系統(tǒng)布置法在化工總圖中的應(yīng)用

姚娟 (科思創(chuàng)聚合物 (中國) 有限公司，上海 201210)

1 概述

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（systematic layout planning, 簡稱SLP）是美國理查德·繆瑟在20世紀(jì)60年代提出[1]，后來被運(yùn)用到各種設(shè)施布置以及物流規(guī)劃之中，它作為一種比較基礎(chǔ)的程序模式，不但可以運(yùn)用到各種工廠的新建和擴(kuò)建中，也可以運(yùn)用到廠房內(nèi)部的布置優(yōu)化和各個(gè)作業(yè)單位的布置，還能運(yùn)用于醫(yī)院商店餐飲等各類服務(wù)業(yè)的設(shè)計(jì)。蘇術(shù)鋒、蘇先娜[2]運(yùn)用SLP，對變壓器生產(chǎn)車間布局現(xiàn)狀進(jìn)行分析，重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)車間布局，使車間運(yùn)輸路線最短、生產(chǎn)成本降低。李健、李明[3]以油泵廠的現(xiàn)狀為研究對象,運(yùn)用系統(tǒng)化設(shè)施布置規(guī)劃原理方法,通過物流分析和非物流分析,在原有廠區(qū)的基礎(chǔ)上通過調(diào)整設(shè)施位置而達(dá)到優(yōu)化,達(dá)到減少搬運(yùn)量和搬運(yùn)距離，降低了運(yùn)營成本。

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）將研究設(shè)施布置問題總結(jié)為五大要素，包括P—產(chǎn)品、Q—產(chǎn)量、R—工藝過程、S—輔助部門、T—時(shí)間。主要內(nèi)容和步驟如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)的主要步驟

2 系統(tǒng)布置法在化工項(xiàng)目中的應(yīng)用

隨著化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，工藝流程的日趨復(fù)雜，廠區(qū)的規(guī)模也越來越大，這就需要我們運(yùn)用定量和定性的分析整個(gè)廠區(qū)的布置，運(yùn)用系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)方法分析工廠物流和工藝流程，再加上一些化工行業(yè)特殊的外部制約條件，就可以得出一版比較科學(xué)系統(tǒng)的總平面布置圖。

2.1 項(xiàng)目簡介

現(xiàn)以某甲醇深加工項(xiàng)目為例，系統(tǒng)闡述一下系統(tǒng)布置法在化工項(xiàng)目中的應(yīng)用。

本項(xiàng)目擬占地1 192 718 m2，根據(jù)功能將廠區(qū)劃分為工藝裝置、配套公用工程及輔助設(shè)施。工藝裝置包括：甲醇合成及精餾裝置、甲醇深加工裝置、EVA裝置、丙烯酸裝置、丙烯酸及酯裝置、吸水性樹脂裝置；輔助生產(chǎn)設(shè)施包括消防泵站、辦公樓、分析化驗(yàn)室及環(huán)境監(jiān)測站、檢維修車間、化學(xué)品倉庫等；公用工程包括總變電所、循環(huán)水站、中央控制室、污水處理場、消防泵站、火炬等。

2.2 劃分關(guān)系等級

根據(jù)裝置和公用工程及輔助設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)程度，劃分6個(gè)等級。絕對重要等級為A，特別重要為E，重要為I，一般為O，不重要為U，不需要為X。

2.3 物流關(guān)系表

通過對整個(gè)工藝流程和全廠工藝平衡數(shù)據(jù)的分析，得出各裝置之間的流程及物流量關(guān)系如圖2所示。

圖2 全廠工藝流程分析圖

從物料平衡中得出全廠的物流量和分布情況，劃分了六個(gè)關(guān)系級別，物流量>300 kt/a的為A級； 200～300 kt/a的為E級；100～200 kt/a的為I級；50～100 kt/a的為O級；0～50 kt/a的為U級；0 kt/a的為X級。

根據(jù)物流關(guān)系劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合全廠工藝平衡數(shù)據(jù)，裝置間的物流關(guān)系為：甲醇合成及精餾裝置-甲醇深加工裝置A級，甲醇深加工裝置-EVA裝置I級, 甲醇深加工裝置-丙烯酸裝置I級,丙烯酸裝置-丙烯酸及酯裝置E級,丙烯酸裝置-吸水性樹脂裝置U級。

結(jié)合裝置間物流量及關(guān)系等級，繪制物流關(guān)系表，如表1所示。

表1 物流關(guān)系表

2.4 非物流關(guān)系表

對化工廠的非物流關(guān)系因素進(jìn)行分析，得出制約非物流關(guān)系的幾個(gè)主要的非物流關(guān)系因素，如安全、環(huán)境、聯(lián)系頻繁程度等。將非物流關(guān)系級別劃分為A、E、l、O、U、X，6個(gè)級別，根據(jù)非物流關(guān)系級別的劃分，列出非物流關(guān)系表。

化工廠的非物流關(guān)系雖然不能完全定量分析，但是可以從工藝角度對裝置的公用工程消耗進(jìn)行分析，甲醇合成及精餾裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)6 150 t，脫鹽水為每小時(shí)1.5 t，蒸汽為94.3 t，電力消耗為1 630 kWh；甲醇深加工裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)11 006 t，脫鹽水為每小時(shí)0 t，蒸汽為83.1 t，電力消耗為7 015 kWh；丙烯酸裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)10 545 t，脫鹽水為每小時(shí)1.4 t，蒸汽為32.1 t，電力消耗為5 185 kWh；丙烯酸及酯裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)18 743 t，脫鹽水為每小時(shí)12.8 t，蒸汽為60.5 t，電力消耗為14 953 kWh；EVA裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)1 140 t，脫鹽水為每小時(shí)2 t，蒸汽為5.8 t，電力消耗為41 250 kWh；吸水性樹脂裝置的循環(huán)水消耗為每小時(shí)2 062 t，脫鹽水為每小時(shí)18.75 t，蒸汽為29.5 t，電力消耗為6 562 kWh。根據(jù)輔助設(shè)施之間的生產(chǎn)關(guān)系，再結(jié)合安全防護(hù)和預(yù)留發(fā)展等要求，編制出非物流關(guān)系如表2所示。

表2 非物流關(guān)系表

2.5 綜合關(guān)系表

先規(guī)定各等級的值為A=6,E=5,I=4,O=3,U=2,X=1，然后再規(guī)定物流關(guān)系和非物流關(guān)系的比值，不同的項(xiàng)目中的比值取值不同，如果物流占主導(dǎo)地位的可以取2：1或者1.5：1甚至于3：1，如果是物流影響比較小，只需要考慮非物流的因素，就可以取小于1的比值[4]，根據(jù)以往的化工項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目取比值為1.5：1，根據(jù)計(jì)算公式，物流等級×1.5+非物流等級×1，由此得出綜合關(guān)系的最終得分。結(jié)合綜合關(guān)系劃分標(biāo)準(zhǔn)（綜合關(guān)系值為10/8.5/7，綜合關(guān)系為A級，綜合關(guān)系值為6.5，綜合關(guān)系為E級，綜合關(guān)系值為5.5，綜合關(guān)系為I級，綜合關(guān)系值為4.5/4，綜合關(guān)系為0級，綜合關(guān)系值為3.5，綜合關(guān)系為U級，綜合關(guān)系值為2.5，綜合關(guān)系為X級），繪制出裝置及公用工程的綜合關(guān)系表（如表3所示）。

表3 裝置及公用工程的綜合關(guān)系表

2.6 總關(guān)系值

由綜合關(guān)系表，結(jié)合等級賦值A(chǔ)=6,E=5,I=4,O=3,U=2,X=1。

2.7 總平面布置

根據(jù)以上的分析計(jì)算結(jié)果，各個(gè)工藝單元的優(yōu)先布置順序和工藝裝置的實(shí)際占地面積大小進(jìn)行總平面布置，從總關(guān)系最大的甲醇深加工裝置開始，以核心的裝置為主線，輔助設(shè)施為輔線。

（1）首先布置的是甲醇深加工裝置，這是總關(guān)系值最高且和其他裝置聯(lián)系緊密的一個(gè)裝置，所以布置在廠區(qū)的最中間；丙烯酸裝置總關(guān)系值為40，與甲醇深加工裝置是A級關(guān)系，第二布置；甲醇合成及精餾裝置的總關(guān)系值是34，與甲醇深加工裝置是A級關(guān)系，第三布置；EVA的總關(guān)系值是34，與甲醇深加工裝置是A級關(guān)系，第四布置；丙烯酸及酯裝置總關(guān)系值為37，與丙烯酸裝置是A級關(guān)系，第五布置；總體說來形成一個(gè)以甲醇深加工為中心，其他四套裝置布置在周邊的工藝裝置區(qū)。

（2）循環(huán)水場和供熱裝置的總關(guān)系值為39，其中循環(huán)水裝置與甲醇深加工/丙烯酸/丙烯酸及酯裝置的關(guān)系為I，第六布置，布置盡量靠近這三個(gè)裝置的位置，既節(jié)約循環(huán)水管道的建設(shè)費(fèi)用及工廠建成后的運(yùn)營費(fèi)用，供熱裝置與甲醇合成及精餾/甲醇深加工/丙烯酸及酯裝置關(guān)系為I，第七布置，考慮到供熱裝置以煤炭為燃料，盡量布置在廠區(qū)邊緣。

（3）總變電所的總關(guān)系值為38，與EVA裝置的關(guān)系為E，在遵循總變電所應(yīng)布置在便于輸電線路進(jìn)出，不妨礙工廠擴(kuò)建和發(fā)展的地方的原則下，盡量就近EVA裝置；脫鹽水裝置總關(guān)系值為37，與丙烯酸及酯和供熱裝置關(guān)系為I，脫鹽水與供熱關(guān)系密切，可能的情況下就近布置比較合理。

（4）吸水性樹脂裝置總關(guān)系值為33，與丙烯酸裝置的物流關(guān)系是U，由于吸水性樹脂的成品為固體，在靠近丙烯酸的同時(shí)要考慮汽車運(yùn)輸?shù)目赡苄裕M量將汽車運(yùn)輸區(qū)域布置在廠區(qū)邊緣，方便管理。

（5）空分裝置總關(guān)系值為31，與甲醇深加工裝置是E級關(guān)系，因盡量靠近甲醇深加工裝置；污水處理場總關(guān)系值為30，與全廠火炬是I級關(guān)系，可考慮就近結(jié)合布置同時(shí)需要布置在廠區(qū)邊緣；消防泵站總關(guān)系值為28，與廠前區(qū)和輔助公用工程都可就近布置，注意到工礦企業(yè)消防供水的最大保護(hù)半徑不宜超過1 200 m，或占地面積不宜大于200 m2即可；儲運(yùn)設(shè)施的總關(guān)系值為27，布置同時(shí)需要注意罐組就近裝置，裝卸設(shè)施需要在廠區(qū)邊緣布置，方便車輛的出入及裝卸區(qū)管理。

（6）廠前區(qū)和全廠火炬的總關(guān)系值為22和18，兩者布置均需要在廠區(qū)邊緣，高架火炬需要布置在全年最小風(fēng)頻率的上風(fēng)測，而廠前區(qū)需要布置在全年最小風(fēng)頻率的下風(fēng)測。

根據(jù)以上分析布置，在滿足了工藝流程和使用功能并且遵循我國有關(guān)防火、安全、消防等規(guī)范的前提下，結(jié)合場地條件進(jìn)行了局部調(diào)整，具體布置如圖3所示。

圖3 總平面布置圖

3 結(jié)語

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)運(yùn)用了大量的圖表數(shù)據(jù)分析，對比于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)化的總圖設(shè)計(jì)，更加具有科學(xué)性和合理性，但是化工企業(yè)生產(chǎn)流程中的物料運(yùn)輸一般使用管道，不同種類物料，依據(jù)一定的原則應(yīng)該存在不同的校正系數(shù)，來體現(xiàn)運(yùn)輸不同物料的難易程度，SLP的方法在運(yùn)用到化工總圖布置方面還有待于進(jìn)一步地改進(jìn)。