2.3 总平面布置集约化
2.3.1 总平面布置集约化目标和方法
总平面布置集约化就是在满足全厂总加工方案要求的基础上，以安全环保生产为前提，通过对项目的生产装置以及辅助设施等进行合理布局，实现土地资源利用效率的最大化，促进项目安全、节能、环保等目标的实现和协调统一，降低企业固定资产投入，为后续长稳满运转提供支撑。
基于整体化集约方法，总平面布置集约化就是在全面识别项目土地等资源要素的基础上，结合对资源特征和影响因素的详细分析，通过信息化平台实施土地资源的合理规划和科学利用，使有限的项目建设用地得以统一优化配置，实现资源的高效利用和价值增值的集约化过程方法。总平面布置集约化方法如图2-20所示。
图2-20 总平面布置集约化方法
从图2-20可以看出，石化工程项目的总平面布置集约化实施过程中，资源要素主要有产业战略布局，城市规划和工业园区规划，建设用地条件，自然条件，交通运输条件及原料、产品的运输方案，公用工程及辅助设施的供应或依托条件，废渣、废料的处理以及废水的排放条件，企业园区规划及发展等。
对于识别出的要素需根据总加工流程的要求、功能分区划分要求、安全卫生及环境保护的要求、公用工程的接入和废水排放要求、运输方式要求、施工检修及改扩建要求等方面进行详细的梳理分析，作为总平面集约化布置的输入条件。
在总平面布置集约化实施过程中，围绕“节约占地、节省物耗能耗、安全环保”等目标，借助数字化工具形成多种布置方案，并对多方案进行技术、经济、防火、防爆、运输、流程、集约紧凑程度等角度的审查和评估，经过多轮次的优化调整，形成工程可实施性较强的总平面布置方案，从本质上为提升项目竞争力提供保障。
2.3.2 总平面布置集约化的过程实施
21世纪以来，随着国民经济的快速发展，基础设施建设的步伐逐步加快，工业建设的力度和规模不断加大，建设用地愈发紧张，项目总平面布置、节约土地资源成为优化项目建设方案的重要内容。项目总平面布置除了要贯彻合理利用土地和切实保护耕地的基本国策外，还需要落实集约用地制度，联合布置和优化调整，提高单位面积投资强度，提升土地资源对经济社会发展的承载能力。
总平面布置是石化工程项目方案规划的核心内容之一，主要遵循的原则有：①贯彻和执行国家基本建设的方针政策、相关法令；②符合安全、环保和职业卫生要求，严格执行国家及行业颁布的有关标准、规范；③符合生产和运输的要求；④结合地形、地质等自然条件；⑤适当考虑工厂预留发展；⑥为施工创造有利条件［2］。
总平面布置是一项系统工程，在整个实施过程中需要综合考虑错综复杂的各项外在影响因素，进行大量的方案比选和优化工作。总平面布置是一门学科，更是一种艺术，石化工程项目总平面布置集约化，就是基于整体化集约的方法，对总平面布置中涉及的诸多因素进行慎重和周密的安排，围绕主体功能区进行优化匹配，达到流程简洁、安全环保、节约能量、节约土地资源等目的，为石化工厂创造安全、良好的生产管理环境。
总平面布置集约化实施过程大体上包括以下内容：①对项目建设内容和外部的依托条件等进行认真的梳理；②根据方案规划要求进行功能分区布置；③从工艺装置、公用工程、辅助设施、通道等角度实施初步的总体和局部布置；④依据国家、行业、地方等相关强制性和推荐性标准规范及其他影响因素的要求对初步方案进行对比评估；⑤结合评估意见对多个初步方案进行优选和优化调整，并形成可实施的总平面布置方案供工程建设参考。
2.3.2.1 项目内外部条件资源梳理
项目建设所在地的内外部条件对于平面布置方案的确定起着先导性作用，在开展布置之前，需要对与项目紧密相关的内外部情况进行调查和梳理，以此作为总平面布置的输入条件和约束因素，在此基础上谋划布局全厂的布置方案。总平面布置内外部情况调查的主要内容如表2-3所示。
表2-3 总平面布置内外部情况调查表
2.3.2.2 功能分区规划
石化工程项目厂区占地面积较大，各种工艺生产装置、公用工程、辅助设施涉及的储罐、建构筑物较多，火灾危险程度、散发油气量多少、生产操作方式等差别较大，总平面布置依据项目主项表，按相关设施的生产操作、火灾危险程度、生产管理特点等进行分功能区的优化布置。
通常，石化工程项目总平面布置按照各类设施的功能，分为工艺生产装置区、动力及公用工程区、液体储罐区、辅助设施区、仓库及装卸设施区、生产及行政管理设施区和火炬设施区七大部分。
功能区块的布置，是根据生产工艺流程，结合当地风向、地形、厂外运输及公用工程的衔接条件确定的，且符合安全生产要求，便于管理。各功能分区之间应具有经济合理的物料输送和动力供应方式，应使生产环节的物料流、动力流便捷顺畅，避免折返。各功能分区内部的布置应紧凑合理，并应与相邻功能分区相协调。动力及公用工程设施，可靠近负荷中心布置在工艺装置区，也可自成一区布置。
2.3.2.3 集约化布置实施
（1）布置原则
在功能分区规划的基础上，根据各设施的占地面积或平面布置图，对各功能区块内部的布置和全厂总平面布置进一步集约优化。以下涉及的设施宜进行合并或者联合布置。
①各功能分区内，生产关系密切、功能相近或特征相似的设施，应采用联合、集中的布置方式，功能相近的建筑物宜合并布置。
②与生产装置联系密切的动力及公用工程设施，可按照联合方式集中布置。
③有毒、有味、散发粉尘的装置或设施，宜集中布置。
④各类仓储设施，需要根据储存物料的性质统一规划为立体化形式，提高储存、运输和装卸自动化程度，提高土地使用率。
⑤铁路线路、装卸及仓储设施，应根据其性质及功能，相对集中布置，避免或减少铁路线路在厂区内形成的扇形地带。
（2）工艺生产装置集约化布置
工艺生产装置区是工厂的核心部分，在工厂总平面布置中有着举足轻重的地位，因此全厂总平面布置集约化应优先考虑生产装置区的集约优化。
根据全厂总加工流程，将生产联系紧密、功能相似的单元装置集中布置在一个大型街区内，这种联合布置对节约土地资源、减少投资、降低操作费用、减少人员和提高经济效益，以及减少无关人员和车辆在工艺装置区的来往，提高安全生产程度等方面均具有重要作用。
在根据流程顺序布置装置于同一功能区的同时，我们还可以考虑将几个装置联合进行集中布置，以减少装置间物料的互供、中间原料储运设施数量、物料传递过程的能量损失，且节约相应设施的占地消耗。联合装置内各个装置或单元同开同停，同时检修，其设备、建筑物的防火间距，可按装置内部的相邻设备、建筑物的防火间距确定，而不必严格按装置与装置之间的防火间距确定，从而实现设备紧凑布置，缩小设备间距，节约土地资源。同时联合装置之间直接进料，工艺物料运输流程也更为顺畅，管线短，减少设备投资的同时也大大降低了能量损失［9］。
（3）通道集约化布置
通道是街区建筑红线（或设计边界线）之间或街区建筑红线（或设计边界线）与围墙之间，用于集中布置系统道路、铁路、地上管廊、地下管线、皮带输送走廊和进行绿化的条状地带。
通常石化工程项目通道占地面积可达厂区总用地面积的30%左右，合理地减少通道数量和减小宽度是节约用地、减少管线长度、降低能耗、达到通道布置集约优化的一种有效途径。
石化工程项目厂区内通常用通道划分为若干街区，街区的大小取决于工艺装置的大小和街区建构筑物与露天设备的组合情况。如果街区规划的面积小、数量多，通道用地面积就多。在满足安全防护和使用要求的前提下，合理地加大街区用地面积，减少通道占地面积，可以提高土地利用率［10］。
（4）公用工程集约化布置
公用工程是为工艺生产装置提供水、电、蒸汽和各种气体的设施，公用工程的集约化布置在提高自身设施功能的同时，也会为全厂公用工程系统供给能力、效率的优化奠定基础。
动力系统一般靠近与之联系密切的工艺装置负荷中心，形成集聚式布置，能够缩短管线连接，减少材料投资，并可以有效降低输送动力损失和能耗。例如对于高压或超高压蒸汽管网，工艺条件苛刻造成材料投资高，且沿途压力损失较大，因此高压或超高压蒸汽用户与动力站应适当靠近工艺生产用户布置。
循环水系统在保证安全的前提下靠近主要工艺生产用户布置，可以缩短管道输送距离，节省投资、降低能耗。
空分设施、空压站布置在空气洁净地段，远离乙炔站、电石渣场和散发烃类及尘埃的设施，并靠近用户负荷中心。有条件时，空分设施和空压站可以联合布置，以减少占地，节约土地资源。
污水处理场、事故水暂存池及雨水监控池可联合布置在厂区边缘地势较低处，既方便污水、事故水的自流收集，又减少了占地。
（5）火炬集约化布置
随着工艺生产装置大型化的发展，火炬排放量逐步增大，火炬的占地面积相应扩大，如100万吨/年蒸汽裂解制乙烯装置和100万吨/年的芳烃联合装置的高架火炬辐射热半径（辐射热按1.58kW/m2考虑）已高达300多米，火炬功能区占地已超过30公顷。如何在保障安全的前提下，尽可能提高火炬区土地的利用率已成为近年来火炬区布置集约优化研究的新课题。为了达到火炬区布置的集约化，部分大型石化企业对具备条件的生产装置采用了开放式地面火炬，地面火炬四周设置防护墙，将火炬的辐射热量封闭在墙内，这样火炬向四周扩散的热辐射较小。地面火炬燃烧位于地面，不存在火雨，占地面积小，节省出来的土地可以布置更多符合相关标准规范要求的设施，提升了公用工程设施集约化布置水平。例如某沿海炼化一体化石化企业乙烯工程中，设置的地面火炬占地面积6公顷，约为高架火炬的1/5，节省出来的土地布置更多公用工程和辅助设施，极大地提高了火炬区的土地利用效率，为后续生产操作的集约化管理奠定了基础。
（6）仓库及运输设施集约化布置
随着石化工程项目大型化、一体化的发展，聚乙烯、聚丙烯等固体产品的产量急剧增加，对于包装、仓储及运输设施的要求也越来越高。如某100万吨/年乙烯工程中固体产品量高达110万吨，原有平面式仓储模式采用单层库房，仓库净占地面积达到8公顷以上，加上为其配套的装车场地等相应内容，占地面积高达14公顷。平面仓库占地面积大，操作人员多，维护成本高，土地的利用效率低，不能满足现代石化产业智能化和自动化控制发展的需要，固体仓库的集约优化布置迫在眉睫。随着科技进步和自动化水平的提升，为了提高企业土地利用率，提升仓储设施的智能化管控能力，许多石化企业纷纷采用立体仓库来实现仓储设施的集约化布置。以某百万吨固体储存量的储存设施为例，采用不同的仓库信息对比如表2-4所示。
表2-4 立体仓库与平面仓库对比表
从表2-4可以看出，无论是占地面积和操作定员，还是装车时间和运行成本，立体仓库与平面仓库相比均占有明显的优势。立体仓库的货架如图2-21所示。
图2-21 立体仓库的货架
通常立体仓库主要有以下优点：占地面积小，有效库容大。立体仓库的有效容积率是平面仓库的4倍左右，大大提高了土地利用率，节约了土地成本。自动化程度高，出入库效率高，劳动强度低，大大减少了企业的操作定员和人工成本。立体库的工作现场完全封闭，所有作业均由计算机操作系统完成，降低了人员接触货物和物料数据的概率，准确性高，能有效减少人工作业（如叉车存取货物）失误导致的物料破损、货物发错等现象。同时大幅减少了搬运和装车时的高空作业，降低发生人身安全事故的概率。
（7）行政及生产管理设施集约化布置
行政及生产管理设施包括办公楼、中心控制室、中心化验室和消防站等，是企业的生产指挥和经营管理中心，又是对外联系的场所，人员集中度非常高。平面布置时应将行政及生产管理设施集中布置在相对安全的地段，为员工及来往人员提供安全舒适的工作环境。
现代工厂设计的理念是要以人为本和本质安全，总平面布置要在满足防火规范要求的前提下，找出爆炸、高毒、高噪声、高污染等对人员有伤害的因素，并对这些因素分别进行分析，确定人员集中设施与爆炸危险源、高毒泄漏源、高污染设施、高噪声设施等生产设施的防护距离要求。这些距离一般都要求远大于防火间距，总平面布置时利用两者之间较大的防护距离布置公用工程及辅助设施，作为设施之间的物理隔离，既满足了安全环保等要求，又提高了土地的有效利用率，是总平面集约化布置实施过程中的一条重要原则。
2.3.2.4 布置方案优化和完成
按照上述原则完成总平面布置初步方案后，在考虑上述联合布置和集中布置的基础上，还需要考虑其他因素，如《石油化工企业防火设计规范》《建筑设计防火规范》等强制性规范以及其他推荐性规范，还需要根据业主的偏好、要求等，对相应的内容进行修正、调整和完善，形成供工程实施的总平面布置。
【案例2-2】 炼油厂总平面布置集约化
某炼油厂项目整个用地呈准规则形状，如图2-22所示。整个厂区呈集约式布置，功能分区明确，集中布置程度高，功能分区之间联系密切。
图2-22 某炼油厂总平面布置
根据工艺流程，原油罐区布置在靠近码头的厂区一端，工艺装置区布置在厂区中央，向南依次布置中间罐区和成品罐区。循环水场、水处理站紧邻装置区北侧布置，靠近负荷中心。原油罐区和中间罐区也紧邻相对应的装置布置，便于装置自抽。
根据风向条件，人员集中的管理区和对空气质量要求较高的空分空压站布置在厂区的上风向，而相对污染较重的污水处理场等则位于厂区的侧风向和下风向。
根据外部运输条件，借助于厂区北侧和西侧的两条城市道路，装卸设施区布置在厂区西侧，从厂区西侧直接与外部道路相通。需要外运固体产品（聚丙烯、硫磺）的工艺装置区布置在厂区的北侧边缘，方便其产品由北侧外运。
根据地形条件和排水方向，污水处理场布置在厂区最低处（厂区西南角）。
火炬设施布置在厂区外西侧海边滩涂地。
考虑未来发展，炼油工程预留东侧为发展端，装置区、辅助设施区、油品储运区可同方向向东发展，使近远期有较好的衔接。同时在原油罐区、污水处理场和液体装卸设施区内部也预留了远期发展的用地。
全厂总占地面积为103.8公顷，具有布置紧凑、用地合理、各功能分区占地比例适当、通道面积占全厂总面积的比例较小的特点。本项目布置高度集约化，物流、动力流短捷顺畅，节省了公用工程，降低了操作成本，减少了物耗和能耗，节约了土地资源。许多现有炼厂占地指标0.2公顷/万吨，通过总平面布置集约化，本项目万吨原油处理量占地指标仅为0.146公顷/万吨，用地指标国内领先，达到世界先进水平。