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大型煤化工项目设计的精益化


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化工设计通讯 C h e m i c a l E n i n e e r i n D e s i n C o mm u n i c a t i o n s       g g g  

第3 9 卷第 5 期 2 0 1 3年1 0月

1 2 1 , L I N  P e n ZHO U  X i a L I U  J i a n u o - g , g , , ( 1 . S h a a n x i Y a n c h a n P r t r o l e u m  M i n i n I n d u s t r C o . L t d . X i ? a n S h a a n x i 7 1 0 0 7 5, C h i n a;       g g y       , , , ) 2 . S h a a n x i Y a n c h a n P e t r o l A n u a n C h e m i c a l C o . L t d . S h e n m u S h a a n x i 7 1 9 3 1 9 C h i n a             g y   , A b s t r a c t: I n t h e r e s e a r c h a n d d e s i n s t a e o f c o a l c h e m i c a l r o e c t f e a s i b i l i t f u l l f o l l o w t h e                       g g p j y y   ,m , , c o n c e t s o r a d o t t h e t e c h n o l o i e s w h i c h i n c l u d i n l a n d c o n s e r v a t i o n a t e r i a l l a b o r e n e r a n d               p p g g g y     , , s a v i n e m i s s i o n r e d u c t i o n t h e n t h e l e a n c o n s t r u c t i o n. w a t e r r o m o t e r o e c t               g p p j

1  产品路线与技术路线
1 . 1  针 对 现 有 煤 炭 资 源 , 采 用 合 适 技 术 和 技 术 耦合
收稿日期 :2 0 1 3 0 9 0 1 - -

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化工设计

( ) 陕西延长石油矿业有限责任公司 , 陕西 西安  7 陕西延长石油安源化工有限公司 , 陕西 神木  7 1. 1 0 0 7 5;2. 1 9 3 1 9    摘   要 : 在煤化工项目可研/设计阶段 , 充分遵循或采用节地 、 节材 、 节人 、 节能 、 节水和减排理念 与 技术 , 促进精益化建设 。 关键词 : 煤化工 ; 项目设计 ; 精益化 ( ) 中图分类号 :TQ 5 4   文献标志码 :B   文章编号 :1 0 0 3 6 4 9 0 2 0 1 3 0 5 0 0 7 8 0 4 - - -

K e w o r d s: c o a l c h e m i c a l; d e s i n; l e a n r o e c t     g p j y   / 0 0 9~2 0 1 2 年 MT O MT P、 煤 制    通过对 2 油 、 煤制天然气 、 煤制乙二醇和煤制甲醇 、 二甲 醚等 大 型 项 目 示 范 阶 段 的 总 结 , 在 2 0 1 2~2 0 1 5 年期间 , 新 型 煤 化 工 将 迎 来 产 业 化 升 级 示 范 阶 段 。 与此同时 , 煤化工行业面临的形势是 , 国内 人口红利在逐步弱化 , 国家对煤化工提出了越来 越严格的环保标准和节水 、 节能要求 。 从工程 建 设 的 全 过 程 来 看 , 工 程 项 目 从 启 动 、 可研/设计 、 建 造 、 安 装 到 投 产 , 设 计 所 花 的钱最少 , 但对项目目标的影响最大 。 我们要正 视现实 , 在可 研/设 计 阶 段 , 充 分 遵 循 或 采 用 节 、 节能 、 节水和减排理念与 地 、 节材 、 节人 ( 力) 技术 , 为煤化工行业健康发展而努力探索一些精 益化建设思路与做法 。 各项技术都有其优缺点 , 煤气化与煤焦化相 耦合 , 可降低变换和净化负荷 , 解决分别存在的 碳多氢少和氢多碳少的问题 ; 固定床与气流床煤 气化相结合 , 解决煤开采后块煤 、 粉煤分级利用
1] , 煤干馏与发电和煤气 的问题 。 油煤共炼技术 [

, 男 , 河南陈留人 , 电气 工 程 师 , 注 册 安 全 工 程 师 , 主 要 研 究 方 向 为 项 目 管 理 与 投 作者简介 : 林   鹏 ( 1 9 7 2- ) 融资 、 绩效激励机制 。

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大型煤化工项目设计的精益化
林   鹏1, 周   夏2, 刘 建 国1

L e a n D e s i n o f L a r e C o a l C h e m i c a l P r o e c t             g g j

化相结合的技术 , 煤热解实现煤炭分质梯次利用 的技术 , 将煤焦油的深加工产物石脑油与甲醇耦 合生产烯烃产品 , 也可探讨实施 。 1 . 2  一头两尾或一头多尾 2 山东华 鲁 恒 升 集 团 , 煤 气 化 后 有 合 成 氨 尿
[]

素 、 醋酸 、 甲醇 、 乙二醇 、 三聚氰胺 、 甲胺 、 二 甲胺 、DMF 等 多 个 产 品 线 , 东 方 不 亮 西 方 亮 , 加上多年积累的优秀管理经验 , 使华鲁恒升成了 国内煤化工行业的常青树 、 排头兵 。 多联产可实现物质和能量的高效利用 , 建议 不单纯搞煤制天然气 , 比如 , 在保持前面工序共 / 用的前 提 下 , 同 时 建 设 煤 制 甲 醇 、 MT O MT P、 MT G 或 MTA 甚 至 煤 制 合 成 氨 尿 素 等 项 目 , 实

第5期

 

林 鹏 等 : 大型 煤化工 项目 设计的 精益 化

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现多联产 。 内蒙古大唐国际克旗煤制天然气公司 2 0 1 2年7 月 2 8日打通流程生产出合格天然气 / 后,其2 0 0 0 t d 甲醇调 峰 项 目 于 2 0 1 2年9月获   内蒙古自治区经信委批复 , 这是科学 、 合理的选 择和决策 。 1 . 3  煤化工企业 、 园区的再招商 可以考虑将空分 、 锅炉 、 给排水 、 维修与配 件服务等进行专业化外委配套建设 , 就锅炉 、 气 化废渣资源化处理 、 硫回收 、 脱硫石膏精制 、 二 氧化碳净化利用等进行再招商 , 对原料煤 、 石灰 石粉及 各 种 添 加 剂 等 探 讨 量 体 裁 衣 式 开 发 、 供
3] 。 应 , 考虑进行融资租赁 、 合同能源管理 [

( ) 同开同停能合并成一个装置 ( 主项 ) 的尽 6 量合并 , 避免因单纯满足防火规范要求而增大装 置间距离 ; ( ) 注重自然化 , 按工艺流程需要布局各个 7 装置 , 考虑利用物料的无动力自然流动 , 避免物 料往返运输和无意义停留 ; ( ) 一个 园 区 的 火 炬 、 蒸 汽 站 等 集 中 布 局 , 8 统筹考虑 ; 电
[ 5]

) 附近 有 电 厂 的 , 积 极 探 讨 由 电 厂 直 供 ( 9 。

3  节能降耗减排
有形工业产 品 生 产 一 般 方 程 式 如 图 1 所 示 , 煤化工产品也是由相应资源 、 能源通过一系列物 理 、 化学变化生产出来的 。
资源 + 能源 ?????????→ 产 品 + 副 产 品 + 三 废 ( 废气 热污染+声污染+光污染+粉尘污 + 废液 + 废 渣 ) +其他污染( 染) + 部分物料回收 + 部分能量回收 + 不便回收的能量
物 理 和/或 化 学 变 化

1 . 4  几个技术研究方向 ( ) 催化气化的研究 。 催化气化的碳转化率 1 或煤炭综合利用率是否更高? ( ) 煤气化产生的氢气 、 一氧化碳 、 二氧化 2 碳 、 甲烷 、 煤焦油 、 苯酚等最好能通过简单物理 分离后分别 、 梯次利用 , 最好不经过一氧化碳变 换工序 , 以减少二氧化碳的排放 。 ( ) 电解水制氢 。 调峰电厂在用电低谷时可 3 以把多余的电能用于水电解制氢 , 与煤化工 、 天 然气蒸汽转化装置协同供氢 。 ( ) 二氧化碳制甲醇 。 日本三井化学研究的 4 技术 , 每吨甲醇可消耗 1 . 5~1 . 6 t的二氧化碳 。 ( ) 净化与合成尾气回收利用 , 乏汽回收利 5 用。

图 1  有形工业产品生产一般方程式

国家发改委于 2 0 1 0年9月提出了项目节能 评估与审查要求 , 企业要以此为契机 , 对项目可 能涉及的节能技术进行细致调研 , 积极采用可靠 的新型节能技术 , 而不只是将其看成多跑一个手 续 。 针对项目可行性研究报告 , 企业和设计单位 一定要从节 能 降 耗 或 减 排 等 方 面 做 客 观 、 深 入 、 细致的论证 , 做好环评 、 能评工作 , 避免因前期 工作不扎实而给后续工作带来难以弥补的困难或 麻烦 。 节能降耗减排工作有利于企业 、 社会和子孙 后代 , 在大型煤化工项目设计中 , 要积极选用经 济可行的节能降耗减排技术 。 目前可以探讨或采 用的技术有 : ( ) 提高循环水浓缩倍率 , 探讨采用高浓缩 1 6] 、凝结水闭路 倍率 ( 的 循 环 水 技 术[ 5~6 以 上 ) 循环技术 、 水网络集成优化技术 ; ( ) 循环水冷却塔设计时 , 考虑利用循环水 2 回水的压力 , 由水轮机驱动冷却塔螺旋桨 ; ( ) 地下循环水 、 消防水管网中全面采用立 3 体斜三 通 、 大 R 的 弯 头 , 管 廊 上 直 角 拐 弯 处 , 除非为了清洗方便 , 采用斜三通 、 大 R 的弯头 ; ( ) 锅炉空气预热器 、 省煤器等采用高效热 4 管换热器 ;

2  总图与设施布置
在满足 国 家 、 行 业 有 关 工 业 企 业 总 平 面 设 计 、 总图运输设计和防火设计等规范要求的前提 下 , 总图与设 施 布 置 应 着 重 考 虑 节 能 节人等方面 , 具体如下 : ( ) 变电所不宜太集中 , 要靠近主要大型用 1 电设备 , 适当分散布置 ; ( ) 中控室集中成一个 , 考虑取消或减少压 2 缩 、 水系统 、 储运 、 锅炉 、 烟气脱硫等单独分散 的控制室 ; ( ) 化验室集中设置与适当分散相结合 , 部 3 分岗位考虑操 、 检合一 ; ( ) 立体化 、 紧凑布置设备和装置 , 尽量减 4 少装置间距离 , 减少物料输送能耗 ; ( ) 露天化 , 机泵类不一定设房子 , 压缩机 5 组不一定盖很大的房子 ;
[ 4]

、 节 地、

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化工设计通讯

第3 9卷 ( ) 对初步设计完成时间 、 长周期设备请购 9

( ) 对锅炉 、 气化炉及其他工业炉进行升温 5 烘炉时 , 采用甲醇 、 二甲醚 , 不用柴油或兼用柴油 ; ( ) 选用完整的硫回收与尾气处理工艺 , 在 6 粗硫磺 、 精硫磺 、 硫酸和二甲基亚砜等产品路线 上做好选择 ; ( ) 采用 能 量 回 收 与 梯 级 利 用 技 术 , 用 余 7 热 、 余压 、 乏汽发电 , 或低位能余热吸收制冷 ; ) 积极推广应用机泵变频调速 。 ( 8

单或订货图 、 地管图纸 、 各装置各专业图纸 、 外 管廊图纸提供时间提出详细规定 , 对电子版设计 资料 、 图纸的要求规定其提交时间 , 并与付款方 式对应 ; ( ) 对各 装 置 间 距 、 管 廊 的 层 数 、 预 留 情 1 0 况作出建议 ; ) 对设 计 单 位 向 建 设 单 位 提 交 三 月 、 三 ( 1 1 周滚动设计进度计划提出要求 。 4 . 2  精益设计 设计前 , 组织设计单位各专业负责人一起走 访同类已投运装置 , 听取已投运单位对设计改进 的意见 ; 正式设计前 , 事先详细了解当地有关政 府部门的特殊要求 , 以避免或减少设计返工 。 在 此调研总结基础上召开设计开工会 , 外请专家参 加 , 细致 筹 划 初 步 设 计 。 除 了 初 步 设 计 审 查 之 外,最 好 还 要 有 3 0% 、6 0% 、9 0% 等 三 维 模 型 设计审查 。 要在项目 设 计 团 队 内 大 力 宣 扬 “ 浪 费 可 耻” 的观念 , 做到满足功能不浪费 , 国内生产可满足 需要的不进口 。 建设单位有关人员要深入参与设计 , 不宜盲 目相信或放任设计 。 在重庆某甲醇制二甲醚项目 设计上 , 我们采用取消 、 合并 、 重排 、 简化等技 法 , 与技术专利商和设计单位人员一起研究或识 别已投产同规模二甲醚装置工艺路线 、 占地 、 设 备种类/结构和 数 量 、 设 备 布 置 、 节 能 减 排 等 方 面的可优化点 , 设计完成后的生产装置占地面积
2 ,总投资费用比同类 比同类装置少 1 5 0~1 9 0m

4  设计管理
4 . 1  设计单位的选定 考虑设计招标时 , 把技术专利商与设计单位 捆在一起 是 否 更 容 易 实 现 技 术 与 经 济 的 最 佳 匹 配?如果调查的承包单位没有 E P C 经验 , 自己又 有项目管理的经验 , 最好不采用 E P C 管理模式 。 选定设计单位 , 与其签订设计合同时 , 宜明 确以下要求 : ( ) 项目组宜专设 , 最好能集中办公 , 每个 1 设计专业负责人及设计人员的经历及数量须做规 定 , 其能力经评价应适合项目需要 ; ( ) 在总合同额中 , 列出一定比例作为设计 2 人员激励 , 该激励的分配需要建设单位同意 ; ( ) 对成套供货设备或装置的设计分工须细 3 致规定 , 对供货商提交的中间资料 , 设计院的审 查时间 、 质量提出要求 ; ( ) 明确 要 求 采 用 P 工厂设计管理系 4 DMS( 三维立体模型 进 行 管 道 与 设 备 、 建 ( 构) 筑物 统) ( 工艺热传递及换热器技术 ) 计 布置 , 采用 HT R I 算软件进行换热器结构优化设计 ; ( ) 对安全 、 环保 、 消防 、 职业卫生等专篇 5 设计的规定除了须符合国家有关法规 、 标准要求 外 , 还须符合建 设 项 目 所 在 地 有 关 部 门 的 要 求 , 经两次审查还没有通过的 , 审查费用及相关费用 由设计单位承担 ; ( ) 对项目手续完善和初步设计审查用资料 , 6 除了可研中的资料和按惯例应由建设单位准备的 资料之外 , 设计单位应积极配合提供相应资料 ; ( ) 对设计 单 位 派 驻 工 地 设 计 代 表 的 专 业 、 7 人数 、 经历 、 职责 、 进场时机应做规定 ; ( )提供蓝图及盖章蓝图的数量应满足制 8 造 、 施工 、 使用 的 要 求 和 有 关 执 法 单 位 的 规 定 , 尤其是压力容器 设 备 A B C 情况下的图纸提供数 量计算 ;

装置节省近7 0 0 万元 , 0 . 7 5 t的吨醚耗蒸汽量远远
] 7 。 低于其他同类装置的消耗 , 做到了精益化设计[

口径较大的管线上阀门的设置首先一定要探 讨其必要性 , 然后再探讨选型的合理性 。 阀门井 盖 、 污水井盖 、 雨水井盖采用不同的尺寸 、 颜色 和形状 , 便于 识 别 , 避 免 盖 子 混 淆 。 地 下 管 网 , 尤其是消防 水 管 网 慎 用 P E 管 ,P E 管的热熔接 工艺目前还不过关 。 电气设计 , 要充分考虑外电网及内部电气控
8] 。 制的抗晃电设施与措施 [

除非造价太高 , 设备尽量不采用单系列无备 机或一 开 一 备 设 计 , 选 用 两 开 一 备 或 者 三 台 全 开 、 两台全开 , 以便一台出问题时可以减负荷生 产 , 不致全厂停车 。

第5期

 

林 鹏 等 : 大型 煤化工 项目 设计的 精益 化 参考文献 :

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采用限额设计与设计激励 , 鼓励设计人员出 具准确的材料汇总表 , 规范设计变更程序 。 4 . 3  设计与设计 、 与采购 、 与施工的协调 设计与设计 、 设计与采购 、 设计与施工要快 速友好沟通 , 正确衔接与合理交叉 、 并行 , 减少 专业内校审和专业间沟通过程中的停留和不及时 现象 , 设计时要充分考虑方便施工的可能性 。 工 程设计中 , 要充 分 汲 取 施 工 专 家 的 意 见 和 建 议 , 以便在保证质量 、 安全和投资可控的前提下 , 采 用施工容 易 、 经 济 的 设 计 方 案 。 设 计 要 为 采 购 、 为施工从时间上创造条件 。 工程总承包项目将设备 、 散装材料采购纳入 设计程序 , 应该更容易实现精益化 。 对一些特殊的专业化装置 , 可采用合同能源
9] 管理 [ 以解决节能减排问题 , 进行专业化外委配

[ ] 吴治国 , 龙军 , 申海 平 , 等 .油 煤 共 炼 的 理 论 基 础 及 工 艺 1 ] ) :1~5. 过程优选 [ J .石油炼制与化工 ,2 0 1 1,5 5( 6 [ ] 周夏 .建设大型煤 化 工 项 目 的 体 会 和 建 议 [ ] 2 J .氮肥与甲 ) :2 醇 ,2 0 0 9,4 ( 4 6~3 0. [ ] 王光辉 , 刘峰 .合同能 源 管 理 : 发 展 前 景 广 阔 亟 待 突 破 制 3 ] ) :1 约 [ J .高科技与产业化 ,2 0 1 0,1 7( 1 1 1~1 1 3. [ ] 甄建超 , 牛建娣 .总图竖向 布 置 设 计 [ ] 4 J .石 油 规 划 设 计 , ) :3 2 0 0 6,1 6( 2 5~3 6. [ ] 黄兴 , 翟绘景 , 路晓明 .大 用 户 直 购 电 所 面 临 的 三 个 核 心 5 ] ) :7 问题探讨 [ J .电力需求侧管理 ,2 0 0 7,9 ( 3 8~8 0. [ ] 刘翔宇 , 李国彬 .循 环 水 高 浓 缩 倍 率 处 理 技 术 在 电 厂 的 应 6 ] ) :4 用 [ J .油田节能 ,2 0 0 6,1 7( 1 0~4 3. [ ] 李峰 , 周夏 , 杨 奇 申 . 甲 醇 脱 水 制 二 甲 醚 的 技 术 选 择 与 工 7 ] ) :6 艺创新 [ J .化工设计通讯 ,2 0 1 2,3 8( 3 8~7 1. [ ] 陈琳 , 严金云 .石化企业晃电影响及抗晃电措施 [ ] 8 J .电 气 ) :7 技术 ,2 0 1 2,1 3( 1 0 2~7 4. [ ] 黄志烨 , 张跃 松 , 韩 玥 . 合 同 能 源 管 理 项 目 的 风 险 识 别 与 9 ] ) :4 综合评价 [ J .工程管理学报 ,2 0 1 3,2 7( 1 8~5 2.

套建设以解决将来专业化管理的问题 , 专业化成 套采购以便更有效地保证采购质量 。

櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃 ( 上接第 7 7 页)

3  紧急情况下的保护措施

2  实施量化操作
因为二段转化炉炉膛温度的控制及加减量是 一个动态的过程 , 无法通过计算较为准确地对这 一过程 予 以 描 述 。 我 们 通 过 长 期 的 开 车 运 行 实 践 , 归纳总结出比较实用的经验数据 。 在固定一 系列参数后 , 当转化炉进入蒸汽升温 、 配氢配氧
3 / 或氧流量 ≤2 0 0 0m h 的低负荷阶段 , 系统 压 力  

( ) 任何情况下系统切氧后,应视加入系统蒸 1 汽量的情况决定是否停止蒸汽外送, 蒸汽不足时引 / , 外来开工蒸汽, 加大金属烧嘴蒸汽量 > 5 0 0 0 k h   g 同时,降低系统压力, 防止辐射热上蹿影响喷嘴,
3 / 。 并且应保持夹套冷却水流量在9 1 2m h ~ ) 遇全厂停电 、 锅炉给水泵跳停等异常情 ( 2

况 , 除按紧急停车处理外 , 烧嘴保护水立即切换 为事故水槽供水 , 并立即停止外送蒸汽 , 转化炉 利用 自 产 蒸 汽 降 温 , 其 中 , 氧 气 喷 嘴 蒸 汽 量 / 0 0 0 k h。 >5   g ) 系统停 车 检 修 需 停 烧 嘴 夹 套 冷 却 水 时 , ( 3 只有在 系 统 切 氧 降 压 降 温 后 , 转 化 炉 炉 膛 温 度 0 0℃ 时 , 方可停烧 嘴 夹 套 冷 却 水 。 一 般 情 况 <3 3 / 下 , 夹套冷却水不 得 低 于 8m h。 再 次 开 车 前 , 必须确认夹套冷却水已建立循环 。

, 喷嘴蒸汽量至少 >5 / . 8MP a 0 0 0 k h, 可确 <0   g 保火焰不贴近烧嘴 ; 随着负荷增加 , 蒸汽配入量 / 应逐渐减少 , 但 最 低 必 须 保 持 5 0 0 0k h, 以 防   g 止波动及回火现象 , 系统压力则可逐渐提高 , 具 体如表 1 所示 。
表 1  氧气加入量 、 蒸汽配入量与 系统操作压力的对应关系
3 / 氧气加入量/ m h

/ 蒸汽配入量/ k h g 5 0 0 ≥6   0 0 0 ≥6   约6 0 0 0   5 5 0 0~6 0 0 0       5 5 0 0~6 0 0 0       5 0 0 ≥5     0 0 0 ≥5   0 0 0 ≥5  

系统操作压力/MP a 约1 . 5 约1 . 6 约1 . 7 1 . 8~1 . 9 1 . 9~2 . 0 1 . 9~2 . 0 约2 . 0 约2 . 1

0 0 0 2   5 0 0 2   3 0 0 0   3 5 0 0     0 0 0 4     4 5 0 0   5 0 0 0   5 5 0 0  

4  结   语
经过长期的操作实践 , 我们总结出这样一套 有效的操作方法 , 对二段炉的操作也由原来的感 性认识上升到理性认识 , 实现了量化操作 , 提高 了认识 、 解决问题的能力 。 采用上述优化操作措 施后 , 能够很好地保护金属烧嘴 , 从而保证系统 的安全 、 稳定 、 长周期运行 。


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