2.3　總平面布置集約化

2.3.1　總平面布置集約化目標和方法

總平面布置集約化就是在滿足全廠總加工方案要求的基礎上，以安全環保生產為前提，通過對項目的生產裝置以及輔助設施等進行合理布局，實現土地資源利用效率的最大化，促進項目安全、節能、環保等目標的實現和協調統一，降低企業固定資產投入，為后續長穩滿運轉提供支撐。

基于整體化集約方法，總平面布置集約化就是在全面識別項目土地等資源要素的基礎上，結合對資源特征和影響因素的詳細分析，通過信息化平臺實施土地資源的合理規劃和科學利用，使有限的項目建設用地得以統一優化配置，實現資源的高效利用和價值增值的集約化過程方法。總平面布置集約化方法如圖2-20所示。

從圖2-20可以看出，石化工程項目的總平面布置集約化實施過程中，資源要素主要有產業戰略布局，城市規劃和工業園區規劃，建設用地條件，自然條件，交通運輸條件及原料、產品的運輸方案，公用工程及輔助設施的供應或依托條件，廢渣、廢料的處理以及廢水的排放條件，企業園區規劃及發展等。

對于識別出的要素需根據總加工流程的要求、功能分區劃分要求、安全衛生及環境保護的要求、公用工程的接入和廢水排放要求、運輸方式要求、施工檢修及改擴建要求等方面進行詳細的梳理分析，作為總平面集約化布置的輸入條件。

在總平面布置集約化實施過程中，圍繞“節約占地、節省物耗能耗、安全環保”等目標，借助數字化工具形成多種布置方案，并對多方案進行技術、經濟、防火、防爆、運輸、流程、集約緊湊程度等角度的審查和評估，經過多輪次的優化調整，形成工程可實施性較強的總平面布置方案，從本質上為提升項目競爭力提供保障。

2.3.2　總平面布置集約化的過程實施

21世紀以來，隨著國民經濟的快速發展，基礎設施建設的步伐逐步加快，工業建設的力度和規模不斷加大，建設用地愈發緊張，項目總平面布置、節約土地資源成為優化項目建設方案的重要內容。項目總平面布置除了要貫徹合理利用土地和切實保護耕地的基本國策外，還需要落實集約用地制度，聯合布置和優化調整，提高單位面積投資強度，提升土地資源對經濟社會發展的承載能力。

總平面布置是石化工程項目方案規劃的核心內容之一，主要遵循的原則有：①貫徹和執行國家基本建設的方針政策、相關法令；②符合安全、環保和職業衛生要求，嚴格執行國家及行業頒布的有關標準、規范；③符合生產和運輸的要求；④結合地形、地質等自然條件；⑤適當考慮工廠預留發展；⑥為施工創造有利條件^［2］。

總平面布置是一項系統工程，在整個實施過程中需要綜合考慮錯綜復雜的各項外在影響因素，進行大量的方案比選和優化工作。總平面布置是一門學科，更是一種藝術，石化工程項目總平面布置集約化，就是基于整體化集約的方法，對總平面布置中涉及的諸多因素進行慎重和周密的安排，圍繞主體功能區進行優化匹配，達到流程簡潔、安全環保、節約能量、節約土地資源等目的，為石化工廠創造安全、良好的生產管理環境。

總平面布置集約化實施過程大體上包括以下內容：①對項目建設內容和外部的依托條件等進行認真的梳理；②根據方案規劃要求進行功能分區布置；③從工藝裝置、公用工程、輔助設施、通道等角度實施初步的總體和局部布置；④依據國家、行業、地方等相關強制性和推薦性標準規范及其他影響因素的要求對初步方案進行對比評估；⑤結合評估意見對多個初步方案進行優選和優化調整，并形成可實施的總平面布置方案供工程建設參考。

2.3.2.1　項目內外部條件資源梳理

項目建設所在地的內外部條件對于平面布置方案的確定起著先導性作用，在開展布置之前，需要對與項目緊密相關的內外部情況進行調查和梳理，以此作為總平面布置的輸入條件和約束因素，在此基礎上謀劃布局全廠的布置方案。總平面布置內外部情況調查的主要內容如表2-3所示。

2.3.2.2　功能分區規劃

石化工程項目廠區占地面積較大，各種工藝生產裝置、公用工程、輔助設施涉及的儲罐、建構筑物較多，火災危險程度、散發油氣量多少、生產操作方式等差別較大，總平面布置依據項目主項表，按相關設施的生產操作、火災危險程度、生產管理特點等進行分功能區的優化布置。

通常，石化工程項目總平面布置按照各類設施的功能，分為工藝生產裝置區、動力及公用工程區、液體儲罐區、輔助設施區、倉庫及裝卸設施區、生產及行政管理設施區和火炬設施區七大部分。

功能區塊的布置，是根據生產工藝流程，結合當地風向、地形、廠外運輸及公用工程的銜接條件確定的，且符合安全生產要求，便于管理。各功能分區之間應具有經濟合理的物料輸送和動力供應方式，應使生產環節的物料流、動力流便捷順暢，避免折返。各功能分區內部的布置應緊湊合理，并應與相鄰功能分區相協調。動力及公用工程設施，可靠近負荷中心布置在工藝裝置區，也可自成一區布置。

2.3.2.3　集約化布置實施

（1）布置原則

在功能分區規劃的基礎上，根據各設施的占地面積或平面布置圖，對各功能區塊內部的布置和全廠總平面布置進一步集約優化。以下涉及的設施宜進行合并或者聯合布置。

①各功能分區內，生產關系密切、功能相近或特征相似的設施，應采用聯合、集中的布置方式，功能相近的建筑物宜合并布置。

②與生產裝置聯系密切的動力及公用工程設施，可按照聯合方式集中布置。

③有毒、有味、散發粉塵的裝置或設施，宜集中布置。

④各類倉儲設施，需要根據儲存物料的性質統一規劃為立體化形式，提高儲存、運輸和裝卸自動化程度，提高土地使用率。

⑤鐵路線路、裝卸及倉儲設施，應根據其性質及功能，相對集中布置，避免或減少鐵路線路在廠區內形成的扇形地帶。

（2）工藝生產裝置集約化布置

工藝生產裝置區是工廠的核心部分，在工廠總平面布置中有著舉足輕重的地位，因此全廠總平面布置集約化應優先考慮生產裝置區的集約優化。

根據全廠總加工流程，將生產聯系緊密、功能相似的單元裝置集中布置在一個大型街區內，這種聯合布置對節約土地資源、減少投資、降低操作費用、減少人員和提高經濟效益，以及減少無關人員和車輛在工藝裝置區的來往，提高安全生產程度等方面均具有重要作用。

在根據流程順序布置裝置于同一功能區的同時，我們還可以考慮將幾個裝置聯合進行集中布置，以減少裝置間物料的互供、中間原料儲運設施數量、物料傳遞過程的能量損失，且節約相應設施的占地消耗。聯合裝置內各個裝置或單元同開同停，同時檢修，其設備、建筑物的防火間距，可按裝置內部的相鄰設備、建筑物的防火間距確定，而不必嚴格按裝置與裝置之間的防火間距確定，從而實現設備緊湊布置，縮小設備間距，節約土地資源。同時聯合裝置之間直接進料，工藝物料運輸流程也更為順暢，管線短，減少設備投資的同時也大大降低了能量損失^［9］。

（3）通道集約化布置

通道是街區建筑紅線（或設計邊界線）之間或街區建筑紅線（或設計邊界線）與圍墻之間，用于集中布置系統道路、鐵路、地上管廊、地下管線、皮帶輸送走廊和進行綠化的條狀地帶。

通常石化工程項目通道占地面積可達廠區總用地面積的30%左右，合理地減少通道數量和減小寬度是節約用地、減少管線長度、降低能耗、達到通道布置集約優化的一種有效途徑。

石化工程項目廠區內通常用通道劃分為若干街區，街區的大小取決于工藝裝置的大小和街區建構筑物與露天設備的組合情況。如果街區規劃的面積小、數量多，通道用地面積就多。在滿足安全防護和使用要求的前提下，合理地加大街區用地面積，減少通道占地面積，可以提高土地利用率^［10］。

（4）公用工程集約化布置

公用工程是為工藝生產裝置提供水、電、蒸汽和各種氣體的設施，公用工程的集約化布置在提高自身設施功能的同時，也會為全廠公用工程系統供給能力、效率的優化奠定基礎。

動力系統一般靠近與之聯系密切的工藝裝置負荷中心，形成集聚式布置，能夠縮短管線連接，減少材料投資，并可以有效降低輸送動力損失和能耗。例如對于高壓或超高壓蒸汽管網，工藝條件苛刻造成材料投資高，且沿途壓力損失較大，因此高壓或超高壓蒸汽用戶與動力站應適當靠近工藝生產用戶布置。

循環水系統在保證安全的前提下靠近主要工藝生產用戶布置，可以縮短管道輸送距離，節省投資、降低能耗。

空分設施、空壓站布置在空氣潔凈地段，遠離乙炔站、電石渣場和散發烴類及塵埃的設施，并靠近用戶負荷中心。有條件時，空分設施和空壓站可以聯合布置，以減少占地，節約土地資源。

污水處理場、事故水暫存池及雨水監控池可聯合布置在廠區邊緣地勢較低處，既方便污水、事故水的自流收集，又減少了占地。

（5）火炬集約化布置

隨著工藝生產裝置大型化的發展，火炬排放量逐步增大，火炬的占地面積相應擴大，如100萬噸/年蒸汽裂解制乙烯裝置和100萬噸/年的芳烴聯合裝置的高架火炬輻射熱半徑（輻射熱按1.58kW/m²考慮）已高達300多米，火炬功能區占地已超過30公頃。如何在保障安全的前提下，盡可能提高火炬區土地的利用率已成為近年來火炬區布置集約優化研究的新課題。為了達到火炬區布置的集約化，部分大型石化企業對具備條件的生產裝置采用了開放式地面火炬，地面火炬四周設置防護墻，將火炬的輻射熱量封閉在墻內，這樣火炬向四周擴散的熱輻射較小。地面火炬燃燒位于地面，不存在火雨，占地面積小，節省出來的土地可以布置更多符合相關標準規范要求的設施，提升了公用工程設施集約化布置水平。例如某沿海煉化一體化石化企業乙烯工程中，設置的地面火炬占地面積6公頃，約為高架火炬的1/5，節省出來的土地布置更多公用工程和輔助設施，極大地提高了火炬區的土地利用效率，為后續生產操作的集約化管理奠定了基礎。

（6）倉庫及運輸設施集約化布置

隨著石化工程項目大型化、一體化的發展，聚乙烯、聚丙烯等固體產品的產量急劇增加，對于包裝、倉儲及運輸設施的要求也越來越高。如某100萬噸/年乙烯工程中固體產品量高達110萬噸，原有平面式倉儲模式采用單層庫房，倉庫凈占地面積達到8公頃以上，加上為其配套的裝車場地等相應內容，占地面積高達14公頃。平面倉庫占地面積大，操作人員多，維護成本高，土地的利用效率低，不能滿足現代石化產業智能化和自動化控制發展的需要，固體倉庫的集約優化布置迫在眉睫。隨著科技進步和自動化水平的提升，為了提高企業土地利用率，提升倉儲設施的智能化管控能力，許多石化企業紛紛采用立體倉庫來實現倉儲設施的集約化布置。以某百萬噸固體儲存量的儲存設施為例，采用不同的倉庫信息對比如表2-4所示。

從表2-4可以看出，無論是占地面積和操作定員，還是裝車時間和運行成本，立體倉庫與平面倉庫相比均占有明顯的優勢。立體倉庫的貨架如圖2-21所示。

通常立體倉庫主要有以下優點：占地面積小，有效庫容大。立體倉庫的有效容積率是平面倉庫的4倍左右，大大提高了土地利用率，節約了土地成本。自動化程度高，出入庫效率高，勞動強度低，大大減少了企業的操作定員和人工成本。立體庫的工作現場完全封閉，所有作業均由計算機操作系統完成，降低了人員接觸貨物和物料數據的概率，準確性高，能有效減少人工作業（如叉車存取貨物）失誤導致的物料破損、貨物發錯等現象。同時大幅減少了搬運和裝車時的高空作業，降低發生人身安全事故的概率。

（7）行政及生產管理設施集約化布置

行政及生產管理設施包括辦公樓、中心控制室、中心化驗室和消防站等，是企業的生產指揮和經營管理中心，又是對外聯系的場所，人員集中度非常高。平面布置時應將行政及生產管理設施集中布置在相對安全的地段，為員工及來往人員提供安全舒適的工作環境。

現代工廠設計的理念是要以人為本和本質安全，總平面布置要在滿足防火規范要求的前提下，找出爆炸、高毒、高噪聲、高污染等對人員有傷害的因素，并對這些因素分別進行分析，確定人員集中設施與爆炸危險源、高毒泄漏源、高污染設施、高噪聲設施等生產設施的防護距離要求。這些距離一般都要求遠大于防火間距，總平面布置時利用兩者之間較大的防護距離布置公用工程及輔助設施，作為設施之間的物理隔離，既滿足了安全環保等要求，又提高了土地的有效利用率，是總平面集約化布置實施過程中的一條重要原則。

2.3.2.4　布置方案優化和完成

按照上述原則完成總平面布置初步方案后，在考慮上述聯合布置和集中布置的基礎上，還需要考慮其他因素，如《石油化工企業防火設計規范》《建筑設計防火規范》等強制性規范以及其他推薦性規范，還需要根據業主的偏好、要求等，對相應的內容進行修正、調整和完善，形成供工程實施的總平面布置。

【案例2-2】　煉油廠總平面布置集約化

某煉油廠項目整個用地呈準規則形狀，如圖2-22所示。整個廠區呈集約式布置，功能分區明確，集中布置程度高，功能分區之間聯系密切。

根據工藝流程，原油罐區布置在靠近碼頭的廠區一端，工藝裝置區布置在廠區中央，向南依次布置中間罐區和成品罐區。循環水場、水處理站緊鄰裝置區北側布置，靠近負荷中心。原油罐區和中間罐區也緊鄰相對應的裝置布置，便于裝置自抽。

根據風向條件，人員集中的管理區和對空氣質量要求較高的空分空壓站布置在廠區的上風向，而相對污染較重的污水處理場等則位于廠區的側風向和下風向。

根據外部運輸條件，借助于廠區北側和西側的兩條城市道路，裝卸設施區布置在廠區西側，從廠區西側直接與外部道路相通。需要外運固體產品（聚丙烯、硫磺）的工藝裝置區布置在廠區的北側邊緣，方便其產品由北側外運。

根據地形條件和排水方向，污水處理場布置在廠區最低處（廠區西南角）。

火炬設施布置在廠區外西側海邊灘涂地。

考慮未來發展，煉油工程預留東側為發展端，裝置區、輔助設施區、油品儲運區可同方向向東發展，使近遠期有較好的銜接。同時在原油罐區、污水處理場和液體裝卸設施區內部也預留了遠期發展的用地。

全廠總占地面積為103.8公頃，具有布置緊湊、用地合理、各功能分區占地比例適當、通道面積占全廠總面積的比例較小的特點。本項目布置高度集約化，物流、動力流短捷順暢，節省了公用工程，降低了操作成本，減少了物耗和能耗，節約了土地資源。許多現有煉廠占地指標0.2公頃/萬噸，通過總平面布置集約化，本項目萬噸原油處理量占地指標僅為0.146公頃/萬噸，用地指標國內領先，達到世界先進水平。