第三章化工厂的设计和操作安全2

1化工安全工程主讲：洪景萍Tel:13554398647Email:[e-mail]教材：化工安全工程概论，许文、张毅民主编，化学工业出版社中南民族大学化工系2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3一、危险和防护的一般考虑在工厂的定位、选址和布局中，会有各式各样的危险。为便于讨论，可以把它们划分为潜在的和直接的两种类型。前者称为一级危险，后者称为二级危险。对于一级危险，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。典型的一级危险有：①有易燃物质存在；②有热源存在；③有火源存在；④有富氧存在；⑤有压缩物质存在；⑥有毒性物质存在；⑦人员失误的可能性；⑧机械故障的可能性；⑨人员、物料和车辆在厂区的流动；⑩由于蒸气云降低能见度等。第一节工厂的定位、选址和布局4一级危险失去控制就会发展成为二级危险，造成对人身或财产的直接损害。二级危险为：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。对于所有上述两级危险，可以设置三道防护线。第一道防护线是为了解决一级危险，并防止二级危险的发生。第一道防护线的成功主要取决于所使用设备的精细制造工艺，如无破损、无泄漏等。在工厂的布局和规划中也有有助于构筑第一道防护线的内容，如：(1)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；(2)为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道。5尽管做出以上努力，但仍时有二级危险例如火灾发生。对于二级危险，为了把生命和财产的损失降至最小程度，需要实施第二道防护线，在工厂的选址和规划方面采取一些步骤，如：(1)把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开（实验室气瓶）；(2)在关键部位安放灭火器材（不仅要有、还要会用）。不管预防措施如何完善，但仍时有人身伤害事故发生。第三道防护线是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。最后一道防护线的意义是迅速救治未能防止住的伤害。考虑完成上述防护线的工具和方法，其中一些自然界可以提供，一些则只能由人给出。6让我们先讨论自然的方法。地形是规划安全时可以利用的一个因素。巨大水量的水源灭火时极为重要，水供应得充足与否往往决定着灭火的成败。主导风方向是另一个重要的自然因素。超出自然方法之外，人工智能也可以提供一些强化安全的要素，隔开距离就是这样的一种要素。7两种经常结合应用的方法是危险的集中和危险的标识。考虑压力贮存容器的定位，最好是把这类装置隔离在工厂的一个特定区域内，使得危险集中易于确定危险区的界限。好处：首先是使值班人以外的人员都远离危险区；其次是必须工作在或必须通过危险区的人员完全熟悉存在的危险情况，可以相对安全。坏处：一个容器起火或爆炸有可能波及相邻的容器，造成更大的损失。经验：集中的危险会受到更密切的关注，有可能会减少事故，把危险分散至全厂而不为人所注意会更具危险。作为安全工具，可以设计和配置一些物理设施，如救火水系统、安全喷射器、急救站等，以备对付危险之用。8二、工厂的定位问题考虑工厂定位，我们面对的是一个计划中的工厂和一个现实的环境解决的问题是把工厂建于何处。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的流通条件；2)有贮运、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)有良好的工程地质和水文气象条件。9工厂应避免定位在下列地区：(1)发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、生物保护和风景区；(7)城镇等人口密集的地区。10三、工厂选址的安全问题工厂选址仍然是一种工厂相对于其环境的定位问题。化工厂对其所在的社区可能会有多种危险，如：从工厂飘逸出的有毒或有害气体会进入居民区或其他人口稠密的地区；易燃气体会飘过如其他工厂的煅烧炉之类的火源；冷却塔的烟雾会飘过交通繁忙的高速公路或道路等等。隔开距离，把厂址选择在一个孤立地区可以解决上述问题。如果客观条件不允许实现以上举措，可以依据主导风，把工厂置于社区的下风区域。虽然风并不总是沿着主导的方向吹，但这至少可以部分改善上述危险产生的困扰。11工厂高构筑物可能的坍塌是对社区的另一种潜在的危险。在许多城市，建筑法规要求，高建筑物或构筑物都要留有一定的间距，防止落体砸伤行人、汽车司乘人员或砸坏邻近的设施。2009-06-03日本东京板桥区一栋公寓施工现场发生起重机倒塌事故，造成2人受伤，其中1名重伤。12工厂会产生需要排除的废液。应该确保预期的排污方法不会污染社区的饮用水。特别是对于渔业，对海洋生物的毒性作用会成为严重问题。可能含有爆炸混合物的日常排污管道务必不可穿越公共的或私人的地界。对工厂的主要进出口点要格外小心。上下班时进出厂的交通车量剧增，如果不适当安排或疏散，会引起严重的交通事故。如果工厂邻近高速公路，会有车辆离开公路冲入工厂的危险。（学校、工厂）13毗邻的工厂可能会释放出毒性或易燃气体飘入工厂，引起人员中毒或由于火花或加热面而起火。在这种情况下，如果可能，最好是把工厂建于上风区，或是隔开一定的距离。充足的水源会增强灭火能力。地形也是一个要考虑的因素。社区对工厂及其工作人员可能会构成某些确定的危险，即使没有危险，也可能不具有强化工厂安全所必要的设施。从这个意义上讲，工厂选址在一个孤立地区有利于工厂安全。14四、工厂布局的安全问题工厂布局也是一种工厂内部组件之间相对位置的定位问题，其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。为保障安全，在总平面布置中应遵循以下原则：1．从全面出发合理布局，正确处理生产与安全、局部与整体、重点和一般、近期与远期的关系，把生产、安全、卫生、适用、技术、先进、经济合理和尽可能的美观等因素作出统筹安排。2．总平面布置应符合防火、防爆的基本要求，体现以防为主、以消为辅的方针，并有疏散和灭火的设施。（防火分隔、防烟分区）153．应满足安全、防火、卫生等设计规范、规定和标准的要求，合理布置间距、朝向及方位。4．合理布置交通运输和管网线路及进行绿化布置和环境保护。5．合理考虑发展和改建、扩建的要求。（学校卖地）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：工艺装置区；罐区；运输装卸区（原料库、成品库、装卸站）；辅助生产区（配电室、化验室、维修车间、研究室）；公用设施区（宿舍、医院）；管理区（办公楼）。161．工艺装置区加工单元可能是工厂中最危险的区域。首先应该汇集这个区域的一级危险，找出毒性成易燃物质、高温、高压、火源等，机械设备多，易发故障；有利之处是通常过程单元人员较少。加工单元应该离开工厂边界一定的距离，应该是集中而不是分散的分布。17在化学工业中，过程单元间的间距仍然是安全评价的重要内容。对于过程单元本身的安全评价，比较重要的因素有：①操作温度（10℃、1000℃）；②操作压力（100Pa、100MPa）；③单元中物料的类型（H2＞CH4（爆炸极限5－15％）＞NH3）；④单元中物料的量（H2（4.1－75％））；⑤单元中设备的类型；⑥单元的相对投资额；⑦救火或其他紧急操作需要的空间。182．罐区贮存容器，比如贮罐，是需要特别重视的装置。每个这样的容器都是巨大的能量或毒性物质的贮存器。在人员、操作单元和贮罐之间保持尽可能远的距离是明智的。罐区的布局有以下三个基本问题：(1)罐与罐之间的间距；(2)罐与其他装置的间距；(3)设置拦液堤所需要的面积。19与以上三个问题有密切关系的是贮罐的两个重要的危险，一个是罐壳可能破裂，很快释放出全部内容物；另一个是当含有水层的贮罐加热高过水的沸点时会引起物料过沸。实际空间方面，化学工业还没有具体的依据。罐区设计应考虑：1）和办公室、辅助生产区要保持足够的安全距离。（蔓延）2）和工艺装置区、公路之间要留出有效的间距。（被波及）3）设在比工艺装置区略低的区域（高坡度，势能大）。4）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。（方便救灾、疏散）203．公用设施区应远离工艺装置区、罐区和其他危险区，以保证水、电、汽等的正常供应。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。要做到这一点，就必须保证这些装置至少能从两个方向接近工厂的关节点。为了加强安全，特别是在紧急情况下，这些装置的管线对于如消防用水、电力或加热用蒸汽等的传输必须是回路的。21锅炉设备和配电设备可能会成为引火源，应该设置在易燃液体设备的上风区域。锅炉房和泵站应该设置在工厂中其他设施的火灾或爆炸不会危及的地区。管线在道路上方穿过要引起特别注意。高架的间隙应留有如起重机等重型设备的方便通路，减少碰撞的危险。最后，管路一定不能穿过围堰区，围堰区的火灾有可能毁坏管路。冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线，冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施。大型冷却塔会产生很大噪声，应该与居民区有较大的距离。224．运输装卸区良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把铁路支线规划在工厂边缘地区解决这个问题。对于罐车和罐车的装卸设施常做类似的考虑。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。原料库、成品库和装卸站等机动车辆进出频繁的设施，不得设在必须通过工艺装置区和罐区的地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全距离。235．辅助生产区维修车间和研究室要远离工艺装置区和罐区。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。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，可以把煅烧炉置于工厂的侧面风区域。与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。246．管理区出于安全考虑，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。这样做有以下理由：首先，销售和供应人员以及必须到工厂办理业务的其他人员，没有必要进入厂区。其次，办公室人员的密度在全厂可能是最大的，把这些人员和危险分开会改善工厂的安全状况。25在工厂布局中，并不总是有理想的平地，有时工厂不得不建在丘陵地区。有几点值得注意：液体或蒸气易燃物的源头从火险考虑不应设置在坡上；低洼地有可能注水，锅炉房、变电站、泵站等应该设置在高地，在紧急状态下，如泛洪期，这些装置连续运转是必不可少的；贮罐在洪水中易受损坏，空罐在很低水位中就能漂浮，从而使罐的连接管线断裂，造成大量泄漏，进一步加重危机。甚至需要考虑设置物理屏障系统，阻止液体流动或火险从一个厂区扩散至另一个厂区。26第二节化工工艺设计一、工艺流程图也称带控制点流程图，图样以管道流程和仪表控制点为重点绘制而成：设备以细线绘制，必要时增画部分内件示意结构和基础，设备大小和相对高度大致按比例；主要管道以粗线全部画出，次要管道以中粗线画出与设备连接的一小段。管线需标注物料代号、管径、壁厚、保温等级、管道编号等；阀门、管件、仪表控制点用细线在管道和设备的相应部位按规定画出，并列图例表于图样右侧。27在设计程序中，凭借文献、实验室实验和中试工厂模试的有关资料进行设计是惯常的做法。从放大设计到满负荷的工厂，工艺设计者需要考虑已经研讨过的工艺过程和操作中的许多放大问题：(1)工业原料和不太纯的化学品的应用；(