化工厂设计和操作安全

第三章化工厂设计和操作安全第一节工厂的定位、选址和布局第二节化工工艺设计第三节化工单元区域规划第四节压力容器的设计、制造和检验第五节化工装置维护第六节公用工程设施安全一、危险和防护的一般考虑二、工厂的定位问题三、工厂选址的安全问题四、工厂布局的安全问题第一节工厂的定位、选址和布局第一节工厂的定位、选址和布局一、危险和防护的一般考虑1.典型的一级危险(一级危险，在正常条件下不会造成人身或财产的损害，只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。)有下列条件存在:(1)易燃物质；(2)热源；(3)火源；(4)富氧；(5)压缩物质；(6)毒性物质；有以下可能性:(1)人员失误；(2)机械故障；环境条件:(1)人员、物料和车辆在厂区的流动；(2)由于蒸气云降低能见度等。2.典型的二级危险(二级危险是在一级危险失去控制后发展成的，会造成人身或财产的直接损失。)①火灾；②爆炸；③游离毒性物质的释放；④跌伤；⑤倒塌；⑥碰撞。一、危险和防护的一般考虑3.防护危险的措施对于所有上述两级危险，可设置三道防护线。（1）第一道防护线：为了解决一级危险，并防止二级危险的发生。在工厂的布局和规划中可考虑，如：根据主导风的风向，把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧；为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道等。一、危险和防护的一般考虑（2）第二道防护线：当二级危险发生时，将人身和财产损失降至最小程度。在工厂的选址和规划方面可考虑：把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开；在关键部位安放灭火器材等。（3）第三道防护线：发生人身伤害事故时，提供有效的急救和医疗设施，使受到伤害的人员得到迅速救治。一、危险和防护的一般考虑3.防护危险的措施二、工厂的定位问题化工厂定位，一般遵循以下基本原则：(1)有原料、燃料供应和产品销售的良好流通条件；(2)有储运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境；(3)靠近水量充足，水质优良的水源；(4)有便利的交通条件；(5)有良好的工程地址和水文气象条件。工厂应避免定位在下列地区!(1)震断层地区和基本烈度9度以上的地震区；(2)厚度较大的III级自重湿陷性黄土地区；(3)易遭受洪水、泥石流、滑坡等危害的山区；(4)有开采价值的矿藏地区；(5)对机场、电台等使用有影响的地区；(6)国家规定的历史文物、生物保护和风景游览地区；(7)城镇等人口密集的地区。需注意的是，工厂定位除考虑以上因素外，考虑的是经济问题。二、工厂的定位问题三、工厂选址的安全问题工厂选址考虑如下方面：（1）隔开距离，把厂址选择在一个孤立地区。如果客观条件不允许可以依据主导风，把工厂置于社区的下风区。（2）工厂的高建、构筑物要留有一定的间距，防止物体砸伤行人、汽车司乘人员或临近的设施。（3）工厂产生的废液要经处理后排放。（4）工厂的出入口要格外小心，避免严重的交通事故，或车辆离开高速公路冲入工厂。（5）临近有释放毒性或易燃气体的工厂，则建在其上风侧.（6）保证有充足的水源。最好附近有河流、湖泊。（7）地形方面，厂区内不应有低洼地，否则会形成毒性或易燃蒸气或液体的积聚。四、工厂布局的安全问题工厂布局基本任务是结合厂区的内外条件确定生产过程中各种机器设备的空间位置，获得最合理的物料和人员的流动路线。化工厂布局普遍采用留有一定间距的区块化的方法。工厂厂区一般可划分为以下六个区块：(1).工艺装置区；(2).罐区；(3).公用设施区；(4).运输装卸区；(5).辅助生产区；(6).管理区。1．工艺装置区加工单元可能是工厂中最危险的区域。具体的规划方式：（1）加工单元应该离开工厂边界一定的距离，且应该是集中的分布。有助于加工单元作为危险区的识别，杜绝或减少无关车辆的通过。（2）加工单元应该置于厂区内主要的火源和人口密集区的下风区。以减少由于易燃或毒性物质释放造成的危害。四、工厂布局的安全问题（3）应注意区域不宜太拥挤，要隔开一定的距离。因为不同过程单元间可能会有交互危险性。过程单元间特别是对于各单元不是一体化过程的情形，完全有可能一个单元满负荷运转，而邻近的另一个单元正在停车大修，从而使潜在危险增加。1．工艺装置区2.罐区（1）容器能够释放出大量的毒性或易燃性的物质，需置于工厂的下风区域。（2）贮罐应该安置在工厂中的专用区域，加强其作为危险区的标识,使通过该区域的无关车辆降至最低度.（3）罐区和办公室、辅助生产区之间要保持足够的安全距离。（4）罐区和工艺装置区、公路之间要留出有效的间距.（5）罐区应设在地势比工艺装置区略低的区域，决不能设在高坡上。（6）通路问题。每一罐体至少可以在一边由通路到达，最好是可以在相反的两边由通路到达。3．公用设施区（1）公用设施区应该远离工艺装置区、罐区和其他危险区。由厂外进入厂区的公用工程干管，也不应该通过危险区，如果难以避免，则应该采取必要的保护措施。（2）工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。管线配置的一个重要特点是在一些装置中配置回路管线.回路系统的任何一点出现故障即可关闭阀门将其隔离开，并把装置与系统的其余部分接通。（3）锅炉设备和配电设备应该设置在易燃液体设备的上风区域。（5）冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施。大型冷却塔应该与居民区有较大的距离。4．运输装卸区（1）各装卸设施之间应该规划合理的交通运输路线，尽量避免原料、中间产品和成品的交叉和迂回运输。（2）在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，装卸设施应该设置在工厂的下风区域，最好是在边缘地区。（3）原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施，不得设在工艺装置区和罐区地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全距离。5.辅助生产区（1）维修车间和研究室要远离工艺装置区和罐区。（2）维修车间是重要的火源，同时人员密集，应该置于工厂的上风区域。（3）研究室与其他管理机构，直接连接是不恰当的。（4）废水处理装置是工厂各处流出的毒性或易燃物汇集的终点，应该置于工厂的下风远程区域。（5）高温煅烧炉的安全考虑呈现出矛盾。作为火源，应将其置于工厂的上风区，但是严重的操作失误会使煅烧炉喷射出相当量的易燃物，对此则应将其置于工厂的下风区。作为折中方案，可以把锻烧炉置于工厂的侧面风区域或与其他设施隔开一定的距离。6．管理区主要办事机构应该设置在工厂的边缘区域，并尽可能与工厂的危险区隔离。四、过程曲线的选择过程路线的安全评价，应该考虑过程本身是否具有潜在危险，以及为了特定目的把物料加入过程，是否会增加危险。第二节化工工艺设计三、过程物料的安全评价二、管线配置图一、工艺流程图1．有潜在危险的过程这些过程一旦失去控制就有可能造成灾难性的后果，如发生火灾、爆炸或毒性物质的释放等。有潜在危险的过程有：(1)爆炸、爆燃或强放热过程；(2)有粉尘或烟雾生成的过程；(3)在物料的爆炸范围或近区操作的过程；(4)在高温、高压或冷冻条件下操作的过程；(5)含有易燃物料的过程；(6)含有不稳定化合物的过程；(7)含有高毒性物料的过程；(8)有大量贮存压力负荷能的过程。四、过程曲线的选择2．反应过程的安全分析化学反应过程有较多的危险性。充分评估反应过程的危险性，有助于改善过程的安全。(1)对潜在的不稳定的反应和副反应，如自燃或聚合等进行考察，考虑改变反应物的相对浓度或其他操作条件是否会使反应的危险程度减小。(2)考虑较差混合、操作故障、设计失误、发生不需要的副反应、反应器失控、结垢等引起的危险。四、过程曲线的选择(3)评价副反应是否生成毒性或爆炸性物质，是否会有危险垢层形成。(4)考察物料是否吸收空气中的水分变潮，表面粘附形成毒性或腐蚀性液体或气体。(5)确定所有杂质对化学反应和过程混合物性质的影响。(6)确保结构材料彼此相容并与过程物料相容。(7)考虑过程中危险物质的积累，如可燃物、毒性中间体。(8)考虑催化剂行为的各个方面，如老化、中毒、粉碎、活化、再生等。2．反应过程的安全分析3．有潜在危险的操作常见的有潜在危险的操作：(1)易燃或毒性液体或气体的蒸发和扩散；(2)可燃或毒性固体的粉碎和分散；(3)易燃物质或强氧化剂的雾化；(4)易燃物质和强氧化剂的混合；(5)危险化学品与惰性组分或稀释剂的分离；(6)不稳定液体的温度或压力的升高。4．间歇过程和连续过程比较四、过程曲线的选择•一压力容器概述•二压力容器设计•三压力容器制造和安装•四压力容器定期检验•五压力容器安全附件第四节压力容器的设计、制造和检验四压力容器定期检验定期检验分为外部、内部和全面检验三种。1.检验周期（常规1-3-6和非常规）2.检验内容3.压力试验五压力容器安全附件1.安全阀2.爆破片3.压力表4.液位计5.泄压装置精度等级低压中压高压不低于2.5级不低于1.5级不低于1级表盘外观：不得小于100mm。量程：最佳量程为最高工作压力的2倍！一般应在1.5~3倍为宜。第五节化工装置维护一、化工维护的必要性1.由于其中的物料和使用设备的特点所决定。流体及固体的输送，需要应用许多管线、传送设备和其他物料加工设施及罐等封闭容器。2.过程的性质所决定。化学工业中的一些问题，如高腐蚀速率、易燃液体、毒性或有害物料是典型的、特有的。3.操作情况所决定。许多严重的伤亡事故都与失误有关。例如，管路错连使不恰当物料误加至反应器引起火灾、爆炸或毒性气体的释放。二、化工安全检修的分类和特点1.化工安全检修的分类根据化工生产中机械设备的实际运转和使用情况，分为计划检修和计划外检修。（1）计划检修：企业根据设备管理、使用经验和生产规律，对设备进行有组织、有准备、有安排、按计划进行的检修。根据检修的内容、周期和要求不同，计划检修又可分为小修、中修和大修。（2）计划外检修：在生产过程运行中机械设备突然发生效障或事故，必须进行不停工或临时停工的检修。计划外检修事先难以预料，无法计划安排。2.化工安全检修的特点二、化工安全检修的分类和特点具有频繁、复杂、危险性大等特点。（1）频繁：化工生产具有高温、高压、腐蚀性强的特点，故化工设备及其管道、阀门等附件在运行中腐蚀、磨损严重。除了计划小修、中修和大修外,计划外小修和抢修作业也极为频繁。（2）复杂：由于设备种类繁多，形式多样，检修作业大都在现场，环境复杂，露天布置设备的检修作业还受天气条件的限制，加之临时人员进入检修现场的机会多。这一切部说明了化工检修的复杂性。（3）危险性大:化工设备和管道中大多残存有易燃易爆有毒的物质，而化工检修又离不开动火、登高、起重吊运、进罐人塔等作业，故客观上具备了发生火灾、爆炸、中毒、摔伤、砸伤、化学灼伤等事故的条件。2.化工安全检修的特点二、化工安全检修的分类和特点尤其是检修管理环节薄弱、检修安全制度不完善、安全措施不落实、秩序混乱、违章指挥和违章作业，更是发生事故的重要因素。三、非常规运行和有关作业的检修安全1.停车和开车（1）停车检修的准备•组织准备必须集中指挥、统筹安排、统一调度.•技术准备包括施工项目、内容的审定；施工方案和停、开车方案的制定；计划进度的制定；施工图表的绘制；施工部门和施工任务以及施工安全措施的落实等。•材料准备根据检修项目、内容和要求，准备好检修所需的材料、附件和设备，井严格检查是否合格。•安全用具准备1.停车和开车（2）停车检修前的安全处理运行中的设备、带有压力或盛有物料时不能检修，必须经过安全处理，解除危险因素后，才能检修。通常的处理措施和步骤如下：①泄压泄压操作应缓慢进行，在压力未泄尽排空前，不得拆动设备。②排放在排放残留物料时，不能使易燃、易爆、有毒、有腐蚀性购物料任意排入下水道或排放到地面上，以免发生事故或造成污染。③降温降温的速度应按工艺要求的速率进行，要缓慢，以防设备变形、损坏等事故发生，不能用冷水等直接降温，以强制通风、自然降温为宜。④置换和中和为保证检修动火和罐内作业的安全，设备检修前内部的易燃、易爆、有毒气体应进行置换，酸、碱等腐蚀性液体应进行中和处理。置换通常是指用水、蒸汽、惰性气体将设备、管道里的易燃易爆或有毒气体彻底置换出来的方法，置换一定要彻底，置换后必须经分析合格后才能作业。⑤吹扫对可能积附易燃易爆、有毒介质残留物、油垢或沉淀物的设备，用置换方法一