第三章 化工厂设计和操作安全教材

第三章化工厂设计和操作安全第一节工厂的定位、选址和布局第二节化工工艺设计第三节化工单元区域规划第四节压力容器的设计、制造和检验第五节化工装置维护第六节公用工程设施安全12

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：化工厂选址与布局安全问题，工艺设计安全。一、危险和防护的一般考虑二、工厂的定位问题三、工厂选址的安全问题四、工厂布局的安全问题第一节工厂的定位、选址和布局3第一节工厂的定位、选址和布局一、危险和防护的一般考虑

1.典型的一级危险(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。)有下列条件存在:

(1)易燃物质；(2)

热源；(3)

火源；(4)

富氧；

(5)压缩物质；(6)毒性物质；有以下可能性:

(1)人员失误；(2)机械故障；环境条件:

(1)人员、物料和车辆在厂区的流动；

(2)由于蒸气云降低能见度等。42.典型的二级危险

(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失。)火灾；爆炸；游离毒性物质的释放；跌伤；倒塌；碰撞。一、危险和防护的一般考虑53.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。在工厂的布局和规划中可考虑，如：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；为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道等。一、危险和防护的一般考虑6（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可考虑：把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开；在关键部位安放灭火器材等。（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。一、危险和防护的一般考虑3.防护危险的措施7二、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。8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。需注意的是，工厂定位除考虑以上因素外，考虑的是经济问题。二、工厂的定位问题9三、工厂选址的安全问题工厂选址考虑如下方面：（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，防止物体砸伤行人、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.（6）保证有充足的水源。最好附近有河流、湖泊。（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。10四、工厂布局的安全问题

工厂布局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：(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。111．工艺装置区

加工单元可能是工厂中最危险的区域。

具体的规划方式：（1）加工单元应该离开工厂边界一定的距离，且应该是集中的分布。有助于加工单元作为危险区的识别，杜绝或减少无关车辆的通过。（2）加工单元应该置于厂区内主要的火源和人口密集区的下风区。以减少由于易燃或毒性物质释放造成的危害。四、工厂布局的安全问题12（3）应注意区域不宜太拥挤，要隔开一定的距离。

因为不同过程单元间可能会有交互危险性。过程单元间特别是对于各单元不是一体化过程的情形，完全有可能一个单元满负荷运转，而邻近的另一个单元正在停车大修，从而使潜在危险增加。1．工艺装置区132.罐区（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。143．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。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。（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。（5）冷却塔不宜靠近铁路、公路或其他公用设施。大型冷却塔应该与居民区有较大的距离。154．运输装卸区（1）各装卸设施之间应该规划合理的交通运输路线，尽量避免原料、中间产品和成品的交叉和迂回运输。（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，不得设在工艺装置区和罐区地带，与居民区、公路和铁路要保持一定的安全距离。165.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或与其他设施隔开一定的距离。176．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。

18四、过程曲线的选择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。第二节化工工艺设计三、过程物料的安全评价……二、管线配置图……一、工艺流程图……191．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。有潜在危险的过程有：(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、过程曲线的选择202．反应过程的安全分析（考虑8方面）

化学反应过程有较多的危险性。充分评估反应过程的危险性，有助于改善过程的安全。(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)考虑较差混合、操作故障、设计失误、发生不需要的副反应、反应器失控、结垢等引起的危险。四、过程曲线的选择21(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。(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。

2．反应过程的安全分析

223．有潜在危险的操作

常见的有潜在危险的操作：(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。

4．间歇过程和连续过程比较……四、过程曲线的选择23第三节化工单元区域规划

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。一般来说，单元排列越紧密，配管、泵送和地皮不动产的费用越低。但是出于安全考虑，需要把危险隔开，单元排列应该比较分散，同时也为救火或其他紧急操作留有充分的空间。

一、加工单元区域的规划

1．设备配置的直线排列加工工业普遍接受的区域规划方法：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。

一、加工单元区域的规划

1．设备配置的直线排列

这种设备排列方法的主要特征是：(1)设备配置直线的两边都与厂区道路连接。这样，在救火或其他紧急情况时，设备配置线的主要部分的两边都有方便的通路。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。(2)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。吊车可以方便地驶入，安全装运热交换器的管束、管件和较重的组件。冷却水箱设置在框架上使得整个冷却水系统的维修极为方便，而不必挖掘装置周围和装置之下的地基。一、加工单元区域的规划

1．设备配置的直线排列(3)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。框架结构在精馏塔旁边提供了开放区域，塔板和其他塔内件易于拆卸装车运至维修区。(4)管架也设置在设备配置直线上。(5)泵排设置在设备配置直线的旁边，与道路邻接。(6)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。一、加工单元区域的规划2．非直线排列设施的配置

直线排列的设备构成了单元区域的骨架，单元的其他组件，如控制室、压缩机、反应器、溢流槽、加热炉等，可以设置在直线排列的两边。应用这种方法一般可以达到近乎方形的最大面积规划。

控制室是单元的神经中枢，是单元中最重要的部位。最好是把控制室设置在单元的周边区域。对于处理毒性物质的单元，控制室应该设置在单元的上风区域。此外，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。一、加工单元区域的规划

2．非直线排列设施的配置

加热炉有两个基本问题，作为明显的火源，加热炉应该设置在单元其余部分的上风区域，但是这会引起烟道气飘过塔器的高架平台或其他建筑物的问题。最好的解决办法是采取折中方案，把加热炉设置在侧面风区域。应该尽量保持加热炉与其他危险设备的适度分离。

压缩机剧烈运转，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。对于反应器，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。

一、加工单元区域的规划

2．非直线排列设施的配置

非直线排列设备的配置还包括许多的公用工程设施。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。注意可能会阻止水流到达危险点的障碍物，检查有无必要时迅速撤退的通路。水龙带拖车或安全喷射器也作类似的配置。一、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，以便在避开人员或其他设施的方向卸掉爆炸力。易燃或毒性液体源不应该设置在火源或人员之上。

一、加工单元区域的规划

3．室内装置的配置与室外设施相比，需要更加严格地规范从室内装置撤退的通路。

所有操作平台(塔器平台可能例外)都应该有两种下行方法，防止紧急状态时截流操作人员。

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。

塔器的人孔平台应该有塔内件安全维护的充分的工作空间，打开人孔的方向应该避开从平台向下的扶梯。

二、单元区域的管线配置

1．管线配置的防泄漏设计工厂化学品的主要泄漏与以下各项成比例：

(1)管线的长度；

(2)排放口的数量；

(3)管线的复杂性。管线的复杂性，一般反映在连接的泵的数量以及再循环物流的数量两个方面。

减少管件泄漏的简单的设计规则如下。

(1)减少分支和死角的数量。

(2)减少小排放口的数量。

减少管件泄漏的简单的设计规则如下。(3)按照相同的规范设计小口径的支管，和主管一样进行严格的检验。

(4)考虑到管件或容器的热膨胀，管线需要有一定的伸缩性。(5)直接卸料的排放口，应该设在操作者能够观察到的地方。(6)

保证密封垫与管内流体在最大可能的操作温度下完全互容，在最大内压下也能够紧缩密封。(7)减少真空管线(如真空蒸馏塔上的冷凝器)上的法兰盘数量。减少管件泄漏的简单的设计规则如下。(8)在阀式取样点应该配置可移动的插头。(9)要有充分的管道支撑，从放料或从安全阀检验管道的作用力。(10)设置管道应该避免通过可能使其受到机械损伤的地方。(11)应该有充分的通道、扶梯等，以免攀越管件。(12)紧固承受高温的大法兰盘。应该采用高强度的螺栓。

2．软管系统的配置

对于油船、罐车等的液体物料的装卸，软管的选择和应用需格外谨慎。应考虑的是：(1)软管的适用性，并结合有关软管的标准。(2)设置紧急状态下迅速隔离的设施，如对于油船卸货，在软管的一端要设紧急隔离阀，在另一端要设止逆阀，用过流阀替代远程隔离阀等。(3)应该使用螺栓固定的软管夹，不宜使用侧卸式的软管夹。(4)软管系统应用时要有充分的保护和支撑设施，不用时要防止软管的压破或损坏。(5)所有高于大气压操作的可移动软管，都应设置排空阀，以便降压时防止软管的折断。3．管线配置的安全考虑

设备重心之下的水平连接法兰需要用钢性板支撑。

管件和阀门配置的简单和易于识别，是安全操作的重要因素。

常设的设备管线，若设备压力降低至过程正常压力之下，管线应该有低压报警；若设备压力升高至正常压力之上，应该有高压报警。在设备管线上应该安装止逆阀，以防止管线中流体的回流。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。三、单元装置和设施的安全设计

考虑设施的可靠性，以及关闭时备用设备或紧急贮存器的提供。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。

装置的抗污染也是重要的。

地面水和污水也必须隔离排放。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。这既可以有助于气体或蒸气泄漏物的扩散通风，又可以提供最大可能的爆炸排放面积，而且还有利于救火。一压力容器概述……二压力容器设计……三压力容器制造和安装……四压力容器定期检验五压力容器安全附件第四节压力容器的设计、制造和检验38四压力容器定期检验定期检验分为外部、内部和全面检验三种。1.检验周期（常规1-3-6和非常规）2.检验内容3.压力试验39五压力容器安全附件1.安全阀2.爆破片3.压力表4.液位计5.泄压装置精度等级低压中压高压不低于2.5级不低于1.5级不低于1级表盘外观：不得小于100mm。量程：最佳量程为最高工作压力的2倍！一般应在1.5~3倍为宜。40第五节化工装置维护一、化工维护的必要性1.由于其中的物料和使用设备的特点所决定。流体及固体的输送，需要应用许多管线、传送设备和其他物料加工设施及罐等封闭容器。2.过程的性质所决定。化学工业中的一些问题，如高腐蚀速率、易燃液体、毒性或有害物料是典型的、特有的。3.操作情况所决定。许多严重的伤亡事故都与失误有关。例如，管路错连使不恰当物料误加至反应器引起火灾、爆炸或毒性气体的释放。41二、化工安全检修的分类和特点1.化工安全检修的分类

根据化工生产中机械设备的实际运转和使用情况，分为计划检修和计划外检修。（1）计划检修：企业根据设备管理、使用经验和生产规律，对设备进行有组织、有准备、有安排、按计划进行的检修。根据检修的内容、周期和要求不同，计划检修又可分为小修、中修和大修。（2）计划外检修：在生产过程运行中机械设备突然发生效障或事故，必须进行不停工或临时停工的检修。计划外检修事先难以预料，无法计划安排。422.化工安全检修的特点二、化工安全检修的分类和特点

具有频繁、复杂、危险性大等特点。（1）频繁：化工生产具有高温、高压、腐蚀性强的特点，故化工设备及其管道、阀门等附件在运行中腐蚀、磨损严重。除了计划小修、中修和大修外,计划外小修和抢修作业也极为频繁。（2）复杂：由于设备种类繁多，形式多样，检修作业大都在现场，环境复杂，露天布置设备的检修作业还受天气条件的限制，加之临时人员进入检修现场的机会多。这一切部说明了化工检修的复杂性。43（3）危险性大:化工设备和管道中大多残存有易燃易爆有毒的物质，而化工检修又离不开动火、登高、起重吊运、进罐人塔等作业，故客观上具备了发生火灾、爆炸、中毒、摔伤、砸伤、化学灼伤等事故的条件。2.化工安全检修的特点二、化工安全检修的分类和特点尤其是检修管理环节薄弱、检修安全制度不完善、安全措施不落实、秩序混乱、违章指挥和违章作业，更是发生事故的重要因素。44三、非常规运行和有关作业的检修安全1.停车和开车（1）停车检修的准备组织准备

必须集中指挥、统筹安排、统一调度.

技术准备

包括施工项目、内容的审定；施工方案和停、开车方案的制定；计划进度的制定；施工图表的绘制；施工部门和施工任务以及施工安全措施的落实等。材料准备

根据检修项目、内容和要求，准备好检修所需的材料、附件和设备，井严格检查是否合格。安全用具准备

451.停车和开车（2）停车检修前的安全处理运行中的设备、带有压力或盛有物料时不能检修，必须经过安全处理，解除危险因素后，才能检修。通常的处理措施和步骤如下：泄压泄压操作应缓慢进行，在压力未泄尽排空前，不得拆动设备。排放

在排放残留物料时，不能使易燃、易爆、有毒、有腐蚀性购物料任意排入下水道或排放到地面上，以免发生事故或造成污染。降温

降温的速度应按工艺要求的速率进行，要缓慢，以防设备变形、损坏等事故发生，不能用冷水等直接降温，以强制通风、自然降温为宜。46置换和中和

为保证检修动火和罐内作业的安全，设备检修前内部的易燃、易爆、有毒气体应进行置换，酸、碱等腐蚀性液体应进行中和处理。置换通常是指用水、蒸汽、惰性气体将设备、管道里的易燃易爆或有毒气体彻底置换出来的方法，置换一定要彻底，置换后必须经分析合格后才能作业。吹扫

对可能积附易燃易爆、有毒介质残留物、油垢或沉淀物的设备，用置换方法一般清除不尽，故还应进一步进行吹扫作业。一般主要采用蒸汽来吹扫，忌水物不能用蒸汽吹扫。1.停车和开车（2）停车检修前的安全处理47清洗和铲除

经置换和吹扫无法清除的沉积物，要采用清洗的方法，如用酸洗、碱洗等方法将沉积的易燃易爆、有毒物质清除干净。若清洗方法无效时，则可采取人工铲除的方法子以清除。检验分析

清洗置换后的设备和工艺系统，必须进行检验分析，以保证安全要求。分析时取样要有代表性，要正确选择取样点。只有在分析合格达到安全要求后才能进行检修作业。1.停车和开车（2）停车检修前的安全处理48切断电源

对一切需要检修的设备，要切