國(guó)標(biāo)固相縮聚工廠設(shè)計(jì)規(guī)范的解析

金平良

(上海紡織建筑設(shè)計(jì)研究院,上海200060)

固相縮聚(SSP)是聚酯(PET)顆粒在保持固相,低于熔點(diǎn)溫度和內(nèi)在催化劑作用下進(jìn)行的縮聚反應(yīng),以達(dá)到增黏、脫醛和提高結(jié)晶度的目的[1]。中國(guó)的聚酯及纖維工業(yè)由于技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)需求的推動(dòng),已由市場(chǎng)短缺轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)豐富[2]。固相縮聚技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了聚酯材料在工業(yè)絲和非纖材料應(yīng)用的迅速發(fā)展,不僅已廣泛用于食品飲料包裝,而且已經(jīng)延伸到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè),以及作為工程塑料替代金屬等諸多領(lǐng)域,展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景[3]。由于我國(guó)一直未制定過(guò)固相縮聚工廠設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范或設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定之類(lèi)的文件,致使各地固相縮聚工程設(shè)計(jì)和建設(shè)缺乏國(guó)家技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的指導(dǎo)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB51115-2015《固相縮聚工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”)[4],自2016年5月1日起實(shí)施,該規(guī)范由中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)和上海紡織建筑設(shè)計(jì)研究院主編。這次規(guī)范的制定在總結(jié)我國(guó)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)國(guó)內(nèi)聚酯工業(yè)迅猛發(fā)展現(xiàn)狀,制訂了適應(yīng)我國(guó)固相縮聚工廠的工程設(shè)計(jì)規(guī)范,對(duì)提高工程建設(shè)質(zhì)量、促進(jìn)工程設(shè)計(jì)規(guī)范化和技術(shù)囯產(chǎn)化都是非常必要的。

1 標(biāo)準(zhǔn)的效用分析

1.1 建設(shè)水平

以無(wú)定性聚酯切片為原料的固相縮聚產(chǎn)品較多,涉及面較廣。有瓶級(jí)切片、工業(yè)絲級(jí)切片,工程塑料級(jí)切片、薄膜級(jí)切片;有連續(xù)縮聚生產(chǎn)工藝,間歇縮聚工藝;有年產(chǎn)幾百?lài)嵰?guī)模的小廠(或裝置),有超過(guò)十萬(wàn)噸級(jí)的大廠;有國(guó)外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,有國(guó)內(nèi)自行研發(fā)的技術(shù)和設(shè)備。由于目前還沒(méi)有與之相適應(yīng)的工程建設(shè)規(guī)范,一些低水平的生產(chǎn)裝置仍在重復(fù)建設(shè)。本規(guī)范在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)近三十年固相縮聚工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)技術(shù)進(jìn)步達(dá)到的程度和設(shè)備制造水平,并結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)改造實(shí)踐,制訂了固相縮聚工廠建設(shè)應(yīng)遵循的基本原則和工程設(shè)計(jì)規(guī)定。

規(guī)范的內(nèi)容反映了我國(guó)當(dāng)前的技術(shù)成果和建設(shè)經(jīng)驗(yàn),具有一定的先進(jìn)性、實(shí)用性和可操作性;同時(shí)本規(guī)范內(nèi)容涵蓋了固相縮聚工廠工程設(shè)計(jì)中各個(gè)專(zhuān)業(yè)的內(nèi)容,包括工藝、自動(dòng)控制和儀表、電氣、土建、給排水、采暖通風(fēng)等專(zhuān)業(yè)。因此本規(guī)范的實(shí)施必將較全面地提高我國(guó)固相縮聚工廠的工程建設(shè)水平。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)體系

就完整的產(chǎn)業(yè)鏈而言,目前聚酯工業(yè)下游的衍生大致包括聚酯熔體或切片成品,用于生產(chǎn)服飾用的滌綸長(zhǎng)、短纖維、非織造布,和以聚酯切片為原料,通過(guò)固相縮聚增黏后擴(kuò)大應(yīng)用于聚酯瓶、工業(yè)絲、薄膜、工程塑料等生產(chǎn)過(guò)程,初步構(gòu)成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

在紡織工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)下,中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)于2009年組織新編的《聚酯工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》和《非織造布工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》,以及2010年合并、修訂的《滌綸工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》這3個(gè)規(guī)范對(duì)以聚酯熔體(切片)、回收聚酯瓶片及再造粒聚酯切片為原料的滌綸長(zhǎng)絲工廠(含復(fù)合長(zhǎng)絲和單絲),滌綸短纖維(含毛條)、滌綸工業(yè)絲、紡絲成網(wǎng)法非織造布工廠生產(chǎn)裝置及輔助生產(chǎn)設(shè)施的新建、改建和擴(kuò)建設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定。規(guī)范實(shí)施以來(lái)效果明顯,特別是依照有關(guān)節(jié)能、降耗的規(guī)定,許多企業(yè)已經(jīng)做了技術(shù)改造,并直接產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益。

《固相縮聚工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了以上游常規(guī)無(wú)定形聚酯基礎(chǔ)切片為原料,通過(guò)固相縮聚增黏,達(dá)到下游生產(chǎn)聚酯瓶、工業(yè)絲、薄膜、工程塑料等加工的不同設(shè)計(jì)要求,擴(kuò)大了下游產(chǎn)品衍生加工的覆蓋范圍,保證了聚酯產(chǎn)品加工體系覆蓋面的完整性。

上述4個(gè)規(guī)范的內(nèi)容充分體現(xiàn)了聚酯行業(yè)當(dāng)前的技術(shù)成果和建設(shè)經(jīng)驗(yàn),具有一定的先進(jìn)性、實(shí)用性和可操作性;解決了工程建設(shè)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)展中的不協(xié)調(diào)、不配套和組成不合理等問(wèn)題,明確了聚酯、紡絲、固相縮聚、非織造布工廠設(shè)計(jì)的分工銜接;形成了覆蓋聚酯行業(yè)工程建設(shè)的完整性、科學(xué)性、合理性,避免了低水平的重復(fù)建設(shè)帶來(lái)的資源和資金浪費(fèi);適應(yīng)了科技進(jìn)步和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的需求,使聚酯行業(yè)工程設(shè)計(jì)工作將有章可行,有法可依。

1.3 節(jié)能降耗

目前固相縮聚產(chǎn)品品種眾多,其工藝方案和設(shè)備選擇各異,企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大小、建設(shè)地點(diǎn)條件差異明顯,技術(shù)來(lái)源不同。因此國(guó)內(nèi)連續(xù)固相縮聚裝置的基礎(chǔ)切片消耗差異較大,其設(shè)備故障率、故障大小及生產(chǎn)的切片分子量(特性黏度)不同,都會(huì)影響基礎(chǔ)切片的消耗量。國(guó)內(nèi)裝置運(yùn)行情況較好的每噸產(chǎn)品消耗低于0.5 kg(干基),運(yùn)行不好的每噸產(chǎn)品消耗超過(guò)5 kg,相差近10倍。但經(jīng)調(diào)研分析、總結(jié)后,至少取其平均值較符合國(guó)內(nèi)各企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況;經(jīng)總結(jié)分析和歸納其控制的關(guān)鍵措施后,應(yīng)作為新廠建設(shè)的重要控制指標(biāo),提升為規(guī)范規(guī)定。這不僅促進(jìn)了今后工程建設(shè)的技術(shù)進(jìn)步,而且更有利于節(jié)能降耗、減排方針的貫徹執(zhí)行。

據(jù)悉，“三塊地”改革于2015年2月底正式啟動(dòng)，限定在北京市大興區(qū)等33個(gè)試點(diǎn)縣(市、區(qū))行政區(qū)。2017年11月，十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第三十次會(huì)議通過(guò)決定，33個(gè)農(nóng)村土地制度改革試點(diǎn)期限延長(zhǎng)一年至2018年12月31日。

帶節(jié)能器的氮?dú)庋h(huán)系統(tǒng)是連續(xù)式固相縮聚節(jié)能的有效措施。間歇固相縮聚裝置用能較小,熱媒電加熱方式有利于節(jié)能和方便設(shè)備操作;通過(guò)雙回路、兩級(jí)溫度控制實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制(降溫時(shí)一次回路保持高溫,只有二次回路和轉(zhuǎn)鼓一起降溫),可節(jié)約10%～15%的能耗。

其次,在上游有聚酯裝置的固相縮聚聯(lián)合工廠,聚酯的聚合反應(yīng)后回收的乙二醇,通過(guò)固相縮聚氮?dú)鈬娏芟此M(jìn)行凈化后的乙二醇輸送到聚酯生產(chǎn)線回用。固相縮聚工廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵是選擇先進(jìn)的工藝方案,它在節(jié)能降耗中往往占很大比重。因此工藝節(jié)能在規(guī)范中有專(zhuān)門(mén)一節(jié),電氣、建筑、通風(fēng)和給排水章節(jié)在相關(guān)技術(shù)條文中也對(duì)節(jié)能做了規(guī)定。

工廠節(jié)能重點(diǎn)是抓住優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)方案,選擇節(jié)能型設(shè)備、管道和設(shè)備絕熱減少熱損失主要環(huán)節(jié);同時(shí)完善工廠能源管理體系,健全落實(shí)各種節(jié)能規(guī)章制度,才能使能耗指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)水平。

為執(zhí)行環(huán)保污染物達(dá)標(biāo)排放和總量控制政策,在規(guī)范中規(guī)定連續(xù)固相縮聚裝置反應(yīng)尾氣中含有的微量乙二醇、乙醛等小分子氣體,必須經(jīng)過(guò)催化氧化反應(yīng)器燃燒后排放,以及氮?dú)飧稍锲髋潘泻形⒘恳叶柬毷占幚?間歇固相縮聚裝置的排氣也須經(jīng)冷卻器冷卻、活性炭吸附處理后,符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)才能排放。這些措施杜絕了乙二醇、乙醛等小分子的氣體直接排放,也保護(hù)了廠區(qū)環(huán)境。因此規(guī)范的實(shí)施將有力地促進(jìn)和加強(qiáng)現(xiàn)階段國(guó)家節(jié)能降耗、減排方針的貫徹執(zhí)行。

1.4 安全生產(chǎn)

為確保維修、操作人員的人身安全和設(shè)備安全,避免可能對(duì)周?chē)h(huán)境重要設(shè)施的影響,本規(guī)范規(guī)定了如下4條強(qiáng)制性條文:

(1)7.7.10 氫氣瓶放置間的火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)為甲類(lèi),屬于有爆炸危險(xiǎn)房,為保證在房間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備及人身安全,應(yīng)設(shè)氫氣濃度檢測(cè)報(bào)警器,并應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50177的相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

(2)5.5.6 媒管道系統(tǒng)嚴(yán)禁采用水為介質(zhì)進(jìn)行壓力試驗(yàn),是針對(duì)近年來(lái)熱媒管道采用以水為介質(zhì)作壓力試驗(yàn),導(dǎo)致事故屢有發(fā)生,故而將本條列為強(qiáng)制性規(guī)定。

(3)8.3.2 工廠的疏散照明、安全照明、備用照明等應(yīng)急照明系統(tǒng),必須有專(zhuān)用的饋電線路供電。

(4)8.5.2 工廠的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境必須采取靜電防護(hù)措施。

另外,對(duì)存在粉塵、有害物質(zhì)、噪聲、高溫等職業(yè)危害因素的場(chǎng)所和崗位,應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行專(zhuān)門(mén)管理和控制;聯(lián)苯加熱器液位標(biāo)志明顯清晰,溫度和壓力上下限位聯(lián)鎖報(bào)警裝置、防爆片等可靠到位;作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)劃出人員行走的安全路線,并有明顯的安全警示標(biāo)志;主要通道及主要出入口,通道樓梯、變配電室、中控室場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明等都作了規(guī)定。這些規(guī)定將進(jìn)一步規(guī)范預(yù)防事故的防范措施和提高生產(chǎn)的安全性。

2 標(biāo)準(zhǔn)的工藝技術(shù)分析

本規(guī)范中的工藝流程確定是在現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)自主研發(fā)技術(shù)路線基礎(chǔ)上,結(jié)合引進(jìn)美國(guó)、日本、意大利、瑞士等裝置生產(chǎn)線而確定的,且經(jīng)實(shí)踐證明是先進(jìn)、成熟、可靠的。間歇式固相縮聚借助抽真空除去小分子副產(chǎn)物,其工藝流程短操作靈活方便,設(shè)備投資少適合于小批量多品種生產(chǎn);但對(duì)真空度要求甚嚴(yán),切片傳熱效率和生產(chǎn)效率欠佳,批與批之間質(zhì)量存在差異。故適合中小規(guī)模生產(chǎn),特別適合于一些特殊品種的生產(chǎn)。連續(xù)式固相縮工藝流程長(zhǎng),設(shè)備投資大,但切片傳熱效率和生產(chǎn)效率提高,切片質(zhì)量均勻,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn),適合大規(guī)模常規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

目前間歇式固相縮聚設(shè)備和年產(chǎn)20萬(wàn)t規(guī)模的連續(xù)式固相縮聚設(shè)備,制造技術(shù)經(jīng)消化、吸收國(guó)內(nèi)已經(jīng)解決,現(xiàn)已可成套供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口國(guó)際市場(chǎng)。過(guò)去,引進(jìn)100 t/d連續(xù)式固相縮聚裝置成套進(jìn)口設(shè)備(其中部分輔機(jī)國(guó)內(nèi)制造)的價(jià)格是同等規(guī)模成套國(guó)產(chǎn)設(shè)備的1.77倍,采用600 t/d連續(xù)式固相縮聚裝置成套進(jìn)口設(shè)備(其中部分輔機(jī)國(guó)內(nèi)制造)的價(jià)格是同等規(guī)模成套國(guó)產(chǎn)設(shè)備的2.43倍;采用20 M3/臺(tái)間歇式固相縮聚成套進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格是同等規(guī)模成套國(guó)產(chǎn)設(shè)備的3～5倍。由此可見(jiàn),國(guó)產(chǎn)設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)十分明顯。因此本規(guī)范有利于促進(jìn)工藝技術(shù)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化,節(jié)約建設(shè)投資。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)化纖工業(yè)已經(jīng)列入世界化纖生產(chǎn)大國(guó),并正在從規(guī)模擴(kuò)張為主導(dǎo)的高速增長(zhǎng)期轉(zhuǎn)入以結(jié)構(gòu)調(diào)整和質(zhì)量效益為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長(zhǎng)期,特別是在非纖領(lǐng)域中擴(kuò)大聚酯材料的應(yīng)用已呈現(xiàn)出了廣闊前景。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB51115-2015《固相縮聚工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》的批準(zhǔn)實(shí)施,不僅擴(kuò)大了覆蓋面,促進(jìn)工程領(lǐng)域工作的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,還將推進(jìn)聚酯材料在工業(yè)絲和非纖領(lǐng)域的擴(kuò)大應(yīng)用,有利于促進(jìn)工藝成套裝備創(chuàng)新和工程設(shè)計(jì)工作的集約化。此外,還可供化工、輕工等相關(guān)行業(yè)工程塑料加工專(zhuān)業(yè)參考,提高國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和科技進(jìn)步水平。

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