第三章化工厂设计和操作安全

第三章化工厂设计和操作安全—危险源控制掌握的知识点工厂选址和布局的安全问题化工工艺的物料、过程和操作安全问题化工单元的区域规划、管线配置和装置设施安全设计压力容器的类型、材料性能和安全设计要求了解压力容器的制造安装、检验要求和安全附件了解化工装置的维护必要、预防维护和非常规运行维护化工装置的设备安全维护要求了解电、水、气和废料处理设施安全。3.1工厂的定位、选址和布局化工厂安全贯穿于规划、设计、建厂、试车、投产的全过程。3.1.1危险与防护的一般考虑一级危险：从人、物、环考虑，请问有哪些？危险二级危险：火灾、爆炸、游离毒性物质释放等第一道防护线:解决方案：第二道防护线:第三道防护线:有效的急救和医疗设施（具体措施）3.1工厂的定位、选址和布局解决危险方案的措施应考虑：地形危险的集中：如原料集中自然水量结合并离开区域主导风方向方法人工：隔开距离危险的标识3.1.2化工厂的定位-在哪建厂？一般遵循的基本原则-P49~503.1.3工厂选址的安全问题隔开距离，把厂址选择在一个孤立地区。把工厂置于社区的下风区，可以依据主导风方向。工厂的高建、构筑物要留有一定的间距。工厂产生的废液要经处理后排放，不可穿越公共地界。工厂的出入口要格外小心，避免严重的交通事故。临近有释放毒性或易燃气体的工厂，则建在其上风侧。保证有充足的水源。地形方面，厂区内不应有低洼地。3.1.4工厂布局的安全问题看看如下图，请你总结化工厂如何布局？甲醇装置3.1.4工厂布局的安全问题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。工厂厂区的组成：（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3.1.4工厂布局的安全问题（1）工艺装置区—最危险的区域毒性或易燃物质、高温、高压、火源危险机械设备多、管道多—易发生故障操作人员可能的失误自动化程度高—惟一优点离开工厂边界一定的距离集中而不是分散的分布为何？方案区域不宜太拥挤—即有单元间距在火源和人口密集的下风区安全评价内容：T、P，物料类型、量，设备类型等3.1.4工厂布局的安全问题（2）罐区危险特点：潜在巨大的能量或（和）毒性安全总要求：A：人员、操作单元和储罐间保持尽可能远的距离B：必须置于工厂的下风区域、且地势较低、道路畅通C：强化标识、管理（人员进出、车辆速度等）安全基本要求：A：罐与罐的间距B：罐与其他装置的间距C：设置拦液堤所需要的面积3.1.4工厂布局的安全问题（3）公用设施区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。工厂布局应该尽量减少地面管线穿越道路。并在装置中配置回路管线如消防用水、电力等。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。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。管路一定不能穿过围堰区冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施和居民区。3.1.4工厂布局的安全问题（4）运输装卸区★铁路支线规划在工厂边缘地区★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、成品库和装卸站应远离危险厂区。（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。■维修车间应该置于工厂的上风区域。■废水处理装置应该置于工厂的下风远程区域。■高温煅烧炉置于工厂的侧面风区域，并与其他设施隔开一定的距离。3.1.4工厂布局的安全问题（6）管理区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。3.2化工工艺设计3.2.1工艺流程图工艺流程图的绘制是从基本的过程计算开始的。过程每一阶段的设计都必须满足安全要求，一切可能的危险都必须鉴别和估算出来，将其排除或采取预防措施对其进行限制。3.2化工工艺设计工艺流程图是描述过程的主要文件，它表示出了主要设备、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。3.2.2管线配置图3.2.3过程物料的安全评价过程物料的选择，应该就物料的物性和危险性进行详细地评估，对一切可能的过程物料做总体考虑。3.2化工工艺设计过程内物料过程物料过程辅助物料过程危险评价和安全设计所需要的资料：P55-563.2.4过程路线的选择过程路线的选择是在工艺设计的最初阶段完成的。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。3.2.4过程路线的选择有潜在危险的过程-即一旦失去控制就有可能造成灾难性后果的过程。如（P56）：(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3.2.4过程路线的选择反应过程的安全分析、评估，有助于改善过程的安全。（敏感性因素）P56-57(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。（T、C）(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。(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。3.2.4过程路线的选择(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。3.2.4过程路线的选择有潜在危险的操作—过程安全评价的重要内容(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。3.2.4过程路线的选择间歇过程和连续过程比较—P573.2.5工艺设计安全校核为了确保过程安全，有必要对设计和操作的每一细节逐一校核。（1）物料和反应的安全校核。如查询过程物料的毒性，确定过程物料在所有过程条件下的有关物性，鉴别一切可能的化学反应，对预期的和意外的化学反应都要考虑。—P58（2）过程安全的总体规范。如过程的规模、类型和整体性是否恰当。过程的放大是否正确。—P58（3）非正常操作的安全问题。如考虑偏离正常操作会发生什么情况，对于这些情况是否采取了适当的预防措施。—P593.3化工单元区域规划化工单元区域规划是定出各单元边界内不同设备的相对物理位置。3.3.1加工单元区域的规划（1）设备配置的直线排列-见下图方法：单元中大多数塔器、筒体、换热器、泵和主要管线成直线狭长排列。构成单元区域的骨架。（1）设备配置的直线排列结论（特征）：设备配置直线的两边都与厂区道路连接。优点：1）便于救火、疏散、设备安装撤出；2）连接道路可以作为阻火堤，把设备配置线与厂区其余部分隔离。钢制框架与道路邻接。热交换器设置在框架上部，冷却水箱设置在框架下部。设备配置直线上的精馏塔、热交换器、馏出液接受器、回流筒等装置，一般采用框架结构平坡式布局方式。（1）设备配置的直线排列管架也设置在设备配置直线上。泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。筒体、泵、装配有观测平台的蒸馏塔以及需要桥式吊车钢梁导轨吊人的设备，按序定在设备配置线上，从而把相关的危险操作集中在一起。管线布局3.3.1加工单元区域的规划（2）非直线排列设施的配置控制室、压缩机、反应器、溢流槽、加热炉等其它组件，可以设置在直线排列的两边。控制室是单元的神经中枢。最好是设置在单元的周边区域；处理毒性物质的单元，其控制室应该设置在单元的上风区域；控制室应该和高温或高压容器、盛有相当量的易燃或毒性液体的容器隔离。（2）非直线排列设施的配置加热炉：最好设置在侧面风区域；同时应该尽量保持加热炉与其他危险设备的适度分离。压缩机：应该注意与其他危险设备适当隔离；压缩机容易泄漏气体，应该置于单元的下风区域；压缩机或泵一般安装在室外。反应器：主要考虑的是提供充分的空间、反应器内件安全操作的设施以及有关的催化剂。有些高热运转的反应器，可以作为火源来处理。（2）非直线排列设施的配置电力线路必须从地下进入加工单元，适当安排入口点，避免在整个单元的电力系统设置人孔。如果单元装配有紧急释放阀或烟气管线，这些设施应靠近控制室．远离火险或其他危险区域。消防火栓或监控器必须与危险点足够近，从而能有效发挥作用，但也不能离的太近，危机时无法靠近。除非绝对必要，铁路支线才引入单元区。3.3.1加工单元区域的规划(3)室内装置的配置对可能释放出毒性或易燃蒸气的情形，设置物理屏障等方法。火源和易燃物源隔离墙的门或开口，保持在最小数量。并与像控制中心这样的经常有人员的区域隔离开。墙壁进行强度和耐火设计。容易经受爆炸的隔离间可以有一面或多面有意设计的强度较弱的墙壁，以便在避开入员或其他设施的方向卸掉爆炸力。对于多层或阶梯式建筑，易燃或毒性液体源不应该设置在火源或人员之上。(3)室内装置的配置危险的集中优点：有助于确定特别危险区的界限；提高具体安全设施的可行性。安全措施：1）高容量的通风系统2）高容量的排水系统3）遥控操作加工装置4）自动灭火装置(3)室内装置的配置★更加、严格、规范的室内撤退通路：所有操作平台(塔器平台可能例外)都应该有两种下行方法；从高架平台向下的所有扶梯和滑梯孔道，都应设在最小可能遭受火险或毒物泄漏的地点。扶梯或滑梯的着陆点应该接近易于从单元撤退的通路；打开人孔的方向应该避开从平台向下的扶梯。3.3.2单元区域的管线配置-自学管线配置的防泄漏设计软管系统的配置管线配置的安全考虑在设备管线上应该安装止逆阀或高度可靠的断开或关闭系统。对于泵体或设备极有可能泄漏以及大量物料从设备无限制流出的情形，应该考虑安装远程操作的紧急隔离阀。3.3.2单元装置和设施的安全设计装置的安全设计—在设计阶段广泛采用的概念：（1）“故障自动保险”：当装置、仪表或过程控制回路出现故障时，系统恢复到最小危险状态。（2）二次概率设计：当操作失灵或设备出现故障时会启动备用设备，预防危险出现或降低危险作用。3.3.2单元装置和设施的安全设计辅助工程设施安全（1）排水系统的恰当设计是必要的。排水系统的优化设计应该是，一旦易燃液体泄漏出来，就立即排离加工单元，导入蓄污池。（2）装置的抗污染也是重要的。（3）地面水和污水也必须隔离排放。（4）对于加工易燃液体或气体的区域，应该尽可能采用敞开结构。3.4压力容器的设计、制造和检验-自学3.5化工装置维护3.5.1化工装置维护的必要性设备的特点所决定。管线、传送设备、叉车罐、鼓等。物料与过程的性质所决定。易燃易爆、易腐蚀；温度变化大、压力变化大等。操作情况所决定。化工事故案例记录表明，许多严重的伤亡事故都与失误有关。总之，化学工业中的恰当维护对安全显得格外重要。3.5.2预防维护按照明确计划的时间表检验、维修和更换设备，可以防止许多事故。预防维护实质上指的是一个系统，它的功能是确定装置或设施放障的可能频率，在其失效前就进行检验、维修或更换。设备故障对时间的概率分布符合正态分布。预防维护对保护人身安全也有重要的作用。-P793.5.3非常规运行和有关作业的维护（1）停车和开车停车和开车的计划和执行的关键是每一步骤都要明确责任。运行设备的停车应该由操作组而非维护或其他辅助组负责。各组必须密切协调一致。停车应尽可能提前向有关组通告。操作工将设备停稳后，就可交给维修工，对否，为什么？停车组通知有关组监察组监察维修组维修开车组通知有关组监察组监察开车组开车3.5.3非常规运行和有关作业的维护在停车时、更可能是在开车时，不寻常的热应力