化工月刊第017期 粉粒体工厂布置.doc

粉粒體工廠佈置
何太平　蘇豐鎮
化工技術第二卷第八期
前言
近年來由於各種工業發展迅速，產品多元化，各產業盛行開發新素材，經常利用到粉體，粉體幾乎成為各產業或中間原料，如精密陶瓷、超導體及化工業中下游精密石化材料...等,粉體工廠不再侷限於傳統產業如水泥、煉鋼、電力及食品....等工廠，粉體工廠幾乎已涵蓋所有的產業。粉體因物性變化較大，其儲存及輸送方式比液體或氣體困難，就粉體工廠而言，雖沒有石化工廠那麼危險，但工廠操作中所產生的粉塵和靜電，對工廠員工及附近居民所造成的影響亦不容忽視，所以廠址的選擇與廠內各項設施之安排是否合理、經濟、安全，對粉體工廠佈置是相當重要的。
粉體工廠常見設施
１． 主要設施
　碼頭原料儲運
　廠內原料儲運
　產品製程
　成品儲運
　固廢物處理
　廢水處理
　排氣煙囪
２． 附屬設施
　行政區
　維修工廠與器材倉庫
　總變電站
　中央控制室
　蒸氣、水、空氣等公用區
　冷卻水塔　
　汽電共生　
　消防系統　
　其他設施
廠址的選擇
　粉體工廠廠址選擇要素很多，主要有下列各項
原料取得
交通狀況
人力狀況
廠外環境因素
氣候條件
電力、水供應狀況
（一） 原料取得
　　原料取得成本，對粉體工廠而言，在各項目中列為最重要項目，主要是原料儲運不易，如水泥廠依山邊設廠，石灰石及黏土取得容易。煉鋼廠火力電廠，鐵砂及煤炭儲運緊臨碼頭或靠海。都是為了降低原料取得成本。
（二） 交通狀況
　　工廠原料及產品輸送，因粉體無法用長途幹管輸送，必須依靠特製貨車，火車及船運來運送，所以對當地交通狀況應仔細評估。
（三） 人力狀況
　　粉體工廠一般作業環境較惡劣，屬較耗體力性工作，在當地是否可以招募到合適的工作人員，應先作評估。如水泥廠製程中堵料或水泥儲倉結塊架橋等清料工作，其他如石化廠純對苯二甲酸廠製程堵料之清料工作，常有塵爆等危險作業環境。
（四） 場外環境狀況
　　由於粉體工廠在操作過程中，極易產生粉塵及塵爆，對廠周圍環境所造成之空氣污染、環境影響，在環保意識抬頭的今天，審慎選擇廠址可以減少社會面之衝擊。
（五） 氣候條件
　　粉體工廠其原料及產品，在儲運過程中，最怕的是潮解、架橋、結塊，所以氣候條件將影響將來儲運及操作成本。
（六） 電力、水力之供應　
　　粉體工廠如水泥、煉鋼廠....等，都是高消耗能源的產業，建廠之前電力、水之供應是否充足，電價、水價應先行評估。
粉體工廠各設施佈置要點
（一） 碼頭儲運
　　碼頭儲運係包括卸船機數量、卸貨能力、港口碼頭倉庫存量及輸送系統等規劃，規劃時必須仔細考量其經濟性，因碼頭儲運之建設成本非常昂貴，如卸船機種類的選用，門式或平衡式都會影響本身造價及碼頭基礎負荷，配置卸船機位置時，因卸船機是用直流電，電纜特別粗，為節省電纜費用，其電纜位置應由其行程中間切入。當船卸貨期間，卸船機除了將料卸給碼頭輸送機外，另外應可直接卸給碼頭卡車或火車，以節省碼頭倉庫面積及將來操作上不必要之動力消耗。
（二） 廠內原料儲運
　　原料儲運方式千變萬化，以煤炭為例，在火力電廠大都放於室外，但在燃燒煤炭汽電共生廠及水泥廠，則有一半存放於室內，再以粗鹽為例，則全部存放在室外，其外表會形成非常好的保護膜，其他如精糖、大豆等，則必須存放於室內，再通入冷凍除濕系統除濕。
　　如依儲存方式來探討，又分傳統型倉庫堆積方式及圓倉儲存方式兩種，如煤、石灰石及粗糖等採用傳統型倉庫堆積方法，大豆、麵粉及精糖等採用圓倉儲存方式，判斷儲存方式，含水分及潮解性是重要因素，如水泥儲存圓倉，在設計建造時要特別注意倉壁露點、漏水等問題，當水泥在圓倉內因潮解而產生結塊時，要從圓倉取出結塊水泥是一項大工程。
　　傳統型倉庫內堆料方式，倉庫頂堆料皮帶輸送機有兩種，分別為移動式皮帶輸送機（belt conveyor with tripper）及來回式皮帶輸送機(shuttle conveyor)，在選用上應盡量採用來回式皮帶輸送機(shuttle conveyor)，可節省（１）倉庫高度約２５％；（２）入庫及倉庫頂皮帶輸送機總長度約30％（３）倉庫頂總負荷５０％（４）皮帶輸送機馬力數５０％
（三） 產品製程
　　粉體工廠製程依產品物性不同各有變化，但歸納起來，其輸送方式有兩種，藉重力落下或輸送機輸送。
　　粉體工廠製程，除了特性不同使用特殊機器外，一般常用設備有皮帶輸送機、螺旋輸送機，鏈條輸送機、提運機、振動機、稱飼機、濾袋或靜電集塵機、風車、旋風筒分離機、氣體輸送機及圓倉….等。
　　製程配置一定要順暢，尤其物性的自然流動一定要遵守，所有的輸送設備應越短越好，因輸送設備約占整個製程總費用的３０％以上。
　　同性質機器設備應盡量放在一起，如圓倉可一起排列共用同一鋼架，以節省鋼架成本，又如物料性質相同機器設備所產生粉塵，應盡量共用同一台集塵機。
　　稱飼機為非常精密稱重設備，配置時應遠離如振動篩、風車…等大的振動源，另如提運機配置時，如高度太高，應切斷設計成兩台，否則日後鏈條萬一斷掉，維修將會非常麻煩，螺旋輸送機長度不宜太長，否則易造成螺旋軸與外殼摩擦產生噪音，集塵機最好配置位置是頂樓，雖會增加鋼架負荷，但所有收塵管道絕不堵料，發揮集塵機最大功能。
　　粉體機器設備如乾燥機、研磨機、粉碎機….等負荷重量的設備，應盡量放置在較低的樓層，以降低建築物的費用，物料的輸送方式可由重力方式改為氣送或提運機代替，其經濟性應仔細評估，如氣送設備加上長期電費操作成本與建築物費用兩者作比較，根據經驗配置在較低樓層是較經濟的。
（四）成品儲運
成品儲運一般可分為篩選、圓倉儲存、包裝及自動倉儲等....系統.
１． 篩選系統
主要設備有振動篩、振動輸送機….等組成，尤其振動篩配置時要特別注意篩板抽換維修所需的空間，且本區最好與其他區域如中央控制室、實驗室及值班室遠離，以避免振動及噪音。
２． 圓倉儲存系統
近來由於散裝業發達，相對運輸成本降低，所以粉體產品以圓倉儲存愈來愈多，如早期水泥以袋裝居多，但目前以散裝為主，粉體產品圓倉在配置前，應先評估以ＲＣ或鋼板為主，一般怕潮解產品如精糖，以鋼板為材料再通入除濕系統較為經濟，但如水泥圓倉則以ＲＣ較為適合，另外圓倉直徑較大者，如需要攪拌內部產品以防結塊或為使產品更均勻，最好將圓倉分成數個象限，以節省吹氣裝置費用及所佔的空間，另外倉底如有吹氣輔助出料裝置者，如本系統需要散裝站，應將散裝站直接設於倉下較宜，反之，會使圓倉費用增加。
（五）包裝系統
　　主要由包裝機、輸送設備、破袋處理機、棧板及裝袋自動系統等組成，配置時應避免產品出貨方向與棧板自動系統作業動線有打結現象，尤其如有自動倉儲系統，其銜接點高度更應特別注意，破袋處理機系統應配置於操作平台下方，但其操作維修所需的空間要預留，某些產品如太空包產品，必須以覆膜機包覆，覆膜機位置應與產品出貨方向一致。
（六） 自動倉儲系統
　　一般粉體產品種類繁多，如石化產品ＡＢＳ、精糖，為方便有效儲存，必須設自動倉儲系統，自動倉儲系統可分為兩種，分別是重力式及巷道式，巷道式對產品將來儲存方式調整較具彈性，而重力式較無彈性，本系統主要區分成三個區域，自動倉儲（ＡＳ／ＲＳ）存取區，直接出貨輸送區，發貨區，所以規劃本系統建築物時，直接出貨輸送區及貨卡裝車區，其屋頂高度如無其他特殊用途，應以６公尺高度為設計基礎即可，以節省建築物費用。
（七） 固體廢棄物處理
　　固體廢棄物指的是工廠產生之一般事業廢棄物如污泥餅、廢棄處理反應生成物、飛灰、廠區清潔垃圾及員工生活垃圾等。
　●廠區清潔垃圾及員工生活垃圾，因體積較龐大，必須配置垃圾儲存壓縮設備給予先行處理。
　●事業廢棄物如污泥餅、廢棄處理反應生成物等，內含有害重金屬物質，必須經過乾燥或爐燒後再予以掩埋，所以在配置此系統時，必須考慮乾燥或爐燒等設備位置。
　●經乾燥或爐燒後的廢棄處理反應生成物，或集塵機所收集的飛灰等，一般需要先行加濕再裝車，裝車站位置以不污染工作場所為首要考量。
（八） 廢水處理
　　廢水處理系統主要是處理工廠所產生衛生廢水，及製程所排出廢水….等。
　●廢水處理系統在整廠位置考慮時，應以各區銜接管線路徑最經濟為主要考量，但必須與辦公室、中央控制室或人員經常出入的地方遠離。
　●廢水水池、沉澱池及過濾池…..等，在配置時應盡量採用共同壁以節省池子建造費用，設備方面，除了壓泥機、乾燥機放於室內外，其他設備盡量放在室外，以節省建築物費用。
（九） 排氣煙囪
　　排氣煙囪配置位置，除了景觀外，其他如飛機航道限制煙囪位置土壤承載力…..等必須特別注意，規劃時應盡量採用鋼製自立式煙囪比較便宜，如採用煙道管外加ＲＣ煙囪，造價非常昂貴。
（十） 行政區
　●粉體工廠行政區在佈置時，應盡量遠離原料及成品儲存區，以避免粉塵污染。
　●行政區應盡量佈置在盛行風向（prevailing wind）上方，以避免工廠操作所產生之粉塵污染。
（十一）總變電站
　●總變電站在粉體工廠如採露天配置，必須特別注意變壓器碍子塵爆、短路等問題，與煤場或其他類似堆積場所，應盡量遠離，如靠近則變壓器應選用室內型（ＳＦ６）型式。
　●為節省電纜費用，如總變電站與電力公司電源銜接點，總變電站與製程區馬達控制中心、總變電站與設有汽電共生系統….等，配置時應愈近愈好。
（十二）中央控制室
　●中央控制室配置時應遠離噪音源高的設備。
（十三）蒸氣、自來水、氣體公用區
　●蒸氣產生系統
　　　指的是鍋爐，配置時鍋爐要選用戶外型，以節省建築物費用。
　●自來水儲存系統
　　　可分為蓄水池、高架水塔，蓄水池存量應以最經濟存量為主要考量，如消防水量應包含在內，意即蓄水池與消防水池共用，由蓄水池送至高架水塔之加壓泵浦連接緊急電源，則高架水塔存量僅需以民生用水為首要考量即可，另在配置水池與高架水塔，應共用同一基礎，以節省基礎費用。
　●公用氣體產生系統
指的是空壓機，空壓機為高噪音源的設備，一般配置時常好幾台配成一組，噪音更形嚴重，所以配置空壓機時，噪音問題要特別注意。
（十四）冷卻水塔
　　冷卻水系統冷卻水塔因體積龐大，且噪音高，尤其在冬天早上，氣溫較低時，易起水霧，導致影響操作人員視線，甚至影響製程區儀表….等的壽命，所以在配置時，除了上述所提問題外，其他如風向….等都必須特別注意。
　　冷卻水塔是高噪音設備，且又經常好幾個排在一起增高噪音，所以在配置時要先查明工廠周界噪音之要求，否則如果配置不當，冷卻水塔噪音改善費用會比冷卻水塔造價費用高出好幾倍。
　　冷卻水塔用水量很大，而冷卻水管一般配置在地下，配管佔整個系統成本之比率很高，所以配置冷卻水塔時，除了必須遵守與製程區基本安全距離外，應愈近愈好。
（十五）汽電共生
　●鍋爐及汽渦輪機（turbine）發電系統
　　　一般汽渦輪機可分為兩種，分別冷凝式及背壓式，背壓式所佔的空間較大，在配置時要特別注意，除汽渦輪機(turbine)配置在室內外，鍋爐如無特殊景觀問題，應盡量選用室外型以節省建築物費用。
　●廢氣處理系統
　　　有乾式、半乾式及濕式等三種，濕式所佔的面積較小，但有廢水問題，半乾式及乾式所佔的面積較大，且有固廢物處理問題，一般來說，不管何種型式，除大型焚化爐因景觀因素外，應採用戶外型，以節省建築物費用。另根據目前國內外環保法令的規章要求，目前燒煤汽電共生廢氣處理系統，以脫硝(De-NOx)系統居多，為了應付日趨嚴格之環保要求，在配置時應將脫硫(De-SOx)系統所需空間給予預留。
　●鍋爐給水系統
　　如無特殊要求，應配置於室外，以節省建築物費用。
　●汽電共生燃燒系統
　　　可分燒煤、重油或煤與重油混合，如果是燒煤系統，煤場規劃採用一半室內，一半露天以節省建築物費用，另燒煤系統，其廢氣處理系統，固廢物如煤灰較多，煤灰處理設備所佔空間必須給予考慮。
（十六）其他設施
　　其他附屬設施，如地磅、消防、環境監控、廠區排水及衛生排水….等。
　●粉體工廠地磅設置位置，應以不污染整個廠區為優先考慮，其他如卡車在廠內動線，亦應遠離工廠人員經常出入地方，如辦公大樓、中央控制室….等地方。
　●粉體工廠內附屬設施如消防系統，環境監控、廠區排水及衛生排水，在考慮配管時，地下管線應盡量放在一起，以節省地下管線開挖費用。
結　論
　總之，一個良好的粉體工廠佈置，不外由原料接收至成品裝運之全部過程中，將人員、設備、物料所需要之空間作最適切之分配；並使其作最有效的安排組合，同時兼顧技術、安全、衛生、環保及法規等考量，以期獲得最高之經濟利益。
（何先生現任中鼎工程股份有限公司管線設計部技術經理）
（蘇先生現任中鼎工程股份有限公司管線設計部設計督導）