化工安全与环保论文

1、化工安全与环保专题题 目 石油化工装置的安全设计 专 业 化工分析与检测 院 系 化学与化学工程学院 姓 名 赵 玲 指 导 教 师 何 志 坚 完 成 时 间 二一年十一月二十五日 引言- 4 -1.石油化工事故举例及原因分析- 4 -2.国外现行装置安全设计- 5 -3.石油化工装置危险因素- 5 -3.1中毒危险- 5 -3.2火灾爆炸危险- 6 -3.3反应性危险- 6 -3.4负压操作- 6 -3.5高温操作- 6 -3.6低温操作- 7 -3.7腐蚀- 7 -3.8泄漏- 7 -3.9明火源- 7 -4.工艺路线选择的安全考虑- 7 -4.1尽量选用危险性小的物料- 8 -4.2尽

2、量缓和过程条件苛刻度- 8 -4.3删繁就简避开干扰及本质安全- 8 -4.4尽量减少危险介质藏量- 8 -4.5减少生产废料- 8 -5.工程设计的安全- 8 -5.1 物料危险性的描述- 9 -5.2过程条件- 9 -5.2.1组合操作单元间衔接- 9 -5.2.2密封和密封系统- 10 -5.2.3减少危险介质进入火场- 10 -5.2.4设备的超压保护- 10 -5.2.5压力泄放与放空- 10 -5.2.6吹扫和置换- 11 -5.2.7与系统的隔离- 11 -5.2.8公用工程供应- 11 -5.2.9非常工况处理- 11 -5.3 仪表及自动控制设计- 11 -5.3.1 动力系

3、统- 11 -5.3.2仪表和控制器选型- 12 -5.3.3联锁和停车系统- 12 -5.3.4现场仪表- 12 -5.3.5有害气体深度监测- 12 -5.3.6仪表线缆- 12 -5.4 设备设计- 12 -5.4.1 材料选用- 13 -5.4.2机械设计- 13 -5.4.3设备制造- 13 -5.5 电气设计- 14 -5.6装置布置设计- 14 -5.6.1设备布置- 14 -5.6.2 建构筑物布置- 15 -5.6.3 通道设置- 15 -5.7管道设计- 15 -5.7.1管道布置- 15 -参考文献：- 16 -石油化工装置的安全设计学生：赵玲指导老师：何志坚摘要：针对石

4、油化工装置中存在的危险因素，从工艺路线的选择、工程设计(包括工艺系统设计、仪表及自动控制设计、设备设计、装置布置设计、管道设计、土建设计、供排水设计、通风设计、消防设计)等方面保证石油化工装置的安全设计，并强调了安全设计的重要性。关键词：石油化工 安全 装置 设计 排除危险引言我国石油化工装置设计，目前尚无一套完整的安全分析方法和管理体系。有关安全、卫生和环保要求，多分散在有关政府法规和各级标准规笵中，执行管理诸多不便，加之设计中很多关于安全、卫生和环保的要求，标准规笵没有或无法纳入。在项目管理上更是只重视“前期”审查，忽视“后期”实施，往往事倍功半。石油化工装置多用于石油、天然气、煤及其产品

5、为原料进行的加工处理，以得到社会生活的各种产品。原料和产品多属易燃、易爆、有毒物质，这样，装置必然存在着潜在的火灾、爆炸和中毒危险。因此，对石油化工装置进行安全设计是十分必要的。1.石油化工事故举例及原因分析据美国化学工程师协会(AICHE)1992年休斯顿工艺装置安全论坛资料报导：近30年来，烃加工业火灾的频率和造成的经济损失，一直呈增长趋势；另据统计：世界石油化工业近30年来100多起损失中，因装置问题造成的损失比例近六成。像1974年英国Fliborough的卡普纶装置，1989年法国La Mede炼油厂炼油装置，1994年英国Milford Haven炼油厂的火灾爆炸事故等，这些都是触

6、目惊心的。这些不仅仅是由于石油化工装置较其它设施过程复杂、条件苛刻、制约因素多、设备集中，还有其他一些诸如社会的、经济的和管理的原因。综合如下：(1) 强调经济规模，工厂装置日趋大型化；(2) 建设用地减少，设备布置拥挤，资产密度加大；(3) 为消除瓶颈、扩能增效、节能、改善环境，在现有装置内增加设备或设施；(4) 增加生产工日，周期运转长，设备得不到及时维修和更新；(5) 人员减少，操作管理人员流动性大；(6) 技术、装备、培训没有及时跟进。2.国外现行装置安全设计如何做到设计安全，如何对石油化工过程潜在的各种危险进行识别，如何对偏离过程条件做出估计，并在工程建设的基础环节设计上采取措施，防

7、患于末然，已成为人们广泛关注的问题。国外现在较为通行的做法是：除强调本质安全设计外，还在项目设计中推行危险性和可操作性研究(Hazard and Operability Study,缩略为HAZOP)，用一系列对过程的偏离研究提示，系统地、定性地去认识过程危险和潜在的后果，并采取相应的措施；在项目管理上，推行安全卫生执行程序(Health and Safety Executive 缩略为HSE),对项目各阶段的安全、卫生和环保内容进行审查、确认。此外，还应业主要求，对项目进行安全评估。3.石油化工装置危险因素针对我国石油化工，应对其有大致了解。石油化工装置类型甚多，由于技术路线、原料、产品、工

8、艺条件的差异，存在的危险因素也不尽相同。大致归纳如下：3.1中毒危险石油化工生产过程中，以原料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等形式存在的接触性毒物，在工人在操作时，可经过口、鼻、皮肤进入工人体内，致使工人生理功能和正常结构的病理发生改变，轻则扰乱体内的正常反应，降低工人在生产中作出正确判断、采取恰当措施的能力，重则麻痹大脑，致人死亡。3.2火灾爆炸危险可燃气体、油气、粉尘与空气形成的混合物，当其浓度达到爆炸极限时，一旦被引燃，就会发生火灾爆炸，火灾的辐射热和爆炸产生的冲击波可能对人、设备和建筑物造成杀伤和破坏。尤其大量可燃气体或油气泄漏形成的蒸汽云爆炸，往往是毁灭性的。如2001年抚

9、顺石化公司的乙烯空分装置的爆炸、2000年北京燕山石化的高压聚乙烯装置的爆炸、1967年大庆石化公司的高压加氢装置的氢气的爆炸这样的例子还有很多，损失是十分惨重的。3.3反应性危险化学反应过程分吸热和放热两类。通常，放热反应较吸热反应更具危险性，特别是使用强氧化剂的氧化反应。另外，有机分子上引入卤原子的卤化反应，用硝基取代化合物中氢原子的硝化反应等，一旦失控可能产生严重后果。此外，石油化工过程中使用的某些原材料具有很强的反应活性，稍有不慎同样会对安全造成威协。3.4负压操作 负压操作易使空气和湿气进入系统，或是形成爆炸性气体混合物，或是空气中的氧和水蒸汽引发对氧、水敏感物料的危险反应。如炼油的

10、常减压装置中的减压塔系统。 3.5高温操作可燃液体操作温度超过其闪点或沸点，一旦泄漏会形成爆炸性油气蒸汽云。可燃液体操作温度等于或超过其自燃点，一旦泄漏即能自燃着火或成为引燃源。高温表面也是一个引燃源，可燃液体溅落其上可能引起火灾。如茂名焦化装置2001年由于用错管线材料，高温渣油冲出形成大火灾，发生重大人身伤亡事故。3.6低温操作没有按低温条件设计，由于低温介质的窜入，而引起设备和管道的低温脆性破坏。如低温设备的损坏，大化肥渣油气化流程的低温甲醇洗涤装置的低温脆性断裂。3.7腐蚀腐蚀是导致设备和管道破坏引发火灾的常见因素。材料的抗腐蚀性能的重要性，在材料优化性能方面，仅次于材料的机械性能，其

11、耐蚀性多出于经验和试验，无标准可循(中石化加工高硫油的装置选材有现行标准)。加之腐蚀类型的多样性和千变万化的环境条件影响又给腐蚀危险增加了不可预见性。如：天津石化的油鑵着火，高温硫腐蚀、低温硫的腐蚀等。3.8泄漏泄漏是设备管道内危险介质释放至大气的重要途径。设备管道的静密封和动密封失效，尤其是温度压力周期变化、渗透性腐蚀性介质条件改变等更易引起密封破坏。设备管道上的薄弱环节，如波纹管膨胀节、玻璃液位计、动设备的动密封等，一旦损坏会引发严重的事故。例如镇海炼化公司的加氢装置的机械密封因泄漏而引发重大火灾。1996年某化工厂的加氢裂化装置的高温高压螺纹锁紧环的管线因泄漏而产生的事故等。3.9明火源

12、一个0.5mm长的电弧或火花就能将氢气引燃。装置明火加热设备(加热炉)，高温表面以及可能出现的电弧、静电火花、撞击磨擦火花、烟囱飞火能量都足以引燃爆炸性混合物。例如2001年镇海炼化公司的新电站开工过程中汽轮机厂房发生重大火灾。4.工艺路线选择的安全考虑工艺方法安全是装置设计安全的基础，在项目立项和可行性研究阶段，应充分注意工艺路线的安全考虑。4.1尽量选用危险性小的物料为获得某种目的产品，其原料或辅助材料并非都是唯一的。在有条件时，应优先采用没有危险或危险性小的物料。4.2尽量缓和过程条件苛刻度过程条件的苛刻度也不是不可以改变的。比如，采用催化剂或更好的催化剂，采用稀释、采用气相进料代替液相

13、进料，以缓和反应的剧烈程度。4.3删繁就简避开干扰及本质安全过程事故的几率和影响因素有关，参数越多干扰就越大。对一台设备完成多种功能的情况，应当适时改变。看看能否采用多台设备，每一台完成一个功能，以增加生产的可靠性，从而提高设备、自控、电气的可靠性及本质安全程度。4.4尽量减少危险介质藏量危险介质藏量越大，事故时的损失和影响范围就越大。例如采用膜式蒸馏代替蒸馏塔，用连续反应代替间歇反应，用闪蒸干燥代替盘式干燥塔，用离心抽提代替抽提塔等措施就能很好地减少危险介质。4.5减少生产废料化工生产过程中使用的原料、助剂、溶剂、载体、催化剂等是否必要，是否可减少，是否可回收循环使用等问题要做认真的思考与分

14、析。废料是否能综合利用，是否能进行无害化处理，能否减少生产废料等，也要做好仔细判断。要做到物尽其用，从而减少对环境的污染。5.工程设计的安全工艺系统设计安全的任务是对危险物料和生产全过程进行有效控制。5.1 物料危险性的描述物料危险性通常可以用物料安全数据表进行描述。主要内容如下：(1) 一般火灾危险特性：闪点、引燃温度、爆炸极限、相对密度、沸点、熔点、水溶性。(2) 火灾危险性分类(见GB50160/GBJ16)(3) 对健康的危害性：工作场所有害物质最高允许浓度要求(见TJ36)，急性中毒(LC50或LD50)及发病状况、慢性中毒患病状况及后果、致癌性等。(4) 毒物危害程度分级(见GB5

15、044)。(5) 反应性危险：环境条件下的稳定性、与水反应的剧烈程度、对热或机械冲击的敏感性。(6) 反应性危险等级(参考NPPA704)(7) 储运要求。(8) 事故补救方法、应急措施。5.2过程条件正常生产过程的实质是各工艺参数的相对平衡。任一参数超过范围的变化，平衡就会被打破，就可能导致事故。如何对过程条件进行控制和调节，过程一旦失控时如何紧急处置以减少损失等问题就成为了我们首要解决的问题。 各种反应，包括主反应、副反应，以及可能发生的有害反应等，应采取措施进行控制，以防止有害反应的发生。此外，还应采用优化软件对生产过程进行控制和调节。5.2.1组合操作单元间衔接石油化工装置实际是若干工

16、艺操作单元的组合。如何实现单元间的安全衔接，避免相互干扰；某单元处理事故或故障时，如何进行隔离，其它单元如何进行维持，如何平稳停车。联合装置是若干原概念装置的组合，资产密度相对加大，尤其要在工艺系统设计上处理好衔接。5.2.2密封和密封系统对于连续散发可燃、有毒气体、粉尘和酸雾的生产系统，应当把他们设计成密闭的系统，并附带设置除雾、除尘和吸收设施。低沸点可燃液体、有毒液体等，他们能与空气中的氧气和水发生氧化、分解、自聚反应时，应采取用惰性气体来密封装置，防止其反应。同时，应有防腐的工艺措施来防止其本身腐蚀。 5.2.3减少危险介质进入火场在滿足生产平稳的前提下，要尽量缩短物料在设备内的停留时间

17、，并选用存液量少的分馏设备。对于大型设备底部、大排量泵、高温(闪点，自燃点)泵入口、排量大于8m/h液化烃泵入口和液化烃罐出口，均应考虑设置一个事故隔离阀，当事故发生时紧急切断他们，从而减少事故时物料的外泄量。气体火灾的最好扑救方法是切断气源。因此，气体加工装置边界的可燃气体管应设置事故隔离阀。5.2.4设备的超压保护GB150和压力容器安全技术监规进程都要求压力容器设备进行超压保护。正常排量泵和有超压保护要求的设备均应安装安全泄压设施。当介质腐蚀、结焦、凝堵使安全阀失效时，应考虑使用安全阀爆破片组合、蒸气掩护和蒸汽(或电)伴热等方法来缓解。对于有突然超压情况的设备和受热时压力急剧升高的设备，

18、还应设置自动泄压或导爆筒、爆破片组合设施。5.2.5压力泄放与放空可燃介质安全阀泄压应进入火炬系统。由于泄放物夹带液体，装置应设有分液罐。火炬总的管道应能处理任何单个事故的最大排放量。(1) 液化烃类设备和管道放空也应进入火炬系统。(2) 毒性、腐蚀性介质泄放应进行无害化处理。(3) 设备和管道排净时应密闭收集。5.2.6吹扫和置换开停工装置内设备和管道的吹扫和置换可以为安全开停工及检修创造有利条件。而吹扫不净、不完善的吹扫系统和不合要求的吹扫介质可能会引起重大火灾。此外，固定吹扫系统应安装防止危险介质反串的措施。5.2.7与系统的隔离进出装置的边界处应设置切断阀，如有危险物料进出装置，要能自

19、动切断。另外，在装置的侧边要装“8”字盲板，以防止装置在火灾发生时和停工检修时处理的相互影响。对于处理可燃和有毒介质的设备，应设置双阀或阀加盲板，以便在装置运行过程中能随时切断并进行检修清理。5.2.8公用工程供应供水中断时，冷却系统应能维持正常冷却达10min以上。其它如燃料和仪表用风等应考虑事故供应源或事故储备量。5.2.9公用工程供应石油化工装置开停工和事故停车时极易发生火灾事故。工艺系统不应只提供正常操作程序，还应提供开停工和停水、停电等情况下停车步骤等程序，从而保证生产全过程都是有序的。例如石化大型装置的事故预案就能很好地解决这方面的问题。5.3 仪表及自动控制设计仪表是操作员的眼睛

20、，自控系统是装置调节控制的中枢。因此，仪表和自动控制设计就成了石油化工装置设计的重中之重。5.3.1 动力系统动力系统应有事故电源和气源，以保证有较充裕的时间对事故进行处理。5.3.2仪表和控制器选型应采用故障安全型的仪表和控制器，以确保故障时生产系统趋向安全。自动停车后的仪表回路，应避免未经确认复位的情况下，自动回到正常运行状态。避免选用可能引起误判的多功能仪表。5.3.3联锁和停车系统(1) 重要的操作环节，应设报警、联锁和紧急停车系统。(ESD)(2) 紧急停车可能给生产带来重要影响时，讯号系统应设3取2的表决系统。(3) 控制系统故障可能引起重大事故时，应设n:1甚至1：1 冗余控制系

21、统。(4) 生产运行中，仪表及停车回路应能及时检测。5.3.4现场仪表爆炸危险区内的仪表、分析仪表和控制器均应选用相应的防爆结构或正压通风结构。5.3.5有害气体深度监测散发有害气体或蒸汽的场合，应设置监测报警设施。5.3.6仪表线缆火灾爆炸危险区内仪表线缆应采用非燃料材料型或阻燃型。5.4 设备设计工艺设备是实现工艺过程的主体，所有单个操作过程都通过特定设备来完成，因此，设备的可靠性对装置安全生产至关重要。 设备设计的主要方面包括制造材料、机械设计、制造工艺和过程控制系统。5.4.1 材料选用应熟知工艺过程、外部环境、故障模式和材料加工性能。腐蚀是导致设备破坏和火灾的重要因素，故应合理选用耐

22、蚀材料和腐蚀裕量。5.4.2机械设计机械设计应该能够满足苛刻的温度压力条件下对设备产生的应力的要求。应特别注意的是，容器上的动力装置产生的振动荷载和由于温度压力的周期性改变产生的交变荷载。高温高压热壁反应器要有好的应力分折。大型往复压缩机的管道采用规范压力脉动声学摸似系统进行计算和分折，并采用故障诊断技术等。5.4.3设备制造设计中最重要的是对设备材料的质量控制程序和制造过程的质量控制程序作出正确判断，以证实制造符合设计要求。设计中还应注意下列安全问题：(1)压力容器压力容器应严格执行压力容器安全技术监察规程，例如设置容器清洗通风，设置防冲蚀和防静电设施，内件设置防止积液，容器内应避免物流死区

23、，立式容器支承结构设置耐火保护等。(2)转动设备处理易燃、有毒介质的转动设备应采用双端密封或性能更好的密封。不得使用铸铁材料和能与介质(和/或润滑剂)起反应的零配件；压缩机各级入口应有分液设施；大型泵和压缩机应设置抗振动设施。此外还应采用先进的干气密封技术和浮环密封技术。(3)明火设备炉膛应有空气、氮气或水蒸气吹扫口；燃气炉应设常明灯；大型明火加热设备应设置火焰监测器。5.5 电气设计电力是装置生产的主要动力源，连续可靠的电力供给是装置安全生产的重要保证。具体要求如下：(1)关键性连续生产过程，应采用双电源供电；(2)突然停电会引发爆炸、火灾、中毒和人员伤亡的关键设备，必须设置保安电源。(3)

24、大功率电机启动时，应核算启动电流不超过供电系统允许的峰值电流或采用软启动设施(变频技术)。(4)爆炸危险环境中的电气设备的结构、分级和分组应符合GB50058。(5)火灾危险环境下架空敷设的电缆及电缆构电缆，均应采用阻燃型。(6)对于建筑和设备，应有可能的防雷接地措施。对于可能产生静电的设备和管道，应有防止静电积聚的措施。(7)安全设施如火灾报警、事故照明、疏散照明等应设置保安电源。5.6装置布置设计装置布置包括设备、建筑物和通道布置，要确保过程顺利实施，间距符合安全规范，操作维修和消防作业方便，并有利于人员的疏散。5.6.1设备布置要求如下：(1) 应满足工艺对设备布置的要求，如泵灌注头、设

25、备间位差等；(2) 设备间及设备与建筑物间的防火间距应符合GB50160的规定；(3) 应避免连续引燃源(明火加热设备)和危险的释放源邻近布置；(4) 高危险设备与一般危险设备应尽量分开布置；(5) 设备应尽量采用露天或半露天布置，尽量缩小爆炸危险区域范围；(6) 除非工艺要求以外，设备多层布置时，应不超过三层；(7) 操作温度等于或大于介质自燃点设备上方一般不布置空冷器；(8) 对人体可能造成意外伤害的介质设备附近，应设置安全喷淋洗眼器，如甲醇装置。5.6.2 建构筑物布置可能散发火花和使用明火的建筑物，如控制室、变配电室、化验和维修间、办公楼等，应布置在非爆炸危险区域。若布置在附加二区范围

26、内，应高出室外地坪0.6m。装置竖向处理应有利于泄漏物和消防洒物的排放，缩短其在装置区的滞留时间。如国外控制室的防爆设施。5.6.3 通道设置通道设置要求如下：(1) 装置四周应设环形通道；(2) 装置的消防通道应贯通装置区，并有不少于两个的路口与四周道路连接；(3) 装置用道路分隔的区块，应能使消防作业不出现死角；(4) 设备联合平台和框架相邻疏散通道之间不应超过50 m。5.7管道设计管道设计包括管道布置、管道器材和管道机械三部分。设计不当和错误都会给安全生产带来隐患，甚至酿成灾害。5.7.1管道布置管道布置要求如下：(1) 管道连接除必要的法兰连接外，应尽量采用焊接；(2) 管道上的小口

27、径分支管应加强管接头与主管连接；(3) 管桥上输送液化烃、腐蚀介质的管道应布置在下层；(4) 氧气管道应避开油品管道布置；(5) 跨越道路的危险介质管道，除净高应满足要求外，其上方不得安装阀门、法兰、波纹管；(6) 处理事故用的各种阀门，如紧急放空、事故隔离、消防蒸汽、消防竖管等，应布置在安全、明显、易于开启的地点。 参考文献：1 中华人民共和国安全生产法,2002/6/19 修改和公布2 石油化工企业环境保护设计规范,SH302495 3 石油化工企业设计防火规范,GB13690924 压力容器安全技术监察规程，质技监局锅发1999154号tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxq