Технологический процесс как основа промышленного проектирования

Промышленные здания и сооружения должны быть запроектированы с точным учетом требований наиболее эффективного технологического процесса.

При составлении проекта промышленного предприятия необходимо определить типы и размеры зданий, их требуемые площади, численность рабочих, количество и типы оборудования, требуемое для предприятия количество сырья, материалов, энергии и топлива. Необходимо также разработать план предприятия и внутреннюю планировку цехов. Все эти задачи решаются на основе данных принятого технологического процесса производства. Поэтому, приступая к проектированию промышленного здания, необходимо прежде всего изучить технологический процесс данного производства.

Основой для архитектурно-строительной разработки проекта служит технологическая производственная схема, которая представляет собой графическое изображение функциональной зависимости между отдельными производственными процессами, осуществляемыми в данном цехе. Например, на рис. 1.6 представлена схема производства серной кислоты контактным способом, который включает три стадии после обжига колчедана:

- очистку газа от вредных для катализатора примесей;

- контактное окисление сернистого ангидрида в серный;

- абсорбцию серного ангидрида серной кислотой.

Рис. 1.6. Схема производства серной кислоты контактным способом: 1,2 - промывные башни; 3 - электрофильтр; 4 - сушильная башня; 5 - компрессор; 6 - теплообменник; 7 - контактный аппарат; 8 - холодильник; 9 - олеумный абсорбер; 10 - моногидратный абсорбер; 11 - воздушный холодильник; 12 - сборник; 13 - насос

Внимательное изучение технологической схемы функциональной связи помещений дает возможность установить рациональную последовательность расположения отделений и помещений цеха, и эта схема является исходной базой для проектирования плана здания. Процесс очистки газов и получения кислоты на заводах протекает в промывном и сушильно-абсорбционном отделениях. Основное оборудование этих отделений (электрофильтры, промывные и сушильно-абсорбционные башни) устанавливают на отметке 7-8 м над уровнем пола.

Электрофильтры, промывные и сушильно-абсорбционные башни имеют вертикальный технологический процесс и обслуживаются с площадок на разных уровнях. Оборудование размещают обычно на открытом воздухе. Для укрепления технологического оборудования устраивают железобетонные постаменты (этажерки). Сетка колонн постаментов – 6x6 м.

Оборудование можно устанавливать на отдельные постаменты для независимой осадки фундаментов. Пространство под постаментами используют для установки насосов, сборников кислоты, для подсобных помещений, трансформаторных подстанций, ремонтных мастерских, бытовых помещений (рис. 1.7).

Предприятия химической и нефтехимической промышленности применяют химическую технологию и выпускают продукцию следующих классов:

- продукцию неорганической химии и горно-химическое сырье;

- полимеры, пластические массы, химические волокна;

- лакокрасочные материалы;

- синтетические красители и органические продукты;

- продукты органического синтеза (нефтехимия, коксохимия, лесохимия);

- химические реактивы и особо чистые вещества;

- медикаменты и химико-фармацевтические изделия;

- резинотехнические и асбестовые изделия.

Технологическое оборудование – определяющий элемент застройки большинства химических и нефтехимических предприятий. Его можно разделить на 5 групп (рис. 1.8):

- машинное оборудование (насосы, компрессоры, воздуходувки, холодильные машины и др.);

- аппараты, в которых осуществляются химические процессы (реакторы);

- аппараты, в которых осуществляются массообменные процессы – колонны;

- емкости;

- теплообменники.

Машинное оборудование размещается, как правило, в отапливаемых зданиях, в то время как условия эксплуатации колонного оборудования позволяют устанавливать его на открытых площадках, на этажерках, специальных постаментах, а особо крупное – на собственных фундаментах; только в редких случаях в суровых климатических условиях часть такого оборудования нуждается в укрытиях.

Рис. 1.7. Производство серной кислоты: а – реакторный блок; б – блок поглотительных башен

Рис. 1.8. Процессы и аппараты химической технологии

Вынос технологического оборудования из отапливаемых помещений на открытые площадки этажерки и под навесы – одна из важнейших тенденций в строительстве химических объектов.

Увеличение производительности аппаратов оказывает существенное влияние на снижение удельного расхода территории и капитальных затрат. Это позволяет установить насосы, компрессоры и др. машины порознь, открыто, приблизив их к основному технологическому оборудованию и соответственно уменьшить протяженность коммуникаций.

Рис. 1.9. Виды оборудования химической технологии

На рис. 1.9 и 1.10 показаны наиболее распространенные виды пространственных форм основного и вспомогательного оборудования и возможные схемы их компоновки.

Анализ процессов, номенклатуры применяемого оборудования, а также принципов его комбинирования показывает, что в химической технологии определилась система структурных единиц, каждая из которых – составная часть более крупной и может функционировать самостоятельно.

Структурные уровни организации химического и нефтехимического предприятия показаны на рис 1.11. Использование этого принципа в планировке позволяет разрабатывать на основе определенного модуля пространственные структуры, которые пригодны для построения системы любой сложности, а также устанавливать единые принципы компоновки всех ее элементов. Это дает возможность вести разработку даже для самой сложной структуры (например, комбината) последовательно, сохраняя на любом уровне разработки единство стиля и, в то же время, учитывая любые конъюнктурные требования.

Система технологических элементов, из которых формируют объекты химии, включает следующие единицы. Аппараты – выполняют отдельные операции и являются первичными элементами общей технологической структуры предприятий. Аппараты, как правило, объединяют в группы и образуют качественно новую структурную единицу – технологические узлы или агрегаты. В агрегате протекает не один, как в аппарате, а несколько процессов. Сочетание агрегатов быстрого и планомерного освоения производственных мощностей потребовало выделить минимальный комплект технологических установок (дающих, подобно целому, готовую продукцию, но в меньших масштабах) в самостоятельную единицу – технологическую линию, образующую следующий уровень организации технологии.

В зависимости от заданной мощности и номенклатуры продуктов несколько технологических линий, функционирующих автономно, комплектуют в новую структурную единицу – производство, которая, участвуя в общей программе предприятия по выпуску готовой продукции, в случае необходимости также может функционировать самостоятельно.

Формирование и объединение специализированных химических и нефтехимических предприятий обычно осуществляется автономными технологическими комплексами, в которые входит группа производств, объединеная общим технологическим процессом и имеющая в своем составе необходимые объекты подсобно-производственного и обслуживающего назначения.

Каждый автономный технологический комплекс специализируется на выпуске одного или нескольких видов готовой продукции и формируется на основе единичной укрупненной мощности головного производства (например, производство этилена на заводе оргсинтеза).

Состав производств в каждом пусковом комплексе определяется их оптимальным сочетанием на основе переработки основного продукта. Например, для специализированных азотных заводов установлена следующая номенклатура продукции: аммиачная селитра, карбамид, сложные удобрения, капролактам. На заводах органической химии имеется широкая номенклатура выпускаемых продуктов (хлор, этилен, винилхлорид и др.).

Автономные технологические комплексы строятся на базе двух головных производств - хлора и таких органических продуктов, как ацетилен, этилен и др., и могут иметь разнообразные наборы производств.

Рис.1.10. Схемы компоновки технологического оборудования: А - колонн и реакторов; Б - машинного оборудования; В - теплообменников; Г – емкостей

Автономные технологические комплексы должны по возможности иметь однородную структуру, основанную на оптимальном сочетании производств и внутреннем материальном балансе, строго последовательном размещении производств, в соответствии с технологическим потоком и самостоятельном материально-техническом снабжении.

Схема размещения производственных объектов в пределах автономного комплекса должна подчиняться общей закономерности процесса переработки сырья, осуществляемого в такой последовательности: подача сырья, производство основных видов полупродуктов, производство готовой продукции, вывоз готовой продукции. Встречаются разновидности этой схемы.

Так, например, производство карбамида на азотных заводах может быть без стадии получения полупродуктов; производство капролактама и многих хлорорганических продуктов осуществляется на базе двух головных производств. Встречаются схемы, когда поток разделяется на две линии. Однако во всех случаях сохраняется четкая последовательность расположения производственных объектов автономного комплекса, имеющего относительно самостоятельную систему снабжения сырьем, водой, паром, электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом др.