化工厂设计和操作安全—危险源控制.ppt

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1、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

2、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-P4950,3.1.3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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。 (

9、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

10、。（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。 P59,3.3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

11、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）

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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。-P79,3.5.3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？,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，不寻常的热应力会附加到普通的机械应力上，有可能造成设备的泄漏和破裂。如果管道没有充分的加载防护，不

18、管是排放还是任何其他作业，人员都不允许穿越管线。,3.5.3非常规运行和有关作业的维护,（2）容器内作业 由于人员无外界帮助无法脱离容器以及难于与外界联系。因此进入容器需要采取严格的防护措施。这些措施如下。-P80 (1)容器必须由操作人员彻底清洗。 (2)所有连接管线必须断开并进行必要的封堵。 -如化粪池的清理、下水道的清理，常发生中毒事故。,3.5.3非常规运行和有关作业的维护,（3）紧急维修-紧急维修意外事故维护的关键是，事先决定好推应该做 什么、用什么去做，将其排成序列，一旦事故发生就按部就班地执行和完成。 紧急维护遵循的一个原则是，如果通常维护的某个方法是不安全的，在紧急条件下应用这

19、个方法会加倍的不安全 。例如，与氯气罐连接的罐接头破裂或断开，你将如何应对？（重庆天源化工股份有限发生的氯气泄露事故）,3.5.3非常规运行和有关作业的维护,（4）切割、焊接和其他动火作业无操作监察负责签发的气割许可证或热加工许可证，不得在标明焊接车间和规定焊接区以外进行焊接或气割作业。气割和焊接人员持证上岗，且这些人员必须训练有素，能够对周围易燃物料进行分折和防护、能够灭火相处理意外事故。所有气割和焊接人员应该能在自身工作中防火急救。不允许在操作间、实验室和存贮库房中放置易燃气体或氧气钢瓶。,3.5.4设备的维护,设备的试压：通常试验的压力是正常工作压力的1.5倍。化学污染设备的处理：离开操

20、作区的所有设备都应该是清洁的，不清洁设备应该贴上有关化学品污染状况的标志。所有阀门都应该是清洁的，阀帽应该是松开的。动火区的管道有可能被加热。设备作业维护：事先关闭或切断动力源后，人员才能在电力或机械驱动的设备上作业。,3.6公用工程设施安全,3.6.1电气设施 化工厂对电气设施有很高的要求：电气线路、设备和照明设施的配置，必须满足易燃液体或气体泄漏形成爆炸性混合物的防护要求。为什么？当爆炸性气氛通过密封或控制易燃液体、气体和粉尘仍不能避免时，所涉及的空间应该限制或隔离在防护罩下或通风橱中。设置在高过地面6m以上露天构架上的电气设备，一般可以认为不受近于泄漏点的临时的、局部的爆炸性混合物暴露的

21、影响。,3.6.1电气设施,所有设备都应该接地消除静电。但务必不得与电缆管线、喷水支路管道，气体、蒸汽或过程管线连接。对于接地应该适当维护，定期检验损坏情况并测定接地电阻。为了避免控制仪表和设备的使用失误，被控制设备的电压、名称和序号应该明显标示。所有延伸电缆都应该是三相的，而且限定在一定的长度。在易爆炸区域，禁止使用助听器、普通电话、打印机、无线电传系统和对讲电话装置等。,3.6.2水和蒸汽设施,洗浴或冲洗皮肤使用的热水，务必不得由蒸汽和水直接混合产生。在处理腐蚀性或毒性物料的区域应该安装安全淋浴器。饮用水，一般采用市政的或其他公共的水源。应注意，防止可能被污染的水回流至饮用水系统。非饮用水

22、，张贴警戒条款。,3.6.3供氧空气和辅助气体设施,任何供氧空气都应该由各自的系统供应。压缩机最好选用专门设计的供氧空气压缩机。供氧空气在输送过程中保证不被污染。所有输送物料的管线均应标明组分名称。,3.6.4废料处理设施,释放到空气中的气体和排放到工厂以外的液体，都必须控制在有害浓度之下。从排风系统或烟囱排放出的有害气体和悬浮微粒，必须在环境法规规定的允许浓度限度之下。液体或固体废料的处理也完全类似。防止任何易燃挥发性废液进入封闭的地下下水管线。只有两种类型的危险废料适于放置在化学地窖中。一种类型通过普通的生物降解就可以消除其现存的和潜在的危险，而另一种类型不会发生降解，在地窖中水不消失。,思考题,3-1化工厂区布局一般划分为哪些区块？3-2化工过程物料的安全评价需要哪些典型资料？3-3化工单元装置二次概率设计有哪些典型事例？3-4化工设备的维护有哪些主要内容？,