腈纶工厂设计规范修订.docx

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腈纶工厂设计规范修订

1总则

1.0.1为进一步规范腈纶工厂设计工作要求，在总结我国腈纶工厂工程建设和生产实践经验基礎上，使腈纶工厂的工程设计工作能全面符合国家有关法律法规的规定，达到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保，特补充修订本规范。

1.0.2本规范适用于以丙烯腈为主要原料的腈纶纤维和腈纶基碳纤维原丝制造工厂的工程设计，腈纶工厂包括生产车间（聚合、原液、纺丝、后处理）、辅助生产部门（组件清洗、油剂调配、物检化验、原料和产品存储装置）、公用工程及污水处理等设施的新建、扩建和改建工程。

1.0.3腈纶工厂的工程设计，除应执行本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语、代号

2.1术语

2.1.1腈纶Polyacrylicfibre或Acrylicfibre

纤维结构的大分子中含有85%以上丙烯腈链节形成的线状共聚物，也称聚丙烯腈纤维。

2.1.2腈纶一步法工艺One-stepprocessofacrylicfibre

腈纶生产工艺方法之一。

在腈纶生产过程中，丙烯腈和共聚单体在溶剂中进行聚合反应，聚合反应完成后，经脱除未反应的单体后，直接制成原液送纺丝工序纺制纤维的生产方法。

2.1.3腈纶二步法工艺Two-stepprocessofacrylicfibre

腈纶生产工艺方法之一。

腈纶生产过程中，将聚合和原液制备分成二步进行的生产工艺简称。

单体经聚合反应后，生成含有共聚物及未反应单体的淤浆，经脱单、水洗、脱水、干燥等工序处理后，将分离后的共聚物再溶解于某种溶剂中，再经混合、过滤、脱泡等工序制成原液后，送纺丝工序纺制纤维。

2.1.4腈纶干法纺丝Dryspinningofacrylicfibre

将丙烯腈共聚物溶解于二甲基甲酰胺或丙酮等挥发性溶剂后，制成的原液经喷丝头挤出后，在垂直的纺丝甬道里与热气流接触使溶剂气化，而聚合物固化成丝条的一种生产方法，简称干纺。

2.1.5腈纶湿法纺丝Wetspinningofacrylicfibre

将丙烯腈共聚物组成的纺丝原液，经管道送至纺丝浴槽，再经喷丝头挤入纺丝凝固浴中，经双扩散固化成丝条的一种生产方法，简称湿纺。

2.1.6单体Monomer

通过自聚或共聚反应能构成聚合物链段的低分子量物质，包括具有聚合性能的低聚物。

2.1.7聚合Polymerization

由低分子化合物或单体，经过化学反应生成高分子物（高聚物）的反应过程。

2.1.8聚合物Polymer

通过聚合反应所形成的产物。

2.1.9原液Dope

溶解于溶剂中的聚合物经过进一步的处理后，得到适宜于纺丝的聚合物溶液。

2.1.10脱单MonomerStripping

聚合反应完成后，生成的反应物中含有共聚物和部份未反应的单体，通常是指采用汽提、解吸等方法，将单体脱除的过程。

2.1.11纺丝Spinning

高聚物溶液（原液）经干法或湿法将溶解的聚合物固化成丝条的过程。

2.1.12回收Recovery

将已使用后的稀溶剂或纺丝凝固浴或车间内有回收价值的溶剂进行回收，经过滤、浓缩、去除杂质、调整浓度、酸碱度和温度后，在系统中循环使用的生产过程。

2.1.13聚合物淤浆PolymerSlurry

聚合反应后形成的含有聚合物或共聚物、未反应的单体和溶剂等的浆状混合物。

2.1.14丝束Tow

亦称纤维束。

由一定数量连续单丝集合而成的，基本无捻的化学纤维束的通称。

2.1.15腈纶基碳纤维原丝Precursorofpolyacrylonitric-basedcarbonfibre

能用来制成碳纤维的聚丙烯腈纤维。

2.2代号

2.2.1主要物料代号

AN——丙烯腈Acrylicnitrile或Acrylonitrile

AIBN——偶氮二异丁腈Azodi-isobutyronitrile

DMA——二甲胺Dimethylamine

DMAc——二甲基乙酰胺Dimethylacetamide

DMSO——二甲基亚砜Dimethylsulfoxide

HAc——醋酸Aceticacid

ITA——衣康酸Itaconnicacid

MA——丙烯酸甲酯Methylacrylate

NaSCN——硫氰酸钠Sodiumthiocyanate

PAN——聚丙烯腈Polyacrylonitrile

VA——醋酸乙烯Vinylacetate

3工艺设计

3.1一般规定

3.1.1工艺设计范围应包括罐区、聚合、原液、纺丝、溶剂回收等生产车间或单元，以及组件清洗、油剂调配、物检化验、原料和产品存储等辅助部门。

3.1.2腈纶工厂的年设计能力，应以产品方案中考核产品平均纤度为计算依据，并应以“t/a”为单位表示。

3.1.3腈纶民用纤维工厂的年运行时间宜为8000h，连续式PAN基碳纤维原丝工厂的年运行时间宜为8000h，间歇式PAN基碳纤维原丝工厂的年运行时间宜为7200h。

3.1.4工艺设计应以其物料衡算和热量衡算数据为基本依据。

3.2工艺流程选择

3.2.1腈纶生产工艺路线应对下列因素综合比较后确定：

1生产技术先进、成熟、可靠；

2产品质量稳定，差别化纤维品种多；

3PAN基碳纤维原丝生产原料和溶剂需进行纯化处理；

4原料及能源消耗低；

5三废排放量少。

3.2.2腈纶生产工艺可按所选择的纺丝溶剂，分为NaSCN、DMAc、DMSO等生产工艺。

3.2.3新建工厂应采用湿法工艺路线，并应根据产品品种确定工艺流程；扩建和改建工厂宜结合老厂的工艺路线进行综合选择。

3.2.4工艺流程应按原料和产品方案以及选定的工艺路线和设备来确定，并应符

合下列规定：

1应满足正常生产、开停车、安全和事故处理的要求，并应有一定的操作灵活性；

2常规腈纶纤维质量指标，应按现行国家标准《腈纶短纤維》GB/T16602规定执行；

3腈纶毛条质量指标，宜按现行行业标准《腈纶毛条》FZ/T53002规定执行；

4PAN基碳纤维质量指标，宜按现行业标准《聚丙烯腈基碳纤維原丝》FZ/T54065规定执行；

5物料平衡和热量平衡计算应根据选定的工艺流程进行，且应能满足低耗和节能要求。

3.2.5PAN基碳纤维原丝生产宜选择DMSO一步法生产工艺，也可选择NaSCN或DMAc二步法湿法工艺。

3.2.6碳纤维纺丝生产宜选用干喷湿纺工艺。

3.2.7采用DMSO一步法工艺生产PAN基碳纤维原丝，应符合下列规定：

1MA贮槽宜设置内盘管冷却、干燥空气密封以及排气回收系统；

2AN、MA贮槽的排气应经喷淋、吸收处理后排放；

3AN、MA纯化应采用低温蒸馏，并应对排气和冷凝液进行回收；

4制备AIBN或ITA与DMSO溶液的浓度应满足产品要求，通过氮封和冷却的贮存罐内溶液温度宜保持在25℃；

5单体混合制备单元应包括：

AN、MA、AIBN、ITA、DMSO的精确计量，质量流量计的测量精度等级应为0.1级；单体混合制备贮罐应具备氮封、搅拌、自循环冷却、静态混合功能；混合液进入反应器的管道上应设置泵后过滤器，滤除大于0.5µm的固体杂质；

6聚合釜应设置氮封、压力保护、温度控制和搅拌器DMSO冷却及紧急排放系统；

7所有原液夹套管伴热的热水温度宜制在40℃~70℃；

3.2.8腈纶生产的主要物料毒性及生产火灾危险性类别应符合表3.2.8的规定。

表3.2.8主要物料毒性及生产火灾危险性类别

物料名称

毒性

生产火灾危险性类别

用途

AN

高度

甲

第一单体

MA

轻度

甲

第二单体

VA

中度

甲

第二单体

DMAc

中度

丙

溶剂

DMSO

轻度

丙

溶剂

NaSCN

轻度

――

溶剂

DMA

中度

甲

制造DMAc原料

HAc

中度

乙

制造DMAc原料

3.2.9腈纶工厂各生产部门的生产火灾危险性区域划分，应符合现行国家标准《纺织工程设计防火规范》GB50565的有关规定。

3.2.10DMSO湿法纺丝工艺：

聚合和单体回收应为甲类，原液应为丙类，纺丝应为丙类，后处理应为丙类，溶剂回收应为甲类。

3.3工艺设备配置

3.3.1工艺设备的配置应符合优质、高效、节能、低噪音、性能稳定、安全适用的要求。

3.3.2腈纶工厂的聚合、原液、纺丝和回收等生产车间，设备能力的配置应根据不同设备的运转效率及不同的产品或中间品的需求进行综合平衡。

3.3.3采用NaSCN为溶剂的工艺设备，凡接触溶剂部分的金属材料应采用耐腐蚀性能不低于S31603含钼不锈钢。

3.3.4爆炸危险场所使用的的电气、仪表设备，必须选用防爆型。

3.3.5主机设备配置应符合下列规定：

1设备的材质应根据介质性质要求选取；

2聚合釜、脱单塔、真空系统等设备均应防爆和耐腐蚀；

3聚合釜内部表面和搅拌器应进行抛光处理，且应无死区。

4聚合釜内部的换热面积应按放热高峰期值为设计基准，相应配套的换热器宜留有20%的余量。

5碳纤维原丝设备的加工精度和装配质量应满足PAN基碳纤维生产的要求。

6聚合物的干燥、输送和贮存为爆炸性的粉尘环境，应设置安全防护应急措施；

7常年连续运行的纺丝设备，应选用运转效率高、运行稳定、维修方便、节能的设备；

8纺丝车间的水浴槽、干燥机、蒸汽牵伸机上方应设置机械排风；

9单体、溶剂回收设备的生产能力应与聚合、纺丝设备能力相匹配。

3.3.6通用设备配置应符合下列要求：

1应选用高效、节能、噪声小、运行性能稳定、故障率低、维修方便的产品；

2泵、过滤器等连续运转和需经常拆洗的设备，宜设置备台；

3输送易燃易爆、有毒、腐蚀性物料的设备应具有良好的防泄漏性能。

3.3.7罐区内的AN、VA、MA、DMA储罐必须设置阻火器和呼吸阀，并应设置氮封和冷却系统。

3.3.8在贮罐区、聚合车间及其他有毒有害作业区必须设紧急淋洗设施。

3.3.9有易燃易爆有毒物料散发并易积聚的室内场合，必须设置送排风和局部排风。

3.4主要设备生产能力的计算

3.4.1聚合釜的生产能力应按下式计算：

P=

（3.4.1）

式中：

P—年产纤维能力（t/a）；

Vm—聚合釜有效容积（m3）；

t—停留时间（h）；

i—转化率（%）；

C—总单浓度（%）；

d—物料密度（t/m3）；

Cm—聚合体耗量（t/t成品纤维）；

H—年生产时间（h/a）。

3.4.2纺丝线单线生产能力应按下式计算：

P=

（3.4.2）

式中：

P—年产纤维能力（t/a）；

V—纺丝牵伸出口速度（m/min）；

H—年生产时间（h/a）；

n—喷丝头孔数（孔）；

N—纺丝位数（位）；

D—单丝纤度（dtex）；

R—成品率（％）；

η—设备运转率（％）；

K—丝束总收缩率（％）。

3.5工艺辅助设施

3.5.1化验室布置应符合下列规定：

1化验室应包括各类化工原料、中间品、油剂、水等的化学分析，以及各装置排放的三废的分析；

2化验室不应与甲、乙类的房间布置在同一个防火分区内，可独立设置或布置在车间附房内，并应接近生产取样点；

3化验室的门应向室外开启。

3.5.2物检室布置应符合下列规定：

1物检室应包括原料、纤维中间品、纤维成品的物理分析和物理性能测试；

2物检室应设置恒温恒湿空调及防尘设施；

3物检室的布置应接近生产取样点，并应远离打包机及其它振动大、噪声大的区域。

3.5.3纺丝组件清洗布置应符合下列规定：

1组件清洗室应包括纺丝组件的分解、清洗、检验、组装；

2清洗区域应设置排风装置；

3组件清洗宜布置在纺丝机附近的附房内。

3.5.4油剂调配宜就近布置在纺丝车间附房内。

3.6节能

3.6.1工艺生产设备应选择高效节能型设备，所配电机应选用高效电机。

3.6.2装置和设备应合理布置，最大限度地避免流程的重复往返，应充分利用装置竖向布置和设备的位差减少输送能耗。

3.6.3在满足输送要求和安全防火、防爆间距的前提下，应优化工艺流程缩短管线距离。

3.6.4工艺流程设计应充分利用生产装置和工艺设备排放的余热，洁淨废水应采取回收和再利用措施。

3.6.5各装置应按节能管理要求，设置独立的公用工程计量仪表。

3.6.6保温、保冷的设备和管道应选用保温性能良好的不燃绝热材料。

3.6.7生产车间宜设置废胶、废丝回收设施和洁淨冷凝水回收设施。

3.6.8主要能源供给设施应靠近负荷中心。

3.6.9常规品种产品的单体总量消耗不应超过1005kg/t纤维成品。

3.7仓储和运输

3.7.1罐区应符合下列规定：

1罐区的位置应满足工艺生产、贮运装卸、风向和安全防护要求，并宜留有必要的发展用地；

2在保证连续生产的前提下，主要原料及溶剂的贮存量可根据原料供应点的远近、转送条件和厂区的地理环境确定。

3安全防护间距应符合现行国家标准《纺织工程设计防火规范》GB50565的有关规定.

3.7.2腈纶生产所需的工业物品贮存的火灾危险性划分，应符合现行国家标准《纺织工程设计防火规范》GB50565的有关规定。

3.7.3火灾危险类别为甲、乙、丙类的物品库房应符合下列规定：

1甲类物品应独立设置库房，贮量不应超过30t，当贮量小于3t时，可与乙、丙类物品库房共用一栋库房，但应设置独立防火分区；

2乙、丙类物品的贮量，可按装置2d～15d产量计算确定；

3物品应按其化学物理特性分类贮存，当物料性质不允许同库贮存时，应采用实体墙隔开，并应各设出入口；

4库房应保持良好通风。

3.7.4易燃、易爆、有毒的丙烯腈、醋酸乙烯、丙烯酸甲酯等原料通过铁路或汽车装运到工厂罐区时，装卸站应符合现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》GB50160的有关规定。

4工艺设备布置和管道设计

4.1一般规定

4.1.1工艺设备布置和管道设计应根据工艺流程图（PFD）、工艺管道和仪表流程图（P&ID）确定。

4.1.2腈纶工厂存在生产危险性的车间，其设备布置图上应标注明确的危险区域划分；接触易燃易爆和有毒物料的设备宜集中布置。

4.1.3车间布置应保证生产过程的连续性和流程的合理性，联系密切的车间应相对集中。

4.1.4生产车间的设备布置，应设置合理的通道和检修场地。

4.1.5工艺管道布置时应根据流程，结合工艺管道和电气、仪表管线桥架、风管、公用工程管线等走向进行统筹规划，合理布置。

4.1.6在工艺流程的重要环节，宜设置计量和检测仪表，并设置调节控制装置。

4.1.7车间内部管道布置宜紧凑，宜集中设置管廊；管廊的设置不宜通过电仪柜的上空。

4.1.8管道设计应保证安全可靠、操作便利、整齐美观，并应满足正常生产需要外，还应满足安装后吹扫、试压和开停车、事故处理时的需要。

除应执行本规范外，尚应符合现行国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316的有关规定。

4.2工艺设备布置

4.2.1生产车间工艺设备的布置，可根据当地气温、降水量、风沙等自然条件，结合工艺设备的具体情况确定，可采用室内、全敞开或半敞开型式。

4.2.2易燃易爆物料的罐区应独立设置，AN、MA、VA等危险品贮罐应设置防火堤隔离；设备应设静电接地。

4.2.3氧化剂、还原剂的调配系统应分开布置；酸、碱调配系统在条件许可时宜分开布置。

4.2.4生产控制中心不应布置在防爆区内。

4.2.5车间柱距应合理设置，单机设备布置不应骑跨在结构变形缝上。

4.2.6多层厂房宜设置大型设备检修所需的吊装孔，位置可设在车间出入口附近或易于搬运的场所。

4.2.7易散发烟雾、粉尘、有害气体的设备，宜布置在靠外墙的位置。

4.2.8使用易燃易爆物料的生产区域，应根据释放源确定防爆分区范围。

干燥后的聚合物应采取粉尘防爆措施。

4.2.9设备布置除应满足生产工艺和防火、防爆的要求外，还应满足下列要求：

1应满足操作、检修、装卸、吊装所需的场地和通道的要求；

2带搅拌器设备的上方，应预留吊点和搅拌器吊装所需的空间；

3平台、梯子等构筑物的布置位置，应满足生产操作、管理、维修等综合要求；

4底层设备布置时应与柱子基础、地下埋设管道、管沟、电缆沟和排水井等统一安排，较深的设备地坑应避免靠墙、靠柱。

4.2.10泵的布置应符合下列要求：

1成排布置的泵应按防火要求、操作条件和物料特性分组布置；宜将泵端基础边线对齐，也可将泵端出入口中心线对齐；中间应留出检修通道。

2室内布置的泵，两排泵净距不宜小于2.0m，泵端或泵侧与墙之间的净距应满足检修要求，不宜小于1m；除安装在联合基础上的小型泵外，两台泵之间的净距不宜小于1m。

4.2.11换热器布置应符合下列要求：

1管箱侧应按换热器管束抽出方式所需的空间朝向预留通道，并应留有足够的操作和检修通道；

2成组布置时，换热器应排列整齐，换热器管箱接管中心宜在一条直线上，并应避免中心线正对框架柱子；

3除工艺有特殊要求外，一般不宜重叠布置。

4.2.12塔的布置应符合下列要求：

1宜采用单排形式，按流程顺序沿管廊或框架一侧的中心线对齐；直径较小而本体较高的塔，可采用双排布置，应利用平台或框架将塔联系在一起；

2塔与管廊立柱之间的布置间距，应符合下列规定：

1）无泵布置时，塔的外壁与管廊立柱之间净空间距离不应小于3m；

2）有泵布置时，应满足泵的操作、检修和管道布置要求，不宜小于2.5m。

4.2.13容器的布置应符合下列要求：

1立式容器安装在地面、楼板或平台上时，可穿越楼板或平台，并应采用支耳支撑，应避免液位计和液位控制器穿越楼板或平台；

2大型立式容器宜利用地面支撑，顶部有加料口的容器，加料点的高度不应高出楼板或加料平台1.0m。

3成组布置的卧式容器宜按支座基础中心线取齐或按封头切线对齐；容器之间当有阀门或仪表时，操作通道净空不应小于1.0m；

4容器的安装高度应满足物料重力流或泵吸入高度的要求；

5容器布置在地下坑内，应具备处理坑内的积水和有毒、易爆、可燃介质的积聚的措施，坑内的尺寸应满足操作和检修要求。

4.3工艺管道设计

4.3.1管道规格书应根据压力、温度、流体特性等工艺条件，并结合环境和各种荷载等条件确定。

4.3.2管道及其每个组成件的设计压力，不应小于运行中的内压或外压与温度偶合时最不利条件下的压力。

4.3.3管道的设计温度，应按管道运行时的压力和温度相偶合时最不利条件下的温度确定。

4.3.4管道设计应满足工艺要求，其流量应按正常生产条件下介质的最大流量确定；工艺管道的管径可根据物料特性、物料的流量、物料的流速及管道的压力损失确定。

主要物料流速宜符合表4.3.4的规定。

表4.3.4主要物料流速

介质名称

流速（m/s）

AN

0.8～1.2

VA

0.8～1.2

MA

0.8～1.2

DMAc

0.8～1.2

DMSO

0.8～1.2

NaSCN

1.0～1.5

聚合物淤浆

0.6～1.0

原液

0.4～0.6

4.3.5管道设计流体类别应符合下列要求：

1有毒介质的管道分类，应按现行国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316的有关规定执行。

AN、VA、DMA、DMAc的管道分类应属A2类流体；

2输送混合介质的管道，管道分类应按危害性高的介质确定。

4.3.6工艺管道的管材选择应符合下列规定：

1管道材料的选用应根据管道的使用条件（设计压力、设计温度）和流体性质综合确定，管道材料规格与性能应符合现行国家标准《压力管道[工业管道]笫二部分：

材枓》GB/T20801.2的有关规定；

2主要物料管道的材质，不应低于表4.3.6的规定。

表4.3.6主要物料管道材质

物料名称

常用管道材料

备注

AN

20优质碳素钢、

S30408、S30403

S30403用于过滤后进聚合的管道

MA

S30408

—

VA

S30403

—

NaSCN

S31603

—

DMAc

S30408、S30403

—

DMSO

S30408

—

混合单体

S30403、S30408

—

聚合物淤浆

S31603

NaSCN工艺（接触NaSCN介质）

碳钢衬聚四氟乙烯

S31603

DMAc工艺（脱单前）

DMAc工艺（脱单后）

原液

S31603

NaSCN工艺

S30403、S30408

DMAc工艺

S31603

DMSO工艺

4.3.7工艺管道中AN、DMA、混合单体等易燃、有毒介质管道设计，应符合现行国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316的A2类流体的有关规定。

4.3.8管道防静电设计应符合下列规定：

1聚合物物料输送管道系统，应采取防静电接地措施；

2输送AN、VA、MA、回收单体、混合单体、DMA溶液、DMA蒸汽的管道，必须静电接地，管线所有法兰均应跨接，并应符合现行国家标准《工业金属管道工程施工规范》GB50235的有关规定。

4.3.9下列管道设计时应进行应力分析：

1蒸汽管道；

2两相流易振动管道。

4.3.10管道与振动设备或转动设备连接时，应满足柔性设计要求。

4.3.11干燥机蒸汽冷凝水系统宜选用机械型疏水器。

4.3.12脱单前聚合物淤浆、单体排气、二氧化钛水溶液管线宜在可能堵塞位置处设置拆装法兰。

4.3.13原液管道宜减少弯头。

纺前原液管道应在最高点设置排气阀、最低点设置排放阀。

4.3.14溶液浓度大于等于50%的NaSCN管道、室外的HAc管道、DMSO原液管道应设置伴热。

4.3.15AN、VA、回收单体、混合单体、DMA等易燃易爆介质管道除必要处应采用法兰连接外，一般均应采用焊接连接。

4.3.16AN、VA、回收单体、混合单体、DMA等易燃易爆介质管道穿过防火围堰、防火墙的空隙，应采用不燃填塞物封堵。

4.3.17聚合体粉末和纤维输送管道的弯头的曲率半径，不应小于管道公称直径的5倍。

管道连接处应严密，内壁应平滑，法兰、垫片应无错位。

4.3.18采用NaSCN法工艺烘干聚合物宜采用氮气闭路循环输送。

4.3.19用于DMSO和含有DMSO的聚合物管道冷却水的温度应不低于22℃。

4.3.20阀门应根据物料特性进行选择，原液和聚合物淤浆管道应采用球阀或闸阀。

4.3.21AN贮槽的出料口宜设置串联双阀。

4.3.22AN、VA、浓DMAc和原液等管道系统，在安装试压检查合格并经水冲洗后应用压缩空气吹干。

4.3.23管道安装完毕后，应根据设计条件，按现行国家标准《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB50184的有关规定进行管道的压力试验和泄漏性试验。

4.3.24绝热材料的选用应符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264的有关规定。

4.4工艺管道布置

4.4.1管道布置应满足管道仪表流程图（P&ID）要求，达到便利操作、安装及