修要求，同時(shí)考慮叉車通行，中間走廊的凈寬不小于4m，管架下方凈空不小于2.5m。

廠房?jī)?nèi)的樓板鋪設(shè)耐磨、耐撞擊的防火花瓷磚，需要稱重的設(shè)備，宜布置在地面。稱重設(shè)備采用支耳安裝，或者帶有設(shè)備平臺(tái)時(shí)，其結(jié)構(gòu)框架應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，避免外力或振動(dòng)影響稱重模塊的計(jì)量精度。房間內(nèi)其他的操作平臺(tái)和管道支架，應(yīng)盡量采取倒吊型式，在房間梁上生根，減少地面樓板的柱腳數(shù)量，使房間地面易于除塵清洗。為了方便生產(chǎn)操作，反應(yīng)器房間內(nèi)可設(shè)置聯(lián)系樓梯，去往下一層的物料分離裝置。聯(lián)系樓梯的位置不能阻擋人、物流通道。

規(guī)劃廠房布局時(shí)，要考慮暖通風(fēng)機(jī)的布置。根據(jù)廠房空間和防爆區(qū)域的具體情況，可以在廠房?jī)?nèi)設(shè)置暖通機(jī)房，或者將風(fēng)機(jī)布置在屋頂。屋頂布置風(fēng)機(jī)時(shí)，廠房?jī)蓚?cè)布置新風(fēng)風(fēng)機(jī)，中間布置排風(fēng)機(jī)。排風(fēng)口與機(jī)械進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口的水平距離不小于20m。工藝放空管道引至屋頂放空時(shí)，放空點(diǎn)距離進(jìn)風(fēng)口的水平距離不小于20m。

如圖4所示，各房間和走廊內(nèi)應(yīng)設(shè)置送排風(fēng)設(shè)施，房間內(nèi)操作側(cè)預(yù)留送風(fēng)管道的豎井，管道側(cè)為排風(fēng)管道的豎井。人員面對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行操作時(shí)，通風(fēng)方向應(yīng)該是從人員的背面吹至正面。操作頻繁的區(qū)域，設(shè)置局部排風(fēng)，局部排風(fēng)罩為萬(wàn)向接頭型式，排風(fēng)罩周圍應(yīng)預(yù)留足夠的操作空間。

圖4 風(fēng)管豎井規(guī)劃示意圖

根據(jù)GMP要求，廠房?jī)?nèi)的給水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)、生活和消防等各項(xiàng)用水的要求分別設(shè)置[2]。排水系統(tǒng)分為生產(chǎn)廢水和生活廢水，其中生產(chǎn)廢水應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的廢水性質(zhì)區(qū)分。排水設(shè)備以及與重力回水管道相連的設(shè)備，必須在其排出口以下部位設(shè)置水封裝置，以防止氣體流串[3]。一層的地漏單獨(dú)設(shè)置總管埋地敷設(shè)，避免總管壓力過(guò)大時(shí)發(fā)生廢水倒流的情況。其他層的地漏支管匯入總管后，在一層梁下接入主管廊。

4 結(jié)論

精細(xì)化工廠房作為建筑物，與傳統(tǒng)石化裝置相比，其設(shè)備布置的空間有限。與普通的工業(yè)廠房相比，設(shè)備、管道數(shù)量對(duì)廠房的布局影響很大。因此在對(duì)精細(xì)化工廠房進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮設(shè)備、管道之外，還要兼顧其他專業(yè)的平面布置。協(xié)調(diào)總圖，建筑結(jié)構(gòu)，暖通，消防給排水和儀電專業(yè)，在滿足工藝流程和生產(chǎn)操作要求的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)廠房的空間布局和功能配置進(jìn)行合理規(guī)劃。