工艺包开发思路与步骤及隐患自查攻略

财富   2025-01-20 21:46   北京  
【南京】2025精细化工项目工艺管道及仪表流程图设计提升暨本质安全设计与连续化改造实操培训班(3月6日-9日)

一、确定工艺路线

除小部分新产品外,国内大部分化工技术中,工艺路线已基本确定。针对相同原料,获得相同产品如有几种工艺路线,则对每一种路线分别进行分析、比较后确定。


主要从以下几个方面来考虑:

1、所需的温度、压力等参数。几种路线中实现的效果相近,优先选择易于实现操作参数的路线;

2、投资;

3、能耗;

4、安全;

5、环保;

6、对材质的要求;

7、产品质量;

8、是否侵权。

二、收集数据

通过实验(实验室、小试、中试、产业化生产等)或查询文献、论文、技术书籍等所有可能的渠道收集基础数据(在合法的前提下)。包括:技术中涉及的所有物质的物性及物质间的相互影响,所有涉及到的反应及催化剂、反应机理等。同时注意对整个过程中形成的知识产权的保护。


关于反应

众所周知,反应为整个系统的灵魂,也是“洋葱模型”的最中心,它出了问题,所有其他工作都是白搭,它错了,整个基准就错了。所以,非常、非常、非常重要!

反应按是否有催化剂分:催化反应、非催化反应;按相态分:均相反应、非均相反应


无论属于何种反应,作为工艺包开发者均需对反应有透侧的理解,对反应机理要清清楚楚、明明白白。


仅做实验室研发的科研人员很难把工艺包做好,受两个因素制约,因素一:缺乏工程化经验;因素二:缺乏工业化后的生产经验。仅做工程设计的技术人员也很难把工艺包做好,因为缺乏对反应机理的认识和相关数据,同时还缺乏生产数据及生产经验。仅做生产的技术人员同样也很难做好,因为缺乏研发和工程设计的经验及数据。


如为催化反应,工艺包开发人员至少需掌握催化剂的物理性能参数,如:强度、孔隙率、堆密度、活性组份、载体等。此外还要掌握催化剂的化学性能,如反应的转化率、选择性、反应的影响因素(包括温度、压力、流量、组份配比)、空速、催化剂失活中毒影响因素、反应热力学平衡参数、反应动力学方程、反应控制步骤等等。当然,这些数据也可以由项目组中专门从事催化剂研发的人员提供。


如为非催化反应,同样需掌握反应机理、反应影响因素、反应动力学方程、反应控制步骤、吸/放热量、超温后果、反应失控保护措施等。


关于分离再循环

化工装置中常见的分离为气液分离、吸收、气提、解析、精馏等。


普通分离罐的计算一般按分离液滴直径进行计算,高效分离罐一般提出工艺要求。

吸收的关键是寻找合适的吸收剂,气提为打破原气液相平衡,通过改变分压实现分离,解析为吸收的逆过程,普通精馏按沸点进行分离即可,如分离中存在共沸物或沸点相差很小的物质,则可考虑特殊精馏,如:共沸精馏、萃取精馏或变压精馏等。需根据被分离物质的具体情况分析后确定。


如数据库中缺少二元交互参数,需对气液相平衡数据进行测量或通过查阅资料获取,然后对气液相平衡数据进行数据回归,得到二元交互参数,从而才能进行准确的分离计算。


循环一般分为气相循环和液相循环,循环一般是为了满足反应的需要或分离的需要。

化工装置中大部分反应单程转化率并不高,为了获得较高的收率,只能采用循环的方式,如合成氨、尿素、碳铵、煤焦油加氢、三聚氰胺、甲醇、乙二醇等装置。此外,有些难分离物系,为了获得高收率、好的产品质量,也会采用循环的方式。循环量越大、循环压降越大,也就意味着能耗越高,这里面降能耗可挖掘的空间巨大。通常,循环越多,流程的复杂程度就越高,设计、控制、操作的难度也就越大。

关于传热

收集技术中涉及的所有物质/流股的焓和比热值,所有反应的反应热、熔解热等。装置内按温度及热量梯级换热回收热量(尽可能在装置内考虑热量的回收利用,如装置内不能回收利用的热量,则从全厂的角度来考虑热量的回收利用)。

在进行换热网络设计时,切记纯理论考虑,要同时兼顾操作及工艺的可行性,由于换热带来的露点腐蚀、结晶、堵塞、气液两相对催化剂的影响等均需周全考虑。

关于动量传递

收集所有流股的粘度、汽化压力等参数,两相流避免活塞流,通过合理的设备布置来减少动量消耗,节约能源。

三、流程模拟

工艺包开发,进行全流程模拟是必不可少的。对于流程模拟有两种较极端且不正确的观点。

观点一:流程模拟是万能的,什么都是模拟一下就能获得;

观点二:流程模拟没有用,受影响因素太多,根本算不准。以上两种观点都是瞎子摸象,不能客观的来认识模拟软件。


对于模拟的个人看法

下面笔者结合自己的实战经验来谈谈个人的看法:

1、流程模拟对工艺的认识非常有帮助,尤其是经过全流程模拟后,对全系统的认识会有质的飞跃;


2、流程模拟并非简单的输入、输出,需要注入大量的人为分析,每一个参数的变化以及它的影响因素,以及一个参数的改变带来的全系统的变化都是需要逐个分析的。此外,关键数据还需要与实验、小试、中试及产业化生产等的数据进行比对分析,进一步对模型数据进行修正;


3、流程模拟并非万能的,没有输入就没有输出,输入错了,输出一定错。输入对了,输出也有可能与实验或生产数据不符,需对出现的不符情况进行细致的分析论证,找出矛盾的原因;


4、流程模拟的应用可大大缩短工艺包的开发时间,减少实验工作量,指导生产,预测数据发展趋势;

5、通过流程模拟可获得完整的物料、能量平衡数据,物性参数等,为工程设计、生产提供基础数据;


6、可以通过模拟对各种方案进行综合对比,从而得到最优方案。


具体工作开展

(以下为个人风格,仅供参考):


1、根据物性确定物性方法;


2、从反应入手,如反应仅受热力学平衡影响,则可考虑化学平衡反应器模块,通过调节平衡温距来获得相关参数。如反应除热力学平衡外,受反应动力学影响,则通过实验数据拟合推导得到反应速率方程及相关参数(包括:活化能、指前因子、吸附因子、吸附/反应平衡常数等等),将相关参数用于流程模拟中的反应模块,同时将模拟结果与实验数据进行比对、分析、修正。目的为让模型具有可预测性,能对工业放大提供可靠的依据;


3、解决分离、换热的问题,根据前面收集的数据及初步制定的流程,进行模拟计算(包括:物性数据回归、换热器分析计算等等),对发现的问题进行分析修正,同时对各种可能的流程一一进行计算对比,找出最优方案,流程最优方案确定后,进一步对单个设备进行调优;


4、匹配公用工程(规格尽可能少,同时兼顾投资)。至此,模拟工作已基本完成。

以上的轻描淡写,希望不要误导一些人。因为化工技术真的博大精深,任何一个点想要做到精深通透,都可能足以让我们穷尽一生而不可得。


四、完成PFD、PID、设备数据表

通过准确的全流程模拟后,即可得到完整的物料流程图(PFD)。

参照典型单元设备的流程模式、结合工艺的特点及需求,同时让仪表专业介入,共同完成PID,根据PFD上各流股信息取经济流速、算管道压降、然后确定管径,根据开停车需要,考虑置换、催化剂升温还原/停车保护、预硫化等等,加上所需的开/停工线。


对所有设备进行设计计算,定型设备提出详细参数、选材原则,非标设备计算尺寸、大小、高度、内件等。

反应器

根据反应综合考虑后确定,具体包括:反应类型(快速/慢速反应、气液相反应/气气相反应/液液相反应/气固相反应、催化/非催化反应等等)、催化剂性能(如为催化反应)、空速、反应速率、反应控制步骤、停留时间、物料分布、移热、放大效应等因素来设计。

塔器

分填料塔、板式塔,也有同一塔内部分填料、部分塔板。填料塔一般压降小、板式塔压降大,填料塔一般对喷淋密度的要求比板式塔高,此外,物料性质对塔的选择也有很大影响。根据分离要求,优化进料位置、调整回流比及理论板数、根据物料性质取合适的液泛系数,进行塔器的计算,计算出每块板/填料的气液相负荷、持液量、喷淋密度、压降。


换热器

将流程模拟中的数据导入换热器计算软件进行计算即可。笔者一般采用HTRI中的校核模式进行计算,流程模拟中冷热端温差一般控制≥8℃,尽量避免温度交差,考虑上污垢热阻,考虑清洗,考虑热膨胀,考虑适当的余量,根据建厂地气候条件、水源供给情况,考虑空冷,空冷一般用于热负荷大、温差小的地方。对换热要求高、冷热端温差小、压降要求小、占地要求小等地方考虑高效换热器。

压缩机

根据气量、压比以及输送气体的组成情况确定压缩机的型式。根据厂区具体情况,如:电价、蒸汽富余情况、能否上锅炉、能否上自备电站、煤价等等因素,经综合分析后确定电驱或汽驱。如采用电驱,一般来说压缩机一次投资低、占地小、操作/检维修工作量小,但折产品单价后电一般比蒸汽贵。如采用汽驱,一般来说压缩机一次投资高、占地大、操作/检维修工作量大,但折产品单价后蒸汽一般比电便宜。当然,也有一些厂例外,所以,因地制宜、万万不可一概而论!


此外,采用汽驱的,还要考虑压缩机是采用全凝、抽凝还是背压式(需在全厂蒸汽平衡中统筹考虑),如压缩机采用全凝或抽凝,还要考虑表冷采用水冷还是空冷,两者对压缩机的蒸汽消耗是不一样的。


分离器

根据前面的计算,整理完成设备数据表即可。


储罐

分缓冲罐、中间储罐、成品储罐等,按停留时间、储存时间及考虑生产操作(如手动分析取样要求、产品封罐要求、换班衔接要求等等)后确定。



其他设备

非标设备,提出详细的外形尺寸、内件型式及详细参数、工艺参数等;定型设备,提出详细的工艺参数、工艺要求、选材原则等。

五、完成设计说明、仪表规格书、联锁说明、建议设备布置图等

此时,拿出SHSG 052-2003石油化工装置工艺设计包(成套技术工艺包)内容规定,按里面的要求一条一条完成,当然里面涉及到的知识面是较广的,要求也是较高的,除工艺外,还涉及了设备、仪表、卫生、安全、环保、分析、管材、布置、生产等等…


所以,一个好的、成熟的、能够运用于实际的工艺包真的不是凭一己之力所能完成的。它一定是有一个好的团队在支撑,这个团队涉及到研发、技术、工程、生产…

六、完成两大手册

分析化验手册、操作手册

此两大手册的完成除对工艺有透侧的理解外,还需要大量的实验、中小试数据作为支撑。

此外,还需要分析专业人员、生产技术人员参与完成,这样拿出来的手册才能用于人员培训、用于指导开、停车及事故处理,才能起到实质性的作用。


常见安全隐患自查攻略


设备设施

一、反应釜、反应器

1) 减速机噪声异常

2) 减速机或机架上油污多

3) 减速机塑料风叶热融变形

4) 机封、减速机缺油

5) 垫圈泄漏

6) 防静电接地线损坏、未安装

7) 安全阀未年检、泄漏、未建立台帐

8) 温度计未年检、损坏

9) 压力表超期未年检、损坏或物料堵塞

10) 重点反应釜未采用双套温度、压力显示、记录报警

11) 爆破片到期未更换、泄漏、未建立台帐

12) 爆破片下装阀门未开

13) 存在爆炸危险反应釜未装爆破片

14) 温度偏高、搅拌中断等存在异常升压或冲料

15) 放料时底阀易堵塞

16) 不锈钢或碳钢釜存在酸性腐蚀

17) 装料量超过规定限度等超负荷运转

18) 搪瓷釜内搪瓷破损仍使用于腐蚀、易燃易爆场所

19) 反应釜内胆于夹套蒸汽进口处冲蚀破损

20) 压力容器超过使用年限、制造质量差,多次修理后仍泄漏

21) 压力容器没有铭牌

22) 缺位号标识或不清

23) 对有爆炸敏感性的反应釜未能有效隔离

24) 重要设备未制订安全检查表

25) 重要设备缺备件或备机


二、贮槽、罐区、槽车

1) 液位计模糊或损坏、堵塞

2) 静电接地线松动或未连接

3) 法兰垫片处泄漏

4) 小平台等高位贮槽未能有效固定

5) 安全液封液位未达到要求

6) 常压贮槽带压使用

7) 装料量超过规定限度

8) 非常温贮槽未装温度计

9) 容器出现裂缝,仍在使用

10) 频繁受真空、氮气交变载荷使贮罐破损

11) 低沸点溶剂或液化气贮槽受阳光直射

12) 室外贮罐等存在运输车辆等撞击危险

13) 危险品罐区围堰孔洞未封堵

14) 危化品罐区防护堤封堵不严密,任意开设排雨水孔

15) 通向排水管的截止阀处于常开等不安全状态

16) 危化品罐区的可燃或腐蚀性物料出口管线,其支架未设置吊式压式弹簧补偿措施,或直接采用挠性连接短管

17) 危化品罐区未设禁打手机、禁带火源、限高限速等各种警示牌

18) 危险品罐区无泄漏、送料操作记录及日常巡查

19) 拖拉机随意进入危险品罐区

20) 危险品罐区周边有明火或山林火灾

21) 危险品罐区操作室使用电炉、电茶壶、电热板等违章用电

22) 槽车在装卸地点没有接地装置

23) 没有防止操作人员从罐车上坠落的措施

24) 未装配有效的阻火器和车况不合格(照明灯损坏或刹车失灵)槽车进入罐区

25) 槽车贮罐的安全附件(压力表、温度计、安全阀)无检验日期或存在失效

26) 槽车罐体未标明压力容器下次检验日期

27) 罐体上无静电拖链、防毒器材或阀门泄漏

28) 卸料前和卸料后接地未静置10分钟以上

29) 槽车卸料时,司机、押运员离开卸料现场,没有现场监护人员

30) 采用敞开式和喷溅式卸料

31) 卸料时使贮罐超标准液位或满料溢出

32) 氯乙烯槽车卸料时,软管或法兰处泄漏

33) 氯乙烯运输送料时,满槽

34) 槽车装量不满时多次在厂内运输和卸料

35) 卸料车辆为熄火及手闸制动或卸料中途启动车辆

36) 在高强闪电、雷击频繁时,从事卸料操作

37) 油罐接地点没有2

38) 装卸汽油、甲苯时,操作人员未穿戴防静电工作服和防静电的鞋子

39) 液氨等贮槽贮存区域未设置事故围堰和应急喷淋稀释设施

40) 现场未设置应急喷淋和洗眼设施

41) 没有防止物料错装措施如乙酸乙酯装入汽油槽罐

42) 站在汽油桶上电焊

43) 未经清洗,切割汽油桶或焊接贮槽

44) 液氨、氯乙烯贮罐超装

45) 槽车卸料时,堵塞消防通道及侵占通行道路

46) 收料员离开卸料现场

47) 装卸现场使用铁制、塑料等易产生火花的工具

48) 由罐区送入车间的物料贮槽没有操作记录


三、冷凝器、再沸器

1) 腐蚀、垫圈老化等引起泄漏

2) 冷凝后物料温度过高

3) 换热介质层被淤泥、微生物堵塞

4) 高温表面没有防护

5) 冷却高温液体(如150℃)时,冷却水进出阀未开,或冷却水量不够

6) 蒸发器等在初次使用时,急速升温

7) 换热器未考虑防震措施,使与其连接管道因震动造成松动泄漏


四、管道及管件

1) 管道安装完毕,内部的焊渣、其他异物未清理

2) 视镜玻璃不清洁或损坏

3) 选用视筒材质耐压、耐温性能不妥,视筒安装不当

4) 视筒破裂或长时间带压使用

5) 防静电接地线损坏

6) 管道、法兰或螺栓严重腐蚀、破裂

7) 高温管道未保温

8) 泄爆管制作成弯管

9) 管道物料及流向标识不清

10) 管道色标不清

11) 调试时不同物料串接阀门未盲死

12) 废弃管道未及时清理

13) 管阀安装位置低,易撞头或操作困难

14) 腐蚀性物料管线、法兰等易泄漏处未采取防护措施

15) 存在水、氮气、空气、蒸汽等进入物料管线的可能

16) 高温管道边放置易燃易爆物料的铁桶或塑料桶

17) 管道或管件材料选材不合理,易腐蚀

18) 玻璃管液位计没有防护措施

19) 在可能爆炸的视镜玻璃处,未安装防护金属网

20) 止回阀不能灵活动作或失效

21) 电动阀停电、气动阀停气

22) 使用氢气等压力管道没有定期维护保养或带病运行

23) 使用压力管道时,操作人员未经培训或无证上岗

24) 维护人员没有资质修理、改造压力管道

25) 压力管道焊接质量低劣,有咬边、气孔、夹渣、未焊透等焊接缺陷

26) 压力管道未按照规定设安全附件或安全附件超期未校验

27) 压力管道未建立档案、操作规程

28) 搪玻璃管道受钢管等撞击

29) 生产工艺介质改变后仍使用现有管线阀门未考虑材料适应性

30) 氮气管与空气管串接

31) 盐水管与冷却水管串接


五、输送泵、真空泵

1) 泵泄漏

2) 异常噪声

3) 联轴器没有防护罩

4) 泵出口未装压力表或止回阀

5) 长期停用时,未放净泵和管道中液体,造成腐蚀或冻结

6) 容积泵在运行时,将出口阀关闭或未装安全回流阀

7) 泵进口管径小或管路长或拐弯多

8) 离心泵安装高度高于吸入高度

9) 未使用防静电皮带

 

六、离心机

1) 甩滤溶剂,未充氮气或氮气管道堵塞或现场无流量计可显示

2) 精烘包内需用离心机甩滤溶剂时,未装测氧仪及报警装置

3) 快速刹车或用辅助工具(如铁棒等)刹车

4) 离心机未有效接地

5) 防爆区内未使用防静电皮带

6) 离心机运行时,震动异常


七、 双锥(双锥回转真空干燥机)

1) 无防护栏及安全连锁装置

2) 人员爬入双锥内更换真空袋

3) 传动皮带无防护

4) 轴封泄漏

5) 真空管路堵塞或使用时真空阀未开启


八、气瓶

1) 气瓶没有配瓶帽、防震圈

2) 氢气钢瓶夏季运输、存放时,没有遮阳措施,导致曝晒

3) 部分气瓶超过年检期限

4) 乙炔瓶与氧气瓶同时使用时,安全间距未超过五米

5) 用带催化剂手套关氢气瓶阀

6) 敲击碰撞气瓶

7) 气瓶使用后,气压小于0.05Mpa

8) 气瓶组及管路连接、阀门损坏

9) 氢气瓶使用时,未采用防静电装置或已坏

10) 气体钢瓶没有防倒措施

11) 储存场所存在地沟、暗道

12) 贮存场所不通风或通风不畅或有腐蚀性气体进入

13) 缺灭火器材

14) 乙炔气瓶放倒使用

15) 气瓶颜色模糊不清

电器仪表

1. 防爆区内设置非防爆电器或控制柜非防爆

2. 配电室窗户玻璃破损

3. 配电室内杂物较多

4. 配电室内有蒸汽水、物料管、粉尘、腐蚀性物质,致使电柜内的电气设备老化,导致短路事故

5. 变压器室外有酸雾腐蚀或溶剂渗入或粉尘多

6. 控制柜或变电柜后有衣服等杂物

7. 配电柜过于陈旧,易产生短路

8. 电缆靠近高温管道

9. 架空电缆周边物料管道、污水管道等泄漏,使腐蚀性物料流入电缆桥架内

10. 埋地电缆受到地下水腐蚀

11. 电缆井、沟内污水严重渗入

12. 电缆桥架严重腐蚀

13. 电缆线保护套管老化断裂

14. 铺设电气线路的电缆或钢管在穿过不同场所之间的墙或楼板处孔洞时,未采用非燃烧性材料严格堵塞

15. 乱拉活动排风,导致电缆接头脱落、漏电

16. 开关按钮对应设备位号标识不清

17. 车间内有零乱不明电缆

18. 应急照明灯未装或已坏

19. 露天电动机无防护罩

20. 操作现场照明度不够

21. 设备与电气不配套(小牛拖大车、老牛拖大车)形成电气设备发热损坏、起火

22. 电气设备、电缆桥架上冲水

23. 防爆视镜灯、照明灯元宝螺丝松动,漏光

静电

24. 在易燃易爆场所,反应釜、管道、贮槽、冷凝器、输送泵、法兰、阀门未接地或接地不不良

25. 在易燃易爆场所,投粉体料斗未接地,充氮气

26. 超过安全流速(v2<0.64/d)输送汽油、甲苯、环己烷等液体

27. 氢气流速总管超过12m/s,支管超过8m/s

28. 将汽油等从高位喷入贮罐底或地面

29. 在未充氮气时,异丙醇铝、镁粉等由敞口漏斗投入含汽油、甲苯等反应釜中

30. 在易燃易爆场所,穿脱衣服、鞋帽及剧烈活动

31. 在易燃易爆场所,用化纤材料的拖布或抹布擦洗设备或地面

32. 向塑料桶中灌装汽油

33. 用汽油等溶剂洗工作服或拖地或钢平台、地面

34. 不锈钢、碳钢贮罐罐壁未用焊接钢筋或扁钢接地,超过50平方米未有两处接地

35. 存在散发易燃易爆气体的场所,未采用增湿等消除静电危害的措施

36. 用塑料管吸料或装甲苯或回收甲苯

37. 用压缩空气输送或搅拌汽油

38. 防爆洁净区未使用防静电拖鞋

39. 接地扁钢、屋顶防雷带生锈、腐蚀严重

40. 高出屋面的金属设备未焊接钢筋并入避雷带

生产现场

41. 贮存原料或废料较多

42. 现场跑、冒、滴、漏

43. 保温层损坏

44. 缺有效防护栏

45. 常闭式防火门常开

46. 存有粉尘(镁粉、锌粉等)的操作岗位,未及时清理

47. 金属钠、钠氢存放,没有防雨措施或废桶、废袋随意存放

48. 消防通道堵塞或各种管线及其支架妨碍通行

49. 灭火器缺少或已过期锈蚀或消防带、消防栓不符合消防要求

50. 废料桶有多张标签

51. 强氧化剂(双氧水、高锰酸钾等)堆放在木架上

52. 钢平台晃动幅度过大

53. 钢平台或钢柱腐蚀严重

54. 局部区域溶剂浓度超标

55. 高处阀门手柄、铁棒等易跌落

56. 混凝土楼面震动大

57. 室外钢棚或屋顶杂物多

58. 防毒器材过期或失效

59. 生产现场存放有非生产用具(食品、报纸、小说)

60. 缺乏夏季的防暑降温设施

61. 室外小管径水管冬季未保温

62. 车间内没有紧急淋浴、洗眼等卫生设施或已损坏

63. 车辆未装阻火器进入生产现场

64. 易燃易爆场所没有安装可燃气体报警仪或失灵

65. 反应釜、贮罐、泵等未标注设备位号和名称

66. 大铁门没有固定插销,一旦风大就可能使铁门擦出火花,导致危险

67. 库房门槛偏低,一旦发生意外,危险品将外溢

68. 生产现场地面存放铁板、钢管

人员、现场操作

69. 没有岗位操作记录或操作记录不完整

70. 吸料、灌装、搬运腐蚀性物品未戴防护用品

71. 存在操作人员脱岗、离岗、睡岗等现象

72. 粉体等投料岗位未戴防尘口罩

73. 快速开关阀门

74. 分层釜、槽底阀分层后未关

75. 分层釜、槽分水阀开太大,造成水中夹油排入污水池或排水时间过长忘记关阀而跑料

76. 高温釜、塔内放入空气

77. 提取催化剂(如钯碳、活性镍等)现场散落较多

78. 用铁棒捅管道、釜内堵塞的物料或使用不防爆器械产生火花

79. 噪声环境未戴防耳器或耳塞

80. 贮槽超压使用

81. 使用汽油、甲苯等易燃易爆溶剂处,釜、槽未采用氮气置换

82. 烟尘弥漫、通风不良或缺氧

83. 带压开启反应釜盖

84. 员工有职业禁忌或过敏症或接触毒物时间过长

85. 紧急阀门或??

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