化工操作原理与安全

第六章化工操作原理与安全内容提要：主要介绍生产岗位安全操作的基本概念，包括典型化工单元操作过程安全技术、化工生产岗位安全操作规程；介绍开车安全操作及管理，包括装置开车前安全检查、装置开车；介绍停车安全操作及管理，包括停工条件检查确认、装置停车安全措施、吹扫与置换、抽加盲板；介绍化工装置维护与管理，包括化工维护的必要性、预防维护、非常规运行和有关作业的维护、设备的维护。基本要求：（1）掌握典型化工单元操作过程安全技术,熟悉化工生产岗位安全操作规程；（2）了解开车安全操作及管理；（3）了解停车安全操作及管理；（4）了解化工装置维护与管理。化工单元操作整个化工生产中普遍采用的、遵循共同的操作原理，所用设备相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作，称为“化工单元操作”。如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附以及干燥等。6.1生产岗位安全操作6.1.1典型化工单元操作过程安全技术筛分及分离筛分分为人工筛分和机械筛分。通过筛网孔眼控制物料的粒度。非均相分离过程是物质的净化过程及浓缩分离过程。常见的有沉降分离、过滤分离、静电分离和湿洗分离等，此外，还有音波除尘和热除尘等方法。筛分过程的危险控制要点在筛分可燃物时，应采取防碰撞打火和消除静电措施，防止因碰撞和静电引起粉尘爆炸和火灾事故。过滤分离过程安全措施：若过滤时能散发易燃、易爆、有害气体，则应采用密闭过滤机。并用惰性气体保持压力，取滤渣时，应先释放压力。在存在火灾、爆炸危险的工艺中，应采用转鼓式或带式等真空过滤机。加热及传热：加热的方法一般有直接火加热、蒸气或热水加热、载体加热以及电加热等。直接火加热的危险性：温度不容易控制，可能造成局部过热烧坏设备；加热不均匀容易造成液体蒸汽的燃烧爆炸。直接火加热的安全要点：采取隔离措施，不使厂房内存在明火；加热锅内残渣应经常清除；加热锅的烟囱、烟道等灼热部位应经常维修；漏料要及时转移；使用煤粉作为燃料时，在制粉系统上要安装爆破片；使用液体或气体作燃料时，点火前应吹扫炉膛，以免积存爆炸性混合气体。水蒸气、热水加热的危险性：利用水蒸汽、热水加热相对较安全，主要危险在于设备或管道超压爆炸，升温过快引发事故。水蒸气、热水加热的安全要点：定期检查蒸汽夹套和管道的耐压强度；严密监视设备的压力变化；保持适当的升温速度；高温水蒸气加热的设备要注意保温。载体加热的危险性：主要在于载体物质本身的危险性。载体加热的安全要点：油类作载体：油循环系统要严格封闭；二苯混合物作载体：不得混入低沸点杂质(如水等)，也不得混入易燃易爆杂质；无机物作载体：易燃易爆物混入的爆炸危险；金属蒸汽对人体的伤害。电加热的危险性：主要危险是电炉丝绝缘受到破坏，受潮后短路以及接点不良而产生电火花电弧，电线发热等引燃物料；物料过热分解爆炸。电加热的安全要点：电炉加热易燃物料时，应采用封闭式电炉；用电感加热时，应保证设备的安全可靠程度；注意被加热物料的危险特性；加强通风以防止形成爆炸性混合物。蒸馏蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。蒸馏的安全要点：蒸馏涉及到加热、冷凝、冷却等单元操作，是一个比较复杂的过程，危险性大。蒸馏过程的主要危险有：易燃液体蒸汽与空气形成爆炸混合物；塔釜复杂的残留物在高温下发生热分解、自聚及自燃；不稳定杂质分解爆炸；低沸点杂质瞬间产生大量蒸汽发生爆炸；腐蚀泄漏发生火灾；物料堵塞引起超压爆炸；温度控制不当引起液泛、冲料、超压、自燃及淹塔的危险；加料量控制不当，有沸溢的危险；回流量控制不当，使蒸馏温度发生异常。蒸发蒸发是借加热作用使溶液中所含溶剂不断气化，以提高溶液中溶质的浓度，或使溶质析出的物理过程。例如，氯碱工业中的碱液提浓、海水的淡化等。蒸发过程的实质就是一个传热过程。蒸发按其操作压力不同可分为常压、加压和减压蒸发。蒸发的安全要点凡蒸发的溶液皆具有一定的特性。如溶质在浓缩过程中可能有结晶、沉淀和污垢生成，这些都能导致传热效率的降低，并产生局部过热，促使物料分解、燃烧和爆炸，因此要控制蒸发温度；对热敏性物料必须考虑温度控制。为防止热敏性物质的分解，可采用真空蒸发的方法，降低蒸发温度，或采用高效蒸发器，增加蒸发面积，减少停留时间；溶液蒸发产生结晶和沉淀，针对这些物质的稳定性，必须严格控制蒸发温度。干燥干燥是利用热能使固体物料中的水分(或溶剂)除去的单元操作。干燥的热源有热空气、过热蒸汽、烟道气和明火等。干燥所用的介质有空气、烟道气、氮气或其它惰性气体。干燥的安全要点易燃易爆物料干燥时，采用真空干燥比较安全；易燃易爆及热敏性物料的干燥要严格控制温度及时间；正压操作的干燥器应密闭良好；干燥前必须彻底清除物料中含有的杂质；在操作洞道式、滚筒式干燥器时，须防止机械伤害；在气流干燥中，应严格控制干燥气流风速。结晶结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、溶液或熔融物中析出的过程。结晶是一个重要的化工单元操作，主要用于制备产品与中间产品、获得高纯度的纯净固体物料。当结晶设备内存在易燃液体蒸气和空气的爆炸性混合物时，要防止产生静电，避免火灾和爆炸事故的发生。避免搅拌轴的填料函漏油，因为填料函中的油漏入反应器会发生危险。例如硝化反应时，反应器内有浓硝酸，如有润滑油漏入，则油在浓硝酸的作用下氧化发热，使反应物料温度升高，可能发生冲料和燃烧爆炸。当反应器内有强氧化剂存在时，也有类似危险。对于危险易燃物料不得中途停止搅拌。因为搅拌停止时，物料不能充分混匀，反应不良，且大量积聚；而当搅拌恢复时，则大量未反应的物料迅速混合，反应剧烈，往往造成冲料，有燃烧、爆炸危险。如因故障而导致搅拌停止时，应立即停止加料，迅速冷却；恢复搅拌时，必须待温度平稳、反应正常后方可续加料，恢复正常操作。萃取萃取时溶剂的选择是萃取操作的关键，萃取剂的性质决定了萃取过程的危险性大小和特点。萃取剂的选择性、物理性质(密度、界面张力、黏度)、化学性质(稳定性、热稳定性和抗氧化稳定性)、萃取剂回收的难易和萃取的安全问题(毒性、易燃性、易爆性)是选择萃取剂时需要特别考虑的问题。工业生产中所采用的萃取流程有多种，主要有单级和多级之分。萃取设备的主要性能是能为两液相提供充分混合与充分分离的条件，使两液相之间具有很大的接触面积，这种界面通常是将一种液相分散在另一种液相中所形成，两相流体在萃取设备内以逆流流动方式进行操作。萃取的设备有填料萃取塔、筛板萃取塔、转盘萃取塔、往复振动筛板塔和脉冲萃取塔。制冷冷却、冷凝的安全要点正确选用冷却剂和冷却设备；冷却设备的密闭性要求；冷却操作时，冷却介质不能中断，否则会造成积热，系统温度、压力骤增，引起爆炸；开车时，应先通冷却介质；停车时，应先停物料，后停冷却系统；有些凝固点较高的物料，遇冷易变得黏稠或凝固，在冷却时要注意控制温度，防止物料卡住搅拌器或堵塞设备及管道；不凝缩可燃气体排空时，要充惰性气体保护；检修设备必须彻底清洗、置换。冷冻操作安全要点注意冷冻剂的危险:氨、氟里昂、乙烯、丙烯的危险特性；对于制冷系统的压缩机、冷凝器、蒸发器以及管路系统，应注意耐压等级和气密性，防止设备、管路产生裂纹、泄漏。此外，应加强压力表、安全阀等的检查和维护。对于低温部分，应注意其低温材质的选择，防止低温脆裂发生。当制冷系统发生事故或紧急停车时，应注意被冷冻物料的排空处置。对于氨压缩机，应采用不发火花的电气设备；压缩机应选用低温下不冻结且不与制冷剂发生化学反应的润滑油，且油分离器应设于室外。注意冷载体盐水系统的防腐蚀。熔融熔融是将固体物料通过加热使其熔化为液态的操作熔融安全要点从安全技术角度出发，熔融的主要危险在于熔融物料的危险性、熔融时的粘稠程度、中间副产物的生成、熔融设备、加热方式等方面。避免物料熔融时对人体的伤害；注意熔融物中杂质的危害；降低物质的粘稠程度；防止溢料事故；选择适宜加热方式和加热温度；避免熔融设备事故；注意熔融过程的搅拌。物料输送固体物料输送安全注意事项防止人身伤害事故：在输送设备的日常维护中，润滑、加油和清扫工作是操作者致伤的主要机会；特别关注设备对操作者严重危险的部位，如皮带同皮带轮接触的部位；注意链斗输送机下料器的摇把反转伤人；不得随意拆卸设备突起部位的防护罩，避免设备高速运转时突起部位将人刮到。防止设备事故：防止皮带运行过程中，因高温物料烧坏皮带；严密注意齿轮负荷的均匀，物料的粒度以及混入其中的杂物，防止因为卡料，拉断链条，甚至拉毁整个输送设备的机架；防止链斗输送机下料器下料过多，料面过高造成链带拉断。气力输送系统的安全注意事项气流输送系统除本身会产生故障之外，最大的问题是系统的堵塞和由静电引起的粉尘爆炸。粉料气流输送系统应保持良好的严密性。其管道材料应选择导电性材料并有良好的接地，如采用绝缘材料管道，则管外应采取接地措施。输送速度不应超过该物料允许的流速，粉料不要堆积管内，要及时清理管壁。输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采用氮、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸。液态物料输送液态物料可借其位能沿管道向低处输送。而将其由低处输往高处或由一地输往另一地(水平输送)，或由低压处输往高压处，以及为保证一定流量克服阻力所需要的压头，则需要依靠泵来完成。泵的种类较多，通常有离心泵、往复泵、旋转泵、流体作用泵等。离心泵的安全要点避免物料泄漏引发事故；避免空气吸入导致爆炸；防止静电引起燃烧；避免轴承过热引起燃烧；防止绞伤。往复泵、旋转泵的安全要点往复泵和旋转泵（齿轮泵、螺杆泵）用于流量不大、扬程较高或对扬程要求变化较大的场合，齿轮泵一般用于输送油类等黏性较大的液体。往复泵和旋转泵均属正位移泵，开车时必须把出口阀门打开，严禁采用关闭出口阀门的方法进行流量调节，否则造成泵内压力升高，引发爆炸事故。这一点与离心泵不同，离心泵是可以采用关闭出口阀门的方法进行流量调节的。流体作用泵的安全要点流体作用泵是依靠压缩气体的压力或运动着的流体本身来进行流体的输送，如空气升液器、喷射泵等。这类泵无活动部件且结构简单，在化工生产中有着特殊的用途，常用于输送腐蚀性流体。空气升液器等是以空气为动力的设备，必须有足够的耐压强度，必须有良好的接地装置。输送易燃液体时，不能采用压缩空气压送，要用氮气、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防止空气与易燃液体的蒸气形成爆炸性混合物，遇点火源造成爆炸事故。气态物料输送（1）气体输送设备分类通风机：起输送气体之用，所产生的表压＜0.0147MPa；鼓风机：起输送气体之用，产生的表压（0.0147-0.294）MPa；压缩机：压缩机的表压＞0.294×MPa，对气体有较显著的压缩作用。（2）气体物料输送安全要点气体与液体不同，气体具有可压缩性，因此，气体输送机械与液体输送机械不尽相同。用于输送液体的机械称为泵，用于输送气体的机械称为风机及压缩机。气体物料输送中，气体压强发生变化，体积和温度也相应发生变化。对气体物料的输送必须特别重视在操作条件下气体的燃烧爆炸危险。通风机和鼓风机安全要点保持其防护罩完好，避免人身伤亡事故；必要时安装消音装置。真空泵安全要点严格密封；输送易燃气体，尽可能采用液环式真空泵。压缩机安全要点保证散热良好；严防泄漏；严禁空气与易燃性气体在压缩机内形成爆炸性混合物；防止静电；预防禁忌物的接触；避免操作失误。压送特殊气体的压缩机，应根据所压送气体物料的化学性质，采取相应的防火措施。如乙炔压缩机同乙炔接触的部件不允许用铜来制造，以防产生具有爆炸危险的乙炔铜。可燃气体的管道应经常保持正压，并根据实际需要安装逆止阀、水封和阻火器等安全装置，管内流速不应过高。管道应有良好的接地装置，以防静电聚集放电引起火灾。可燃气体和易燃蒸气的抽送、压缩设备的电机部分，应为符合防爆等级要求的电气设备，否则，应穿墙隔离设置。当输送可燃气体的管道着火时，应及时采取灭火措施。管径在150mm以下的管道。一般可直接关闭闸阀熄火；管径在150mm以上的管道着火时，不可直接关闭闸阀熄火，应采取逐渐降低气压。通入大量水蒸气或氨气灭火的措施。但气体压力不得低于50～100Pa。严禁突然关闭闸阀或水封。以防回火