第三章化工厂设计与操作安全

第三章化工厂设计和操作安全本章学习目的与要求：通过本章学习，掌握危险和防护的一般考虑。理解化工厂选址与布局涉及的安全问题。理解工艺设计安全。掌握加工单元区的规划；单元区域的管线配置。理解单元装置和实施的安全设计。理解预防维护；非常规运行维护。会设备维护应用。本章重、难点：化工厂选址与布局涉及的安全问题，工艺设计安全。第三章化工厂设计和操作安全化工厂安全贯穿于规划、设计、建厂、试车、投产的全过程。工厂所在的地区，工厂和环境以及工厂内部组件之间的相对位置，对化工厂的安全是至关重要。这是通过大量血的事实证明的，可以从第一章第二节中美国保险协会对化学工业的317起火灾和爆炸事故调查后的结论中反映出来，因此，其结论可以为化工厂的定位、选址、布局和单元区域规划提供重要的依据。第一节工厂的定位、选址和布局一、危险和防护的一般考虑危险按潜在或直接的危害分一级危险和二级危险。1．典型的一级危险：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。对一级危险，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。第一节工厂的定位、选址和布局一、危险和防护的一般考虑2．典型的二级危险：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。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害。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。第一节工厂的定位、选址和布局3．防护危险的措施在工厂的布局和规划中应考虑：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等。(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应考虑：①把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开；②在关键部位安放灭火器材等。第一节工厂的定位、选址和布局3．防护危险的措施(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。其意义是迅速救治未能防止住的伤害。第一节工厂的定位、选址和布局二、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的流通条件；(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。第一节工厂的定位、选址和布局二、工厂的定位问题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。第一节工厂的定位、选址和布局三、工厂选址的安全问题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，防止落体砸伤行人、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，则建在其上风侧或隔开一定的距离。⑥保证有充足的水源。最好附近有河流、湖泊，至少保证有消防管网。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。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；公用设施区；运输装卸区；辅助生产区；管理区。四、工厂布局的安全问题工厂布局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。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；公用设施区；运输装卸区；辅助生产区；管理区。四、工厂布局的安全问题对各个区块的安全要求如下。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，找出毒性或易燃物质、高温、高压、火源等。①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。②过程单元除应该集中分布外，还应注意区域不宜太拥挤。四、工厂布局的安全问题1.工艺装置区在化学工业中，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；②操作压力；③单元中物料的类型；④单元中物料的量；⑤单元中设备的类型；⑥单元的相对投资额；⑦救火或其它紧急操作需要的空间。四、工厂布局的安全问题2.罐区贮存容器，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。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限度。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。四、工厂布局的安全问题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，以便遇到紧急情况时仍能保证水、电、汽等的正常供应。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。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。四、工厂布局的安全问题3.公用设施区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。④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。⑤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，减少碰到的危险。⑥管路一定不能穿过围堰区，围堰区的火灾有可能毁坏管路。⑦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。四、工厂布局的安全问题4.运输装卸区①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。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。四、工厂布局的安全问题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。与其他设施隔开一定的距离也是可行的方案。四、工厂布局的安全问题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。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。因为这些人员不熟悉工厂危险的性质和区域，而他们的普通习惯如在危险区无意中吸烟，就有可能危及工厂的安全。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。第二节化工工艺设计一、工艺流程图工艺流程图绘制是化工厂设计初始阶段的工作。这些流程图经过提炼和修改，最后成为绘制管线配置图、平面图、设备图等的基础。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。工艺流程图的绘制是从基本的过程计算开始的。由于过程是高度整体化的，过程的每一步骤都影响着其他步骤的操作。第二节化工工艺设计一、工艺流程图过程可以划分为若干个子区间，对每一子区间内部的安全操作及其对其他子区间安全的影响都要进行分析。方便的子区间划分是：(1)反应(决定整个系统的动力学)；(2)分离，如蒸馏、吸收、吸附、液体萃取；(3)贮存，如固体、液体和气体物料的贮存。工艺流程图是描述过程的主要文件，它表示出主要设备、主要物流路线和控制点。对于正常操作预期的主要温度和压力，物料的流动和组成以及主要设备的设计能力都做了说明。第二节化工工艺设计二、管线配置图管线配置图是指管路和仪表的线路图，又称工程线路图，是设计和施工的基本工作文件，一般包括：(1)开启、关闭、紧急和普通操作需要的所有过程设施，如阀门、盲板、可移动的柱塞等；(2)施工材料的鉴定序号和鉴定人，每条管路的直径和绝热要求；(3)物流的方向；(4)主要过程和起始管路的识别；第二节化工工艺设计二、管线配置图(5)所有仪表、控制点和有仪表失灵显示功能的连锁装置；(6)所有设备的主要尺寸和负荷；(7)容器、反应器的操作和设计温度；(8)装置的标高；(9)释放阀、安全膜等的设定压力；(10)排水要求；(11)必要时要有管路配置的特殊备忘录。第二节化工工艺设计三、过程物料的安全评价过程物料可以划分为过程内物料和过程辅助物料两大类型。过程内物料是指从原料到产品的整个工艺流程线上的物料，如原料、催化剂、中间体、产物、副产物、溶剂、添加剂等。过程辅助物料是指实现过程条件所用的物料，如传热流体、重复循环物、冷冻剂、灭火剂等。在工艺设计中，需要汇编出过程物料的目录，记录下过程物料在全部工艺条件范围内的有关性质资料，作为过程危险评价和安全设计的重要依据。第二节化工工艺设计三、过程物料的安全评价过程物料所需的典型资料如下：(1)一般性说明资料；(2)基础物性资料；(3)易燃性资料；(4)反应性资料；(5)毒性资料；(6)暴露作用；(7)放射性资料。第二节化工工艺设计四、工艺路线的选择过程路线的选择是在工艺设计的最初阶段完成的。工艺路线的安全评价，应该考虑工艺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。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。四、过程路线的选择1．有潜在危险的过程(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、过程路线的选择2．反应过程的安全分析反应过程常因反应条件的微小变化而偏离预期的反应途径，化学反应过程有较多的危险性。(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)考虑混合、反应物和热源的低效配置、操作故障、设计失误、发生不需要的副反应、热量、反应器失控、结垢等引起的危险。(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。四、过程路线的选择2．反