化工单元安全运行技术

崔克请主编化学工程出版社2007年第1版化工单元安全运行技术化工单元运行安全技术是整个化工安全生产体系的重要组成部分，由于化学介质，特别是具有危险特性的化学品在不同工艺及技术装备条件下运行、变化，因此化工单元运行中危险特性更加复杂和多变。《化工单元运行安全技术》收集和总结了当今国内先进的生产技术与工艺，系统分析了化工典型设备工艺安全、流体输送安全、化工生产管路安全、非均相分离过程安全、加热及传热过程安全、蒸馏及精馏过程安全、气体吸收过程安全以及干燥、蒸发、结晶、萃取、制冷、吸附过程安全等。在总结事故教训的基础上，探索运行中必需的安全生产条件和化工装置单元安全运行的规律。

《化工单元运行安全技术》旨在使其能对从事化学工业、石油化学工业以及相关单元运行的其他工业的生产、科研、设计、安全、监察等专业人员和管理人员提供实用的参考资料，也可作为高等院校安全工程专业以及工业系统安全技术培训的教学用书和参考资料。

1、化工生产安全运行及控制

1.1安全生产与运行操作工业生产过程操作现代工业生产过程存在的安全操作与控制问题：开车、停车工艺流程及设备间切换工艺运行中安全控制间歇生产过程操作生产负荷的改变异常状态下的紧急处理工业生产过程的安全要求对上述运行过程按一定的顺序操作其他要求：监视和管理整个生产过程对生产过程进行规划、调度和决策生产过程的异常现象记录，事故案例的积累以及安全操作与控制措施的总结1.1.2影响工业生产的安全因素一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组织生产。工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工艺技术安排。生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的稳定均对安全生产产生影响。影响工业生产的安全因素：原材料的组成变化产品性能与规格的变化生产过程中设备的安全可靠性装置与装置、工厂与工厂之间的关联性生产设备特性的漂移控制系统失灵现代工业生产过程，能量平衡接近于临界状态，一个局部的扰动，就会在整个生产过程传播开来，给安全生产带来威胁。蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，可能在美国得克萨斯州引起一场龙卷风。在初始条件下的十分微小的变化，经过不断放大，对事物未来会造成极其巨大的影响与后果。1.1.3影响工业生产过程控制的因素从负反馈角度分析：测量的影响一些生产过程的变量很难测定技术的发展，使过去某些不可测变量变为可测变量间接测量：利用可测变量与相关模型，计算不可测量的变量测不准原理：任何物体的一些成对的性质，比如位置和动量，不可能对两者同时精密测定。1.2工业过程自动化技术及安全控制1.2.1自动化仪表技术的发展需要测定的参数：温度、压力、流量、液面……测量原理基本不变，测量手段变化迅速气动→电动就地控制→中央控制室仪表屏操作→计算机操作站模拟信号→数字信号……20世纪50年代：电子管时代多用气动控制，采用气动信号作为统一标准信号电子管式的自动平衡记录仪就地式控制20世纪60年代：晶体管取代电子管开始用电动仪表计算机在生产过程中应用，实现直接数字控制（DDC-DirectlyDigitalComtrol)1.2.2工业生产过程自动控制20世纪70年代：电动Ⅱ型仪表，统一标准信号：4~20mA集散型控制系统（DCS-DistributedControlSystem)取代DDC控制系统可编程控制器广泛应用20世纪80年代至今：计算机广泛应用DCS大量在工业控制中应用工业生产过程自动化、工厂自动化计算机集成制造技术（(CIMS-ContemporaryIntegratedManufacturingSystems))现场总线控制技术发展现场总线控制系统:（FCS:FieldbusControlSystem)继集散控制系统（DCS)后的新一代控制系统，它是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展成果。现场总线使得现场仪表、执行机构、控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多参数的数字通信，为控制系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的汽车生产线和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中生产线的输送系统。随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。电动阀是由电机的正反转带动阀门开或关的气动阀是用压缩空气开关的.气动门又分气开和气关门:气开门就是有压缩空气并且气源充足时门打开,无起源时门靠弹簧关闭;气关门是有压缩空气门被关闭,气源消失门打开.特点:气动门的优点就是开关迅速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施.原理:气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。选用气开暴还是气关严主要是从创安全角度薪出发，即凤要考虑在伍控制阀上夺的信号一箱旦中断后宴，阀所处缎的位置是和全开还是卖全关对装软置安全更佛有利？如果是全竿开更有利泄则选用气探关，这样努一旦失去护信号控制眼阀就处于膊全开位置松。反之，仰则选用气率开阀。气动蝶躁阀气动法兰药蝶阀气动对顶夹式蝶鞠阀电动法兰强蝶阀1.2.季2工业生产登自动控制为了使召一个工纤业生产形过程或复一个企零业良吨好、高舟效地运葬行，室都离不概开对整勤个生产主过程物宏料、能香源、人技力等的螺管理、胖组织和迅运作。插要达到湖此目的咳，必须粪对工业起生产过牢程的信扮息、数帽据进行京及时的煮检测和陡控制。生产计猴划、朴生产调烂度、安配全稳定剑地生产隆与操作划等，都答离不开廉自动化尊技术茎。企业生持产过程秀管理与松控制的诊递阶结核构由有关悠的生歪产过社程工沸艺设盗备如旗容器喷、泵炭、机器灯、管钥道勇等组成由生产过材程工艺参市数的测量柔变送仪表塘、仪器、题自动执行饿机构组成惭。由计蜂算机(或DCS)和有关软奋件及控制辅算法等组承成用于自动跌监视和代烤替人工自惯动控制工纵业生产过眠程乙最涝基本的钞自动化蜻设备实现学常规虫控制栗层坟无法旧做到馋的多挡变来量控着制由计算扫机(或DCS)和有关软摆件及控制支算法等组进成为先进控脸制层提供牵优化给定损值、优狭化控制轨领迹或生产船方案优化层岂提供包各种优翻化梅目标添或约束浸条件常规控制握：所谓救常规控制亭是指采用广经典的PID逐(比例十管积分十擦微分)控制算闲法或其座他简单益的控制员算法，六使工业葡生产过叉程的被固控变量责，在遭予受到外速来扰动心情况下丙，稳定昨地维持苹在预先俊的给定茶值上。这种控传制系统竟最典型振的是单谅回路(单个参摔数的控红制)负反馈控畅制系统(或叫反瓶馈控制糖回路)如果外来茅的扰动是兽可以测量被的，则可枕组成单回催路的反馈已加前馈控号制系统先进控核制是对融那些不国同于常怠规单回中路PID控制，并皆具有比常幸规PID控制更休好控制膨效果的膨控制策汗略的统逢称，而少非专指视某种计谈算机控原制算法巡寿。先进控教制与常远规控顾制关系1.3生产过程晶安全控制麻系统组成简单控制杆系统是最坛基本、最说常见、应哥用最广泛吨的控制系粮统，约占勿控制回路稿的80%以上。简单控制辩系统的特遮点是结构中简单，易奥于实现，背适应性强甩。在简单各控制系统盘的基础上串，发展弟起各种复疏杂控制系件统。在工业季过程计踩算机集写成控制肯系统中谣，也往谣往把它躲作为最章低层的售控制系以统。自动控现制系统星是在人伟工控制骡的基础核上产生逆和发展孔起来的液位控宇制系统液位h是需要控痒制的工艺辈变量，称夺为被控变浊量。Qo为操纵棒变量进水量Qi是造成被岁控变量产贴生不期望贯波动的原嘉因，称为邀扰动液位人篇工控制辜示意图①用眼绩睛观察腥液位计贺实际液总位的指稀示值，杠并通过均神经系对统告诉勺大脑;②通过大脑跑对眼睛观折测到的实相际液位值魄与事先在竞大脑中储港存好的希铃望值即给何定值进行筐比较，根慕据偏差的救大小和方约向，经过权分析、思筋考，然后价根据操作自经验发出饥命令;③根据大脑兄发出的控面制命令，蚊通过手去冲改变出水国阀门开度减，以改变Q。来控制进液位;④反复执联行上述关操作年，直到猎将液位切控制到送所希望痰的数值久上。工艺控朋制流程副图，它会是用自裹控设计布的文字舱符号和烫图形符正号在工郑艺流程名图上描蒸述生产林过程伶自动控窜制的原汪理图。图中，贱小圆圈鞠表示某遇些自嘱动化仪滤表，辰圆内由熊两位以宣上字母鹿，第组一位字送母表示颜被测量跌变量，灯后继字盾母表示欠仪表的电功能。采用液策位测量貌变送器LT检测液悉位值并泊转换为雨标准信氧号，徒如4~2肤0mA。这一测量蔬信号送往袄液位控制记器LC，控制器长的设定值孟由人工给倘定。控制亦器根据偏骆差的正负仙、大小及旦变化情况遍，发出控漫制信号。控制器的好输出送往含执行器，牌此处为控阿制阀，控稳制阀根据睬控制信号膛变化增大令或减小阀穷门的开度葬，调节出屡水流量，旦使测量值滥接近或等享于给定值维。1.3.缝1温度控制巷系统蒸汽加价热器的盛温度自折动控制毫系统:由蒸汽亩加热器赠、温度填变送器TT，温度付控制器TC和蒸汽流忆量控制阀撕组成。控晚制的目标袍是保持流忙体出口温妹度恒定。1.3假.2流量控制江系统由管路系滑统、孔板瓶和差压变棕送器、流加量控制器FC和流量潮控制阀豆组成。昂控制的豆目标是狠保持流住量恒定身。简单控顶制系统纪组成①被粪控对象备也称对蹈象，狭是指被交控制的鸭生产设页备或装美置。被登控对象落需要控童制的变敬量称为待被控变辜量。②测艘量变送须器戚测量被闷控变量鹅，并按蛮一定的讲规律将圾其转换芒为标准盼信号的承输出，壶作为测湖量值。面标准信头号的含希义是其垦上下限辫符合规陷定系列:0~牵l0m悉A,戴4~2厦0mA锻,0呀.02恭~0.草1MP扁a等。③控制器母也称调节巴器。它将艘被控变量躁的设定值殃与测量值泼进行比较参得出偏差亭信号，挠并按一定包规律给出想控制信号万。④执行斥器常用浴的是控三制阀。视接受控亡制器来茎的信号钞直接改或变操纵嫌变量，剪通过操含作这个问变量可演克服扰视动对被番控变量壮的影响遮，通常芒是由执前行器控肢制的某扫工艺流出量。1.4生产过程辩分析1.4.帮1间歇生本产分析间歇生产德过程：将歼有限量的腿物质，按贵规定的加绣工顺序，习在一个或狐多个加工碍设备中加蛙工，以获招得有限量巷的产品的变加工过程阵。如需更驼多的产品知则必须重驻复整个过膜程。间歇过剧程由多废个分批捕操作的呆间歇设舅备单元郊和半操康作设备赖单元组用成。间歇生予产过程倒的特点阻：周期性直批量生怒产物料状态命和操作参幕数是动态跌的柔性生拆产能力参较强工艺控难制要求目高与连续过锅程相比具贴有生产能忧力低，能袭耗大的特给点间歇生瓦产的投驶料、出滨料、混面配、分揪离等作足业单元宇往往是窃暴露性弦的，给巧安全运丈行和作张业条件芳带来许腰多不利淋因素1.4普.2间歇生产酬过程安全浆控制分析间歇生拒产过程击控制：参数控城制：涉滨及模拟线信号的始传输、命变换和莲处理，捷其控制敬思想和己目的与誓连续过张程控制水相似顺序控制警：涉及数乡丰字开关信传号的通讯将和处理，商其控制目究的主要是笛控制生产怨过程按配封方规定的钉和状态有篮序地完成慢生产过程（1）顺序生伙产过程流程图过程时间消图顺序功婶能图（2）控制消系统构情成参数控揪制顺序控制协调、轰管理等灵控制化工过抓程用化工方仇法对原料钱进行加工倍处理成为夸产品的过砍程称为化鄙工过程。化工过跨程分为努两类：一类是以肌化学反应娇为核心的越化学反应血过程，通材常在化学饰反应器中镜进行；一类是鹅不进行穷化学反哨应的过业程，不委改变物完料的化蔑学性质训，只改阶变其物刻理性质严，这一闷类物理相过程称笑为化工欲单元操雀作。过程步骤操作方式典型设备化盐水盐搅拌、溶解、传热化盐桶加热器电解精盐水电解反应2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH电解槽氯处理NaOH溶液蒸发氢处理阳极室阴极室Cl2H2烧碱液冷却过程气液分离传热过程换热器离心机蒸发器澄清浑盐水悬浮液沉降分离澄清桶过滤机杂质虽然电虾解反应郊为核心鄙过程，责但大量灿的物理葛操作占那有很大挑比重。雾另外象遵传热过捷程，不灿仅在制揭碱中，尾在制糖衡、制药仰、化肥素中都需池要，在帝传热过温程物料甲的化学仙性质不桑变，遵都循热量丹传递规饭律，通岔过热量警交换的辆方式实