化工过程安全

第2章化工过程安全原理2.1化工工艺过程表述2.2两类危险源理论及流变——突变理论2.3化工物料危险特性及危险能量2.4化工过程装置失效分析2.5化工过程事故机理化工工艺图2.1化工过程表述化工工艺图•化工工艺图包括:工艺流程图、设备布置图和管路布置图。•工艺流程图是用于表达生产过程中物料的流动次序和生产操作顺序的图样。•化工工艺流程图是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。通过图解的方式体现出如何由原料变成化工产品的全部过程。化工工艺流程图的设计过程可以分为如下三个阶段：①生产工艺流程示意图；②生产工艺流程草图；③生产工艺流程图。•工艺流程图的分类•较规范的工艺图流程图一般有以下3种。•一、总工艺流程图•也称全厂物料平衡图，用于表达全厂各生产单位（车间或工段）之间主要物流的流动路线及物料衡算结果。•二、物料流程图•也称方案流程图，是在总工艺流程图的基础上，分别表达各车间内部工艺物料流程的图样。•三、带控制点工艺流程图（PID图）•也称生产控制流程图或施工工艺流程图，它是以物料流程图为依据，内容较为详细的一种工艺流程图，见图12-10。•工艺流程图的绘制要求•工艺流程图以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物量和能量的变化过程。•工艺流程图一般分三个阶段进行绘制，即：生产工艺流程草图的绘制、物料流程图的绘制、带控制点的工艺流程图的绘制。•一、生产工艺流程草图•生产方法确定后，可进行生产工艺流程草图的绘制，绘制依据是可行性研究报告中提出的工艺路线，绘制主要精力用在工艺技术问题上，它只是定性地标出由原料转变为产品的变化、流向顺序以及采用的各种化工过程及设备，生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、标题栏三部分组成．其中物料流程包括如下。•①设备示意图•可按设备大致几何形状画出(或用方块图表示)，设备位置的相对高低不要求准确，但要标出设备名称及位号。•②物流管线及流向箭头•包括全部物料管线和部分辅助管线，如：水、气、压缩空气冷冻盐水，真空等。•③必要的文字注释，包括设备名称、物料名称、物料流向等。图例只要标出管线图例，阀门、仪表等不必标出，标题栏包括图名、图号、设计阶段等内容。全图采用由左至右展开式绘制，先物料流程，再图例，最后设备一览表。设备一览表一般在图例下面。所用线条遵循设备轮廓线用细实线、物料管线用粗实线、辅助管线用中实线的基本原则，绘制技术不要求十分精确。•二、物料流程图•物料流程图是在生产工艺流程草图的基础上，完成物料衡算和热量衡算后绘制的流程图。它是一种以图形与表格相结合的形式反映设计计算某些结果图样；它既可用作提供审查的资料，又可作为进一步设计的依据。物料流程图一般包括下列内容：物料流程图例图•12-12生产工艺流程草图布局情况图•12-13物料列表说明示意图•①图形•包括设备示意图形、各种仪表示意图形及各种管线示意图形。•②标注内容•主要标注设备的位号、名称及特性数据，如流程中物料的组分、流量等。•③标题栏•包括图名，图号、设计阶段等。•图样采用展开式，按工艺流程的次序从左至右绘出一系列图形，并配以物料流程线和必要的标注，物料流程图一般以车间为单位进行绘制。通常用加长A2或A3幅面的长边而得，图面过长也可分张绘制。图中一般只画出工艺物料的流程，物料线用粗实线，流动方向在流程线上以箭头表示。•三、带控制点的工艺流程图•带控制点的工艺流程图一般分为初步设计阶段的带控制点工艺流程图和施工设计阶段带控制点的工艺流程图，而施工设计阶段带控制点的工艺流程图也称管道及仪表流程图(PID图)。初步设计阶段带控制点的工艺流程图是在物料流程图、设备设计计算及控制方案确定完成之后进行的，所绘制的图样往往只对过程中的主要和关键设备进行稍为详细的设计，次要设备及仪表控制点等考虑得比较粗略。•3工艺流程图绘制内容及表示方法•一、流程图的设计及绘制内容①图形•将全部工艺设备按简单形式展开在同一平面上，再配以连接的主、辅管线及管件，阀门、仪表控制点等符号。•②标注•主要注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸数据等。•③图例•为代号、符号及其他标注说明。•④标题栏•注写图名、图号、设计阶段等。一）设备的表示方法•1、在流程图上化工设备按大致比例用细实线绘制．要求画出能显示形状特征的主要轮廓，有时也画出显示工艺特征的内部示意结构，也可将设备画成剖视形式表示，设备的传动装置也应简单示意出。设备示意画法见图12-14。•2、对安装高度有要求的设备须标出设备要求的最低标高。塔和立式器，须标明自地面到塔和容器下切线的实际距离或标高，卧式容器应标明容器底部到地面的实际距离或标高。•3、工艺流程图中一般应绘出全部工艺设备及附件，两组或两组以上相同系统或设备，可只绘出—组设备，并用细实线框定，其它几组以细双点划线方框表示，方框内标注设备位号和名称。•4、流程图上的设备必须标注设备位号和名称，其它所有图纸和表格上的设备位号和名称必须与流程图保持—致。设备位号—般标注在两个地方。第一是在图的上方或下方，要求排列整齐，并尽可能正对设备，在位号线的下方标注设备名称；第二是在设备内或其近旁，此处仅注位号，不注名称。当几个设备或机器为垂直排列时，它们的位号和名称可以由上而下按顺序标注，也可水平标注。）工艺设备位号的编法：每个工艺设备均应编一个位号，在流程图、设备布置图和管道布置图上标注位号时，应在位号下方画一条粗实线，图线宽度为0.9~1.2mm，位号的组成如图所示。•主项代号一般用两位数字组成，前一位数字表示装置(或车间)代号。后一位数字表示主项代号，在一般工程设计中，只用主项代号即可。装置或车间代号和主项代号由设计总负责人在开工报告中给定；设备顺序号用两位数字01、02…、10、11…表示；相同设备的尾号用于区别同一位号的相同设备，用英文字母A、B、C、……尾号表示。常用的设备分类代号见表12-1，一般用设备英文名称的首字母作代号。•5、对于需隔热的设备和机器要，在其相应部位面出一段隔热层图例．必要时注出其隔热等级；有伴热者也要在相应部位画出—段伴热管，必要时可注出伴热类型和介质代号，如下图所示。••二）管道的表示方法①一般应画出所有工艺材料和辅助物料的管道，当辅助管道比较简单时，可将总管绘制在流程图的上方，向下引支管至有关设备。当辅助管道系统比较复杂时，需另绘制辅助管道系统图予以补充。②主工艺物料管道用粗实线绘制，辅助管线用中实线绘制，仪表及信号传输管线用细实线或细虚线绘制。管道图例•及图线宽按HG20519.28——92标准规定，见表12-2。•③管线排布应做到横平竖直，尽量避免穿过设备或交叉，必须交叉时，一般采用横断竖不断的画法，也可竖断，管道转弯应画成直角，如图12-15所示。管道上的放空口、排液管、取样口、液封管等应全部画出。若管道与其它图纸有关时，应将管道画到近图框线左方或右方，用空心箭头表示物料出（或入）方向，空心箭头画法如图12-16所示，箭头为粗实线，箭头内写连接的图纸图号，箭头附近注明来（或去）的设备位号或管道号，见图12-17。•④工艺管道用管道组合号标注，管道组合号由四部分组成，即管道号(或管段号，由三个单元组成)、管径、管道等级和隔热或隔声。•管道压力等级代号具体含义参见表8-3；第二部分为顺序号，用阿拉伯数字表示，由1开始；第三部分为管道材质类别，用大写英文字母表示，其含义如下：A—铸铁；B—碳钢；C—普通低合金钢；D—合金钢；E—不锈钢；F—有色金属；G—非金属；H—衬里及内防腐。•三）阀门与管件的表示方法•在管道上用细实线画出全部阀门和各种管路附件（化工部HG20519.32——92），如补偿器，软管、永久(临时)过滤器、盲板、疏水器、视镜、阻火器、异径接头、下水漏斗及非标准管件等都要在图上表示出来，并用图例示出阀门的形状。工艺流程图中竖管上阀门的高低位置应大致符合实际高度，当阀门的压力等级与管道的压力等级不一致时，要标注清楚，如果压力等级相同，但法兰面的形式不同，也要标明，以免安装设计时配错法兰，导致无法安装，见表12-6。•四）仪表控制及分析取样点表示方法•工艺流程图中应给出和标注全部与工艺有关的检测仪表、调节控制系统、分析取样点和取样阀。其符号、代号规定见表12-7。仪表控制点的符号图形一般用细实线绘制，常见的符号图形见表12-8。各种执行机构和调节阀的符号也用细实线绘制，具体表示方法见图12-20和图12-21。2.2两类危险源理论（1）第一类危险源•根据能量意外释放论，事故是能量或危险物质的意外释放，作用于人体的过量的能量或干扰人体与外界能量交换的危险物质是造成人员伤害的直接原因。系统中存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质称作第一类危险源。•一般地，能量被解释为物体做功的本领。做功的本领是无形的，只有在做功时才显现出来。因此，实际工作中往往把产生能量的能量源或拥有能量的能量载体作为第一类危险源来处理。（2）第二类危险源在生产中，为了利用能量，让能量按照人们的意图在系统中流动、转换和做功，必须采取措施约束、限制能量，即必须控制危险源。约束、限制能量的屏蔽应该可靠地控制能量，防止能量意外释放。实际上，绝对可靠的控制措施并不存在，在许多因素的复杂作用下约束、限制能量的控制措施可能失效，能量屏蔽可能被破坏而发生事故。导致约束、限制能量措施失效或破坏的各种不安全因素称作第二类危险源。•根源危险源，即能量物质或载体，第一类危险源；•状态对象的危险源，即指使能量物质或载体的约束、限制措施失效、破坏的原因因素，第二类危险源。两类危险源的关系•事故的发生是两类危险源共同作用的结果。•根源危险源的存在是事故发生的前提；状态危险源的出现是根源危险源导致事故的必要条件。•在事故发生、发展过程中，两类危险源相互依存，相辅相成。根源危险源在事故发生时释放出的能量是导致人员伤害的能量主体，决定事故后果的严重程度，根源危险源具有的能量越多，一旦发生事故，其后果越严重。状态危险源往往是一些围绕根源危险源随机发生的现象，它们出现的难易决定事故发生的可能性大小。两类危险源共同决定危险源的风险程度。两类危险源危险性评价•第一类危险源的危险性评价：（1）能量或危险物质的量•第一类危险源导致事故的后果严重程度，主要取决于事故时意外释放的能量或危险物质的多少。一般地，第一类危险源拥有的能量或危险物质越多，则事故时可能意外释放的量也多。两类危险源危险性评价（2）能量或危险物质意外释放的强度•能量或危险物质意外释放的强度是指事故发生时单位时间内释放的能量。在意外释放的能量或危险物质的总量相同的情况下，释放强度越大，能量或危险物质对人员或物体的作用越强烈，造成的后果越严重。（3）能量的种类和危险物质的危险性质•不同种类的能量造成人员伤害、财物破坏的机理不同，其后果也很不相同。危险物质的危险性主要取决于自身的物理、化学性质。（4）意外释放的能量或危险物质的影响范围•事故发生时意外释放的能量或危险物质的影响范围越大，可能遭受其作用的人或物越多，事故造成的损失越大。例如，有毒有害气体泄漏时可能影响到下风侧的很大范围。两类危险源危险性评价•第二类危险源的危险性评价：（约束的失效）（1）人（2）机（3）环•(1)对照法。与有关的标准、规范、规程或经验相对照来辨识危险源。•(2)系统安全分析。系统安全分析是从安全角度进行的系统分析，通过揭示系统中可能导致系统故障或事故的各种因素及其相互关联来辨识系统中的危险源。系统安全分析方法经常被用来辨识可能带来严重事故后果的危险源，也可用于辨识没有事故经验的系统的危险源。系统越复杂，越需要利用系统安全分析方法来辨识危险源。危险源与事故危险物性及能量装置的失效研究事故机理研究应急救援研究流变—突变理论•事物发展过程一般符合“R-M”规律。1）当某一新事物诞生后的初期(OA阶段)，损伤量随时间呈减速递增，新秩序在此期间逐渐形成和完善。2）当新秩序发展到成熟阶段时(AB阶段)，完善的新秩序使损伤量匀速缓慢增加。流变—突变理论3）经过一个稳定增加的时期后，原