“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛

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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（Piping and

Instrumentation Diagram，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（Equipment

Floorplan）；

（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；

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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： 序号 1 2 3 危险/意外事故 起因 设备位号： 影响/事故后果 危险分类 对策 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 IV III II I 影响程度 致命的 严重的 临界的 可忽略的 可能造成的危险及损失 可能造成人员死亡或系统损失 可能造成人员严重伤害、严重职业病、主要系统损坏 可能造成人员轻伤、职业病或主要系统损坏 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。

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（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Microsoft Office进行文字、数据文本建档，以PDF格式

提交。

（2） 采用Auto CAD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

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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

2

万吨/年，年开工8400小时，操作弹性为60～120%，占地99×29= 2871m（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

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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

操作压力/MPa（G） 项目 塔顶 脱丙烷塔 脱乙烷塔 丙烯塔1 丙烯塔2

1.9 2.9 1.96 1.90 塔底 1.95 2.95 2.02 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

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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 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 iC4H8 C4H8-1 nC4H10 tC4H8 cC4H8 C5H12 组成（wt%） 0.04 0.46 34.02 7.87 19.06 12.89 5.93 4.07 8.36 7.26 0.04

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H2O H2S 合计

2）丙烯产品组成

组 分 C2H6 C3H6 C3H8 合计

3）丙烷馏分产品组成

组 分 C3H6 C3H8 iC4H10 iC4H8 合计

4）碳四馏分产品组成

组 分 C3H6 C3H8 iC4H10 iC4H8 C4H8-1 tC4H8 nC4H10 cC4H8 C5H12 100.00 组成（mol%） 0.02 99.62 0.36 100.00 组成（mol%） 3.93 96.00 0.04 0.03 100.00 组成（mol%） 0.07 0.08 32.34 22.66 10.43 14.70 6.91 12.76 0.05

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合计

100.00

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5）燃料气产品组成

组 分 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 合计

组成（mol%） 4.67 49.61 42.24 3.48 100.00 六、公用工程（水、电、汽、风等）指标

项 目 低压电 1.0MPa蒸汽 0.45MPa蒸汽 循环水 净化风 非净化风 4.0MPa氮气 0.85MPa氮气

规 格 380V（-5%～10%） 压力（1.0±0.02）MPa，温度≮230℃ 压力（0.45±0.02）MPa，温度≮140℃ 压力≮0.40MPa，温度≯28℃ ≮0.7MPa ≮0.7MPa ≮3.8MPa ≮0.80MPa 来 源 变电所 蒸汽管网 蒸汽管网 循环水场 净化风管网 非净化风管网 氮气管网 氮气管网

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七、装置物料平衡表

流量 序号 一 1 二 1 2 3 4 名称 kg/h 原料 液化石油气 合计 产品 精丙烯 丙烷 混合碳四 燃料气 合计 35720 35720 11887.40 2846.12 20598.78 387.70 35720 t/d 857.28 857.28 285.30 68.31 494.37 9.30 857.28 104 t/a 30.00 30.00 9.98 2.39 17.30 0.33 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

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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 需要台数 C001 1 塔盘结构数据 壳体直径 （内径） 塔板形式 塔截面开孔率 塔板间距 溢流程数 降液管总面积百分数 备注：水力学计算由塔盘供应商负责 2400 ADV高效浮阀塔盘 11.20% 500/700 双液流 25% 2400 ADV高效浮阀塔盘 9.50% 450/700 双液流 15% mm % mm % 设备名称 设备规格 脱丙烷塔 该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250℃（过热），183（饱和）。

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2）脱乙烷塔

设备位号 设备台数 C002 1 塔盘结构数据 壳体直径 （内径） 塔板形式 塔截面开孔率 塔板间距 溢流程数 降液管总面积百分数 备注：水力学计算由塔盘供应商负责 1800 ADV浮阀塔盘 8.20% 450/700 单液流 25% 1600 ADV浮阀塔盘 7.50% 450/700 单液流 15% mm % mm % 设备名称 设备规格 脱乙烷塔 Φ1800（1600）×33200 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 设备台数 C003 1 塔盘结构数据 壳体直径 （内径） 塔板形式 塔截面开孔率 塔板间距 溢流程数 降液管总面积百分数 备注：水力学计算由塔盘供应商负责 4000 ADV高效浮阀塔盘 12.50% 450/700 双液流 25% 4000 ADV高效浮阀塔盘 12.50% 450/700 双液流 25% mm % mm % 设备名称 设备规格 丙烯（1）塔 Φ4000×52000（切） 该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250℃（过热），183℃（饱和）。

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4）丙烯塔（2）

设备位号 设备台数 C004 1 塔盘结构数据 壳体直径 （内径） 塔板形式 塔截面开孔率 塔板间距 溢流程数 降液管总面积百分数 备注：水力学计算由塔盘供应商负责 4000 ADV高效浮阀塔盘 12.50% 450/700 双液流 25% 4000 ADV高效浮阀塔盘 12.50% 450/700 双液流 25% mm % mm % 设备名称 设备规格 丙烯（2）塔 Φ4000×53300（切） 该塔要承受蒸汽吹扫条件：压力1.0MPa（g）， 温度：250℃（过热），183℃（饱和）。

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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

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uq2w.html