1、 “道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 “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（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 预评 价的目的； 预评 价范围；
2、预评 价工作重点。（2（ 危险有害因素分析 主要危险、有害物质分析； 工 艺过程中的危险及有害因素分析； 生 产过程危险及有害因素分析； 其他危险及有害因素分析。“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 （3（ 生产装置系统定性分析评价 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123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
3、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。 安全 设备清单。“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 （4（ 安全对策措施与建议 建筑 场地及布置方面的对策措施； 工 艺及设备等方面的对策措施； 管理方面的对策措施。（5
4、（ 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“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 附 录 130 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 6
5、0120%，占 地 9929= 2871m2（ 除 管 廊 外 ）， 共 用 管 廊 占 地 9910= 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
6、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
7、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“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 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
8、-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
9、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 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
10、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“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 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
11、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 0.04C2H6 0.46C3H6 34.02C3H8 7.87iC4H10 19.06iC4H8 12.89C4H8-1 5.93nC4H10 4.07tC4H8 8.36cC4H8 7.26C5H12
12、 0.04“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 H2O 0.0H2S合计 100.002）丙烯产品组成组 分 组成（ mol%）C2H6 0.02C3H6 99.62C3H8 0.36合计 100.003）丙烷馏分产品组成组 分 组成（ mol%）C3H6 3.93C3H8 96.00iC4H10 0.04iC4H8 0.03合计 100.004）碳四馏分产品组成组 分 组成（mol%）C3H6 0.07C3H8 0.08iC4H10 32.34iC4H8 22.66C4H8-1 10.43tC4H8 14.70nC4H10 6.91cC4H8 12.76C5H12 0.05“道达尔杯”
13、首届全国大学生化工安全设计大赛 合计 100.00“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 5）燃料气产品组成组 分 组成（mol%）C2H4 4.67C2H6 49.61C3H6 42.24C3H8 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（1.00.02）MPa，温度230 蒸汽管网0.45MPa 蒸汽 压力（0.450.02）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4.0M
14、Pa 氮气 3.8MPa 氮气管网0.85MPa 氮气 0.80MPa 氮气管网“道达尔杯”首届全国大学生化工安全设计大赛 七、装置物料平衡表流量序号 名称kg/h t/d 104 t/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 9.982 丙烷 2846.12 68.31 2.393 混合碳四 20598.78 494.37 17.304 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。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 2400，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.脱乙烷塔板式塔，塔内共设 57 层塔盘。精馏段直径为 1600，进料口以上共 17 层，塔板间距为 450mm；提馏段直径为 1800，共 40 层塔盘，塔板间距为 450mm。塔盘采用高效浮阀塔盘。丙烯塔（ 1）板式塔，塔内共设 100 层塔盘。直径为 4000，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。丙烯塔（ 2）
