04-化工单元操作安全技术2

化工安全化工单元操作安全技术青岛理工大学张启波前言一、化工生产过程与单元操作化学工业将自然界的各种物质如（煤、石油、海水等）农作物如（玉米、甘薯等）经过物理和化学方法的加工制备成为各种生产资料（乙烯、合成橡胶、塑料等），各种生活资料（医药产品、化妆用品、衣物等）这些将原料从产品制备成为成品的生产工序就称为化工生产过程。一般情况下，化工生产过程大体上可以分为三个基本部分，原料的预处理、反应、产品的分离。高压聚乙烯、混合芳烃分离生产流程示意图的比较比较结论：1、具有相似的单元操作过程——吸收、流体输送、传热、分离；2、生产过程多由物理加工过程组成；高压聚乙烯合成前言一、化工生产过程与单元操作各种化工生产过程都是由化学反应与物理生产过程串联而成的，线框中各种物理操作都是基本的化工生产过程，因此将以物理过程为主的处理方法概括为具有共同物理变化特点的基本操作，称为化工单元操作。前言一、化工生产过程与单元操作单元操作分五类流体流动过程的操作：•流体的输送、搅拌、沉降、过滤传热过程操作：•热交换、蒸发、冷凝传质过程操作：•蒸馏、吸收、干燥、膜分离、萃取、结晶•热力过程:•冷冻•机械过程:•固体输送、粉碎•第一节物料输送•第二节熔融和干燥•第三节蒸发和蒸馏•第四节加热•第五节冷却、冷凝和冷冻•第六节筛分和过滤•第七节粉碎和混合目录第一节物料输送•在工业生产过程中，经常需要将各种原材料、中间体、产品以及副产品和废弃物，由前一个工序输往后一个工序，由一个车间输往另一个车间，或输往储运地点，这些输送过程就是物料输送。第一节物料输送固体物料的输送方式：1）采用皮带输送机、螺旋输送器、刮板输送机、链斗输送机、斗式提升机等机械输送设备；2）采用气力输送（风送）形式。3）有的还可以利用位差采用密闭溜槽等简单方式进行输送。一、固体物料的输送1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备这类输送设备连续往返运动，可连续加料，连续卸载。在运行中除除设备本身会发生事故以外，还会造成人身伤害。•传动方式：皮带传动、齿轮传动。存在的主要风险：•机械伤害：皮带同皮带接触部位，齿轮与齿轮、齿条、链带相啮合的部位及它的端面均是极其危险的部位，可能因操作者操作方式或位置不对，造成断肢伤害甚至危及生命安全，这些部位应安装防护罩。一、固体物料的输送1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备存在的主要风险：•运行负荷过载，卡料或设备缺陷等原因而拉断链条、链板，甚至拉毁整个输送设备机架，造成机毁人亡事故。如斗式提升机应有因链拉断而坠落。运行过程中，因装料过满落料也可造成伤害事件发生输送设备应设有预防故障、事故发生自动停车和就地手动事故按钮停车系统，为保证输送设备安全，应安装超负荷、超行程停车装置，紧急事故停车开关应设在操作者经常停留的部位。•一、固体物料的输送1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备存在的主要风险：•输送设备的日常维护（润滑、加油和清扫）中，因未制定严格的作业规程或违章操作，导致触电或机械伤害事故发生，是机械设备导致操作者致伤的主要环节。因此，减少这类工作次数就可以减少操作者发生危险的概率，安装自动注油和清扫装置，否则应一律停车处理。停车检修，开关应上锁或撤掉电源。一、固体物料的输送•2.气力（流）输送•气力输送又称风力输送，它主要凭借真空泵或风机产生的气流动力以实现物料输送。•分四种类型：吸送式系统；压送式系统；封闭循环系统；特殊式系统。最常见的是吸送式和压送式系统。•（1）吸送式系统。也称为负压输送，风机或真空泵安装在系统的尾部，靠形成的吸力将空气与物料一起吸入，经分离器将物料与空气分离，由分离器底部排出，空气则由除尘器净化后排入大气或循环使用。特点：具有输送量大、动力消耗小、防尘效果好、系统紧凑、工作可靠和磨损小等优点。宜于输送干燥、松散、流动性好的粉状物料。一、固体物料的输送（2）压送式系统。风机是装在系统的前端，风机启动后，管道压力高于大气压，从料斗下来的物料通过喉管与空气混合送至分离器，被分离出的物料经卸料器卸出，空气经除尘器净化后排入大气。特点：气力输送系统密封性好、物料损失少、构造简单、操作简便，易实现自动化且输送距离远（达数百米），但能量消耗大、管道磨损大，不适于输送湿度大、易黏结的物料。一、固体物料的输送•气力输送系统除设备本身因故障损坏外，最大的风险是系统的堵塞和由静电引起的粉尘爆炸。•1）堵塞。•易发生堵塞的情况：黏性或湿度过高的物料较易在供料处、转弯处粘附管壁最终造成堵塞，悬浮速度高的物料比悬浮速度低的物料较易沉淀堵塞；管道连结不同心，有错偏或焊渣突起等障碍处易堵塞；大管径长距离输送管比小管径短距离输送管，更易发生堵塞；输料管径突然扩大，物料在输送状态中突然停车易造成堵塞。•易堵塞的部位：弯管和供料处附近的加速段，由水平向垂直过渡的弯管也易堵塞。一、固体物料的输送•为避免堵塞，设计时应确定合适的输送速度，以及选择管系的合理结构和布置形式，应尽量减少弯管，尤其要少用由水平向垂直过渡的弯管，严禁两个弯管直接连接。•气力输送系统应保持良好的严密性，否则，吸送式系统的漏风会导致管道堵塞，而压送式系统漏风，会将物料带出污染环境。一、固体物料的输送•2）静电。粉料在气力输送中，因管壁摩擦而使系统产生静电，这是导致粉尘爆炸的重要原因之一。•采取的措施包括：•①管道应选用导电性材料，并应有良好的接地；•②应对粉料的粒度、形状、物料与输送管道材料的匹配，管道直径大小问题等进行试验，优选产生静电小的进行配置；•③输送管道直径要尽量大些，管路弯曲和变径应缓慢，弯曲和变径处要少，管内壁应平滑、不要装设网格之类的部件；•④输送速度不应超过规定风速值，输送量不应有急剧的变化；•⑤粉料不要堆积管内，要定期使用空气进行清扫。一、固体物料的输送•由于化工生产中输送的液体物料种类繁多、性质各异（有高黏性溶液、悬浮液、腐蚀液、腐蚀性溶液等），且温度、压强又有高低之分，因此所需要泵的种类较多。•输送方式：往复泵、离心泵、旋转泵、流体作用泵等四类。•二、液体物料的输送•1.往复泵。往复泵主要是由泵体、活塞（或活柱）和两个单向活门构成，依靠活塞的往复运动将外能以静压力形式直接传给液态物料，借以输送。•往复泵开动前，需对各种运动部件进行检查，观其活塞、缸套是否磨损，吸液管上的垫片是否适合法兰大小，以防泄漏，各注油处应适当加润滑油。•开车时，将泵体内壳充满水，排出缸中空气，若出口装有阀门，必须将出口阀门打开。（为什么要保持出口畅通）•往复泵等正位移泵严禁用出口阀门调节流量。二、液体物料的输送-往复泵•2、旋转泵。旋转泵通往复泵一样，同属于正位移泵，同往复泵的主要区别是泵中没有活门，只有在泵中旋转着的转子，它就是依靠旋转时排送液体，流出空间形成低压将液体连续吸入和排出。•常见的旋转泵有：齿轮泵、转子泵、螺杆（旋泵）、偏心旋转泵和叶片泵等。•因为旋转泵属于正位移泵，故流量不能用出口管路上的阀门进行调解，而用改变转子转速或装回流支路调节流量。•旋转泵结构简单、紧凑，操作可靠，管理和使用方便，且转速较高可与电动机直接相连，因此常用于化工生产。二、液体物料的输送-旋转泵•3、离心泵。离心泵将机械能通过泵体内高速旋转的叶片给液体以动能，再由动能转化成静压能，然后排出泵外。•由于离心力量的作用，使叶轮通道内的液体被排除，此时叶轮进口处呈负压，液体则被吸入。这样，液体可源源不断地被吸入和送出，而且不需要安设吸入和压出活门。二、液体物料的输送-离心泵二、液体物料的输送-离心泵离心泵工作简图操作注意：•离心泵在开动前，泵内和吸入管必须用液体充满或采取其他措施以防气缚（汽蚀）现象发生。•操作前及时压紧填料函，但不要过紧、放松，以防磨损轴部使物料喷出，停车时慢慢关闭泵出口阀门，使泵进入空转，使用后放净泵与管道内积液，以防冬季冻坏设备、管道。•在输送可燃液体时，其管道内流速不应大于安全流速，且管道应有可靠的接地措施以防静电，同时要避免吸入口产生负压，使空气进入系统导致爆炸或抽瘪设备。二、液体物料的输送--离心泵气缚（汽蚀）现象：•离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。二、液体物料的输送--离心泵气缚（汽蚀）现象：•危害：汽蚀时传递到叶轮及泵壳的冲击波，加上液体中微量溶解的氧对金属化学腐蚀的共同作用，在一定时间后，可使其表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状逐步脱落；发生汽蚀时，还会发出噪声，进而使泵体震动；同时由于蒸汽的生成使得液体的表观密度下降，于是液体实际流量、出口压力和效率都下降，严重时可导致完全不能输出液体。•针对不同液体、不同型号泵会有最大允许吸上高度。二、液体物料的输送--离心泵•4.流体作用泵。这类泵的特点为无活动部分，液体物料的输送主要靠空气等气体的压力，或运动着的流体本身。前者如空气升液器，由于这类泵无活动部分且结构简单，因此可衬以耐酸或耐腐蚀材料，在化工生产中有着特殊的用途。•气体压送方式：是以空气等气体为动力的设备，因此应由足够的耐压强度。再输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采用氮气、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸。（我国标准规定，输送甲、乙类易燃液体，需采用惰性气体）。二、液体物料的输送-流体作用泵•喷射泵系用工作流体流动时产生静压能（负压）与动能的相互转换，以吸入和排出液体，此泵压头小，效率低，输送物料会被工作流体稀释。•临时输送液体的泵和管道（胶管、软管）连接处必须紧密、牢固，以免输送过程中胶管或软管受压脱落、漏料而引起火灾。二、液体物料的输送-流体作用泵总结：•往复泵、旋转泵等正位移泵，因出口回路不畅通（堵塞、关闭或采用出口管路上的阀门进行流量调节）导致管线超压开裂。•离心泵因安装或运行控制不好，因汽蚀造成现象造成设备损坏。同时因吸入口产生负压，使空气进入系统导致爆炸或抽瘪设备。•用各种泵类输送易燃可燃液体时，流速过快能产生静电积累，其管内流速不应超过安全速度。•使用气体压送方式输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采用氮气、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸。•泵出口密封、泵动密封或管线因疲劳振动或缺陷导致刺漏开裂。二、液体物料的输送—风险提示二、液体物料的输送—风险提示关键部位—温度很高的动设备，如何考虑泄漏与保护？带有报警的双机械密封。报警和保护水幕联动。三、气体物料的输送气体与液体不同之处是气体具有可压缩性，在其输送过程，当气体压力发生变化时，其体积和温度也随之变化。输送和压缩气体的设备统称为气体压送机械。气体压送机械也分离心式、旋转式、往复式等类型。三、气体物料的输送类型终压/kPa（表压）压缩比用途通风机＜151～1.15用于换气通风鼓风机15～3001.15～4用于送气压缩机＞300＞4造成高压真空泵当地大气压由真空度决定用于减压操作气体压送机械的分类根据压力不同可采用通（送）风机、鼓风机、压缩机和真空泵。三、气体物料的输送•在化工生产中，用于气体物料输送的设备种类较多，按气体运动方式可分为两类。•1.往复压缩机。利用气缸内活塞的往复运动，使气体压缩，往复机又可以分为以下几类：•①按压缩机汽缸的活门装置可分为平动与双动压缩机。•②按压缩机汽缸位置，可分为横卧、直立、V形、W形和星形等压缩机。•③按气体受压缩的级数，可分为单级式，双级式与多级式压缩机。•④按汽缸排列方法，可分为串列和并列的多级压缩机。三、气体物料的输送•⑤按压缩机传动方式，可分为电动、蒸汽传动、燃气轮机等压缩机。•⑥按生产能力，分为小型（10m3/min以下）、中型（10~30m3/min）和大型（30m3/min以上）压缩机。•⑦按压缩机生产的压强分，可分为低压（小于1MPa）、中压（小于1~8MPa）和高压（8~100MPa）压缩机。•⑧按被压缩的气体可分为空气压缩机、氢气压缩机、氨气压