针对设备布置的影响因素建立优先级别矩阵优化目标，在线性布置和网状布置中，按照拓扑限制，将加工设备、输送机械、工作单元和通道走廊等合理科学地放置在一个有限的空间内，归纳出指导设备布置设计应用的一般性规律，对实现大豆预处理车间复杂的组合优化具有重要意义。

1、设备布置指导理念的探讨

1.1 安全、环保、健康

通过合理科学的设备布置，创建安全的工作条件和环境，可以避免许多伤害，设计人员有责任将员工健康、财产和对环境的伤害风险最小化，所有的设备组织框架、功能分区、物流路径、巡视路线、对周围环境的冲击等要符合适用的国家和当地政府法律以及企业内部要求和方针，并体现在设备布局中。设计应用中可建立危险清单和评估，针对预处理车间内的粉尘、噪音、防爆、震动、辐射等方面在设备布置上提出有针对性的解决方案。

1.2 能源节约

车间内物料流路径合理组织，一二层空间内自然采光良好，保温通风有利于环境温度自然调节等合理科学的设备布置，可为实现清洁生产，节约能源提供长效的、有力的贡献。

随着国内粮油工业的发展，企业动力设备的负荷率一般要达到70%以上，用电功率因数达到0.9以上，通风机、鼓风机效率必须70%以上。食用植物油工业清洁生产指标要求（年平均值）电耗/（kW·h/t）≤25.0（吨料电耗）

1.3 以人为本

体现在竣工投产生产运营中,车间员工的体力消耗和精神压力风险，要能够得到控制和减少。确保生产工艺和设备操作程序安全，预防各种伤害员工健康的事件发生。设计实践中可建立一套控制评估系统，做系统化分析。比如生产紧急按钮的位置、员工到达其通道等，为消除职业病及工伤事故的发生提供设备布置上的保证，营造舒适工作环境。

1.4 科学有效、经济适用

经济合理性是对多种技术方案或技术经济措施进行择优的一个基本标准，是衡量最优布置平行技术方案或技术经济措施的重要尺度，以求达到尽量提高资源的合理有效利用率，获得最好的经济效益。

从加工规模、产品蛋白质含量指标、豆皮回添量及方式、工程所在地域特点、项目水文地质、风玫瑰图等方面综合考虑，进行技术经济分析,为合理科学的设备布置提供支持。

2、厂房总体设计制约因素分析

2.1 设计规划要点

针对新建项目，在红线内首先要分析具有法律效力的政府相关部门根据产业规划和地区发展规划所做的批文规划要点中“建筑间距”、“建筑限高”、“建筑退让”、“交通组织设计”、“工程管线”、“建筑景观”、“建筑节能”等相关要求。

2.2 总平面布置图

预处理车间与仓储筒仓系统的相对位置关系、与浸出车间的相对位置关系、与粕仓及打包系统的位置关系，决定了原料大豆、坯片/膨化料、DC出料豆粕、粉碎豆粕的输送设施及其栈桥进出车间的位置。特别是与浸出车间的联系：输送坯片/膨化料大角度弯刮板至浸出车间、浸出车间DC出粕大角度弯刮板至预处理车间粉碎处（恰好是粉碎豆皮暂存/在线添加区）、预处理至浸出车间空中人行通道、电缆桥架联系通道。以上4条联系通道既相互影响，又要和谐统一。

2.3 配电房的空间布局

结合目前生产实践和企业自身建设标准要求，预处理车间的高压变电系统、低压配电系统，依据《供配电系统设计规范》GB 50052-2016存在以下三种主流设计方案。

（１）车间内一层设置高压进线柜、换线柜、计量柜、PT柜、出线柜等高压变电系统，变压器和柜子可以面对面布置，也可以一字排开布置。在初步设计阶段，可参照以下尺寸设计：变压器约1700mm×1700mm,计量柜等约宽800mm深1700mm,柜体四周设计1000mm的通道和检修空间。为防止进水，地面须高出±0.00至少300mm。一般要求二层梁底标高至少在3300mm。车间内二层布置MCC柜和PLC控制柜等。

（２）两者集中布置，位于车间外部且附着于车间纵向山墙的封闭建筑物内，而预处理控制系统则布置在车间内部二层或者三层，且配置有双层防爆隔音隔热大玻璃窗。

系统完全独立于预处理车间之外，设置有单独的建筑物。此方案投资最高，安全等级也最高。

2.4 车间墙体之外厂房周边

道路交通、绿化、厂区给排水管道、厂区工艺外管网、轧坯辊/破碎辊及其他检修大件起吊安全区域、起重吊车作业位、中国质量监督检验检疫总局（CIQ）/企业食品安全质量法规部门（FSQR）要求的杂质处理通道和或封闭区域与车间内部设备布局、净化空气排放口、吊物洞/吊车梁等的相互影响。

2.5 车间高度

虽然预处理车间趋向于高度化的厂房设计和设备布局，以减少输送设备的投入和电力的消耗，但无形之中增加了厂房造价和生产过程中设备巡检难度。

（１）新建项目规划要点中关于明确的受限高度的规定，必须予以执行。

（２）《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）（2018年版）（以下简称建规）中关于高层工业建筑的划分标准:建筑高度大于24m的非单层厂房。当建筑高度超过24m时，建筑的高度、体积和占地面积等直接影响到建筑内的人员疏散、灭火救援的难易程度和火灾的后果。按《建规》第8.3.1条乙、丙类高层厂房应设置自动喷淋灭火系统，将使建筑工程投资增加。故在设备布置时须考虑24m建筑高度的相关影响因素。通常情况下1000t/d大豆预处理车间按照目前典型工艺路线设计可控制在24m以下，而加工规模3000t/d以上的车间檐口高度通常在30m~36m。

（３）《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）附录A.0.1 中要求建筑高度应为建筑室外设计地面至其檐口与屋脊的平均高度。

（４）总平面布置图中占地面积：受限的占地面积往往会导致建筑高度增加。

（５）不同的工艺流程：热脱皮、温脱皮、二道脱皮、一道脱皮中温度变化曲线和物料流动路径的设计。

（６）调质塔上部空间设计是决定车间高度极值点影响因素之一。取决于是否直接布置筛分和全豆风选清理设施的工艺设计方案。

（７）脱皮至轧坯工段物料路径也是决定车间高度极值点影响因素之一。从上至下的垂直布置将使此处车间高度一般等于调质塔进料处楼面高度，但是会使梁柱横截面积增大；而脱皮和轧坯系统错开位于不同的跨度内，通过弯刮板实现物料从脱皮系统向轧坯机进料的设备布置方案将极大的降低厂房高度，而增大车间占地面积。

（８）某些特殊要求：脉冲布袋除尘器和斗式提升机的布置。实践中依据《粉尘防爆安全规程》GB 15577-2018（2018年11月19日发布，2019年6月1日实施）和《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》AQ4273-2016的要求，或借鉴美国消防协会NFPA497、NFPA654的规范。

（９）整个车间是否允许做地坑设计。

（１０）执行某些特别的设计输入条件，车间的高度也有不符合以上数据的情况。例如，某4000t/d大豆预处理车间檐口高度达到48米以上。

2.6 车间长度

加工规模3000t/d以上的车间长度极值点影响因素：

（１）轧坯机按照一排还是两排布置。

（２）轧坯机出料弯刮板的角度。

（３）与车间宽度的相互影响关系。

（４）车间内部是否布置豆皮方仓。

2.7 车间宽度

（１）与车间高度、长度的相互影响关系。

（２）通常情况下，空气压缩机组、变压器、MCC/OCC/PC室根据项目特点具体问题具体分析：

1）加工规模1000t/d以下的车间。一般为两跨，7m+7m或者8m+8m。

2）加工规模3000t/d~4000t/d的车间。一般为两跨:8m+8m或者9m+9m；或者三跨:6m+6m+6m或者7m+7m+7m。

3）加工规模5000t/d~6000t/d的车间。随着工业规模的扩大，不同的设备布置设计理念重要性排序凸显变化，工厂配套物流的规模增大，生产工序中间缓冲措施亟需加强，布置方案灵活多变。一般为三跨:8m+9m+9m或者6m+8m+8m；或者两跨:11m+12m。

（３）遵守某些特别的设计限制条件，也有车间的宽度不符合以上数据。例如某5000t/d车间占地宽度达到30米以上。

2.8 相关设计规范和要求

设备布置的间距等要求应符合有关安全标准要求。

严格遵照《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG/T20519-2009中的总结和规定，遵守设备产品说明书和操作手册进行设计。

3、设备布置的一般性规律研究和设计要点分析

一般情况下，建筑按《建筑设计防火规范》确定为丙类2项高层厂房，疏散楼梯为封闭防烟楼梯间。厂房和设备的科学合理布局对整个生产系统的生产稳定性、加工效率及加工消耗（成本）起着重要的影响作用。

3.1 布置方便的交通路线，安全的吊物通道

一般情况下，高层防排烟消防楼梯间：宽3.3m，长7m，并设置3m×3.3m的前室。

走廊和通道：符合《化工装置设备布置设计规定》HG/T 20546-2009的相关规定。

设备布局不仅要满足生产工艺要求，同时还要兼顾设备、通道走廊及生产操作的方便性和实用性等。

车间内设计吊物通道，吊物通道尺寸应满足车间内设备主要部件及零配件的转运，且设备或零部件通过楼板面的范围内应满足所有荷载。

3.2 严格遵守设备供应商的要求

设计人员务必严格遵守调质塔、破碎机、轧坯机、膨化机、脱皮机、除尘器等所有相关设备的手册和安全规范的要求，包含设备技术参数、安装、润滑、操作使用说明、液压气动辅助系统、仪表说明等方面。

作为设备布置的重要设计输入条件，以下两类问题值得注意：

1）依据平面回转筛的产品说明书设计中体现出确切的运行安全界限。

2）风机、输送设备等减速电机传动装置根据设备布置图确定传动形式及安装位置。

3.3 物料溜管和设备之间正确的衔接

斗式提升机垂直正对进料不能偏斗，要做到上游刮板机出料口和提升机畚斗迎料口中心对齐。

上游刮板出料和斗提机进料，特定条件下成90度垂直布置：刮板机出料溜管要特殊设计，要求落料正对畚斗中心。正常情况下刮板机卸料流位于方形溜管的底部，所以沿着物料前进方向，可放大溜管截面，形成一边大、一边小的截面；另外，可在溜管中设置隔板。

3.4 粉尘防爆、污染控制

一般通过降低废气的排放量或降低粉尘的排放浓度等方法来控制粉尘。

实践中可遵照《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》（GB 17440-2008）、《粉尘防爆安全规程》GB 15577-2018（2018年11月19日发布，2019年6月1日实施）;《粉尘爆炸泄压指南》GB/T 15605-2008、《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》GB/T17919-2008等主要粉尘防爆安全技术标准与规程执行，同时可借鉴美国消防协会NFPA规范。

除尘风网[7]系统的布置应多结合机械设备、钢结构等条件，规避管道布局不合理现象。例如破碎工段除尘系统中，引风管道长、弯头多易导致管道积尘，发生阴燃现象，存在安全隐患。

当使用脉冲布袋除尘器（防静电织物过滤器）收集粉尘时，如果安装在厂房内，应在建筑高处布置，安装在厂房内的建筑物外墙处的单独房间内，房间的间隔墙应采用耐火极限不低于3h的防火隔墙，房间的建筑物外墙处应开有泄爆口，泄爆面积应符合GB50016的要求。

车间内应无地下室或地坑，避免粉尘积累。

3.5 建筑模数的选择与确定

（１）为了实现设计的标准化而遵守的一套基本规则即统一模数制，能使不同的建筑物及各分部之间的尺寸统一协调，使之具有通用性和互换性，以加快设计速度，提高施工效率、降低造价。概念设计阶段，以丰富经验为依托，布局轴网，确定建筑物主要结构或构件的位置及其标志尺寸。 

（２）建筑中较大的尺寸，如开间、进深、跨度、柱距等，应为某一扩大模数的倍数。作为导出模数的一种，扩大模数的数值为基本模数（模数协调中选用的基本尺寸单位，用M表示，1M=100mm）的倍数。扩大模数共六种，分别是3M（300mm）、6M（600mm）、12M（1200mm）、15M（1500mm）、30M（3000mm）、60M（6000mm）。

（３）建筑中较小的尺寸，如缝隙、墙厚、构造节点等，应为某一分模数的倍数。作为导出模数的另一种，分模数的数值为基本模数的分倍数。分模数共三种，分别是1/10M（10mm）、1/5M（20mm）、1/2M（50mm）。

（４）横向轴线（沿建筑物宽度方向设置）。其编号方法采用阿拉伯数字从左至右编写在轴线圆内。

（５）纵向轴线（沿建筑物长度方向设置）。其编号方法采用大写字母从下至上编写在轴线圆内，其中字母I、O、Z不用，防止与1、0、2混淆。

3.6 开间、进深的确定

（１）开间即两条横向轴线之间的距离，通常确定为6m、7m、8m、9m,特殊情况下也有4.5m、5.5m、10m的。

（２）进深即两条纵向轴线之间的距离，通常确定为6m、7m、8m、9m,特殊情况下也有10m、11m的。

（３） 其依赖因素主要为加工规模、调质塔尺寸、轧坯机下料口尺寸、弯刮板穿越楼层定位尺寸、设备说明书要求的周边安全距离、操作工通道、最小设备检修空间、大杂暂存时间、风网管道布置以及建筑模数。

3.7 建筑面积的控制

（１）设置合理的操作&维修平台或区域；敞开、封闭区域的划分。

（２）建筑面积指建筑物长度、宽度的外包尺寸的乘积再乘以层数，由使用面积、交通面积和结构面积组成。通常随着加工规模的增大而增大，1000t/d预处理车间一般在3500㎡~4500㎡，4000t/d一般在4000㎡-5000㎡，5000t/d以上规模一般在8000㎡以上。

（３）使用面积即净面积为轴线尺寸减去墙厚所得的净尺寸的乘积。

应考虑各功能房所占面积，同时也应该考虑设备出现故障时，临时扒料所需要的面积。特别注意提高面积使用率，减少墙体、柱所占结构面积，满足经济合理性原则。

大型大豆预处理车间脱皮系统离心除尘器高度一般在6.5m~11.5m,可布置在车间屋盖上部，减少建筑面积。

调质塔配套离心除尘器、风机、空气加热器等装置，条件允许时可布置在车间外部，减少建筑面积。

（４）交通面积指走道、楼梯间、电梯间等交通联系设施的净面积。

走道分为检修通道、巡视通道、参观通道，各通道尺寸可参考《化工工艺设计手册》和《化工装置设备布置设计规定》HG 20546-2009。

楼梯分为安全疏散楼梯、消防梯、操作检修楼梯、高层建筑防排烟封闭楼梯间，按梯段可分为单跑楼梯、双跑楼梯和多跑楼梯，与层高密切相关。

电梯设计遵守以人为本的设计原则。

3.8 结构形式的选择

（１）通常情况下，优先选择框架结构。

1）柱子、纵向梁、横向梁、楼板等构成的骨架作为承重结构，墙体是围护结构。

  2）在框架结构内增设抵抗水平剪切力的剪力墙墙体。因高层建筑所要抵抗的水平剪力主要是地震引起，故抗震墙与工厂地质条件有关。设备布置时也应该给予关注。

3）利用建筑物的内墙（或内外墙）作为承重骨架，来承受建筑物竖向荷载和水平荷载的全剪力墙结构，根据实践来看，目前较少采用。 

（２）通常情况下，优先选择钢结构。

钢结构是建筑物的主要承重构件由钢材构成的结构。具有自重轻、强度高、延性好、施工快、抗震性好的特点。

（３）在某些特定情况下，优先选择钢筋混凝土框架结构。如纵向轴线方向车间长度为50米以内；车间位于海边具有高腐蚀性大气；车间所在地域气候很冷或者很热，有保温的较高要求等具体情况。

（４）进行大型车间设备布置时，工艺专业需及时或提前与建筑结构专业进行技术交流，以便于处理不同的结构形式对设备布置的影响。

3.9 土建提资条件图中应关注的问题

（１）伸缩缝。温度变化时对建筑物的影响而设置的温度缝。因此，把太长和太宽的建筑物设置伸缩缝分割成若干个区段，保证各段自由胀缩，从而避免墙体的开裂。

（２）沉降缝。车间有可能会在某些部位出现不均匀沉降而设置沉降缝。当建筑物相邻部分的高差、荷载、结构形式以及地基承载力等有较大差异或建筑物的平面形状复杂或相连建筑物分期建造时，相邻部位就有可能出现不均匀沉降，从而导致整个建筑物的开裂、倾斜甚至倒塌。因此，设置沉降缝把建筑物分割成若干个独立单元，保证每个单元各自沉降，彼此不受制约。沉降缝的宽度一般为30~120mm。

（３）楼面/地面处理。配电室、控制室地面为防静电地面。

各层标注标高为建筑完成面标高，与梁顶标高要区别开来。设计应用中屋面标高为结构面标高。

（４）土建施工时最小空间距离的要求。比如改扩建项目中，需要考虑新增车间打桩设备周边有2.5m左右的施工空间。

4、结束语

大豆预处理车间设备布置是一项系统工程。在一定的工作流程下，从程序框图、工艺物料平衡图、工艺管道和仪表流程图到设备布置图，由CIQ、FSQR、安全、环保、维修、投资、最终用户等各个部门各个工作界面的修改、补充、完善、优化和审核，最终形成基于生产工艺流程的设备布置设计。

设计中要坚持符合有关标准、规范，特别是防火防爆等安全规范及卫生标准，符合经济、实用、安全、节约用地、环保、美观的原则，满足设备安装、便于维修，设置设备操作、维修通道，实现对设备噪音、振动等控制，考虑风向、地震、爆炸危险释放源等因素的影响，同时处理与各相关专业的关系。因而，找到合理科学的设备布置的一般性规律，总结最佳实践和设计方法路径，具有重要的意义