丁腈乳膠生產裝置設備與管道布置特點分析

陳琳，王亮(北京中寰工程項目管理有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

丁腈乳膠，屬于丙烯腈與丁二烯的合成高分子化合物，目前主要應用于制造一次性手套。丁腈手套具有強度高和耐滲透性好的特點，環(huán)境危害性低，安全性高，市場前景看好。筆者根據自己的工程經驗，從丁腈乳膠生產裝置的工藝、設備及管道布置特點、設備吊裝、管道應力等方面進行了特點分析。

1 工藝流程簡介

丁腈乳膠生產工藝主要由原料罐區(qū)、溶液制備、聚合、回收/濃縮、成品罐區(qū)、冷熱水系統六個工序組成。

1.1 原料罐區(qū)

原料罐區(qū)用于儲存和制備本裝置生產的主要原材料，如甲基丙烯酸、叔十二烷基硫醇、氫氧化鉀、抗氧化劑、氨水等原料，用于后續(xù)反應和濃縮工序。

1.2 溶液制備工序

包括純化丁二烯、添加劑的儲存和制備、除塵系統。如消泡劑、PH調節(jié)劑、抗氧化劑、乳化劑等的制備。該工序中部分輔料產生的揮發(fā)性氣體直接去尾氣焚燒裝置處理。。

1.3 聚合工序

聚合：投入的主原料單體、輔原料和添加劑在反應釜內發(fā)生化學反應進行乳液聚合，由于該聚合反應為放熱反應，所以需要冷凍機產生的冷水對反應釜降溫進行溫度控制。典型流程如圖1所示。

圖1 聚合工序典型流程圖

1.4 回收/濃縮工序

該工序通過向反應釜頂端輸入氮氣使反應釜增壓。同時真空泵運轉使?jié)饪s罐達到一定真空條件。乳膠在壓力的推動下，從反應釜進入濃縮罐。濃縮罐的兩個作用：一是回收膠乳中殘留的未反應單體(揮發(fā)性有機化合物)，二是對膠乳進行濃縮。

1.5 成品罐區(qū)

用于中間儲罐的丁腈乳膠產品通過內聯過濾系統將凝聚物去除然后移送至成品儲罐。

1.6 冷熱水系統

該系統為整個裝置提供高壓脫鹽水、脫鹽水、冷卻水，冷凍水、密封水。

2 裝置布置

2.1 裝置布置要點

按照工藝流程順序和同類設備相對集中布置的原則，可以將NBL裝置劃分成不同的區(qū)域。由于原料罐區(qū)和成品罐區(qū)，需要裝卸車，同時方便巡檢維護，因此靠馬路相對布置，中間由管廊隔開。溶液制備和聚合濃縮兩個甲類工序物料之間聯系緊密，相鄰布置。冷熱水系統主要為溶液制備和聚合濃縮服務，與其相對布置并由管廊隔開，裝置內管廊將幾個部分連接起來。裝置布置方塊如圖2所示。

圖2 裝置布置方塊圖

2.2 設備吊裝

(1)本裝置四周預留有足夠的區(qū)域作為吊裝區(qū)域；(2)布置在框架里的設備，設備為整體吊裝，在框架上預留有吊裝孔和活動梁；(3)清洗機置于頂層樓板上，在濃縮罐和反應釜之間留有清洗機移動通道，通道上方的電動葫蘆用于清洗機清洗濃縮罐和反應釜，當清洗機大修時，通過反應釜，濃縮罐上方的軌道起吊，穿越吊軌方向的相關設備(注：不考慮穿越管道，管道擋住吊裝通道的，可以拆除)，吊出框架；(4)濃縮罐頂部冷凝器的平蓋，管箱和封頭，高壓清洗前需要將冷凝器的平蓋，管箱和封頭拆除，整個作業(yè)在樓面上完成，吊裝方案：部件上部設吊點，用手動葫蘆起吊。

3 設備布置和管道布置要點

3.1 設備布置要點

主要分析原料罐區(qū)、聚合濃縮工序的設備布置要點。

3.1.1 原料罐區(qū)

(1)本項目兩個丙烯腈儲罐儲存Ⅱ級高毒性液體，不應與其他易燃和可燃液體儲罐布置在同一防火堤內，需單獨布置在一個防火堤內，單獨作為一個罐組。(2)本項目氨水儲罐為乙類液體儲罐，應設隔堤與其他類可燃液體儲罐隔開。氫氧化鈉儲罐、氫氧化鉀儲罐為堿性腐蝕性液體儲罐，應設隔堤與其他類可燃液體儲罐隔開。(3)布置時禁止兩個罐組共用一個防火堤，即相鄰罐組防火堤的外堤腳線之間應留有寬度不小于7 m的消防空地。(4)本裝置有兩個丙A類儲罐，直徑均為3 m，按GB 50160表6.2.8中相鄰兩丙A類固定頂罐的防火間距是0.4 D，防火間距1.2 m就夠了，然而丙B類固定頂罐的防火間距則是一個具體的數值2 m，筆者認為相鄰兩丙A類固定頂罐應該參照丙B類，則兩丙A類固定頂罐的防火間距不應小于2 m。(5)防火規(guī)范中沒有規(guī)定戊類儲罐的防火間距要求，戊類介質為不燃燒介質，按照以往設計經驗，戊類儲罐按照一般裝置設置圍堰，無需設置防火堤。

3.1.2 聚合及濃縮框架

(1)聚合及濃縮框架共三層，框架頂部設置U型電動葫蘆，方便設備的檢修和工具的吊裝。二層和三層平面分別設置了兩個通道，與溶液框架東面連通，方便人員通行。(2)濃縮罐底部出口管、濃縮罐底過濾器、膠乳卸料泵的設備布置都是互相關聯，需結合管道應力計算統籌規(guī)劃這三者的設備布置。(3)第三層平面反應釜和濃縮罐之間預留近4 m寬的空間，供清洗機工作使用。(4)濃縮罐、濃縮罐頂部收集槽、濃縮罐頂部冷凝器、真空泵的設備布置都是互相關聯，需結合管道應力計算統籌規(guī)劃這三者的設備布置。(5)換熱器、冷凝器、壓縮機、真空泵需按照實際應用考慮檢修空間，其中濃縮罐頂部冷凝器并非常規(guī)的抽芯清洗，而是利用高壓沖洗水管通入列管中沖洗。(6)反應釜、濃縮罐的設備基礎高度需綜合考慮底部人員檢修，相關管道閥門安裝檢修，設備儀表高度，設備頂部露出平臺高度，頂部儀表及配管等。(7)預加熱釜安裝高度要高于反應釜一定高度，利用高度差造成壓力差，可以加快物料從預熱罐去反應釜的時間。

3.2 管道布置要點

主要分析原料罐區(qū)、聚合濃縮工序的管道布置要點。

3.2.1 原料罐區(qū)

(1)進出儲罐組的各類管線、電纜應從防火堤頂部跨越或者從地面以下穿過。當必須穿過防火堤時，應設置套管，并采用不燃燒材料嚴密封閉，或者采用固定短管且兩端采用軟管密封連接的形式。目前實際工作中很難做到完全密封，設計中管道盡量不穿越防火堤。例如：當儲罐排凈口標高低于防火堤高度時，(a)可降低防火堤高度(堤高不低于1 m且需滿足防火堤內有效容積)；(b)可在合理范圍內抬高設備基礎。(2)儲罐底排凈管道布置時注意不要有低帶，否則影響儲罐底部排凈。

3.2.2 聚合及濃縮

(1)整個裝置反應釜和濃縮罐分A系列和B系列，考慮物料走向的平衡性，A系列和B系列相關管道對稱布置；(2)止回閥布置時注意流向，安裝在垂直管道上時，介質流向應自下而上，最好避免使用介質流向自上而下的特殊止回閥；(3)整個框架管道數量偏多，大管道的走向需提前規(guī)劃，提框架基礎時應預先告知結構預留一部分荷載；(4)真空泵、壓縮機的進出口配管需符合廠家的最小阻力損失的要求；(5)反應釜的冷凍水進出管線需設置坡度，便于反應釜夾套層排除多余氣體；(6)反應釜、濃縮罐的管口方位需結合管道布置，應力計算，清洗檢修等各方面的要求后綜合考慮；(7)丙烯腈屬于高度危害介質，相關管道的放空和排凈應設置雙閥，當設置單閥時，應加盲板或法蘭蓋。

4 管道應力

整個裝置中，主要的應力管線集中在聚合濃縮工序、冷熱水系統。在布置應力管道時應注意：(1)聚合濃縮工序空間比較緊張，應力管線的走向必須盡早規(guī)劃，要早于土建一次條件的提出和設備管口方位條件的提出。尤其是管道短，且頭尾連接的是設備管口，或者是一組管系串聯多個設備的情況下。應盡早規(guī)劃走向并核算應力，管道確定走向時注意預留三個方位的能吸收位移量的直管段長度。(2)安全閥放空管排入密閉系統，需考慮閥門開啟時的反向推力和閥后管段的背壓，設備或者管道上的安全閥排放管的支撐盡量生根于設備本體或者管道本體上，這樣能使相關管道一起產生位移而不會相互牽制。(3)壓縮機、真空泵、風機等振動設備進出口管道一般需結合防振設計進行應力計算，并需生產廠家提供設備管口允許的受力大小。(4)在確定應力管道走向時，兼顧管道支架的設置，如支架的形式、位置、所占空間等，特別是設備管口，盡量預留設置支架的位置和空間。

5 結語

裝置布置和管道設計專業(yè)性較強，不同的化工裝置都有其特點，所涉及的知識面非常豐富，在設計的過程中，應熟悉整個設計流程，提前把握不同項目的設計特點，熟悉工藝流程和介質物料屬性，總結施工安裝、開車過程中的經驗，使設計安全、高質，經濟效益可達。