I. Yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng của phân xưởng cracking xúc tác. [ 8,131]
Để có được phương án tối ưu khi lựa chọn và thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà công nghiệp phải thoả mãn các yêu cầu cụ thể sau :
1. Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được yêu cầu cao nhất của dây truyền công nghệ sao cho chiều dài dây truyền sản xuất ngăn nhất, không trùng lặp và lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau.Bảo đảm mối liên hệ mật thiết giữa các hạng mục công trình với hệ thống giao thông và các mạng lứơi cung cấp kỹ thuật khác bên trong cũng như bên ngoài nhà máy.
2.Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân chia thành các khu vực chức năng theo đặc điểm sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối lượng, phương tiện vận chuyển, mật độ công nhân... tạo điều kiện tốt nhất cho việc quản lý vận hành các khu vực chức năng.
3. Diện tích khu đất xây dựng được tính toán thoả mãn mọi yêu cầu đỏi hỏi của dây chuyền công nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục công trình, tăng cường khả năng hợp khối nâng tầng, sử dụng tối đa các diện tích không xây dựng để trồng cây xanh, tổ chức môi trường công nghiệp và định hướng phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai.
4. Tổ chức hệ thống giao thông vận chuyển hợp lý phù hợp với dây truyền công nghệ , đặc tính hàng hóa để đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý. Luông người và luồng hàng hoá phải không trùng lặp hoặc cắt nhau. Ngoài ra còn phải chú ý khai thác và tận dụng mạng lưới giao thông quốc gia và của các cụm nhà máy lân cận.
5.Phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, hạn chế tối đa sự cố sản xuất, đảm bảo vệ sinh môi trường bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng gío chủ đạo của khu đất. Khoảng cách của các hạng mục công trình phải tuân theo quy phạm thiết kế, tạo mọi điều kiện cho việc thông thoáng tự nhiên, hạn chế bức xạ nhiệt của mặt trời truyền vào nhà.
6. Khai thác triệt để các đặc điểm địa hình tự nhiên, đặc điểm khí hậu địa phương nhằm giảm tối thiểu các chi phí san nền, xử lý nền đất, tiêu thuỷ và xử lý các công trình ngầm khi bố trí các hạng mục công trình.
7. Phải đảm bảo tốt các mối quan hệ hợp tác mật thiết với các nhà máy lân cận trong khu công nghiệp với việc sử dụng chung các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải, chống ô nhiểm môi trường cũng như các công trình hành chính phục vụ công cộng... nhằm mang lại hiệu quả kinh tể, hạn chế vốn đầu tư xây dựng nhà máy và tiết kiệm đất xây dựng.
8. Phân chia thời kỳ xây dựng hợp lý, tạo điều kiện thi công nhanh,sớm đưa nhà máy vào hoạt động sản xuất, nhanh chóng hoàn vốn đầu tư xây dựng. 9. Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật thẩm mỹ của từng công trinh, tổng thể nhà máy. Hoà nhập, đóng góp cảnh quan xung quanh, tạo thành khung cảnh kiến trúc công nghiệp đô thị.
II.Bố trí mặt bằng.
II.1. Đặc điểm của phân xưởng.
Phân xưởng cracking xúc tác thường đặt liên hợp với các dây chuyền chưng cất dầu thô, alkyl hoá, isome hoá, phân xưởng polime...và nó là phân xưởng rất quan trọng của nhà máy lọc dầu để sản xuất ra xăng.
Vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm trong phân xưởng chủ yếu bằng đường ống.Trong quá trình sản xuất phân xưởng sinh ra khí CO, SOx , NOx , H2S gây ảnh hưởng xấu tới môi trường và các chất dễ bay hơi ,dễ gây cháy nổ nên đặt cuối hướng gió. Toàn bộ dây truyền đều lộ thiên
II.2. Bố trí mặt bặng phân xưởng.
Thiết kế mặt bằng của phân xưởng tuân theo quy tắc phân vùng gồm có các vùng sau :
1. Vùng phía trước phân xưởng: Bao gồm nhà hành chính, nhà để xe, nhà ăn, hội trường, phòng bảo vệ...
2. Vùng sản xuất : Đây là vùng quan trọng nhất trong nhà máy.Vì vậy khi bố trí mặt bằng thì nó được ưu tiên về mọi mặt như địa chất , địa hình và về hướng. Đây cũng là nơi gây ra tiếng ồn lớn,lượng bụi tạo ra nhiều, các chất gây tác động xấu đến môi trường, lượng nhiệt toả ra lớn, rất dễ gây cháy nổ nên đặt ở phía cuối hướng gió và phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định của vệ sinh công nghiệp. Gồm có thiết bị phản ứng, thiết bị tái sinh, thiết bị tách phân đoạn chính, tổ hợp xử lý khí cracking , ống khói, sản xuất hơi nước, phòng điều khiển trung tâm.
3. Vùng công trình phụ : Là nơi đặt các công trình phụ trợ như các trạm cung cấp điện, máy bơm, máy nén, phân xưởng cơ khí, nhà phòng cháy chữa cháy và các hệ thống cung cấp kỹ thuật khác ( hệ thống đường ống dẫn nguyên liệu, sản phẩm, hệ thống đường ống phòng cháy chữa cháy...). Đối với các hệ thống kỹ thuật thì cần phải lắp đặt tối ưu không chồng chéo không gây ảnh hưỏng tới giao thông trong nhà máy.
4. Vùng kho tàng hệ thống giao thông : Là vùng bố trí hệ thống kho tàng bến bãi để nhập nguyên liệu và xuất sản phẩm. Do nguyên liệu và sản phẩm
của nghành hóa dầu dễ cháy nổ. Nên khi bố trí nó thì phải đặt cuối hướng gió, tại mỗi bể chứa thì cần phải lắp đặt hệ thống các đường ống chữa cháy để khi có sự cố thì ngay lập tức hoạt động. Vùng này bao gồm bể chứa nguyên liệu và sản phẩm. Ta bố trí khoảng cách giữa hai bể là 50m, Đường chính trong phân xưởng thiết kế rộng 5m.
ưu điểm của việc bố trí mặt bằng như trên là :
• Dễ quản lý theo ngành, theo các phân xưởng, theo các công đoạn của dây chuyền sản xuất của nhà máy.
• Thích hợp với các nhà máy có những xưởng, những công đoạn có các đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau .
• Đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy, nổ ...
• Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông và sắp xếp các thiết bị trong nhà máy.
• Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy.
• Giảm được tải trọng công trình như kết cấu bao che, tải trọng gió ngang, cầu trục trong nhà...Do vậy, giảm được khối lượng xây dựng, tiết kiệm được vật liệu xây dựng từ đó giảm được chi phí cho xây dựng.
• Giảm thời gian xây dựng, tiết kiệm được mặt bằng.
Tuy nhiên còn có những nhược điểm là :
•Dây chuyền sản xuất kéo dài.
•Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng lưới giao thông tăng.
•Hệ số xây dựng và sử dụng thấp.
II.3. Các hạng mục công trình.
Các công trình trong phân xưởng được thể hiện ở bảng dứơi đây :
Bảng 5: Các hạng mục công trình trong phân xưởng cracking
Số TT Tên công trình Số lượng Kích thước Diện tích, m 2 1 Phòng bảo vệ 3 6 × 4 72
2 Nhà để xe 1 30 × 18 540 3 Nhà hành chính 1 30 × 12 360 4 Nhà ăn 1 20 × 12 240 5 Hội trường 1 30 × 12 360 6 Trạm y tế 1 12 × 6 72 7 Bể chứa nước sạch 1 20 × 20 400 8 Trạm điện 1 12 × 6 72 9 Xưởng cơ khí 1 12 × 9 108 10 Phòng thí nghiệm 1 12 × 6 72 11 Bể xử lý nước thải 1 20 × 20 400
12 Phòng điều khiển trung tâm 1 12 × 6 72
13 Thiết bị phản ứng 1 12 ×12 144
14 Thiết bị tái sinh 1 12 × 12 144
15 Tháp phân tách chính 1 12 × 12 144
16 Tổ hợp xử lý khí cracking 1 24×12 288
17 Sản xuất hơi nước 1 24 × 12 288
18 ống khói 1 12 × 12 144
19 Bể chứa nguyên liệu đầu 4 30 × 30 3600
20 Bể chứa xăng 4 24 ×24 2304 21 Bể chứa LCO 2 24 × 24 1152 22 Bể chứa LPG 2 24 × 24 1152 23 Bể chứa khí nhẹ 2 24 × 24 1152 24 Bể chứa HCO 2 24 × 24 1152 25 Bể chứa dầu cặn 2 24 × 24 1152
26 Kho chứa xúc tác mới 2 50 × 30 3000
27 Nhà máy bơm và máy nén 1 12 × 6 72
28 Nhà phòng cháy chữa cháy. 1 12 × 6 72
Tổng 18152
II.4.Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản.
Chiều dài phân xưởng: 350 ,m
Chiều rộng phân xưởng: 220 ,m
Tổng diện tích phân xưởng F: F = 77000,m2
Diện tích chiếm đất của nhà và công trình A : A = 18152 , m2
Diện tích kho bãi lộ thiên B : B = 4500 ,m2
Diện tích chiếm đất của đường giao thông, của hệ thống đường ống vận chuyển vật chất, rãnh thoát nước, vỉa hè và đất dự trữ C = 30000, m2
Xác định hệ số xây dựng Kxd: Kxd = 100 F B A ⋅ + [8 ,141]
Kxd = 100 77000 4500 18152+ ⋅ = 29,42% Xác định hệ số sử dụng Ksd: Ksd = 100 F C B A ⋅ + + [8,141] Ksd = 100 77000 30000 4500 18152+ + ⋅ = 68,38%
Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật xây dựng Kxd và Ksd của phân xưởng cracking xúc tác hoàn toàn thoả mãn và đảm bảo yêu cầu quy định.
Do quá trình sản xuất hầu hết được tiến hành trong các thiết bị kín, kích thước thiết bị rất cao và to, vận chuyển bằng đường ống, các quá trình được cơ khí hoá tự động hoá toàn bộ, việc điều khiển được tiến hành trong phòng điều khiển trung tâm. Do đó thiết kế nhà sản xuất lộ thiên - bán lộ thiên.
Nhà sản xuất lộ thiên - bán lộ thiên được thiết kế bằng khung thép. Bên trong có nhà điều khiển trung tâm và đặt các thiết bị phụ trợ cho quá trình sản xuất như thiết bị làm lạnh nồi hơi, bơm, các thiết bị chính như thiết bị phản ứng, thiết bị tái sinh, thiết bị tách sản phẩm được đặt ở ngoài trời.
Nhịp nhà L1 = 6 m, L2 = 6 m. Bước cột B = 6 m.
Chiều cao nhà H = 6 m.
Nhà có hai mái dốc hai phía thông gió tự nhiên trong nhà do đối lưu không khí.
Nền nhà là loại nền xi măng và bê tông, loại nền này chịu được khoáng chất, hợp chất vô cơ và kiềm yếu.
Cột nhà bằng thép dùng móng đơn dưới cột. Loại móng này được đặt trên một lớp lót mỏng dày 100 mm. Nếu đất khô cũng có thể dùng lớp lót bằng đá dăm, nếu đất ướt dùng bê tông gạch vỡ hoặc bê tông mác 50.
Cột có kích thước 400 mm, dầm chính chạy dọc theo chiều dọc nhà ó kích thước 300 mm, cứ 3 m sẽ có một dầm phụ theo chiều ngang dày 200 mm. Hai bên thiết bị sẽ có dầm phụ để chịu lực và giữ thiết bị đứng vững. Dầm chính
được gắn vào cột nhờ bắt bulông qua gối tựa, dầm phụ gắn vào dầm chính bằng bulông.
Mái nhà dùng loại mái 30% và góc nghiêng vỉa hè là 150.
Đường giao thông trong phân xưởng chủ yếu là đường bộ, đường ôtô. Đường ôtô được đổ bằng bê tông nhựa có hai làn xe, mỗi làn 3 m một đầu nối với đường chính trong khu liên hợp một đầu nối với đường phụ xung quanh phân xưởng. Đường giao thông là loại đường cấp 3, vỉa hè đi bộ có chiều rộng 1,5 m.
Trong phân xưởng có đường nối liền các khu với nhau bảo đảm mật độ giao thông vận chuyển các vật tư nguyên liệu được dễ dàng và thuận tiện. Hai bên đường trồng cây cảnh và các vườn hoa đảm bảo cảnh quan cho môi trường phân xưởng. Các đường ống chính trong phân xưởng như đường ống cấp nước phục vụ sản xuất, sinh hoạt, đường ống nước thải, các đường ống dẫn nguyên liệu lỏng, khí đặt trên mặt đất và ngầm dưới mặt đất.
III.Tính toán kinh tế.
III.1.Tính toán chi phí vật liệu đầu vào.
Ta cần quy đổi giữa tấn và thùng, ta coi một thùng có thể chứa được 160 lít.
• Đối với sản phẩm khí ta coi tất cả là LPG thương mại .Dựa theo sản phẩm gas đang lưu hành ngoài thị trường , 1 bình gas 20 lít chứa được 12 Kg gas như vậy tỷ trọng của khí là d =0,6.
Như vậy 1 thùng 160 lít sẽ chứa được : 160. 0,6 = 96 ,Kg. Suy ra 1000 Kg khí thì sẽ được chứa trong :
96 1000
=10,42 thùng.
• Đối với sản phầm xăng có tỷ trọng của xăng ở 200 C là d = 0,76 ,Kg/l 1 thùng 160 lít sẽ chứa được : 0,76. 160 = 121,6 ,Kg
1000 Kg xăng thì sẽ chứa được trong : 1211000,6 = 8,22 thùng.
• Đối với sản phẩm gasoil nhẹ có tỷ trọng là 0,933, Kg/l 1 thùng 160 lít sẽ chứa được : 0,933 .160 = 149,28, Kg 1000 Kg nhẹ thì sẽ chứa được trong : 1481000,28 = 6,7 thùng.
• Đối với sản phẩm gasoil nặng có tỷ trọng là 0,9429 Kg/l 1 thùng 160 lít sẽ chứa được : 0,9429.160 =150,864 , Kg. 1000 Kg gasoil nặng sẽ chứa được trong :
864 , 150
1000
= 6,63 thùng
Dựa vào lượng sản phẩm thu được ta có bảng chuyển đổi giữa tấn sang thùng như sau :
Bảng 6: Bảng chuyển đổi giữa tấn sang thùng
Tên sản phẩm Trọng lượng , T/h Thùng/h Thùng/ năm Sản phẩm Khí 66,375 691,63 5533040 Sản phẩm Xăng 169,125 1390,2 11121600 Sản phẩm Gasoil nhẹ 82,5 552,75 4422000 Sản phẩm Gasoil nặng 46,875 310,78 2486240 Cốc 6,375 Lượng mất mát 3,75 Tổng 375 2945,36 23562880
III.1.1. Chi phí nguyên liệu.(CNL)
Nguyên liệu đi từ phần cặn dầu Bạch Hổ, có khối lượng riêng là : 0,811, Kg/l. 1 thùng 160 lít sẽ chứa được : 160 .0,811 = 129,76 ,Kg.
1000 Kg sẽ chứa được trong : 1291000,76 = 7,7 thùng. Do vậy 3000000 tấn sẽ chứa được trọng :
3000000 .7,7 = 23100000 thùng Giá của nguyên liệu : 20 USD /thùng.
Như vậy chi phí cho nguyên liệu là :
23100000 .20 = 462000000 , USD/năm
III.1.2. Chi phí điện.(CĐ)
Định mức tiêu hao là 0,8 KWh/thùng sản phẩm, trong một năm sẽ tiêu thụ hết là : 0,8. 23562880 =18850304 , KWh/ năm.
Như vậy chi phí điện năng trong 1 năm là :
18850304 .0,15 =2827545,6, USD/năm
III.1.3. Chi phí cho nhiên liệu đốt.(CNLĐ)
Định mức tiêu hao là 0,01 tấn/thùng sản phẩm.Trong 1 năm sẽ tiêu tốn là : 0,01. 23562880 = 235628,8 Tấn/ năm.
đơn giá của nguyên liệu đốt là : 10 USD/tấn Vậy chi phí nhiên liệu đốt trong 1 năm là :
10. 235628,8 =2356288 ,USD/năm
III.1.4. Chi phí hơi nước.(CHN)
Định mức tiêu hao là 4 m3/thùng sản phẩm tương ứng với : 4. 23562880 = 94251520 m3/năm. Đơn giá : 0,35 USD/m3.
Vậy chi phí hơi nước trong 1 năm là :
0,4. 23562880 = 9425152 USD/năm.
III.1.5. Chi phí cho nước công nghiệp.(CN)
Định mức tiêu hao là 0,9 m3/thùng sản phẩm tương ứng với : 0,9. 23562880 = 21206592 m3/năm Đơn giá : 0,1 USD/năm.
Vậy chi phí nước công nghiệp trong 1 năm là :
0,1. 21206592 =2120659,2 USD/năm.
III.1.6.Chi phí cho xúc tác.(CXT)
Định mức tiêu hao là 0,0025 Kg/thùng sản phẩm hay là 25.10-7 tấn/ thùng sản phẩm.
Đơn giá 10 USD/Kg =10000 USD/tấn. Vậy chi phí xúc tác cho 1 năm là :
10000.25.10-7. 23562880 =589072 USD/năm. Như vậy tổng chi phí cho vật liệu đầu vào là :
CPv = CNL +CĐ +CNLĐ + CHN +CN +CXT
= 462000000 + 2827545,6 + 2356288 + 9425152 + 2120659,2 + 589072
= 479318716,8 USD/năm.
Chi phí cho nguyên liệu, hơi nước, năng lượng cho một thùng sản phẩm là :
23562880 8 479318716,
=20,34 USD/thùng sản phẩm
IV. Chi phí để vận hành phân xưởng.
Để điều khiển phân xưởng hoạt động được liên tục thì cần phải có người vận hành phân xưởng và mỗi ngày làm việc được chia làm 3 ca.
Công nhân phục vụ phân xưởng : Quản đốc : 1 Phó quản đốc : 1 Kỹ sư công nghệ : 4 Cán bộ thí nghiệm : 3 Công nhân vận hành : 25 Thợ cơ khí : 3 Thợ điện : 3
Tổng số công nhân lao động trong phân xưởng : 40
Chi phí cho công nhân lao động trong phân xưởng được thể hiện ở bảng dưới đây:
Bảng 7: Bố trí công nhân lao động trong phân xưởng.