首屆大學生化工安全設計大賽題目

1、首屆全國大學生化工安全設計大賽題 目完成30萬噸/年氣體分離裝置工藝設計及安全預評價。作品應包括以下內容：1. 工藝設計部分（1） 30萬噸/年氣體分離裝置帶控制點的工藝流程圖（Piping and Instrumentation Diagram，PID）；（2） 30萬噸/年氣體分離裝置設備平面布置圖（Equipment Floorplan）。2. 安全預評價部分（1） 概述 預評價的目的； 預評價范圍； 預評價工作重點。（2） 危險有害因素分析 主要危險、有害物質分析； 工藝過程中的危險及有害因素分析； 生產過程危險及有害因素分析； 其他危險及有害因素分析。（3） 生產裝置系統(tǒng)定性分析評價

2、 采用預先危險分析法，對系統(tǒng)內設備進行定性安全分析評價，格式見下表（注：每臺設備一表）；預先危險分析表設備名：設備位號：序號危險/意外事故起因影響/事故后果危險分類對策123注：a. 危險/意外事故填寫危險/意外事故或潛在意外事故的名稱；b. 起因填寫危險/意外事故或潛在意外事故發(fā)生的原因；c. 影響/事故后果填寫危險/意外事故或潛在意外事故對人和設備的影響或事故后果；d. 危險分類填寫危險/意外事故或潛在意外事故的類別，見下表：危險嚴重度分類嚴重度分類影響程度可能造成的危險及損失IV致命的可能造成人員死亡或系統(tǒng)損失III嚴重的可能造成人員嚴重傷害、嚴重職業(yè)病、主要系統(tǒng)損壞II臨界的可能造成人

3、員輕傷、職業(yè)病或主要系統(tǒng)損壞I可忽略的不會造成人員輕傷、職業(yè)病，系統(tǒng)也不會受損e. 對策填寫消除危險/意外事故或潛在意外事故的措施。 安全設備清單。（4） 安全對策措施與建議 建筑場地及布置方面的對策措施 工藝及設備等方面的對策措施 管理方面的對策措施（5） 結論作品以可工程實施為原則。附錄供選手參考，如給定的條件不足，可自行設定。作品載體要求：（1） 采用Microsoft Office進行文字、數(shù)據(jù)文本建檔，以PDF格式提交。（2） 采用Auto CAD繪圖，圖幅根據(jù)需要自行選定。（3） 決賽作品紙質版以A4紙雙面打印，圖紙為藍圖。首屆全國大學生化工安全設計大賽評審委員會2013年7月20

4、日附 錄 130萬噸/年氣體分離裝置一、裝置概況裝置原料系催化裂化裝置所產的并經脫H2S、硫醇后的液化氣，裝置公稱設計規(guī)模30萬噸/年，年開工8400小時，操作彈性為60120%，占地99×29= 2871m2（除管廊外），共用管廊占地99×10= 990m2。主要產品是純度99.6%（mol）的精丙烯，副產品有丙烷餾分、碳四餾分和燃料氣。裝置按三塔流程設計，即脫丙烷塔、脫乙烷塔和丙烯塔，其中丙烯塔板數(shù)較多（200層），為兩塔串聯(lián)。裝置采用集散型控制系統(tǒng)（DCS），配電間布置在聯(lián)合裝置配電間內。二、工藝流程簡述本裝置工藝過程分為脫丙烷部分、脫乙烷部分和精丙烯部分。脫硫后的液

5、化石油氣進入本裝置，經凝聚脫水器脫除游離水后進入脫丙烷塔進料罐（D001），液化氣經脫丙烷塔進料泵（P001）從脫丙烷塔進料罐抽出，經原料-碳四換熱器（E008）換熱后再經脫丙烷塔進料加熱器（E001）加熱，以泡點狀態(tài)進入脫丙烷塔（C001）第34層塔板。E001熱源為本裝置回收的凝結水。脫丙烷塔采用了69層ADV高效浮閥塔盤，壓力控制在1.9MPa（G）。塔頂?shù)腃2、C3餾分經脫丙烷塔頂冷凝器（E012）冷凝冷卻后，進入脫丙烷塔回流罐（D002）。冷凝液一部分用脫丙烷塔回流泵（P002）抽出作為脫丙烷塔（C001）回流，另一部分用脫乙烷塔進料泵（P003）加壓后作為脫乙烷塔（C002）進料。

6、塔底物料碳四餾分經與原料換熱后，用碳四冷卻器（E009）冷卻至40后送至氣體分餾裝置。脫丙烷塔重沸器（E-002）的熱源為0.45MPa蒸汽。脫乙烷塔采用了57層ADV高效浮閥塔盤，壓力控制在2.9MPa（G）。塔頂碳二、碳三氣體經脫乙烷塔頂冷凝器（E005）部分冷凝后，進入脫乙烷塔回流罐（D003），未冷凝的氣體主要是乙烷和部分丙烯、丙烷，由回流罐上部經壓控閥放至高壓瓦斯管網。冷凝液用脫乙烷塔回流泵（P004）送回脫乙烷塔頂全部作為回流。脫乙烷塔底物料自壓至精丙烯塔1（C003）第59層塔板，作為精丙烯塔進料。脫乙烷塔重沸器（E003）熱源為來自催化裂化裝置的103熱水。丙烯塔分為兩塔串聯(lián)操

7、作。丙烯塔1（C-003）塔底丙烷餾分經丙烷冷卻器（E007）冷卻至40后，用丙烷餾分泵（P005）抽出送至罐區(qū)。塔頂氣體進入丙烯塔2（C004）底部，丙烯塔2底部液體由丙烯塔中間泵（P007）送回丙烯塔1頂部作為回流。丙烯塔2頂氣體經丙烯塔塔頂冷凝器（E013）冷凝冷卻后，進入丙烯塔回流罐（D004），冷凝液用丙烯塔回流泵（P006）從丙烯塔回流罐抽出后一部分送回丙烯塔2頂部作為回流，另一部分經丙烯冷卻器（E006）冷卻至40后用丙烯產品泵（P008）送至罐區(qū)。丙烯塔1重沸器（E004）熱源采用來自催化裂化裝置的103熱水。裝置設停工線，當裝置停工時，用泵P005將系統(tǒng)內物料抽出送至罐區(qū)。不

8、合格產品也通過此線送至罐區(qū)。裝置公用工程管線自系統(tǒng)引進。三、主要工藝過程操作條件分餾塔工藝操作條件項目操作溫度/操作壓力/MPa（G）回流比進料塔頂塔底回流罐塔頂塔底回流罐脫丙烷塔76.348.8107.345.71.91.951.853.3脫乙烷塔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、生產控制設計范圍為氣體分餾裝置界區(qū)內的全部現(xiàn)場控制儀表。DCS系統(tǒng)監(jiān)控操作站控制系統(tǒng)另立單元設計。本裝置采用以計算機技術為基礎的分散控制系統(tǒng)（下稱DCS）。對全裝置進行實時

9、控制、實時顯示報警、并生成各種生產和管理用的記錄和報表。1）分餾塔壓力控制分餾塔壓力恒定與否，對塔的平穩(wěn)操作有很大影響，只有在壓力穩(wěn)定的條件下，才能保證分餾塔的產品質量。本裝置分餾塔均設有塔頂壓力控制，其中脫丙烷塔、丙烯塔采用熱旁路控制，增大或降低塔頂氣相冷凝量，達到穩(wěn)定塔頂壓力的目的。當脫丙烷塔壓力過高時，還可進一步通過不凝氣的排放來降低壓力。本次設計方案中，采用雙調節(jié)閥控制，在操作和安裝上都更加靈活。脫乙烷塔頂?shù)牟荒龤廨^多，直接通過排放不凝氣控制塔頂壓力。2）物料平衡本裝置各工序間采用循向物料平衡控制，即下游隨上游的物料的波動而及時變化，從而使進出裝置的物料達到總體平衡。為消除上下游物料波

10、動的干擾，采用液位流量串級均勻控制方案。3）熱量平衡為保持塔的熱量平衡，對加熱蒸汽量和塔頂冷回流量進行流量控制，考慮到原料變化的影響，一般構成塔底溫度加熱蒸汽量、塔頂回流罐液位頂回流量串級調節(jié)方式。4）裝置自動化控制水平為保證生產裝置平穩(wěn)運行、安全生產、降低能耗，提高產品收率、產品質量和操作水平，本裝置采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）實現(xiàn)對裝置生產的監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)全裝置的監(jiān)視控制和自動保護。DCS應適應工廠集中管理的要求及與上層工廠管理網絡連接的可能性。五、物料組成1）原料組成組 分組成（wt%）C2H40.04C2H60.46C3H634.02C3H87.87iC4H1019.06iC4H8

11、12.89C4H8-15.93nC4H104.07tC4H88.36cC4H87.26C5H120.04H2O0.0H2S合計100.002）丙烯產品組成組 分組成（mol%）C2H60.02C3H699.62C3H80.36合計100.003）丙烷餾分產品組成組 分組成（mol%）C3H63.93C3H896.00iC4H100.04iC4H80.03合計100.004）碳四餾分產品組成組 分組成（mol%）C3H60.07C3H80.08iC4H1032.34iC4H822.66C4H8-110.43tC4H814.70nC4H106.91cC4H812.76C5H120.05合計100.

12、005）燃料氣產品組成組 分組成（mol%）C2H44.67C2H649.61C3H642.24C3H83.48合計100.00六、公用工程（水、電、汽、風等）指標項 目規(guī) 格來 源低壓電380V（-5%10%）變電所1.0MPa蒸汽壓力（1.0±0.02）MPa，溫度230蒸汽管網0.45MPa蒸汽壓力（0.45±0.02）MPa，溫度140蒸汽管網循環(huán)水壓力0.40MPa，溫度28循環(huán)水場凈化風0.7MPa凈化風管網非凈化風0.7MPa非凈化風管網4.0MPa氮氣3.8MPa氮氣管網0.85MPa氮氣0.80MPa氮氣管網七、主要操作條件 項 目單位脫丙烷塔脫乙烷塔丙烯

13、塔1丙烯塔2塔頂壓力MPa（g）1.902.901.961.90塔頂溫度48.850.650.148.3塔底壓力MPa（g）1.952.952.021.96塔底溫度107.370.258.950.1回流比%3.310518.9八、物料消耗1）原材料、公用工程消耗序號指標名稱單位數(shù)量備注一主要原料1催化液化氣萬噸/年30.0二主要產品和副產品1丙烯產品萬噸/年9.982丙烷餾分萬噸/年2.393碳四餾分萬噸/年17.304燃料氣萬噸/年0.33三消耗指標1液化氣萬噸/年30.02催化熱水t/h4663循環(huán)水t/h29844電kW51950.45MPa蒸汽t/h18.86氮氣Nm3/h6007儀表

14、空氣Nm3/h1208非凈化風Nm3/h600四裝置占地面積公頃0.6448五三廢排放量1廢氣2廢水t/次2.03廢渣2）耗水量序號使用地點或用途給水（t/h）排 水（t/h）循環(huán)冷水33循環(huán)熱水41含油污水1脫丙烷塔頂冷凝器 （E012）5665662脫乙烷塔頂冷凝器 （E005）2412413丙烯塔頂冷凝器 （E013）206120614凝結水蒸汽冷凝器 （E011）39395丙烷冷卻器 （E007）5.55.56丙烯產品冷卻器 （E006）8.28.27碳四餾分冷卻器（E009）48488機泵冷卻13132.0合計298229822.03）耗電量序號使用地點或用途電壓（V）設備臺數(shù)（臺）

15、設備容量（kW）軸功率時數(shù)（kW）年工作時數(shù)（h）年用電量（萬度）操作備用操作備用1脫丙烷塔進料泵 （P001）3801113213274840062.162脫丙烷塔回流泵 （P002）38011757540840033.63脫乙烷塔進料泵 （P003）38011757535840029.44脫乙烷塔回流泵 （P004）38011373719840015.965丙烷餾分泵 （P005）380115.55.5284001.686丙烯塔回流泵（P006）60001125025015084001267丙烯塔中間泵 （P007）60001125025015084001268丙烯產品泵 （P008）38

16、011303015840012.69凝結水回收泵 （P009）380111515984007.5610儀表用電3801084008.411照明用電2201542006.30合計519429.664）蒸汽耗量序號使用地點或用途蒸汽用量 t/h回收凝結水 t/h0.9MPa（g）0.45MPa（g）0.9MPa（g）0.45MPa（g）1脫丙烷塔重沸器 （E002）9.39.3吹掃、消防4.0合計4.09.39.3九、裝置物料平衡表序號名稱kg/ht/d104 t/a一原料1液化石油氣35720857.2830.00合計35720857.2830.00二產品1精丙烯11887.40285.309.

17、982丙烷2846.1268.312.393混合碳四20598.78494.3717.304燃料氣387.709.300.33合計35720857.2830.00十、主要設備參數(shù)1 概述1）塔類本裝置共設4臺板式塔。脫丙烷塔板式塔，塔內共設69層塔盤。精餾段、提餾段直徑均為2400，塔板間距為500mm。塔盤采用高效浮閥塔盤。精餾段共設31層， 提餾段共設38層.脫乙烷塔板式塔，塔內共設57層塔盤。精餾段直徑為1600，進料口以上共17層，塔板間距為450mm；提餾段直徑為1800，共40層塔盤，塔板間距為450mm。塔盤采用高效浮閥塔盤。丙烯塔（1）板式塔，塔內共設100層塔盤。直徑為400

18、0，精餾段進料口以上共33層，塔板間距為450mm，提餾段67層塔盤，塔板間距為450mm。丙烯塔（2）板式塔，塔內共設100層塔盤。本塔全部為丙烯塔精餾段，直徑為4000，塔板間距為450mm。塔盤采用高效浮閥塔盤。2）容器類裝置共需立式容器4臺，臥式容器5臺。3）冷換設備裝置共有換熱器24臺。其中重沸器采用T型翅片管重沸器，部分換熱器采用波紋管換熱器。4）機泵裝置共需泵18臺。由于氣體分餾裝置液化氣原料已經過雙脫裝置，含硫量很低，因此設備材質基本為碳鋼。塔板采用高效的 ADV 浮閥塔板，該塔板通量大效率高，已在多套氣體分餾裝置中使用，效果良好。塔底重沸器采用 T 型槽管，冷凝器采用外螺紋管

19、，以提高傳熱系數(shù)，減小設備尺寸。2 塔數(shù)據(jù)1）脫丙烷塔設備位號C001設備名稱脫丙烷塔需要臺數(shù)1設備規(guī)格工藝操作數(shù)據(jù)名 稱 （或塔板數(shù)）1383669單位物料名稱液化氣操作溫度 最高/正常/最低頂48.8/底107.3操作壓力 最高/正常/最低2.05/1.90MPa（g）液相 流率10500050500kg/h密度 （操作溫度下）462459kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面張力dyne/cm氣相 流率8300065500kg/h分子量5545密度 （操作溫度下）4444.8kg/m3塔盤數(shù)據(jù)結構殼體直徑 （內徑）24002400mm塔板形式ADV高效浮閥塔盤ADV高效浮閥塔盤塔截

20、面開孔率11.20%9.50%塔板間距500/700450/700mm溢流程數(shù)雙液流雙液流降液管總面積百分數(shù)25%15%備注：水力學計算由塔盤供應商負責該塔要承受蒸汽吹掃條件：壓力1.0MPa（g）， 溫度：250（過熱），183（飽和）。2）脫乙烷塔設備位號C002設備名稱脫乙烷塔設備臺數(shù)1設備規(guī)格1800（1600）×33200工藝操作數(shù)據(jù)名 稱 （或塔板數(shù)）1404157單位物料名稱C2，C3餾分操作溫度 最高/正常/最低頂50.6/底70.2操作壓力 最高/正常/最低3.05/2.9MPa（g）最高/最低 （真空或負壓）MPa（abs）液相 流率5300029000kg/h密

21、度 （操作溫度下）425450kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面張力43dyne/cm氣相 流率3750032000kg/h分子量3737密度 （操作溫度下）6464kg/m3塔盤數(shù)據(jù)結構殼體直徑 （內徑）18001600mm塔板形式ADV浮閥塔盤ADV浮閥塔盤塔截面開孔率8.20%7.50%塔板間距450/700450/700mm溢流程數(shù)單液流單液流降液管總面積百分數(shù)25%15%備注：水力學計算由塔盤供應商負責該塔要承受蒸汽吹掃條件：壓力1.0MPa（g）， 溫度：250（過熱），183（飽和）。3）丙烯塔（1）設備位號C003設備名稱丙烯（1）塔設備臺數(shù)1設備規(guī)格4000

22、5;52000（切）工藝操作數(shù)據(jù)名 稱 （或塔板數(shù)）16768100單位物料名稱C3餾分操作溫度 最高/正常/最低頂50.1/底58.9操作壓力 最高/正常/最低2.18/1.96MPa（g）最高/最低 （真空或負壓）MPa（abs）液相 流率250000250000kg/h密度 （操作溫度下）410410kg/m3粘度0.070.07mPa.s表面張力3.23.2dyne/cm氣相 流率2500025000kg/h分子量4242密度 （操作溫度下）4545kg/m3塔盤數(shù)據(jù)結構殼體直徑 （內徑）40004000mm塔板形式ADV高效浮閥塔盤ADV高效浮閥塔盤塔截面開孔率12.50%12.50

23、%塔板間距450/700450/700mm溢流程數(shù)雙液流雙液流降液管總面積百分數(shù)25%25%備注：水力學計算由塔盤供應商負責該塔要承受蒸汽吹掃條件：壓力1.0MPa（g）， 溫度：250（過熱），183（飽和）。4）丙烯塔（2）設備位號C004設備名稱丙烯（2）塔設備臺數(shù)1設備規(guī)格4000×53300（切）工藝操作數(shù)據(jù)名 稱 （或塔板數(shù)）11001100單位物料名稱C3餾分操作溫度 最高/正常/最低頂50.1/底58.9操作壓力 最高/正常/最低2.18/1.96MPa（g）液相 流率225000225000kg/h密度 （操作溫度下）410420kg/m3粘度0.070.07MPa

24、.s表面張力3.23.2dyne/cm氣相 流率2500025000kg/h分子量4242密度 （操作溫度下）4545kg/m3塔盤數(shù)據(jù)結構殼體直徑 （內徑）40004000mm塔板形式ADV高效浮閥塔盤ADV高效浮閥塔盤塔截面開孔率12.50%12.50%塔板間距450/700450/700mm溢流程數(shù)雙液流雙液流降液管總面積百分數(shù)25%25%備注：水力學計算由塔盤供應商負責該塔要承受蒸汽吹掃條件：壓力1.0MPa（g）， 溫度：250（過熱），183（飽和）。3 設備一覽表1）塔類設備一覽表序號位號設備名稱主要規(guī)格主要介質操作條件設計條件單重噸溫度壓力MPa(g）溫度壓力MPa(g)1C0

25、01脫丙烷塔2400×39980（切線距）內設69層ADV塔盤液化氣107.31.951302.3180.68塔內件：21.832C002脫乙烷塔1600/1800×33250（切線距）內設57層ADV塔盤碳二、碳三70.22.95903.4156.32塔內件：8.243C003丙烯塔（1）4000×52080（切線距）內設100層ADV塔盤碳三58.92.02802.4238.4塔內件：48.734C004丙烯塔（2）4000×53380（切線距）內設100層ADV塔盤碳三802.4802.4236.3塔內件：48.31注：材質均為塔壁16MnR、塔盤

26、Q235-B；2）管殼式換熱器一覽表序號位號設備名稱主要規(guī)格管程介質殼程介質板間距1E001脫丙烷塔進料加熱器AES400-4.0-30-6/25-4IB凝結水液化氣300mm2E002脫丙烷塔底重沸器TBJS1100-2.5-335-6/25-2蒸汽碳四4803E003脫乙烷塔底重沸器TBJS600-2.6/3.25-90-6/25-2蒸汽碳三5504E004AB丙烯塔底重沸器TBJS1500-1.78/2.2-775-6/19-6熱水碳三5705E005 AB脫乙烷塔頂冷凝器BJS1200-4.0-490-6/19-4IB循環(huán)水碳二、碳三6006E006丙烯產品冷卻器BES500-4.0-

27、55-6/25-4IB循環(huán)水丙烯3007E007丙烷冷卻器AES400-2.5-30-6/25-4IB循環(huán)水丙烷2008E008原料-碳四換熱器BES700-4.0-100-6/25-6IB碳四凝結水3009E009AB碳四餾分冷卻器BES600-2.5-85-6/25-4IB液化氣蒸汽300串聯(lián)10E010熱水加熱器BIU1100-2.5-335-6/25-2I碳四蒸汽550/60011E011凝結水蒸汽冷凝器BJS500-1.6-55-6/25-4IB碳三熱水60012E012AB脫丙烷塔頂冷凝器BJS1700-2.5-840-6/25-4IB碳三循環(huán)水600串聯(lián)13E013A-H丙烯塔頂

28、冷凝器BJS1600-2.5-720-6/25-4IB碳二/碳三循環(huán)水600兩串四并3）容器類設備序號位號設備名稱主要規(guī)格主要介質操作條件設計條件材料單重噸備注溫度壓力MPa（g）溫度壓力MPa（g）1D001脫丙烷塔進料罐3200×9080底部帶分水包液化氣401.2601.7916MnR25二類2D002脫丙烷塔回流罐2600×8080底部帶分水包液化氣45.71.85662.3216MnR19.751二類3D003脫乙烷塔回流罐2400×6080底部帶分水包碳二、碳三402.85603.4216MnR15.71二類4D004丙烯塔回流罐3600×1

29、0080（切線距）丙烯46.11.85662.3216MnR36.5二類5D005凝聚脫水器AB150JFL-1500/16液化氣401.66D006凝結水回收罐1200×6050（切線距）凝結水1320.21720.6720R2.389一類7D0071.0MPa蒸汽分水罐700X900（切）蒸汽25012701.1820R0.402一類8D1080.45MPa蒸汽分水罐1000X1550（切）蒸汽1300.451500.5420R0.82一類4）安全閥序號位號安裝位置介質操作溫度操作壓力MPa（g）定壓MPa（g）背壓MPa（g）喉徑mm型號規(guī)格通徑mm材質數(shù)量1PSV00101AB脫丙烷塔進料罐頂液化氣401.21.780.450LFWA42Y-300C80/100碳鋼22PSV00302AB脫丙烷塔頂液化氣48.822.240.472LFWA42Y-300C100/150碳鋼23PSV00503AB脫乙烷塔頂C2，C350.633.30.440LFWA42Y-300C80/100碳鋼24PSV00804AB丙烯塔（2）頂丙烯48.322.30.4146LFWA42Y-300C200/250碳鋼25PSV00405AB脫丙烷塔回流罐頂C2，C345.71.952.310.450LFWA42Y-3