丁腈乳膠生產(chǎn)裝置設(shè)備與管道布置特點分析

陳琳，王亮(北京中寰工程項目管理有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

丁腈乳膠，屬于丙烯腈與丁二烯的合成高分子化合物，目前主要應(yīng)用于制造一次性手套。丁腈手套具有強度高和耐滲透性好的特點，環(huán)境危害性低，安全性高，市場前景看好。筆者根據(jù)自己的工程經(jīng)驗，從丁腈乳膠生產(chǎn)裝置的工藝、設(shè)備及管道布置特點、設(shè)備吊裝、管道應(yīng)力等方面進行了特點分析。

1 工藝流程簡介

丁腈乳膠生產(chǎn)工藝主要由原料罐區(qū)、溶液制備、聚合、回收/濃縮、成品罐區(qū)、冷熱水系統(tǒng)六個工序組成。

1.1 原料罐區(qū)

原料罐區(qū)用于儲存和制備本裝置生產(chǎn)的主要原材料，如甲基丙烯酸、叔十二烷基硫醇、氫氧化鉀、抗氧化劑、氨水等原料，用于后續(xù)反應(yīng)和濃縮工序。

1.2 溶液制備工序

包括純化丁二烯、添加劑的儲存和制備、除塵系統(tǒng)。如消泡劑、PH調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑、乳化劑等的制備。該工序中部分輔料產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體直接去尾氣焚燒裝置處理。。

1.3 聚合工序

聚合：投入的主原料單體、輔原料和添加劑在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進行乳液聚合，由于該聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以需要冷凍機產(chǎn)生的冷水對反應(yīng)釜降溫進行溫度控制。典型流程如圖1所示。

圖1 聚合工序典型流程圖

1.4 回收/濃縮工序

該工序通過向反應(yīng)釜頂端輸入氮氣使反應(yīng)釜增壓。同時真空泵運轉(zhuǎn)使?jié)饪s罐達到一定真空條件。乳膠在壓力的推動下，從反應(yīng)釜進入濃縮罐。濃縮罐的兩個作用：一是回收膠乳中殘留的未反應(yīng)單體(揮發(fā)性有機化合物)，二是對膠乳進行濃縮。

1.5 成品罐區(qū)

用于中間儲罐的丁腈乳膠產(chǎn)品通過內(nèi)聯(lián)過濾系統(tǒng)將凝聚物去除然后移送至成品儲罐。

1.6 冷熱水系統(tǒng)

該系統(tǒng)為整個裝置提供高壓脫鹽水、脫鹽水、冷卻水，冷凍水、密封水。

2 裝置布置

2.1 裝置布置要點

按照工藝流程順序和同類設(shè)備相對集中布置的原則，可以將NBL裝置劃分成不同的區(qū)域。由于原料罐區(qū)和成品罐區(qū)，需要裝卸車，同時方便巡檢維護，因此靠馬路相對布置，中間由管廊隔開。溶液制備和聚合濃縮兩個甲類工序物料之間聯(lián)系緊密，相鄰布置。冷熱水系統(tǒng)主要為溶液制備和聚合濃縮服務(wù)，與其相對布置并由管廊隔開，裝置內(nèi)管廊將幾個部分連接起來。裝置布置方塊如圖2所示。

圖2 裝置布置方塊圖

2.2 設(shè)備吊裝

(1)本裝置四周預(yù)留有足夠的區(qū)域作為吊裝區(qū)域；(2)布置在框架里的設(shè)備，設(shè)備為整體吊裝，在框架上預(yù)留有吊裝孔和活動梁；(3)清洗機置于頂層樓板上，在濃縮罐和反應(yīng)釜之間留有清洗機移動通道，通道上方的電動葫蘆用于清洗機清洗濃縮罐和反應(yīng)釜，當清洗機大修時，通過反應(yīng)釜，濃縮罐上方的軌道起吊，穿越吊軌方向的相關(guān)設(shè)備(注：不考慮穿越管道，管道擋住吊裝通道的，可以拆除)，吊出框架；(4)濃縮罐頂部冷凝器的平蓋，管箱和封頭，高壓清洗前需要將冷凝器的平蓋，管箱和封頭拆除，整個作業(yè)在樓面上完成，吊裝方案：部件上部設(shè)吊點，用手動葫蘆起吊。

3 設(shè)備布置和管道布置要點

3.1 設(shè)備布置要點

主要分析原料罐區(qū)、聚合濃縮工序的設(shè)備布置要點。

3.1.1 原料罐區(qū)

(1)本項目兩個丙烯腈儲罐儲存Ⅱ級高毒性液體，不應(yīng)與其他易燃和可燃液體儲罐布置在同一防火堤內(nèi)，需單獨布置在一個防火堤內(nèi)，單獨作為一個罐組。(2)本項目氨水儲罐為乙類液體儲罐，應(yīng)設(shè)隔堤與其他類可燃液體儲罐隔開。氫氧化鈉儲罐、氫氧化鉀儲罐為堿性腐蝕性液體儲罐，應(yīng)設(shè)隔堤與其他類可燃液體儲罐隔開。(3)布置時禁止兩個罐組共用一個防火堤，即相鄰罐組防火堤的外堤腳線之間應(yīng)留有寬度不小于7 m的消防空地。(4)本裝置有兩個丙A類儲罐，直徑均為3 m，按GB 50160表6.2.8中相鄰兩丙A類固定頂罐的防火間距是0.4 D，防火間距1.2 m就夠了，然而丙B類固定頂罐的防火間距則是一個具體的數(shù)值2 m，筆者認為相鄰兩丙A類固定頂罐應(yīng)該參照丙B類，則兩丙A類固定頂罐的防火間距不應(yīng)小于2 m。(5)防火規(guī)范中沒有規(guī)定戊類儲罐的防火間距要求，戊類介質(zhì)為不燃燒介質(zhì)，按照以往設(shè)計經(jīng)驗，戊類儲罐按照一般裝置設(shè)置圍堰，無需設(shè)置防火堤。

3.1.2 聚合及濃縮框架

(1)聚合及濃縮框架共三層，框架頂部設(shè)置U型電動葫蘆，方便設(shè)備的檢修和工具的吊裝。二層和三層平面分別設(shè)置了兩個通道，與溶液框架東面連通，方便人員通行。(2)濃縮罐底部出口管、濃縮罐底過濾器、膠乳卸料泵的設(shè)備布置都是互相關(guān)聯(lián)，需結(jié)合管道應(yīng)力計算統(tǒng)籌規(guī)劃這三者的設(shè)備布置。(3)第三層平面反應(yīng)釜和濃縮罐之間預(yù)留近4 m寬的空間，供清洗機工作使用。(4)濃縮罐、濃縮罐頂部收集槽、濃縮罐頂部冷凝器、真空泵的設(shè)備布置都是互相關(guān)聯(lián)，需結(jié)合管道應(yīng)力計算統(tǒng)籌規(guī)劃這三者的設(shè)備布置。(5)換熱器、冷凝器、壓縮機、真空泵需按照實際應(yīng)用考慮檢修空間，其中濃縮罐頂部冷凝器并非常規(guī)的抽芯清洗，而是利用高壓沖洗水管通入列管中沖洗。(6)反應(yīng)釜、濃縮罐的設(shè)備基礎(chǔ)高度需綜合考慮底部人員檢修，相關(guān)管道閥門安裝檢修，設(shè)備儀表高度，設(shè)備頂部露出平臺高度，頂部儀表及配管等。(7)預(yù)加熱釜安裝高度要高于反應(yīng)釜一定高度，利用高度差造成壓力差，可以加快物料從預(yù)熱罐去反應(yīng)釜的時間。

3.2 管道布置要點

主要分析原料罐區(qū)、聚合濃縮工序的管道布置要點。

3.2.1 原料罐區(qū)

(1)進出儲罐組的各類管線、電纜應(yīng)從防火堤頂部跨越或者從地面以下穿過。當必須穿過防火堤時，應(yīng)設(shè)置套管，并采用不燃燒材料嚴密封閉，或者采用固定短管且兩端采用軟管密封連接的形式。目前實際工作中很難做到完全密封，設(shè)計中管道盡量不穿越防火堤。例如：當儲罐排凈口標高低于防火堤高度時，(a)可降低防火堤高度(堤高不低于1 m且需滿足防火堤內(nèi)有效容積)；(b)可在合理范圍內(nèi)抬高設(shè)備基礎(chǔ)。(2)儲罐底排凈管道布置時注意不要有低帶，否則影響儲罐底部排凈。

3.2.2 聚合及濃縮

(1)整個裝置反應(yīng)釜和濃縮罐分A系列和B系列，考慮物料走向的平衡性，A系列和B系列相關(guān)管道對稱布置；(2)止回閥布置時注意流向，安裝在垂直管道上時，介質(zhì)流向應(yīng)自下而上，最好避免使用介質(zhì)流向自上而下的特殊止回閥；(3)整個框架管道數(shù)量偏多，大管道的走向需提前規(guī)劃，提框架基礎(chǔ)時應(yīng)預(yù)先告知結(jié)構(gòu)預(yù)留一部分荷載；(4)真空泵、壓縮機的進出口配管需符合廠家的最小阻力損失的要求；(5)反應(yīng)釜的冷凍水進出管線需設(shè)置坡度，便于反應(yīng)釜夾套層排除多余氣體；(6)反應(yīng)釜、濃縮罐的管口方位需結(jié)合管道布置，應(yīng)力計算，清洗檢修等各方面的要求后綜合考慮；(7)丙烯腈屬于高度危害介質(zhì)，相關(guān)管道的放空和排凈應(yīng)設(shè)置雙閥，當設(shè)置單閥時，應(yīng)加盲板或法蘭蓋。

4 管道應(yīng)力

整個裝置中，主要的應(yīng)力管線集中在聚合濃縮工序、冷熱水系統(tǒng)。在布置應(yīng)力管道時應(yīng)注意：(1)聚合濃縮工序空間比較緊張，應(yīng)力管線的走向必須盡早規(guī)劃，要早于土建一次條件的提出和設(shè)備管口方位條件的提出。尤其是管道短，且頭尾連接的是設(shè)備管口，或者是一組管系串聯(lián)多個設(shè)備的情況下。應(yīng)盡早規(guī)劃走向并核算應(yīng)力，管道確定走向時注意預(yù)留三個方位的能吸收位移量的直管段長度。(2)安全閥放空管排入密閉系統(tǒng)，需考慮閥門開啟時的反向推力和閥后管段的背壓，設(shè)備或者管道上的安全閥排放管的支撐盡量生根于設(shè)備本體或者管道本體上，這樣能使相關(guān)管道一起產(chǎn)生位移而不會相互牽制。(3)壓縮機、真空泵、風(fēng)機等振動設(shè)備進出口管道一般需結(jié)合防振設(shè)計進行應(yīng)力計算，并需生產(chǎn)廠家提供設(shè)備管口允許的受力大小。(4)在確定應(yīng)力管道走向時，兼顧管道支架的設(shè)置，如支架的形式、位置、所占空間等，特別是設(shè)備管口，盡量預(yù)留設(shè)置支架的位置和空間。

5 結(jié)語

裝置布置和管道設(shè)計專業(yè)性較強，不同的化工裝置都有其特點，所涉及的知識面非常豐富，在設(shè)計的過程中，應(yīng)熟悉整個設(shè)計流程，提前把握不同項目的設(shè)計特點，熟悉工藝流程和介質(zhì)物料屬性，總結(jié)施工安裝、開車過程中的經(jīng)驗，使設(shè)計安全、高質(zhì)，經(jīng)濟效益可達。