23.2.2 厂房的整体布置和厂房轮廓设计
1.厂房的整体布置
根据生产规模、生产特点及厂区面积、厂区地形、地质条件等考虑厂房的整体布置。首先要确定的是采用分离式还是集中式。一般来说,生产规模大,车间各工段生产特点有显著差异(例如属于不同的防火等级)或存在厂区位于山区等情况,可考虑分离式布置。反之,生产规模小,车间各工段联系频繁,生产特点无显著差异,厂区地势平坦,可采用集中式布置。
考虑厂房的整体布置的另一个重要问题是室外场地的利用和设计。对于操作上可以放在露天的设备,原则上应尽可能布置在室外。体形巨大的容器、贮罐、较高大的塔的露天布置可以大大地缩减厂房的建筑面积;有火灾和爆炸危险的设备和能产生大量有毒物质的设备的露天布置能降低厂房的防火、防爆等级,简化厂房的防火、防爆措施,降低厂房的通风要求,改善厂房内的卫生及操作条件;设备的露天布置也使厂房的改建和扩建具有更大的灵活性。所以,设备露天布置无论在技术上还是在经济上都有很大好处。设备露天布置的缺点是操作条件差,北方地区的冬季会增加操作人员的巡视困难,并要求具有较好的自控条件。
2.厂房的平面布置
厂房的平面轮廓一般有直线形、L形、T形、Π形等数种形式,其中以直线形使用最多。这是由于直线形厂房便于全厂总平面布置,节约用地,方便设备排列,方便安排交通和出入口,有较多墙面提供给自然采光和通风设计使用。直线形厂房常用于小型车间,L形、T形或Π形厂房则适合于较复杂的车间。
厂房柱网的布置首先要考虑满足工艺操作及设备安装、转运、维修的需要。在满足上述各种需要的前提下,应优先选择符合建筑统一模数制的柱网。中国统一规定,厂房建筑以3 m的倍数为优先选用的柱网,例如3 m、6 m、9 m、12 m、15 m、18 m等。对于多层厂房,常采用6 m×6 m的柱网,这样的柱网较经济,如因生产及设备需要而必须加大时,最好不超过12 m。
常采用的厂房宽度有6 m、9 m、12 m、15 m、18 m、24 m、30 m等数种。由于受到自然采光和通风的限制,多层厂房总宽度一般不宜超过24 m,单层厂房总宽度一般不宜超过30 m。
厂房的长度根据工艺要求来确定,但应注意尽量使长度符合建筑统一模数制的要求。
3.厂房的立体布置
厂房的立面有单层、多层和单层与多层相结合的形式。多层厂房占地少但造价高,单层厂房占地多但造价低。采用单层还是多层应主要根据工艺生产的需要。例如制碱车间的碳化塔,根据工艺要求须放在厂房内,但塔比较高,且操作岗位安排在塔的中部以便观察塔内情况,这样就需要设计多层厂房;若设备大部分露天布置,厂房内只需要安置泵或风机,这种情况可设计成单层厂房。
在确定厂房层高时,一般应考虑设备的高度,设备安装、起吊、检修、拆卸时所需高度和管道布置占据的空间等几个方面的因素。此外,还应考虑通风、采光、高温及是否有有害气体产生等因素。厂房的层高应尽量符合建筑统一模数制的要求,取0.3 m的倍数。一般工厂厂房的层高为4～6 m。对于采用框架结构或混合结构的多层厂房,层高多采用5.1 m和6 m,最低4.5 m。各层高度尽量相同,不宜过多变化。
4.车间设备布置
车间设备布置设计就是确定各个设备在车间平面与立面上的位置,确定场地(指室外场地)与建(构)筑物的尺寸、工艺管道、电气仪表管线与采暖通风管道的走向和位置。
车间设备布置大体上应考虑下列问题。
(1)能够或宜于露天布置的设备尽量布置在室外
生产中不需经常看管的设备、辅助设备和受气候影响较小的设备(如吸附器、吸收塔、不冻液体贮罐、大型贮罐、废热锅炉、气柜等)一般都应考虑露天放置;需要大气来调节温度、湿度的设备(如凉水塔、冷却器等)更宜于露天放置;在气候温和、没有酷寒的地区,应考虑更多的设备露天放置。但是对于某些反应器和使用冷冻剂的设备,它们受大气温度的影响,而在生产工艺上又不允许其有显著的温度变化,这类设备就要考虑布置在室内;各种传动机械如气体压缩机、冷冻机、往复泵和仪表操作盘也应布置在室内。
(2)生产工艺方面的要求
设备布置应尽量使工艺流程顺、工艺管线短、工人操作方便和安全,还要考虑使原料和成品有适当的运物通道。
(3)要有合适的设备间距
合适的设备间距要考虑安全操作,安装、维修的需要,也要考虑节省占地面积和投资,还要考虑设备与设备间、设备与建筑物间的安全距离及化工生产中防腐蚀要求等。
(4)设备的安装、检修方面的要求(https://www.daowen.com)
①要考虑设备安装、检修和拆卸的可能性。
例如老式氨合成塔的框架要考虑内筒的吊装;由于新式大型氨厂的合成塔中催化剂的寿命可达10～15 a,不常更换,已取消框架,检修时用巨型吊车吊装合成塔内件。
②要考虑设备如何运入和运出厂房。若设备运入或运出厂房次数较多,宜设大门;若设备运入后很少再需要整体搬出,则可设置安装孔,即在外墙预留洞口,待设备运入后再行砌封。
③当设备通过楼层或安装在二楼以上时,可在楼板上设置安装孔,也可在厂房中央设吊车梁和吊车以供设备起吊使用。一般对于体积较大又比较固定的设备(例如室内安装的塔器),可在楼层外墙上设置安装孔,设备可在室外直接起吊,通过楼层外墙的安装孔而进入楼层。
④为了便于设备进行经常性的维修,厂房内应保留进行维修的面积和空间,包括设备维修时工人操作所需的位置和设备拆下的部件及材料存放的位置。
⑤在一组或一列设备中,当安装或维修其中某一设备时,应不妨碍其余设备的正常使用和操作,这样设备的起吊运输高度应大于运输线路上最高设备的高度。
(5)建筑的要求
①笨重的或运转时能产生很大震动的设备(如压缩机、巨大的通风机、破碎机、离心机等)应尽可能布置在底层,以减少厂房的荷载和震动。
②大型设备沿墙布置时应注意不影响门窗的开启,不妨碍厂房的采光和通风条件。
③布置设备时要避免设备基础与建筑物基础及地下构筑物(如地沟、地坑等)之间发生碰、挤和重叠等情况。
④有剧烈震动的机械,其操作台、基础切勿与建筑物的柱、墙相连。
⑤在多层厂房楼板上布置设备时,常常要在楼板上预留孔洞,要注意不要任意打乱或切断建筑物上主要梁、柱的结构布置。
(6)设备布置和管线布置要密切配合工艺管道、通风管道及电气、仪表管道,这是车间布置设计的主要内容之一,与设备布置有着极为密切的关系。在设备布置时,要同时安排好管道的走向、留好管道布置的空间,并决定主管架的位置和操作盘的位置。
(7)安全和防腐蚀方面的要求
①对于有防火、防爆要求的设备,布置时必须符合防火、防爆的规定。最好把危险等级相同的设备尽量集中在一个区域内,以便于在建筑设计上采取诸如设计防爆建筑物、设置防爆墙等措施,这样既安全又经济。
②将有爆炸危险的设备布置在单层厂房内比较安全,若必须布置在多层厂房内,则布置在顶层或厂房(或场地)的边缘,以有利泄压和方便消防。
③处理有火灾爆炸危险物质的设备,布置时要避免产生死角,这样可防止爆炸性气体或可燃粉尘在局部区域积累。
④处理酸、碱等腐蚀介质的泵、池、罐,宜分别集中布置在底层,这样可在较小的范围内从土建设计上采取特殊处理,以节省投资并便于集中管理。
⑤安装有有毒气体、易燃易爆气体或粉尘泄漏的设备的厂房,须特别注意通风(包括自然通风和强制通风)。有时为了加强自然通风,在厂房楼板上设置中央通风孔。中央通风孔还可以解决厂房中央光线不足的问题。
⑥为了解决采光和通风问题,可以设计不同的屋顶结构。
⑦要创造良好的采光条件以保证工人安全。高大的设备应避免靠窗布置以免影响采光,布置设备和操作盘时尽可能做到使工人背光操作。