化工车间布置原则

车间布置的基本原则与程序

摘要：介绍了车间布置的内容、依据、方法步骤、平立面布置规则、设备布置规则

Abstract: Introduced the content,basis,method,progress of plant arrangement and the regulation of level elevation arrangement,equipment arrangement

前言

在化工工程的初步设计或施工图设计中，当工厂总图、工艺流程图、物料衡算、热量衡算、设备选型及其主要尺寸确定后，就可以开始进行车间厂房和车间设备布置设计工作。车间布置设计是否合理，事关重大，它将直接影响整个项目的总投资及操作、安装、检修是否方便，甚至还会影响整个车间的安全以及车间的各项技术经济指标的完成情况。在进行布置设计时，要全盘统筹考虑，合理安排布局，才能完成既符合生产要求，又经济合理的布置设计。

一、车间布置设计的内容

车间布置设计分初步设计和施工图设计两个阶段，初步设计阶段只是初步确定厂房的尺寸、高度，完成主要设备的布置工作，还不能达到施工、操作的要求。

车间布置设计包括车间厂房布置设计和车间设备布置设计两部分。

（一）、车间布置设计的依据

1．标准、规范和规定

车间布置设计所要遵循的标准有很多，以下只列出所遵循的主要标准、规范及规定的名称，详细内容可参见文献[1]第一章内容。

GB 50016—2006 建筑设计防火规范

GB 50160—2008 石油化工企业设计防火规范

GBZ 1—2002 工业企业设计卫生标准

GBJ 87—1985 工业企业噪声控制设计规范

GB 12348—1990 工业企业界噪声标准

GB 50058—1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范

SH 3011—2000 石油化工工艺装置布置设计规定

HG 20546—1992 化工装置设备布置设计规定

2．基础资料

（1）工艺管道及仪表流程图

（2）物料衡算数据及物料性质 包括原料、中间体、副产品、成品的数量及性质，三废的数量及处理方法。

（3）设备一览表（包括设备外形尺寸、重量、支撑形式及保温情况）。

（4）公用系统耗用量，包括供排水、供电、供热、冷冻、压缩空气、外管资料等。

（5）车间定员表（除技术人员、管理人员、车间化验人员、岗位操作人员外，还要掌握最大班人数和男女比例的资料）。

（6）厂区总平面布置图[包括装置（车间）之间、辅助部门、生活部门的相互联系，场内人流、物流的情况和数量]。

（7）建厂地形和气象等资料。

（二）、车间布置设计的内容

车间布置设计主要包括车间厂房布置设计和车间设备布置设计两部分内容。

在进行车间厂房布置设计时，首先要推敲并确定车间设施的基本组成部分，防止泄露不全，车间的组成一般包括生产设施、生产辅助设施、生活行政设施、其他特殊用室和近期发展用地五部分。

车间布置设计就是确定各个设备在车间范围内平面与车间立面上的准确的、具体的位置；同时也确定了场地与建、构筑物的尺寸；安排工艺管道、电气仪表管线、采用通风管线的位置。

（三）、车间布置设计的要求

1．车间布置设计要适应总图布置要求，与其他车间、公用工程系统、运输系统组成成有机体。

2．经济效果要好。车间平面布置设计应简洁、紧凑，已达到最小的占地面积；车间立面布置应尽量将高达的设备布置在室外，如不能布置在室外的尽量单独处理，且尽量降低厂房的高度，以减少建设费用，降低生产成本。

3．便于生产管理，安装、操作、检修方便。在车间布置设计时，除考虑各个生产工段外，对生产辅助用房如车间配电室、机修间、化验室等和生活办公用房等，都要合理安排，互相协调，以便生产管理；设备布置设计的同时，要考虑到日后的施工安装、操作和检修，要尽量创造良好的工作环境，给操作人员留有必要的操作空间和安全距离；需要经常检修、更换的设备附近要留有一定的检修空间和设备运输宽度。

4．要符合有关的布置规范和国家有关的法规，妥善处理防火、防爆、有毒、腐蚀等问题，保证生产安全，还要符合建筑规范和要求。厂房的大小、高度、形制等要符合建筑规范。

5．要留有发展余地

有些设施或装置，由于设计投资较大，资金紧张，或已经预计到将来的销售情况会越来越好，经和建设单位协商，在布置设计时，要留有发展余地，以便将来扩建或增建。

（四）、车间布置设计的方法和步骤

1．准备资料。包括带控制点的工艺流程图、设备一览表、总图与规划设计资料、有关的规范和标准。

2．确定各工段的布置形式，室外布置或室内布置。室外布置又包括露天布置、半露天布置、和框架式布置。

3．确定厂房布置和设备布置方案。

4．绘制车间布置草图。

5．绘制车间平面布置图。

二、车间厂房布置设计

（一）、车间厂房的平面布置

化工厂房平面型式的选择原则是，在满足生产工艺要求下尽量力求简单，力争美化，同时要按照建筑规范要求。

化工设计中采用的厂房型式一般为：长方形、T形、L形和Ⅱ等。长方形便于总平面图的布置，节约用地，有助于设备排列，缩短管线，易于安排交通出入口，有较多可供自然采光和通风的墙面；但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有困难时，为了适应地形的要求或者生产的需要，也有采用L形、T形或Ⅱ形的，此时应充分考虑采光、通风、通道和立面等各方面的因素。

厂房的柱网布置，要根据厂房结构而定，生产类别为甲、乙类生产及大型石化装置，宜采用框架结构，采用的柱网间距一般为6m，也有采用9m、12m。丙、丁、戊类生产可采用混合结构或框架结构，开间采用4m、5m或6m。但不论框架结构或混合结构，在一幢厂房里不宜采用多种柱距。柱距要尽可能符合建筑模数的要求，这样可以充分利用建筑结构上的标准预制构件，节约设计和施工力量，加速基建进度。

在进行车间布置时，应考虑厂房安全出入口，一般不应少于两个。如车间面积小，生产人数少，可设1个，但应慎重考虑防火安全等问题。装置（车间）内的道路、通道的宽度及其上方高度应执行 HG 20546—92中的有关规定和执行GB 50160中的相关规定。

（二）、车间厂房的立面布置图

厂房的立面布置要力求做到设备排列整齐、紧凑、美观，充分利用厂房空间，既经济合理、节约投资，又操作、检修方便，并能充分满足采光、通风等要求。

化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的型式。一般来说单层厂房建设费用较低，因此除了由于工艺流程的需要必须设计为多层外，工程设计中一般采用单层。有时因受建设场地的限制或者为了节约用地，也有设计成多层的。

化工厂厂房的高度，主要由工艺设备布置要求所决定。厂房的垂直布置要充分利用空间，每层高度取决于设备的高低、安装的位置、检修要求及安全卫生等条件。一般框架或混合结构的多层厂房，层高多采用5m、6m，最低不得低于

4.5m；每层高度尽量相同，不宜变化过多。装配式厂房层高度采用300mm的模数。在有高温及有毒害性气体的厂房中，要适当加高建筑物的层高或设置拔风式气楼，以利于自然通风、采光散热。

有爆炸危险车间宜采用单层，厂房内设置多层操作台以满足工艺设备位差的要求。如必须设在多层厂房内，则应布置在厂房顶层。如整个厂房均有爆炸危险，则在每层楼板上设置一定面积的泄爆孔。这类厂房还应设置必要的轻质屋面、或增加外墙以及门窗的泄压面积。泄压面积与厂房体积的比值应符合建筑设计防火规范要求。泄压面积应布置合理，并应靠近爆炸部位，不应面对人员集中的地方和主要交通道路。车间内防爆区与非防爆区（生活、辅助及控制室等）间应设防火墙分隔。如两个区域需要互通时，中间应设双门斗，即设二道弹簧门隔开。上下层防火墙应设在同一轴线处。防爆区上层不应布置非防爆区。有爆炸危险车间的楼梯间宜采用封闭式楼梯间。

三、车间设备布置设计

车间设备布置设计就是确定各个设备在车间平面上和立面上的准确的、具体的位置，这是车间布置设计的核心，也是车间厂房布置设计的依据。

化工厂的设备布置，在气温低的地区或有特殊要求者，均将设备布置在室内，一般情况可采用室内与露天联合布置，在条件许可的情况下，采取有效措施，最大限度地实现化工厂的联合露天化布置。

设备露天布置有下列优点：可以节约建筑面积，节省基建投资；可节约土建施工工程量，加快基建进度；有火灾及爆炸危险性的设备，露天布置可降低厂房耐火等级，降低厂房造价；有利于化工生产的防火、防爆和防毒（对毒性较大或剧毒的化工生产除外）；对厂房的扩建、改建具有较大的灵活性。

生产中一般不需要经常操作的或可用自动化仪表控制的设备，如塔、换热器、液体原料储罐、成品储罐、气柜等都可布置在室外。需要大气调节温湿度的设备，如凉水塔、空气冷却器等也都露天布置或半露天布置。

不允许有显著温度变化，不能受大气影响的一些设备，如反应罐、各种机械传动的设备、装有精密度极高仪表的设备及其他应该布置在室内的设备，则应布置在室内。

（一）、生产工艺对设备布置的要求

（1）在布置设备时一定要满足工艺流程顺序，要保证水平方向和垂直方向的连续性。对于有压差的设备，应充分利用高低位差布置，以节省动力设备及费用。在不影响流程顺序的原则下，将各层设备尽量集中布置，充分利用空间，简化厂房体形。通常把计量槽、高位槽布置在最高层，主要设备如反应器等布置在中层，储槽等布置在底层。这样既可利用位差进出物料，又可减少各层楼面的荷重，降低造价。但在保证垂直方向连续性的同时，应注意在多层厂房中要避免操作人员在生产过程中过多地往返与楼层之间。

（2）凡属相同的几套设备或同类型的设备或操作性质相似的有关设备，应尽可能布置在一起，这样可以统一管理，集中操作，还可以减少备用设备，及互为备用。

为了考虑整齐美观，可采取下列方式布置：成排布置的塔，如可能时可设置联合平台；换热器并排布置时，推荐靠管廊侧管程接管中心线取齐；离心泵的排列应以泵出口管中心线取齐；卧式容器推荐以靠管廊侧封头切线取齐;加热炉、反应器等推荐以中心线取齐。

（3）布置设备时，除要考虑设备本身所占的位置外，还须有足够的操作、通行及检修需要的位置。

（4）要考虑相同设备或相似设备互换使用的可能性，设备排列要整齐，避免过松过紧。

（5）除热膨胀有要求的管道外，要尽可能地缩短设备间管线。

（6）车间内要留有堆放原料、成品和包装材料的空地(能堆放一批或一天的量)，以及必要的运输通道及起吊位置，且尽可能地避免物料的交叉运输(输送)。

（7）传动设备要有安装安全防护设施的位置。

（8）要考虑物料特性对防火、防爆、防毒及控制噪声的要求，譬如对噪声大的设备，宜采用封闭式间隔等；生产剧毒物及处垃剧毒物料的场所，要和其他

部分完全隔开，并单独设置自己的生活辅助用室；对于可燃液体及气体场所应集中布置，便于处理；操作压力超过3.5MPa的反应器宜集中布置在装置(车间)的一端。

（9）根据生产发展的需要和可能，适当预留扩建余地。

（10）设备之间或设备与墙之间的净间距大小，虽无统一规定，但设计者应结合上述布置要求及设备的大小，设备上连接管线的多少，管径的粗细，检修的频繁程度等各种因素，再根据生产经验，决定安全间距。中小型生产的设备安全距离参见文献[1]中表3-1，可供一般设备布置时的参考。工人操作设备所需的最小间距可参考文献[1]中的图3-2。

（二）、设备安装对设备布置的要求

（1）要根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修及拆卸所需要的空间和面积。

（2）要考虑设备能顺利进出车间。经常搬动的设备应在设备附近设置大门或安装孔，大门宽度比最大设备宽0.5m，不经常检修的设备，可在墙上设置安装孔。

（3）通过楼层的设备，楼面上要设置吊装孔。厂房比较短时，吊装孔设在靠山墙的一端，厂房长度超过36m，则吊装孔应设在厂房中央。

多层楼面的吊装孔应在每一层相同的平面位置。在底层吊装孔附近要有大门，使需要吊装的设备由此进出。吊装孔不宜开得过大(一般控制在2.7m以内，对于外形尺寸特别大的设备的吊装，可采用安装墙或安装门，设备可直接从安装墙或安装门进人该设备位置就位)。

（4）必须考虑设备检修、拆卸以及运送物料所需要的起重运输设备。起重设备的形式可根据使用要求定。如不设永久性起重运输设备，则应考虑有安装临时起重运输设备的场地及预埋吊钩，以便悬挂起重葫芦。如在厂房内设置永久性起重运输设备，则要考虑起重运输设备本身的高度，并使设备起吊运输高度大于遭输途中最高设备的高度。

（5）大型设备(如:塔、储罐、反应器等)应布置在装置(车间)的一侧，并靠通道，周围无障碍物，以便起重运输设备的进出及设备的吊裂，通道宽度应大于

最大起吊设备的宽度。

（三）、厂房建筑对设备布置的要求

（1）凡是笨重设备或运转时会产生很大振动的设备，如压缩机、真空泵、粉碎机等，应该尽可能地布置在厂房的底层，并和其他生产部分隔开，以减少厂房楼面的荷重和振动。如离心机由于工艺要求或者其他原因不能布置在底层时，应由土建专业在结构设计上采取有效的防振措施。

（2）有剧烈振动的设备，其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起，以免影响建筑物的安全。

（3）布置设备时，要避开建筑物的柱子及主梁，如设备支承在柱子或梁上，其荷重及吊装方式需事先告知土建人员，并与其商议。

（4）厂房中操作台必须统一考虑，防止平台支柱林立重复，既有碍于整齐美观，又影响生产操作及检修。

（5）设备不应布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处。

（6）在厂房的大门或楼梯旁布置设备时，要求不影响开门和妨碍行人出人畅通。

（7）设备应尽可能避免一布置在窗前，以免影响采光和开窗；如必须布置在窗前时，设备与墙间的净距应大于600mm。

（8）设备布置时应考虑设备的运输线路、安装、检修方式，以决定安装孔、吊钩及设备间距等。

（9）凡有腐蚀介质的设备，通常集中布置并设围堰，以便其地面作耐腐蚀铺砌处理和设酸性下水系统。

（10）可燃易爆设备应与其他工艺设备分开布置，并集中布置在装置(车间)一处，以便土建设置隔爆墙等有关措施。

（四）、典型设备布置规则

除以上所述的设备布置要求外，各类设备还有各自惯用的布置规则，如容器、换热器、反应器、精馏塔、泵等，在此不再赘述，可参看其他参考文献。

结论

装置(车间)布置是设计工作中很重要的一环。布置的好坏直接关系到装置(车间)建成后是否符合工艺要求，能否有良好的操作条件，使生产正常、安全地运行，设备的维护检修方便可行，以及对建设投资、经济效益等都有着很大影响。所以在进行装置(车间)布置前必须充分掌握有关生产、安全、卫生等资料，在布置时应严格执行有关标准、规范，根据当地地形及气象条件，作深思熟虑、仔细推敲、多方案比较，以取得最佳布置。

参考文献

[1] 中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2009

[2] 王静康.化工过程设计[M]. 北京：化学工业出版社， 2006

[3] 韩冬冰，李叙凤，王文华.化工过程设计[M].北京：学苑出版社，1997

[4] Sugiyama H, Fischer U, Hirao M, Hungerbühler K. A chemical process design framework including different stages of environmental, health and safety (EHS) assessment. In: Marquardt W, Pantelides C, eds. Computer Aided Chemical Engineering: Elsevier; 2006: 1021-6.

[5] E·路德维希.化工装置的工艺设计[M]. 北京：化学工艺出版社，1979