固相缩聚工厂设计规范[附条文说明]GB51115-2015

 前言

中华人民共和国国家标准

固相缩聚工厂设计规范

Code for design of solid-stale polycondensation plant

GB 51115-2015

主编部门：中国纺织工业联合会

批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期：2016年5月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第891号

住房城乡建设部关于发布国家标准《固相缩聚工厂设计规范》的公告

现批准《固相缩聚工厂设计规范》为国家标准，编号为GB 51115-2015，自2016年5月1日起实施。其中，第3.1.16、7.7.10、8.5.2条为强制性条文，必须严格执行。

本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2015年8月27日

前 言

本规范是根据住房城乡建设部《关于印发<2010年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2010]43号)的要求，由上海纺织建筑设计研究院会同有关单位共同编制完成的。

本规范在编制过程中，编制组对国内主要聚酯固相缩聚工厂进行了调查研究，认真总结了已建工厂的实践经验，吸收了国内外设计中的技术成果，在广泛征求有关固相缩聚工厂设计、生产、设备制造等方面专家意见的基础上，最后经审查定稿。

本规范共分13章，主要技术内容包括：总则，术语和代号，工艺设计，工艺设备和布置，管道设计，辅助生产设施，自动控制和仪表，电气，总平面布置，建筑、结构，给水排水，采暖、通风和空气调节，动力。

本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。

本规范由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国纺织工业联合会负责日常管理，由上海纺织建筑设计研究院负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中，如发现有需要修改和补充之处，请将意见或有关资料寄送上海纺织建筑设计研究院(地址：上海市长寿路130号，邮政编码：200060，传真：021-62983065)，以供今后修订时参考。

本规范主编单位、参编单位、参加单位、主要起草人和主要审查人：

主编单位：上海纺织建筑设计研究院

参编单位：中国纺织勘察设计协会

中国纺织工业设计院

大连合成纤维研究设计院股份有限公司

参加单位：扬州天浩化工技术有限公司

郑州中远干燥技术有限公司

上海温龙化纤有限公司

主要起草人：陈福生 荣季明 罗伟国 陈钢 尹振文 毛超英 武跃英 秦永安 崇杰 李宏儒 董志远 梅兵波 邱建勋

主要审查人：杨开泉 刘承彬 王鸣义 许其军 方跃 尤世怀 张伾山 刘凤 张爱祥 厚炳煦 曹志敏 谢建强 付恒岩 房万兰

1总则

1  总    则

1.0.1  为了统一固相缩聚工厂或固相缩聚装置在工程设计中的技术要求，做到技术先进、经济合理、安全可靠、环境保护、节能减排，制定本规范。

▼ 展开条文说明
1.0.1  本条明确制定本规范的目的。

1.0.2  本规范适用于以无定形聚酯(PET)基础切片为原料，通过固相缩聚装置，达到提高切片特性黏度，以满足生产聚酯瓶、薄膜、工业丝、片基、工程塑料等不同工艺要求的固相缩聚工厂或固相缩聚装置的新建、扩建和改建工程的设计。

▼ 展开条文说明
1.0.2  固相缩聚是自20世纪60年代末发展起来的一种新的缩聚方法，是采用固态的聚合物在熔点以下温度进行的缩聚反应，扩散速率很小，反应条件缓和，避免了许多在高温熔融缩聚反应下产生的副反应，可获得较高分子量的产品，供特殊要求的塑料瓶、工业丝、工程塑料、薄膜等使用。目前国内以聚酯(PET)行业应用最为广泛。
固相缩聚工厂的总体设计应结合工厂远景发展目标和总体规划，力求功能分区明确、分步实施、避免交叉。但是，目前国内许多已建成的聚酯和纺丝厂，为提高企业的市场竞争能力，只能以改建或扩建固相缩聚装置的方式开发产品品种，增加经济效益。

1.0.3  固相缩聚工厂的工程设计，应积极采用清洁生产技术，严格控制消耗，提高资源、能源利用率。

▼ 展开条文说明
1.0.3  本条规定了固相缩聚工厂(装置)应遵守的设计原则。

1.0.4  固相缩聚工厂或固相缩聚装置的设计，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

▼ 展开条文说明
1.0.4  本条的规定是为了明确本规范与相关标准之间的关系。我国现行工程建设标准数量多、覆盖的专业面广，同一专业也有不少标准，本规范重点突出了专业特殊性要求，不可能涵盖所有的其他标准的规定，故在执行时遇到专业设计的通则要求时，还应按其他的相关标准执行。

2术语和代号

2.1 术语

2 术语和代号

2.1 术 语

2.0.1 固相缩聚工厂 solid-state polycondensation plant

以无定型形态或极低结晶度的聚合物切片为原料，在固体状态下通过缩聚反应生产高分子量聚合物的加工厂。

2.0.2 连续固相缩聚 continuous solid-state polycondensation

将聚合物切片连续加入反应器，反应后聚合物黏度增高，并连续移出的聚合工艺。

2.0.3 间歇固相缩聚 batch solid-state polycondensation

聚合物切片分批投入反应器，分批进行缩聚反应，分批出料的生产工艺。

2.0.4 无定型基础切片 amorphous polymer basic chip

指聚合物内部不呈现结晶结构区域的切片。在工业生产中，通常指结晶度较低的聚合物切片，简称基础切片。

2.0.5 循环气体净化 circulation gas purifying

固相缩聚生产过程中，加热系统的循环气流通过采用催化氧化、喷淋、吸附等方法来处理和净化循环气流中有机杂质，降低其含量的过程。

2.2 代号

2.2 代 号

CO——一氧化碳(carbon monoxide)；

CPU——中央处理器(central processing unit)；

DCS——分散型控制系统(distributed control system)；

EG——乙二醇(ethylene glycol)；

PET——聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)；

MCC——马达控制中心(motor control center)；

SSP——固相缩聚(solid-state polycondensation)。

3工艺设计

3.1 一般规定

3  工艺设计

3.1  一般规定

3.1.1  固相缩聚工厂的工艺设计范围应符合下列规定：

   1  连续固相缩聚装置的工艺设计宜符合下列规定：

       1)上游有聚酯装置的联合工厂，宜从原料聚酯基础切片送料系统末端的切片接受槽开始，宜包括切片接受、预结晶、结晶、预热、反应、冷却除尘、产品输送及储存(包装)，以及辅助单元的氮气循环处理系统和热媒循环加热系统；

       2)外购聚酯基础切片的工厂，宜从基础切片包装袋或槽车卸料开始，宜包括切片接受、振动筛分检、金属检测、切片输送、预结晶、结晶、预热、反应、冷却除尘、产品输送及储存(包装)，以及辅助单元的氮气循环处理系统和热媒循环加热系统。

   2  间歇固相缩聚装置宜从原料聚酯基础切片包装袋或槽车卸料开始，宜包括切片接受、振动筛分检、金属检测、称量(非直接投料装置采用)、真空反应器、产品输送及储存(包装)，以及辅助单元的真空系统和加热系统。

▼ 展开条文说明
3.1.1  本条规定了固相缩聚工厂的工艺设计界定范围。由于固相缩聚产品用途众多，技术来源各不相同，其生产工艺设备配置要求也不尽相同。因此，固相缩聚工厂设计宜按工艺实际需要增减其内部工序。

3.1.2  工艺设计应以物料平衡和热量平衡为依据。

▼ 展开条文说明
3.1.2  固相缩聚生产中产生的“三废”一般为热媒中的低沸物、少量低聚物、少量粉末和排气中极微量的乙二醇、乙醛等。

3.1.3  固相缩聚工厂的设计能力应以100％负荷的产品切片产量为计算依据，并应以“t／d”作为单位表示。

▼ 展开条文说明
3.1.3  目前国内外固相缩聚装置都是采用按“t／d”计算装置生产能力。

3.1.4  固相缩聚装置设计生产能力的操作弹性宜为50％～110％。

3.1.5  固相缩聚工厂的设计年生产天数宜按350d(8400h)计算。

▼ 展开条文说明
3.1.5  根据目前国内固相缩聚工厂的设备性能，以及实际运行状况，年生产天数可达到350d／a。同时，其上游聚酯装置和下游工业丝纺丝装置的相关规范规定的年生产天数也为350d。因此，本规范确定固相缩聚装置设计年生产时间宜按350d计算。

3.1.6  固相缩聚工厂应设置化验室，并宜与厂区上游的聚酯装置或下游的加工装置合并设置。

▼ 展开条文说明
3.1.6  由于国内固相缩聚工厂大多与聚酯工厂或涤纶工业丝工厂建设在同一厂区内，而固相缩聚工厂分析化验项目与聚酯工厂或涤纶工业丝工厂的分析化验项目相近，因此，应合并建设以节省人力和物力。

3.1.7  热媒站应单独设置。当上游设置有聚酯装置的固相缩聚工厂，热媒站宜与聚酯装置合并设置；当下游设置有涤纶工业丝装置的固相缩聚工厂，热媒站宜各自单独设置。

▼ 展开条文说明
3.1.7  聚酯装置和固相缩聚装置都使用液相热媒作为加热源，且温度也相近，合并建设有利于减少设备投资和占地面积，节约能源，方便管理，而工业丝装置通常使用的是气相热媒，因此，宜各自单独设置热媒站。

3.1.8  与聚合物切片和循环氮气直接接触的设备和管道，应采用不锈钢材质。

▼ 展开条文说明
3.1.8  本条规定的目的主要是防止设备和管道产生锈蚀而影响产品质量。

3.1.9  连续固相缩聚装置宜设置货运电梯。

▼ 展开条文说明
3.1.9  由于固相缩聚装置楼层较高，设置货运电梯是方便运送维修设施、消防设施和收集的切片粉尘。

3.1.10  固相缩聚装置中无防雨设施的钢平台和钢梯，应采取防滑和防锈处理。

▼ 展开条文说明
3.1.10  进行防锈处理主要是为了保证操作人员的安全。

3.1.11  固相缩聚装置的绝热措施或防护结构，应能防止雨水或寒冷气流对系统的影响。

▼ 展开条文说明
3.1.11  如果雨水或寒冷气流直接作用于切片经过的设备及管道表面，将造成相关设备及管道的温度波动，从而对产品的质量均匀性造成影响。因此，固相缩聚装置的绝热措施或防护结构应能保证设备的温度波动尽可能小。

3.1.12  设备和管道系统设置安全阀，应符合现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》GB 50160和《工业金属管道设计规范》GB 50316的相关规定。

▼ 展开条文说明
3.1.12  本条规定是为了确保在不正常条件下可能超压的加热器、反应器、过滤器、换热器设备和管道系统不存在危险和隐患。

3.1.13  连续固相缩聚装置的循环气体风机应采取减振措施。

▼ 展开条文说明
3.1.13  大功率风机运行过程中振动较大，会给建筑结构带来安全隐患。

3.1.14  采用导热油加热系统的导热油温度偏差应控制在±1℃以内。

▼ 展开条文说明
3.1.14  本条规定是为了保证产品质量的均匀性。

3.1.15  固相缩聚热媒加热循环系统应设置高位膨胀槽。

▼ 展开条文说明
3.1.15  固相缩聚的液相热媒加热循环系统运行时，由于热媒在升温过程中密度变化较大，需在系统最高点设置膨胀槽来解决热媒升温时其体积膨胀和整个系统的平衡以及排水、排汽、添加新鲜热媒等的需要。
热媒在升温、脱水、脱气结束后，应往热媒膨胀槽注入氮气，构成系统内的密闭状态，防止高温热媒因接触空气而氧化，另外，施加一定压力可保持液相运行。

3.1.16  固相缩聚装置反应尾气必须经过处理且符合国家排放标准后再排放。

▼ 展开条文说明
3.1.16  本条为强制性条文，制定本条有利于环境保护。
目前国内某些工厂已采用水或EG喷淋及活性炭吸附方法除去废气中的乙二醇、乙醛等小分子物质后再排放，以净化环境。国外某公司利用聚合反应后的回收乙二醇，通过喷淋洗塔进行净化后输送到聚酯生产线回用，估算回收率为1.5kg／t(600t／d规模的工厂，每天可回收EG0.9t)，且最终的固相缩聚产品色泽要比氮气催化氧化法好。
按照现行国家标准《大气污染物综合排放标准》GB 16297的规定：新建项目乙醛无组织排放监控浓度应低于40ppm；改、扩建项目乙醛排放量应低于50ppm。

3.1.17  固相缩聚装置应设置将设备和管道内的热媒紧急排放的接受设施。

▼ 展开条文说明
3.1.17  本条规定是为了保证紧急状态下的设备和人员安全。

3.1.18  固相缩聚装置中的循环氮气纯化后的氧含量不宜大于20ppm，CO含量不宜大于50ppm，压力露点不宜高于—40℃。

▼ 展开条文说明
3.1.18  本条规定是为了保证产品质量。

3.2 工艺流程选择

3.2  工艺流程选择

3.2.1  工艺流程应根据生产规模、产品方案、产品质量要求确定。

3.2.2  常规产品的生产应采用连续式工艺流程。

▼ 展开条文说明
3.2.2  连续固相缩聚装置增黏的切片特性黏度均匀，生产效率高，有利于自动控制，但变换切片黏度的灵活性较差，过渡料不合格切片较多，更适合大规模常规产品的生产。

3.2.3  小批量或特殊规格产品的生产可采用间歇式工艺流程。

▼ 展开条文说明
3.2.3  间歇固相缩聚装置变换切片特性黏度的灵活性较大，操作方便，设备简单，投资少，但批次之间切片的特性黏度容易产生差异，适合中小规模生产，特别是一些特殊品种的生产。
目前特殊品种工业丝切片、膜级切片的生产，一般采用间歇固相缩聚装置。

3.2.4  固相缩聚装置与涤纶工业丝生产配套时，离开固相缩聚装置的切片表面温度宜低于130℃，并应采用切片气流系统输送到涤纶工业丝装置；需包装的切片应冷却到60℃以下。

▼ 展开条文说明
3.2.4  聚酯切片在低于170℃左右时缩聚反应基本停止，但由于切片内外温差不同，检测温度并不能反映切片内部的温度。同时，切片温度较高将导致输送气体的温度升高，不利于输送设备的长期稳定运行，且需增加冷却热氮气的冷量，因此，出固相缩聚装置的切片温度不宜超过130℃；而需包装的切片由于包装袋内的塑料内衬在温度超过60℃时强度会急剧下降，因此，需包装的切片应冷却到60℃以下。

3.2.5  固相缩聚装置的预结晶器或结晶器前，宦设置切片粉尘脱除设施。

▼ 展开条文说明
3.2.5  由于切片附着的粉尘经固相缩聚后具有较高的黏度和熔点，加工性差，使切片性能产生差异，影响注塑和纺丝的挤出过程。特别是基础切片粉尘含量较高时更易影响产品质量。因此，设置切片粉尘脱除装置有利于保证切片质量，同时，也有利于降低预结晶的除尘负荷。

3.2.6  固相缩聚装置内的热循环氮气系统，应设置氧分析仪、露点仪和CO分析仪或EG分析仪。

▼ 展开条文说明
3.2.6  设置分析仪器是为了确认循环氮气的质量符合工艺要求，以保证固相缩聚切片的质量。
聚酯切片缩聚反应的主要副产物有乙醛和乙二醇等小分子有机物，被氮气流带到催化床与氧气反应。主要反应式如下：
(1)除乙醛的反应式：


当氧气量不足时，就会反应不充分，产生CO，因此应设置CO分析仪，以监控氧化反应是否完全。一般CO含量应低于20ppm。
而氧含量过高，切片的b值会有上升，因此瓶片生产系统的氧含量应低于20ppm。对于工业丝用SSP切片，氧含量可放宽到不大于50ppm。
循环氮气工作压力下的露点一般要求低于或等于—40℃。

3.2.7  连续固相缩聚装置的热媒加热方式应根据热负荷大小确定，可采用燃气、燃油、燃煤或电加热等方式。

▼ 展开条文说明
3.2.7  由于连续固相缩聚装置产能及建设规模相差很大，大型装置或集中建设的装置应采用燃油或燃煤的热媒炉加热热媒方式，而对于产能较小的工业丝装置，可采用电加热的方式。
液相热媒主要用于加热流量大、温度高的循环氮气，而电加热主要用于加热流量小、温度低的气体以及高温的催化反应器。由于各反应器温度不同，或同一反应器各段温度不同，采用热媒加热的方式可灵活调节不同的加热温度，便于温度控制。

3.2.8  间歇固相缩聚装置真空转鼓的热媒加热系统宜采用电加热。

▼ 展开条文说明
3.2.8  由于间歇固相缩聚装置用能较小，热媒采用电加热方式有利于设备的布置并方便操作。

3.2.9  氮气循环系统的纯化工艺应采用催化氧化工艺。

▼ 展开条文说明
3.2.9  催化氧化法能基本除去循环氮气中带出的乙二醇、乙醛等物质，不会释放对环境有害的气体；而采用分子筛吸附工艺，再生解吸的气体中含有乙二醇、乙醛等物质，这些气体排放到大气中将会对环境造成污染。同时，对再生解吸的气体进行处理也比较困难。

3.2.10  厂区工程的氮气供应宜采用粗氮形式提供，固相缩聚装置开车使用的纯氮宜采用液氮气化工艺，不宜采用氨分解制氢除氧的纯化工艺。

▼ 展开条文说明
3.2.10  由于连续固相缩聚装置的氮气循环系统大多采用催化氧化工艺，生产过程中还需补充氧气帮助催化燃烧，因此，正常生产时采用纯度大于或等于99.5％的粗氮供应即能满足生产操作。但在装置开停车时，循环氮气中没有低分子燃烧耗氧，为保证产品质量，应采用氧含量小于20ppm的精氮。因此，设置液氮气化装置是公用工程只提供粗氮的工厂可以采取的较好的方式。
氨分解制氢是以液氨为原料，经汽化后将氨气加热至800℃～850℃，在镍基催化剂作用下，脱除混合气中的残余氨和水分后，得到75％的氢气和25％的氮气。而氨分解制氢除氧的氮气纯化工艺，由于需要使用液氨和产生氢气，易积聚形成爆炸性气体环境，危险性较高。因此，相关设备的布置应满足必要的安全距离和良好的通风要求。

3.2.11  对于采用螺旋推进式结晶器、预热器或带搅拌式结晶器，以及反应器带旋转刮板出料器的固相缩聚装置，反应器出料的切片应经过冷却除尘器后再输送到下游料仓，且氮气循环系统应设置除尘器。

▼ 展开条文说明
3.2.11  由于螺旋推进式结晶器、预热器或带搅拌式结晶器，以及反应器带的旋转刮板出料器容易产生粉尘，而含较多粉尘的切片不利于保证下游产品的质量，因此，反应器出料切片应经过冷却除尘器除去粉尘后再输送到下游料仓，此除尘器的除尘量约占总粉尘的50％以上。

3.2.12  用于工业丝的固相缩聚装置出料切片，宜采用氮气闭路循环输送系统。

▼ 展开条文说明
3.2.12  由于固相缩聚装置出来的切片有一定温度，有的高达120℃。热切片遇微量水分、氧气等很容易降解，从而影响工业丝的强度和色泽。过去有采用干空气作为输送介质的工厂，但干空气的露点必须在—70℃以下，而且一次性使用成本也很高。因此，许多过去采用干空气作为输送介质的涤纶工业丝厂，都重新改用氮气作为输送介质，采用闭路循环系统以降低运行成本。

3.2.13  下游配置有工业丝的固相缩聚装置，固相缩聚装置的出料系统应设置金属检测器。

▼ 展开条文说明
3.2.13  由于工业丝生产时螺杆前后无熔体过滤器，在切片进料前设置金属检测器有利于保护螺杆和计量泵，防止金属物损坏螺杆和计量泵。

242'>《固相缩聚工厂设计规范[附条文说明]》GB 51115-2015

 本规范用词说明

本规范用词说明

1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

1)表示很严格，非这样做小可的：

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：

正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。

 引用标准名录

引用标准名录

《建筑给水排水设计规范》GB 50015

《建筑设计防火规范》GB 50016

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019

《压缩空气站设计规范》GB 50029

《建筑采光设计标准》GB 50033

《建筑照明设计标准》GB 50034

《锅炉房设计规范》GB 50041

《建筑物防雷设计规范》GB 50057

《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058

《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084

《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116

《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140

《石油化工企业设计防火规范》GB 50160

《氢气站设计规范》GB 50177

《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB 50184

《工业企业总平面设计规范》GB 50187

《工业金属管道工程施工规范》GB 50235

《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB 50236

《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264

《工业金属管道设计规范》GB 50316

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343

《聚酯工厂设计规范》GB 50492

《纺织工程设计防火规范》GB 50565

《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》GB 50683

《低压流体输送用焊接钢管》GB／T 3091

《金属熔化焊焊接接头射线照相》GB／T 3323

《工业自动化仪表气源压力范围和质量》GB／T 4830

《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》GB 7231

《输送流体用无缝钢管》GB／T 8163

《防止静电事故通用导则》GB 12158

《流体输送用不锈钢焊接钢管》GB／T 12771

《金属波纹管膨胀节通用技术条件》GB／T 12777

《食品容器及包装材料用聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂卫生标准》GB 13114

《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271

《压缩空气 第1部分：污染物净化等级》GB／T 13277.1

《纤维级聚酯切片(PET)试验方法》GB／T 14190

《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB／T 14976

《有机热载体炉》GB／T 17410

《瓶用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂》GB 17931

《再生聚酯(PET)瓶片》FZ／T 51008

《仪表系统接地设计规定》HG／T 20513

《承压设备无损检测》NB／T 47013

《石油化工生产建筑设计规范》SH／T 3017

《石油化工企业工艺装置管径选择导则》SH／T 3035

《石油化工管道设计器材选用规范》SH／T 3059